(57)【要約】【課題】液体吐出ヘッドにおいて、メンテナンス性を向上する。 【解決手段】液体吐出ヘッドは、圧電アクチュエータ２と、この圧電アクチュエータ２によって、その一部の側が区画される圧力室７と、この圧力室７に連通するノズル１２を有するノズルプレート５１と、圧電アクチュエータ２の背面に設けられたマグネット３０と、を備え、マグネット３０の磁力でノズルプレート５１を圧電アクチュエータ２へ吸引・固着し、圧電アクチュエータ２の駆動によって圧力室７内に充填された液体に圧力を加えて、ノズル１２から液滴を吐出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電アクチュエータと、
この圧電アクチュエータによって、その一部の側が区画される圧力室と、
この圧力室に連通するノズルを有するノズルプレートと、
前記圧電アクチュエータの背面に設けられたマグネットと、を備え、
前記マグネットの磁力で前記ノズルプレートを前記圧電アクチュエータへ吸引・固着し、前記圧電アクチュエータの駆動によって前記圧力室内に充填された液体に圧力を加えて、前記ノズルから液滴を吐出する液体吐出ヘッド。
【請求項２】
請求項１記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記圧電アクチュエータから前記ノズルプレートを取り外すための着脱機構を備える液体吐出ヘッド。
【請求項３】
請求項１又は２記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記圧電アクチュエータは、
圧電体シートと、
この圧電体シートの表裏面の各面側に設けられた第１および第２の電極と、
前記圧電体シートならびに前記第１および第２の電極をその両側から挟んで支持する高透磁率の固定部と、を備える液体吐出ヘッド。
【請求項４】
請求項３記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記圧電アクチュエータは、前記圧電体シート、ならびに前記第１および第２の電極を積層することによって構成された積層体を前記固定部を介して複数積層してブロック化してなる液体吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項３又は４記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記固定部は、フェライトからなる液体吐出ヘッド。
【請求項６】
請求項３又は４記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記固定部は、鉄鋼板を絶縁材料でできた固定シートの間に挟み込んでなる液体吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエータを備えた液体吐出ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
各種の媒体に向かって液体を吐出することによって、その媒体上に所定のパターンを形成する液体吐出ヘッドは、液体が充填される圧力室と、圧力室に連通するノズルと、圧力室内の液体に圧力を印加する圧電アクチュエータと、を少なくとも備えている。つまり、液体吐出ヘッドは、圧電アクチュエータを変形駆動させることによって圧力室内の液体に対し圧力を加え、それによってノズルから液体を吐出する。
【０００３】
例えば特許文献１には、多数のノズルを列状に並べてノズル列を構成すると共に、そのノズル一つ一つに対応するように、多数の圧力室を列状に並べて配置した液体吐出ヘッドが開示されている。この液体吐出ヘッドの圧電アクチュエータは、板状の圧電体層とそれを挟持するように圧電体層に対し積層される２つの板状電極とを含む圧電素子部を複数含んで構成されている。具体的にこの圧電アクチュエータでは、ノズルピッチ（ノズルとノズルとの間隔）に対応するように各圧電素子部が薄板形状を有しており、その薄板形状の各圧電素子部における基端側の部分同士が、絶縁層をその間に挟んで互いに接合されている。このため、この圧電アクチュエータは、複数の圧電素子部が櫛歯状に並ぶブロック状に構成されている。そうして、その互いに間隔を空けて並設された各圧電素子部の先端が各圧力室に当接するように、ブロック状の圧電アクチュエータが圧力室を区画形成する部材に対し接合されている。
【０００４】
また、例えば特許文献２には、積層圧電体として機能させる圧電素子部と、圧電体としては機能させない非圧電素子部とを、圧力室の列方向に交互に並べて配置した圧電アクチュエータを有する液体吐出ヘッドが開示されている。この圧電アクチュエータは、複数枚のグリーンシートを積層することによって構成された積層圧電体のブロックにおいて、積層方向に貫通するスリットを、その積層方向に直交する方向に所定の間隔を空けて複数、設けており、このスリットによって圧電素子部と非圧電体素子部とをそれぞれ区画するようにしている。そうして、その各圧電素子部が各圧力室に当接する一方、各非圧電素子部が圧力室と圧力室との間の区画壁に当接するように、そのブロック状の圧電アクチュエータが、圧力室を区画形成する部材に対し接合されている。
