JP5762046B2 - Piezoelectric actuator unit, liquid discharge head using the same, and recording apparatus - Google Patents

Description

本発明は、複数の変位素子を備える圧電アクチュエータユニット、およびそれを用いて液滴を吐出させる液体吐出ヘッド、ならびに記録装置に関するものである。   The present invention relates to a piezoelectric actuator unit including a plurality of displacement elements, a liquid discharge head that discharges droplets using the piezoelectric actuator unit, 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、前記複数の液体加圧室を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、個別電極は、液体加圧室に重ならない位置に引き出された、外部に電気的に接続される。また、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。   Therefore, a liquid discharge head is connected to the manifold and a flow path member having a liquid discharge hole that connects the manifold via a plurality of liquid pressurization chambers, and a plurality of individual units provided so as to cover the plurality of liquid pressurization chambers. There is known a structure in which a piezoelectric actuator unit having a plurality of displacement elements including an electrode, a common electrode facing a plurality of individual electrodes, and a piezoelectric ceramic layer sandwiched between them is laminated (for example, , See Patent Document 1). In this liquid discharge head, the individual electrodes are electrically connected to the outside, drawn out to positions that do not overlap the liquid pressurizing chamber. Further, the liquid pressurizing chambers respectively connected to the plurality of liquid discharge holes are arranged in a matrix, and the displacement elements of the actuator unit provided so as to cover the liquid pressurization chambers are displaced by the deformation of the piezoelectric body, whereby each liquid discharge hole Ink is ejected from the ink 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

しかしながら、特許文献１に記載されているような液体吐出ヘッドに用いられる圧電ア
クチュエータユニットでは、変位素子を駆動すると、液体加圧室と重ならない位置にある個別電極と共通電極との間の圧電セラミック層も圧電変形するため、周囲の変位素子とのクロストークが大きくなってしまうことがあるという問題があった。 However, in the piezoelectric actuator unit used in the liquid discharge head as described in Patent Document 1, when the displacement element is driven, the piezoelectric ceramic between the individual electrode and the common electrode that is not overlapped with the liquid pressurizing chamber. Since the layer is also piezoelectrically deformed, there has been a problem that crosstalk with surrounding displacement elements may increase.

したがって、本発明の目的は、クロストークが生じ難い圧電アクチュエータユニット、およびそれを用いた液体吐出ヘッド、ならびに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 in which crosstalk hardly occurs, a liquid discharge head using the same, and a recording apparatus.

本発明の圧電アクチュエータユニットは、振動板上に、該振動板と略同形状の共通電極、前記振動板と略同形状の圧電セラミック層および複数の個別電極がこの順で積層されている圧電アクチュエータユニットであって、前記個別電極は、個別電極本体と該個別電極本体から引き出されている引出電極とを含んでおり、該引出電極は、当該引出電極が引き出されている前記個別電極本体と該個別電極本体に隣接する他の前記個別電極本体との間で外部配線に接続されるとともに、前記引出電極の底面の少なくとも一部が、前記圧電セラミック層の上面上に設けられた絶縁体のランド上に位置しており、該ランドが、アルカリ金属元素、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｐｂ、Ａｌ、ＺｒおよびＴｉのうちの少なくとも１種を含有するホウ珪酸亜鉛ビスマス系ガラスであることを特徴とする。
The piezoelectric actuator unit of the present invention is a piezoelectric actuator in which a common electrode having substantially the same shape as the diaphragm, a piezoelectric ceramic layer having substantially the same shape as the diaphragm, and a plurality of individual electrodes are laminated in this order on the diaphragm. a unit, the individual electrode is Nde including a lead electrode being drawn from the individual electrode body and individual separate electrode body, the cited exit electrode, the individual electrode body and said that the lead electrodes are led out An insulator land connected to external wiring between the other individual electrode main body adjacent to the individual electrode main body and at least a part of the bottom surface of the lead electrode is provided on the upper surface of the piezoelectric ceramic layer. A zinc borosilicate bismuth-based glass, wherein the land contains at least one of an alkali metal element, Cu, Mn, Pb, Al, Zr and Ti. And characterized in that.

前記引出電極の底面の少なくとも一部が、記個別電極本体の底面より高い位置に位置していることが好ましい。
At least part of the bottom surface of the extraction electrode is, serial preferably Rukoto located higher than the bottom surface of the individual electrode body position.

前記ランドの誘電率が、前記圧電セラミック層の誘電率よりも低いことが好ましい。   It is preferable that the land has a dielectric constant lower than that of the piezoelectric ceramic layer.

前記ランドの厚さが、前記圧電セラミック層の厚さよりも厚いことが好ましい。   It is preferable that the land has a thickness greater than that of the piezoelectric ceramic layer.

また、本発明の圧電アクチュエータユニットは、振動板上に、該振動板と略同形状の共通電極、前記振動板と略同形状の圧電セラミック層および複数の個別電極がこの順で積層されている圧電アクチュエータユニットであって、前記個別電極は、個別電極本体と該個別電極本体から引き出されている引出電極とを含んでおり、該引出電極は、当該引出電極が引き出されている前記個別電極本体と該個別電極本体に隣接する他の前記個別電極本体との間で外部配線に接続されるとともに、前記引出電極の少なくとも一部は、前記圧電セラミック層に設けられている凹部あるいは貫通孔に設けられている絶縁体の上に位置しており、該絶縁体が、アルカリ金属元素、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｐｂ、Ａｌ、ＺｒおよびＴｉのうち
の少なくとも１種を含有するホウ珪酸亜鉛ビスマス系ガラスであることを特徴とする。
In the piezoelectric actuator unit of the present invention, a common electrode having substantially the same shape as the vibration plate, a piezoelectric ceramic layer having substantially the same shape as the vibration plate, and a plurality of individual electrodes are laminated in this order on the vibration plate. A piezoelectric actuator unit, wherein the individual electrode includes an individual electrode main body and an extraction electrode extracted from the individual electrode main body, and the extraction electrode includes the individual electrode main body from which the extraction electrode is extracted. And the other individual electrode main body adjacent to the individual electrode main body, and at least a part of the extraction electrode is provided in a recess or a through hole provided in the piezoelectric ceramic layer. is located on the insulator is, the insulator is, ho containing at least one of an alkali metal element, Cu, Mn, Pb, Al, Zr and Ti Characterized in that it is a zinc silicate bismuth glass.

前記ホウ珪酸亜鉛ビスマス系ガラスが、希土類元素を含有することが好ましい。   The zinc borosilicate bismuth glass preferably contains a rare earth element.

前記個別電極本体が、前記圧電セラミック層の上面に設けられている凹部にあることが好ましい。   The individual electrode main body is preferably in a recess provided on the upper surface of the piezoelectric ceramic layer.

