JP4594060B2 - Liquid ejection device - Google Patents
Liquid ejection device Download PDFInfo
- Publication number
- JP4594060B2 JP4594060B2 JP2004364685A JP2004364685A JP4594060B2 JP 4594060 B2 JP4594060 B2 JP 4594060B2 JP 2004364685 A JP2004364685 A JP 2004364685A JP 2004364685 A JP2004364685 A JP 2004364685A JP 4594060 B2 JP4594060 B2 JP 4594060B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- displacement
- liquid
- region
- piezoelectric
- piezoelectric ceramic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
本発明は、印刷ヘッド及び印刷機に関し、特に、広がり振動、伸び振動、厚みたて振動を利用した圧電アクチュエータを用いる、燃料噴射用インジェクタ、インクジェットプリンタ用印刷ヘッド、圧電ポンプ等に好適に用いることができる液体吐出装置に関する。
The present invention relates to a print head and the printing press, in particular, spreading vibration, stretch vibration, a piezoelectric actuator utilizing a thickness fresh vibration, the fuel injector, an ink jet printer printhead, suitably used for a piezoelectric pump The present invention relates to a liquid ejection device capable of performing the above.
近年、パーソナルコンピューターの普及やマルチメディアの発達に伴って、情報を記録媒体に出力する記録装置として、インクジェット方式の記録装置の利用が急速に拡大している。 In recent years, with the spread of personal computers and the development of multimedia, the use of ink jet recording apparatuses as recording apparatuses that output information to recording media is rapidly expanding.
かかるインクジェット方式の記録装置には、印刷ヘッドが搭載されており、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ーを備え、ヒーター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、インク流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、インク吐出孔よりインク流として吐出させる圧電方式が一般的に知られている。 Such an ink jet recording apparatus is equipped with a print head, and this type of print head includes a heater as a pressurizing unit in an ink flow path filled with ink, and heats the ink with the heater. A thermal head system that boiles and pressurizes ink with bubbles generated in the ink flow path and discharges it as an ink flow from the ink discharge hole, and a part of the wall of the ink flow path filled with ink is bent by a displacement element A piezoelectric method is generally known that displaces, pressurizes ink in an ink flow path mechanically, and discharges the ink as an ink flow from an ink discharge hole.
圧電方式を利用したインクジェット記録装置に用いられる印刷ヘッドは、例えば図2(a)に示したように、圧電アクチュエータ21が、流路部材23の上に設けられた構造を有する(例えば、特許文献1参照)。圧電流路部材23は、複数のインク加圧室23aが隔壁23bによって仕切られ、インク加圧室23aは圧電アクチュエータ21に当接するように並設されている。
A print head used in an ink jet recording apparatus using a piezoelectric method has a structure in which a
圧電アクチュエータ21は、共通電極24を表面に形成した振動板22上に圧電セラミック層25を設け、圧電セラミック層25の上に駆動電極26を設けてなる。換言すれば、駆動電極26と、共通電極24の駆動電極26に対向する対向部位24aと、駆動電極26及び対向部位24aで挟持される圧電セラミック層25の挟持領域25aと、で形成される変位素子27a、27cを、振動板22の上に複数配設してなるものである。
The
駆動電極26は、図2(b)に示したように、圧電セラミック層25の表面に複数配列されることにより、複数の圧電変位部27が形成されたものである。通常は、マトリックス配置をするように駆動電極26が形成される。この圧電アクチュエータ21は、インク加圧室23aの直上に駆動電極26が位置するようにして流路部材23上に配置している。
As shown in FIG. 2B, a plurality of
このような印刷ヘッドは、共通電極24と所定の駆動電極26との間に電圧を印加して駆動電極26直下の圧電セラミック層25の挟持領域25aを変位させることにより、変位領域27aが対応するインク加圧室23aの方向に凸になるように変形し、インク加圧室23a内のインクを加圧して、流路部材23の底面に開口したインク吐出口28より液滴を吐出することができる。
In such a print head, a
このような場合、圧電セラミック層25の全てを特定の方向に分極するか、又は、共通電極24と駆動電極26に電圧を印加して、これらの電極に挟持された圧電セラミック層25の挟持領域25aだけを特定の方向に分極することが開示されている(例えば、特許文献2参照)。
In such a case, all of the piezoelectric