【特許文献１】特開平０９−０２９９６５号公報
【特許文献２】特開２００２−２９２８６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、こうした液体吐出ヘッドにおいては、ノズルピッチを更に狭くして、パターン形成に係る解像度を更に高めたいとする要求が存在する。
【０００６】
ところが、ノズルピッチを狭くすることに伴い、各ノズルが連通する各圧力室の幅（ノズル列方向の幅）も狭くなるため、各圧力室に接合される各圧電素子部の幅も狭くしなければならない。
【０００７】
一方で、こうした液体吐出ヘッドにおいては、高粘度の液体を吐出可能にしたいという別の要求も存在する。そのためには、圧力室内の液体に印加する圧力を更に高める必要があり、各圧電素子部の変位量を大きくすることが必要となる。
【０００８】
特許文献１に開示されている液体吐出ヘッドにおいて、前述した２つの要求を共に満たそうとすると、各圧電素子部の厚みを更に薄くしつつ、圧電素子部同士の間隔を狭くすると共に、その各圧電素子部の高さ（櫛歯状に突出する高さ）を高くしなければならない。しかしながらこうした構造の圧電アクチュエータは、各圧電素子部の剛性を確保することが困難であり、結果として前述した２つの要求を満たすことはできない。
【０００９】
また、特許文献２に開示されている液体吐出ヘッドにおいて、前述した２つの要求を共に満たそうとしたときも同様に、圧電素子部同士の間隔を狭くする必要があるが、積層された圧電素子の面積が小さくなり、各圧電素子部の剛性を確保することが困難である。結果として前述した２つの要求を満たすことはできない。
【００１０】
更に、特許文献１、特許文献２で開示された構成は、いずれも個々の圧力室に対応する圧電素子部の間に空間的な隙間が設けられている。この隙間によって、隣接する圧力室を独立して駆動する際の物理的なクロストーク（干渉）が防止されるが、ノズルピッチを小さくしようとするときに隙間そのものの存在、および隙間の加工精度の観点で工法上の問題も生じる。
【００１１】
また、メンテナンス上、ノズルの交換を簡単にしたい。
【００１２】
あるいは、ノズル穴径を変更し異なる液体を吐出させたいという要求も存在する。
【００１３】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、少なくとも１つの圧電素子部を含む圧電アクチュエータを備えた液体吐出ヘッドにおいて、その圧電素子部の厚みを薄くしたりその高さを高くしたりしても十分な剛性を確保しつつ、その変位量を増大可能にするとともに、圧電アクチュエータ配置の高密度化、ひいては当該圧電アクチュエータを用いた液体吐出ヘッドの記録密度（印字解像度）を向上することにある。また、液体吐出ヘッドにおいて、メンテナンス性を向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の液体吐出ヘッドは、圧電アクチュエータと、この圧電アクチュエータによって、その一部の側が区画される圧力室と、この圧力室に連通するノズルを有するノズルプレートと、前記圧電アクチュエータの背面（前記圧電アクチュエータにおける圧力室とは反対側の面）に設けられたマグネットと、を備え、前記マグネットの磁力で前記ノズルプレートを前記圧電アクチュエータへ吸引・固着し、前記圧電アクチュエータの駆動によって前記圧力室内に充填された液体に圧力を加えて、前記ノズルから液滴を吐出するものである。
【００１５】
この構成によると、ノズルプレートの取り付けに接着剤を使う必要が無くなり製造作業性が向上する。
【００１６】
また、本発明の液体吐出ヘッドは、前記圧電アクチュエータから前記ノズルプレートを取り外すための着脱機構を備えるものである。
【００１７】
この構成によると、ノズルプレートの交換が可能となり、メンテナンス性の向上を図ることができるとともに、ノズルプレートの仕様を必要により変更することが可能となる。
【００１８】
また、本発明の液体吐出ヘッドは、前記圧電アクチュエータは、圧電体シートと、この圧電体シートの表裏面の各面側に設けられた第１および第２の電極と、前記圧電体シートならびに前記第１および第２の電極をその両側から挟んで支持する高透磁率の固定部と、を備えるものである。
【００１９】
この構成によると、圧電体シートは、固定部で支持されることになる。このため、圧電体シートの厚みを薄くしても、その圧電体シートを含んで構成される圧電素子部の剛性は確保される。アクチュエータとして機能しない固定部を安価な材料を採用することによって、低コスト化も図ることができる。