また、本発明の液体吐出ヘッドは、前記圧電アクチュエータユニットが、複数の液体吐出孔にそれぞれ繋がっている複数の液体加圧室が開口している流路部材に、前記個別電極本体と前記液体加圧室とが重なるように積層されていることを特徴とする。   In the liquid discharge head according to the present invention, the piezoelectric actuator unit may be connected to the individual electrode body and the liquid additive in a flow path member in which a plurality of liquid pressurization chambers respectively connected to the plurality of liquid discharge holes are opened. It is characterized by being stacked so as to overlap the pressure chamber.

さらに、本発明の記録装置は、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、前記液体吐出ヘッドおよび前記搬送部を制御する制御部とを備えていることを特徴とする。   Furthermore, the recording apparatus of the present invention includes the liquid discharge head, a transport unit that transports a recording medium to the liquid discharge head, and a control unit that controls the liquid discharge head and the transport unit. It is characterized by.

本発明の圧電アクチュエータユニットによれば、引出電極と共通電極との間の電位差により生じる圧電駆動が小さくなるので、周囲の変位素子との間にクロストークを生じさせ
難くできる。 According to the piezoelectric actuator unit of the present invention, since the piezoelectric drive caused by the potential difference between the extraction electrode and the common electrode is reduced, it is difficult to cause crosstalk with the surrounding displacement elements.

また、本発明の液体吐出ヘッドは、液体の吐出特性のばらつきを小さくできる。   In addition, the liquid discharge head of the present invention can reduce variations in liquid discharge characteristics.

さらに、本発明の記録装置によれば、記録精度を高くすることができる。   Furthermore, according to the recording apparatus of the present invention, the recording accuracy can be increased.

本発明の一実施の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液体吐出ヘッド本体を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing a liquid discharge head main body constituting the liquid discharge 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、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. （ａ）は、図３のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）の部位および周囲の平面図である。(A) is a longitudinal cross-sectional view along the VV line of FIG. 3, (b) is a top view of the site | part of (a) and its circumference | surroundings. （ａ）〜（ｃ）は、本発明の他の実施形態の液体吐出ヘッドの断面の要部である。(A)-(c) is the principal part of the cross section of the liquid discharge head of other embodiment of this invention.

図１は、本発明の一実施形態である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。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a color inkjet printer which is a recording apparatus 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.

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. As a result, 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（図３参照）。   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. A large number of liquid ejection holes 8 for ejecting liquid are provided on the lower surface of the liquid ejection head body 13 (see FIG. 3).

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の液体吐出孔８は一方方向（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. Since the liquid ejection holes 8 of each liquid ejection head 2 are arranged at equal intervals in one direction (a direction parallel to the printing paper P and perpendicular to the conveyance direction of the printing paper P and the longitudinal direction of the liquid ejection head 2), Printing can be performed 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、図面を分かりやすくするために、圧電アクチュエータユニット２１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。   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 and 4, in order to make the drawings easy to understand, the liquid pressurizing chamber 10 (liquid pressurizing chamber group 9), the squeezing 12, and the liquid discharge holes which are to be drawn by broken lines below the piezoelectric actuator unit 21. 8 is drawn with a solid line. FIG. 5 is a longitudinal sectional view taken along line VV in FIG.

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、アクチュエータユニットである圧電アクチュエータユニット２１とを有している。圧電アクチュエータユニット２１は台形形状を有しており、その台形の１対の平行対向辺が流路部材４の長手方向に平行になるように流路部材４の上面に配置されている。また、流路部材４の長手方向に平行な２本の仮想直線のそれぞれに沿って２つずつ、つまり合計４つの圧電アクチュエータユニット２１が、全体として千鳥状に流路部材４上に配列されている。流路部材４上で隣接し合う圧電アクチュエータユニット２１の斜辺同士は、流路部材４の短手方向について部分的にオーバーラップしている。このオーバーラップしている部分の圧電アクチェータユニット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２１により吐出された液滴が混在して着弾することになる。   The liquid discharge head body 13 has a flat plate-like flow path member 4 and a piezoelectric actuator unit 21 that is an actuator unit on the flow path member 4. The piezoelectric actuator unit 21 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. Further, two piezoelectric actuator units 21 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 21 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 ejected by the two piezoelectric actuator units 21 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２１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 21 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２１の斜辺に沿うように延在しており、流路部材４の長手方向と交差して配置されている。２つの圧電アクチュエータユニット２１に挟まれた領域では、１つのマニホールド５が、隣接する圧電アクチュエータユニット２１に共有されており、副マニホールド５ａがマニホールド５の両側から分岐している。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２１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 21 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 21, one manifold 5 is shared by adjacent piezoelectric actuator units 21, and the sub-manifold 5 a branches off 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 21 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２１に対向する領域のほぼ全面にわたって配列されている。したがって、これらの液体加圧室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２１とほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有している。また、各液体加圧室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２１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 21. 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 21. Further, the opening of each liquid pressurizing chamber 10 is closed by adhering the piezoelectric actuator unit 21 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。すなわち、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。   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. That is, the individual flow paths 32 are connected to each sub-manifold 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２１の上面における各液体加圧室１０に対向する位置には後述する個別電極３５がそれぞれ形成されている。個別電極３５は液体加圧室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おり、圧電アクチュエータユニット２１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。   Individual electrodes 35 to be described later are formed at positions facing the liquid pressurizing chambers 10 on the upper surface of the piezoelectric actuator unit 21. The individual electrode 35 is slightly smaller than the liquid pressurizing chamber 10, has a shape substantially similar to the liquid pressurizing chamber 10, and fits in a region facing the liquid pressurizing chamber 10 on the upper surface of the piezoelectric actuator unit 21. Is arranged.

流路部材４の下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２１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は圧電アクチュエータユニット２１とほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有しており、対応する圧電アクチュエータユニット２１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 ejection holes 8 are formed 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 arranged in a region facing the piezoelectric actuator unit 21 on the lower surface side of the flow path member 4. These liquid discharge hole groups occupy an area having almost the same size and shape as the piezoelectric actuator unit 21, and by displacing the displacement element 50 of the corresponding piezoelectric actuator unit 21, a droplet is discharged from the liquid discharge hole 8. 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.

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２７〜３０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 27-30.

