JP2012071466A - Piezoelectric actuator unit, piezoelectric actuator unit device using the same, liquid ejection head, and recording apparatus - Google Patents

Piezoelectric actuator unit, piezoelectric actuator unit device using the same, liquid ejection head, and recording apparatus Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric actuator unit having the proper joining property to a wiring member, a piezoelectric actuator unit device using the same, a liquid ejection head, and a recording apparatus.SOLUTION: The piezoelectric actuator unit 40 includes: a laminated body in which a plurality of piezoelectric ceramic layers 21a and 21b are stacked; a plurality of individual electrodes 35 formed on the one principal surface 21d of the laminated body; an individual electrode bump 46 formed on the plurality of individual electrodes 35; a common electrode 34 superposed inside the laminated body in such a manner as to face the plurality of electrodes 35; a via hole 21c connected to the one principal surface 21d of the laminated body from a portion, which does not face the plurality of individual electrodes 35, of the common electrode 34; and a common electrode bump 47 formed on the common electrode 34 in the via hole 21c. The piezoelectric ceramic layer 21a positioned on the downside of the bottom surface of the via hole 21c is protruded to the side of the via hole 21c.

Description

本発明は、液滴を吐出させる液体吐出ヘッドなどに用いられる圧電アクチュエータユニット、それを用いた圧電アクチュエータユニット装置、液体吐出ヘッドおよび記録装置に関するものである。   The present invention relates to a piezoelectric actuator unit used for a liquid discharge head that discharges droplets, a piezoelectric actuator unit device using the same, a liquid discharge head, and a recording apparatus.

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

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

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

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

そこで液体吐出ヘッドを、マニホールドおよびマニホールドから複数の液体加圧室をそれぞれ介して繋がる液体吐出孔を有した流路部材と、前記液体加圧室をそれぞれ覆うように設けられた、複数の個別電極と複数の個別電極に対向している共通電極とそれらに挟まれている圧電セラミック層とを含む複数の変位素子を有する圧電アクチュエータユニットとを積層して構成したものが知られている(例えば、特許文献1を参照。)。この液体吐出ヘッドでは、複数の液体吐出孔にそれぞれ繋がった液体加圧室がマトリックス状に配置され、それを覆うように設けられたアクチュエータユニットの変位素子を圧電体の変形により変位させることで、各液体吐出孔からインクを吐出させ、主走査方向に600dpiの解像度で印刷が可能とされている。   Accordingly, the liquid discharge head is connected to the manifold and the flow path member having the liquid discharge holes connecting the manifold via the plurality of liquid pressurization chambers, and the plurality of individual electrodes provided so as to cover the liquid pressurization chambers, respectively. And a piezoelectric actuator unit having a plurality of displacement elements including a common electrode facing a plurality of individual electrodes and a piezoelectric ceramic layer sandwiched between them are known (for example, (See Patent Document 1). In this liquid ejection head, the liquid pressurizing chambers connected to the plurality of liquid ejection holes are arranged in a matrix, and the displacement element of the actuator unit provided so as to cover it is displaced by deformation of the piezoelectric body, Ink is ejected from each liquid ejection hole, and printing is possible at a resolution of 600 dpi in the main scanning direction.

特開2003−305852号公報JP 2003-305852 A

特許文献1に記載されているような液体吐出ヘッドなどに用いられる圧電アクチュエー
ユニットには、複数の個別電極と共通電極との間に駆動電圧を供給できるように、それらと電気的に接続される配線部材を実装することになる。そのような場合、個別電極上および共通電極上にバンプを設けて、それらのバンプと配線部材中の配線とを接続することが考えられる。また、共通電極は、圧電アクチュエータユニットの内部に形成さているため、個別電極が形成されている主面から共通電極までの圧電セラミック層を貫通するビアホールを設け、そのビアホールの底面に露出している共通電極上にバンプを形成することが考えられる。
A piezoelectric actuator unit used in a liquid discharge head or the like described in Patent Document 1 is electrically connected to a plurality of individual electrodes and a common electrode so that a driving voltage can be supplied between them. A wiring member is mounted. In such a case, it is conceivable that bumps are provided on the individual electrodes and the common electrode, and these bumps are connected to the wiring in the wiring member. Further, since the common electrode is formed inside the piezoelectric actuator unit, a via hole penetrating the piezoelectric ceramic layer from the main surface on which the individual electrode is formed to the common electrode is provided and exposed at the bottom surface of the via hole. It is conceivable to form bumps on the common electrode.

しかしながら、上述のような、個別電極上の個別電極バンプおよび共通電極上の共通電極バンプが形成された圧電アクチュエータユニットを作製すると、共通電極バンプ作製時に供給された材料の一部がビアホールを埋めるように使われるため、共通電極バンプの高さと個別電極バンプの高さとの差が大きくなり、配線部材との接合性が悪くなるという問題があった。   However, when a piezoelectric actuator unit in which the individual electrode bumps on the individual electrodes and the common electrode bumps on the common electrode are formed as described above, a part of the material supplied at the time of preparing the common electrode bumps fills the via hole. Therefore, there is a problem that the difference between the height of the common electrode bump and the height of the individual electrode bump is increased, and the bonding property with the wiring member is deteriorated.

したがって、本発明の目的は、配線部材との接合性の良好な圧電アクチュエータユニット、それを用いた圧電アクチュエータユニット装置、液体吐出ヘッドおよび記録装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator unit having good bonding property to a wiring member, a piezoelectric actuator unit device using the piezoelectric actuator unit, a liquid discharge head, and a recording apparatus.

本発明の圧電アクチュエータユニットは、複数の圧電セラミック層が積層されている積層体と、該積層体の一方の主面に形成されている複数の個別電極と、該複数の個別電極上に形成されている個別電極バンプと、前記複数の個別電極に対向して前記積層体の内部に積層されている共通電極と、該共通電極の前記複数の個別電極に対向してない部位から前記積層体の一方の主面まで繋がっているビアホールと、該ビアホール内の前記共通電極上に形成されている共通電極バンプとを有する圧電アクチュエータユニットであって、前記ビアホールの底面の下側に位置する前記圧電セラミック層が、前記ビアホール側に突出していることを特徴とする。   The piezoelectric actuator unit of the present invention is formed on a laminate in which a plurality of piezoelectric ceramic layers are laminated, a plurality of individual electrodes formed on one main surface of the laminate, and the plurality of individual electrodes. Individual electrode bumps, a common electrode that is laminated inside the laminate so as to face the plurality of individual electrodes, and a portion of the common electrode that is not opposed to the plurality of individual electrodes. A piezoelectric actuator unit having a via hole connected to one main surface and a common electrode bump formed on the common electrode in the via hole, wherein the piezoelectric ceramic is located below the bottom surface of the via hole The layer protrudes to the via hole side.

前記ビアホールにおける前記共通電極の前記積層体の一方の主面側の表面の凹凸の高さが、他の前記共通電極の前記積層体の一方の主面側の表面の凹凸の高さ以下であることが好ましい。   The height of the unevenness on the surface of one of the main surfaces of the laminate of the common electrode in the via hole is equal to or lower than the height of the unevenness of the surface on the one main surface of the stacked body of the other common electrode. It is preferable.

前記一方の主面からの前記複数の個別電極バンプの高さと、前記一方の主面からの前記共通電極バンプの高さとが略同じであることが好ましい。   It is preferable that a height of the plurality of individual electrode bumps from the one main surface is substantially the same as a height of the common electrode bump from the one main surface.

また、本発明の圧電アクチュエータユニット装置は、前記圧電アクチュエータユニットと、前記複数の個別電極バンプおよび前記共通電極バンプがそれぞれ電気的に接続されている配線を有する配線部材とを含むことを特徴とする。   In addition, the piezoelectric actuator unit device of the present invention includes the piezoelectric actuator unit and a wiring member having wirings to which the plurality of individual electrode bumps and the common electrode bump are electrically connected. .

さらに、本発明の液体吐出ヘッドは、平面に開口する複数の液体加圧室および該複数の液体加圧室にそれぞれ繋がっている複数の液体吐出孔を備える流路部材の前記平面に、前記複数の液体加圧室を覆うように請求項4に記載の圧電アクチュエータユニット装置が積層されていることを特徴とする。   Furthermore, the liquid ejection head according to the present invention includes a plurality of liquid pressurizing chambers that are open in a plane and a plurality of liquid ejection holes that are respectively connected to the plurality of liquid pressurization chambers. The piezoelectric actuator unit device according to claim 4 is laminated so as to cover the liquid pressurizing chamber.