例えば、図2(c)に示したように、共通電極24は、駆動電極26に対向とする対向部位24aと、それ以外の非対向部位24bとで構成され、圧電セラミック層25は、対向部位24aと駆動電極26とで挟持される挟持領域25a(破線内)と非挟持領域25b(破線外)とで構成される。また、変位素子27は、駆動電極26と、対向部位24aと、挟持領域25aと、で構成され、共通電極24と駆動電極26との間に駆動電圧を印加することによって変位する変位領域27a(波線内)が、変位に関与しない非変位領域27bによって囲まれ、且つ変位領域27aと隣接する変位領域27cとの間隙を非変位領域27bが埋設するように設けられている。
For example, as shown in FIG. 2C, the
分極処理は、共通電極24と駆動電極26との間に分極電圧を印加することによって行われ、この処理によって、変位領域27a及び変位領域27cの挟持領域25a、25cは、矢印で示した厚み方向に分極し、非変位領域27bの非挟持部位25bは、分極されない。
The polarization process is performed by applying a polarization voltage between the
そして、ユニモルフ型変形をともなう場合には、駆動電圧が共通電極24と駆動電極26との間に印加されると、挟持領域25aは、その厚み方向(矢印と同じ図面の縦方向)に伸長すると、圧電横効果により積層方向と垂直な面方向(図面の横方向)に収縮しようとする。非変位領域及び振動板は変形しないため、圧電アクチュエータ21は、変位領域27aが液体加圧室23a側に凸になるように変形し、液体加圧室23aに充填された液体を加圧し、液体吐出口から液滴を吐出させることができる。
And in the case of unimorph deformation, when a driving voltage is applied between the
なお、図2に設けられた波線は、便宜のために設けたものである。
しかしながら、特許文献1及び2に記載の圧電アクチュエータ21では、上述したように変位領域27aの圧電セラミック層25aが面方向に収縮する動作と、収縮した状態から元の状態に復帰する動作とを、所望の時間をおいて繰り返す(変位素子の変位を連続して行う)うちに、徐々に変位量が低下して行き、最悪の場合には液滴が吐出しなくなるという問題があった。
However, in the
特に、このような圧電アクチュエータ21をインクジェットプリンタの印刷ヘッドとして用いた場合、圧電アクチュエータ21の変位量が低下するにつれて、インクの吐出速度が低下し、文字の正確な印字や画像の精細な描写が不可能となり、或いは、目的とする色調を再現することができなくなるという問題があった。
In particular, when such a
そこで、本発明は、駆変位素子を繰り返し変位させても変位量の低下が少ない圧電アクチュエータを用いた液体吐出装置を提供することを目的とするものである。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a liquid ejecting apparatus using a piezoelectric actuator in which the amount of displacement is small even when the displacement element is repeatedly displaced.
本発明の液体吐出装置は、振動板の上に、一対の電極で圧電セラミック層の一部の圧電体を挟持してなる変位素子をマトリックス状に配置せしめ、前記一対の電極に電圧を印加することによって前記変位素子が変位する圧電アクチュエータを、複数の液体加圧室と、該複数の液体加圧室にそれぞれ連通する液滴吐出孔と、前記液体加圧室に液体を供給するための液体流路とを具備する流路部材の上に、前記液体加圧室の壁面の一部が前記圧電アクチュエータで形成されるように、且つ前記液体加圧室と前記変位素子との位置がそれぞれ揃うように取り付けられている液体吐出装置であって、前記変位素子の変位によって変形する変位領域間に非変位領域を設け、該非変位領域の前記圧電セラミック層の分極方向を前記変位領域の前記圧電セラミック層の分極方向と異なるように分極処理を施してなることを特徴とする。これにより、駆動劣化の少ない圧電アクチュエータの変位により安定した液体の供給ができる。
Liquid discharge apparatus of the present invention, on the diaphragm, the displacement element formed by sandwiching a portion of the piezoelectric body of the piezoelectric ceramic layer with a pair of electrodes brought arranged in a matrix, to apply a voltage to the pair of electrodes liquid for supplying a piezoelectric actuator wherein the displacement element is displaced, and a plurality of liquid pressurizing chamber, and the droplet discharge holes respectively communicating with the liquid pressurizing chamber of said plurality of the liquid to the liquid pressurizing chamber by A part of the wall of the liquid pressurizing chamber is formed by the piezoelectric actuator on the flow path member including the flow path, and the positions of the liquid pressurizing chamber and the displacement element are aligned. a liquid discharge apparatus is mounted as the piezoelectric Serra of the non-displacement area between the displacement region which is deformed by the displacement of the displacement element is provided, said displacement area polarization direction of the piezoelectric ceramic layers of the non-displacement area Characterized by comprising subjecting a polarization treatment to the polarization direction different from the click layer. Thereby, the liquid can be stably supplied by the displacement of the piezoelectric actuator with little drive deterioration.