【００２０】
また、本発明の液体吐出ヘッドは、前記圧電アクチュエータは、前記圧電体シート、ならびに前記第１および第２の電極を積層することによって構成された積層体を前記固定部を介して複数積層してブロック化してなるものである。
【００２１】
この構成によると、圧電アクチュエータの配置密度を大きくすることができる。
【００２２】
また、本発明の液体吐出ヘッドは、前記固定部は、フェライトからなるものである。
【００２３】
このように固定部として圧電体シートと同じ材料を使用することによって、圧電体の焼結の際の歪を解消することができる。ノズルプレートとフェライトで形成された固定部を直接磁力で吸着することができるので、より固着力の高い構成を実現することができる。さらに仕様の異なるノズルプレートを容易に交換することができる。
【００２４】
また、本発明の液体吐出ヘッドは、前記固定部は、鉄鋼板を絶縁材料でできた固定シートの間に挟み込んでなるものである。
【００２５】
このように固定部として安価な材料を使用することによって、低コスト化を図ることができる。 
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように、本発明によると、ノズルプレートを容易に取り外しが可能であるために、メンテナンス性の向上や、ノズル仕様を変更可能となる。 
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２８】
（第１の実施形態）
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る液体吐出ヘッド（以下、ヘッドユニットと呼称する）の斜視図、図１（ｂ）は、ヘッドユニットのノズル面を示す説明図、図１（ｃ）は、ヘッドユニットを複数備えたラインヘッドの構成図である。
【００２９】
本実施形態に係るヘッドユニット１は、そのノズル面１１に配置された各ノズル１２から、図示省略の媒体に対し、液体材料等を吐出する。複数のノズル１２が穿孔されたノズルプレート５１は、図１（ｂ）に示すように、複数のノズル１２がＸ方向（主走査方向）に所定の等間隔（３００ｄｐｉ）を空けて、ノズル列２１を例えば４列形成している。各ノズル列２１は、Ｘ方向に少しずつずれて配置され、Ｙ方向から見れば千鳥配置となっている。本実施形態では、単独のノズル列２１によるノズル密度はＸ方向に例えば３００ｄｐｉであり、４列のノズル列２１でのノズル密度は例えば１２００ｄｐｉを満足するように配置されている。Ｙ’方向、即ち各ノズル列のＹ方向（副走査方向）とのずれ角はθで図に示した。
【００３０】
また、ヘッドユニット１は、複数個並べられて図１（ｃ）に示すように、長尺のラインヘッド１００を構成する。
【００３１】
図２は、本実施形態に係るヘッドユニット１の断面図であり、図１（ａ）に示すII−II断面、即ち、ヘッドユニット１の中の１つであるノズル列２１について断面を示す。
【００３２】
ヘッドユニット１は、ノズル１２を有するノズルプレート５１と、圧電体を積層してなる圧電アクチュエータ２と、ノズルプレート５１と圧電アクチュエータ２との間に形成された圧力室７とを備えている。
【００３３】
圧電アクチュエータ２は積層構造を有し、圧電体シート３と固定部としての透磁率の高い絶縁材料でできた固定シート４とを交互に積層して焼き固められて構成されている。
【００３４】
尚、固定シート４はフェライト（Ｍ２＋Ｏ・Ｆｅ２Ｏ３）としてもよい。また、圧力室７の反対側の電極取出し面２ａに電極取出しフレキシブル基板１９が接合されている。このフレキシブル基板１９に重ねてマグネット３０が設けられている。このマグネット３０により生じる磁束は透磁率の高い固定シート４を通じてノズルプレート５１を図２に示すＺ方向に移動しないように吸引し固定している。尚、ノズルプレート５１のＸ−Ｙ面内の位置は、図外の位置決めピン等で位置規制されている。マグネット３０にはヨーク３１が接着されており、磁束を他に漏らさない効果を呈している。
【００３５】
このマグネット３０は着脱可能であり、図９にその構造と着脱方法について示す。図９（ａ）において、ノズルプレート５１は固定シート４にマグネット３０に磁力で吸引されており、通常の液滴と動作ではノズルプレート５１が離間しない十分な吸引力を有している。図９（ｂ）は、ヘッドユニット１のメンテナンス時ノズルプレート５１を着脱するときの構成動作について示した図である。図９（ａ）において、圧電アクチュエータ２はその外周部に段状切り込み部３２ａを有しており、その部分にあわせて圧電体ホルダー３２で支えられている。ヨーク３１には、回動支点３４ａを有するレバー支持部３４（着脱機構の一部）が設けられ、回動支点３４ａには着脱レバー３３（着脱機構の一部）が回動自在に取り付けられている。ノズルプレート５１を取り外す場合は、着脱レバー３３を図中矢印方向に回動させ圧電体ホルダー３２を介してマグネット３０とフレキシブル基板１９が離間する。これにより磁力がノズルプレート５１に及ばなくなり、ノズルプレート５１は容易に取り外すことができることになる。ノズルプレート５１を取り付ける場合は、逆に図９（ｂ）の状態でノズルプレート５１をセットしその後マグネット３０を吸着させればよい。
