(57)【要約】【課題】活性部を挟む２種類の電極間の短絡や活性部の絶縁破壊が生じたときの過電流を確実に防止できる、圧電アクチュエータ装置を提供すること。【解決手段】圧電アクチュエータ装置７は、圧電層と、この圧電層に設けられた２種類の電極４２，４４と、２種類の電極４２，４４に挟まれた圧電層の活性部４６に圧電変形を生じさせるために、前記２種類の電極４２，４４間に電圧を印加するドライバＩＣ４７と、活性部４６に直列的に接続されたコンデンサ５０と有する。【選択図】図６
2010263002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電層と、
前記圧電層に設けられた２種類の電極と、
前記２種類の電極に挟まれた前記圧電層の活性部に圧電変形を生じさせるために、前記２種類の電極間に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記活性部に直列的に接続されたコンデンサと、
を有することを特徴とする圧電アクチュエータ装置。
【請求項２】
前記コンデンサの静電容量が、前記２種類の電極に挟まれた前記活性部の静電容量よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ装置。
【請求項３】
前記圧電層には、前記２種類の電極として複数の個別電極と共通電極が設けられ、前記圧電層は、前記複数の個別電極と前記共通電極とに挟まれた複数の前記活性部を有し、
前記電圧印加手段は、前記共通電極に所定の第１電位を常時付与する一方で、各個別電極の電位を、前記第１電位とこの第１電位とは異なる所定の第２電位の間で、切り換えるように構成されており、
前記共通電極と前記電圧印加手段との間に、前記コンデンサが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電アクチュエータ装置。
【請求項４】
前記圧電層には、複数の個別電極、第１共通電極及び第２共通電極の、３種類の電極が設けられ、
前記圧電層は、前記複数の個別電極と前記第１共通電極とに挟まれた複数の第１活性部と、前記複数の個別電極と前記第２共通電極とに挟まれた複数の第２活性部を有し、
前記電圧印加手段は、前記第１共通電極に所定の第１電位を常時付与するとともに、前記第２共通電極に、前記第１電位とは異なる所定の第２電位を常時付与し、さらに、各個別電極の電位を、前記第１電位と前記第２電位の間で切り換えるように構成されており、
前記第１共通電極と前記電圧印加手段との間、及び、前記第２共通電極と前記電圧印加手段との間に、前記コンデンサがそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電アクチュエータ装置。
【請求項５】
前記圧電層は、前記第１共通電極と前記第２共通電極に挟まれた寄生容量部分を有することを特徴とする請求項４に記載の圧電アクチュエータ装置。
【請求項６】
圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、前記流路ユニットに設けられて、前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータ装置を有し、
前記圧電アクチュエータ装置は、
前記圧力室を覆うように配置された圧電層と、
前記圧電層の前記圧力室と対向する領域に設けられた２種類の電極と、
前記２種類の電極に挟まれた前記圧電層の活性部に圧電変形を生じさせるために、前記２種類の電極間に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記活性部に直列的に接続されたコンデンサと、
を有することを特徴とする液体移送装置。
【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装置、及び、圧電アクチュエータ装置を備えた液体移送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、圧電層の圧電変形（圧電歪ともいう）を利用して対象を駆動する圧電アクチュエータが、様々な技術分野で広く用いられている。一般的な圧電アクチュエータは、圧電層とこの圧電層に設けられた２種類の電極とを有し、前記２種類の電極間に電圧を印加することによって、これら２種類の電極に挟まれた圧電層の部分（以下、活性部という）に圧電変形を生じさせるようになっている。
【０００３】
ところで、上述したような圧電アクチュエータにおいて、活性部のクラックや電極材料のマイグレーション等に起因して２種類の電極間に短絡が生じたり、あるいは、活性部の絶縁破壊が生じたりすると、２種類の電極間に過電流が流れ、回路部品が破壊されてしまうといった不具合が生じる。
【０００４】