特に、前記振動板に、前記一対の電極の一方である共通電極、前記圧電セラミック層がこの順に積層され、さらに該圧電セラミック層の表面に前記一対の電極の他方である複数の駆動電極が積層されていることが好ましい。これにより、ユニモルフ構造で、微細な領域を変位させることが容易になる。また、複数の駆動電極に個別に駆動信号を入力することで微細な領域の変位を個別に制御することが可能である。
In particular, the oscillation rotation plate, while in a common electrode of the pair of electrodes, the piezoelectric ceramic layer are laminated in this order, a plurality of drive electrodes is yet another of the pair of electrodes on the surface of the piezoelectric ceramic layer Rukoto be laminated is preferable. Thereby, it becomes easy to displace a fine area with a unimorph structure. Further, it is possible to individually control the displacement of a minute region by individually inputting drive signals to a plurality of drive electrodes .
前記振動板が、圧電体層と内部電極層との積層体であることが好ましい。これにより、基板の分極も簡単に行うことができる。また、厚みが100μm以下の構造体の強度保持に対しても有効に働く。 The diaphragm is preferably a laminate of a piezoelectric layer and an internal electrode layer. As a result, the substrate can be easily polarized. It also works effectively for maintaining the strength of a structure having a thickness of 100 μm or less.
前記変位領域の分極方向と、前記非変位領域の分極方向とが、略反対であり、前記圧電セラミック層の厚み方向と垂直な方向に対して、前記変位領域が伸長する際に前記非変位領域が収縮し、前記変位領域が収縮する際に前記非変位領域が伸長することが好ましい。これにより、変位領域に掛かる残留応力を軽減させ、変位させる原動力となる分域の回転を阻害することなく、駆動サイクルが増加しても変位の低下が少なくすることができる。
And the polarization direction of the displacement region, and the polarization direction of the non-displacement region is a substantially opposite, the non-displacement area with respect to the thickness direction perpendicular to the direction of the piezoelectric ceramic layer, when the displacement region is extended It is preferable that the non-displacement region expands when the displacement region contracts. As a result, the residual stress applied to the displacement region is reduced, and the decrease in displacement can be reduced even if the drive cycle is increased, without inhibiting the rotation of the domain serving as the driving force for displacement.
本発明は、変位領域と非変位領域との分極方向を変えることによって、変位領域が変位した際に、当該変位領域近傍の非変位領域が膨張する方向に変形するため、変位領域と非変位領域との境界に発生する残留応力が小さくなり、その結果、変位領域の分域回転が駆動サイクルの増加に伴い抑制されることを防止するとの知見に基づくものである。 In the present invention, when the displacement region is displaced by changing the polarization directions of the displacement region and the non-displacement region, the non-displacement region in the vicinity of the displacement region is deformed in the expanding direction. This is based on the knowledge that the residual stress generated at the boundary between the displacement area and the rotation of the displacement area is prevented from being suppressed as the drive cycle increases.
即ち、圧電セラミック層の非挟持領域を分極し、その分極方向を挟持領域の分極方向と異なるようにすることによって、変位領域に分極方向と同一方向の駆動信号を入力した際、電圧印加により変位領域は収縮する。この際、表面電極の近傍には電気力線がもれているため表面電極周辺も圧電振動が発生する。このとき非駆動部分の分極方向は駆動部分と反対であるため、駆動部分と反対に膨張する。この作用により、従来の分極であれば表面電極周辺に発生する引っ張り応力が抑制されることになる。これは、従来引っ張り応力によって発生していた表面電極周辺の非駆動部の伸び(分域回転に起因する磁器変形)が抑制されることを意味する。その結果、駆動部分への圧縮応力が緩和され、分域回転の抑制が緩和される。その結果、駆動サイクルの増加による変位低下が抑制される。 That is, by polarizing the non-clamping region of the piezoelectric ceramic layer and making the polarization direction different from the polarization direction of the clamping region, when a drive signal in the same direction as the polarization direction is input to the displacement region, the displacement is caused by voltage application. The area shrinks. At this time, since electric lines of force are leaked in the vicinity of the surface electrode, piezoelectric vibration also occurs around the surface electrode. At this time, since the polarization direction of the non-driving part is opposite to that of the driving part, the non-driving part expands opposite to the driving part. This action suppresses the tensile stress generated around the surface electrode in the case of conventional polarization. This means that the elongation of the non-driving portion around the surface electrode (the porcelain deformation caused by the domain rotation), which has been conventionally generated by the tensile stress, is suppressed. As a result, the compressive stress on the drive portion is relieved and the suppression of domain rotation is relieved. As a result, a decrease in displacement due to an increase in the driving cycle is suppressed.