またさらに、前記液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、制御部とを備えており、該制御部は前記配線部材を介して前記圧電アクチュエータユニットを制御するとともに、前記搬送部を制御することを特徴とする記録装置。   Furthermore, the liquid ejection head, a transport unit that transports the recording medium to the liquid discharge head, and a control unit are provided, and the control unit controls the piezoelectric actuator unit via the wiring member. In addition, the recording apparatus controls the transport unit.

本発明の圧電アクチュエータユニットによれば、個別電極バンプと共通電極バンプとの
高さの差を少なくできるので、個別電極バンプおよび共通電極バンプを、これらが電気的に接続される配線を有する配線部材に接合する際に、配線と個別電極バンプおよび共通電極との接続が良好になる。
According to the piezoelectric actuator unit of the present invention, the difference in height between the individual electrode bumps and the common electrode bumps can be reduced. When joining to each other, the connection between the wiring and the individual electrode bumps and the common electrode is improved.

また、本発明の圧電アクチュエータユニット装置によれば、配線と個別電極バンプおよび共通電極との接続が良好であるため、使用中に接合部が取れにくく、信頼性を高めることができる。   Further, according to the piezoelectric actuator unit device of the present invention, since the connection between the wiring and the individual electrode bumps and the common electrode is good, it is difficult to take a joint part during use, and the reliability can be improved.

さらに、本発明の液体吐出ヘッドによれば、配線と個別電極バンプおよび共通電極との接続が良好であるため、使用中に接合部が取れにくく、信頼性を高めることができる。   Furthermore, according to the liquid discharge head of the present invention, since the connection between the wiring, the individual electrode bump, and the common electrode is good, it is difficult to take a joint part during use, and the reliability can be improved.

さらにまた、本発明の記録装置によれば、配線と個別電極バンプおよび共通電極との接続が良好であるため、使用中に接合部が取れにくく、信頼性を高めることができる。   Furthermore, according to the recording apparatus of the present invention, since the connection between the wiring, the individual electrode bump, and the common electrode is good, it is difficult to remove the joint during use, and the reliability can be improved.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

4つの液体吐出ヘッド2は、搬送ベルト111による搬送方向に沿って互いに近接して配置されている。各液体吐出ヘッド2は、下端に液体吐出ヘッド本体13を有している。液体吐出ヘッド本体13の下面には、液体を吐出する多数の液体吐出孔8が設けられている液体吐出孔面4aとなっている(図4、5および6参照)。   The four liquid discharge heads 2 are arranged close to each other along the conveyance direction by the conveyance belt 111. Each liquid discharge head 2 has a liquid discharge head main body 13 at the lower end. The lower surface of the liquid discharge head body 13 is a liquid discharge hole surface 4a provided with a number of liquid discharge holes 8 for discharging liquid (see FIGS. 4, 5 and 6).

1つの液体吐出ヘッド2に設けられた液体吐出孔8からは、同じ色の液滴(インク)が吐出されるようになっている。各液体吐出ヘッド2には図示しない外部液体タンクから液体が供給される。各液体吐出ヘッド2の液体吐出孔8は、液体吐出孔面4aに開口しており、一方方向(印刷用紙Pと平行で印刷用紙P搬送方向に直交する方向であり、液体吐出ヘッド2の長手方向)に等間隔で配置されているため、一方方向に隙間なく印刷することができる。各液体吐出ヘッド2から吐出される液体の色は、それぞれ、マゼンタ(M)、イエロー(Y)、シアン(C)およびブラック(K)である。各液体吐出ヘッド2は、液体吐出ヘッド本体13の下面と搬送ベルト111の搬送面127との間にわずかな隙間をおいて配置されている。   Liquid droplets (ink) of the same color are ejected from the liquid ejection holes 8 provided in one liquid ejection head 2. Each liquid discharge head 2 is supplied with liquid from an external liquid tank (not shown). The liquid discharge hole 8 of each liquid discharge head 2 is opened in the liquid discharge hole surface 4a, and is in one direction (a direction parallel to the print paper P and perpendicular to the transport direction of the print paper P. (Direction) at equal intervals, it is possible to print without gaps in one direction. The colors of the liquid ejected from each liquid ejection head 2 are magenta (M), yellow (Y), cyan (C), and black (K), respectively. Each liquid discharge head 2 is arranged with a slight gap between the lower surface of the liquid discharge head main body 13 and the transport surface 127 of the transport belt 111.

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

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

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

次に本発明の液体吐出ヘッドを構成する液体吐出ヘッド本体13について説明する。図2は、図1に示された液体吐出ヘッド本体13を示す上面図である。図3は、図2の一点鎖線で囲まれた領域の拡大上面図であり、液体吐出ヘッド本体13の一部である。図4は、図3と同じ位置の拡大透視図で、液体吐出孔8の位置が分かりやすいように、一部の流路を省略して描いている。なお、図3および図4において、図面を分かり易くするために、圧電アクチュエータユニット40の下方にあって破線で描くべき液体加圧室10(液体加圧室群9)、しぼり12および液体吐出孔8を実線で描いている。図5は図3のV−V線に沿った縦断面図である。図6は圧電アクチュエータユニット40の平面図である。図7は圧電アクチュエータユニット40の縦断面図である。図8はビアホール221cの底面の下側の圧電セラミック層221aにビアホール221c側への突出のない本発明の範囲外の圧電アクチュエータユニット240の縦断面の参考図である。   Next, the liquid discharge head main body 13 constituting the liquid discharge head of the present invention will be described. FIG. 2 is a top view showing the liquid discharge head main body 13 shown in FIG. FIG. 3 is an enlarged top view of a region surrounded by the alternate long and short dash line in FIG. 2 and is a part of the liquid discharge head main body 13. FIG. 4 is an enlarged perspective view of the same position as in FIG. 3, in which some of the flow paths are omitted so that the position of the liquid discharge holes 8 can be easily understood. 3 and 4, for easy understanding of the drawings, the liquid pressurizing chamber 10 (liquid pressurizing chamber group 9), the squeeze 12 and the liquid discharge holes which are to be drawn by broken lines below the piezoelectric actuator unit 40 are shown. 8 is drawn with a solid line. FIG. 5 is a longitudinal sectional view taken along line VV in FIG. FIG. 6 is a plan view of the piezoelectric actuator unit 40. FIG. 7 is a longitudinal sectional view of the piezoelectric actuator unit 40. FIG. 8 is a reference view of a longitudinal section of a piezoelectric actuator unit 240 outside the scope of the present invention in which the piezoelectric ceramic layer 221a below the bottom surface of the via hole 221c does not protrude toward the via hole 221c.

液体吐出ヘッド本体13は、平板状の流路部材4と、流路部材4上に積層されている圧電アクチュエータユニット40とを有している。圧電アクチュエータユニット40は台形形状を有しており、その台形の1対の平行対向辺が流路部材4の長手方向に平行になるように流路部材4の上面に配置されている。また、流路部材4の長手方向に平行な2本の仮想直線のそれぞれに沿って2つずつ、つまり合計4つの圧電アクチュエータユニット40が、全体として千鳥状に流路部材4上に配列されている。流路部材4上で隣接し合う圧電アクチュエータユニット40の斜辺同士は、流路部材4の短手方向について部分的にオーバーラップしている。このオーバーラップしている部分の圧電アクチェータユニット21を駆動することにより印刷される領域では、2つの圧電アクチュエータユニット40により吐出された液滴が混在して着弾することになる。   The liquid discharge head body 13 includes a flat plate-like channel member 4 and a piezoelectric actuator unit 40 stacked on the channel member 4. The piezoelectric actuator unit 40 has a trapezoidal shape, and is disposed on the upper surface of the flow path member 4 so that a pair of parallel opposing sides of the trapezoid is parallel to the longitudinal direction of the flow path member 4. In addition, two piezoelectric actuator units 40 are arranged on the flow path member 4 as a whole in a zigzag manner, two along each of two virtual straight lines parallel to the longitudinal direction of the flow path member 4. Yes. The oblique sides of the piezoelectric actuator units 40 adjacent to each other on the flow path member 4 partially overlap in the short direction of the flow path member 4. In the area printed by driving the overlapping piezoelectric actuator unit 21, the droplets discharged by the two piezoelectric actuator units 40 are mixed and landed.