【００３６】
本実施形態に係る圧電アクチュエータ２においては、圧電体シート３および固定シート４として、所定の厚みを有する、いわゆるグリーンシートを用いており、厚みはいずれも約４２．０μｍとしている。この厚みは、ヘッドユニット１の解像度の仕様（Ｘ方向におけるノズルピッチ、Ｙ方向におけるノズルピッチ）によって適宜調整される。また、ノズルピッチと圧電特性の関係から圧電体シート３の厚みと固定シート４の厚みを異なる寸法にしてもよい。
【００３７】
以下、具体的仕様について図５を用いて説明する。
【００３８】
図５において、隣接するノズル列２１のＹ方向の間隔をＬ２＿ｓｕｂ、隣接するノズル列２１を含めＸ方向のノズルピッチをＬ２＿ｍａｉｎとする。
【００３９】
ここで、
Ｌ２＿ｓｕｂ＝４ｍｍ
とし、
Ｌ２＿ｍａｉｎ＝２５．４ｍｍ／１２００ｄｐｉ＝２１．２μｍ
とする（図１（ｂ）参照）。
【００４０】
この条件では、図５に定義するθは、
ｔａｎθ＝（Ｌ２＿ｍａｉｎ／Ｌ２＿ｓｕｂ）＝２１．２／４０００  
を満たす。従って、
θ＝０．３  （ｄｅｇ）
となる。
【００４１】
ここで、１つのノズル列２１に着目すると、ノズル１２は３００ｄｐｉの解像度で構成されており（図１（ｂ）参照）、Ｘ方向におけるノズルピッチＮＰＸは、
ＮＰＸ＝２５．４ｍｍ／３００ｄｐｉ＝８４．７μｍ
となる。
【００４２】
このとき、Ｘ方向と、圧電体シート３と固定シート４とが積層される方向（Ｘ’方向）との成す角度θ＝０．３  （ｄｅｇ）であるから、Ｘ’方向のノズルピッチ（即ち、圧電体シート３＋固定シート４の繰り返しピッチ）ＮＰＸ’は、
ＮＰＸ’＝ＮＰＸ×ｃｏｓθ＝８４．７μｍ
となる。
【００４３】
ここで、圧電体シート３と固定シート４の厚みを同じとすると、各シートの厚みは４２．３５μｍとなる。
【００４４】
圧電体シート３および固定シート４の厚みは、それぞれ異なる厚みとしてもよく、またグリーンシートの実用に供される厚みは、２〜１００μｍとされており、この範囲で適宜ヘッドユニット１の解像度仕様によって選択すればよい。
【００４５】
尚、Ｌ２＿ｓｕｂに該当する部分にはインク２３の供給流路１５または排出流路１６が設けられる（図４、図６参照）。
【００４６】
以下、図２に戻って説明を続ける。
【００４７】
圧電体シート３に電界を加える第１の電極としての制御電極５および第２の電極としてのグランド電極６は、それぞれ圧電体シート３の表裏のシート面に対向して形成されている。制御電極５は制御電極取出し配線５ａ（取出し電極）として、圧力室７とは反対側の電極取出し面２ａ側まで延伸されて露出しており、図示しない圧電アクチュエータ駆動回路に接続されたフレキシブル基板１９に接続されている。また、各グランド電極６は共通電極として図示しないスルーホール等で短絡されて電極取出し面２ａ側まで延伸されてフレキシブル基板１９に接続されている。制御電極５、グランド電極６、制御電極取出し配線５ａは例えばアルミニウムや白金でパターニングすることができる。
【００４８】
このように、図２および図５に示す構成（即ち、ブロック化した圧電アクチュエータ１８）を合わせると、本実施形態に係る圧電アクチュエータは、第１および第２の電極（制御電極５およびグランド電極６）に接続された取出し電極（制御電極取出し配線５ａ）を備え、圧電体シート３、第１および第２の電極、第１および第２の滑り層１０、ならびに固定部（固定シート４，４）を積層した方向と垂直で、かつ第１および第２の電極が配置された側を駆動端面（駆動面３ａ）とし、取出し電極は、駆動端面と対向する面（電極取出し面２ａ）に露出させたものである、ということができる。
【００４９】
圧電素子部として機能する変位動作部２ｂは、制御電極と５とグランド電極６とで挟持された範囲となる。そして、各圧力室７と１対１に対応する変位動作部２ｂの圧力室７側は、圧力室７に充填されたインク（液体）２３（図６のみ図示）に圧力を印加する駆動面（駆動端面）３ａとなる。
【００５０】
ここで、変位動作部位（圧電素子部）２ｂのＺ方向の長さは、共通電極であるグランド電極６の高さ方向に対する長さＬによって規定され、この長さＬによって、電圧印加時における変位動作部２ｂの変位量が設定される。本実施形態の構成では、長さＬをＺ方向に長く設定することが可能であり、これによって、各変位動作部２ｂの変位量を大きく設定することができる。
【００５１】