例えば、圧電セラミック層をバネでモデル化すると、従来は、挟持領域がバネで構成され、非挟持領域が剛体で構成されるため、バネが収縮しようとすると、剛体に発生する応力によって剛体が次第に変形し、その結果、バネの収縮・伸長の変形幅が小さくなるのに対して、本発明では非挟持領域が剛体の両端に小さいバネを具備しているため、挟持領域が収縮すると、非挟持領域の端部のバネが伸長することによって剛体に加わる応力が激減し、剛体の変形が減少するため、バネの収縮・伸長を定常状態に保つことができる。 For example, when the piezoelectric ceramic layer is modeled with a spring, the sandwiched area is conventionally composed of a spring and the non-sandwich area is composed of a rigid body. As a result, the deformation width of the contraction / extension of the spring is reduced, whereas in the present invention, the non-clamping region has small springs at both ends of the rigid body. When the spring at the end of the region is extended, the stress applied to the rigid body is drastically reduced and the deformation of the rigid body is reduced. Therefore, the contraction / extension of the spring can be maintained in a steady state.
本発明は、圧電セラミック層の一部が振動する変位素子と、その変位素子間を埋設するように形成された非変位素子とからなる圧電アクチュエータであって、変位素子の変位モードは、伸び振動、広がり振動、厚み縦振動又はそれ以外の変位モードで変位するものであって、以下にユニモルフタイプの圧電アクチュエータを用いた液体吐出装置を例として本発明を説明する。図1は本発明の圧電アクチュエータの構造を示す断面図である。 The present invention relates to a piezoelectric actuator including a displacement element in which a part of a piezoelectric ceramic layer vibrates and a non-displacement element formed so as to embed between the displacement elements. The present invention will be described below by taking as an example a liquid ejection apparatus that uses a unimorph type piezoelectric actuator that is displaced in spreading vibration, thickness longitudinal vibration, or other displacement modes. FIG. 1 is a sectional view showing the structure of the piezoelectric actuator of the present invention.
図1によれば、圧電アクチュエータ1を、流路部材3の上に設けることによって液体吐出装置を構成している。 According to FIG. 1, the liquid ejection device is configured by providing the piezoelectric actuator 1 on the flow path member 3.
本発明の圧電アクチュエータ1は、基板2の表面に、共通電極4、圧電セラミック層5をこの順に形成し、さらに圧電セラミック層5の表面に複数の駆動電極6を形成してなり、駆動電極6と、共通電極4の駆動電極6に対向する対向部位4aと、駆動電極6及び対向部位4aで挟持される圧電セラミック層5の挟持領域5aと、で変位素子7を形成する。即ち、変位素子7は、一対の電極(対向部位4aと駆動電極6)と圧電体(挟持領域5a)とで構成される。
The piezoelectric actuator 1 of the present invention has a common electrode 4 and a piezoelectric
変位素子7の一対の電極間に電圧が印加されると、変位素子7と略同一の大きさの変位領域7aと、変位領域7aに当設する振動板とが液体加圧室に凸になるように変位する。また、電圧を解除することによってその変位を解除できる。液体吐出装置は、この変位素子の駆動を利用した物である。
When a voltage is applied between the pair of electrodes of the displacement element 7, a
図1(c)によれば、変位素子7が、振動板2上にマトリックス状に配列しており、各変位素子7は対応するノズル8に連通する液体加圧室3aの直上に配置されているため、所望の変位素子7を駆動させることによって、所望のノズルから液体を突出させることができる。
According to FIG. 1 (c), the displacement elements 7 are arranged in a matrix on the diaphragm 2, and each displacement element 7 is disposed immediately above the
変位素子7はセラミック基板2上に複数設けられており、例えば図1(b)に示したように、駆動電極6が等間隔で2次元的に配列され、それぞれ外部の電子制御回路に独立して接続され、それぞれの電極間に電圧が印加されると、電圧が印加された共通電極4と駆動電極6に挟持された部位の圧電セラミック層5が変位することができる。
