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CN114845877B - 压电致动器、液体喷出头以及记录装置 - Google Patents

压电致动器、液体喷出头以及记录装置 Download PDF

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CN114845877B
CN114845877B CN202080089204.0A CN202080089204A CN114845877B CN 114845877 B CN114845877 B CN 114845877B CN 202080089204 A CN202080089204 A CN 202080089204A CN 114845877 B CN114845877 B CN 114845877B
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Abstract

压电致动器具有:压电体层、与压电体层直接或者间接地重叠的导体层。导体层在俯视下包含:相互隔开间隔的多个单独电极、和从多个单独电极延伸的多个布线。各布线具有宽幅部和第1窄幅部。宽幅部包含位于各布线的长度方向的中央的部分。第1窄幅部介于宽幅部与各布线所连结的单独电极之间,宽度比宽幅部窄。

Description

压电致动器、液体喷出头以及记录装置
技术领域
本公开涉及压电致动器、具有该压电致动器的液体喷出头、以及具有该液体喷出头的记录装置。
背景技术
已知被用于喷墨头等的压电致动器。例如专利文献1中,压电致动器具有:压电体层、在压电体层的表面背面的一方重叠的公共电极、在压电体层的表面背面的另一方重叠的多个单独电极、在公共电极的与压电体层相反的一侧重叠的振动板。在俯视透视下,公共电极与多个单独电极重叠,例如被赋予基准电位。对多个单独电极单独地赋予与基准电位不同的电位(驱动信号)。由此,压电体层之中单独电极与公共电极之间的区域在沿着压电体层的方向进行伸长或者收缩。该伸长或者收缩被振动板限制,压电致动器发生挠曲变形。一般地,从单独电极延伸出用于对单独电极赋予电位的布线。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2006-158127号公报
发明内容
本公开的一方式所涉及的压电致动器具有:压电体层、与所述压电体层直接或者间接地重叠的导体层。所述导体层在俯视下包含:相互隔开间隔的多个单独电极、从所述多个单独电极延伸的多个布线。所述多个布线中包含的各布线具有宽幅部和第1窄幅部。所述宽幅部包含位于所述各布线的长度方向的中央的部分。所述第1窄幅部介于所述宽幅部与所述各布线所连结的所述单独电极之间,宽度比所述宽幅部窄。
本公开的一方式所涉及的液体喷出头具有上述压电致动器和流路部件。所述流路部件具有加压面、喷出面、多个加压室、多个喷出孔。所述加压面与所述压电致动器重叠。所述喷出面是所述加压面的背面。所述多个加压室位于所述加压面侧,在所述加压面的俯视透视下与所述多个单独电极单独地重叠。所述多个喷出孔与所述多个加压室单独地连通,在所述喷出面开口。
本公开的一方式所涉及的记录装置具有:上述液体喷出头、和控制所述液体喷出头的控制部。
附图说明
图1A是本公开的一实施方式所涉及的记录装置的侧视图。
图1B是图1A的记录装置的俯视图。
图2是图1A的记录装置包含的液体喷出头的一部分的俯视图。
图3是图2的III-III线处的剖视图。
图4是图2的液体喷出头包含的压电致动器的分解立体图。
图5是图4的局部放大图。
图6是将图4的压电致动器的上表面的一部分简略化来表示的俯视图。
图7是图6的VII-VII线处的剖视图。
图8是说明图2的液体喷出头的加压室的俯视形状的示意图。
图9是表示两端与单独电极连结的布线的形状的一例的俯视图。
图10是表示仅一端与单独电极连结的布线的形状的一例的俯视图。
具体实施方式
以下,参照附图对本公开的实施方式进行说明。另外,以下的附图是示意性的图。因此,有时省略细节。另外,尺寸比率未必与现实的尺寸比率一致。多个附图相互的尺寸比率也未必一致。也可能特定的尺寸显示得比实际大,特定的形状被夸张。
本公开中的“相似”包含数学中所谓的相似,但并不限定于此。数学中所谓的相似,是指在放大或缩小一个形状时(或者不进行这样的比例变换时),与其他形状全等。但是,参照技术常识等进行合理的考虑,与该数学相似接近的关系成立,也可以视为相似。例如,椭圆形和具有从该椭圆形的外缘起以一定且比较短的距离(例如小的一方的图形的最小直径的1/4以下的距离)位于内侧(或外侧)的外缘的椭圆形是长径与短径之比在两者之间不同,因此不是数学上的相似。但是,这样的关系也可以包含在本公开中的相似中。
此外,表示本公开中的各种形状的用语(例如“圆”、“椭圆”或“长方形”)包含这些用语在数学中表示的形状,但并不限定于此。例如,椭圆是仅包含向外侧凸出的曲线、能够确定相互大致正交的长边方向和短边方向的形状即可。另外,例如,长方形也可以角部被倒角。
(打印机的整体结构)
图1A是包含本公开的一实施方式所涉及的液体喷出头2(以下有时仅称为头部。)的彩色喷墨打印机1(记录装置的一例。以下有时仅称为打印机)的概略的侧视图。图1B是打印机1的概略的俯视图。
另外、头部2或者打印机1能够将任意的方向设为铅垂方向,但是为了方便,有时将图1A的纸面上下方向设为铅垂方向,使用上表面或者下表面等的用语。此外,只要没有特别限定,假定俯视或者俯视透视的用语是指在图1A的纸面上下方向观察。
打印机1通过将印刷用纸P(记录介质的一例)从供纸辊80A向回收辊80B输送,使印刷用纸P相对于头部2相对地进行移动。另外,供纸辊80A以及回收辊80B以及后述的各种辊构成使印刷用纸P和头部2相对移动的移动部85。控制部88基于作为图像、文字等的数据的印刷数据等,控制头部2,向印刷用纸P喷出液体,使液滴着落于印刷用纸P,从而对印刷用纸P进行印刷等的记录。
在本实施方式中,头部2相对于打印机1被固定,打印机1成为所谓的行式打印机。作为记录装置的其他实施方式,列举交替进行使头部2向与印刷用纸P的输送方向交叉的方向(例如大致正交的方向)移动并且喷出液滴的动作、和印刷用纸P的输送的所谓串行打印机。
在打印机1中,与印刷用纸P大致平行地,固定有4个平板状的头搭载框架70(以下有时仅称为框架)。在各框架70设有未图示的5个孔,5个头部2被搭载于各个孔的部分。搭载于1个框架70的5个头部2构成1个头部组72。打印机1具有4个头部组72,搭载有合计20个头部2。
搭载于框架70的头部2的喷出液体的部位面对于印刷用纸P。头部2与印刷用纸P之间的距离例如设为0.5~20mm左右。
20个头部2可以与控制部88直接连接,也可以经由分配印刷数据的分配部而与控制部88连接。例如,控制部88可以将印刷数据发送至1个分配部,1个分配部将印刷数据分配至20个头部2。此外,例如控制部88可以向与4个头部组72对应的4个分配部分配印刷数据,各分配部向对应的头部组72内的5个头部2分配印刷数据。
头部2具有从图1A的近前朝向里侧的方向、图1B的上下方向上细长的长条形状。在1个头部组72内,3个头部2沿着与印刷用纸P的输送方向交叉的方向(例如大致正交的方向)排列,其他2个头部2在沿着输送方向错开的位置,在3个头部2之间分别各排列一个。如果换一种表述,在1个头部组72中,头部2配置成交错状。头部2被配置为能够由各头部2印刷的范围在印刷用纸P的宽度方向即与印刷用纸P的输送方向交叉的方向相连,或者端部重叠,能够在印刷用纸P的宽度方向上没有间隙地进行印刷。
4个头部组72沿着印刷用纸P的输送方向被配置。从未图示的液体供给罐向各头部2供给液体(例如墨水)。对属于1个头部组72的头部2供给相同颜色的墨水,能够以4个头部组72来印刷4个颜色的墨水。从各头部组72喷出的墨水的颜色例如是品红色(M)、黄色(Y)、青色(C)和黑色(K)。通过使这种的墨水喷落在印刷用纸P,能够印刷彩色图像。
如果是单色并且是对以1个头部2能够印刷的范围进行印刷,则搭载于打印机1的头部2的个数也可以是1个。头部组72中包含的头部2的个数、头部组72的个数可以根据印刷的对象、印刷条件适当变更。例如,为了进一步进行多色的印刷,也可以增加头部组72的个数。另外,如果配置多个同色印刷的头部组72,在输送方向上交替地印刷,则即使使用相同性能的头部2,也能够加快输送速度。由此,能够增大单位时间的印刷面积。另外,也可以准备多个以同色印刷的头部组72,在与输送方向交叉的方向上错开配置,提高印刷用纸P的宽度方向的分辨率。