このような連通孔が相互に繋がり、副マニホールド５ａからの液体の流入口（副マニホールド５ａの出口）から液体吐出孔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２１は、図５に示されるように、２枚の圧電セラミック層２１ａ、２１ｂからなる積層構造を有している。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂはそれぞれ２０μｍ程度の厚さを有している。圧電セラミック層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）。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂは、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなる。   As shown in FIG. 5, the piezoelectric actuator unit 21 has a laminated structure including two piezoelectric ceramic layers 21a and 21b. Each of these piezoelectric ceramic layers 21a and 21b has a thickness of about 20 μm. Each of the piezoelectric ceramic layers 21a and 21b extends so as to straddle the plurality of liquid pressurizing chambers 10 (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２１は、Ａｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる共通電極３４、Ａｕ系などの金属材料からなる個別電極３５を有している。個別電極３５は上述のように圧電アクチュエータユニット２１の上面における液体加圧室１０と対向する位置に配置されている。個別電極３５は、液体加圧室１０と対向している個別電極本体３５ａと、この個別電極本体３５ａに接続され、液体加圧室１０と対向している領域外に引き出された引出電極３５ｂとを有している。また、引出電極３５ｂの一部は、圧電セラミック層２１ｂの上面上に設けられた絶縁体のランド４０の上に位置している。また、引出電極３５ｂの一部の上には接続電極３６が形成されている。接続電極３６は例えばガラスフリットを含む金からなり、厚さが１５μｍ程度で凸状に形成されている。また、接続電極３６は、変位素子５０と隣接する変位素子５０との間で図示されていない外部配線であるＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）に設けられた電極と電気的に接合される。変位素子５０と隣接する他の変位素子５０との間とは、より正確には、１つの変位素子５０の周囲の変位素子５０（図５（ｂ）では６個ある）の個別電極本体３５ａの面積重心を結んでできる多角形の内側ということである。このような位置で外部との電気的接続を行なうことで、引出電極３５ｂの引き回しが簡単になるとともに、引出電極３５ｂの面積が少なくなるので、それにより発生する圧電駆動を小さくし、クロストークを少なくできる。   The piezoelectric actuator unit 21 includes a common electrode 34 made of a metal material such as Ag—Pd and an individual electrode 35 made of a metal material such as Au. As described above, the individual electrode 35 is disposed at a position facing the liquid pressurizing chamber 10 on the upper surface of the piezoelectric actuator unit 21. The individual electrode 35 includes an individual electrode main body 35 a facing the liquid pressurizing chamber 10, and an extraction electrode 35 b connected to the individual electrode main body 35 a and drawn out of the region facing the liquid pressurizing chamber 10. have. Further, a part of the extraction electrode 35b is located on an insulating land 40 provided on the upper surface of the piezoelectric ceramic layer 21b. A connection electrode 36 is formed on a part of the extraction electrode 35b. The connection electrode 36 is made of, for example, gold containing glass frit, and has a convex shape with a thickness of about 15 μm. Further, the connection electrode 36 is electrically joined to an electrode provided in an FPC (Flexible Printed Circuit) which is an external wiring (not shown) between the displacement element 50 and the adjacent displacement element 50. More precisely, the distance between the displacement element 50 and another adjacent displacement element 50 is that of the individual electrode main body 35a of the displacement elements 50 (six in FIG. 5B) around one displacement element 50. That is, the inside of the polygon formed by connecting the area center of gravity. By making electrical connection with the outside at such a position, the lead electrode 35b can be easily routed and the area of the lead electrode 35b can be reduced, so that the piezoelectric drive generated thereby can be reduced and crosstalk can be reduced. Less.

なお、圧電アクチュエータユニット２１の変位する部分（変位素子５０）の厚さは４０μｍ程度であり、１００μｍ以下であることにより、変位量を大きくすることができるようになっている。   In addition, the thickness of the part (displacement element 50) to which the piezoelectric actuator unit 21 is displaced is about 40 μm, and when it is 100 μm or less, the amount of displacement can be increased.

圧電セラミック層２１ａ、ｂおよび共通電極３４は、それぞれ略同じ形状であることにより、これらを同時焼成により作製する場合に、反りを小さくできる。１００μｍ以下の
圧電アクチュエータユニット２１は焼成過程で反りが生じやすく、その量も大きくなる。また、反りが生じていると、流路部材４に積層した際に、その反りを変形させて接合することになり、その際の変形が変位素子５０の特性変動に影響し、ひいては液体吐出特性のばらつきにつながるため、反りは、圧電アクチュエータユニット２１の厚さと同程度以下に小さいことが望ましい。そして、内部電極のある場所とない場所の焼成収縮挙動の差による反りを少なくするために内部電極３４は内部にパターンのないベタで形成される。なお、ここで略同じ形状であると、外周の寸法の差がその部分の幅の１％以内であることを言う。圧電セラミック層２１ａ、ｂの外周は、基本的に焼成前に重ねられた状態で切断して形成されるので、加工精度の範囲内で同じ位置になる。内部電極３４も、ベタ印刷した後に、圧電セラミック層２１ａ、ｂと同時に切断することで形成されると反りが生じ難いが、圧電セラミック層２１ａ、ｂと相似形状で少し小さいパターンで印刷することにより、圧電アクチュエータ２１の側面に内部電極３４が露出しなくなるため、電気的信頼性が高くなる。 Since the piezoelectric ceramic layers 21a and 21b and the common electrode 34 have substantially the same shape, warpage can be reduced when they are produced by simultaneous firing. The piezoelectric actuator unit 21 of 100 μm or less is likely to warp during the firing process, and the amount thereof also increases. In addition, if warpage occurs, the warp is deformed and bonded when laminated on the flow path member 4, and the deformation at that time affects the characteristic variation of the displacement element 50, and thus the liquid ejection characteristics. Therefore, the warp is preferably as small as the thickness of the piezoelectric actuator unit 21 or less. And in order to reduce the curvature by the difference of the baking shrinkage | contraction behavior of a place with an internal electrode and a place without an internal electrode, the internal electrode 34 is formed with a solid without a pattern inside. Here, when the shape is substantially the same, it means that the difference in the dimensions of the outer periphery is within 1% of the width of the portion. Since the outer circumferences of the piezoelectric ceramic layers 21a and 21b are basically cut and formed in a state of being stacked before firing, they are at the same position within the range of processing accuracy. The internal electrode 34 is also less likely to warp if it is formed by cutting simultaneously with the piezoelectric ceramic layers 21a and 21b after solid printing, but by printing with a slightly smaller pattern similar to the piezoelectric ceramic layers 21a and 21b. Since the internal electrode 34 is not exposed on the side surface of the piezoelectric actuator 21, the electrical reliability is increased.

詳細は後述するが、個別電極３５には、制御部１００から外部配線であるＦＰＣを通じて駆動信号（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。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２１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は図示しない領域において接地され、グランド電位に保持されている。本実施形態では、圧電セラミック層２１ｂ上において、個別電極３５からなる電極群を避ける位置に個別電極３５とは異なる表面電極（不図示）が形成されている。表面電極は、圧電セラミック層２１ｂの内部に形成されたスルーホールを介して共通電極３４と電気的に接続されているとともに、多数の個別電極３５と同様に外部配線と接続されている。   As will be described in detail later, a drive signal (drive voltage) is supplied from the control unit 100 to the individual electrode 35 through an FPC that is an external wiring. The drive signal is supplied in a constant cycle in synchronization with the conveyance speed of the print medium P. 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 21. The thickness of the common electrode 34 is about 2 μm. The common electrode 34 is grounded in a region not shown, and is held at the ground potential. In the present embodiment, a surface electrode (not shown) different from the individual electrode 35 is formed on the piezoelectric ceramic layer 21b at a position avoiding the electrode group composed of the individual electrodes 35. The surface electrode is electrically connected to the common electrode 34 through a through hole formed in the piezoelectric ceramic layer 21b, and is connected to external wiring in the same manner as the large number of individual electrodes 35.