このことは、本構成に従えば、圧電体として機能する実効的なストロークを大きくできることを意味し、特に粘度が高い液体を吐出する際に有利となる。即ち、圧電アクチュエータ２によって加えられた衝撃波（および共振による振動波）は、圧力室７内で高粘度の液体の有するダンパー効果によって減衰してしまうが、大きなストロークによって、この減衰を補償することができるからである。
【００５２】
また、圧電体素子部の伸縮の応答性を考慮し、圧電体素子部のコンデンサー容量を必要以上に大きくしないように、制御電極５とグランド電極６とは必要最小限にとどめ、変位動作部２ｂ以外の圧電体シート３の部分では、これらの電極がお互いに対向しないように配線パターンが設計されている。
【００５３】
本実施形態では、更に、制御電極５と固定シート４との間およびグランド電極６と固定シート４との間には、固体潤滑材を膜状に形成した滑り層１０，１０がそれぞれ設けられている。
【００５４】
滑り層１０を構成する固体潤滑材としては、例えばモリブデン化合物である二硫化モリブデンを採用することができる。二硫化モリブデンは、図示は省略するが、層状結晶構造を有し、各層は、モリブデン層の両側を硫黄層によって挟持した構造となっている。ここで、各層におけるＭｏ原子とＳ原子との結合は強固である一方で、層と層とを繋ぐＳ原子同士の結合は非常に弱いことから、そのＳ原子同士の結合層において層間滑りが容易に生じる。従って、制御電極５と固定シート４との間およびグランド電極６と固定シートとの間に層間境界面に対し平行な層状結晶構造となるように二硫化モリブデンからなる滑り層１０，１０をそれぞれ設けることによって、圧電体シート３と固定シート４との相対変位が良好に行われる。
【００５５】
また、固体潤滑材として、グラファイトを採用することも可能である。グラファイトもまた、層状結晶構造を有し、各層においては、強い共有結合によって炭素間が繋がっているが、層と層との間は弱いファンデルワールス力によって結合している。このため、その層間で滑りが容易に発生する。従って、上述した二硫化モリブデンの場合と同様に、圧電体シート３と固定シート４との相対変位が良好に行われる。
【００５６】
また、滑り層１０として、圧電体を焼結する温度に耐えうる柔軟材を設けてもよい。この柔軟材は圧電体シート３のｄ３１方向の変位規制は受けにくいように構成されている。
【００５７】
上述した制御電極５、グランド電極６、滑り層１０は、圧電体シート３あるいは固定シート４の表面に、例えば印刷法によって形成することができる。また、各機能を満たす材料のナノ粒子を所定の溶媒に分散させ、この分散液をインクジェット法によって塗付し、更にベイク工程を経てパターンニングしてもよい。
【００５８】
尚、図２では説明の都合上、これらをデフォルメして厚く記載しているが、本実施形態では、制御電極５、グランド電極６、滑り層１０の厚みは、それぞれ５０ｎｍに設定している。これらの厚みは２０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下とすればよい。２０ｎｍ未満とすると、形成された電極としての金属膜等に欠陥が生じやすく、また１００ｎｍを越えると、電極等が配置されている駆動面３ａ側と電極取出し面２ａとのＸ方向の厚みの差異に起因して全体の歪が大きくなる。
【００５９】
電極等の厚みが５０ｎｍ程度であれば、柔軟性を備えるグリーンシートで構成される圧電体シート３、固定シート４を圧接した際に、これらの電極部分に当接するグリーンシートの部分が変形し、ほぼ所望の厚みに収めることができる。
【００６０】
また、滑り層１０としてグラファイトを用いた場合、グラファイトは導電性を有することから、滑り層１０によって制御電極５ないしはグランド電極６を兼用することが可能である。この構成において、薄層化されたグラファイトの抵抗値がＣＲ時定数の上で問題（即ち、圧電体としての応答性を阻害する要因）となる場合は、図２において滑り層１０として示す範囲を（制御電極５の代替としての）グラファイトで形成し、その他の部分（即ち、制御電極取出し配線（取出し電極）５ａ）を金属でパターニングするとよい。
【００６１】
また、図２において共通電極であるグランド電極６の高さ方向に対する長さＬより若干深く固定シート４に柔軟層２０が設けられている。この柔軟層２０はスリットであってもよい。制御電極５とグランド電極６との間に圧電体シート３の分極方向に電界が作用したとき、長さＬの範囲の圧電体シート３は圧電体のシート面方向に収縮するとともにシート面に垂直方向に僅かにナノメートルオーダーで膨張する。この膨張を阻害するとシート面方向の変位が減少する。よってこの柔軟層２０は、シート面に垂直方向の変位を自由にするために設けられている。この柔軟層２０はグリーンシートを製作するときに予めパターン化して塗布され、焼結工程で消滅あるいは柔軟材に変質する。
【００６２】