进而,除了印刷有颜色的墨水以外,为了进行印刷用纸P的表面处理,也可以通过头部2将涂布剂等液体均匀地或者图案化地印刷。作为涂布剂,例如,在作为记录介质使用液体难以浸入记录介质的情况下,能够使用形成液体接受层的涂布剂以使得液体容易定影。此外,作为涂布剂,在作为记录介质使用液体容易浸入的记录介质的情况下,可以使用形成液体渗透抑制层的涂布剂,以使得液体的渗出变得过大,或者与相邻着落的其他液体几乎不混合。涂布剂除了利用头部2进行印刷以外,也可以由控制部88所控制的涂布机76均匀地涂布。
打印机1对作为记录介质的印刷用纸P进行印刷。印刷用纸P处于被供纸辊80A卷绕的状态,从供纸辊80A送出的印刷用纸P通过搭载于框架70的头部2的下侧,之后通过2个输送辊82C之间,最终被回收辊80B回收。在进行印刷时,通过使输送辊82C旋转,印刷用纸P以一定速度被输送,通过头部2进行印刷。
接下来,对于打印机1的详细,按印刷用纸P被输送的顺序进行说明。从供纸辊80A送出的印刷用纸P通过2个引导辊82A之间之后,通过涂布机76的下方。涂布机76对印刷用纸P涂布上述的涂布剂。
印刷用纸P接下来进入对搭载有头部2的框架70进行收纳的头部室74。头部室74在印刷用纸P进出的部分等的一部分与外部相连,但大致是与外部隔离的空间。头部室74根据需要由控制部88等来控制温度、湿度以及气压等控制因素。在头部室74中,与设置有打印机1的外部相比,能够减少干扰的影响,因此能够使上述的控制因素的变动范围比外部窄。
在头部室74配置有5个引导辊82B,印刷用纸P在引导辊82B之上被输送。5个引导辊82B被配置为:从侧面观察,朝向配置有框架70的方向而中央凸出。由此,在5个引导辊82B之上被输送的印刷用纸P从侧面观察而成为圆弧状,对印刷用纸P施加张力,从而各引导辊82B间的印刷用纸P伸展为平面状。在2个引导辊82B之间配置1个框架70。框架70被设置的角度逐渐改变,以使得与其下被输送的印刷用纸P平行。
从头部室74向外送出的印刷用纸P通过2个输送辊82C之间,通过干燥机78之中,通过2个引导辊82D之间,被回收辊80B回收。印刷用纸P的输送速度例如设为100m/分钟。各辊可以通过控制部88进行控制,也可以由人通过手动进行操作。
通过干燥机78进行干燥,在回收辊80B中,难以引起重叠地卷绕的印刷用纸P彼此粘接、或者未干燥的液体摩擦。为了高速印刷,需要快速进行干燥。为了加快干燥,在干燥机78中,可以通过多个干燥方式依次干燥,也可以并用多个干燥方式进行干燥。作为此时使用的干燥方式,例如有暖风的吹送、红外线的照射、向加热后的辊的接触等。在照射红外线的情况下,为了能够减少对印刷用纸P的损伤的同时加快干燥,可以照射特定的频率范围的红外线。在使印刷用纸P与加热后的辊接触的情况下,也可以通过使印刷用纸P沿着辊的圆筒面输送来延长热传递的时间。沿着辊的圆筒面输送的范围可以为辊的圆筒面的1/4周以上,进一步优选为辊的圆筒面的1/2周以上。在印刷UV固化墨水等的情况下,也可以代替干燥机78,或者追加于干燥机78而配置UV照射光源。UV照射光源也可以配置在各框架70之间。
打印机1也可以具备清洁头部2的清洁部。清洁部例如通过擦拭和/或压盖(Capping)来进行清洗。擦拭例如通过具有柔软性的擦拭器擦拭喷出液体的部位的面、例如喷出面11a(后述),从而去除附着于该面的液体。进行压盖的清洗例如以如下方式进行。首先,通过盖上盖子(将其称为压盖)以使得覆盖喷出液体的部位例如喷出面11a,通过喷出面11a和盖子大致密闭而形成空间。在这样的状态下,通过反复进行液体的喷出,从而去除堵塞于喷出孔3(后述)的、粘度高于标准状态的液体、异物等。通过压盖,清洗中的液体难以向打印机1飞散,液体难以附着于印刷用纸P、辊等输送机构。也可以对结束了清洗的喷出面11a进一步进行擦拭。基于擦拭和/或压盖的清洗可以由人手动操作安装于打印机1的擦拭器和/或盖子来进行,也可以由控制部88自动进行。
记录介质除了印刷用纸P以外,也可以是辊筒状的布等。另外,打印机1也可以代替直接输送印刷用纸P而对输送带进行输送,将记录介质置于输送带进行输送。如果这样,能够将单张纸、被裁断的布、木材或瓷砖等作为记录介质。进而,也可以从头部2喷出含有导电性的粒子的液体,从而印刷电子设备的布线图案等。另外,还可以从头部2向反应容器等喷出规定量的液体的化学药剂或含有化学药剂的液体,使其反应等,制作化学药品。
此外,也可以在打印机1安装位置传感器、速度传感器和/或温度传感器等,控制部88基于根据来自各传感器的信息可知的打印机1各部的状态,控制打印机1的各部。例如,在头部2的温度、向头部2供给液体的液体供给罐的液体的温度、以及/或者液体供给罐的液体对头部2施加的压力等对所喷出的液体的喷出特性(例如喷出量以及/或者喷出速度)带来影响的情况下等,也可以根据这些信息来改变喷出液体的驱动信号。
(喷出面)
图2是表示头部2的与印刷用纸P对置的面(喷出面11a)的一部分的俯视图。该图中,为了方便,附上了由D1轴、D2轴以及D3轴构成的正交坐标系。D1轴被定义为平行于头部2与印刷用纸P的相对移动的方向。D1轴的正负与印刷用纸P相对于头部2的行进方向的关系在本实施方式的说明中没有特别限定。D2轴被定义为与喷出面11a以及印刷用纸P平行、且与D1轴正交。D2轴的正负也没有特别限定。D3轴被定义为与喷出面11a以及印刷用纸P正交。-D3侧(图2的纸面近前侧)是从头部2向印刷用纸P的方向。如上述,头部2是将D2方向作为长边方向的形状,这里表示其长边方向的一端侧部分。
喷出面11a例如是构成头部2的与印刷用纸P对置的面的大部分的平面。此外,喷出面11a例如被设为将D2方向作为长边方向的大致矩形状。在喷出面11a,喷出墨滴的多个喷出孔3开口。多个喷出孔3被配置为使与头部2和印刷用纸P的相对移动的方向(D1方向)正交的方向(D2方向)的位置相互不同。因此,通过移动部85使头部2和印刷用纸P相对移动、并且从多个喷出孔3喷出墨滴,由此形成任意的二维图像。
更为具体而言,多个喷出孔3被排列为多行(图示的例子中为16行)。即,由多个喷出孔3构成多个喷出孔行5。在多个喷出孔行5彼此,多个喷出孔3的D2方向上的位置相互不同。由此,能够在印刷用纸P形成以比各喷出孔行5中的喷出孔3的间距窄的间距在D2方向排列的多个点。但是,头部2也可以仅是1行而不是具有喷出孔行5的结构。
多个喷出孔行5例如大致相互平行,此外具有相互同等的长度。在图示的例子中,喷出孔行5平行于与头部2和印刷用纸P的相对移动的方向正交的方向(D2方向)。但是,喷出孔行5也可以相对于D2方向倾斜。此外,在图示的例子中,多个喷出孔行5间的间隙的大小(D1方向的间隔)不是均等的。这是由于例如头部2内部的流路的配置的方便而引起的。当然,喷出孔行5间的间隙的大小也可以设为均等。
(头部主体)
图3是图2的III-III处的剖视图。图3的纸面下方是印刷用纸P侧。这里,主要表示了1个喷出孔3所涉及的结构。此外,这里,表示了头部2之中、包含喷出面11a的头部主体7(即仅喷出面11a侧的一部分)。另外,头部主体7也可以视为液体喷出头。
头部主体7是大致板状的部件,板状的表面背面的一方成为上述的喷出面11a。头部主体7的厚度为例如0.5mm以上且2mm以下。头部主体7是通过压电元件的机械变形对液体施加压力而喷出液滴的压电式的头。头部主体7具有分别包含喷出孔3的多个喷出元件9。多个喷出元件9以及与多个喷出元件9相关的结构(例如与多个喷出元件9连接的布线)基本上可以设为彼此相同的结构。多个喷出元件9沿着喷出面11a二维地排列。
另外,在其他观点中,头部主体7具有:大致板状的流路部件11,形成有液体(墨水)流动的流路;以及压电致动器13,用于对流路部件11内的液体施加压力。多个喷出元件9包含流路部件11以及压电致动器13。喷出面11a包含流路构件11。将流路部件11的与喷出面11a相反的一侧的面称为加压面11b。
流路部件11具有:公共流路15、和分别连接于公共流路15的多个单独流路17(图3中图示了一个)。各单独流路17具有上述的喷出孔3,此外,从公共流路15向喷出孔3依次具有连接流路19、加压室21以及部分流路23。
在多个单独流路17和公共流路15中充满液体。通过多个加压室21的容积变化而对液体施加压力,从而从多个加压室21向多个部分流路23送出液体,从多个喷出孔3喷出多个液滴。另外,从公共流路15经由多个连接流路19向多个加压室21补充液体。
流路部件11例如通过层叠多个板25A~25J(以下,有时省略A~J)而构成。在板25形成有构成多个单独流路17及公共流路15的多个孔(主要为贯通孔。也可以设为凹部)。多个板25的厚度及层叠数可以根据多个单独流路17及公共流路15的形状等而适当设定。多个板25可以包含适当的材料。例如,多个板25包含金属或树脂。板25的厚度例如为10μm以上且300μm以下。板25彼此例如通过介于板25之间的未图示的粘接剂而相互固定。
(流路形状)
流路部件11内的各流路的具体的形状以及尺寸等可以适当地设定。在图示的例子中如下所示。