特許文献１には、インクジェット記録装置用の圧電アクチュエータの、圧電素子（活性部）の短絡故障を検出する装置が開示されている。この装置は、活性部に直流電圧を印加したときのリーク電流を検出することにより、短絡を検出するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−４４３０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記特許文献１の短絡故障検出装置は、所定の検出タイミングにおいて２種類の電極間に直流電圧を印加することにより、リーク電流（過電流）の検出を行うものであるため、その電圧を印加したタイミングにおいて生じている過電流しか検出することができない。言い換えれば、所定の検出タイミングでないときに電極間に短絡が生じて過電流が流れたとしても、その過電流をすぐに検出することができない。そのため、過電流の検出が遅れて回路部品が破壊されてしまうといった不具合を未然に防止できないことも考えられる。
【０００７】
本発明の目的は、活性部を挟む２種類の電極間の短絡や活性部の絶縁破壊が生じたときの過電流を確実に防止できる、圧電アクチュエータ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明の圧電アクチュエータ装置は、圧電層と、前記圧電層に設けられた２種類の電極と、前記２種類の電極に挟まれた前記圧電層の活性部に圧電変形を生じさせるために、前記２種類の電極間に電圧を印加する電圧印加手段と、前記活性部に直列的に接続されたコンデンサとを有することを特徴とするものである。
【０００９】
２種類の電極に挟まれた、絶縁性の圧電材料からなる活性部は、ある一定の静電容量を有する一種のコンデンサとして動作する。即ち、２種類の電極間に電圧が印加されたときには、電界が作用して活性部に圧電変形が生じるとともに、活性部に充電が行われて電荷が蓄えられる。ここで、活性部を挟む２種類の電極間で、活性部のクラックや電極材料のマイグレーション等に起因する短絡が生じた場合、あるいは、活性部に絶縁破壊が生じた場合には、２種類の電極間に過電流（直流電流）が流れる虞がある。しかし、本発明では、活性部と直列的にコンデンサが接続されているため、このコンデンサによって、活性部を挟む２種類の電極の一方と電圧印加手段との間が絶縁されることになり、過電流が流れることが防止される。一方で、コンデンサによって、正常な状態で２種類の電極間の電圧が変化したときの活性部の充放電が阻害されることはなく、活性部に圧電変形を生じさせることができる。
【００１０】
第２の発明の圧電アクチュエータ装置は、前記第１の発明において、前記コンデンサの静電容量が、前記２種類の電極に挟まれた前記活性部の静電容量よりも大きいことを特徴とするものである。
【００１１】
コンデンサに印加される電圧が、活性部に印加される電圧と比べて小さくなるため、駆動に必要な電圧を活性部に与えることが可能となる。
【００１２】
第３の発明の圧電アクチュエータ装置は、前記第１又は第２の発明において、前記圧電層には、前記２種類の電極として複数の個別電極と共通電極が設けられ、前記圧電層は、前記複数の個別電極と前記共通電極とに挟まれた複数の前記活性部を有し、
前記電圧印加手段は、前記共通電極に所定の第１電位を常時付与する一方で、各個別電極の電位を、前記第１電位とこの第１電位とは異なる所定の第２電位の間で、切り換えるように構成されており、
前記共通電極と前記電圧印加手段との間に、前記コンデンサが設けられていることを特徴とするものである。
【００１３】
圧電層に設けられた２種類の電極のうち、一方の電極が、第１電位と第２電位の間で電位が切り換えられる複数の個別電極であり、他方がこれら複数の個別電極との間で複数の活性部を挟み込むように配置され、常に一定電位（第１電位）が付与される共通電極である場合には、共通電極側にコンデンサを１つ設けるだけで、全ての活性部における過電流を防止できる。
【００１４】
第４の発明の圧電アクチュエータ装置は、前記第１又は第２の発明において、前記圧電層には、複数の個別電極、第１共通電極及び第２共通電極の、３種類の電極が設けられ、
前記圧電層は、前記複数の個別電極と前記第１共通電極とに挟まれた複数の第１活性部と、前記複数の個別電極と前記第２共通電極とに挟まれた複数の第２活性部を有し、
前記電圧印加手段は、前記第１共通電極に所定の第１電位を常時付与するとともに、前記第２共通電極に、前記第１電位とは異なる所定の第２電位を常時付与し、さらに、各個別電極の電位を、前記第１電位と前記第２電位の間で切り換えるように構成されており、
前記第１共通電極と前記電圧印加手段との間、及び、前記第２共通電極と前記電圧印加手段との間に、前記コンデンサがそれぞれ設けられていることを特徴とするものである。
【００１５】
圧電層に、複数の個別電極と、これら複数の個別電極との間で複数の活性部（第１活性部、第２活性部）を挟み込むように配置される、２種類の共通電極（第１共通電極、第２共通電極）の、合計３種類の電極が設けられている場合には、第１共通電極側と第２共通電極側にそれぞれ１つずつコンデンサを設けることで、３種類の電極間でそれぞれ生じる過電流を全て防止できる。