さて、圧電体シート３の駆動面３ａに対応して圧力室７が設置されている。圧力室７は、ノズルプレート５１と圧力室区画部材９、駆動面３ａ（駆動端面）により区画構成され、各圧電体シート３の駆動端面で発生した圧力が隣接する圧力室７に影響しないようにしている。尚、圧力室区画部材９は、ノズルプレート５１をエッチング等で加工して形成する。
【００６３】
更に、本実施形態においては、圧力室７と圧電アクチュエータ２の駆動面３ａの間には、コーティング層（被覆層）８を設けるようにした。コーティング層８は所定の粘弾性部材で構成されており、構造上、このコーティング層８によって圧力室７の上面が区画されている。尚、粘弾性部材は、圧力室７内に充填される液体に対する耐食性を考慮して、例えば耐溶剤性のあるゴムあるいは耐水性のあるパラキシリレン樹脂膜等によって形成するとよい。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態に係る圧電アクチュエータ２を端的に表現すると、圧電体シート３と、この圧電体シート３の表裏面の各面側に設けられた電極（制御電極５およびグランド電極６）と、圧電体シート３ならびに第１および第２の電極をその両側から挟んで支持する固定部（固定シート４，４）と、を備え、この固定部と圧電体シート３との間には、固定部に対して圧電体シート３の変位を許容する滑り層１０が設けられている圧電アクチュエータ、と表すことができる。そして、圧電体シート３および固定部は、滑り層１０を介して互いの面方向に沿って相対スライドして相対変位する。
【００６５】
以下、図３〜図６を用いて、本実施形態に係るヘッドユニット１の内部構造について詳細に説明する。
【００６６】
図３は、本実施形態に係るヘッドユニット１の内部構造を示す要部斜視図である。図３では理解を容易にするため、圧電アクチュエータ２の複数の圧電体シート３のうち数枚の圧電体シート３と固定シート４について描いているが、実際は紙面右奥に向かって積層されている。 
【００６７】
図４は、本実施形態に係るヘッドユニット１の断面図である。図４（ａ）は、図１（ｂ）に示すＹ’方向についての圧電アクチュエータ２の断面図を示しており、図４（ｂ）は、図４（ａ）の一部を拡大した図である。
【００６８】
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、変位動作部（圧電素子部）２ｂは圧力室７を介してノズル１２に対向している（図４においては、図２を用いて説明したコーティング層８は省略されている。後に説明する図８も同じ）。図４において、１５は供給流路、１６は排出流路であり、それぞれ図１に示すＸ方向に、２つのノズル列２１の間を、ノズル列２１に沿って延伸され、各圧力室７に吐出すべきインク２３を供給する。
【００６９】
供給流路１５、排出流路１６は、いわゆるインク２３の共通流路を構成しており、この共通流路は、予め圧電体シート３を各流路位置に対応して成形加工しておいてもよいし、最終的に積層、焼結された圧電体シート３を切削加工して形成してもよい。いずれにしても、本実施形態に係るヘッドユニット１においては、共通流路は積層された圧電体シート３を積層方向に貫通するように構成されている。
【００７０】
供給流路１５および排出流路１６は、複数の溝状の絞り穴１７ａが設けられた絞りプレート１７で区分されている。この絞りプレート１７は各圧力室７への液体（インク）供給条件を均一にするためのものである。インク２３は供給流路１５から複数の絞り穴１７ａを通過して各供給口１３に流入する。更に各圧力室７の排出口１４から出た液体は排出口１４から絞り穴１７ａを通して排出流路１６へ至る。
【００７１】
図５は、本実施形態に係るヘッドユニット１において、ノズルプレート５１側から圧電アクチュエータ２を見た構成図である。尚、図５は理解を容易にするためにノズルプレート５１等、一部の構成要素を透過して描いており、ノズル１２および圧力室区画部材９は二点鎖線で示している。
【００７２】
図６は、液体（インク）が循環するシステムを示した図である。インク２３は液体タンク２２から供給ポンプ２４を経て供給流路１５を通り、絞り穴１７ａ（図４、図５参照）、供給口１３（図４参照）を経て圧力室７（図３、図４等参照）に至り、更に圧力室７から排出口１４（図４参照）、絞り穴１７ａ、排出流路１６、フィルター２６、排出ポンプ２５を経てもとの液体タンク２２に戻る。
【００７３】
このように本実施形態に係るヘッドユニット１は、インク２３が常に循環している。こうした液体の循環システムは、圧力室７内の異物が存在する場合、循環経路の中に設けられたフィルター２６によって異物除去が可能である。また、気泡が発生したときでも、液体の循環により圧力室７内から気泡を除去することが可能になるという利点があり液体の吐出安定性を向上することができる。
【００７４】
圧電アクチュエータ２は、圧電体シート３、固定シート４、制御電極５、グランド電極６および滑り層１０を積層・焼結して形成するグリーンシート法で製作される。また、分極処理は、焼結後制御電極５に所定の分極処理の電圧が加えられ、図２に示す矢印方向（分極方向）に分極される。