公共流路15在头部2的长边方向(在图3中为纸面贯通方向)上延伸。公共流路15可以仅设置1根,但是例如也可相互并列地设置为多根。公共流路15的横截面的形状设为矩形。
多个单独流路17(在其他观点中为喷出元件9)在各公共流路15的长度方向上排列。进而,多个单独流路17中单独地包含的多个喷出孔3也沿着公共流路15排列。在图2所示的这种喷出孔3的排列中,例如,可以在1根公共流路15的两侧分别各排列2行喷出孔3。而且,也可以在4条公共流路15合计排列16行的喷出孔3。
加压室21例如在加压面11b开口,被压电致动器13堵塞。另外,加压室21也可以由板25堵塞。但是,这也能够认为是将堵塞加压室21的板25视为流路部件11的一部分、还是视为压电致动器13的一部分的问题。总之,加压室21位于喷出面11a及加压面11b中的偏向加压面11b侧的位置。
多个加压室21的形状例如彼此相同。各加压室21的形状可以适当设定。例如,加压室21形成为沿着加压面11b以一定的厚度扩展的薄型形状。但是,加压室21也可以具有厚度不同的部位。薄型形状例如是厚度比俯视下的任意直径小的形状。
此外,例如,加压室21的俯视形状也可以是具有相互正交的长边方向以及短边方向的形状(例如菱形或者椭圆形)(图示的例子),也可以是无法将这样的方向概念化的形状(例如圆形)。另外,长边方向以及短边方向与多个加压室21的排列方式的关系也是任意的。
在本实施方式的说明中,如后所述,以将圆形和椭圆形合在一起的形状为例。在其他观点中,以能够将长边方向和短边方向概念化的形状为例。在图示的例子中,图3的纸面左右方向是加压室21的长边方向。该方向例如是与公共流路15延伸的方向交叉(例如正交)的方向,另外,在其他的观点中,是头部主体7的短边方向。
部分流路23从加压室21向喷出面11a延伸。部分流路23的形状大致为圆柱状。另外,部分流路23既可以从加压室21向喷出面11a在上下方向倾斜地延伸(图示的例子),也可以不倾斜地延伸。此外,部分流路23的横截面的面积可以根据上下的位置而不同。在俯视下,部分流路23例如连结于加压室21的规定方向(例如俯视下的加压室21的长边方向)的端部。
喷出孔3在部分流路23的底面(与加压室21相反的一侧的面)的一部分开口。喷出孔3例如位于部分流路23的底面的大致中央。但是,喷出孔3也可以相对于部分流路23的底面的中央而偏心地设置。喷出孔3的纵截面的形状设为越靠喷出面11a侧则直径越小的锥状。但是,喷出孔3也可以是一部分或者全部为倒锥形。
连接流路19例如具有:从公共流路15的上表面向上方延伸的部位、从该部位在沿着板25的方向延伸的部位、以及从该部位向上方延伸并与加压室21的下表面连接的部位。沿着板25的部位的与流动方向正交的截面积变小,作为所谓的光圈而发挥功能。在俯视下,连接流路19相对于加压室21的连接位置例如被设为加压室21的下表面中的相对于该下表面的中央而与部分流路23相反的一侧的端部。
关于多个加压室21的排列方式,大致可以引用参照图2进行说明的多个喷出孔3的排列方式的说明。但是,多个加压室21的排列方式与多个喷出孔3的排列方式也可以不同。例如,也可以通过使多个部分流路23的形状相互不同等,从而多个加压室21的排列方式与多个喷出孔3的排列方式不同。而且,例如,多个加压室21可以与图2所示的多个喷出孔3不同,在D1方向和D2方向的双方均匀地分布(加压室21的行间的间距一定),或者以比喷出孔行5的数量少的行数排列。
(压电致动器)
压电致动器13是例如具有遍及多个加压室21的广度的大致板状。压电致动器13作为板形状的表面以及背面而具有第1面13a以及第2面13b。本实施方式中,第1面13a是与流路部件11的加压面11b重叠的面。压电致动器13具有按每个喷出元件9(每个加压室21)对加压室21施加压力的压电元件27。即,压电致动器13在沿着第1面13a的方向的多个位置具有多个压电元件27。
另外,压电致动器13中,视为压电元件27的区域可以适当地定义。例如,该区域可以通过设置有后述的U单独电极51的区域而被定义,也可以通过在俯视透视下与加压室21重叠的区域而被定义。
压电致动器13是沿着第1面13a扩展的多个层状部件被层叠而构成的。具体而言,例如压电致动器13从第1面13a侧(流路部件11侧)起依次具有:DD绝缘层29、DD导体层31、D绝缘层33、D导体层35、压电体层37、U导体层39、U压电体层41以及UU导体层43。即,压电体层37以及U压电体层41也视为绝缘层的一种的情况下,压电致动器13交替地具有绝缘层和导体层,此外,具有合计4层的绝缘层和4层的导体层。尽管没有特别图示,但是压电致动器13也可以具有覆盖UU导体层43的绝缘层(例如阻焊剂)。
另外,对绝缘层以及导体层赋予的“DD”、“D”、“U”、“UU”是将压电体层37作为基准,将第1面13a侧(Down Side)设为“D”,将第2面13b侧(Up side)设为“U”,越是与压电体层37分离则越增多“D”以及“U”的文字。有时对各层包含的部位也赋予该文字。
在压电元件27中,通过D导体层35和U导体层39对压电体层37施加电压,压电体层37在其平面方向(沿着表面以及背面的方向)进行伸长以及/或者收缩(伸缩)。该伸缩通过其他的绝缘层的任一者被限制。由此,压电元件27如双金属那样向第1面13a侧以及/或者第2面13b侧发生挠曲变形。通过这种的压电元件27的挠曲变形,加压室21的容积被缩小以及/或者放大,对加压室21的液体赋予压力。
更详细而言,例如在本实施方式的说明中,D绝缘层33以及/或者DD绝缘层29限制压电体层37的伸缩。该情况下,在压电体层37收缩时,压电元件27向第1面13a侧发生挠曲变形(第1面13a侧成为凸。)。此外,在压电体层37伸长时,压电元件27向第2面13b侧发生挠曲变形(第1面13a侧成为凹。)。
U压电体层4通过U导体层39和UU导体层43被施加电压,从而在其平面方向进行伸缩。更详细而言,通过电压施加而压电体层37在平面方向伸长时,U压电体层41也通过电压施加而伸长,通过电压施加而压电体层37在平面方向收缩时,U压电体层41也通过电压施加而收缩。因此,U压电体层41与压电体层37同样地,伸缩通过D绝缘层33以及/或者DD绝缘层29而被限制,在与压电体层37的挠曲变形相同的方向发生挠曲变形。
由此,与具有与压电体层37以及U压电体层41的合计厚度相等的厚度的1层压电体层的方式(该方式也可以包含在本公开所涉及的技术中)相比,夹着压电体层的电极间距离成为一半,从而施加于压电体层的电场的强度变强,进而能够增大压电元件27的位移量。另外,与不具有U压电体层41而仅具有压电体层37的方式(该方式也可以包含在本公开所涉及的技术中)相比,进行位移的压电体层的厚度变厚,能够增强使包含压电体层和绝缘层的层叠体挠曲的力。
在上述的挠曲变形的说明中未提及的DD导体层31例如有助于压电致动器13中的意外的应力以及/或者应变的降低。作为这样的应力以及/或者应变,例如可以举出由制造时以及/或者使用时的温度变化引起的应力以及/或者应变。更详细而言,例如在着眼于因温度变化引起的压电致动器13的在其平面方向上的伸缩时,DD导体层31有助于将厚度方向(D3方向)的一侧的伸缩与另一侧的伸缩抵消。
在本实施方式中,如上所述,在比压电体层更靠第1面13a侧限制压电体层(37以及41)的伸缩而实现挠曲变形。因此,压电体层以外的层的材料以及厚度被设定为:在压电体层的伸缩时压电体层从第1面13a侧受到的应力比从第2面13b侧受到的应力大。这样的材料和厚度的组合存在各种各样,可以适当设定。
举出一例。各导体层的厚度可以设为比绝缘层的厚度薄,进而对压电体层(37以及41)的伸缩带来的影响被降低。DD绝缘层29以及D绝缘层33可以包含彼此相同的压电体(例如与压电体层37以及/或者U压电体层41的材料相同的材料。在其他观点中杨氏模量较大的材料。)。并且,相对于压电体层(37以及41)位于第1面13a侧的绝缘层(29以及33)的合计厚度被设为比相对于压电体层(37以及41)位于第2面13b侧的绝缘层(本实施方式中这种的绝缘层不存在。)的合计厚度厚。通过这种结构,在压电体层(37以及41)中,从第1面13a侧受到的应力被设为比从第2面13b侧受到的应力大。
在上述这种的结构中,绝缘层的厚度可以适当设定。例如,相对于压电体层(37以及41)位于第1面13a侧的绝缘层(29以及33)的合计厚度可以相对于压电体层(37以及41)的合计厚度而设为1/2以上且3/2以下。
在图示的例子中,DD绝缘层29、D绝缘层33、压电体层37以及U压电体层41被设为彼此大致相等的厚度。换言之,相对于压电体层(37以及41)位于第1面13a侧的绝缘层(29以及33)的合计厚度被设为与压电体层(37以及41)的合计厚度大致相等。在其他观点中,相对于D导体层35位于第1面13a侧的绝缘层(29以及33)的合计厚度被设为与相对于D导体层35位于第2面13b侧的绝缘层(37以及41)的合计厚度大致相等。