A plurality of displacement elements 7 are provided on the ceramic substrate 2. For example, as shown in FIG. 1B, the
共通電極5と、駆動電極6とは、それぞれ駆動回路(不図示)に接続され、駆動回路は、制御手段(不図示)に接続されている。そして、共通電極4と所定の駆動電極6との間に電圧を印加して駆動電極6直下の圧電セラミック層5の挟持領域5aを変位させることにより、変位領域7aが対応する液体加圧室3aの方向に凸になるように変形し、液体加圧室3a内の容積を増減させることで、加圧室の液体を、流路部材3の底面に開口した液体吐出口8より液滴を吐出することができる。
The
本発明によれば、駆動電極6及び対向部位4aとで挟持される圧電セラミック層5の挟持領域5aと、で構成される変位領域7aの分極方向が、変位領域7a間に形成された非変位領域7bの分極方向と異なることが重要である。
According to the present invention, the polarization direction of the
従来のように、変位領域7aと非変位領域7bの分極方向が同じ場合、又は非変位領域7bが分極されてない場合、変位領域7aは逆圧電効果により面方向(図1における左右方向)に伸縮振動が発生する。しかし、この際、変位領域7aに隣接する非変位領域7bの境界部分Aは圧電非活性のため、境界部分Aに振動による残留応力が発生する。この残留応力は引っ張り応力のため圧電体である境界部分Aを変位領域7a方向に伸びるように変形させる。この結果、変位領域は基板面方向から圧縮応力を受けるようになる。このため変位が低下するのである。これに対して本発明である変位領域7aと非変位領域7bの分極方向が逆の場合、駆動部分が収縮している際、境界部分Aは周辺にもれる電気力線の作用により変位部と反対に伸びる。この作用により、境界部分Aに残留応力の発生を緩和させることができ、変位領域の圧縮応力を緩和するため変位低下が抑制されるのである。
When the polarization directions of the
また、変位領域7aの分極方向と、非変位領域7bの分極方向とが、略反対であり、厚み方向と垂直な方向に対して、記変位領域が伸長する際に前記非変位領域が収縮し、前記変位領域が収縮する際に前記非変位領域が伸長することが好ましい。これにより、境界部分Aの残留応力が緩和され、変位低下が抑制することができる。
In addition, the polarization direction of the
また、振動板が圧電体層と内部電極層との積層体であることが好ましい。これにより、厚み100μm以下の積層体であっても強度を保持することができる。 Moreover, it is preferable that the diaphragm is a laminate of a piezoelectric layer and an internal electrode layer. Thereby, even if it is a laminated body of thickness 100micrometer or less, intensity | strength can be hold | maintained.
本発明の液体吐出装置は、上述したように、複数の液体加圧室と、該複数の液体加圧室にそれぞれ連通する液滴吐出孔と、前記液体加圧室に液体を供給するための液体流路とを具備する流路部材の上に、上記の圧電アクチュエータを、前記液体加圧室の壁面の一部が前記圧電アクチュエータで形成されるように、且つ前記液体加圧室と前記駆動電極との位置が揃うように取り付け、前記圧電アクチュエータの変位領域が変位することによって前記液体加圧室の容積を増減させ、該液体加圧室に充填された液体を加圧し、前記液滴吐出孔から液滴を吐出させることを特徴とする。 As described above, the liquid ejection device of the present invention is configured to supply a plurality of liquid pressurizing chambers, liquid droplet ejection holes that respectively communicate with the plurality of liquid pressurizing chambers, and liquid to the liquid pressurizing chamber. The piezoelectric actuator is provided on a flow path member having a liquid flow path so that a part of the wall surface of the liquid pressurization chamber is formed by the piezoelectric actuator, and the liquid pressurization chamber and the drive The liquid pressurizing chamber is attached so that the position with the electrode is aligned, the volume of the liquid pressurizing chamber is increased or decreased by displacing the displacement region of the piezoelectric actuator, the liquid filled in the liquid pressurizing chamber is pressurized, and the liquid droplet ejection A droplet is ejected from the hole.
これにより、実用的な信頼性を有し且つ、複数の変位素子が多連多列に形成されたアクチュエータを実現できる。 Thereby, an actuator having practical reliability and having a plurality of displacement elements formed in multiple rows and columns can be realized.