【００７５】
このように、本実施形態に係るヘッドユニット１は、圧電体シート３、第１および第２の電極（制御電極５およびグランド電極６、図２参照）、ならびに第１および第２の滑り層１０，１０（図２参照）を積層することによって構成された積層体を固定部（固定シート４）を介して複数積層してブロック化してなる圧電アクチュエータを備えている。
【００７６】
さて、図５に示すように圧電体シート３の積層方向は、図１（ｂ）で示したＸ’―Ｙ’座標のＸ’方向に一致する。即ちノズル列２１の配列方向（Ｘ方向）に対して角度θだけ傾いた方向に積層されている（より正確には、圧電体シート３、固定シート４等を順次積層して形成した圧電アクチュエータブロック１８を、角度θだけ傾けて配置する）。この角度θは、制御電極５とグランド電極６とで挟まれた変位動作部（圧電素子部）２ｂおよび各ノズル１２はノズル密度のスペック値（例えば１２００ｄｐｉ）分ずれる角度に設定される。尚、供給流路１５、排出流路１６（図４、図６参照）の方向は、Ｘ方向に設定されている。
【００７７】
本実施形態では、圧電アクチュエータブロック１８のＸ’方向のノズル列数を４列で示したが、この列数はグリーンシートの一度に積層可能な積層数としてよい。更にノズル列２１は４列で構成されているが、４列に限らず任意の数を設定してよい。
【００７８】
このように構成することで、Ｙ’方向における圧電体シート３の長さ（これによって、実質的にＹ’方向のノズル数が設定される）、および角度θを調整することで、理論的にはＸ方向における解像度の制約をなくすことが可能となる。
【００７９】
ここで、各圧電アクチュエータブロック１８のＸ’方向における両端側は、固定シート４ａで構成され、この固定シート４ａ同士を接着して複数の圧電アクチュエータブロック１８を連結する（即ち、一体の圧電アクチュエータとする）。このとき固定シート４ａの厚みは隣接するノズルピッチに合うように他の固定シート４の１／２以下にしている。即ち、本実施形態においては、圧電アクチュエータブロック１８において、最外側の固定部（固定シート４ａ）を、他の固定部（固定シート４）と比較して厚みを薄く構成している。これによって各圧電アクチュエータブロック１８間の配置ピッチを調整することも可能である。
【００８０】
図７は、本実施形態に係るヘッドユニット１において、圧電アクチュエータ２に印加される駆動電圧波形を示す説明図である。図８（ａ）は制御電極５に正電圧（＋Ｖ１）を印加した時の圧電アクチュエータ２の状態を示す説明図、図８（ｂ）は制御電極５に負電圧（−Ｖ２）を印加した時の圧電アクチュエータ２の状態を示す説明図、図８（ｃ）は制御電極５にグランド電位を印加した時の圧電アクチュエータ２の状態を示す説明図である。
【００８１】
以下、図７、図８を用いて、図示しない駆動回路から制御電極５に図７に示す駆動電圧波形が印加された時の圧電アクチュエータ２の挙動を説明する。
【００８２】
図８（ａ）において、制御電極５に＋Ｖ１の電圧を印加すると、圧電体シート３には制御電極５からグランド電極６の方向（即ち、分極方向）に電界がかかる。その結果、圧電体シート３は圧電定数ｄ３１方向に収縮する。即ち、本実施形態に係る圧電アクチュエータ２は、圧電定数ｄ３１方向に変位する駆動面３ａを有する。これによって駆動面３ａは上方に持ち上がり、結果的に圧力室７の体積が増大して、圧力室７内にインク２３が充填される。
【００８３】
次に図８（ｂ）において、制御電極５に−Ｖ２の電圧を印加すると、圧電体シート３にはグランド電極６から制御電極５の方向（即ち、分極方向とは逆方向）に電界がかかる。その結果、圧電体シート３は圧電定数ｄ３１方向に伸長する。これによって駆動面３ａは下方に押し下げられ、結果的に圧力室７の体積が減少して、圧力室７内のインク２３に圧力が付与される。この図８（ｂ）の状態で圧力室７内のインク２３はノズル１２から外部に吐出される。
【００８４】
次に図８（ｃ）において、制御電極５にグランド電位（ＧＮＤ）の電圧を印加すると、制御電極５とグランド電極６との間の電位差が消失し、駆動面３ａは基準位置に戻り、この動作によって吐出中の液滴が切断され、所定量のインク２３がノズル１２から吐出することになる。
【００８５】
以上のように本実施形態によれば、圧電体シート３は滑り層１０を介してその両側から固定シート４，４で支持される構造となるので、圧電体シート３が薄くても十分な剛性を確保することができる。
【００８６】
変位動作部（圧電素子部）２ｂを含む圧電体シート３に対して、固定層としての固定シート４が積層されると共に、その滑り層１０と平行に第１の電極（制御電極５）および第２の電極（グランド電極６）を配置することによって、圧電体シート３の厚みを薄くして圧電素子部の厚みを薄くしたり、第１の電極および第２の電極の高さを高くして圧電素子部の高さを高くしたりしても、その圧電素子部の剛性を確保することができる。その結果、圧電素子部の十分な剛性を確保しつつ、その変位量を増大可能にすることができる。