举出上述这种的结构中的尺寸的一例。DD绝缘层29、D绝缘层33、压电体层37以及U压电体层41的厚度可以分别设为10μm以上且40μm以下。DD导体层31、D导体层35、U导体层39以及UU导体层43的厚度可以分别设为0.5μm且以上3μm以下。此外,D导体层35的厚度可以相对于其他的导体层(例如U导体层39)的厚度以0.5μm以上且2μm以下的差变厚。
(压电致动器的各层的详细)
图4以及图5是压电致动器13的分解立体图。图4中,表示了压电致动器13的一部分的区域、即多个压电元件27包含的区域。图5中,表示1个压电元件27包含的区域。在这些图中,为了方便,对导体层(31、35、39以及43)的表面赋予阴影。
在这些图中,表示组合了绝缘层或者压电体层、与在其上表面(+D3侧的面)重叠的导电层这2层的板状部件。即,表示了4个板状部件。但是,这是为了便于图示,不意味着在制造过程中分别制作这样的4个板状部件。例如,在制造过程中,各导体层也可以设置于绝缘层或压电体层的下表面(-D3侧的面)。
如图3~图5所示,在压电体层(37以及41)也视为绝缘层的一种的情况下,4个绝缘层(29、33、37以及41)遍及多个压电元件27实质上无间隙地扩展。之所以是“实质上”,是因为例如也可以用于连接导体层彼此的贯通导体(后述)将绝缘层贯通等(以下同样。)。此外,D导体层35也遍及多个压电元件27而实质上无间隙地扩展。另一方面,其他的导体层(31、39以及43)具有在多个压电元件27中单独(换言之一对一)设置的多个部位(45、51以及53)。
压电致动器13的各个层(29、31、33、35、37、39、41以及43)在忽视导体层的非配置区域时大致是一定的厚度的层状。遍及多个压电元件27而扩展的层(29、33、35、37以及41)的广度例如视为彼此相等的广度。在其他观点中,这些层的广度可以设为与压电致动器13的广度相同。但是,也可以任一层比其他的层窄。例如,D导体层35可以设为比在该D导体层35重叠的D绝缘层33以及压电体层37窄,从而外缘不露出至压电致动器13的外部。
各层可以由一种材料一体地构成,也可以层叠相互不同的材料而构成。各层的材料在平面方向的相互不同的位置彼此相同。但是,也可以一部分区域的材料与其他的区域的材料不同。
(压电体层)
压电体层37以及U压电体层41例如至少在构成压电元件27的区域中,极化轴(单晶中也称为电轴或者X轴。)大致平行于厚度方向(D3方向)。此外,压电体层37与U压电体层41的极化的朝向(+D3侧以及-D3侧的任一者)被设为彼此相反。压电体层(37以及41)分别在厚度方向在与极化的朝向相同的朝向被施加电压,从而在平面方向收缩。此外,压电体层(37以及41)分别在厚度方向在与极化的朝向相反的朝向被施加电压,从而在平面方向伸长。另外,压电体层(37以及/或者41)之中构成压电元件27的区域以外的区域既可以被极化,也可以不被极化。在前者的情况下,极化的方向可以与构成压电元件27的区域中的极化的方向相同,也可以不同。
压电体层37以及U压电体层41的材料例如可以设为具有强介电性的陶瓷材料。作为陶瓷材料,例如可以举出锆钛酸铅(PZT)系、NaNbO3系、BaTiO3系、(BiNa)TiO3系、BiNaNb5O15系的陶瓷材料。但是,压电体层(37以及41)的材料也可以设为陶瓷材料以外的材料。压电体层(37及41)的材料可以是单晶,也可以是多晶,也可以是无机材料,也可以是有机材料,也可以不是强电介质,也可以是热电体。压电体层37以及U压电体层41的材料可以彼此相同,也可以彼此不同。
(绝缘层)
DD绝缘层29以及D绝缘层33的厚度如上述提及那样,可以适当设定。例如,这些层的厚度可以彼此相同,也可以彼此不同。此外,各层的厚度相对于压电体层37以及/或者U压电体层41的厚度可以设为较薄,也可以相等,也可以较厚。
DD绝缘层29以及D绝缘层33的材料如上述提及那样,可以设为适当的材料。例如,至少1个绝缘层的材料可以与压电体层37以及/或者U压电体层41的材料相同,也可以不同。换言之,至少1个绝缘层的材料可以是压电体,也可以不是压电体。在绝缘层的材料是与压电体层的材料相同或者不同的压电体的情况下,压电体层的说明中例示的材料可以援用于绝缘层的材料。在绝缘层包含多晶的情况下,既可以被极化,也可以不被极化。当然,至少1个绝缘层的材料也可以不是压电体。
(导体层)
DD导体层31、D导体层35、U导体层39以及UU导体层43的厚度可以适当设定。例如,这些层的厚度可以彼此相同,也可以彼此不同。各层的厚度例如被设为比压电体层37的厚度薄。
DD导体层31、D导体层35、U导体层39以及UU导体层43的材料可以彼此相同,也可以彼此不同。此外,各导体层的材料例如可以设为金属材料。作为金属材料,例如可以使用Ag-Pd系的合金以及Au系的合金。
(D导体层)
D导体层35例如上述那样有助于对压电体层37施加电压。D导体层35在图示的例子中(或者图示的范围中),仅包含公共电极49。公共电极49遍及多个压电元件27实质上无间隙地扩展。在压电元件27的驱动时,公共电极49例如被赋予一定的电位(相对于时间经过而不变动的电位)。该一定的电位例如是基准电位(接地电位)。
(U导体层)
U导体层39例如上述那样有助于对压电体层37以及U压电体层41施加电压。U导体层39例如具有:直接有助于电压施加的多个U单独电极51、用于对多个U单独电极51单独地赋予电位(驱动信号)的多个U布线53。多个U单独电极51以及多个U布线53相对于多个压电元件27(在其他观点中为多个加压室21)被单独地设置。尽管没有特别图示,但是U导体层39也可以具有上述以外的部分。例如,U导体层39也可以具有沿着压电体层37以及/或者U压电体层41的外缘延伸的加强部。
在压电元件27的驱动时,对公共电极49赋予一定的电位(例如基准电位),相对于此,对U单独电极51输入相对于经过时间而电位变化的驱动信号。由此,对压电体层37施加电压,压电元件27进行位移。此外,对多个U单独电极51单独地输入驱动信号。由此,多个压电元件27单独地(换言之独立地)被驱动。
多个U单独电极51及多个U布线53的面积(或者体积)的总和以及U导体层39的面积(或体积)的总和可以适当设定。另外,在图示的例子中,上述2个总和相同。在以下的说明中,为了方便,在不区分上述2个总和的情况下进行说明,一方的总和的用语可以置换为另一方的总和的用语。
(U单独电极)
多个U单独电极51相对于多个加压室21单独地对置。U单独电极51的俯视形状例如可以与加压室21的俯视形状相似(图示的例子),也可以不相似。总之,与加压室21的俯视形状有关的说明可以援用于U单独电极51的俯视形状。例如,U单独电极51的俯视形状可以是具有相互正交的长边方向以及短边方向的形状(图示的例子),也可以无法将这种方向概念化的形状。此外,长边方向以及短边方向与多个U单独电极51的排列方式的关系也是任意的。
此外,U单独电极51的大小可以适当设定。例如,在俯视透视下,U单独电极51的外缘相对于加压室21(更详细而言,例如为加压室21的加压面11b侧的开口面)的外缘,可以其整体位于内侧,也可以其整体大致一致,也可以其整体位于外侧,也可以仅一部分一致或者位于内侧。
本实施方式中,以U单独电极51的俯视形状与加压室21的俯视形状相似的方式为例。对于该俯视形状的详细在后面叙述,但是能够将相互正交的长边方向和短边方向概念化的形状。此外,本实施方式中,以俯视透视下U单独电极51以及加压室21的(其俯视形状的)中心彼此大致一致、此外两者的朝向彼此一致的方式为例。在图示的例子中,U单独电极51的长边方向被设为D1方向(即压电致动器13的短边方向)。但是,U单独电极51的长边方向也可以设为其他方向(例如压电致动器13的长边方向)。
另外,在本实施方式的说明中,关于俯视图形,在称为中心(或中央等)的情况下(或者在俯视或剖视下称为中心的情况下),只要没有特别说明,中心例如可以设为图心。图心是俯视图形的重心,是相对于通过该点的任意轴的截面一次力矩成为0的点。
关于多个U单独电极51的排列,可以援用与上述的多个加压室21的排列有关的说明。在图示的例子中,多个U单独电极51在压电致动器13的长边方向(D2方向。其他观点中为U单独电极51的短边方向)排列而形成多个行(1行也可以)。彼此相邻的行在平行于行的方向(这里为D2方向)相互错开半间距。在错开半间距的方式中,在平行于行的方向观察时,彼此相邻的行既可以一部分彼此相互重叠,也可以不重叠。
(U布线)
U布线53是从U单独电极51延伸出的形状,是所谓的引出电极。U布线53例如与将U压电体层41贯通的贯通导体61(图3)连接。因此,通过对贯通导体61输入驱动信号,经由U布线53而对U单独电极51输入驱动信号。
