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JP2008290409A - Liquid discharge head - Google Patents

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JP2008290409A
JP2008290409A JP2007140178A JP2007140178A JP2008290409A JP 2008290409 A JP2008290409 A JP 2008290409A JP 2007140178 A JP2007140178 A JP 2007140178A JP 2007140178 A JP2007140178 A JP 2007140178A JP 2008290409 A JP2008290409 A JP 2008290409A
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JP
Japan
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liquid
liquid pressurizing
ceramic layer
pressurizing chamber
piezoelectric ceramic
Prior art date
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Pending
Application number
JP2007140178A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinichi Handa
真一 半田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Priority to JP2007140178A priority Critical patent/JP2008290409A/en
Publication of JP2008290409A publication Critical patent/JP2008290409A/en
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Abstract

【課題】 圧電セラミック層の分極時に発生するクラックを低減させることのできる液体吐出ヘッドを提供することにある。
【解決手段】 複数の液体加圧室と該複数の液体加圧室に連通した複数の液体吐出孔とを有する流路部材上に、前記複数の液体加圧室を覆うように振動板を積層するとともに、該振動板上に、共通電極、圧電セラミック層、および複数の個別電極をこの順に積層し、前記共通電極、前記圧電セラミック層および前記個別電極で変位素子を形成した液体吐出ヘッドであって、前記個別電極はそれぞれ、該個別電極の近傍で積層方向から見て前記液体加圧室の外側に形成された給電パッドに、積層方向から見て前記個別電極の外辺が前記液体加圧室の内側に位置している部位から、複数の接続線を介して接続させる。
【選択図】図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid discharge head capable of reducing cracks generated at the time of polarization of a piezoelectric ceramic layer.
A diaphragm is laminated on a flow path member having a plurality of liquid pressurizing chambers and a plurality of liquid discharge holes communicating with the plurality of liquid pressurizing chambers so as to cover the plurality of liquid pressurizing chambers. In addition, a liquid discharge head in which a common electrode, a piezoelectric ceramic layer, and a plurality of individual electrodes are stacked in this order on the diaphragm, and a displacement element is formed by the common electrode, the piezoelectric ceramic layer, and the individual electrodes. In addition, each of the individual electrodes has a power supply pad formed outside the liquid pressurizing chamber in the vicinity of the individual electrode when viewed from the stacking direction, and an outer side of the individual electrode when viewed from the stacking direction is the liquid pressurizing. It connects from the site | part located inside a chamber through several connection wires.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、液体吐出ヘッドに関し、特に、文字や画像の記録に用いるインクジェット式プリンタに搭載される液体吐出ヘッドに関するものである。   The present invention relates to a liquid discharge head, and more particularly to a liquid discharge head mounted on an ink jet printer used for recording characters and images.

近時、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。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、インク吐出孔よりインク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 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. 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 boils, pressurizes ink with bubbles generated in the ink flow path, and discharges it as ink droplets 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 the ink in the ink flow path mechanically, and discharges the ink as ink droplets from the ink discharge holes.

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としては、例えば図4(a)の部分断面図および図4(b)の部分上面図に示すように、複数の溝が液体加圧室123aとしてマトリックス状に設けられ、各液体加圧室123aを仕切る壁として隔壁123bを形成した流路部材123の上に、圧電アクチュエータ116が接合された構造を有するものが提案されている(例えば特許文献1。)。   For example, as shown in the partial cross-sectional view of FIG. 4A and the partial top view of FIG. 4B, the print head used in the ink jet recording apparatus using the piezoelectric method has a plurality of grooves formed in the liquid pressurizing chamber 123a. And a structure in which a piezoelectric actuator 116 is joined to a flow path member 123 in which a partition wall 123b is formed as a wall for partitioning each liquid pressurizing chamber 123a is proposed (for example, Patent Documents). 1.).

圧電アクチュエータ116は、圧電セラミック層113の一方の主面に共通電極112を形成するとともに、他方の主面に複数の個別電極114を形成し、圧電セラミック層113の共通電極112が形成された主面に、振動板111を積層したもので、各個別電極114と圧電セラミック層113と共通電極112とからなる複数の変位素子115が設けられている。この圧電アクチュエータ116は、流路部材123の開口部である液体加圧室123aの直上に個別電極114が位置するように、流路部材123と接合される。   The piezoelectric actuator 116 has a common electrode 112 formed on one main surface of the piezoelectric ceramic layer 113 and a plurality of individual electrodes 114 formed on the other main surface, and the main electrode 112 of the piezoelectric ceramic layer 113 is formed. A plurality of displacement elements 115 each including an individual electrode 114, a piezoelectric ceramic layer 113, and a common electrode 112 are provided on the surface. The piezoelectric actuator 116 is joined to the flow path member 123 such that the individual electrode 114 is positioned immediately above the liquid pressurizing chamber 123 a that is an opening of the flow path member 123.

そして、共通電極113と個別電極114との間に電圧を印加して変位素子115を屈曲させることにより液体加圧室123a内のインクを加圧し、流路部材123の底面に開口している液体吐出孔128よりインク滴を吐出させる構造になっている。   Then, a voltage is applied between the common electrode 113 and the individual electrode 114 to bend the displacement element 115 to pressurize the ink in the liquid pressurizing chamber 123 a, and the liquid that opens at the bottom surface of the flow path member 123. An ink droplet is ejected from the ejection hole 128.

また、図4(b)に示すように、圧電セラミック層113上に個別電極114を等ピッチで多数並べて設け、変位素子115を多数設けた印刷ヘッドを構成して、各変位素子115を独立して制御することにより、インクジェットプリンタの高速化、高精度化することが可能である。個別電極114には、電圧を印加するための給電パッド118が接続線117を介して接続されている。   Further, as shown in FIG. 4B, a print head is provided in which a large number of individual electrodes 114 are arranged on the piezoelectric ceramic layer 113 at an equal pitch and a large number of displacement elements 115 are provided. This makes it possible to increase the speed and accuracy of the ink jet printer. A power supply pad 118 for applying a voltage is connected to the individual electrode 114 via a connection line 117.

そして、積層方向から見て、個別電極114は液体加圧室113aより小さい面積を有している。液体加圧室123a上に分極された圧電活性部とそれを取り囲むように分極されていない非活性部があり、さらに、それらの外側に拘束部116aがあることにより変位素子115は大きな変位が得られるようになる。
特開2004−114342号公報
When viewed from the stacking direction, the individual electrode 114 has a smaller area than the liquid pressurizing chamber 113a. There is a polarized piezoelectric active part on the liquid pressurizing chamber 123a and a non-active part that is not polarized so as to surround the piezoelectric active part. Further, since the restraining part 116a is provided on the outside thereof, the displacement element 115 can be displaced greatly. Be able to.
JP 2004-114342 A

しかしながら、特許文献1に記載の液体吐出ヘッドでは、圧電アクチュエータ116と流路部材123とを接合させた後に、個別電極114と共通電極112とに挟まれた圧電セラミック層113の分極を行なうと、分極する際に個別電極114と共通電極112あるいは接続線117と共通電極112に挟まれた圧電セラミック層113に圧電歪が発生し、周囲の圧電セラミック層113との間で応力が生じて、接続線117付近にクラックが発生してしまうという問題があった。   However, in the liquid discharge head described in Patent Document 1, after the piezoelectric actuator 116 and the flow path member 123 are joined, when the piezoelectric ceramic layer 113 sandwiched between the individual electrode 114 and the common electrode 112 is polarized, When polarization occurs, piezoelectric strain is generated in the piezoelectric ceramic layer 113 sandwiched between the individual electrode 114 and the common electrode 112 or between the connection line 117 and the common electrode 112, and stress is generated between the piezoelectric ceramic layer 113 and the connection. There was a problem that a crack occurred near the line 117.

クラックが発生するのは、積層方向から見て接続線117と液体加圧室123aとが重なっている部分であった。接続線117は、流路部材123と接合されているため圧電アクチュエータ116が変形しない拘束部116aと流路部材123と接合されているため圧電アクチュエータ116が変形する非拘束部116bとの境界を跨いで形成されているため、非拘束部116bの接続線117下部の圧電セラミック層113に圧電歪が発生すると、拘束部116aと非拘束部116bとの境界付近に応力が集中するからである。   The crack occurred in the portion where the connection line 117 and the liquid pressurizing chamber 123a overlap each other when viewed from the stacking direction. The connection line 117 is connected to the flow path member 123 and straddles the boundary between the restraining portion 116a where the piezoelectric actuator 116 is not deformed and the non-restraining portion 116b where the piezoelectric actuator 116 is deformed because it is joined to the flow path member 123. This is because when the piezoelectric strain is generated in the piezoelectric ceramic layer 113 below the connection line 117 of the unconstrained portion 116b, stress is concentrated near the boundary between the restrained portion 116a and the unconstrained portion 116b.

なお、圧電アクチュエータ116の厚みT1が100μm程度以下と薄い場合には、圧電アクチュエータ116を流路部材123と接合する前に分極を行なうと、圧電アクチュエータ116が大きく反ってしまう。この反りにより、圧電アクチュエータ116が破損してしまうか、破損しなくても流路部材123に接合させることが困難になる。   When the thickness T1 of the piezoelectric actuator 116 is as small as about 100 μm or less, if the polarization is performed before the piezoelectric actuator 116 is joined to the flow path member 123, the piezoelectric actuator 116 is greatly warped. Due to this warpage, the piezoelectric actuator 116 is damaged, or it is difficult to bond the piezoelectric actuator 116 to the flow path member 123 without being damaged.

したがって、本発明の目的は、圧電セラミック層の分極時に発生するクラックを低減させることのできる液体吐出ヘッドを提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a liquid discharge head capable of reducing cracks generated during polarization of a piezoelectric ceramic layer.

本発明の液体吐出ヘッドは、複数の液体加圧室と該複数の液体加圧室に連通した複数の液体吐出孔とを有する流路部材上に、前記複数の液体加圧室を覆うように振動板を積層するとともに、該振動板上に、共通電極、圧電セラミック層、および複数の個別電極をこの順に積層し、前記共通電極、前記圧電セラミック層および前記個別電極で変位素子を形成した液体吐出ヘッドであって、前記個別電極はそれぞれ、該個別電極の近傍で積層方向から見て前記液体加圧室の外側に形成された給電パッドに、積層方向から見て前記個別電極の外辺が前記液体加圧室の内側に位置している部位から、複数の接続線を介して接続されていることを特徴とするものである。   The liquid discharge head of the present invention covers the plurality of liquid pressurization chambers on a flow path member having a plurality of liquid pressurization chambers and a plurality of liquid discharge holes communicating with the plurality of liquid pressurization chambers. A liquid in which a diaphragm is laminated, a common electrode, a piezoelectric ceramic layer, and a plurality of individual electrodes are laminated in this order on the diaphragm, and a displacement element is formed by the common electrode, the piezoelectric ceramic layer, and the individual electrode. In the discharge head, each of the individual electrodes has a power supply pad formed outside the liquid pressurizing chamber in the vicinity of the individual electrode as viewed from the stacking direction, and an outer side of the individual electrode viewed from the stacking direction. It is connected from the site | part located inside the said liquid pressurization chamber via the some connection line.