流路部材4の内部には液体流路の一部であるマニホールド5が形成されている。マニホールド5は流路部材4の長手方向に沿って延び細長い形状を有しており、流路部材4の上面にはマニホールド5の開口5bが形成されている。開口5bは、流路部材4の長手方向に平行な2本の直線(仮想線)のそれぞれに沿って5個ずつ、合計10個形成されている。開口5bは、4つの圧電アクチュエータユニット40が配置された領域を避ける位置に形成されている。マニホールド5には開口5bを通じて図示されていない液体タンクから液体が供給されるようになっている。   A manifold 5 that is a part of the liquid flow path is formed inside the flow path member 4. The manifold 5 has an elongated shape extending along the longitudinal direction of the flow path member 4, and an opening 5 b of the manifold 5 is formed on the upper surface of the flow path member 4. A total of ten openings 5 b are formed along each of two straight lines (imaginary lines) parallel to the longitudinal direction of the flow path member 4. The opening 5b is formed at a position that avoids a region where the four piezoelectric actuator units 40 are disposed. The manifold 5 is supplied with liquid from a liquid tank (not shown) through the opening 5b.

流路部材4内に形成されたマニホールド5は、複数本に分岐している(分岐した部分のマニホールド5を副マニホールド5aということがある)。開口5bに繋がるマニホールド5は、圧電アクチュエータユニット40の斜辺に沿うように延在しており、流路部材4の長手方向と交差して配置されている。2つの圧電アクチュエータユニット40に挟まれた領域では、1つのマニホールド5が、隣接する圧電アクチュエータユニット40に共有されており、副マニホールド5aがマニホールド5の両側から分岐している。これらの副
マニホールド5aは、流路部材4の内部の各圧電アクチュエータユニット40に対向する領域に互いに隣接して液体吐出ヘッド本体13の長手方向に延在している。
The manifold 5 formed in the flow path member 4 is branched into a plurality of branches (the manifold 5 at the branched portion may be referred to as a sub-manifold 5a). The manifold 5 connected to the opening 5 b extends along the oblique side of the piezoelectric actuator unit 40 and is disposed so as to intersect with the longitudinal direction of the flow path member 4. In a region sandwiched between two piezoelectric actuator units 40, one manifold 5 is shared by adjacent piezoelectric actuator units 40, and the sub-manifold 5 a is branched from both sides of the manifold 5. These sub-manifolds 5 a extend in the longitudinal direction of the liquid discharge head main body 13 adjacent to each other in regions facing the piezoelectric actuator units 40 inside the flow path member 4.

流路部材4は、複数の液体加圧室10がマトリクス状(すなわち、2次元的かつ規則的)に形成されている4つの液体加圧室群9を有している。液体加圧室10は、角部にアールが施されたほぼ菱形の平面形状を有する中空の領域である。液体加圧室10は流路部材4の上面に開口するように形成されている。これらの液体加圧室10は、流路部材4の上面における圧電アクチュエータユニット40に対向する領域のほぼ全面にわたって配列されている。したがって、これらの液体加圧室10によって形成された各液体加圧室群9は圧電アクチュエータユニット40とほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有している。また、各液体加圧室10の開口は、流路部材4の上面に圧電アクチュエータユニット40が接着されることで閉塞されている。   The flow path member 4 has four liquid pressurizing chamber groups 9 in which a plurality of liquid pressurizing chambers 10 are formed in a matrix (that is, two-dimensionally and regularly). The liquid pressurizing chamber 10 is a hollow region having a substantially rhombic planar shape with rounded corners. The liquid pressurizing chamber 10 is formed so as to open on the upper surface of the flow path member 4. These liquid pressurizing chambers 10 are arranged over almost the entire surface of the upper surface of the flow path member 4 facing the piezoelectric actuator unit 40. Accordingly, each liquid pressurizing chamber group 9 formed by these liquid pressurizing chambers 10 occupies a region having almost the same size and shape as the piezoelectric actuator unit 40. Further, the opening of each liquid pressurizing chamber 10 is closed by adhering the piezoelectric actuator unit 40 to the upper surface of the flow path member 4.

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

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

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

圧電アクチュエータユニット40の上面における各液体加圧室10および後述のダミー液体加圧室に対向する位置には後述する個別電極35がそれぞれ形成されている。すなわち、個別電極35は、圧電アクチュエータユニット40の一方の主面21d上に、第1の方向および第1の方向とは異なる方向に渡って形成されている。個別電極35のうち液体加圧室10と重なっている個別電極本体は、液体加圧室10より一回り小さく、液体加圧室10とほぼ相似な形状を有している。また、個別電極35には、圧電アクチュエータユニット40の上面における液体加圧室10と対向する領域内に収まるように配置されている個別電極本体から前記領域外に引き出されている引出電極が含まれる。   Individual electrodes 35 to be described later are formed at positions facing the respective liquid pressurizing chambers 10 and a dummy liquid pressurizing chamber to be described later on the upper surface of the piezoelectric actuator unit 40. That is, the individual electrode 35 is formed on one main surface 21d of the piezoelectric actuator unit 40 in the first direction and in a direction different from the first direction. The individual electrode main body overlapping the liquid pressurizing chamber 10 among the individual electrodes 35 is slightly smaller than the liquid pressurizing chamber 10 and has a shape substantially similar to the liquid pressurizing chamber 10. In addition, the individual electrode 35 includes an extraction electrode that is drawn out of the region from the individual electrode main body that is disposed so as to be within the region facing the liquid pressurizing chamber 10 on the upper surface of the piezoelectric actuator unit 40. .

流路部材4の下面の液体吐出面には多数の液体吐出孔8が形成されている。これらの液体吐出孔8は、流路部材4の下面側に配置された副マニホールド5aと対向する領域を避けた位置に配置されている。また、これらの液体吐出孔8は、流路部材4の下面側における圧電アクチュエータユニット40と対向する領域内に配置されている。これらの液体吐
出孔群7は圧電アクチュエータユニット40とほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有しており、対応する圧電アクチュエータユニット40の変位素子50を変位させることにより液体吐出孔8から液滴が吐出できる。液体吐出孔8の配置については後で詳述する。そして、それぞれの領域内の液体吐出孔8は、流路部材4の長手方向に平行な複数の直線に沿って等間隔に配列されている。
A large number of liquid discharge holes 8 are formed in the liquid discharge surface on the lower surface of the flow path member 4. These liquid discharge holes 8 are arranged at a position avoiding a region facing the sub-manifold 5 a arranged on the lower surface side of the flow path member 4. Further, these liquid discharge holes 8 are disposed in a region facing the piezoelectric actuator unit 40 on the lower surface side of the flow path member 4. These liquid discharge hole groups 7 occupy an area having almost the same size and shape as the piezoelectric actuator unit 40, and the liquid droplets are discharged from the liquid discharge holes 8 by displacing the displacement element 50 of the corresponding piezoelectric actuator unit 40. Can be discharged. The arrangement of the liquid discharge holes 8 will be described in detail later. The liquid discharge holes 8 in each region are arranged at equal intervals along a plurality of straight lines parallel to the longitudinal direction of the flow path member 4.

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

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

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

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

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

圧電アクチュエータユニット40は、図5〜7に示されるように、2枚の圧電セラミック層21a、21bからなる積層体に、共通電極34、個別電極35、個別接続電極36、共通接続電極37を形成してなる圧電アクチュエータユニット本体21に、個別電極バンプ46および共通電極バンプ47が形成されている。なお、圧電セラミック層の積層数は3層以上でもよい。また、個別接続電極36および共通接続電極37は、必ずしも必要ではないが、後述の個別電極バンプ46および共通電極バンプ47との接続性をよりよくするため、個別接続電極36および共通接続電極37がある方が好ましい。   As shown in FIGS. 5 to 7, the piezoelectric actuator unit 40 forms a common electrode 34, an individual electrode 35, an individual connection electrode 36, and a common connection electrode 37 in a laminate composed of two piezoelectric ceramic layers 21 a and 21 b. Individual electrode bumps 46 and common electrode bumps 47 are formed on the piezoelectric actuator unit main body 21 formed as described above. The number of piezoelectric ceramic layers may be three or more. Further, although the individual connection electrode 36 and the common connection electrode 37 are not necessarily required, the individual connection electrode 36 and the common connection electrode 37 are provided in order to improve the connectivity with the individual electrode bump 46 and the common electrode bump 47 described later. Some are preferred.