U布线53的具体的形状、尺寸以及位置等可以适当设定。例如,U布线53从U单独电极51的规定方向(图示的例子中为D1方向)的一侧的端部向所述规定方向的所述一侧延伸为直线状。该规定方向可以设为任意的方向,但是例如是U单独电极51的长边方向以及/或者压电致动器13的短边方向。此外,U布线53的宽度例如大致一定。当然,也可以与图示的例子不同,U布线53具有弯折或者弯曲的部分。此外,U布线53的与U单独电极51相反的一侧的端部可以比其他部分加宽。
(DD导体层)
DD导体层31例如上述那样有助于压电致动器13中的意外的应力以及/或者应变的降低。在压电元件27的驱动时,DD导体层31例如与公共电极49同样地,被赋予一定的电位(相对于时间经过而不变动的电位)。该一定的电位例如可以设为与公共电极49的电位相同的电位,此外也可以设为基准电位(接地电位)。另外,DD导体层31在压电元件27的驱动时,可以不被赋予电位,设为电浮置状态。
DD导体层31例如具有:在多个压电元件27单独地设置的多个DD单独电极45、将多个DD单独电极45相互连接的多个DD布线47。尽管没有特别图示,但是DD导体层31可以具有上述以外的部分。例如,DD导体层31可以具有沿着DD绝缘层29以及/或者D绝缘层33的外缘而延伸的加强部。此外,相反,DD导体层31也可以不具有将DD单独电极45彼此连接的DD布线47。该情况下,例如多个DD单独电极45可以设为相互不连接。此外,例如多个DD单独电极45可以按每个DD单独电极45而没置布线、以及将D绝缘层33贯通的贯通导体,从而经由公共电极49相互被电连接。
多个DD单独电极45以及多个DD布线47的面积(或者体积)的总和、以及DD导体层31的面积(或者体积)的总和可以适当设定。另外,在图示的例子中,上述2个总和是相同的。以下的说明中,为了方便,不区别上述2个总和来进行说明,一方的总和的用语可以置换为另一方的总和的用语。上述的面积(或者体积)的总和相对于U导体层39的面积(或者体积)的总和,可以设为较小,也可以设为相等,也可以设为较大。例如,DD导体层31的面积(或者体积)的总和相对于U导体层39的面积(或者体积)的总和可以设为1/2以上且2倍以下。此外,在DD导体层31的面积(或者体积)的总和比U导体层39的面积(或者体积)的总和大的情况下或者小的情况下,其差例如可以设为U导体层39的面积(或者体积)的总和的1%以上或者50%以上。
(DD单独电极)
多个(例如全部)的DD单独电极4如上述通过多个DD布线47而相互连接。因此,多个DD单独电极45被设为彼此相同的电位。
如根据上述所理解的那样,本公开中,“单独电极”是指多个电极被设为相互分离的形状,不需要能够赋予彼此独立的电位。另外,这里所说的分离并不限定于完全的分离。多个单独电极相互隔开间隔即可。换言之,多个单独电极在其间夹着导体层(在DD单独电极45的情况下为DD导体层31)的非配置区域即可。例如,在本实施方式中,如图4所示,在D2方向上彼此相邻的DD单独电极45通过其间的DD布线47连接,但夹着间隙S2。另外,在图示的例子中,显然多个DD单独电极45在D2方向以外的方向上相互分离。
多个DD单独电极45与多个U单独电极51(其他观点中为多个加压室21)单独地对置。更详细而言,在俯视透视下,各DD单独电极45重叠于自己所对应的U单独电极51的中央(中心)。DD单独电极45可以任意的区域重叠于U单独电极51的中央。例如,DD单独电极45的中央侧的区域(例如将DD单独电极45在任意的方向三等分时的中央的区域)或者中央可以重叠于U单独电极51的中央。
DD单独电极45的形状可以设为任意的形状。例如,DD单独电极45的俯视形状既可以与U单独电极51的俯视形状相似(图示的例子),也可以不相似。总之,与U单独电极51的俯视形状有关的说明可以援用于DD单独电极45的俯视形状。例如,DD单独电极45的俯视形状可以是具有相互正交的长边方向以及短边方向的形状(图示的例子),也可以是无法将这种方向概念化的形状。此外,长边方向以及短边方向与多个DD单独电极45的排列方式的关系也是任意的。
此外,DD单独电极45的大小可以适当设定。例如,在俯视透视下,DD单独电极45的外缘相对于U单独电极51的外缘,可以其整体位于内侧(图示的例子),也可以其整体大致一致,也可以其整体位于外侧,也可以仅一部分一致或者位于内侧。其他观点中,DD单独电极45的面积(或者体积)相对于U单独电极51的面积(或者体积),例如可以设为较小(图示的例子),也可以设为相等,也可以设为较大。例如,DD单独电极45的面积(或者体积)可以设为U单独电极51的面积(或者体积)的1/2以上且2倍以下。此外,在DD单独电极45的面积(或者体积)比U单独电极51的面积(或者体积)大的情况下或者小的情况下,其差可以设为例如U单独电极51的面积(或者体积)的5%以上或者20%以上。
本实施方式中,以DD单独电极45的俯视形状与U单独电极51的俯视形状相似、此外在俯视透视下双方的中心彼此大致一致的方式为例。此外,本实施方式中,以俯视透视下DD单独电极45以及U单独电极51的中心彼此大致一致、此外两者的朝向相互一致的方式为例。如根据上述所理解那样,对于DD单独电极45的配置位置,可以援用U单独电极51的配置位置的说明。此外,本实施方式中,以DD单独电极45的整体位于U单独电极51的外缘的内侧(其他观点中,DD单独电极45的面积比U单独电极51的面积小)的方式为例。
(DD布线)
多个DD布线47的数量、位置、形状以及尺寸等可以适当设定。例如,DD布线47可以将在D2方向上相邻的DD单独电极45彼此连接(图示的例子),也可以将在D2方向以外的方向(D1方向或者向D1方向倾斜的方向)上相邻的DD单独电极45彼此连接,也可以实现将这些连接的2个以上组合的连接。此外,例如DD布线47可以直线状地延伸(图示的例子),也可以弯折或者弯曲。此外,例如DD布线47可以遍及其长度方向是大致一定的宽度,也可以根据长度方向的位置而宽度不同。DD布线47的宽度比DD布线47的宽度方向上的DD单独电极45的最大直径小,以使得在DD单独电极45之间形成间隙(例如间隙S2)。例如,前者可以设为后者的1/2以下、1/3以下或者1/4以下。
在图示的例子中,DD布线47将在D2方向上彼此相邻的DD单独电极45彼此连接。另外,DD布线47的形状设为大致以一定的宽度在D2方向上直线状延伸的形状。DD布线47延伸的方向(D2方向)在本实施方式中是与U布线53延伸的方向交叉(更详细而言为正交)的方向,另外,是与DD单独电极45的长边方向(在其他观点中为加压室21的长边方向)交叉(更详细而言为正交)的方向。
(UU导体层)
UU导体层43例如如上述那样有助于对U压电体层41施加电压。在压电元件27的驱动时,UU导体层43例如基本上(例如除了后述的焊盘59之外)与公共电极49同样地,被赋予一定的电位(相对于时间经过而不变动的电位)。该一定的电位例如可以设为与公共电极49以及/或者DD导体层31的电位相同的电位,另外,例如可以设为基准电位(接地电位)。
若对公共电极49和UU导体层43赋予相同的电位(例如基准电位),对U导体层39(U单独电极51)输入驱动信号,则由公共电极49和U单独电极51对压电体层37施加电场,并且由UU导体层43和U单独电极51对U压电体层41施加电场。此外,前者的电场和后者的电场为反向。另一方面,如上述,压电体层37与U压电体层41的极化的朝向相反。因此,压电体层37以及U压电体层41一起伸长,或者一起收缩,由此压电元件27被驱动。
UU导体层43例如具有:单独地设置于多个压电元件27的多个UU单独电极55、将多个UU单独电极55相互连接的多个UU布线57、有助于针对比U压电体层41更靠下层的导体层(39、35以及/或者31)的电位的赋予的多个焊盘59。尽管没有特别图示,但是UU导体层43可以具有上述以外的部分。例如,UU导体层43可以具有沿着U压电体层41的外缘延伸的加强部。此外,相反地,UU导体层43也可以不具有将UU单独电极55彼此连接的UU布线57。该情况下,例如多个UU单独电极55也可以设为相互不连接。此外,例如多个UU单独电极55可以按每个UU单独电极55设置布线、以及将U压电体层41以及压电体层37贯通的贯通导体,从而经由公共电极49相互被电连接。此外,例如多个UU单独电极55可以经由与压电致动器13的第2面13b对置的未图示的FPC(Flexible printed circuits)而相互被连接。