【００８７】
また、圧電体シート３と固定シート４との間に滑り層１０等を介設することによって、圧電体シート３の変位時のエネルギ損失が低減し、圧電アクチュエータ２の変換効率を向上させることができる。
【００８８】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について図１０を用いて説明する。図１０は、本実施形態に係るヘッドユニット１の図２相当図である。第１の実施形態では、圧電体シート３と固定部としての透磁率の高い絶縁材料（フェライト）でできた固定シート４とを交互に積層して焼き固められた構成としているが、第２の実施形態では、固定部を、鉄鋼板４０を透磁率の高い絶縁材料でできた固定シート４１，４１の間に接着して挟み込んだ構成としている。このとき、固定シート４１は透磁率の高い絶縁材料でなくてもよく、圧電材料でもよい。尚、図１１のように、鉄鋼板４０を飛び飛びに配置してもよい。鉄鋼板４０の配置の密度は、マグネット３０によるノズルプレート５１の吸着特性に大きな影響がない範囲で小さくすることができる。
【００８９】
以上のように本実施形態によれば、固定部として安価な材料を使用することによって、低コスト化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
以上説明したように、本発明は、圧電アクチュエータを備えた液体吐出ヘッドに好適に利用することができ、更に、この液体吐出ヘッドを搭載した、例えばプリンタや配線プリント装置、ディスプレイ製造装置として応用可能な液体吐出装置について有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るヘッドユニットの斜視図、（ｂ）は、第１の実施形態に係るヘッドユニットのノズル面を示す説明図、（ｃ）は、第１の実施形態に係るヘッドユニットを複数備えたラインヘッドの構成図である。
【図２】第１の実施形態に係るヘッドユニットの断面図である。
【図３】第１の実施形態に係るヘッドユニットの内部構造を示す要部斜視図である。
【図４】第１の実施形態に係るヘッドユニットの断面図である。
【図５】第１の実施形態に係るヘッドユニットにおいて、ノズルプレート側から圧電アクチュエータを見た構成図である。
【図６】第１の実施形態に係るヘッドユニットにおいて、インクが循環するシステムを示した構成図である。
【図７】第１の実施形態に係るヘッドユニットにおいて、圧電アクチュエータに印加される駆動電圧波形を示す説明図である。
【図８】（ａ）は、第１の実施形態に係るヘッドユニットにおいて、制御電極に正電圧（＋Ｖ１）を印加した時の圧電アクチュエータの状態を示す説明図、（ｂ）は、第１の実施形態に係るヘッドユニットにおいて、制御電極に負電圧（−Ｖ２）を印加した時の圧電アクチュエータの状態を示す説明図、（ｃ）は、第１の実施形態に係るヘッドユニットにおいて、制御電極にグランド電位を印加した時の圧電アクチュエータの状態を示す説明図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は、第１の実施形態に係るヘッドユニットにおいて、ノズルプレートの着脱機構を示す説明図である。
【図１０】第２の実施形態に係るヘッドユニットの図２相当図である。
【図１１】第２の実施形態に係るヘッドユニットの変形例の図２相当図である。
【符号の説明】
【００９２】
１      ヘッドユニット（液体吐出ヘッド）
２      圧電アクチュエータ
２ａ    電極取出し面
２ｂ    変位動作部
３      圧電体シート
３ａ    駆動面
４      固定シート（固定部）
５      制御電極（第１の電極）
５ａ    制御電極取出し配線
６      グランド電極（第２の電極）
７      圧力室
８      コーティング層
９      圧力室区画部材
１０    滑り層
１１    ノズル面
１２    ノズル
１８    圧電アクチュエータブロック
１９    フレキシブル基板
２０    柔軟層
２１    ノズル列
３０    マグネット
３１    ヨーク
３２    圧電体ホルダー
３３    着脱レバー（着脱機構）
３４    レバー支持部（着脱機構）
３４ａ  回動支点
４０    鉄鋼板（固定部）
４１    固定シート（固定部）
５１    ノズルプレート
１００  ラインヘッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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