また、前記液体加圧室および前記個別電極はそれぞれ、積層方向から見て略平行四辺形であり、前記複数の接続線は、前記個別電極の1つの頂点を形成する2つの辺に分けて接続されているとともに、前記接続線が接続された部位の前記個別電極の外辺と前記液体加圧室の外辺とが平行であることが好ましい。   Further, each of the liquid pressurizing chamber and the individual electrode is a substantially parallelogram when viewed from the stacking direction, and the plurality of connection lines are divided into two sides that form one vertex of the individual electrode. In addition, it is preferable that the outer side of the individual electrode and the outer side of the liquid pressurizing chamber at a portion to which the connection line is connected are parallel to each other.

また、積層方向から見て、前記液体加圧室の外辺と前記接続線の両外辺との成す角度がいずれも鈍角または直角であることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the angle formed by the outer side of the liquid pressurizing chamber and both outer sides of the connection line is an obtuse angle or a right angle when viewed from the stacking direction.

本発明の液体吐出ヘッドによれば、複数の液体加圧室と該複数の液体加圧室に連通した複数の液体吐出孔とを有する流路部材上に、前記複数の液体加圧室を覆うように振動板を積層するとともに、該振動板上に、共通電極、圧電セラミック層、および複数の個別電極をこの順に積層し、前記共通電極、前記圧電セラミック層および前記個別電極で変位素子を形成した液体吐出ヘッドであって、前記個別電極はそれぞれ、該個別電極の近傍で積層方向から見て前記液体加圧室の外側に形成された給電パッドに、積層方向から見て前記個別電極の外辺が前記液体加圧室の内側に位置している部位から、複数の接続線を介して接続されていることにより、個別電極と共通電極とに挟まれた圧電セラミック層を分極する際に、接続線と共通電極とに挟まれた圧電セラミック層の圧電歪みにより生じる応力が低減できる。すなわち、例えば、1本であった接続線を2本に分割した場合、接続線の幅を1本の場合よりも細くすることができ、接続線の幅方向の外辺部に生じる応力を小さくすることができる。   According to the liquid discharge head of the present invention, the plurality of liquid pressurization chambers are covered on the flow path member having the plurality of liquid pressurization chambers and the plurality of liquid discharge holes communicating with the plurality of liquid pressurization chambers. And a common electrode, a piezoelectric ceramic layer, and a plurality of individual electrodes are laminated in this order on the diaphragm, and a displacement element is formed by the common electrode, the piezoelectric ceramic layer, and the individual electrodes. Each of the individual electrodes is disposed on a power supply pad formed outside the liquid pressurizing chamber in the vicinity of the individual electrodes when viewed from the laminating direction. When the piezoelectric ceramic layer sandwiched between the individual electrode and the common electrode is polarized by being connected via a plurality of connection lines from the portion where the side is located inside the liquid pressurizing chamber, Sandwiched between connecting wire and common electrode Stress can be reduced caused by the piezoelectric strain of the piezoelectric ceramic layers. That is, for example, when a single connecting line is divided into two, the width of the connecting line can be made smaller than that of a single connecting line, and the stress generated at the outer side in the width direction of the connecting line can be reduced. can do.

また、前記液体加圧室および前記個別電極はそれぞれ、積層方向から見て略平行四辺形であり、前記複数の接続線は、前記個別電極の1つの頂点を形成する2つの辺に分けて接続されているとともに、前記接続線が接続された部位の前記個別電極の外辺と前記液体加圧室の外辺とが平行である場合、まず、前記液体加圧室および前記個別電極を、それらの各辺を平行に配置すると、液体吐出素子を平面上に稠密に面積効率が高く配置でき、例えば、液体吐出ヘッドを、インクジェットプリンタのヘッドとして使用すると、液体吐出素子間の距離が短いため緻密な画像を記録できる。さらに、接続線が液体加圧室の頂点の両側に接続されているため、圧電歪が発生する有効面積が低減させることができ、その結果、隣接する液体加圧室とのクロストークが大きくなることが抑制できる。   Further, each of the liquid pressurizing chamber and the individual electrode is a substantially parallelogram when viewed from the stacking direction, and the plurality of connection lines are divided into two sides that form one vertex of the individual electrode. And when the outer side of the individual electrode at the part to which the connection line is connected and the outer side of the liquid pressurizing chamber are parallel, first, the liquid pressurizing chamber and the individual electrode are If the liquid ejection elements are arranged in parallel, the liquid ejection elements can be densely arranged on the plane with high area efficiency. For example, when the liquid ejection head is used as the head of an ink jet printer, the distance between the liquid ejection elements is short. Recordable images. Furthermore, since the connection lines are connected to both sides of the apex of the liquid pressurizing chamber, the effective area where the piezoelectric strain is generated can be reduced, and as a result, crosstalk with the adjacent liquid pressurizing chamber is increased. Can be suppressed.

また、積層方向から見て、前記液体加圧室の外辺と前記接続線の外辺に挟まれた前記圧電セラミック層は、一辺は前記流路部材により固定され、他辺は分極する際に前記接続線と前記共通電極とに挟まれた前記圧電セラミック層が変形するため、特に応力の集中する部分であるが、前記液体加圧室の外辺と前記接続線の両外辺との成す角度がいずれも鈍角または直角である場合、この部分で応力を発生させる圧電セラミック層よりも応力を緩和させる圧電セラミック層の割合が大きくなるため変形の応力の集中が緩和でき、前記セラミック層の破損が抑制できる。   Further, when viewed from the stacking direction, when the piezoelectric ceramic layer sandwiched between the outer side of the liquid pressurizing chamber and the outer side of the connection line is fixed on one side by the flow path member and the other side is polarized Since the piezoelectric ceramic layer sandwiched between the connection line and the common electrode is deformed, it is a portion where stress is particularly concentrated, but the outer side of the liquid pressurizing chamber and both outer sides of the connection line are formed. When the angles are both obtuse or right angle, the ratio of the piezoelectric ceramic layer that relaxes stress is larger than the piezoelectric ceramic layer that generates stress in this part, so the concentration of deformation stress can be relaxed and the ceramic layer is damaged. Can be suppressed.

以下、本発明の液体吐出ヘッドの一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, an embodiment of a liquid discharge head of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1(a)は、本実施形態の液体吐出ヘッドを示す部分縦断面図であり、図1(b)は、その部分上面図である。   FIG. 1A is a partial longitudinal sectional view showing a liquid discharge head of this embodiment, and FIG. 1B is a partial top view thereof.

図1(a)に示すように、本実施形態の液体吐出ヘッドは、複数の液体加圧室23aと複数の液体加圧室23aにそれぞれ連通した複数の液体吐出孔28とを有する流路部材23上に、複数の液体加圧室23aを覆うように圧電アクチュエータ16が積層されている。圧電アクチュエータ16は、流路部材23に接している側から順に、振動板11、共通電極12、圧電セラミック層13、複数の個別電極14が積層されている。そして、共通電極12、圧電セラミック層13および個別電極14で1つの変位素子15が形成され、この変位素子15が個別電極14に数だけ設けられている。さらに、個別電極14はそれぞれ、個別電極14の近傍で積層方向から見て液体加圧室23aの外側に形成された給電パッド18に、積層方向から見て個別電極14の外辺が液体加圧室23aの内側に位置している部位から、複数の接続線17を介して接続されている。   As shown in FIG. 1A, the liquid discharge head according to the present embodiment includes a flow path member having a plurality of liquid pressurizing chambers 23a and a plurality of liquid discharge holes 28 respectively communicating with the plurality of liquid pressurizing chambers 23a. A piezoelectric actuator 16 is stacked on the liquid pressure chamber 23 so as to cover the plurality of liquid pressurizing chambers 23a. In the piezoelectric actuator 16, a diaphragm 11, a common electrode 12, a piezoelectric ceramic layer 13, and a plurality of individual electrodes 14 are laminated in order from the side in contact with the flow path member 23. The common electrode 12, the piezoelectric ceramic layer 13, and the individual electrode 14 form one displacement element 15, and the number of the displacement elements 15 is provided in the individual electrode 14. Further, each individual electrode 14 is applied to a power supply pad 18 formed outside the liquid pressurizing chamber 23a in the vicinity of the individual electrode 14 as viewed from the stacking direction, and the outer side of the individual electrode 14 is liquid-pressed as viewed from the stacking direction. A plurality of connection lines 17 are connected from a portion located inside the chamber 23a.

ここで、流路部材23に接合された部分の圧電セラミック層13は、応力を受けても変形し難い拘束部16aであり、流路部材23に接合されていない部分の圧電セラミック層13は、応力を受けると変形可能な非拘束部16bである。   Here, the portion of the piezoelectric ceramic layer 13 bonded to the flow path member 23 is a restraining portion 16a that is not easily deformed even under stress, and the portion of the piezoelectric ceramic layer 13 that is not bonded to the flow path member 23 is The unconstrained portion 16b is deformable when subjected to stress.

そして、本発明の液体吐出ヘッドは、外部の制御回路などに給電パッド18と共通電極12とが接続され、それらの間に電圧を加えると、個別電極14と共通電極12との間の圧電セラミックス層13が変位して変位素子15が変位することにより、液体加圧室23aの体積が変わり、それにより液体吐出口28から液体を吐出させるものである。   In the liquid discharge head according to the present invention, when the power supply pad 18 and the common electrode 12 are connected to an external control circuit or the like and a voltage is applied between them, the piezoelectric ceramic between the individual electrode 14 and the common electrode 12 is provided. When the layer 13 is displaced and the displacement element 15 is displaced, the volume of the liquid pressurizing chamber 23 a is changed, and thereby the liquid is ejected from the liquid ejection port 28.