多个UU单独电极55以及多个UU布线57的面积(或者体积)的总和(以下、有时称为UU导体层43的主要部分的面积(或者体积)。)、以及UU导体层43的面积(或者体积)的总和可以适当设定。这些的面积(或者体积)的总和相对于U导体层39的面积(或者体积)的总和以及DD导体层31的面积(或者体积)的总和的至少一方,可以较小,也可以相等,也可以较大。例如,UU导体层43的主要部分的面积(或者体积)以及UU导体层43的面积(或者体积)的总和的至少一方可以相对于U导体层39的面积(或者体积)的总和设为1/2以上且2倍以下。此外,在UU导体层43的主要部分的面积(或者体积)或者UU导体层43的面积(或者体积)的总和比U导体层39的面积(或者体积)的总和大的情况下或者小的情况下,其差例如可以设为U导体层39的面积(或者体积)的总和的1%以上或者50%以上。
(UU单独电极)
如根据图4以及图5所理解的那样,本实施方式中,除了D3方向上的位置以外,多个UU单独电极55的位置、形状及尺寸与多个DD单独电极45(在其他观点中为多个U单独电极51)的位置、形状及尺寸相同或类似。因此,例如,关于上述的DD单独电极45(或U单独电极51)的说明基本上可以援用于UU单独电极55。
例如,UU单独电极55的俯视形状可以与U单独电极51的俯视形状相似。另外,在俯视透视中,UU单独电极55可以与U单独电极51的中心重叠。更详细而言,在俯视透视中,UU单独电极55以及U单独电极51可以相互中心大致一致,另外,朝向也可以一致。另外,UU单独电极55的面积(或体积)相对于U单独电极51的面积(或体积),可以较小,也可以相等,也可以较大。其差的具体例也如上所述。
更详细而言,在图示的例子中,UU单独电极55的面积(或者体积)被设为比U单独电极51的面积(或者体积)大。此外,如上所述,在图示的例子中,由于DD单独电极45的面积(或者体积)被设为比U单独电极51的面积(或者体积)小,因此UU单独电极55的面积(或者体积)也大于DD单独电极45的面积(或者体积)。
(UU布线)
如根据图4及图5所理解的那样,本实施方式中,除了D3方向上的位置以外,多个UU布线57的位置、形状及尺寸与多个DD布线47(在其他观点中为多个U单独电极51)的位置、形状及尺寸相同或类似。因此,例如关于上述的DD布线47的说明基本上可以援用于UU布线57。
例如,UU布线57可以将在D2方向相邻的UU单独电极55彼此连接。另外,例如,UU布线57可以以大致一定的宽度在D2方向直线状延伸。UU布线57的宽度比UU布线57的宽度方向上的UU单独电极55的最大直径小,以使得在UU单独电极55之间形成间隙。
与图示的例子不同,多个UU布线57的位置、形状以及尺寸也可以不与多个DD布线47的位置、形状以及尺寸相同或者类似。例如,UU布线57延伸的方向也可以设为与DD布线47延伸的方向交叉的方向(例如正交的方向)。在不是这样的相同和类似的任一者的情况下,DD布线47的说明的任意的部分也可以援用于UU布线57。
(焊盘)
如图5中虚线所示,多个焊盘59设置在与多个U布线53的端部重叠的位置。而且,如图3所示,多个焊盘59通过贯通U压电体层41的多个贯通导体61而与多个U布线53单独地连接。由此,能够从压电致动器13的外部经由焊盘59向U单独电极51输入驱动信号。
如上所述,构成压电致动器13的各层的一部分区域的材料也可以与其他区域的材料不同。在UU导体层43中,焊盘59的全部或上表面侧的一部分的材料也可以与UU单独电极55的材料不同。
(单独电极的行彼此的连接)
图6是UU导体层43的一部分的放大俯视图。在该图中,仅表示2个通过多个UU单独电极55在D2方向排列而构成的行。另外,在该图中,为了便于说明,假定1行包含的多个UU单独电极55的数量为4个。另外,省略了焊盘59的图示。
多个UU单独电极55所形成的多个行彼此例如相互连接。该连接方法可以适当地进行。在图示的例子中,在各行的两端设置有向行的外侧(-D2侧或+D2侧)延伸的UU布线57。该两端的UU布线57连接于在与多个行交叉的方向(D1方向)上延伸的公共布线63。由此,多个行彼此连接。
公共布线63是UU导体层43的一部分。在本实施方式的说明中,将公共布线63与UU布线57区别,但公共布线63也可以与UU布线57同样地视为将UU单独电极55彼此连接的布线的一种。公共布线63的材料既可以与UU导体层43的其他区域(例如UU单独电极55以及UU布线57)的材料相同,也可以不同,在后述的图7中例示了不同的方式。
此外,如根据以上的说明所理解的那样,与图示的例子不同,多个UU单独电极55也可以通过在在D1方向或向D1方向倾斜的方向上延伸的多个UU布线57而将行彼此连接。另外,这样的UU布线57既可以针对全部的UU单独电极55设置,也可以仅设置于各行内的一部分的UU单独电极55(例如两端的UU单独电极55)。另外,如根据后述的说明所理解的那样,行彼此的连接也可以经由其他导体层(例如D导体层35)来进行。
针对UU单独电极55的行彼此的连接进行了叙述,但是对于DD单独电极45的行彼此的连接也可以设为同样。
(与外部的连接)
如上所述,U单独电极51经由U布线53以及贯通导体61而与焊盘59连接,从而能够与压电致动器13的外部连接。同样地,其他电极(公共电极49和DD单独电极45)可以经由贯通绝缘层(包括压电体层)的贯通导体而与压电致动器13的外部连接。在该情况下,贯通导体可以针对彼此不同的导体层而单独地设置,也可以被共用于彼此设为相同的电位的导体层。对于后者,换言之,被设为彼此相同电位的电极彼此(例如公共电极49、DD单独电极45及UU单独电极55)可以经由贯通导体而相互连接。以下,针对后者的情况而表示一例。
图7是图6的VII-VII线处的剖视图。
如图6及图7所示,在公共布线63的正下方设置有贯通绝缘层的贯通导体65。例如,如图7的纸面右侧所示,该贯通导体65贯通U压电体层41、压电体层37以及D绝缘层33,并连接于公共布线63、公共电极49以及DD导体层31(更详细而言,与公共布线63同样的公共布线)。由此,多个UU单独电极55、公共电极49以及多个DD单独电极45相互电连接。
另外,如图7的纸面左侧所示,除了上述那样的贯通导体65之外,或者代替上述的贯通导体65,也可以设置仅贯通U压电体层41以及压电体层37而将多个UU单独电极55以及公共电极49电连接的贯通导体65。同样地,虽未特别图示,但也可以仅贯通D绝缘层33而设置将公共电极49以及多个DD单独电极45电连接的贯通导体65。
如图6中虚线所示,贯通导体65例如可以沿着公共布线63设置多个。由此,被设为相同电位的电极的电位稳定。当然,贯通导体65也可以仅设置在1处。
(加压室的俯视形状)
图8是加压室21的俯视图。
加压室21的俯视形状例如是将圆形C1的区域和从圆形C1的区域向规定方向(纸面上下方向)的两侧突出的区域R2(对一方的区域R2标注阴影线)相加而得到的形状。区域R2的与圆形C1相反的一侧的外缘(以实线表示的外缘)是向外侧鼓出的曲线。该曲线的曲率(在不是一定的情况下为平均值)例如比圆形C1的曲率大。
上述加压室21的俯视形状能够视为将圆形C1与椭圆形C2的相互重叠的区域(以虚线包围的区域)以及相互不重叠的区域(以实线和虚线包围的区域)相加而得到的形状。即,在将圆形C1和椭圆形C2分别视为维恩图(Venn diagram)中的闭合曲线时,加压室21的俯视形状相当于与集合(在另一观点中为逻辑与)。
更详细而言,圆形C1的中心与椭圆形C2的中心一致(参照中心O1)。椭圆形C2的长径rL比圆形C1的半径r1长,且椭圆形C2的短径rS比圆形C1的半径r1短。并且,椭圆形C2的长边方向的两端侧的区域R2位于圆形C1的外侧。
但是,区域R2的与圆形C1相反的一侧的外缘(以实线表示的外缘)也可以曲率一定。即,区域R2不是作为椭圆的两端而概念化的形状,也可以是作为半径比圆形C1的半径小的圆形的一部分而概念化的形状。
这样的形状的各种尺寸(例如半径r1、长径rL及短径rS的相对长度)可以适当设定。以下列举一例。长径rL可以设为半径r1的1.2倍以上且1.8倍以下。根据区域R2的与圆形C1相反的一侧的外缘的曲率的平均值求出的曲率半径可以设为半径r1的0.3倍以上且0.6倍以下。
如上所述,加压室21、U单独电极51、DD单独电极45及UU单独电极55的俯视形状可以彼此相似。因此,上述加压室21的俯视形状的说明可以援用于U单独电极51、DD单独电极45以及UU单独电极55的俯视形状。
(两端与单独电极相连的布线的形状的例子)
图9是将UU导体层43的一部分放大表示的俯视图。
UU布线57例如也可以根据其长度方向(D2方向)的位置而宽度(D1方向的长度)不同。在图示的例子中,UU布线57具有宽幅部57a和宽度比宽幅部57a窄的第1窄幅部57b以及第2窄幅部57c。宽幅部57a位于UU布线57的长度方向的中央(参照线CL)(包括位于中央的部分)。第1窄幅部57b介于宽幅部57a与UU布线57所连接的相互相邻的UU单独电极55中的一方之间。第2窄幅部57c介于宽幅部57a与UU布线57所连接的相互相邻的UU单独电极55中的另一方之间。