前記液体がインクであって、インクジェットヘッドとして用いられることが好ましい。これにより、複数の変位素子が多連多列に形成されたアクチュエータを用いることにより高速印刷が可能なインクジェットプリンタに実用的な信頼性を保持させることが実現できる。このように、本発明の圧電体は、繰り返し駆動させることによる圧電アクチュエータの変位低下を抑制し圧電アクチュエータとしてインクジェットプリンタの印刷ヘッドとして好適に用いることができる。 The liquid is ink and is preferably used as an inkjet head. Thereby, it is possible to maintain practical reliability in an ink jet printer capable of high-speed printing by using an actuator in which a plurality of displacement elements are formed in multiple rows and columns. Thus, the piezoelectric body of the present invention can be suitably used as a print head of an ink jet printer as a piezoelectric actuator by suppressing a decrease in displacement of the piezoelectric actuator caused by repeated driving.
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を用いたスラリーを作成し、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した。 A piezoelectric material used for the piezoelectric ceramic layer was lead zirconate titanate (PZT), and a slurry using PZT was prepared. From this slurry, a roll coater method was adopted as a forming method to prepare a green sheet.
次いで、金型打ち抜きによって、100μm径の貫通孔をグリーンシートに形成した。その後、Ag−Pd合金を含む導体ペーストを用いたスクリーン印刷法により、各グリーンシートの表面に、共通電極となる電極パターンを形成した。 Next, through holes having a diameter of 100 μm were formed in the green sheet by die punching. Then, the electrode pattern used as a common electrode was formed in the surface of each green sheet by the screen-printing method using the conductor paste containing an Ag-Pd alloy.
また、Ag−Pd合金に対して、圧電体粉末をフィラー剤として30体積%添加してビア導体ペーストを作製し、これをスクリーン印刷にて、グリーンシートに形成した貫通孔の内部に充填し、ビア電極を形成した。 Further, a via conductor paste is prepared by adding 30% by volume of piezoelectric powder as a filler to the Ag—Pd alloy, and this is filled in the through-hole formed in the green sheet by screen printing. A via electrode was formed.
次いで、グリーンシートを積層して、内部に共通電極及びビア電極を備えた積層成形体を作製した。その後、この積層成形体を980℃の温度で焼成して圧電焼結体を作製した。 Subsequently, the green sheet was laminated | stacked and the lamination molded object provided with the common electrode and the via electrode inside was produced. Thereafter, this laminated molded body was fired at a temperature of 980 ° C. to produce a piezoelectric sintered body.
この圧電焼結体の表面に、変位素子を構成する部分の共通電極に相対するように主成分Auを含む導体ペーストを用いたスクリーン印刷により、図1(b)のようにマトリックス状に駆動電極を形成し、しかる後に、800℃の熱処理によって駆動電極を形成した。 On the surface of the piezoelectric sintered body, drive electrodes are formed in a matrix as shown in FIG. 1B by screen printing using a conductive paste containing the main component Au so as to face the common electrode of the portion constituting the displacement element. Thereafter, a drive electrode was formed by heat treatment at 800 ° C.
次に、圧電セラミック層のほぼ全面を分極するために、圧電セラミック層の表面に駆動電極を覆うように、Agを主体とする仮電極ペーストを塗布し、乾燥させて分極電極を形成した。なお、圧電セラミック層の表面に形成されたビア電極とその周囲には分極電極を形成しなかった。この全面分極を行った後に、共通電極と、分極電極との間に電圧を印加して圧電セラミック層のほぼ全面を分極し、その後、有機溶剤中で超音波洗浄して分極電極を除去した。 Next, in order to polarize almost the entire surface of the piezoelectric ceramic layer, a temporary electrode paste mainly composed of Ag was applied to the surface of the piezoelectric ceramic layer so as to cover the drive electrode, and dried to form a polarized electrode. In addition, the via electrode formed on the surface of the piezoelectric ceramic layer and the polarization electrode around it were not formed. After this entire surface polarization was performed, a voltage was applied between the common electrode and the polarization electrode to polarize almost the entire surface of the piezoelectric ceramic layer, and thereafter, the polarization electrode was removed by ultrasonic cleaning in an organic solvent.
さらに、溝幅0.4mm、溝長さ0.4mmの溝形状(開口部面積0.16mm2)を有し、溝ピッチが0.6mmで格子状にマトリックス配置された流路部材の上に、圧電アクチュエータを、開口部にそれぞれの変位素子が位置するように接着し、液体吐出装置を作製した。 Furthermore, on a flow path member having a groove shape (opening area 0.16 mm 2) having a groove width of 0.4 mm and a groove length of 0.4 mm, and having a groove pitch of 0.6 mm and arranged in a matrix in a lattice shape, Piezoelectric actuators were bonded so that the respective displacement elements were positioned in the openings, thereby producing a liquid ejection device.