圧電セラミック層21a、21bはそれぞれ20μm程度の厚さを有している。圧電セラミック層21a、21bの積層体の厚さは40μm程度である。圧電アクチュエータユニット40は、流路部材4の液体加圧室10の開口している平面状の面に積層されており、圧電セラミック層21a、21bのいずれの層も複数の液体加圧室10を跨ぐように延在している(図3参照)。圧電セラミック層21a、21bは、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系のセラミックス材料からなる。   Each of the piezoelectric ceramic layers 21a and 21b has a thickness of about 20 μm. The thickness of the laminated body of the piezoelectric ceramic layers 21a and 21b is about 40 μm. The piezoelectric actuator unit 40 is laminated on the planar surface of the flow path member 4 where the liquid pressurizing chamber 10 is open, and each of the piezoelectric ceramic layers 21a and 21b includes a plurality of liquid pressurizing chambers 10. It extends so as to straddle (see FIG. 3). The piezoelectric ceramic layers 21a and 21b are made of a lead zirconate titanate (PZT) ceramic material having ferroelectricity.

圧電アクチュエータユニット本体21は、Ag−Pd系などの金属材料からなる共通電極34、Au系などの金属材料からなる個別電極35、個別電極35の上に形成されているAg系などの金属材料からなる個別接続電極36、圧電アクチュエータユニット本体21の周縁領域の共通電極34上の圧電セラミック層21bに形成されているビアホール21c、およびビアホール21c内の共通電極34の上に形成されているAg系などの金属材料からなる共通接続電極37を有している。個別電極35は、圧電アクチュエータユニット40の上面における液体加圧室10およびダミー液体加圧室と対向する位置に配置されている個別電極本体と、個別電極本体から液体加圧室10と重ならない位置まで引き出されている引出電極とを含んでおり、個別接続電極36は、変位素子50の変位を小さくしないように、引出電極上に形成されている。共通電極34および個別電極35の厚さは、0.3〜1μmである。個別接続電極36は、例えばガラスフリットを含むAg−Pdからなり、厚さは5〜15μmである。共通接続電極37は、例えばガラスフリットを含むAg−Pdからなり、厚さは5〜15μmである。引出電極のうち後述の個別接続バンプ形成領域80内に位置するものには個別電極バンプ46が形成されている。   The piezoelectric actuator unit main body 21 is made of a common electrode 34 made of a metal material such as Ag-Pd, an individual electrode 35 made of a metal material such as Au, and a metal material such as Ag formed on the individual electrode 35. The individual connection electrode 36, the via hole 21c formed in the piezoelectric ceramic layer 21b on the common electrode 34 in the peripheral region of the piezoelectric actuator unit main body 21, the Ag system formed on the common electrode 34 in the via hole 21c, and the like The common connection electrode 37 made of a metal material is provided. The individual electrode 35 is disposed on the upper surface of the piezoelectric actuator unit 40 at a position facing the liquid pressurizing chamber 10 and the dummy liquid pressurizing chamber, and the position where the individual electrode main body does not overlap the liquid pressurizing chamber 10. The individual connection electrode 36 is formed on the extraction electrode so as not to reduce the displacement of the displacement element 50. The thicknesses of the common electrode 34 and the individual electrode 35 are 0.3 to 1 μm. The individual connection electrode 36 is made of, for example, Ag—Pd containing glass frit and has a thickness of 5 to 15 μm. The common connection electrode 37 is made of, for example, Ag—Pd containing glass frit and has a thickness of 5 to 15 μm. Individual electrode bumps 46 are formed on the lead electrodes located in the individual connection bump formation region 80 described later.

ビアホール21cの底面の下側に位置する圧電セラミック層21aにはビアホール21c側に突出している突出部21abが形成されている。ビアホールの底面の直径は、例えば50〜150μmである。また、突出部21abの突出高さは10〜20μmであり、これは言い換えると圧電セラミック層21bの厚さの1/2〜1倍である。突出部21abは、例えば後述の圧電セラミック層21a、21bの積層工程において、圧電セラミック層21aを変形させることで形成できる。突出高さが10μm以上であることにより、共通電極バンプ47と個別電極バンプ46とを形成する際に、ビアホール21c内に入り込む共通電極バンプ47となる材料の量が少なくなるので、ざ個別電極バンプ46と共通電極バンプ47の高さの差を小さくでき、接続部材60であるFPC(Flexible Printed
Circuit)と個別電極バンプ46および共通電極バンプ47との接続性を良くできる。また、突出高さが20μm以下であることにより、製造時の圧電セラミック層21aに加わる応力を少なくできるので、使用中に圧電セラミック層21aにクラックなどが生じ難く、突出高さは15μm以下であることが好ましい。ビアホール21cの側面は圧電セラミック層21bに形成されている斜面であり、圧電アクチュエータユニット40の個別電極35の形成されている一方の主面21dに対して20〜40°の角度になっている。角度が20°以上であることにより、ビアホール21cの形成されている面積を小さくすることができ、角度が40°以下であることにより、共通接続電極37や共通電極バンプ47となるペースト等がビアホールに流れ込みやすくなるとともに、突出部21abの基底部とビアホール21cの側面の斜面とが交わる部分を基点とした接続の破壊が生じ難く、接
続強度を強くできる。突出部21abの基底部とビアホール21cの側面の斜面とが交わる部分は、突出部21abが突出しているので狭くなっているため、突出部21abがない場合と比べてペースト等が流れ込み難く、空隙が残ることがあり、この空隙が破壊の起点となることがあるが、前記角度を小さくすることで、この空隙の大きさを小さくしたり、発生頻度を低くすることができ、接続強度が強くなる。
A projecting portion 21ab projecting toward the via hole 21c is formed on the piezoelectric ceramic layer 21a located below the bottom surface of the via hole 21c. The diameter of the bottom surface of the via hole is, for example, 50 to 150 μm. Further, the protruding height of the protruding portion 21ab is 10 to 20 μm, in other words, 1/2 to 1 times the thickness of the piezoelectric ceramic layer 21b. The protruding portion 21ab can be formed by, for example, deforming the piezoelectric ceramic layer 21a in a lamination process of piezoelectric ceramic layers 21a and 21b described later. Since the protrusion height is 10 μm or more, when the common electrode bump 47 and the individual electrode bump 46 are formed, the amount of the material that becomes the common electrode bump 47 entering the via hole 21c is reduced. 46 and the common electrode bump 47 can be reduced in height, and the FPC (Flexible Printed) which is the connecting member 60 can be obtained.
Circuit) can be connected with the individual electrode bumps 46 and the common electrode bumps 47. Further, since the protrusion height is 20 μm or less, the stress applied to the piezoelectric ceramic layer 21a at the time of manufacture can be reduced, so that cracks or the like hardly occur in the piezoelectric ceramic layer 21a during use, and the protrusion height is 15 μm or less. It is preferable. The side surface of the via hole 21c is an inclined surface formed in the piezoelectric ceramic layer 21b, and has an angle of 20 to 40 ° with respect to one main surface 21d on which the individual electrode 35 of the piezoelectric actuator unit 40 is formed. When the angle is 20 ° or more, the area where the via hole 21c is formed can be reduced, and when the angle is 40 ° or less, the paste that becomes the common connection electrode 37 and the common electrode bump 47 is transferred to the via hole. In addition, it is difficult to cause breakage of the connection based on the portion where the base portion of the protrusion 21ab and the slope of the side surface of the via hole 21c intersect, and the connection strength can be increased. The portion where the base portion of the protruding portion 21ab and the slope of the side surface of the via hole 21c intersect is narrow because the protruding portion 21ab protrudes, and therefore, paste or the like is less likely to flow in compared to the case without the protruding portion 21ab, and the gap is not This gap may remain as a starting point of destruction, but by reducing the angle, the size of the gap can be reduced or the frequency of occurrence can be reduced, and the connection strength is increased. .

また、ビアホール21c部の底面の下側に位置する圧電セラミック層21aの対向する下面は、突出部21abの形成されている分凹んではおらず、凹部は0〜2μm程度であり、突出高さの1/5以下となっている。これは、後述の製造工程の積層において、ビアホール21cの側面となっている圧電セラミック層21bが圧電セラミック層21a側に押し込まれて、ビアホール21c周囲の下側に位置する圧電セラミック層21aがビアホール21cの下の部分に移動するように変形することにより、ビアホール21cの下の圧電セラミック層21aの厚さが他の部分より厚くなっていることによる。凹部が浅いことにより、流路部材4への接合時に空隙やクラックが生じ難く、接合性が良くなる。   Further, the opposing lower surface of the piezoelectric ceramic layer 21a located below the bottom surface of the via hole 21c is not recessed because the protruding portion 21ab is formed, and the recessed portion has a height of about 0 to 2 μm. 1/5 or less. This is because the piezoelectric ceramic layer 21b which is the side surface of the via hole 21c is pushed into the piezoelectric ceramic layer 21a side in the lamination of the manufacturing process described later, and the piezoelectric ceramic layer 21a located below the periphery of the via hole 21c becomes the via hole 21c. This is because the piezoelectric ceramic layer 21a under the via hole 21c is thicker than the other parts by being deformed so as to move to the lower part. Since the recess is shallow, voids and cracks are less likely to occur at the time of joining to the flow path member 4, and the joining property is improved.