流路部材23は圧延法等によって得られ、液体吐出口28および液体加圧室23aはエッチング等により所定の形状に加工されて設けられる。この流路部材23は、例えばFeとCrとを主成分とする合金、FeとNiとを主成分とする合金、WCとTiCとを主成分とする合金からなる群より選ばれる少なくとも1種によって形成されていることが望ましい。特に、インクを吐出する用途では、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く、FeとCr系とを主成分とする合金がより好ましい。   The flow path member 23 is obtained by a rolling method or the like, and the liquid discharge port 28 and the liquid pressurizing chamber 23a are provided by being processed into a predetermined shape by etching or the like. The flow path member 23 is made of, for example, at least one selected from the group consisting of an alloy mainly composed of Fe and Cr, an alloy mainly composed of Fe and Ni, and an alloy mainly composed of WC and TiC. It is desirable that it be formed. In particular, in applications where ink is ejected, it is desirable to be made of a material having excellent corrosion resistance against ink, and an alloy containing Fe and Cr as main components is more preferable.

また、流路部材23は、例えば厚み30〜100μm程度の薄板を積層して作製することができる。各薄板は、エッチングや金型による打ち抜き等の方法によって形成された微細な溝や孔を備えており、複数の薄板を積層することによって、各薄板に形成された溝や孔が、液体加圧室23a、液体吐出口28および液体流路(不図示)等を構成するように組み合わせることができる。   Moreover, the flow path member 23 can be produced by laminating thin plates having a thickness of about 30 to 100 μm, for example. Each thin plate has fine grooves and holes formed by methods such as etching and punching with a mold. By laminating a plurality of thin plates, the grooves and holes formed in each thin plate are liquid pressurized. The chamber 23a, the liquid discharge port 28, the liquid flow path (not shown), and the like can be combined.

上記のような薄板の材料としては、例えばステンレス板、アルミニウム板、モリブデン板などの金属材料、シリコン等の半導体材料またはアルミナや炭化珪素等のセラミックス材料等が挙げられ、特に、導電性を有し、かつ安価で精密加工のできる金属材料を用いることが好ましい。   Examples of the material for the thin plate include a metal material such as a stainless steel plate, an aluminum plate, and a molybdenum plate, a semiconductor material such as silicon, or a ceramic material such as alumina and silicon carbide. It is preferable to use a metal material that is inexpensive and can be precisely processed.

圧電アクチュエータ16は、図1(a)に示すように、振動板11、共通電極12、圧電セラミック層13および個別電極14、接続線17および給電パッド18で構成されており、振動板11上に、共通電極12、圧電セラミック層13および個別電極14、接続線17、給電パッド18をこの順に積層したものである。   As shown in FIG. 1A, the piezoelectric actuator 16 includes a diaphragm 11, a common electrode 12, a piezoelectric ceramic layer 13 and individual electrodes 14, a connection line 17, and a power feeding pad 18. The common electrode 12, the piezoelectric ceramic layer 13 and the individual electrode 14, the connection line 17, and the power feeding pad 18 are laminated in this order.

共通電極12、個別電極14、給電パッド18は、圧電アクチュエータ16の電極を構成するものであり、個別電極14と給電パッド18は対となり、図1(b)に示すように、圧電セラミック層13の表面に複数形成されている。これにより、共通電極12、個別電極14で圧電セラミック層13を挟んで構成される変位素子15が複数形成される。したがって、圧電アクチュエータ16は、厚み方向に非対称の構造を有する。   The common electrode 12, the individual electrode 14, and the power supply pad 18 constitute an electrode of the piezoelectric actuator 16, and the individual electrode 14 and the power supply pad 18 form a pair, and as shown in FIG. A plurality of surfaces are formed. As a result, a plurality of displacement elements 15 configured by sandwiching the piezoelectric ceramic layer 13 between the common electrode 12 and the individual electrode 14 are formed. Therefore, the piezoelectric actuator 16 has an asymmetric structure in the thickness direction.

圧電アクチュエータ16の厚みT1は100μm以下、好ましくは50μm以下である。これにより、大きな変位を得ることができるので、低電圧で高効率の駆動を実現できる。また、圧電アクチュエータ16の厚みT1の下限値は、十分な機械的強度を有し、取扱いおよび作動中の破壊を防止する上で10μm、好ましくは20μm、より好ましくは30μmであるのがよい。上述した通り、このような薄い厚みでかつ厚み方向に非対称の構造を有する圧電アクチュエータ16は、圧電セラミック層13を分極する際に問題の発生するおそれがある。なお、厚みT1は、圧電セラミック層13、共通電極12および振動板11を含む部分の厚みのことであり、個別電極14の厚みは、厚みT1に含まない。   The thickness T1 of the piezoelectric actuator 16 is 100 μm or less, preferably 50 μm or less. Thereby, since a large displacement can be obtained, it is possible to realize high-efficiency driving at a low voltage. The lower limit value of the thickness T1 of the piezoelectric actuator 16 has a sufficient mechanical strength, and is 10 μm, preferably 20 μm, and more preferably 30 μm in order to prevent breakage during handling and operation. As described above, the piezoelectric actuator 16 having such a thin thickness and an asymmetric structure in the thickness direction may cause a problem when the piezoelectric ceramic layer 13 is polarized. The thickness T1 is the thickness of the portion including the piezoelectric ceramic layer 13, the common electrode 12, and the diaphragm 11. The thickness of the individual electrode 14 is not included in the thickness T1.

圧電アクチュエータ16と流路部材23とを接合させる前に分極を行なうと、圧電アクチュエータ16が大きく反ってしまう。この反りにより、圧電アクチュエータ16は、破損してしまうか、破損しなくても流路部材23に接合させることが困難になる。そこで、圧電アクチュエータと流路部材とを接合させた後に分極を行なうと、分極する際に個別電極14と共通電極12あるいは接続線17と共通電極12に挟まれた圧電セラミック層13に圧電歪が発生し、周囲の圧電セラミック層13との間で引張応力が生じて、圧電アクチュエータ16にクラックが発生してしまうという問題があるが、このような構成の圧電アクチュエータ16であっても、後述するように、接続線17を所定の状態とすることによって、クラックが発生しにくく、かつ個別電極12の接合信頼性を高く保つことができる。   If polarization is performed before the piezoelectric actuator 16 and the flow path member 23 are joined, the piezoelectric actuator 16 is greatly warped. Due to this warpage, the piezoelectric actuator 16 is damaged or difficult to be bonded to the flow path member 23 without being damaged. Therefore, when polarization is performed after joining the piezoelectric actuator and the flow path member, piezoelectric strain is generated in the piezoelectric ceramic layer 13 sandwiched between the individual electrode 14 and the common electrode 12 or the connection line 17 and the common electrode 12 when polarization is performed. There is a problem that a tensile stress is generated between the piezoelectric ceramic layer 13 and the surrounding piezoelectric ceramic layer 13 and a crack is generated in the piezoelectric actuator 16. Even the piezoelectric actuator 16 having such a configuration will be described later. As described above, by setting the connection line 17 in a predetermined state, cracks are unlikely to occur and the bonding reliability of the individual electrode 12 can be kept high.

給電パッド18および接続線17を介し個別電極14と共通電極12との間に電圧を印加すると、該電圧が印加された個別電極14と共通電極12に挟まれた部位の圧電セラミック層13が変位する。具体的には、圧電セラミック層13は、振動板11により積層方向と直交する方向の変位が抑制されるので、変位素子15は積層方向に屈曲する。その結果、圧電アクチュエータ16はユニモルフ型のアクチュエータとして駆動する。   When a voltage is applied between the individual electrode 14 and the common electrode 12 via the power supply pad 18 and the connection line 17, the piezoelectric ceramic layer 13 at a portion sandwiched between the individual electrode 14 and the common electrode 12 to which the voltage is applied is displaced. To do. Specifically, the displacement of the piezoelectric ceramic layer 13 in the direction perpendicular to the stacking direction is suppressed by the vibration plate 11, so that the displacement element 15 bends in the stacking direction. As a result, the piezoelectric actuator 16 is driven as a unimorph type actuator.

圧電アクチュエータ16の駆動は、駆動時の電界強度Eと、圧電セラミック層13の電界強度Ecとの比率E/Ecが1より小さい条件で駆動させるのが好ましい。これにより、圧電アクチュエータ16を長期間安定して駆動することができる。これに対し、前記比率E/Ecが1より大きいと、分域回転の寄与が大きくなり、変位劣化しやすくなる。   The piezoelectric actuator 16 is preferably driven under the condition that the ratio E / Ec between the electric field intensity E during driving and the electric field intensity Ec of the piezoelectric ceramic layer 13 is smaller than 1. Thereby, the piezoelectric actuator 16 can be stably driven for a long time. On the other hand, if the ratio E / Ec is greater than 1, the contribution of domain rotation increases, and the displacement is likely to deteriorate.

振動板11は圧電セラミックスからなり、圧電セラミック層13は、振動板11と略同一組成の圧電セラミックスからなるのが好ましい。ここで、圧電セラミックスとは、圧電性を示すセラミックスを意味し、例えばBi層状化合物やタングステンブロンズ構造物質、Nb酸アルカリ化合物のペロブスカイト構造化合物、Pbを含有するジルコン酸チタン酸鉛(PZT)やチタン酸鉛(PT)等を含有するペロブスカイト構造化合物、チタン酸バリウム(BT)等が挙げられるが、これら中でもPbを含むジルコン酸チタン酸鉛(PZT)やチタン酸鉛(PT)が、電極(共通電極12、個別電極14、接続線17および給電パッド18)との濡れ性を高めるとともに、電極との密着強度を高める点で好適である。   The diaphragm 11 is preferably made of piezoelectric ceramics, and the piezoelectric ceramic layer 13 is preferably made of piezoelectric ceramics having substantially the same composition as the diaphragm 11. Here, the piezoelectric ceramic means a ceramic exhibiting piezoelectricity, for example, a Bi layered compound, a tungsten bronze structure material, a perovskite structure compound of an alkali Nb acid compound, lead zirconate titanate (PZT) or titanium containing Pb. Examples include perovskite structural compounds containing lead oxide (PT), barium titanate (BT), etc. Among these, lead zirconate titanate (PZT) and lead titanate (PT) containing Pb are electrodes (common). This is preferable in that the wettability with the electrode 12, the individual electrode 14, the connection line 17 and the power supply pad 18) is enhanced and the adhesion strength with the electrode is enhanced.

また、Aサイト構成元素としてPbを含有し、かつBサイト構成元素としてZrおよびTiを含有する結晶であるジルコン酸チタン酸鉛(PZT)等のジルコン酸チタン酸鉛系化合物が、より高い圧電定数d31を有する安定な圧電焼結体(圧電アクチュエータ16)を得る上で好ましい。 In addition, lead zirconate titanate compounds such as lead zirconate titanate (PZT), which is a crystal containing Pb as the A site constituent element and Zr and Ti as the B site constituent element, have a higher piezoelectric constant. preferable for obtaining a stable piezoelectric sintered body having a d 31 (the piezoelectric actuator 16).

特に、ジルコン酸チタン酸鉛系化合物などの圧電セラミックス(すなわち圧電セラミック層13および振動板11)のAサイトとBサイトの組成比が{Aサイト/Bサイト}≦1であるのが好ましい。   In particular, it is preferable that the composition ratio of the A site and the B site of the piezoelectric ceramics (that is, the piezoelectric ceramic layer 13 and the diaphragm 11) such as a lead zirconate titanate compound is {A site / B site} ≦ 1.

圧電セラミック層13および振動板11は、Sr、Ba、Ni、Sb、Nb、Zn、YbおよびTeから選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましい。これにより、より安定した圧電焼結体(圧電アクチュエータ16)を得ることがでる。このような圧電セラミック層13および振動板11としては、例えば副成分としてPb(Zn1/3Sb2/3)OおよびPb(Ni1/2Te1/2)Oを固溶してなるものを例示できる。 The piezoelectric ceramic layer 13 and the diaphragm 11 preferably include at least one selected from Sr, Ba, Ni, Sb, Nb, Zn, Yb, and Te. Thereby, a more stable piezoelectric sintered body (piezoelectric actuator 16) can be obtained. As such a piezoelectric ceramic layer 13 and the diaphragm 11, for example, Pb (Zn 1/3 Sb 2/3 ) O 3 and Pb (Ni 1/2 Te 1/2 ) O 3 are dissolved as subcomponents. Can be illustrated.

また、圧電セラミック層13および振動板11は、特に、Aサイト構成元素として、アルカリ土類元素を含有することが望ましい。アルカリ土類元素としては、Ba、Srが高い変位を得られる点で好ましく、Baを0.02〜0.08モル、Srを0.02〜0.12モル含むことが、正方晶組成が主体の組成の場合に大きな変位を得る上で有利である。   The piezoelectric ceramic layer 13 and the diaphragm 11 particularly preferably contain an alkaline earth element as an A site constituent element. As the alkaline earth element, Ba and Sr are preferable in that a high displacement can be obtained, and the inclusion of 0.02 to 0.08 mol of Ba and 0.02 to 0.12 mol of Sr is mainly a tetragonal crystal composition. It is advantageous to obtain a large displacement in the case of the composition of

このような圧電セラミック層13および振動板11としては、例えばPb1−x−ySray(Zn1/3Sb2/3)a(Ni1/2Te1/2)bZr1−a−b−cTi+α重量%Pb1/2NbO(0≦x≦0.14、0≦y≦0.14、0.05≦a≦0.1、0.002≦b≦0.01、0.44≦c≦0.50、α=0.1〜1.0)等で表されものが挙げられる。 Examples of such a piezoelectric ceramic layer 13 and the vibration plate 11, for example, Pb 1-x-y Sr x B ay (Zn 1/3 Sb 2/3) a (Ni 1/2 Te 1/2) bZr 1-a −b−c Ti c O 3 + α wt% Pb 1/2 NbO 3 (0 ≦ x ≦ 0.14, 0 ≦ y ≦ 0.14, 0.05 ≦ a ≦ 0.1, 0.002 ≦ b ≦ 0.01, 0.44 ≦ c ≦ 0.50, α = 0.1 to 1.0) and the like.

積層圧電体磁器である圧電セラミック層13および振動板11は、平均結晶粒径が2.5μm以下であることが好ましい。これにより、PZTなどの圧電セラミックスへのAgの置換固溶をより効果的に抑制することができる。結晶粒径を上記範囲にするには、例えばPZT原料調合時のAサイトとBサイトの組成比を1以下にすればよい。結晶平均粒径は、例えば走査型電子顕微鏡(SEM)観察し、インターセプト法により求めることができる。   The piezoelectric ceramic layer 13 and the diaphragm 11 which are laminated piezoelectric ceramics preferably have an average crystal grain size of 2.5 μm or less. Thereby, substitution substitution solution of Ag to piezoelectric ceramics, such as PZT, can be controlled more effectively. In order to make the crystal grain size within the above range, for example, the composition ratio of the A site and the B site during the preparation of the PZT raw material may be set to 1 or less. The average crystal grain size can be determined by, for example, an intercept method by observing with a scanning electron microscope (SEM).

圧電セラミック層13の厚みT2は5〜50μm程度、好ましくは10〜30μm程度であるのがよい。これにより、変位素子15が高い変位を示すことができる。これに対し、前記厚みが5μmより薄いと、機械的強度が低下し、取扱いおよび作動中に破壊するおそれがあり、50μmより厚いと、変位が低下するおそれがあるので好ましくない。振動板11の厚みT3は5〜50μm、好ましくは10〜30μm程度であるのがよい。   The thickness T2 of the piezoelectric ceramic layer 13 is about 5 to 50 μm, preferably about 10 to 30 μm. Thereby, the displacement element 15 can show a high displacement. On the other hand, when the thickness is less than 5 μm, the mechanical strength is lowered, and there is a risk of breaking during handling and operation. When the thickness is more than 50 μm, the displacement may be lowered, which is not preferable. The thickness T3 of the diaphragm 11 is 5 to 50 μm, preferably about 10 to 30 μm.

共通電極12としては、導電性を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えばAu、Ag、Pd、Pt、Cu、Alやそれらの合金等を用いることができる。具体的には、例えばAg−Pd合金が例示できる。また、共通電極12の厚さは、導電性を有しかつ変位を妨げない程度である必要があり、通常0.5〜5μm程度、好ましくは1〜4μmであるのがよい。また、同時焼成で作製する上で、共通電極12が銀を60〜85体積%、好ましくは70〜80体積%含む銀−パラジウム合金からなることが好ましい。これにより、Agの拡散量が低減され、粒内破壊を抑制することができる。   The common electrode 12 is not particularly limited as long as it has conductivity. For example, Au, Ag, Pd, Pt, Cu, Al, or an alloy thereof can be used. Specifically, for example, an Ag—Pd alloy can be exemplified. Moreover, the thickness of the common electrode 12 needs to be an extent which has electroconductivity and does not prevent a displacement, and is about 0.5-5 micrometers normally, Preferably it is 1-4 micrometers. Moreover, when producing by simultaneous baking, it is preferable that the common electrode 12 consists of a silver-palladium alloy containing 60 to 85 volume%, preferably 70 to 80 volume% of silver. Thereby, the diffusion amount of Ag can be reduced and the intragranular destruction can be suppressed.

個別電極14および接続線17としては、上記した共通電極12と同様に導電性を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えばAu、Ag、Pd、Pt、Cu、Alやそれらの合金等を用いることができる。そして、個別電極14の厚さは、導電性を有しかつ変位を妨げない程度である必要があり、例えば0.1〜2μm程度、好ましくは0.1〜0.5μm、より好ましくは0.1〜0.3μmであるのがよい。そして、接続線17の厚さは、断線等の発生を抑制するため、1μm以上であることが好ましく、圧電アクチュエータ16を製造する際に、接続線17の形成された部分と形成されていない部分との間で変形を抑制するため5μm以下であることが好ましい。さらに好ましい厚みは1.5〜3μmである。   The individual electrode 14 and the connection line 17 are not particularly limited as long as they have conductivity similar to the common electrode 12 described above. For example, Au, Ag, Pd, Pt, Cu, Al, and alloys thereof Etc. can be used. And the thickness of the individual electrode 14 needs to be a grade which has electroconductivity and does not prevent a displacement, for example, about 0.1-2 micrometers, Preferably it is 0.1-0.5 micrometer, More preferably, it is 0.00. It should be 1 to 0.3 μm. The thickness of the connection line 17 is preferably 1 μm or more in order to suppress the occurrence of disconnection or the like, and when the piezoelectric actuator 16 is manufactured, a part where the connection line 17 is formed and a part where the connection line 17 is not formed Is preferably 5 μm or less in order to suppress deformation. A more preferable thickness is 1.5 to 3 μm.

給電パッド18としては、上記した共通電極12、個別電極14と同様に導電性を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えばAu、Ag、Pd、Pt、Cu、Alやそれらの合金等を用いることができる。また、給電パッド18の高さは、導電性を有し接合上問題にならない程度である必要があり、例えば1〜20μm程度、好ましくは5〜15μmであるのがよい。   The power supply pad 18 is not particularly limited as long as it has conductivity similar to the common electrode 12 and the individual electrode 14 described above. For example, Au, Ag, Pd, Pt, Cu, Al, and alloys thereof Etc. can be used. Further, the height of the power supply pad 18 needs to be a level that is conductive and does not cause a problem in bonding, and is, for example, about 1 to 20 μm, preferably 5 to 15 μm.

接続線17は、個別電極14と給電パッド18との間を複数本で接続することが重要である。これは、圧電アクチュエータ16と流路部材23とを接合すると、流路部材23と接合している拘束部16aと流路部材23と接合していない非拘束部16bの境界に位置する部分、つまり非拘束部16b上の接続線17およびその周囲に分極時の応力が集中する。この応力集中を緩和させるには、接続線17を複数に分けることにより、分極時に圧電歪みが起きる圧電有効面積を小さくすることが有効なためである。そして、接続線17の1本あたりの幅は70μm以下が好ましく、より好ましくは50μm以下であるのがよい。接続線17の幅が狭くなることにより、圧電有効面積が小さくなるため、応力が小さくなるからである。接続信頼性を高くするためには、接続線17の1本あたりの幅は10μm以上が好ましく、より好ましくは20μm以上である。   It is important that a plurality of connection lines 17 are connected between the individual electrodes 14 and the power supply pads 18. This is because, when the piezoelectric actuator 16 and the flow path member 23 are joined, the portion located at the boundary between the restraint portion 16a joined to the flow path member 23 and the non-restraint portion 16b not joined to the flow path member 23, that is, The stress at the time of polarization concentrates on the connection line 17 on the unconstrained portion 16b and the periphery thereof. In order to alleviate this stress concentration, it is effective to reduce the effective piezoelectric area in which piezoelectric distortion occurs during polarization by dividing the connection line 17 into a plurality of lines. And the width per connection line 17 is preferably 70 μm or less, and more preferably 50 μm or less. This is because when the width of the connection line 17 is reduced, the effective piezoelectric area is reduced, and the stress is reduced. In order to increase the connection reliability, the width of each connection line 17 is preferably 10 μm or more, more preferably 20 μm or more.

また、仮に接続線17の1つに異常が起こったとしても、複数接続のために断線にはならない。   Further, even if an abnormality occurs in one of the connection lines 17, the connection line 17 is not disconnected due to a plurality of connections.

個別電極14と接続線17とは、積層方向から見て、個別電極14の液体加圧室23aの内側に位置している部位で接続されていることが重要である。このような構造にすることにより、積層方向から見て、個別電極14が液体加圧室23aの内側に形成された部分ができる。すなわち、個別電極14の周囲に非拘束部16bができるため、液体吐出素子15の変位を大きくできる。液体吐出素子15の変位をより大きくするためには、個別電極14が液体加圧室23aの内側に位置する割合を増やすことが好ましい。具体的には、個別電極14の外辺の長さに対する、非拘束部16bに接する個別電極14の外辺の長さの割合を大きくすればよい。その割合は75%以上であるのが好ましく、特に、個別電極14全てが液体加圧室23aの内部に形成されていることが好ましい。   It is important that the individual electrode 14 and the connection line 17 are connected at a portion located inside the liquid pressurizing chamber 23a of the individual electrode 14 when viewed from the stacking direction. By adopting such a structure, there is a portion where the individual electrode 14 is formed inside the liquid pressurizing chamber 23a when viewed from the stacking direction. That is, since the non-restraining portion 16b is formed around the individual electrode 14, the displacement of the liquid ejection element 15 can be increased. In order to further increase the displacement of the liquid ejection element 15, it is preferable to increase the proportion of the individual electrodes 14 positioned inside the liquid pressurizing chamber 23a. Specifically, the ratio of the length of the outer side of the individual electrode 14 in contact with the unconstrained portion 16b to the length of the outer side of the individual electrode 14 may be increased. The ratio is preferably 75% or more. In particular, it is preferable that all the individual electrodes 14 are formed inside the liquid pressurizing chamber 23a.

また、液体加圧室23aおよび個別電極14はそれぞれ、積層方向から見て略平行四辺形であるとともに、接続線17が接続された部位の個別電極14の外辺と液体加圧室23aの外辺とが平行であることが好ましい。これにより、液体吐出素子15を平面上に稠密に面積効率が高く配置でき、例えば、液体吐出ヘッドを、インクジェットプリンタのヘッドとして使用すると、液体吐出素子15間の距離が短いため緻密な画像を記録できる。この際、給電パッド18、液体加圧室23aの外辺から液体加圧室23a1個分の寸法程度の範囲内の近傍に形成し、接続線17の長さを短くすることが、面積効率を高める点、および、接続線17の接続信頼性を高める点で好ましい。   Further, the liquid pressurizing chamber 23a and the individual electrode 14 are substantially parallelograms as viewed from the stacking direction, and the outer side of the individual electrode 14 and the outer side of the liquid pressurizing chamber 23a to which the connection line 17 is connected. The sides are preferably parallel. Thereby, the liquid ejection elements 15 can be densely arranged on the plane with high area efficiency. For example, when the liquid ejection head is used as the head of an ink jet printer, the distance between the liquid ejection elements 15 is short, so that a dense image is recorded. it can. At this time, forming the power supply pad 18 and the vicinity of the liquid pressurizing chamber 23a from the outer side of the liquid pressurizing chamber 23a in the vicinity of the size of the liquid pressurizing chamber 23a and shortening the length of the connecting line 17 can improve the area efficiency. It is preferable at the point which raises, and the point which improves the connection reliability of the connection line 17. FIG.

また、前述したように、個別電極14の外辺のうち非活性部でありかつ非拘束部であるの圧電セラミック層13に接している個別電極14の外辺の割合は75%であるのが好ましい。すなわち、個別電極14の外辺4辺のうち3辺は、液体吐出素子23aの内側に形成されていることが好ましい。   In addition, as described above, the ratio of the outer side of the individual electrode 14 that is in contact with the piezoelectric ceramic layer 13 that is an inactive part and is a non-constrained part of the outer side of the individual electrode 14 is 75%. preferable. That is, it is preferable that three of the four outer sides of the individual electrode 14 are formed inside the liquid ejection element 23a.

さらに複数の接続線17は、個別電極14の1つの頂点を形成する2つの辺に分けて接続することが好ましい。これにより、接続線17が液体加圧室23aの一辺当たりの圧電歪が発生する有効面積が低減させる事が可能となり、その結果,隣接する液体加圧室23aとのクロストークが大きくなることが抑制できる。   Furthermore, it is preferable that the plurality of connection lines 17 be divided and connected to two sides forming one vertex of the individual electrode 14. As a result, it is possible to reduce the effective area where the connection line 17 generates piezoelectric strain per side of the liquid pressurizing chamber 23a, and as a result, the crosstalk with the adjacent liquid pressurizing chamber 23a increases. Can be suppressed.

ここで、さらに接続線17の形状について図1(a)の部分拡大上面図である図2(a)と、本発明の別の実施形態の液体吐出ヘッドの部分拡大上面図である図2(b)を用いて説明する。   Here, FIG. 2A, which is a partially enlarged top view of FIG. 1A, and FIG. 2 (2), which is a partially enlarged top view of a liquid ejection head according to another embodiment of the present invention, regarding the shape of the connection line 17. This will be described with reference to b).

図2(a)では、個別電極14と給電パッド18が2本の接続線17で接続されており、個別電極16の直下には液体加圧室23aおよび液体吐出口28がある。そして、液体加圧室23aの内側において、液体加圧室23aの外辺と接続線87の外辺の成す角度17Aおよび17Bは直角となっている。   In FIG. 2A, the individual electrode 14 and the power supply pad 18 are connected by two connection lines 17, and a liquid pressurizing chamber 23 a and a liquid discharge port 28 are provided immediately below the individual electrode 16. Then, inside the liquid pressurizing chamber 23a, angles 17A and 17B formed by the outer side of the liquid pressurizing chamber 23a and the outer side of the connection line 87 are at right angles.

図2(b)では、個別電極94と給電パッド98が2本の接続線97で接続されており、個別電極96の直下には液体加圧室93aおよび液体吐出口94がある。図示しないがこの液体吐出ヘッドは図1(a)と同じ断面構造を有している。そして、液体加圧室94aの内側において、液体加圧室94aの外辺と接続線97の外辺の成す角度97Aは約150度、液体加圧室94aの外辺と接続線97の外辺の成す角度97Bは約30度となっている。   In FIG. 2B, the individual electrode 94 and the power supply pad 98 are connected by two connection lines 97, and a liquid pressurizing chamber 93 a and a liquid discharge port 94 are provided immediately below the individual electrode 96. Although not shown, this liquid discharge head has the same cross-sectional structure as FIG. The angle 97A formed between the outer side of the liquid pressurizing chamber 94a and the outer side of the connection line 97 is about 150 degrees inside the liquid pressurizing chamber 94a, and the outer side of the liquid pressurizing chamber 94a and the outer side of the connection line 97. The angle 97B formed by is about 30 degrees.

図2(b)で示した液体吐出ヘッドでは、接続線97が複数になっているため、圧電セラミック層に加わる応力が低減できるものの、液体加圧室94aの外辺と接続線97の外辺の成す角度97Bは約30度と鋭角になっているため、一辺は流路部材により接合されて固定された拘束部16aであり、他辺は分極する際に接続線97と共通電極(図示せず)とに挟まれた圧電セラミック層が変形した際に、変形の応力が鋭角部に集中するため、圧電セラミック層のクラックの発生が比較的起こりやすい。   In the liquid discharge head shown in FIG. 2B, since there are a plurality of connection lines 97, the stress applied to the piezoelectric ceramic layer can be reduced, but the outer side of the liquid pressurizing chamber 94 a and the outer side of the connection line 97. Is an acute angle of about 30 degrees, so that one side is the restraining portion 16a joined and fixed by the flow path member, and the other side is connected to the connection line 97 and the common electrode (not shown) when polarized. When the piezoelectric ceramic layer sandwiched between the two layers is deformed, the deformation stress is concentrated at the acute angle portion, so that cracking of the piezoelectric ceramic layer is relatively likely to occur.

これに対して、図2(a)では、液体加圧室23aの外辺と接続線17の外辺の成す角度17Aおよび17Bは直角となっているため、分極時の応力が集中しにくく、より圧電セラミック層13のクラックの発生を抑制できる。   On the other hand, in FIG. 2A, since the angles 17A and 17B formed by the outer side of the liquid pressurizing chamber 23a and the outer side of the connection line 17 are at right angles, the stress during polarization is less likely to concentrate. Further, the generation of cracks in the piezoelectric ceramic layer 13 can be suppressed.

図3(a)〜(i)に本発明の他の実施形態の液体吐出ヘッドを示す。図3(a)〜(i)はそれぞれ、1つの液体吐出素子の個別電極、接続線、給電パッド、液体加圧室および液体吐出口を示した部分上面図である。図示しないが、それぞれの液体吐出ヘッドは図1(a)に示したものと同じ断面構造を有している。   3A to 3I show a liquid discharge head according to another embodiment of the present invention. 3A to 3I are partial top views showing individual electrodes, connection lines, power supply pads, a liquid pressurizing chamber, and a liquid discharge port of one liquid discharge element, respectively. Although not shown, each liquid discharge head has the same cross-sectional structure as that shown in FIG.

図3(a)〜(i)の液体吐出ヘッドでは、いずれも、積層方向から見て、個別電極と接続線とは液体加圧室の内側の部位で接続されている。これにより、個別電極と液体加圧室の外辺の間に非拘束部があるため各液体吐出素子の変位を大きくできる。また、個別電極および液体加圧室は相似な平行略平行四辺形であるとともに、対応する辺が平行でになっているので、液体吐出素子を面積効率よく平面に配置して液体吐出素子間の距離を短くできる。   In each of the liquid ejection heads shown in FIGS. 3A to 3I, the individual electrodes and the connection lines are connected to each other at a site inside the liquid pressurizing chamber as viewed from the stacking direction. Thereby, since there is an unrestrained portion between the individual electrode and the outer side of the liquid pressurizing chamber, the displacement of each liquid ejection element can be increased. In addition, since the individual electrodes and the liquid pressurizing chambers are similar parallel, substantially parallelograms, and the corresponding sides are parallel, the liquid discharge elements are arranged on a plane in an area-efficient manner between the liquid discharge elements. The distance can be shortened.

図3(a)〜(h)の液体吐出ヘッドでは、いずれも、積層方向から見て、個別電極が液体加圧室の内側に形成されている。これにより、各液体吐出素子の変位をより大きくできる
図(a)では接続線が3本となっており、より接続線の線幅を細くでき、分極時の応力をより低減できる。
In each of the liquid discharge heads of FIGS. 3A to 3H, the individual electrodes are formed inside the liquid pressurizing chamber as viewed from the stacking direction. Thereby, the displacement of each liquid ejection element can be further increased. In FIG. 5A, there are three connection lines, the line width of the connection lines can be further narrowed, and the stress during polarization can be further reduced.

図3(a)、(b)、(e)、(h)、(i)では、個別電極および液体加圧室はそれぞれ一方の対向する角が鋭角の略平行四辺形であり、給電パッドを略平行四辺形の重心から略平行四辺形の鋭角の頂点の方向に延長した方向に配置することにより、略平行四辺形の抵抗する鋭角の頂点を結ぶ線と垂直な方向に液体吐出素子をより短い距離で形成することができる。   3 (a), (b), (e), (h), and (i), each of the individual electrode and the liquid pressurizing chamber is an approximately parallelogram having one acute angle, and the power supply pad is not attached. By arranging in a direction extending from the center of gravity of the substantially parallelogram to the direction of the acute angle vertex of the substantially parallelogram, the liquid ejecting element is more aligned in a direction perpendicular to the line connecting the acute angle vertices of the substantially parallelogram. It can be formed at a short distance.

図3(c)、(e)〜(f)、(i)では、積層方向から見て、液体加圧室の内側において、液体加圧室の外辺と接続線の両外辺の成す角度がいずれも直角または鈍角となっているため、より応力を小さくできる。図3(h)では、積層方向から見て、液体加圧室の内側において、液体加圧室の外辺と接続線の外辺の成す角度が鈍角となっているため、応力の集中は緩和されるが、両方の角度を鈍角にするため非拘束部の接続線の線幅が太くなっているため、発生する応力自体は増えている。総合的に非拘束部に加わる応力を低くするためには、接続線の線幅を細くし、液体加圧室の外辺と接続線の両外辺の成す角度を両方とも直角にすることがより好ましい。   3 (c), (e) to (f), (i), the angle formed between the outer side of the liquid pressurizing chamber and both outer sides of the connection line inside the liquid pressurizing chamber as viewed from the stacking direction. Since both are perpendicular or obtuse, the stress can be further reduced. In FIG. 3 (h), the stress concentration is alleviated because the angle between the outer side of the liquid pressurizing chamber and the outer side of the connection line is an obtuse angle inside the liquid pressurizing chamber as viewed from the stacking direction. However, since the line width of the connection line of the unconstrained portion is increased in order to make both angles obtuse, the generated stress itself is increasing. In order to reduce the overall stress applied to the unconstrained portion, it is necessary to reduce the line width of the connection line and to make both the outer sides of the liquid pressurizing chamber and the outer sides of the connection line at right angles. More preferred.

次に、上記で説明した圧電アクチュエータ16の製造方法について、ジルコン酸チタン酸鉛(PZT)を圧電セラミックスとして用いた場合について説明する。まず、チタン酸ジルコン酸鉛化合物(例えば純度99%、平均粒子径1μm以下の粉末)などの圧電セラミックスを主成分とする原料粉体を準備し、これを用いてスラリーを作製し、このスラリーを用いて、グリーンシートを作製する。グリーンシートの作製方法は、例えばドクターブレード法、ロールコーター等の周知のテープ成形方法を採用することができる。   Next, the manufacturing method of the piezoelectric actuator 16 described above will be described in the case where lead zirconate titanate (PZT) is used as the piezoelectric ceramic. First, a raw material powder mainly composed of piezoelectric ceramics such as a lead zirconate titanate compound (for example, a powder having a purity of 99% and an average particle diameter of 1 μm or less) is prepared, and a slurry is prepared using the raw material powder. A green sheet is produced using the same. As a method for producing the green sheet, for example, a well-known tape forming method such as a doctor blade method or a roll coater can be employed.

ついで、作製したグリーンシートのうち、焼成後に振動板11となるグリーンシートの主面に、焼成後に共通電極12となる金属パターンを形成する。金属パターンの形成方法は、例えばスクリーン印刷法等を例示することができるが、他の公知の手法を採用することも可能である。   Next, a metal pattern that becomes the common electrode 12 after firing is formed on the main surface of the green sheet that becomes the diaphragm 11 after firing among the produced green sheets. Examples of the method for forming the metal pattern include a screen printing method, but other known methods can also be adopted.

次に、これらのグリーンシートを積層して積層体とし、この積層体を10〜100MPaの圧力で加圧密着させて積層成形体を得る。前記加圧密着の際には、グリーンシートと実質的に同一組成の圧電セラミックスと、有機組成物からなる拘束シートを、上記積層体の両面もしくは片面に配置した状態で、加圧密着を行なうのが好ましい。このように、拘束シートで外側のグリーンシートの収縮を抑制することによって、積層体の反りを低減するという効果が期待できる。   Next, these green sheets are laminated to form a laminated body, and this laminated body is pressed and adhered under a pressure of 10 to 100 MPa to obtain a laminated molded body. In the pressure contact, the pressure contact is performed in a state where a piezoelectric ceramic having substantially the same composition as the green sheet and a constraining sheet made of an organic composition are arranged on both surfaces or one surface of the laminate. Is preferred. Thus, the effect of reducing the curvature of a laminated body can be expected by suppressing the shrinkage of the outer green sheet with the restraint sheet.

ついで、この積層成形体を所定の形状に切断した後、500℃程度で脱バインダーを行ない、900〜1100℃程度で焼成して、共通電極12を内蔵する積層圧電体を作製する。なお、前記焼結前の生密度が4.5g/cm以上であることが好ましい。これにより、より低温での焼成が可能であり、さらに生密度を上げると、Pbの蒸発を抑制することが可能である。 Next, after cutting the laminated molded body into a predetermined shape, the binder is removed at about 500 ° C. and fired at about 900 to 1100 ° C. to produce a laminated piezoelectric body incorporating the common electrode 12. The green density before sintering is preferably 4.5 g / cm 2 or more. As a result, firing at a lower temperature is possible, and when the green density is further increased, the evaporation of Pb can be suppressed.

この積層圧電体の表面に、スクリーン印刷法等の方法により導体ペーストを印刷して、個別電極14となる金属パターンを形成し、600〜850℃程度で熱処理する。さらにその後に個別電極14に位置合せし給電パッドとなる金属パターンを形成し、500〜800℃程度で熱処理する。これにより、分極前の圧電アクチュエータ16を得ることができる。なお、個別電極14と給電パッド18を同時に焼結させる場合は、同温度で焼結する共通の電極材料を選定しても良い。   A conductive paste is printed on the surface of the laminated piezoelectric material by a method such as a screen printing method to form a metal pattern to be the individual electrode 14 and heat-treated at about 600 to 850 ° C. Further, after that, a metal pattern serving as a power feeding pad is formed by aligning with the individual electrode 14 and heat-treated at about 500 to 800 ° C. Thereby, the piezoelectric actuator 16 before polarization can be obtained. In addition, when sintering the individual electrode 14 and the electric power feeding pad 18 simultaneously, you may select the common electrode material sintered at the same temperature.

図1(a)に示すように、変位素子15と液体加圧室23aとの位置がそれぞれ揃うように、すなわち共通電極12および個別電極14が、液体加圧室23aの真上に配置するように、圧電アクチュエータ16と流路部材23を接合する。具体的には、この液体吐出ヘッドは、複数の液体加圧室23aが並設され、各液体加圧室23aを仕切る壁として隔壁16bを形成した流路部材23上に上記で説明した分極前の圧電アクチュエータ16が接合されている。接合は、振動板11が液体加圧室23aの空間と当接するようにして行ない、より具体的には、変位素子15の各個別電極14と、各液体加圧室23aとが対応するように接合される。   As shown in FIG. 1A, the displacement element 15 and the liquid pressurizing chamber 23a are aligned with each other, that is, the common electrode 12 and the individual electrode 14 are arranged immediately above the liquid pressurizing chamber 23a. The piezoelectric actuator 16 and the flow path member 23 are joined to each other. Specifically, in the liquid discharge head, a plurality of liquid pressurizing chambers 23a are arranged in parallel, and the pre-polarization described above is provided on the flow path member 23 in which the partition walls 16b are formed as walls that partition the liquid pressurizing chambers 23a. The piezoelectric actuator 16 is joined. The bonding is performed so that the vibration plate 11 is in contact with the space of the liquid pressurizing chamber 23a. More specifically, the individual electrodes 14 of the displacement element 15 correspond to the liquid pressurizing chambers 23a. Be joined.

ここで、圧電アクチュエータ16を流路部材23の表面に接合した時に、圧電アクチュエータ16に圧縮応力が加わり、その状態で圧電アクチュエータ16の圧電セラミック層13を分極するのが好ましい。具体的には、前記接合が、加熱工程および冷却工程を含み、該冷却工程において、圧電アクチュエータ16に圧縮応力が加わり、その状態で圧電アクチュエータ16の圧電セラミック層13を分極するのがよい。   Here, when the piezoelectric actuator 16 is joined to the surface of the flow path member 23, it is preferable that compressive stress is applied to the piezoelectric actuator 16 and the piezoelectric ceramic layer 13 of the piezoelectric actuator 16 is polarized in this state. Specifically, the joining includes a heating step and a cooling step. In the cooling step, a compressive stress is applied to the piezoelectric actuator 16, and the piezoelectric ceramic layer 13 of the piezoelectric actuator 16 is polarized in this state.

前記接合は、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16や流路部材23への影響を及ぼさない上で、熱硬化温度が100〜250℃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からなる群より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16と流路部材23とを加熱接合することができ(すなわち加熱工程)、接合温度から常温に戻る際(すなわち冷却工程)に、圧電アクチュエータ16に圧縮応力が加わる。   The joining can be laminated and bonded through an adhesive layer, for example. As the adhesive layer, a well-known layer can be used, but it does not affect the piezoelectric actuator 16 and the flow path member 23, and an epoxy resin, phenol resin, polyphenylene ether having a thermosetting temperature of 100 to 250 ° C. It is preferable to use at least one thermosetting resin adhesive selected from the group consisting of resins. By heating to the thermosetting temperature using such an adhesive layer, the piezoelectric actuator 16 and the flow path member 23 can be heated and bonded (that is, a heating step), and when returning from the bonding temperature to room temperature (that is, cooling). In the step), compressive stress is applied to the piezoelectric actuator 16.

ここで、流路部材23の熱膨張係数が、圧電アクチュエータ16の熱膨張係数よりも大きいのが好ましい。これにより、圧電アクチュエータ16を流路部材23の表面に接合すると、接合温度から常温に戻る際に、圧電アクチュエータ16に圧縮応力が加わった状態にすることができる。具体的には、流路部材23の熱膨張係数は6×10−6〜17×10−6/℃であり、圧電アクチュエータ16の熱膨張係数は6×10−6〜8×10−6/℃であるのが好ましく、この範囲内で、流路部材23の熱膨張係数が、圧電アクチュエータ16の熱膨張係数よりも大きくなるのが好ましい。前記熱膨張係数は、圧電アクチュエータ16および流路部材23それぞれの組成を調製して、所定の値にすることができる。前記熱膨張係数は、JIS R1618に準拠して測定し、得られた値である。 Here, it is preferable that the thermal expansion coefficient of the flow path member 23 is larger than the thermal expansion coefficient of the piezoelectric actuator 16. Thus, when the piezoelectric actuator 16 is bonded to the surface of the flow path member 23, the piezoelectric actuator 16 can be brought into a state where compressive stress is applied when the temperature returns from the bonding temperature to room temperature. Specifically, the thermal expansion coefficient of the flow path member 23 is 6 × 10 −6 to 17 × 10 −6 / ° C., and the thermal expansion coefficient of the piezoelectric actuator 16 is 6 × 10 −6 to 8 × 10 −6 / The thermal expansion coefficient of the flow path member 23 is preferably larger than the thermal expansion coefficient of the piezoelectric actuator 16 within this range. The thermal expansion coefficient can be set to a predetermined value by adjusting the compositions of the piezoelectric actuator 16 and the flow path member 23. The thermal expansion coefficient is a value obtained by measuring in accordance with JIS R1618.

ついで、この状態、すなわち接合が完了して圧電アクチュエータ16が流路部材23に固定されるとともに、圧電アクチュエータ16に圧縮応力が加わった状態で、個別電極14と共通電極12の間に分極電圧を印加して圧電セラミック層13を分極して、本実施形態にかかる液体吐出ヘッドを得ることができる。前記分極の条件としては、圧電アクチュエータ16の組成や厚み等に応じて、任意に選定すればよく、特に限定されるものではないが、例えば0.5〜5kV/mm程度の直流電圧を、1〜10分間程度印加して分極を行なえばよい。   Next, in this state, that is, when the joining is completed and the piezoelectric actuator 16 is fixed to the flow path member 23 and a compressive stress is applied to the piezoelectric actuator 16, a polarization voltage is applied between the individual electrode 14 and the common electrode 12. The liquid discharge head according to the present embodiment can be obtained by applying and polarizing the piezoelectric ceramic layer 13. The polarization condition may be arbitrarily selected according to the composition and thickness of the piezoelectric actuator 16, and is not particularly limited. For example, a direct current voltage of about 0.5 to 5 kV / mm is 1 Polarization may be performed by applying for about 10 minutes.

そして、個別電極14と共通電極12との間に図示しない駆動回路より電圧を印加すると、電圧が印加され変位した変位素子15に対応する液体加圧室23a内のインクが加圧され、圧電アクチュエータ16を振動させることにより、液体加圧室23a内のインクが流路部材23の底面に開口させた液体吐出孔18よりインク滴として吐出される。この液体吐出ヘッドは変位特性に優れるので、高速で高精度な吐出というという特徴が得られ、その結果、高速印刷に好適な液体吐出ヘッドを提供することができる。また、本発明の液体吐出ヘッドをプリンタに搭載することによって、例えば上記の液体吐出ヘッドにインクを供給するインクタンクと、記録紙に印刷するための記録紙搬送機構とを備えているプリンタでは、従来に比べて高速・高精度の印刷を容易に達成することができる。   When a voltage is applied between the individual electrode 14 and the common electrode 12 from a drive circuit (not shown), the ink in the liquid pressurizing chamber 23a corresponding to the displaced displacement element 15 is pressurized and applied, and the piezoelectric actuator By oscillating 16, ink in the liquid pressurizing chamber 23 a is ejected as ink droplets from the liquid ejection hole 18 opened in the bottom surface of the flow path member 23. Since this liquid discharge head is excellent in displacement characteristics, the feature of high-speed and high-precision discharge is obtained. As a result, a liquid discharge head suitable for high-speed printing can be provided. Further, by mounting the liquid discharge head of the present invention on a printer, for example, in a printer including an ink tank that supplies ink to the liquid discharge head and a recording paper transport mechanism for printing on recording paper, High-speed and high-precision printing can be easily achieved as compared with the prior art.

以上、本発明の一実施形態について示したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更や改良したものにも適用できることは言うまでもない。例えば、上記の実施形態では、振動板11および圧電セラミック層13が、いずれも1層で構成されている場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、振動板11と圧電セラミック層13の少なくとも一方が複数層で構成されていてもよい。この場合には、圧電アクチュエータ16の厚みを簡単に調整することができる。また、内部に電極等の配線回路層を形成してもよい。   As mentioned above, although one Embodiment of this invention was shown, it cannot be overemphasized that this invention is applicable to what was changed and improved in the range which does not deviate from the summary of this invention, without being limited to Embodiment mentioned above. For example, in the above-described embodiment, the case where the diaphragm 11 and the piezoelectric ceramic layer 13 are each constituted by one layer has been described. However, the present invention is not limited to this, and the diaphragm 11 and the piezoelectric ceramic layer 13 are piezoelectric. At least one of the ceramic layers 13 may be composed of a plurality of layers. In this case, the thickness of the piezoelectric actuator 16 can be easily adjusted. Moreover, you may form wiring circuit layers, such as an electrode, inside.

また、振動板11は圧電セラミック層13の圧電セラミックスと略同一の材料であるのが好ましいが、振動板11および圧電セラミック層13の圧電セラミックス組成は完全に一致している必要はなく、本発明の効果、すなわち圧電アクチュエータ16にクラックが発生しにくく、個別電極14と給電パッド18との間の断線の発生が低減できる範囲内で、その組成が異なっていてもよい。   The diaphragm 11 is preferably made of substantially the same material as the piezoelectric ceramics of the piezoelectric ceramic layer 13, but the piezoelectric ceramic compositions of the diaphragm 11 and the piezoelectric ceramic layer 13 do not have to be completely identical, and the present invention. In other words, the composition of the piezoelectric actuator 16 may be different within a range in which cracks are unlikely to occur in the piezoelectric actuator 16 and the occurrence of disconnection between the individual electrode 14 and the power supply pad 18 can be reduced.

圧電アクチュエータ16を流路部材23の表面に接合した後、圧電アクチュエータ16に圧縮応力が加わった状態とする方法として、流路部材23の熱膨張係数を圧電アクチュエータ16の熱膨張係数よりも大きくして前記所定の状態とする方法について説明したが、接合に用いる接着剤の熱膨張係数や硬化温度を調節して、前記所定の状態としてもよい。   After joining the piezoelectric actuator 16 to the surface of the flow path member 23, the thermal expansion coefficient of the flow path member 23 is made larger than the thermal expansion coefficient of the piezoelectric actuator 16 as a method of applying a compressive stress to the piezoelectric actuator 16. The method for setting the predetermined state has been described, but the predetermined state may be set by adjusting the thermal expansion coefficient and the curing temperature of the adhesive used for bonding.

以下、実施例を挙げて本発明についてさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated further in detail, this invention is not limited to a following example.

まず、原料として、純度99%以上のチタン酸ジルコン酸鉛を含有する圧電セラミックス粉末を準備した。ついで、この粉末に、水系バインダーとしてブチルメタクリレート、分散剤にポリカルボン酸アンモニウム塩、溶剤にイソプロビルアルコールと純水を各々添加して混合し、スラリーを得た。このスラリーをロールコーター法によりキャリアフィルム上にシート形状に塗布して、グリーンシートを作製した。このグリーンシートは、圧電セラミック層用および振動板用の両方に使用した。   First, a piezoelectric ceramic powder containing lead zirconate titanate having a purity of 99% or more was prepared as a raw material. Next, butyl methacrylate as an aqueous binder, polycarboxylic acid ammonium salt as a dispersant, and isopropyl alcohol and pure water as a solvent were added to the powder and mixed to obtain a slurry. This slurry was applied in a sheet shape on a carrier film by a roll coater method to produce a green sheet. This green sheet was used for both the piezoelectric ceramic layer and the diaphragm.

ついで、Ag‐Pd合金粉末を含有する共通電極ペーストを振動板用のグリーンシートの表面に厚さ5μmで印刷し、その後乾燥を行なって共通電極12を形成した。さらに、共通電極12が印刷された面を上向きにして振動板用のグリーンシートの上に圧電セラミック層用のグリーンシートを積層し、加圧プレスして積層体を得た。   Subsequently, the common electrode paste containing Ag—Pd alloy powder was printed on the surface of the green sheet for the diaphragm with a thickness of 5 μm, and then dried to form the common electrode 12. Further, a green sheet for a piezoelectric ceramic layer was laminated on a green sheet for a diaphragm with the surface on which the common electrode 12 was printed facing upward, and was pressed to obtain a laminate.

この積層体を大気中500℃で脱脂処理した後、1000℃で酸素99%以上の雰囲気中に5時間保持して焼結し、圧電セラミック層13と振動板11と共通電極13とからなる積層焼結体を得た。次に、圧電セラミック層13の表面に図1(b)(拡大図は図2(a))に示す個別電極14おおよび接続線17を形成した。接続性17の線幅は50μmとした。個別電極14および接続線17は、スクリーン印刷によりAuペーストを塗布した後、これを700℃の大気中で焼付けて形成した次に接続線17に接続するように給電パッド18を位置合せし、スクリーン印刷でAgペーストを塗布した。これを600℃の大気中で焼付けを行った。最後に、給電パッド18にリード線を半田で接続して圧電アクチュエータ16を得た。   The laminate is degreased at 500 ° C. in the atmosphere, and then sintered at 1000 ° C. in an atmosphere of 99% oxygen or more for 5 hours to be sintered, and the laminate composed of the piezoelectric ceramic layer 13, the diaphragm 11, and the common electrode 13. A sintered body was obtained. Next, the individual electrodes 14 and the connection lines 17 shown in FIG. 1B (the enlarged view is FIG. 2A) were formed on the surface of the piezoelectric ceramic layer 13. The line width of the connectivity 17 was 50 μm. The individual electrode 14 and the connection line 17 are formed by applying Au paste by screen printing and then baking it in the atmosphere at 700 ° C. Then, the power supply pad 18 is aligned so as to be connected to the connection line 17, and the screen Ag paste was applied by printing. This was baked in the atmosphere of 600 ° C. Finally, the lead wire was connected to the power supply pad 18 with solder to obtain the piezoelectric actuator 16.

上記で得た圧電アクチュエータ16を、流路部材23に接合した。流路部材23は、エッチングで微細な溝や孔を形成したステンレスの薄板を接合して作成したものであり、隔壁23bで仕切られた複数の液体加圧室23aと液体加圧室23aに連通した複数の液体吐出孔28を有している。接合は、液体加圧室23aの直上に変位素子15が配置するように行ない、液体吐出ヘッドを得た。なお、ステンレスの薄板同士および圧電アクチュエータ16と流路部材23との接合は、熱硬化温度が150℃のエポキシ樹脂接着剤を用いて行なった。これにより、圧電アクチュエータ16に圧縮応力が加わった状態となる。   The piezoelectric actuator 16 obtained above was joined to the flow path member 23. The flow path member 23 is formed by joining thin stainless steel plates in which fine grooves and holes are formed by etching, and communicates with a plurality of liquid pressurizing chambers 23a and liquid pressurizing chambers 23a partitioned by a partition wall 23b. The plurality of liquid discharge holes 28 are provided. The joining was performed such that the displacement element 15 was disposed immediately above the liquid pressurizing chamber 23a, and a liquid discharge head was obtained. The stainless steel thin plates and the piezoelectric actuator 16 and the flow path member 23 were joined using an epoxy resin adhesive having a thermosetting temperature of 150 ° C. As a result, a compressive stress is applied to the piezoelectric actuator 16.

流路部材23との接合後、圧電アクチュエータ16に圧縮応力が加わった状態(流路部材23の熱膨張係数が、圧電アクチュエータ16の熱膨張係数よりも大きい)で、3kV/mmの直流電圧を5分間印加して圧電セラミック層13の分極を行なった。   After joining with the flow path member 23, a DC voltage of 3 kV / mm is applied in a state where compressive stress is applied to the piezoelectric actuator 16 (the thermal expansion coefficient of the flow path member 23 is larger than the thermal expansion coefficient of the piezoelectric actuator 16). The piezoelectric ceramic layer 13 was polarized by applying for 5 minutes.

上記実施例と同様にして、個別電極、接続線および給電パッドの形状が図2(b)および図4(b)で示した液体吐出ヘッドを作製し、分極を行なった。なお、図2(b)で示した液体吐出ヘッドの接続線97の線幅50mμm、図4(b)で示した液体吐出ヘッドの接続線117の線幅は100μmとした。   In the same manner as in the above example, a liquid discharge head in which the shapes of the individual electrodes, connection lines, and power supply pads were as shown in FIGS. 2B and 4B was manufactured and polarized. Note that the line width of the connection line 97 of the liquid discharge head shown in FIG. 2B is 50 μm, and the line width of the connection line 117 of the liquid discharge head shown in FIG. 4B is 100 μm.

各液体吐出ヘッドの液体加圧室100個の直上の圧電セラミック層および振動板のクラックの発生の有無を100倍の光学顕微鏡により観察して評価した。   The presence or absence of cracks in the piezoelectric ceramic layer and the diaphragm directly above 100 liquid pressurizing chambers of each liquid discharge head was observed and evaluated with a 100 × optical microscope.

クラックの発生は個別電極、接続線および給電パッドの形状が図2(a)で示した液体吐出ヘッドでは0個、図2(b)で示した液体吐出ヘッドでは2個、図4(a)で示した液体吐出ヘッドでは9個であった。   The occurrence of cracks is 0 in the liquid discharge head shown in FIG. 2A, 2 in the liquid discharge head shown in FIG. 2B, and 2 in the shape of individual electrodes, connection lines, and power supply pads. In the liquid discharge head shown in FIG.

本発明の範囲内の図2(a)および図2(b)で示した液体吐出ヘッドでは、接続線を複数することにより、各接続線の線幅を細くできるため、分極時に接続線周囲に発生する応力を少なくすることができ、クラックの発生を少なくすることができた。   In the liquid discharge head shown in FIG. 2A and FIG. 2B within the scope of the present invention, the line width of each connection line can be narrowed by using a plurality of connection lines. It was possible to reduce the generated stress and reduce the occurrence of cracks.

特に、図2(a)で示した液体吐出ヘッドでは、積層方向から見て、液体加圧室の外辺と接続線の外辺の成す角度を鋭角ではなくすことにより、液体加圧室の外辺と接続線の外辺の成す角の部分の圧電セラミック層および振動板に加わる応力を低減できるためクラックの発生がなくなった。   In particular, in the liquid discharge head shown in FIG. 2A, the angle formed between the outer side of the liquid pressurizing chamber and the outer side of the connection line is not an acute angle when viewed from the stacking direction. Since the stress applied to the piezoelectric ceramic layer and the diaphragm at the corner formed by the side and the outer side of the connecting line can be reduced, the generation of cracks is eliminated.

これに対して、本発明の範囲外の図4(b)で示した液体吐出ヘッドでは、接続信頼性を確保するため、線幅が広くなり、クラックの発生が多くなった。   On the other hand, in the liquid ejection head shown in FIG. 4B outside the scope of the present invention, the line width is widened and cracks are frequently generated in order to ensure connection reliability.

(a)は、本発明の一実施形態の液体吐出ヘッドを示す部分縦断面図であり、(b)は、その部分上面図である。(A) is a partial longitudinal cross-sectional view which shows the liquid discharge head of one Embodiment of this invention, (b) is the partial top view. (a)は、図1の液体吐出ヘッドの部分拡大上面図であり、(b)は本発明の他の実施形態の液体吐出ヘッドを示す部分拡大上面図である。(A) is a partially enlarged top view of the liquid ejection head of FIG. 1, and (b) is a partially enlarged top view showing a liquid ejection head of another embodiment of the present invention. (a)〜(h)は、本発明の他の実施形態の液体吐出ヘッドを示す部分上面図である。(A)-(h) is a partial top view which shows the liquid discharge head of other embodiment of this invention. (a)は、従来の液体吐出ヘッドを示す部分縦断面図であり、(b)は、その部分上面図である。(A) is the fragmentary longitudinal cross-section which shows the conventional liquid discharge head, (b) is the partial top view.

符号の説明Explanation of symbols

11、111・・・振動板
12、112・・・共通電極
13、113・・・圧電セラミック層
14、96、114・・・個別電極
15、115・・・変位素子
16、116・・・圧電アクチュエータ
16a、116a・・・拘束部
16b、116b・・・拘束部
17、97、117・・・接続線
17A、97A・・・液体加圧室の外辺と接続線の外辺の成す角度
17B、97B・・・液体加圧室の外辺と接続線の外辺の成す角度
18、98、118・・・給電パッド
23、113・・・流路部材
23a、93a、123a・・・液体加圧室
23b、123b・・・隔壁
28、94、128・・・液体吐出孔
T1・・・圧電アクチュエータの厚み
T2・・・圧電セラミック層の厚み
T3・・・振動板の厚み
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11, 111 ... Diaphragm 12, 112 ... Common electrode 13, 113 ... Piezoelectric ceramic layer 14, 96, 114 ... Individual electrode 15, 115 ... Displacement element 16, 116 ... Piezoelectric Actuators 16a, 116a ... restraining portions 16b, 116b ... restraining portions 17, 97, 117 ... connecting lines 17A, 97A ... angle formed by the outer side of the liquid pressurizing chamber and the outer sides of the connecting lines 17B 97B ... An angle formed by the outer side of the liquid pressurizing chamber and the outer side of the connecting line 18, 98, 118 ... Power supply pad 23, 113 ... Flow path member 23a, 93a, 123a ... Pressure chambers 23b, 123b ... partition walls 28, 94, 128 ... liquid ejection holes T1 ... thickness of piezoelectric actuator T2 ... thickness of piezoelectric ceramic layer T3 ... thickness of diaphragm

Claims (3)

複数の液体加圧室と該複数の液体加圧室に連通した複数の液体吐出孔とを有する流路部材上に、前記複数の液体加圧室を覆うように振動板を積層するとともに、該振動板上に、共通電極、圧電セラミック層、および複数の個別電極をこの順に積層し、前記共通電極、前記圧電セラミック層および前記個別電極で変位素子を形成した液体吐出ヘッドであって、前記個別電極はそれぞれ、該個別電極の近傍で積層方向から見て前記液体加圧室の外側に形成された給電パッドに、積層方向から見て前記個別電極の外辺が前記液体加圧室の内側に位置している部位から、複数の接続線を介して接続されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。 On the flow path member having a plurality of liquid pressurizing chambers and a plurality of liquid discharge holes communicating with the plurality of liquid pressurizing chambers, a vibration plate is laminated so as to cover the plurality of liquid pressurizing chambers, A liquid discharge head in which a common electrode, a piezoelectric ceramic layer, and a plurality of individual electrodes are laminated in this order on a vibration plate, and a displacement element is formed by the common electrode, the piezoelectric ceramic layer, and the individual electrodes. Each of the electrodes is a power supply pad formed outside the liquid pressurizing chamber when viewed from the stacking direction in the vicinity of the individual electrode, and an outer side of the individual electrode is positioned inside the liquid pressurizing chamber when viewed from the stacking direction. A liquid ejecting head, wherein the liquid ejecting head is connected from a position thereof via a plurality of connecting lines. 前記液体加圧室および前記個別電極はそれぞれ、積層方向から見て略平行四辺形であり、前記複数の接続線は前記個別電極の1つの頂点を形成する2つの辺に分けて接続されているとともに、前記接続線が接続された部位の前記個別電極の外辺と前記液体加圧室の外辺とが平行であることを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド。 Each of the liquid pressurizing chamber and the individual electrode has a substantially parallelogram shape when viewed from the stacking direction, and the plurality of connection lines are divided and connected to two sides forming one vertex of the individual electrode. The liquid discharge head according to claim 1, wherein an outer side of the individual electrode at a portion to which the connection line is connected and an outer side of the liquid pressurizing chamber are parallel to each other. 積層方向から見て、前記液体加圧室の外辺と前記接続線の両外辺との成す角度がいずれも鈍角または直角であることを特徴とする請求項1または2記載の液体吐出ヘッド。 3. The liquid ejection head according to claim 1, wherein an angle formed between an outer side of the liquid pressurizing chamber and both outer sides of the connection line is an obtuse angle or a right angle when viewed from the stacking direction.
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