そして、共通電極と、全駆動電極との間に、全面電極と逆の電圧を印加して、部分分極を行った。なお、この部分分極による分極方向は、全面分極と反対方向になった。 Then, partial polarization was performed by applying a voltage opposite to that of the entire surface electrode between the common electrode and all the drive electrodes. The polarization direction due to this partial polarization was opposite to the entire surface polarization.
なお、試料No.6は、全面分極を行わず、部分分極だけを行って、駆動電極及び共通電極の対向部位で挟持される圧電セラミック層の挟持領域のみを分極した。また、試料No.7は、全面分極だけを行い、部分分極を行わなかった。 Sample No. In No. 6, the entire surface was not polarized, but only the partial polarization was performed, and only the sandwiching region of the piezoelectric ceramic layer sandwiched between the facing portions of the drive electrode and the common electrode was polarized. Sample No. No. 7 performed only the entire surface polarization and did not perform the partial polarization.
得られた液体吐出装置を用いて、変位特性を評価した。初期変位として、圧電アクチュエータを駆動させる前に、予め変位素子の初期変位量Aを測定した。次いで、駆動電極と共通電極間にピーク電圧25V、周波数2KHz、デューティ80%のパルス波を50億サイクル印加した後で、変位素子の駆動後変位量Bを測定し、初期変位量Aに対する駆動後変位量Bの劣化率(A−B)/Aを算出した。その結果を表1に示す。 Displacement characteristics were evaluated using the obtained liquid ejection device. As the initial displacement, the initial displacement amount A of the displacement element was measured in advance before driving the piezoelectric actuator. Next, after applying 5 billion cycles of a pulse wave with a peak voltage of 25 V, a frequency of 2 KHz, and a duty of 80% between the drive electrode and the common electrode, the displacement amount B after driving of the displacement element is measured, The deterioration rate (AB) / A of the displacement amount B was calculated. The results are shown in Table 1.
なお、変位量の測定は、ドライバーICを用いたアクチュエータ駆動回路を用いて変位素子部に駆動信号(矩形波)を入力し変位部をグラフテック社製のレーザードップラー変位形にて変位を測定して行った。結果を表1に示した。
本発明の試料No.1〜5は、変位量の低下率が10%以下であり、変位劣化の少ない信頼性が高い圧電アクチュエータであった。 Sample No. of the present invention. Nos. 1 to 5 were piezoelectric actuators having a reduction rate of displacement of 10% or less and high reliability with little displacement deterioration.
一方、一対の電極間の圧電セラミック層の挟持領域だけを分極した本発明の範囲外の試料No.6は、初期変位量は103nmと本発明品と遜色がなかったが、50億サイクル後の劣化率が23%と大きく、駆動信頼性が低かった。 On the other hand, a sample No. outside the scope of the present invention in which only the sandwiching region of the piezoelectric ceramic layer between the pair of electrodes is polarized. In No. 6, the initial displacement amount was 103 nm, which was not inferior to the product of the present invention, but the deterioration rate after 5 billion cycles was as large as 23% and the driving reliability was low.
また、圧電セラミック層を全面同一方向に分極した試料No.7は、初期変位量は102nmと本発明品と同等であったが、50億サイクルで劣化率12%と大きく駆動信頼性は本発明品に及ぶものではなかった。 In addition, the sample no. 7 had an initial displacement of 102 nm, which was the same as that of the product of the present invention. However, the deterioration rate was 12% after 5 billion cycles, and the drive reliability did not reach that of the product of the present invention.
1・・・圧電アクチュエータ
2・・・基板
3・・・流路部材
4・・・共通電極
4a・・・共通電極の駆動電極に対向する対向部位
5・・・圧電セラミック層
5a・・・駆動電極及び対向部位で挟持される圧電セラミック層の挟持領域
6・・・駆動電極
7・・・変位素子
7a・・・変位領域
7b・・・非変位領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piezoelectric actuator 2 ... Board | substrate 3 ... Flow path member 4 ...