在图示的例子中,夹着1个UU单独电极55而位于两侧的2个UU布线57被设为彼此相同的形状。即,2个UU布线57中的一方相当于使另一方在D2方向上平行移动的布线。但是,2个UU布线57可以设为彼此完全不同的形状,也可以设为相对于位于两者之间的UU单独电极55线对称的形状。
虽未特别图示,但UU布线57也可以具有宽幅部57a、第1窄幅部57b以及第2窄幅部57c以外的部分。例如,在图示的例子中,第1窄幅部57b(或第2窄幅部57c)与UU单独电极55直接相连,但也可以在两者之间形成宽度较宽的部分。换言之,第1窄幅部57b(或第2窄幅部57c)也可以不是直接将宽幅部57a与UU单独电极55连结,而是间接地连结。
在另一观点中,例如,UU布线57也可以具有2个以上的宽幅部以及/或者3个以上的窄幅部。在该情况下,例如,UU布线57的最大宽度也可以位于设置在中央的宽幅部57a以外的宽幅部。在图示的例子中,UU布线57的最大宽度w0是宽幅部57a的最大宽度。另外,UU布线57的-D2侧的最小宽度w1是第1窄幅部57b的最小宽度。UU布线57的+D2侧的最小宽度w2是第2窄幅部57c的最小宽度。
虽未特别图示,但也可以与上述相反,UU布线57仅具有第1窄幅部57b及第2窄幅部57c中的一方作为窄幅部。例如,宽幅部57a也可以从UU布线的长度方向的中央遍及到一端。
在宽幅部57a、第1窄幅部57b以及第2窄幅部57c各自中,宽度(D1方向的长度)也可以根据长度方向(D2方向)的位置而不同(图示的例子),也可以是一定的。另外,在前者的情况下,宽度相对于长度方向的位置的变化可以是连续的变化(图示的例子),也可以是外缘呈阶梯状的非连续(阶段性)的变化。在宽幅部57a与第1窄幅部57b(或第2窄幅部57c)的边界,宽度相对于长度方向的位置的变化也可以是连续的变化(图示的例子),也可以是非连续的。在宽度相对于长度方向的位置的变化连续的情况下,UU布线57或其各部的外缘可以是直线状,也可以是曲线状。换言之,宽度的变化率可以与长度方向的位置无关而一定,也可以相对于长度方向的位置而变化。在图9(以及后述的图10)中,为了容易掌握最大宽度w0等,外缘以直线表示。
另外,宽幅部57a、第1窄幅部57b以及第2窄幅部57c的长度方向(D2方向)上的范围(从其他观点出发,这些部位彼此的边界)可以适当地定义。例如,也可以第1窄幅部57b(或第2窄幅部57c)与宽幅部57a的边界被定义为第1窄幅部57b(或第2窄幅部57c)的最大宽度比宽幅部57a的最小宽度小的这一关系成立。在另一观点中,在第1窄幅部57b(或第2窄幅部57c)的宽度比宽幅部57a的宽度窄的情况下,可以视为第1窄幅部57b(或第2窄幅部57c)的最大宽度比宽幅部57a的最小宽度小。在图示的例子中,宽幅部57a包含UU布线57的最大宽度w0的位置,只要不包含D2方向的一侧的最小宽度w1的位置以及另一侧的最小宽度w2的位置,可以在任意的范围内定义宽幅部57a。
在宽幅部57a位于UU布线57的长度方向的中央(参照线CL)的情况下,例如,如上述那样定义的宽幅部57a的任意部位可以位于中央(线CL)。换言之,宽幅部57a中的最大宽度w0的部位或长度方向(D2方向)的中央的部位无需位于UU布线57的中央(线CL)。宽幅部57a的最大宽度w0的部位可以配置在适当的位置,例如,最大宽度w0的部位可以位于将UU布线57在长度方向三等分时的中央的范围。
宽幅部57a的宽度与第1窄幅部57b(或第2窄幅部57c)的宽度之差或比率可以适当设定。例如,宽幅部57a的最大宽度w0与第1窄幅部57b的最小宽度w1(或最小宽度w2)之差可以设为最大宽度w0的1%以上、2%以上或3%以上。另外,上述差可以设为最大宽度w0的50%以下、30%以下或10%以下。上述的下限值的例子和上限值的例子可以适当地组合。
第1窄幅部57b以及第2窄幅部57c(及其周边部位)可以是相对于宽幅部57a(或其中央或最大宽度w0的部位)非对称的形状(图示的例子),也可以是线对称的形状。关于前者,以下叙述一例。
例如,第1窄幅部57b的最小宽度w1与第2窄幅部57c的最小宽度w2也可以相互不同。在图示的例子中,最小宽度w2小于最小宽度w1。最小宽度w1与最小宽度w2的差或比率可以适当地设定。例如,两者之差可以为宽幅部57a的最大宽度w0的0.5%以上或者1%以上或者2以上。另外,该差可以设为最大宽度w0的30%以下、10%以下或者5%以下。上述的下限值的例子和上限值的例子可以适当地组合。
另外,例如,也可以代替上述的最小宽度的不同,或者在此基础上,从第1窄幅部57b的最小宽度w1的位置到宽幅部57a的最大宽度w0的位置的长度L1与从第2窄幅部57c的最小宽度w2的位置到宽幅部57a的最大宽度w0的位置的长度L2不同。在该情况下,可以是w2<w1且L2<L1(图示的例子),也可以是w2<w1且L2>L1。另外,长度L1与长度L2的差或比率可以适当地设定。例如,两者的差可以设为UU布线57的全长(L1+L2)的5%以上或者10%以上。另外,两者的差可以设为UU布线57的全长的70%以下或者40%以下。
另外,例如,也可以代替上述的最小宽度的不同以及/或者长度的不同,或者在此基础上,从第1窄幅部57b的最小宽度w1的位置到宽幅部57a的最大宽度w0的位置的部分的宽度的变化率与从第2窄幅部57c的最小宽度w2的位置到宽幅部57a的最大宽度w0的位置的部分的宽度的变化率不同。宽度的变化率例如可以将其平均值进行比较。即,可以将(w0-w1)/L1与(w0-w2)/L2进行比较。在该情况下,变化率大的一侧可以是相对小的最小宽度w2一侧(图示的例子),也可以相反。同样地,变化率大的一侧可以是相对短的长度L2的一侧(图示的例子),也可以相反。变化率的差或比率可以适当地设定。
以上的UU布线57的形状也可以代替UU布线57,或者在此基础上,应用于DD布线47。即,上述的说明可以将UU布线57置换为DD布线47,将UU单独电极55置换为DD单独电极45,并援用于DD布线47。
(仅一端连结于单独电极间的布线的形状的例子)
图10是将U导体层39的一部分放大表示的俯视图。
布线在其长度方向的中央具有宽幅部的结构不仅适用于两端与单独电极相连的布线(在本实施方式中为UU布线57以及DD布线47),也可以适用于仅一端与单独电极相连的布线(在本实施方式中为U布线53)。并且,图10示出了长度方向的中央部的宽幅部应用于U布线53的例子。
具体而言,U布线53具有宽幅部53a和宽度比宽幅部53a窄的第1窄幅部53b以及第2窄幅部53c。宽幅部53a位于U布线53的长度方向的中央(包括位于中央的部分)。第1窄幅部53b将宽幅部53a与U单独电极51相连。第2窄幅部53c相对于宽幅部57a位于与U单独电极51相反的一侧。
关于上述的UU布线57、宽幅部57a、第1窄幅部57b以及第2窄幅部57c的说明,可以适当地应用于U布线53、宽幅部53a、第1窄幅部53b以及第2窄幅部53c。例如,U布线53可以具有上述3个部位以外的部位,宽度的变化方式(例如,宽度的变化是否连续,宽度的变化率是否一定,在长度方向上是否对称等)也是任意的。
在UU布线57的说明中,对仅设置第1窄幅部57b及第2窄幅部57c中的一方的情况进行了叙述。在U布线53中,也可以仅设置第1窄幅部57b及第2窄幅部57c中的第1窄幅部53b。在另一观点中,例如,宽幅部53a也可以从U布线53的长度方向的中央遍及到与U单独电极51相反的一侧的端部。
如上述那样,U布线53也可以在与U单独电极51相反侧的端部具有扩宽部。该扩宽部可以隔着第2窄幅部57c而从宽幅部53a分离,也可以与宽幅部53a直接相连,宽度设为比宽幅部53a宽。
(头部中的其他结构)
虽然没有特别图示,但头部2除了头部主体7以外,还可以包括壳体、驱动器IC、布线基板等。驱动器IC例如基于来自控制部88的控制信号,经由未图示的FPC向头部主体7供给电力。例如,控制部88对驱动器IC(头部2)进行控制,以使得公共电极49、DD单独电极45以及UU单独电极55被赋予基准电位,电位相对于基准电位变动的驱动信号被单独地输入到多个U单独电极51。另外,头部主体7也可以包括向流路部件11供给液体的其他流路部件。这样的其他流路部件也可以支承其他部件,或有助于搭载头部2相对于框架70的固定。
(压电致动器的制造方法)
压电致动器13的制造方法可以适当地应用公知的方法。例如,准备成为4个绝缘层(29、33、37以及41)的4个陶瓷生片。在该陶瓷生片的上表面或者下表面涂敷成为4个导体层(31、35、39以及43)的导电膏。另外,在陶瓷生片形成贯通孔,在贯通孔中配置成为贯通导体(61和65)的导电膏。然后,层叠4个陶瓷生片并进行烧成。