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２１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２１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 21 that faces 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 a diaphragm 21a, a common electrode 34, a piezoelectric ceramic layer 21b, and individual electrodes 35, and the piezoelectric actuator unit 21 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).

平面視したとき、個別電極本体３５ａは液体加圧室１０と重なるように配置されており、液体加圧室１０の中央に位置している部位の、個別電極３５と共通電極３４とに挟まれている圧電セラミック層２１ｂは、圧電アクチュエータユニット２１の積層方向に分極されている。分極の向きは上下どちらに向かっていてもよく、その方向に対応し駆動信号を与えることで駆動できる。   When viewed in a plan view, the individual electrode main body 35 a is disposed so as to overlap the liquid pressurizing chamber 10, and is sandwiched between the individual electrode 35 and the common electrode 34 at a portion located in the center of the liquid pressurizing chamber 10. The piezoelectric ceramic layer 21 b is polarized in the stacking direction of the piezoelectric actuator units 21. The direction of polarization may be either upward or downward, and driving can be performed by giving a drive signal corresponding to the direction.

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２１においては、最上層の圧電セラミック層２１ｂのみが活性部を含んでおり、圧電セラミック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２１はい
わゆるユニモルフタイプの構成を有している。 As shown in FIG. 5, the 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 21 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 21 has a so-called unimorph type configuration.

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 that the inside of the liquid pressurizing chamber 10 Becomes a positive pressure, the pressure on the liquid rises, and droplets are ejected. 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においては、変位素子５０の変位を大きくするために個別電極３５、より詳しくは、個別電極３５のうち平面視した際に液体加圧室１０と重なっている部分である個別電極本体３５ａの大きさを液体加圧室１０よりも小さい所定の大きさにする。液体加圧室１０の形状や、他の部分の流路の構造によって多少の違いが生じることもあるが、個別電極本体の面積を液体加圧室１０の面積の６割程度にすることで、変位を極大し、ひいては、液滴の吐出速度を速くしたり、液適量を多くしたりできる。   In the liquid discharge head 2 as described above, in order to increase the displacement of the displacement element 50, the individual electrode 35, more specifically, the portion of the individual electrode 35 that overlaps the liquid pressurizing chamber 10 when viewed in plan. The size of a certain individual electrode body 35 a is set to a predetermined size smaller than that of the liquid pressurizing chamber 10. Some differences may occur depending on the shape of the liquid pressurizing chamber 10 and the structure of the flow path in other parts, but by making the area of the individual electrode body about 60% of the area of the liquid pressurizing chamber 10, Displacement can be maximized, and as a result, the discharge speed of droplets can be increased, and the appropriate amount of liquid can be increased.

引出電極３５ｂは、外部配線を個別電極本体３５ａに直接接続すると、変位が妨げらるので、液体加圧室１０の外側に引き出されている。しかし、駆動信号が入力されると、引出電極３５ｂと共通電極３４との間の圧電セラミック層２１ｂも圧電変形し、そのため、周囲の変位素子５０との間にクロストークが生じることがある。このクロストークは、圧電セラミック層２１ｂが、隣接する変位素子５０との間で繋がっているため、その影響は特に大きくなるので、本発明は、そのような圧電アクチュエータ２１で特に有用である。   The extraction electrode 35b is drawn outside the liquid pressurizing chamber 10 because the displacement is prevented when the external wiring is directly connected to the individual electrode main body 35a. However, when a drive signal is input, the piezoelectric ceramic layer 21b between the extraction electrode 35b and the common electrode 34 is also piezoelectrically deformed, so that crosstalk may occur with the surrounding displacement element 50. The crosstalk is particularly affected by the piezoelectric actuator 21 because the influence of the crosstalk is particularly great because the piezoelectric ceramic layer 21 b is connected to the adjacent displacement element 50.

そこで、絶縁体のランド４０を設ければ、引出電極３５ｂの底面の少なくとも一部を、個別電極本体３５ａの底面よりも高い位置に形成でき、圧電セラミック層２１ｂに生じる電界を小さくし、圧電変形を少なくすることでクロストークを少なくできる。ランド４０の材質としては、ガラス、セラミックス、ガラスセラミックス、樹脂などの絶縁体であればよい。絶縁体は圧電性でない方が好ましいが、圧電セラミック層２１ｂより圧電定数が小さい圧電体や、圧電セラミック層２１ｂより誘電率が低い圧電体であれば、圧電体であってもかまわない。ランド４０として特に好ましいガラスについては、後述する。   Therefore, if the insulating land 40 is provided, at least a part of the bottom surface of the extraction electrode 35b can be formed at a position higher than the bottom surface of the individual electrode body 35a, the electric field generated in the piezoelectric ceramic layer 21b can be reduced, and piezoelectric deformation can be achieved. By reducing the crosstalk, crosstalk can be reduced. The material of the land 40 may be an insulator such as glass, ceramics, glass ceramics, and resin. The insulator is preferably not piezoelectric, but may be a piezoelectric body as long as it is a piezoelectric body having a piezoelectric constant smaller than that of the piezoelectric ceramic layer 21b or a piezoelectric body having a dielectric constant lower than that of the piezoelectric ceramic layer 21b. A glass particularly preferable as the land 40 will be described later.

なお、ここで言う位置が高いとは、その導体の下部に導電性の物質が存在しない状態で位置が高いと言うことである。例えば、個別電極本体を形成した後、個別電極本体の上に一部が重なるように引出電極を形成すると、圧電セラミック層２１ｂが平坦で特に加工していないものであっても、重なった部分の引出電極の底面は、個別電極本体の底面の位置より高くなるが、この場合は、引出電極の下には導電性の個別電極本体が存在するため、引出電極に加わった電圧は個別電極本体に加わるので、このような場合は除かれる。   In addition, the position said here is high that a position is high in the state in which an electroconductive substance does not exist under the conductor. For example, after forming the individual electrode main body, when the extraction electrode is formed so as to partially overlap the individual electrode main body, even if the piezoelectric ceramic layer 21b is flat and not particularly processed, The bottom surface of the extraction electrode is higher than the position of the bottom surface of the individual electrode body.In this case, since the conductive individual electrode body exists below the extraction electrode, the voltage applied to the extraction electrode is applied to the individual electrode body. Since this is added, such a case is excluded.

また、ランド４０の誘電率が圧電セラミック層２１ｂの誘電率よりも小さいと、電位差は主にランド４０の方に生じ、圧電セラミック層２１ｂに生じる電界が低くなるので、圧電駆動によるクロストークはより少なくなる。   Further, when the dielectric constant of the land 40 is smaller than the dielectric constant of the piezoelectric ceramic layer 21b, the potential difference is mainly generated toward the land 40, and the electric field generated in the piezoelectric ceramic layer 21b is reduced. Less.

さらに、ランド４０の厚さが圧電セラミック層２１ｂの厚さより厚いと、電位差は主にランド４０の方に生じ、圧電セラミック層２１ｂに生じる電界が低くなるので、圧電駆動によるクロストークはより少なくなる。   Furthermore, if the land 40 is thicker than the piezoelectric ceramic layer 21b, the potential difference is mainly generated in the land 40, and the electric field generated in the piezoelectric ceramic layer 21b is reduced, so that crosstalk due to piezoelectric driving is reduced. .

圧電セラミック層２１ｂとしてセラミックスを用いているので、ランド４０として、焼付けたガラスを用いると、圧電アクチュエータユニット２１の作製が容易になる。特に、圧電セラミック層２１ｂとしてＰＺＴ系セラミックスなどを用いる場合、ガラスを次に示す組成にすることで反応を抑制できるともに、接着強度を高くでき、好ましい。   Since ceramic is used as the piezoelectric ceramic layer 21b, the use of baked glass as the land 40 facilitates the production of the piezoelectric actuator unit 21. In particular, when a PZT ceramic or the like is used as the piezoelectric ceramic layer 21b, it is preferable to use glass having the following composition, whereby the reaction can be suppressed and the adhesive strength can be increased.

ランド４０として、アルカリ金属元素、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｐｂ、Ａｌ、ＺｒおよびＴｉのうちの少なくとも１種を含有し、Ｂ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＺｎＯおよびＢｉ_２Ｏ_３を主体とするホウ珪酸亜鉛ビスマス系ガラスを用いると、ＰＺＴ系セラミックス上などで焼成した場合に、８００〜９５０℃で焼付け可能で、ＰＺＴ系セラミックスとの反応も抑制できる。ＰＺＴ系セラミックスとガラスが反応した場合、ランド４０直下の圧電アクチュエータユニット２１に変形が生じることがあり、流路部材４に接合した場合に、その変形の分、圧電アクチュエータユニット２１の内部に応力が生じ、液体吐出特性の変動の原因になる。そのため、特に圧電アクチュエータユニット２１の変位する部分の厚さが１００μｍ以下の場合、反応による変形や、その変形の結果生じる接着の際の応力が大きくなるので、上述のガラスを用いるのが好ましい。また、このようなガラスの比誘電率は１０以下になるので、ランド４０直下の圧電駆動を抑制し、クロストークを低減できる。 Zinc borosilicate containing at least one of alkali metal elements, Cu, Mn, Pb, Al, Zr and Ti as the land 40 and mainly comprising B ₂ O ₃ , SiO ₂ , ZnO and Bi ₂ O ₃ When bismuth-based glass is used, it can be baked at 800 to 950 ° C. when it is fired on PZT-based ceramics, and the reaction with PZT-based ceramics can also be suppressed. When the PZT ceramic and glass react, the piezoelectric actuator unit 21 directly under the land 40 may be deformed. When the piezoelectric actuator unit 21 is bonded to the flow path member 4, stress is applied to the inside of the piezoelectric actuator unit 21 due to the deformation. This causes the fluctuation of the liquid ejection characteristics. Therefore, in particular, when the thickness of the displaced portion of the piezoelectric actuator unit 21 is 100 μm or less, deformation due to reaction and stress at the time of adhesion resulting from the deformation increase, so it is preferable to use the glass described above. Further, since the relative dielectric constant of such glass is 10 or less, the piezoelectric drive just below the land 40 can be suppressed, and crosstalk can be reduced.

続いて、ホウ珪酸亜鉛ビスマス系ガラスのより具体的な組成を説明する。ＢをＢ_２Ｏ_３換算で１５モル％以上、より好ましくは２０モル％以上にすることで、ガラスの軟化点が低くなるので、焼成温度を低くすることができ、圧電セラミック層２１ｂとの反応を抑制できる。ＢをＢ_２Ｏ_３換算で４０モル％以下にすることで、耐湿性や耐酸性などを高くできる（以下で、総称して化学的安定性を高くできると言う）。ＳｉをＳｉＯ_２換算で１モル％以上、より好ましくは２モル％以上にすることで、化学的安定性を高くすることができる。ＳｉをＳｉＯ_２換算で１０モル％以下、好ましくは８モル％以下にすることでガラスの軟化点を低くすることができる。ＺｎをＺｎＯ換算で５モル％以上、より好ましくは８モル％以上にすることで、軟化点を低くすることができるとともに、ガラスの熱膨張係数を低くして、ＰＺＴ系セラミックスなどのセラミックスに近づけることができる。これにより、焼成時の降温過程などで、クラックが生じるのを抑制できる。ＺｎをＺｎＯ換算で１５モル％以下にすることで、化学的安定性を高くすることができる。ＢｉをＢｉ_２Ｏ_３換算で１５モル％以上、より好ましくは２０モル％以上にすることで、軟化点を低くすることができるとともに、ＰＺＴ系セラミックスとの接合性を高くして、接着強度を高くできる。ただし、過剰に含有されていると、逆に接着強度が低くなるので、Ｂｉ_２Ｏ_３換算のＢｉ量は、７０モル％以下、より好ましくは６０モル％以下である。 Subsequently, a more specific composition of the zinc borosilicate bismuth glass will be described. B The terms _of B ₂ O ₃ 15 mol% or more, more preferably by more than 20 mol%, the softening point of the glass becomes low, it is possible to lower the sintering temperature, the reaction of the piezoelectric ceramic layer 21b Can be suppressed. By making B 40 mol% or less in terms of B ₂ O ₃ , moisture resistance, acid resistance, etc. can be increased (hereinafter collectively referred to as chemical stability can be increased). The chemical stability can be increased by making Si 1 mol% or more, more preferably 2 mol% or more in terms of SiO ₂ . Si and SiO ₂ in terms of 10 mol% or less, preferably to lower the softening point of the glass by the 8 mol% or less. By making Zn 5 mol% or more, more preferably 8 mol% or more in terms of ZnO, the softening point can be lowered and the thermal expansion coefficient of the glass can be lowered to bring it closer to ceramics such as PZT ceramics. be able to. Thereby, it can suppress that a crack arises in the temperature-fall process at the time of baking. By making Zn 15 mol% or less in terms of ZnO, chemical stability can be increased. By making Bi 15 mol% or more, more preferably 20 mol% or more in terms of Bi ₂ O ₃ , the softening point can be lowered, and the bondability with PZT ceramics can be increased, and the adhesive strength can be increased. Can be high. However, if excessively contained, the adhesive strength is lowered, so the Bi amount in terms of Bi ₂ O ₃ is 70 mol% or less, more preferably 60 mol% or less.

以上のようなホウ珪酸亜鉛ビスマス系ガラスに、アルカリ金属元素、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｐｂ、Ａｌ、ＺｒおよびＴｉのうちの少なくとも１種を、それぞれの酸化物（Ｒ_２Ｏ（Ｒはアルカリ金属元素）、ＣｕＯ、ＭｎＯ_２、ＰｂＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２およびＴｉＯ_２）換算で、合計で１〜２０モル％含有することで、化学的安定性を高くすることができる。これらの中でも、アルカリ金属元素（特にＬｉ、Ｎａ、Ｋ）と、Ａｌ、ＺｒおよびＴｉのうちのいずれか１種とを、次のように含有するのが好ましい。アルカリ金属元素を酸化物換算で５モル％以上含有することで、軟化点を低くでき、２０モル％以下含有することで、化学的安定性を高くできる。Ａｌを酸化物換算で３モル％以上含有することで、化学的安定性を高くでき、１５モル％以下含有することで、軟化点を低くできる。Ｚｒの含有で化学的安定性を高めるのに効果的な範囲は、酸化物換算で１〜１０モル％である。Ｔｉを酸化物換算で１モル％以上含有することで、化学的安定性を高くでき、５モル％以下含有
することで、軟化点を低くできる。 In the zinc borosilicate bismuth glass as described above, at least one of alkali metal elements, Cu, Mn, Pb, Al, Zr and Ti is added to each oxide (R ₂ O (R is an alkali metal element)). , CuO, MnO ₂ , PbO, Al ₂ O ₃ , ZrO ₂ and TiO ₂ ), the chemical stability can be increased by containing 1 to 20 mol% in total. Among these, it is preferable to contain an alkali metal element (especially Li, Na, K) and any one of Al, Zr, and Ti as follows. By containing 5 mol% or more of an alkali metal element in terms of oxide, the softening point can be lowered, and by containing 20 mol% or less, chemical stability can be increased. By containing 3 mol% or more of Al in terms of oxide, chemical stability can be increased, and by containing 15 mol% or less, the softening point can be lowered. An effective range for enhancing chemical stability by containing Zr is 1 to 10 mol% in terms of oxide. By containing 1 mol% or more of Ti in terms of oxide, chemical stability can be increased, and by containing 5 mol% or less, the softening point can be lowered.

またさらに、以上のようなホウ珪酸亜鉛ビスマス系ガラス１００重量部に対して、希土類元素が酸化物換算で０．１〜０．３重量部含有されていると、焼付け時のガラスの粘度が高くなり、バンプ４０の形状を崩れ難くすることができる。希土類元素は、ＹまたはＣｅのうちの少なくとも１種であることが好ましい。 本発明の他の実施形態を図６（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。図６（ａ）〜（ｃ）は液体吐出ヘッドの変位素子周辺の要部の縦断面図であり、これらの液体吐出ヘッドの図示した部分以外の基本的構造は、図１〜５に示したものと同じである。   Furthermore, when the rare earth element is contained in an amount of 0.1 to 0.3 parts by weight in terms of oxide with respect to 100 parts by weight of the zinc borosilicate bismuth glass as described above, the viscosity of the glass during baking is high. Thus, the shape of the bump 40 can be made difficult to collapse. The rare earth element is preferably at least one of Y or Ce. Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIGS. 6A to 6C are longitudinal sectional views of the main part around the displacement element of the liquid discharge head, and the basic structure other than the illustrated part of these liquid discharge heads is shown in FIGS. Is the same.

図６（ａ）の液体吐出ヘッドでは、圧電セラミック層１２１ｂに凹部１２１ｃが形成されており、凹部１２１ｃに個別電極本体１３５ａが形成されている。これにより、引出電極１３５ｂの底面の一部は、個別電極本体１３５ａの底部よりの高い位置になり、引出電極１３５ｂと共通電極１３４との間で生じる圧電駆動によるクロストークを少なくできる。   In the liquid discharge head shown in FIG. 6A, a recess 121c is formed in the piezoelectric ceramic layer 121b, and an individual electrode body 135a is formed in the recess 121c. Thereby, a part of the bottom surface of the extraction electrode 135b is positioned higher than the bottom of the individual electrode main body 135a, and crosstalk caused by piezoelectric driving between the extraction electrode 135b and the common electrode 134 can be reduced.

凹部１２１ｃは、焼成前に打ち抜いたグリーンシートを積層するなどして形成してもよいし、焼成後にレーザなどにより形成してもよい。焼成前に形成すると反りの要因となることがあるため、焼成後に形成することが好ましい。   The recess 121c may be formed by stacking green sheets punched before firing, or may be formed by laser after firing. Since it may cause warping if formed before firing, it is preferably formed after firing.

図６（ｂ）の液体吐出ヘッドでは、圧電セラミック層２２１に貫通孔２４０が形成されており、貫通孔２４０には絶縁体が充填されており、引出電極２３５ｂの一部が貫通孔２４０上に形成されている。絶縁体として圧電体でないもの、圧電体であっても圧電定数の低いものを用いることで、引出電極２３５ｂと共通電極３３４との間で生じる圧電駆動によるクロストークを少なくできる。   In the liquid discharge head shown in FIG. 6B, a through hole 240 is formed in the piezoelectric ceramic layer 221, the through hole 240 is filled with an insulator, and a part of the extraction electrode 235 b is placed on the through hole 240. Is formed. By using a non-piezoelectric insulator or a piezoelectric body having a low piezoelectric constant as the insulator, crosstalk caused by piezoelectric driving between the extraction electrode 235b and the common electrode 334 can be reduced.

図６（ｃ）の液体吐出ヘッドでは、圧電セラミック層３２１に凹部３４０が形成されており、凹部３４０には絶縁体が充填されており、引出電極３３５ｂの一部が凹部３４０上に形成されている。絶縁体として圧電体でないもの、圧電体であっても圧電定数の低いものを用いることで、引出電極３３５ｂと共通電極３３４との間で生じる圧電駆動によるクロストークは少なくできる。   In the liquid discharge head of FIG. 6C, a recess 340 is formed in the piezoelectric ceramic layer 321, the recess 340 is filled with an insulator, and a part of the extraction electrode 335 b is formed on the recess 340. Yes. By using a non-piezoelectric insulator or a piezoelectric body having a low piezoelectric constant as an insulator, crosstalk caused by piezoelectric driving between the extraction electrode 335b and the common electrode 334 can be reduced.

貫通孔２４０および凹部３４０は、焼成前に形成してもよいし、焼成後に形成してもよい。焼成後の形成は、例えばレーザにより行なうことができる。   The through hole 240 and the recess 340 may be formed before firing or after firing. The formation after firing can be performed by, for example, a laser.

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。ロールコータ法、スリットコーター法などの一般的なテープ成形法により、圧電性セラミック粉末と有機組成物からなるテープの成形を行ない、焼成後に圧電セラミック層２１ａ、２１ｂとなる複数のグリーンシートを作製する。グリーンシートの一部には、その表面に共通電極３４となる電極ペーストを印刷法等により形成する。また、必要に応じてグリーンシートの一部にビアホールを形成し、その内部にビア導体を充填する。   The liquid discharge head 2 as described above is manufactured as follows, for example. A tape composed of a piezoelectric ceramic powder and an organic composition is formed by a general tape forming method such as a roll coater method or a slit coater method, and a plurality of green sheets that become piezoelectric ceramic layers 21a and 21b after firing are produced. . An electrode paste to be the common electrode 34 is formed on a part of the green sheet by a printing method or the like. Further, a via hole is formed in a part of the green sheet as necessary, and a via conductor is filled in the via hole.

ついで、各グリーンシートを積層して積層体を作製し、加圧密着を行なう。加圧密着後の積層体を高濃度酸素雰囲気下で焼成し、圧電アクチュエータユニット素体を作製した。続いて、圧電アクチュエータユニット素体にランド４０となるエポキシ樹脂を印刷した後、硬化し、個別電極３５をスパッタで形成し、圧電アクチュエータユニット２１を作製する。 次に、圧延法等により得られプレート２２〜３１を、接着層を介して積層して流路部材４を作製する。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, each green sheet is laminated to produce a laminate, and pressure adhesion is performed. The laminated body after pressure contact was fired in a high-concentration oxygen atmosphere to produce a piezoelectric actuator unit body. Subsequently, an epoxy resin to be the land 40 is printed on the piezoelectric actuator unit body, and then cured, and the individual electrodes 35 are formed by sputtering, whereby the piezoelectric actuator unit 21 is manufactured. Next, the plates 22 to 31 obtained by a rolling method or the like are laminated via an adhesive layer to produce the flow path member 4. 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ユニット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ユニット２１や第１の流路部材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ユニット２１と流路部材４とを加熱接合することができ、液体吐出ヘッドを得ることができる。   The piezoelectric actuator unit 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, but in order not to affect the piezoelectric actuator unit 21 and the first flow path member 4, an epoxy resin or phenol 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 and polyphenylene ether resins. By heating to the thermosetting temperature using such an adhesive layer, the piezoelectric actuator unit 21 and the flow path member 4 can be heated and joined, and a liquid discharge head can be obtained.

他のランド４０を含む圧電アクチュエータユニット２１の製造方法としては次のような方法がある。上述の圧電アクチュエータユニット素体に対して、ガラス粉末、溶剤およびバインダなどを含むガラスペーストを塗布し、９００℃で焼成して、厚さ５〜２０μｍのランド４０を形成する。続いてＡｕペーストを塗布し、８００℃で焼成して個別電極３５を作製し、さらに、Ａｇペーストを塗布して、６００℃で焼成して接続電極３６を形成する。   As a manufacturing method of the piezoelectric actuator unit 21 including the other lands 40, there are the following methods. A glass paste containing glass powder, a solvent, a binder, and the like is applied to the above-described piezoelectric actuator unit body and fired at 900 ° C. to form a land 40 having a thickness of 5 to 20 μm. Subsequently, an Au paste is applied and fired at 800 ° C. to produce the individual electrode 35, and further, an Ag paste is applied and fired at 600 ° C. to form the connection electrode 36.

ランド４０を、組成をＢ_２Ｏ_３が３６．４８モル%、ＳｉＯ_２が９．６モル％、ＺｎＯ
が１５モル％、Ｂｉ_２Ｏ_３が３０モル％、Ａｌ_２Ｏ_３が３モル％、ＺｒＯ_２が０．９２モル%、Ｎａ_２Ｏが２モル％、Ｋ_２Ｏが２モル％、Ｌｉ_２Ｏが１モル％の成分１００重量部
に対してＹ_２Ｏ_３を０．２重量部としたガラスを用いて、厚さ１０μｍで形成して、図１〜５に示す液体吐出ヘッド２を作製し、変位素子５０の変位量を測定した。また、比較対照として、ランド４０が形成されておらず、それ以外の点は同じ液体吐出ヘッドを作製し、変位素子の変位量を測定した。 The land 40 has a composition of B ₂ O ₃ of 36.48 mol%, SiO ₂ of 9.6 mol%, ZnO
There 15 mol%, _Bi 2 _{O 3} is 30 mol%, _Al 2 _{O 3} is 3 mol%, ZrO ₂ of 0.92 mol%, Na ₂ O 2 mol%, _{K 2} O 2 mol%, Li ₂ A liquid discharge head 2 shown in FIGS. 1 to 5 is formed by using a glass in which Y ₂ O ₃ is 0.2 parts by weight with respect to 100 parts by weight of a component containing 1 mol% of O, with a thickness of 10 μm. Then, the displacement amount of the displacement element 50 was measured. Further, as a comparison, the land 40 was not formed, and the other liquid discharge heads were manufactured for the other points, and the displacement amount of the displacement element was measured.

ランド４０が形成されていない液体吐出ヘッドでは、１つの変位素子だけを駆動した場合に対して、周囲の変位素子を駆動した場合の変位量は４．４％低下した。これに対しては、ランド４０が形成されている本発明の液体吐出ヘッドでは、変位量の低下は３．３％となり、クロストークが低減できることが確認できた。   In the liquid discharge head in which the land 40 is not formed, the displacement amount when the surrounding displacement elements are driven is reduced by 4.4% compared to the case where only one displacement element is driven. On the other hand, in the liquid discharge head of the present invention in which the lands 40 are formed, the displacement amount is reduced by 3.3%, and it has been confirmed that the crosstalk can be reduced.

なお、ランド４０の直下の圧電セラミック層２１ｂを分極していない状態における変位量の低下を、別途、シミュレーションで調べたところ、変位の低下量は３．２％であった。つまり、ランド４０を形成した、本発明の液体吐出ヘッドでの３．３％の変位量の低下は、液体加圧室１０上の圧電セラミック層２１ｂの圧電駆動に起因するクロストークの結果であり、ランド４０直下の圧電セラミック層２１ｂの圧電駆動に起因するクロストークの影響のかなりの部分をなくすことができた。   In addition, when the decrease in the displacement amount in a state where the piezoelectric ceramic layer 21b immediately below the land 40 is not polarized was separately examined by simulation, the decrease amount in displacement was 3.2%. In other words, the 3.3% decrease in the displacement amount in the liquid discharge head of the present invention in which the land 40 is formed is a result of crosstalk caused by the piezoelectric driving of the piezoelectric ceramic layer 21b on the liquid pressurizing chamber 10. A considerable part of the influence of crosstalk caused by the piezoelectric driving of the piezoelectric ceramic layer 21b directly under the land 40 could be eliminated.

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、１１０、２１０、３１０・・・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・・・圧電アクチュエータユニット
２１ａ、１２１ａ、２２１ａ、３２１ａ・・・圧電セラミック層（セラミック振動板）
２１ｂ、１２１ｂ、２２１ｂ、３２１ｂ・・・圧電セラミック層
１２１ｃ・・・凹部
２２〜３１、１２２、２２２、３２２・・・プレート
３２・・・個別流路
３４、１３４、２３４、３３４・・・共通電極
３５、１３５、２３５、３３５・・・個別電極
３５ａ、１３５ａ、２３５ａ、３３５ａ・・・個別電極本体
３５ｂ、１３５ｂ、２３５ｂ、３３５ｂ・・・引出電極
３６・・・接続電極
４０・・・ランド
２４０、３４０・・・絶縁充填物
５０・・・変位素子 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 pressurizing chamber group 10, 110, 210, 310 ... Liquid pressurizing chamber 11a, b, c, d ... Liquid pressurizing chamber row 12 ... Squeeze 13 ... Liquid Discharge head body 15a, b, c, d ... Liquid discharge hole array 21 ... Piezoelectric actuator unit 21a, 121a, 221a, 321a ... Piezoelectric ceramic layer (ceramic diaphragm)
21b, 121b, 221b, 321b ... Piezoelectric ceramic layer 121c ... Recess 22-31, 122, 222, 322 ... Plate 32 ... Individual flow path 34, 134, 234, 334 ... Common electrode 35, 135, 235, 335... Individual electrode 35a, 135a, 235a, 335a ... Individual electrode body 35b, 135b, 235b, 335b ... Lead electrode 36 ... Connection electrode 40 ... Land 240, 340 ... Insulating filler 50 ... Displacement element

Claims (9)

振動板上に、該振動板と略同形状の共通電極、前記振動板と略同形状の圧電セラミック層および複数の個別電極がこの順で積層されている圧電アクチュエータユニットであって、前記個別電極は、個別電極本体と該個別電極本体から引き出されている引出電極とを含んでおり、該引出電極は、当該引出電極が引き出されている前記個別電極本体と該個別電極本体に隣接する他の前記個別電極本体との間で外部配線に接続されるとともに、前記引出電極の底面の少なくとも一部が、前記圧電セラミック層の上面上に設けられた絶縁体のランド上に位置しており、該ランドが、アルカリ金属元素、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｐｂ、Ａｌ、ＺｒおよびＴｉのうちの少なくとも１種を含有するホウ珪酸亜鉛ビスマス系ガラスであることを特徴とする圧電アクチュエータユニット。 A piezoelectric actuator unit in which a common electrode having substantially the same shape as the diaphragm, a piezoelectric ceramic layer having substantially the same shape as the diaphragm, and a plurality of individual electrodes are laminated in this order on the diaphragm, wherein the individual electrodes the individual electrode body and a lead electrode individual being drawn from another electrode body and Nde including, the cited exit electrode, the individual electrode body and the other adjacent to the individual by the electrode body to which the lead electrode is drawn The external electrode is connected to the individual electrode body and at least a part of the bottom surface of the extraction electrode is located on an insulating land provided on the top surface of the piezoelectric ceramic layer, the piezoelectric actuator of land, alkali metal elements, Cu, Mn, Pb, Al, characterized in that the borosilicate zinc bismuth glass containing at least one of Zr and Ti Data unit. 前記引出電極の底面の少なくとも一部が、記個別電極本体の底面より高い位置に位置してい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。  2. The piezoelectric actuator unit according to claim 1, wherein at least a part of a bottom surface of the extraction electrode is positioned higher than a bottom surface of the individual electrode main body. 前記ランドの誘電率が、前記圧電セラミック層の誘電率よりも低い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。   3. The piezoelectric actuator unit according to claim 1, wherein a dielectric constant of the land is lower than a dielectric constant of the piezoelectric ceramic layer. 前記ランドの厚さが、前記圧電セラミック層の厚さよりも厚いことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧電アクチュエータユニット。   The piezoelectric actuator unit according to any one of claims 1 to 3, wherein the land has a thickness greater than that of the piezoelectric ceramic layer. 振動板上に、該振動板と略同形状の共通電極、前記振動板と略同形状の圧電セラミック層および複数の個別電極がこの順で積層されている圧電アクチュエータユニットであって、前記個別電極は、個別電極本体と該個別電極本体から引き出されている引出電極とを含んでおり、該引出電極は、当該引出電極が引き出されている前記個別電極本体と該個別電極本体に隣接する他の前記個別電極本体との間で外部配線に接続されるとともに、前記引出電極の少なくとも一部は、前記圧電セラミック層に設けられている凹部あるいは貫通孔に設けられている絶縁体の上に位置しており、該絶縁体が、アルカリ金属元素、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｐｂ、Ａｌ、ＺｒおよびＴｉのうちの少なくとも１種を含有するホウ珪酸亜鉛ビスマス系ガラスであることを特徴とする圧電アクチュエータユニット。 A piezoelectric actuator unit in which a common electrode having substantially the same shape as the diaphragm, a piezoelectric ceramic layer having substantially the same shape as the diaphragm, and a plurality of individual electrodes are laminated in this order on the diaphragm, wherein the individual electrodes the individual electrode body and a lead electrode individual being drawn from another electrode body and Nde including, the cited exit electrode, the individual electrode body and the other adjacent to the individual by the electrode body to which the lead electrode is drawn The lead electrode is connected to an external wiring between the individual electrode main body and at least a part of the lead electrode is located on an insulator provided in a recess or a through hole provided in the piezoelectric ceramic layer. and has, insulating body, an alkali metal element, Cu, Mn, Pb, Al, and characterized in that the borosilicate zinc bismuth glass containing at least one of Zr and Ti Pressure electrostatic actuator unit that. 前記ホウ珪酸亜鉛ビスマス系ガラスが、希土類元素を含有することを特徴とする請求項１〜５に記載の圧電アクチュエータユニット。 The piezoelectric actuator unit as claimed in claim 1-5, wherein the borosilicate zinc bismuth glass is characterized by containing a rare earth element. 前記個別電極本体が、前記圧電セラミック層の上面に設けられている凹部にあることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の圧電アクチュエータユニット。   The piezoelectric actuator unit according to any one of claims 1 to 6, wherein the individual electrode main body is in a recess provided on an upper surface of the piezoelectric ceramic layer. 請求項１〜７のいずれかに記載の圧電アクチュエータユニットが、複数の液体吐出孔にそれぞれ繋がっている複数の液体加圧室が開口している流路部材に、前記個別電極本体と前記液体加圧室とが重なるように積層されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。 The piezoelectric actuator unit according to any one of claims 1 to 7 , wherein the individual electrode main body and the liquid additive are provided in a flow path member in which a plurality of liquid pressurizing chambers respectively connected to the plurality of liquid discharge holes are opened. A liquid discharge head, wherein the pressure discharge chambers are stacked so as to overlap with each other. 請求項８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、前記液体吐出ヘッドおよび前記搬送部を制御する制御部とを備えていることを特徴とする記録装置。 The liquid discharge head according to claim 8 , a transport unit that transports a recording medium to the liquid discharge head, and a control unit that controls the liquid discharge head and the transport unit. Recording device.

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