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004364685A JP4594060B2 (en) | 2004-12-16 | 2004-12-16 | Liquid ejection device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004364685A JP4594060B2 (en) | 2004-12-16 | 2004-12-16 | Liquid ejection device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006174618A JP2006174618A (en) | 2006-06-29 |
JP4594060B2 true JP4594060B2 (en) | 2010-12-08 |
Family
ID=36674750
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004364685A Expired - Fee Related JP4594060B2 (en) | 2004-12-16 | 2004-12-16 | Liquid ejection device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4594060B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107443919A (en) * | 2017-09-19 | 2017-12-08 | 吉林大学 | A kind of printer ink supply system with pressurization piezoelectric pump |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5239282B2 (en) * | 2007-09-29 | 2013-07-17 | ブラザー工業株式会社 | Droplet discharge device and droplet discharge head |
CN104185555B (en) | 2012-03-30 | 2016-09-28 | 京瓷株式会社 | The manufacture method of piezo-activator, ink gun and piezo-activator |
JP6764126B2 (en) | 2016-02-02 | 2020-09-30 | セイコーエプソン株式会社 | Piezoelectric device manufacturing method |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01175273A (en) * | 1987-12-28 | 1989-07-11 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Piezoelectric plate |
JPH11122957A (en) * | 1997-10-08 | 1999-04-30 | Denso Corp | Ultrasonic motor and manufacture thereof |
JP2002368297A (en) * | 2001-03-29 | 2002-12-20 | Brother Ind Ltd | Piezoelectric transducer and method for manufacturing the same, and liquid-drop injection device |
JP2004328973A (en) * | 2003-04-28 | 2004-11-18 | Kyocera Corp | Highly integrated piezoelectric actuator and ink jet recording head provided with actuator |
-
2004
- 2004-12-16 JP JP2004364685A patent/JP4594060B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01175273A (en) * | 1987-12-28 | 1989-07-11 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Piezoelectric plate |
JPH11122957A (en) * | 1997-10-08 | 1999-04-30 | Denso Corp | Ultrasonic motor and manufacture thereof |
JP2002368297A (en) * | 2001-03-29 | 2002-12-20 | Brother Ind Ltd | Piezoelectric transducer and method for manufacturing the same, and liquid-drop injection device |
JP2004328973A (en) * | 2003-04-28 | 2004-11-18 | Kyocera Corp | Highly integrated piezoelectric actuator and ink jet recording head provided with actuator |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107443919A (en) * | 2017-09-19 | 2017-12-08 | 吉林大学 | A kind of printer ink supply system with pressurization piezoelectric pump |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2006174618A (en) | 2006-06-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4596030B2 (en) | Piezoelectric actuator, liquid transfer device, and method of manufacturing piezoelectric actuator | |
JP5118485B2 (en) | Method for driving liquid ejection device and liquid ejection device using the method | |
JP4829165B2 (en) | Piezoelectric element manufacturing method and liquid discharge head manufacturing method | |
JP2003224312A (en) | Piezoelectric transducer and droplet injection device using it | |
JP4404105B2 (en) | Piezoelectric actuator and liquid ejecting apparatus including the piezoelectric actuator | |
JP2006187188A (en) | Piezoelectric actuator and liquid discharge apparatus | |
US6739704B2 (en) | Piezoelectric transducer and ink ejector using piezoelectric transducer | |
JP2009208462A (en) | Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus | |
JP4377712B2 (en) | Printing head and printing method | |
JP4594060B2 (en) | Liquid ejection device | |
JP2008080590A (en) | Method for driving head of liquid droplet jet device and head of liquid droplet jet device | |
JP3128857B2 (en) | Piezoelectric inkjet printer head | |
JP5183547B2 (en) | Recording device | |
JP4777639B2 (en) | Piezoelectric actuator, method for regenerating the same, and liquid ejection device | |
JP4698263B2 (en) | Liquid ejection device | |
JP6206046B2 (en) | Liquid ejection device | |
JP4580201B2 (en) | Piezoelectric element regeneration method and liquid ejection device | |
JP4193684B2 (en) | Inkjet head manufacturing method | |
JP5687002B2 (en) | Method for driving liquid ejection head and recording apparatus | |
JP2014144596A (en) | Liquid discharge device | |
JP4973646B2 (en) | Method for manufacturing liquid transfer device and method for manufacturing piezoelectric actuator | |
JP4498035B2 (en) | Printing head and printing method | |
JP5228842B2 (en) | Method for manufacturing piezoelectric actuator | |
JP2019055521A (en) | Waveform generation device, inkjet recording device, and waveform data | |
JP3842656B2 (en) | Inkjet recording head |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070912 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100406 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100420 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100618 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100819 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100916 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130924 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4594060 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |