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公開番号2024156792
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-06
出願番号2024124106,2022512109
出願日2024-07-31,2021-03-26
発明の名称液体吐出ヘッド及び記録装置
出願人京セラ株式会社
代理人個人
主分類B41J 2/14 20060101AFI20241029BHJP(印刷;線画機;タイプライター;スタンプ)
要約【課題】圧電素子に生じる応力を低減することでヘッドの耐久性を向上させる。
【解決手段】圧電アクチュエータ13は、第1活性領域53A及び第2活性領域53Bを有している。第1活性領域は、圧力室21の中央部に重なっている。第2活性領域は、第1活性領域よりも加圧面側に位置しており、圧力室の周縁部及び圧力室の外側の領域に重なっている。第1活性領域だけでなく、第2活性領域を駆動することによって、圧電素子全体としての変位を大きくすることができる。第2活性領域は、圧力室の外縁付近において応力が大きくなりやすいが、第1活性領域に印加される電界の強度を第2活性領域に印加される電界の強度よりも大きくすることによって、第2活性領域に加えられる応力を低減し、ヘッドの耐久性を向上することができる。
【選択図】図11
特許請求の範囲【請求項１】
加圧面と、当該加圧面に開口している圧力室とを有している流路部材と、
前記加圧面に重なっている圧電アクチュエータと、
前記圧電アクチュエータを駆動するドライバと、
を有しており、
前記圧電アクチュエータは、前記加圧面に垂直な方向を厚み方向と呼称するとき、
前記厚み方向に分極されている圧電体からなり、前記加圧面の平面透視において前記圧力室の中央部に重なっている第１活性領域と、
前記厚み方向に分極されている圧電体からなり、前記第１活性領域よりも前記加圧面側に位置しており、前記加圧面の平面透視において前記圧力室の周縁部及び前記圧力室の外側の領域に重なっている第２活性領域と、を有しており、
前記ドライバは、液体を吐出するための液体吐出制御において、前記第１活性領域が前記加圧面に沿う方向において伸長及び収縮の一方を生じる期間の少なくとも一部において前記第２活性領域が前記加圧面に沿う方向において伸長及び収縮の前記一方を生じるように、前記第１活性領域に対して前記厚み方向に印加される第１電界の強度と、前記第２活性領域に対して前記厚み方向に印加される第２電界の強度とを制御し、
前記液体吐出制御において、前記第１電界の強度の最大値が前記第２電界の強度の最大値よりも大きい
液体吐出ヘッド。
続きを表示（約 1,900 文字）【請求項２】
前記厚み方向の位置が互いに異なり、それぞれ前記第１電界の印加及び前記第２電界の印加の少なくとも一方を行う３つ以上の電極を有しており、
前記３つ以上の電極の前記厚み方向における３つ以上の位置のうち互いに隣り合う位置にあり、前記第１電界を印加する２つの電極の、前記厚み方向における距離が、前記３つ以上の位置のうち互いに隣り合う位置にあり、前記第２電界を印加する２つの電極の、前記厚み方向における距離よりも短い
請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記液体吐出制御において、前記第１電界を印加する２つの電極の電位差の最大値と、前記第２電界を印加する２つの電極の電位差の最大値とが同じである
請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記圧電アクチュエータは、前記圧電アクチュエータの前記流路部材とは反対側を第１側と呼称し、前記圧電アクチュエータの前記流路部材側を第２側と呼称するとき、
前記第１側から前記第２側へ順に積層されている、第１圧電体層、第２圧電体層、第３圧電体層及び第４圧電体層と、
前記第１圧電体層の前記第１側の面に重なっており、平面透視において前記中央部に重なっている第１電極と、
前記第１圧電体層の前記第２側の面に重なっており、平面透視において前記中央部に重なっている第２電極と、
前記第２圧電体層の前記第２側の面に重なっており、平面透視において前記中央部、前記周縁部及び前記外側の領域に重なっている第３電極と、
前記第４圧電体層の前記第２側の面に重なっており、平面透視において前記周縁部及び前記外側の領域に重なっている第４電極と、を有しており、
前記第１活性領域は、
前記第１圧電体層における前記第１電極と前記第２電極とに挟まれた領域と、
前記第２圧電体層における前記第２電極と前記第３電極の前記中央部に重なっている部分とに挟まれた領域と、を有し、
前記第２活性領域は、
前記第３及び前記第４圧電体層における、前記第３電極の前記周縁部及び前記外側の領域に重なっている部分と前記第４電極とに挟まれた領域を有している
請求項１～３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記第１圧電体層のうちの前記第１活性領域を構成する部分と、前記第２圧電体層のうちの前記第１活性領域を構成する部分とは互いに逆向きに分極されており、
前記第３及び前記第４圧電体層のうちの前記第２活性領域を構成する部分は、前記第１圧電体層のうちの前記第１活性領域を構成する部分の分極の向きと同一の向きに分極されており、
前記液体吐出制御において、前記第１電極及び前記第３電極は同電位とされ、前記第２電極及び前記第４電極は同電位とされ、前記第１電極及び前記第３電極の電位と、前記第２電極及び前記第４電極の電位との電位差によって前記第１電界及び前記第２電界が印加される
請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記第３圧電体層の厚さ及び前記第４圧電体層の厚さの合計が、前記第１圧電体層の厚さ及び前記第２圧電体層の厚さそれぞれよりも厚い
請求項４又は５に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記圧電アクチュエータは、前記第３圧電体層の前記第２側の面に重なり、平面透視において前記第２活性領域の外側に位置する導体パターンを有している
請求項４～６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
前記加圧面の平面透視において、前記第２活性領域のうち前記圧力室の外側に位置する第２部分の面積が、前記第２活性領域のうち前記圧力室に重なっている第１部分の面積よりも大きい
請求項１～７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項９】
前記加圧面の平面視において、前記圧力室の外縁のうち、圧力室の中心回りの角度で１８０°以上に相当する部分が円弧によって構成されている
請求項１～８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１０】
前記圧力室の中心を通り、前記加圧面に直交する断面において、前記第２活性領域のうち前記圧力室の外側に位置する第２部分の幅が、前記第２活性領域のうち前記圧力室に重なっている第１部分の幅よりも大きい
請求項１～９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、液体吐出ヘッド、及び当該液体吐出ヘッドを有する記録装置に関する。
続きを表示（約 5,200 文字）【背景技術】
【０００２】
インクジェットヘッド等に用いられる圧電アクチュエータが知られている（例えば特許文献１及び２）。例えば、ユニモルフ型の圧電アクチュエータは、液体（インク）が満たされている圧力室の上方開口を覆う振動板と、振動板に重なる圧電体層とを有している。圧電体層が面に沿う方向に伸長又は収縮することによって、圧電アクチュエータはバイメタルのように撓み変形を生じる。これにより、圧力室に圧力が付与され、液体が吐出される。圧電体層は、例えば、平面視において圧力室の中央部に重なる領域において電圧が印加されて面に沿う方向に伸長又は収縮する。特許文献１及び２では、圧電体からなる振動板のうち平面視において圧力室の外縁側に位置する部分にも電圧が印加される構成が開示されている。特許文献３及び４では、圧電体に電界を印加して分極処理を行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１５－１８２４４８号公報
特開２０１０－１５５３８６号公報
特開２００６－１５８１２７号公報
特開２０１０－２２８１４４号公報
【発明の概要】
【０００４】
本開示の一態様に係る液体吐出ヘッドは、流路部材と、圧電アクチュエータと、ドライバと、を有している。前記流路部材は、加圧面と、当該加圧面に開口している圧力室とを有している。前記圧電アクチュエータは、前記加圧面に重なっている。前記ドライバは、前記圧電アクチュエータを駆動する。前記圧電アクチュエータは、第１活性領域と、第２活性領域と、を有している。前記加圧面に垂直な方向を厚み方向と呼称する。このとき、前記第１活性領域は、前記厚み方向に分極されている圧電体からなり、前記加圧面の平面透視において前記圧力室の中央部に重なっている。前記第２活性領域は、前記厚み方向に分極されている圧電体からなり、前記第１活性領域よりも前記加圧面側に位置しており、前記加圧面の平面透視において前記圧力室の周縁部及び前記圧力室の外側の領域に重なっている。前記ドライバは、液体を吐出するための液体吐出制御において、前記第１活性領域に対して前記厚み方向に印加される第１電界の強度と、前記第２活性領域に対して前記厚み方向に印加される第２電界の強度とを制御する。この制御により、前記第１活性領域が前記加圧面に沿う方向において伸長及び収縮の一方を生じる期間の少なくとも一部において前記第２活性領域が前記加圧面に沿う方向において伸長及び収縮の前記一方を生じる。前記液体吐出制御において、前記第１電界の強度の最大値が前記第２電界の強度の最大値よりも大きい。
【０００５】
本開示の一態様に係る液体吐出ヘッドは、流路部材と、圧電アクチュエータと、ドライバと、を有している。前記流路部材は、加圧面と、当該加圧面に開口している圧力室とを有している。前記圧電アクチュエータは、前記加圧面に重なっている。前記ドライバは、前記圧電アクチュエータを駆動する。前記圧電アクチュエータは、第１活性領域と、第２活性領域と、を有している。前記加圧面に垂直な方向を厚み方向と呼称する。このとき、前記第１活性領域は、前記厚み方向に分極されている圧電体からなり、前記加圧面の平面透視において前記圧力室の中央部に重なっている。前記第２活性領域は、前記厚み方向に分極されている圧電体からなり、前記第１活性領域よりも前記加圧面側に位置しており、前記加圧面の平面透視において前記圧力室の周縁部及び前記圧力室の外側の領域に重なっている。前記ドライバは、液滴を吐出する制御において、前記第１活性領域に対して前記厚み方向に印加される電界の強度と、前記第２活性領域に対して前記厚み方向に印加される電界の強度とを制御する。これにより、前記第１活性領域が前記加圧面に沿う方向において伸長及び収縮の一方を生じる期間の少なくとも一部において前記第２活性領域が前記加圧面に沿う方向において伸長及び収縮の前記一方を生じる。前記加圧面の平面透視において、前記第２活性領域のうち前記圧力室の外側に位置する第２部分の面積が、前記第２活性領域のうち前記圧力室に重なっている第１部分の面積よりも大きい。
【０００６】
本開示の一態様に係る液体吐出ヘッドは、流路部材と、圧電アクチュエータと、ドライバと、を有している。前記流路部材は、加圧面と、当該加圧面に開口している圧力室とを有している。前記圧電アクチュエータは、前記加圧面に重なっている。前記ドライバは、前記圧電アクチュエータを駆動する。前記圧電アクチュエータは、第１活性領域と、第２活性領域と、非活性領域と、を有している。前記加圧面に垂直な方向を厚み方向と呼称する。このとき、前記第１活性領域は、前記厚み方向に分極されている圧電体からなり、前記加圧面の平面透視において前記圧力室の中央部に重なっている。前記第２活性領域は、前記厚み方向に分極されている圧電体からなり、前記第１活性領域よりも前記加圧面側に位置しており、前記加圧面の平面透視において前記圧力室の周縁部及び前記圧力室の外側の領域に重なっている。前記非活性領域は、圧電体からなり、前記第１活性領域の外周につながっている。前記ドライバは、液体吐出制御と、再配向制御と、を実行する。前記液体吐出制御では、前記ドライバは、前記第１活性領域に対して前記厚み方向に印加される電界の強度と、前記第２活性領域に対して前記厚み方向に印加される電界の強度とを制御する。これにより、前記第１活性領域が前記加圧面に沿う方向において伸長及び収縮の一方を生じる期間の少なくとも一部において前記第２活性領域が前記加圧面に沿う方向において伸長及び収縮の前記一方を生じる。前記再配向制御では、前記ドライバは、前記液体吐出制御が行われていないときに前記非活性領域に対して前記厚み方向に電界を印加する。
【０００７】
本開示の一態様に係る記録装置は、液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドを制御する制御部と、を有している。前記液体吐出ヘッドは、流路部材と、圧電アクチュエータと、を有している。前記流路部材は、加圧面と、当該加圧面に開口している圧力室とを有している。前記圧電アクチュエータは、前記加圧面に重なっている。また、前記圧電アクチュエータは、第１活性領域と、第２活性領域と、を有している。前記加圧面に垂直な方向を厚み方向と呼称する。このとき、前記第１活性領域は、前記厚み方向に分極されている圧電体からなり、前記加圧面の平面透視において前記圧力室の中央部に重なっている。前記第２活性領域は、前記厚み方向に分極されている圧電体からなり、前記第１活性領域よりも前記加圧面側に位置しており、前記加圧面の平面透視において前記圧力室の周縁部及び前記圧力室の外側の領域に重なっている。前記制御部は、液体を吐出するための液体吐出制御において、前記第１活性領域に対して前記厚み方向に印加される第１電界の強度と、前記第２活性領域に対して前記厚み方向に印加される第２電界の強度とを制御する。これにより、前記第１活性領域が前記加圧面に沿う方向において伸長及び収縮の一方を生じる期間の少なくとも一部において前記第２活性領域が前記加圧面に沿う方向において伸長及び収縮の前記一方を生じる。前記液体吐出制御において、前記第１電界の強度の最大値が前記第２電界の強度の最大値よりも大きい。
【０００８】
本開示の一態様に係る記録装置は、液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドを制御する制御部と、を有している。前記液体吐出ヘッドは、流路部材と、圧電アクチュエータと、を有している。前記流路部材は、加圧面と、当該加圧面に開口している圧力室とを有している。前記圧電アクチュエータは、前記加圧面に重なっている。また、前記圧電アクチュエータは、第１活性領域と、第２活性領域と、を有している。前記加圧面に垂直な方向を厚み方向と呼称する。このとき、前記第１活性領域は、前記厚み方向に分極されている圧電体からなり、前記加圧面の平面透視において前記圧力室の中央部に重なっている。前記第２活性領域は、前記厚み方向に分極されている圧電体からなり、前記第１活性領域よりも前記加圧面側に位置しており、前記加圧面の平面透視において前記圧力室の周縁部及び前記圧力室の外側の領域に重なっている。前記制御部は、液滴を吐出する制御において、前記第１活性領域に対して前記厚み方向に印加される電界の強度と、前記第２活性領域に対して前記厚み方向に印加される電界の強度とを制御する。これにより、前記第１活性領域が前記加圧面に沿う方向において伸長及び収縮の一方を生じる期間の少なくとも一部において前記第２活性領域が前記加圧面に沿う方向において伸長及び収縮の前記一方を生じる。前記加圧面の平面透視において、前記第２活性領域の前記外側の領域に重なっている面積が、前記第２活性領域の前記圧力室に重なっている面積よりも大きい。
【０００９】
本開示の一態様に係る記録装置は、液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドを制御する制御部と、を有している。前記液体吐出ヘッドは、流路部材と、圧電アクチュエータと、を有している。前記流路部材は、加圧面と、当該加圧面に開口している圧力室とを有している。前記圧電アクチュエータは、前記加圧面に重なっている。また、前記圧電アクチュエータは、第１活性領域と、第２活性領域と、非活性領域と、を有している。前記加圧面に垂直な方向を厚み方向と呼称する。このとき、前記第１活性領域は、前記厚み方向に分極されている圧電体からなり、前記加圧面の平面透視において前記圧力室の中央部に重なっている。前記第２活性領域は、前記厚み方向に分極されている圧電体からなり、前記第１活性領域よりも前記加圧面側に位置しており、前記加圧面の平面透視において前記圧力室の周縁部及び前記圧力室の外側の領域に重なっている。前記非活性領域は、圧電体からなり、前記第１活性領域の外周につながっている。前記制御部は、液体吐出制御と、再配向制御と、を実行する。前記液体吐出制御では、前記制御部は、前記第１活性領域に対して前記厚み方向に印加される電界の強度と、前記第２活性領域に対して前記厚み方向に印加される電界の強度とを制御する。これにより、前記第１活性領域が前記加圧面に沿う方向において伸長及び収縮の一方を生じる期間の少なくとも一部において前記第２活性領域が前記加圧面に沿う方向において伸長及び収縮の前記一方を生じる。前記再配向制御では、前記制御部は、前記液体吐出制御が行われていないときに前記非活性領域に前記厚み方向に沿う電界を印加する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
第１実施形態に係る記録装置の側面図である。
第１実施形態に係る記録装置の平面図である。
第１実施形態に係る液体吐出ヘッドの一部の平面図である。
図２のIII－III線における断面図である。
第１実施形態に係る液体吐出ヘッドの圧力室の平面図である。
第１実施形態に係る液体吐出ヘッドの圧電アクチュエータ及び流路部材の上部を模式的に示す断面図である。
第１実施形態に係る圧電アクチュエータにおける圧電体層の分極方向を示す模式的な断面図である。
第１実施形態に係る液体吐出ヘッドの一部の分解斜視図である。
図７の一部拡大図である。
第１実施形態に係る液体吐出ヘッドの導体層の一部を簡略化して示す平面図である。
図９のＸ－Ｘ線における断面図である。
第１実施形態に係る液体吐出ヘッドにおける液体を吐出するときの電位を示す模式的な断面図である。
第１実施形態に係る液体吐出ヘッドにおける分極処理のときの電位を示す模式的な断面図である。
第２実施形態に係る液体吐出ヘッドの模式的な断面図である。
第３実施形態に係る液体吐出ヘッドの模式的な断面図である。
第４実施形態に係る液体吐出ヘッドの模式的な断面図である。
第５実施形態に係る液体吐出ヘッドの模式的な断面図である。
変形例に係る圧電体層の構成を示す断面図である。
他の変形例に係る圧電体層の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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