ビアホール21cの底面に露出している共通電極34の積層体の一方の主面21d側の表面34a、言い換えれば、共通電極34と共通接続電極37との界面の凹凸の高さは0.3〜1μmである。凹凸の高さが0.3〜1μmと小さいため、共通接続電極37との電気的接続が良好になる。他の部分の共通電極34の積層体の一方の主面21d側の表面34b、言い換えれば、共通電極34と圧電セラミック層21bとの界面3の凹凸の高さも0.3〜1μmとなっており、ビアホール21cの共通電極34の積層体の一方の主面21d側の表面34aの凹凸の高さは、これ以下になっている。共通電極34は、導体ペーストの印刷および圧電セラミック層21a、21bとの同時焼成で形成されてり、印刷したままの状態で焼成すると、その表面の凹凸の高さは2〜5μmとなり、凹となっている部分に共通接続電極37が十分入り込ます電気的接続が不安定になるおそれがある。ビアホール21cの底面に露出している共通電極34の表面34aは、後述の積層工程で、圧力が加わり平坦になるので、圧電セラミック層21bにより圧力が同じように加わり平坦になっている部分の共通電極34と同程度以下になっている。ここで同程度以下とは、圧電セラミック層21bと共通電極34との界面34bの凹凸の高さの±1μmもしくはそれ以下であるということである。   The surface 34a on one main surface 21d side of the laminate of the common electrodes 34 exposed at the bottom surface of the via hole 21c, in other words, the height of the unevenness at the interface between the common electrode 34 and the common connection electrode 37 is 0.3 to 1 μm. Since the height of the unevenness is as small as 0.3 to 1 μm, the electrical connection with the common connection electrode 37 is good. The height of the unevenness at the interface 34 between the common electrode 34 and the piezoelectric ceramic layer 21b is also 0.3 to 1 μm. The height of the unevenness of the surface 34a on the one main surface 21d side of the laminate of the common electrode 34 in the via hole 21c is less than this. The common electrode 34 is formed by printing the conductor paste and simultaneous firing with the piezoelectric ceramic layers 21a and 21b. When fired as printed, the height of the irregularities on the surface becomes 2 to 5 μm, The common connection electrode 37 sufficiently enters the portion where there is a risk that the electrical connection may become unstable. Since the surface 34a of the common electrode 34 exposed on the bottom surface of the via hole 21c is flattened by applying pressure in the later-described laminating process, the common portion of the portion where the pressure is equally applied by the piezoelectric ceramic layer 21b is flattened. It is less than or equal to the electrode 34. Here, the same or less means that the height of the unevenness of the interface 34b between the piezoelectric ceramic layer 21b and the common electrode 34 is ± 1 μm or less.

個別電極バンプ46および共通電極バンプ47は、それぞれ個別接続電極36および共通接続電極46の上に形成されている。これらバンプは樹脂とAg粉末を混ぜたAgペーストを印刷して、加熱・乾燥して形成される。また、これらバンプは配線部材60のカバーフィルム60cを突き破って配線60bと接触することで電気的に接続され、カバーフィルム60cで挟まれていることにより、保持される。個別電極バンプ46の高さは50〜100μmである。ビアホール21cの底面の下側に突出部21abがないと、ビアホール21cに入り込むAgペーストの分、共通電極バンプ47の高さが低くなり、配線部材60との電気接合不良が生じる可能性が高くなる。また、単に低くなるだけでなく、ビアホール21cの直上の共通電極バンプ47の上面に凹部ができてしましい、この凹部により接続が、より阻害される。   The individual electrode bump 46 and the common electrode bump 47 are formed on the individual connection electrode 36 and the common connection electrode 46, respectively. These bumps are formed by printing an Ag paste in which resin and Ag powder are mixed, and heating and drying. These bumps are electrically connected by breaking through the cover film 60c of the wiring member 60 and coming into contact with the wiring 60b, and are held by being sandwiched between the cover films 60c. The height of the individual electrode bump 46 is 50 to 100 μm. If there is no protrusion 21ab below the bottom surface of the via hole 21c, the height of the common electrode bump 47 is reduced by the amount of Ag paste that enters the via hole 21c, and there is a high possibility that an electrical connection failure with the wiring member 60 will occur. . Moreover, not only is it lowered, but a recess is formed on the upper surface of the common electrode bump 47 immediately above the via hole 21c, and the connection is further hindered by this recess.

圧電アクチュエータユニット40の一方の主面21dから個別電極バンプ46の上までの高さh1は、圧電アクチュエータユニット40の一方の主面21dから共通電極バンプ47の上までの高さh2の差は10μm以下であることが好ましく、特に5μm以下であることが好ましい。なお、図8に示した圧電アクチュエータユニット240ではh3はh1より10μm低くなり、その差は15μm程度となる。共通電極バンプ47の上部には凹部が実質的にないことが好ましい。ここで実質的にないとは、凹部の深さが5μm以下であることを言う。なお、図8に示した圧電アクチュエータユニット240では5μmよりの深い凹部が生じる。   The difference in height h1 from one main surface 21d of the piezoelectric actuator unit 40 to above the individual electrode bump 46 is 10 μm in the difference between the height h2 from one main surface 21d of the piezoelectric actuator unit 40 to above the common electrode bump 47. Or less, and particularly preferably 5 μm or less. In the piezoelectric actuator unit 240 shown in FIG. 8, h3 is 10 μm lower than h1, and the difference is about 15 μm. It is preferable that the upper part of the common electrode bump 47 is substantially free of a recess. Here, “substantially not” means that the depth of the recess is 5 μm or less. In addition, in the piezoelectric actuator unit 240 shown in FIG. 8, a recessed part deeper than 5 micrometers arises.

以上のように、配線部材60に電気的に接続された、個別電極35および共通電極34の間には、制御部100から駆動信号(駆動電圧)が供給される。駆動信号は、印刷媒体Pの搬送速度と同期して一定の周期で供給される。   As described above, the drive signal (drive voltage) is supplied from the control unit 100 between the individual electrode 35 and the common electrode 34 electrically connected to the wiring member 60. The drive signal is supplied in a constant cycle in synchronization with the conveyance speed of the print medium P.

なお、以上は、圧電アクチュエータユニット40が2層の圧電セラミック層の場合の構造であるが、3層以上の圧電セラミック層を積層して、個別電極35と共通電極34が交互になるように配置してもよい。ビアホール21cの深さも、圧電セラミック層1層分でなく、もっと深いものであってもよい。   The above is a structure in the case where the piezoelectric actuator unit 40 has two piezoelectric ceramic layers, but three or more piezoelectric ceramic layers are laminated so that the individual electrodes 35 and the common electrodes 34 are alternately arranged. May be. The depth of the via hole 21c may be deeper than the one piezoelectric ceramic layer.

個別電極35は、圧電アクチュエータユニット40の一方の主面の略全面に渡ってマトリクス状に形成されている。すなわち、第1の方向および第1の方向とは異なる方向に渡って形成されている。個別電極バンプ46が形成されているのは、圧電アクチュエータユニット40と略相似の台形状の個別接続バンプ形成領域80内である。圧電アクチュエータユニット40の一方の主面の個別電極バンプ46が形成されていない領域である、個別接続バンプ形成領域80の以外の領域は周縁領域であり、圧電アクチュエータユニット40の一方の主面の周縁の領域である。ビアホール21cは、周縁領域に形成される。   The individual electrodes 35 are formed in a matrix over substantially the entire main surface of one side of the piezoelectric actuator unit 40. That is, the first direction and the first direction are formed in different directions. The individual electrode bumps 46 are formed in a trapezoidal individual connection bump formation region 80 that is substantially similar to the piezoelectric actuator unit 40. A region other than the individual connection bump formation region 80, which is a region where the individual electrode bumps 46 are not formed on one main surface of the piezoelectric actuator unit 40, is a peripheral region, and the peripheral surface of one main surface of the piezoelectric actuator unit 40. It is an area. The via hole 21c is formed in the peripheral region.

個別電極35のうち列A、B、Cの個別電極35は、その直下がダミー液体加圧室となるダミー個別電極である。ダミー個別電極を設けることにより周縁領域の圧電アクチュエータユニット40の凹凸の高さがが内部と同程度にできる。このダミー個別電極から引き出される引出電極には、ダミー個別接続電極(第1のダミー個別接続電極68)が形成されているものと、いないものがある。引出された引出電極が、個別接続バンプ形成領域80内に位置するものは、第1のダミー個別接続バンプ68が形成されている第1のダミー個別電極65であり、引出された引出電極が、周縁領域に位置するものは、ダミー個別電極バンプが形成されていない第2のダミー個別電極66である。このようにすることで、ダミー個別電極バンプではない個別電極バンプ46のうちのもっとも外側の個別電極バンプ46の接続状態が、他の内部の個別電極バンプ46の接続状態と近くなり、接続が良好になる。   Among the individual electrodes 35, the individual electrodes 35 in the rows A, B, and C are dummy individual electrodes in which a dummy liquid pressurizing chamber is directly below. By providing the dummy individual electrode, the height of the unevenness of the piezoelectric actuator unit 40 in the peripheral region can be made approximately the same as the inside. Some of the extraction electrodes drawn from the dummy individual electrodes may be provided with dummy individual connection electrodes (first dummy individual connection electrodes 68) or not. The extracted lead electrode located in the individual connection bump forming region 80 is the first dummy individual electrode 65 in which the first dummy individual connection bump 68 is formed. What is located in the peripheral region is a second dummy individual electrode 66 in which no dummy individual electrode bump is formed. In this way, the connection state of the outermost individual electrode bump 46 among the individual electrode bumps 46 that are not dummy individual electrode bumps is close to the connection state of the other individual electrode bumps 46, and the connection is good. become.

共通電極34は、圧電セラミック層21aと圧電セラミック層21bとの間の領域に面方向のほぼ全面にわたって形成されている。すなわち、共通電極34は、圧電アクチュエータユニット40に対向する領域内の全ての液体加圧室10を覆うように延在している。共通電極34の厚さは2μm程度である。共通電極34はビアホール21c部で共通接続電極37に接続され、共通接続電極37は配線部材60を通じて接地され、グランド電位に保持されている。共通接続電極37は周縁領域に形成されており、マトリクス状に形成されているダミー個別電極と共通接続電極37とが重なる位置になるとき、ダミー個別電極が個別接続バンプ形成領域80に入っている場合、ダミー個別電極と共通接続電極37とが電気的に接続されないようにダミー個別電極を共通接続電極37を避ける形状にし、ダミー個別電極が個別接続バンプ形成領域80に入らない場合、ダミー個別電極は他のダミー個別電極あるいは個別電極35と同じ形状にする。このようにすることで、ダミー個別電極の形状のできるだけ一定にすることにより、周縁領域における凹凸の差を少なくできるとともに、絶縁性を高くできる。   The common electrode 34 is formed over almost the entire surface in the area between the piezoelectric ceramic layer 21a and the piezoelectric ceramic layer 21b. That is, the common electrode 34 extends so as to cover all the liquid pressurizing chambers 10 in the region facing the piezoelectric actuator unit 40. The thickness of the common electrode 34 is about 2 μm. The common electrode 34 is connected to the common connection electrode 37 at the via hole 21c, and the common connection electrode 37 is grounded through the wiring member 60 and is held at the ground potential. The common connection electrode 37 is formed in the peripheral region, and the dummy individual electrode is in the individual connection bump formation region 80 when the dummy individual electrode and the common connection electrode 37 formed in a matrix form overlap each other. In this case, the dummy individual electrode is shaped so as to avoid the common connection electrode 37 so that the dummy individual electrode and the common connection electrode 37 are not electrically connected, and the dummy individual electrode does not enter the individual connection bump formation region 80. Have the same shape as other dummy individual electrodes or individual electrodes 35. In this way, by making the shape of the dummy individual electrode as constant as possible, the difference in unevenness in the peripheral region can be reduced and the insulation can be enhanced.

図6の圧電アクチュエータユニット40では、さらに平面形状が円形のダミー個別接続電極とその直上の第2のダミー個別電極バンプ69とが設けられている。ダミー個別接続電極と第2のダミー個別電極バンプ69は、それぞれ個別接続電極36と個別電極バンプ47と同様の組成であり、それぞれと同時に形成されたものである。これらは、個別電極35の設けられていない部分に形成され、ダミー個別接続電極と個別接続電極36とで、個別接続電極36単独の場合よりも配置の間隔が狭いマトリクス条の配置となっている。
このようにすることにより、流路部材4の平面状の面に接合する際に、より多くの場所で押すことにより、より圧力が均等になって、接続状態が良好になる。
In the piezoelectric actuator unit 40 of FIG. 6, a dummy individual connection electrode having a circular planar shape and a second dummy individual electrode bump 69 immediately above the dummy individual connection electrode are provided. The dummy individual connection electrode and the second dummy individual electrode bump 69 have the same composition as the individual connection electrode 36 and the individual electrode bump 47, respectively, and are formed at the same time. These are formed in a portion where the individual electrodes 35 are not provided, and the dummy individual connection electrodes and the individual connection electrodes 36 are arranged in a matrix strip having a narrower arrangement interval than in the case of the individual connection electrodes 36 alone. .
By doing in this way, when joining to the planar surface of the flow path member 4, by pushing in more places, a pressure becomes more uniform and a connection state becomes favorable.

図5に示されるように、共通電極34と個別電極35とは、最上層の圧電セラミック層21bのみを挟むように配置されている。圧電セラミック層21bにおける個別電極35と共通電極34とに挟まれた領域は活性部と呼称され、その部分の圧電セラミックスには厚み方向に分極が施されている。本実施形態の圧電アクチュエータユニット40においては、最上層の圧電セラミック層21bのみが活性部を含んでおり、圧電セラミック21aは活性部を含んでおらず、振動板として働く。この圧電アクチュエータユニット40はいわゆるユニモルフタイプの構成を有している。   As shown in FIG. 5, the common electrode 34 and the individual electrode 35 are disposed so as to sandwich only the uppermost piezoelectric ceramic layer 21b. A region sandwiched between the individual electrode 35 and the common electrode 34 in the piezoelectric ceramic layer 21b is called an active portion, and the piezoelectric ceramic in that portion is polarized in the thickness direction. In the piezoelectric actuator unit 40 of the present embodiment, only the uppermost piezoelectric ceramic layer 21b includes an active portion, and the piezoelectric ceramic 21a does not include an active portion and functions as a diaphragm. The piezoelectric actuator unit 40 has a so-called unimorph type configuration.

なお、後述のように、個別電極35に選択的に所定の駆動信号が供給されることにより、この個別電極35に対応する液体加圧室10内の液体に圧力が加えられる。これによって、個別流路32を通じて、対応する液体吐出口8から液滴が吐出される。すなわち、圧電アクチュエータユニット40における各液体加圧室10に対向する部分は、各液体加圧室10および液体吐出口8に対応する個別の変位素子50(アクチュエータ)に相当する。つまり、2枚の圧電セラミック層からなる積層体中には、図5に示されているような構造を単位構造とする変位素子50が液体加圧室10毎に、液体加圧室10の直上に位置する振動板21a、共通電極34、圧電セラミック層21b、個別電極35により作り込まれており、圧電アクチュエータユニット40には変位素子50が複数含まれている。なお、本実施形態において1回の吐出動作によって液体吐出口8から吐出される液体の量は5〜7pL(ピコリットル)程度である。   As will be described later, when a predetermined drive signal is selectively supplied to the individual electrode 35, pressure is applied to the liquid in the liquid pressurizing chamber 10 corresponding to the individual electrode 35. As a result, droplets are discharged from the corresponding liquid discharge ports 8 through the individual flow paths 32. That is, the portion of the piezoelectric actuator unit 40 facing each liquid pressurizing chamber 10 corresponds to an individual displacement element 50 (actuator) corresponding to each liquid pressurizing chamber 10 and the liquid discharge port 8. That is, in the laminate composed of two piezoelectric ceramic layers, the displacement element 50 having a unit structure as shown in FIG. 5 is provided immediately above the liquid pressurizing chamber 10 for each liquid pressurizing chamber 10. Are formed by the diaphragm 21a, the common electrode 34, the piezoelectric ceramic layer 21b, and the individual electrode 35, and the piezoelectric actuator unit 40 includes a plurality of displacement elements 50. In the present embodiment, the amount of liquid ejected from the liquid ejection port 8 by one ejection operation is about 5 to 7 pL (picoliter).

本実施形態における圧電アクチュエータユニット40の液体吐出時の駆動方法の一例を、個別電極35に供給される駆動電圧(駆動信号)に関して説明する。個別電極35を共通電極34と異なる電位にして圧電セラミック層21bに対してその分極方向に電界を印加したとき、この電界が印加された部分が、圧電効果により歪む活性部として働く。この時圧電セラミック層21bは、その厚み方向すなわち積層方向に伸長または収縮し、圧電横効果により積層方向と垂直な方向すなわち面方向には収縮または伸長しようとする。一方、残りの圧電セラミック層21aは、個別電極35と共通電極34とに挟まれた領域を持たない非活性層であるので、自発的に変形しない。つまり、圧電アクチュエータユニット40は、上側(つまり、液体加圧室10とは離れた側)の圧電セラミック層21bを、活性部を含む層とし、かつ下側(つまり、液体加圧室10に近い側)の圧電セラミック層21aを非活性層とした、いわゆるユニモルフタイプの構成となっている。   An example of a driving method at the time of liquid ejection of the piezoelectric actuator unit 40 in this embodiment will be described with respect to a driving voltage (drive signal) supplied to the individual electrode 35. When an electric field is applied to the piezoelectric ceramic layer 21b in the polarization direction by setting the individual electrode 35 to a potential different from that of the common electrode 34, the portion to which the electric field is applied functions as an active portion that is distorted by the piezoelectric effect. At this time, the piezoelectric ceramic layer 21b expands or contracts in the thickness direction, that is, the stacking direction, and tends to contract or extend in the direction perpendicular to the stacking direction, that is, the surface direction, due to the piezoelectric lateral effect. On the other hand, since the remaining piezoelectric ceramic layer 21a is an inactive layer that does not have a region sandwiched between the individual electrode 35 and the common electrode 34, it does not spontaneously deform. That is, in the piezoelectric actuator unit 40, the piezoelectric ceramic layer 21b on the upper side (that is, the side away from the liquid pressurizing chamber 10) is the layer including the active portion, and the lower side (that is, close to the liquid pressurizing chamber 10). This is a so-called unimorph type configuration in which the piezoelectric ceramic layer 21a on the side) is an inactive layer.

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

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

以上のような液体吐出ヘッド2は、例えば、以下のようにして作製する。まず、圧電セラミック層に用いる圧電材料をチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)とし、PZT粉末とバインダと溶剤とを混合してスラリーを作成し、このスラリーから、成形方法としてロールコーター法を採用して、グリーンシートを作製する。   The liquid discharge head 2 as described above is manufactured as follows, for example. First, lead zirconate titanate (PZT) is used as the piezoelectric material for the piezoelectric ceramic layer, and a slurry is prepared by mixing PZT powder, a binder, and a solvent. From this slurry, a roll coater method is adopted as a forming method. A green sheet is produced.

次いで、1枚のグリーンシートにビアホール21cとなる貫通孔を金型により打ち抜きなどで形成する。貫通孔の側面は、グリーンシートの物性や、金型の形状になどにもよるが、グリーシートの主面に対して直交しており、直交からのずれは±10°程度である。他の1枚のグリーンシートに共通電極34となる導体ペーストを塗布し、乾燥する。これら2枚のグリーシートを静水圧プレスを用いて積層して、内部に共通電極34およびビアホール21cを備えた積層成形体を作製する。   Next, a through hole to be a via hole 21c is formed in one green sheet by punching or the like with a mold. The side surface of the through hole is orthogonal to the main surface of the green sheet, depending on the physical properties of the green sheet and the shape of the mold, and the deviation from the orthogonal is about ± 10 °. A conductive paste to be the common electrode 34 is applied to another green sheet and dried. These two green sheets are laminated using an isostatic press to produce a laminated molded body having a common electrode 34 and a via hole 21c therein.

静水圧プレスは次のように行なう。まず、2枚のグリーンシートを仮積層したあと、樹脂の袋に入れ袋の中に空気を排出して、真空ラミネートする。真空ラミネートされた2枚のグリーンシートを60〜90℃の水中に入れて25〜75MPaの水圧を1〜2分加える。この際、変形可能な樹脂の袋を通じて加圧されたグリーンシートの積層体は、ビアホール21cの周囲の圧電セラミック層21bとなるグリーンシートが変形し、ビアホール21cの側面が斜めの形状に押しつぶされるとともに、圧電セラミック層21aとなるグリーンシートが変形し材料がビアホール21cの下び部分に移動して、その部分の厚みが厚くなり、ビアホール21cの底面が突出する。突出高さは圧力が大きくなると高くなるので、圧力により突出高さを調整することができる。この際、突出した部分の反対側のグリーンシートには凹みはほとんど生じない。積層の際に斜めになるビアホール21cの側面の角度は、積層の圧力および樹脂の袋の変形のし易さを変えることにより、調整できる。積層の圧力を高くしたり、樹脂の袋を変形のし易いものにすることで、側面はよりつぶされて、角度が小さくなる。樹脂の袋を変形のし易くするたには、材質を柔らかくしたり、厚さを薄くすればよい。また、この際にビアホール21cの底面にある焼成前の生状態の共通電極34が樹脂の袋により加圧されるため、平坦になる。なお、これらの形状は、焼成においても大きな変化はなく、そのまま保たれる。   The hydrostatic press is performed as follows. First, two green sheets are temporarily laminated, then placed in a resin bag, air is discharged into the bag, and vacuum lamination is performed. Two green sheets that have been vacuum-laminated are placed in water at 60 to 90 ° C., and a water pressure of 25 to 75 MPa is applied for 1 to 2 minutes. At this time, in the green sheet laminate pressed through the deformable resin bag, the green sheet that becomes the piezoelectric ceramic layer 21b around the via hole 21c is deformed, and the side surface of the via hole 21c is crushed into an oblique shape. The green sheet that becomes the piezoelectric ceramic layer 21a is deformed and the material moves to the lower portion of the via hole 21c, and the thickness of the portion increases, and the bottom surface of the via hole 21c protrudes. Since the protrusion height increases as the pressure increases, the protrusion height can be adjusted by the pressure. At this time, there is almost no dent in the green sheet opposite to the protruding portion. The angle of the side surface of the via hole 21c that is inclined during lamination can be adjusted by changing the lamination pressure and the ease of deformation of the resin bag. By increasing the lamination pressure or making the resin bag easily deformable, the side surface is crushed and the angle is reduced. In order to easily deform the resin bag, the material may be softened or the thickness may be reduced. At this time, the raw common electrode 34 before firing on the bottom surface of the via hole 21c is pressed by the resin bag, so that it becomes flat. In addition, these shapes do not have a big change in baking, and are kept as it is.

その後、この積層成形体を1020℃の温度で焼成して圧電焼結体を作製する。この圧電焼結体の表面に、スクリーン印刷により、Auを主成分とする導体ペーストで、マトリックス状に個別電極35を形成し、さらに、ガラスフリットを含むAgペーストで個別接続電極36および共通接続電極37を形成し、しかる後に、750〜850℃の熱処理によって個別電極を形成する。このようにして圧電アクチュエータユニット本体21を作製できる。   Thereafter, this laminated molded body is fired at a temperature of 1020 ° C. to produce a piezoelectric sintered body. On the surface of the piezoelectric sintered body, the individual electrodes 35 are formed in a matrix with a conductive paste mainly composed of Au by screen printing, and the individual connection electrodes 36 and the common connection electrodes are made of Ag paste containing glass frit. 37 is formed, and thereafter, individual electrodes are formed by heat treatment at 750 to 850 ° C. In this way, the piezoelectric actuator unit main body 21 can be manufactured.