上述的制造方法的例子可以适当地变更。例如,UU导体层43也可以在烧成成为绝缘层(29、33、37以及41)的陶瓷生片以及成为其他导体(31、35、39、61以及65)的导电膏之后,通过蒸镀或者溅射而形成于U压电体层41的上表面。
各种布线的宽度的变化可以适当地实现。例如,在通过丝网印刷来涂敷导电膏的情况下,与布线对应的掩模的图案的宽度变化,从而能够实现布线的宽度的变化。另外,例如,也可以将与布线对应的掩模的图案的宽度设为一定,利用涂敷后的导电膏的流动性来实现宽度的变化。具体而言,也可以与布线对应的导电膏的一部分被吸引到与单独电极对应的导电膏,从而实现布线的宽度的变化。
如上所述,本实施方式中,压电致动器13具有:压电体层(压电体层37以及/或者U压电体层41)、和直接或间接地与压电体层(37以及/或者41)重叠的导体层(DD导体层31、U导体层39或UU导体层43,以下主要以UU导体层43为例)。UU导体层43在俯视下包含相互隔开间隔的多个UU单独电极55和从多个UU单独电极55延伸的多个UU布线57。各UU布线57具有宽幅部57a和第1窄幅部57b。宽幅部57a包括位于各UU布线57的长度方向(D2方向)的中央的部分。第1窄幅部57b介于宽幅部57a与各UU布线57相连的UU单独电极55之间(直接或间接地将宽幅部57a和UU单独电极55连结),宽度比宽幅部57a(其任意部位)窄。
因此,例如,通过UU布线57的宽度在长度方向上变化,能够解除UU布线57(及其上下方向以及/或者平面方向的周围部分)的谐振模式的退化,降低UU布线57以特定的频率大幅振动的可能性。其结果,例如,压电元件27中的不需要的振动被降低,对压电元件27施加电压时的压电元件27的挠曲量的精度提高。
另外,在本实施方式中,UU布线57从相邻的UU单独电极55中的一方的UU单独电极55向另一方的UU单独电极55延伸。UU布线57如上所述具有第1窄幅部57b,并且具有第2窄幅部57c。第1窄幅部57b介于宽幅部57a与上述一方的UU单独电极55之间。第2窄幅部57c介于宽幅部57a与上述另一方的UU单独电极55之间,宽度比宽幅部57a窄。
在该情况下,在UU布线57,压电元件27的振动从两端侧传递。换言之,容易产生不需要的共振。在这样的UU布线57中,通过宽度在长度方向上变化,能够有效地发挥降低上述不需要的振动的效果。另外,第1窄幅部57b以及第2窄幅部57c位于宽幅部57a的两侧使得宽度的变化变得丰富,从该观点来看,也能够有效地发挥降低上述的无用振动的效果。
此外,本实施方式中,第1窄幅部57b的最小宽度w1与第2窄幅部57c的最小宽度w2不同。
在该情况下,例如,由于宽幅部57a的两侧的宽度的对称性消失,所以解除共振模式的退化的效果提高。即,不需要的振动降低的效果提高。另外,从一方的UU单独电极55向UU布线57的振动的传递方式与从另一方的UU单独电极55向UU布线57的振动的传递方式不同,因此,在该观点中不需要的振动被降低的效果也得以提高。
此外,在本实施方式中,从第1窄幅部57b的最小宽度w1的位置到宽幅部57a的最大宽度w0的位置的长度L1与从第2窄幅部57c的最小宽度w2的位置到宽幅部57a的最大宽度w0的位置的长度L2不同。
在该情况下,例如,由于宽幅部57a的两侧的长度的对称性消失,所以解除共振模式的退化的效果提高。另外,例如,通过与使最小宽度w1和最小宽度w2不同的方式的组合,能够进一步提高退化被解除的效果。另外,在其他观点中,根据长度来实现非对称性,因此,对于最小宽度w1与最小宽度w2的差,也可以被降低或者消除。其结果,例如,能够降低相对减小最小宽度w1以及最小宽度w2中的一方(在本实施方式中为w2)的必要性,能够降低UU布线57的电阻。
另外,在本实施方式中,从第1窄幅部57b的最小宽度w1的位置到宽幅部57a的最大宽度w0的位置的部分的宽度的变化率((w0-w1)/L1)与从第2窄幅部57c的最小宽度w2的位置到宽幅部57a的最大宽度w0的位置的部分的宽度的变化率((w0-w2)/L2)不同。
在该情况下,例如,由于宽幅部57a的两侧的宽度的变化率的对称性消失,因此解除共振模式的退化的效果提高。另外,在其他观点中,宽幅部57a的两侧的宽度的变化率不同,是指从最大宽度w0到最小宽度w1的部分的一部分或全部的形状与从最大宽度w0到最小宽度w2的部分的形状不同。根据该观点,对称性消失,解除共振模式的退化的效果提高。
另外,在本实施方式中,多个UU单独电极55各自的形状是在俯视时将圆形C1的区域和从圆形C1的区域向规定方向的两侧突出的区域R2相加而得到的形状。
在该情况下,例如,与UU单独电极55的形状为圆形C1的方式(该方式也可以包含于本公开的技术)相比,能够增大UU单独电极55的面积。另一方面,能够使多个UU单独电极55的短边方向上的密度设为与UU单独电极55的形状为圆形C的方式相等。
此外,本实施方式所涉及的液体喷出头2具有本实施方式所涉及的压电致动器13、流路部件11。流路部件11具有与压电致动器13重叠的加压面11b、其背面的喷出面11a。此外,流路部件11具有多个加压室21、多个喷出孔3。多个加压室21在加压面11b的俯视透视下与多个压电元件27单独地重叠。多个喷出孔3与多个加压室21单独地连通,在喷出面11a开口。
因此,例如,如上所述通过降低压电致动器13的不需要的振动,被赋予加压室21的压力稳定。进而,从喷出孔3喷出的液滴的精度提高。
在以上的实施方式中,压电体层37以及U压电体层41的各个或者组合是压电体层的一个例子。UU导体层43、U导体层39以及DD导体层31分别是导体层的一个例子。UU单独电极55、U单独电极51及DD单独电极45分别是单独电极的一例。UU布线57、U布线53以及DD布线47分别是布线的一个例子。
本公开所涉及的技术并不限定于上述的实施方式,可以按各种的方式进行实施。
例如,压电致动器也可以用于生成超声波的装置等液体喷出头以外的用途。另外,压电致动器也可以是不具有U压电体层41、UU导体层43、DD导体层31以及DD绝缘层29的一般的结构。另外,在实施方式的压电致动器中,也可以不设置UU导体层43以及U压电体层41的组合,或者不设置DD绝缘层29。在实施方式中,压电致动器13在向第1面13a侧赋予压力的用途中使用,但也可以在向第2面13b侧赋予压力的用途中使用。
符号说明
1...打印机(记录装置)、2...液体喷出头、7...头部主体(液体喷出头)、13...压电致动器、37...压电体层、43...UU导体层(导体层)、55...UU单独电极(单独电极)、57...UU布线(布线)、57a...宽幅部、57b...第1窄幅部。

Claims (7)

1.一种压电致动器,具有:
压电体层;和
导体层,与所述压电体层直接或者间接地重叠,
所述导体层在俯视下包含:
多个单独电极,相互隔开间隔;和
多个布线,从所述多个单独电极延伸,
所述多个布线中包含的各布线具有:
宽幅部,包含位于所述各布线的长度方向的中央的部分;和
第1窄幅部,介于所述宽幅部与所述各布线所连结的所述单独电极之间,宽度比所述宽幅部窄,
所述各布线从相邻的所述单独电极之中的一个单独电极向另一个单独电极延伸,
所述各布线具有:
所述第1窄幅部,介于所述宽幅部与所述一个单独电极之间;和
第2窄幅部,介于所述宽幅部与所述另一个单独电极之间,宽度比所述宽幅部窄。
2.根据权利要求1所述的压电致动器,其中,
所述第1窄幅部的最小宽度与所述第2窄幅部的最小宽度不同。
3.根据权利要求2所述的压电致动器,其中,
从所述第1窄幅部的最小宽度的位置到所述宽幅部的最大宽度的位置的长度与从所述第2窄幅部的最小宽度的位置到所述宽幅部的最大宽度的位置的长度不同。
4.根据权利要求2或者3所述的压电致动器,其中,
从所述第1窄幅部的最小宽度的位置到所述宽幅部的最大宽度的位置的部分中的宽度的变化率与从所述第2窄幅部的最小宽度的位置到所述宽幅部的最大宽度的位置的部分中的宽度的变化率不同。
5.根据权利要求1至3的任一项所述的压电致动器,其中,
所述多个单独电极各自的形状在俯视下是将圆形的区域和从所述圆形的区域向规定方向的两侧突出的区域相加而得到的形状。
6.一种液体喷出头,具有:
权利要求1至5的任一项所述的压电致动器;和
流路部件,具有与所述压电致动器重叠的加压面、和其背面的喷出面,
所述流路部件具有:
多个加压室,位于所述加压面侧,在所述加压面的俯视透视下与所述多个单独电极单独地重叠;和
多个喷出孔,与所述多个加压室单独地连通,在所述喷出面开口。
7.一种记录装置,具有:
权利要求6所述的液体喷出头;和
控制部,控制所述液体喷出头。
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