次にAg粉末と樹脂とを含むAgペーストを塗布し、100〜150℃で乾燥させて、個別電極バンプ46および共通電極バンプ47を形成して、圧電アクチュエータユニット40を作製する。この際、ビアホール21cの底面の下側に位置する圧電セラミック層21aがビアホール21cに突出しているので、その分ビアホール21cの体積が減っており、ビアホール21cに入り込むAgペーストの量が少なくなり、共通電極バンプ47と
個別電極バンプ46の高さの差が少なくなり、共通電極バンプ47の上面の凹の浅くなるか、形成されなくなる。
Next, an Ag paste containing Ag powder and a resin is applied and dried at 100 to 150 ° C. to form the individual electrode bumps 46 and the common electrode bumps 47 to produce the piezoelectric actuator unit 40. At this time, since the piezoelectric ceramic layer 21a located below the bottom surface of the via hole 21c protrudes into the via hole 21c, the volume of the via hole 21c is reduced by that amount, and the amount of Ag paste entering the via hole 21c is reduced. The difference in height between the electrode bump 47 and the individual electrode bump 46 is reduced, and the recess on the upper surface of the common electrode bump 47 becomes shallower or is not formed.

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

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

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

続いて、ベースフィルム60a上に複数の配線60bが形成されているものを準備し、配線の形成されている側に、エポキシ樹脂を印刷し、100℃で表面を乾燥させてカバーフィルム60cを形成して、FPCである配線部材60を作製する。配線部材60に圧電アクチュエータユニット21の個別電極バンプ46および共通電極バンプ47を押し当ててカバーフィルム60cを貫通させ、個別電極バンプ46および共通電極バンプ47と配線60bを接続させる。続いて150〜250℃で1〜5分間加熱圧着し樹脂を硬化させることで、個別電極バンプ46および共通電極バンプ47を保持できる。   Subsequently, a base film 60a having a plurality of wirings 60b is prepared, epoxy resin is printed on the wiring side, and the surface is dried at 100 ° C. to form the cover film 60c. Then, the wiring member 60 which is an FPC is manufactured. The individual electrode bump 46 and the common electrode bump 47 of the piezoelectric actuator unit 21 are pressed against the wiring member 60 to penetrate the cover film 60c, and the individual electrode bump 46 and the common electrode bump 47 and the wiring 60b are connected. Subsequently, the individual electrode bumps 46 and the common electrode bumps 47 can be held by thermocompression bonding at 150 to 250 ° C. for 1 to 5 minutes to cure the resin.

1・・・プリンタ
2・・・液体吐出ヘッド
4・・・流路部材
5・・・マニホールド
5a・・・副マニホールド
5b・・・マニホールドの開口
6・・・個別供給流路
8・・・液体吐出孔
9・・・液体加圧室群
10・・・液体加圧室
11a、b、c、d・・・液体加圧室列
12・・・しぼり
13・・・液体吐出ヘッド本体
15a、b、c、d・・・液体吐出孔列
21、221・・・圧電アクチュエータユニット本体
21a、221a・・・圧電セラミック層(振動板)
21ab・・・圧電セラミック層の突出部
21b、221b・・・圧電セラミック層
21c、221c・・・ビアホール
21d、221d・・・一方の主面
22〜31・・・プレート
32・・・個別流路
34、234・・・共通電極
35、235・・・個別電極
36、236・・・個別接続電極
37、237・・・共通接続電極
40、240・・・圧電アクチュエータユニット
46、246・・・個別電極バンプ
47、247・・・共通電極バンプ
50・・・加圧部(変位素子)
60・・・配線部材
60a・・・ベースフィルム
60b・・・配線
60c・・・カバーフィルム
65・・・第1のダミー個別電極
66・・・第2のダミー個別電極
68・・・第1のダミー個別電極バンプ
69・・・第2のダミー個別電極バンプ
80・・・個別接続バンプ形成領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Printer 2 ... Liquid discharge head 4 ... Channel member 5 ... Manifold 5a ... Sub manifold 5b ... Manifold opening 6 ... Individual supply channel 8 ... Liquid Discharge hole 9 ... Liquid pressurization chamber group 10 ... Liquid pressurization chamber 11a, b, c, d ... Liquid pressurization chamber row 12 ... Squeeze 13 ... Liquid discharge head body 15a, b , C, d: liquid discharge hole arrays 21, 221: piezoelectric actuator unit main body 21a, 221a: piezoelectric ceramic layer (vibrating plate)
21ab: Projection part of piezoelectric ceramic layer 21b, 221b ... Piezoceramic layer 21c, 221c ... Via hole 21d, 221d ... One main surface 22-31 ... Plate 32 ... Individual flow path 34, 234 ... Common electrode 35, 235 ... Individual electrode 36, 236 ... Individual connection electrode 37, 237 ... Common connection electrode 40, 240 ... Piezoelectric actuator unit 46, 246 ... Individual Electrode bumps 47, 247 ... Common electrode bumps 50 ... Pressure part (displacement element)
60 ... Wiring member 60a ... Base film 60b ... Wiring 60c ... Cover film 65 ... First dummy individual electrode 66 ... Second dummy individual electrode 68 ... First Dummy individual electrode bump 69... Second dummy individual electrode bump 80... Individual connection bump formation region

Claims (6)

複数の圧電セラミック層が積層されている積層体と、該積層体の一方の主面に形成されている複数の個別電極と、該複数の個別電極上に形成されている個別電極バンプと、前記複数の個別電極に対向して前記積層体の内部に積層されている共通電極と、該共通電極の前記複数の個別電極に対向してない部位から前記積層体の一方の主面まで繋がっているビアホールと、該ビアホール内の前記共通電極上に形成されている共通電極バンプとを有する圧電アクチュエータユニットであって、前記ビアホールの底面の下側に位置する前記圧電セラミック層が、前記ビアホール側に突出していることを特徴とする圧電アクチュエータユニット。   A laminated body in which a plurality of piezoelectric ceramic layers are laminated; a plurality of individual electrodes formed on one main surface of the laminated body; an individual electrode bump formed on the plurality of individual electrodes; A common electrode that is stacked inside the stacked body so as to face a plurality of individual electrodes, and is connected from a portion of the common electrode that does not face the plurality of individual electrodes to one main surface of the stacked body. A piezoelectric actuator unit having a via hole and a common electrode bump formed on the common electrode in the via hole, wherein the piezoelectric ceramic layer located below the bottom surface of the via hole protrudes to the via hole side. A piezoelectric actuator unit characterized by comprising: 前記ビアホールにおける前記共通電極の前記積層体の一方の主面側の表面の凹凸の高さが、他の前記共通電極の前記積層体の一方の主面側の表面の凹凸の高さ以下であることを特徴とする請求項1に記載の圧電アクチュエータユニット。   The height of the unevenness on the surface of one of the main surfaces of the laminate of the common electrode in the via hole is equal to or lower than the height of the unevenness of the surface on the one main surface of the stacked body of the other common electrode. The piezoelectric actuator unit according to claim 1. 前記積層体の一方の主面からの前記複数の個別電極バンプの高さと、前記積層体の一方の主面からの前記共通電極バンプの高さとが略同じであることを特徴とする請求項1または2に記載の圧電アクチュエータユニット。   2. The height of the plurality of individual electrode bumps from one main surface of the multilayer body is substantially the same as the height of the common electrode bump from one main surface of the multilayer body. Or the piezoelectric actuator unit of 2. 請求項1〜3のいずれかに記載の圧電アクチュエータユニットと、前記複数の個別電極バンプおよび前記共通電極バンプがそれぞれ電気的に接続されている配線を有する配線部材とを含むことを特徴とする圧電アクチュエータユニット装置。   A piezoelectric actuator comprising: the piezoelectric actuator unit according to claim 1; and a wiring member having a wiring to which the plurality of individual electrode bumps and the common electrode bump are electrically connected. Actuator unit device. 平面に開口する複数の液体加圧室および該複数の液体加圧室にそれぞれ繋がっている複数の液体吐出孔を備える流路部材の前記平面に、前記複数の液体加圧室を覆うように請求項4に記載の圧電アクチュエータユニット装置が積層されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。   Claiming that the plurality of liquid pressurization chambers are covered with the plane of the flow path member provided with a plurality of liquid pressurization chambers opened in a plane and a plurality of liquid discharge holes respectively connected to the plurality of liquid pressurization chambers. Item 5. A liquid discharge head, wherein the piezoelectric actuator unit device according to Item 4 is stacked. 請求項5に記載の液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、制御部とを備えており、該制御部は前記配線部材を介して前記圧電アクチュエータユニットを制御するとともに、前記搬送部を制御することを特徴とする記録装置。   A liquid discharge head according to claim 5, a transport unit that transports a recording medium to the liquid discharge head, and a control unit, wherein the control unit is configured to control the piezoelectric actuator unit via the wiring member. A recording apparatus that controls the conveying unit.
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