【００１６】
第５の発明の圧電アクチュエータ装置は、前記第４の発明において、前記圧電層は、前記第１共通電極と前記第２共通電極に挟まれた寄生容量部分を有することを特徴とするものである。
【００１７】
第１共通電極と第２共通電極にはそれぞれ常時第１電位と第２電位が付与されるため、第１共通電極と第２共通電極との間には常時電圧が印加され、これらの電極間に挟まれた、駆動のための活性部として使用されない容量成分（寄生容量）には常に電界が作用する。そのため、この寄生容量部分において第１共通電極と第２共通電極との間に短絡等が生じたときには、過電流が連続して流れることになってしまう。しかし、本発明では、コンデンサによって、第１共通電極及び第２共通電極と、電圧印加手段との間が絶縁されて、第１共通電極と第２共通電極の間の過電流が防止されることから、上記のような問題は生じない。
【００１８】
第６の発明の液体移送装置は、圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、前記流路ユニットに設けられて、前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータ装置を有し、
前記圧電アクチュエータ装置は、前記圧力室を覆うように配置された圧電層と、前記圧電層の前記圧力室と対向する領域に設けられた２種類の電極と、前記２種類の電極に挟まれた前記圧電層の活性部に圧電変形を生じさせるために、前記２種類の電極間に電圧を印加する電圧印加手段と、前記活性部に直列的に接続されたコンデンサとを有することを特徴とするものである。
【００１９】
特に、液体移送装置用の圧電アクチュエータ装置においては、圧電層にクラックが発生したときに、このクラックに液体が浸入することによって２種類の電極間の短絡が生じることがある。しかし、本発明では、活性部と直列的にコンデンサが接続されているため、このコンデンサによって、活性部を挟む２種類の電極の一方と電圧印加手段との間が絶縁されるため、２種類の電極間に短絡等が生じても過電流が流れることはない。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、活性部と直列的にコンデンサが接続されているため、このコンデンサによって、活性部を挟む２種類の電極の一方と電圧印加手段との間が絶縁されることになり、２種類の電極間の短絡や活性部の絶縁破壊が生じた場合の過電流が防止される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態に係るプリンタの概略平面図である。
【図２】インクジェットヘッドの平面図である。
【図３】図２の一部拡大図である。
【図４】図３のIV-IV線断面図である。
【図５】図３のV-V線断面図である。
【図６】第１実施形態の圧電アクチュエータ装置の等価回路図である。
【図７】第２実施形態に係るインクジェットヘッドの図５相当の断面図である。
【図８】第２実施形態の圧電アクチュエータ装置の等価回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（第１実施形態）
次に、本発明の第１実施形態について説明する。この第１実施形態は、記録用紙に対してノズルからインクの液滴を噴射する、液体移送装置の一種であるインクジェットヘッドに本発明を適用した一例である。
【００２３】
まず、第１実施形態のインクジェットヘッドを備えたプリンタ１の概略構成について説明する。図１は、第１実施形態に係るプリンタ１の概略平面図である。この図１に示すように、プリンタ１は、所定の走査方向（図１の左右方向）に沿って往復移動可能に構成されたキャリッジ２と、このキャリッジ２に搭載されたインクジェットヘッド３と、記録用紙Ｐを、走査方向と直交する搬送方向に搬送する搬送機構４等を備えている。
【００２４】
キャリッジ２は、走査方向（図１の左右方向）に平行に延びる２本のガイド軸１７に沿って往復移動可能に構成されている。また、キャリッジ２には、無端ベルト１８が連結されており、キャリッジ駆動モータ１９によって無端ベルト１８が走行駆動されたときに、キャリッジ２は、無端ベルト１８の走行に伴って走査方向に移動するようになっている。尚、プリンタ１には、走査方向に間隔を空けて配列された多数の透光部（スリット）を有するリニアエンコーダ１０が設けられている。一方、キャリッジ２には、発光素子と受光素子とを有する透過型のフォトセンサ１１が設けられている。そして、プリンタ１は、キャリッジ２の移動中にフォトセンサ１１が検出したリニアエンコーダ１０の透光部の計数値（検出回数）から、キャリッジ２の走査方向に関する現在位置を認識できるようになっている。
【００２５】
このキャリッジ２には、インクジェットヘッド３が搭載されている。インクジェットヘッド３は、その下面（図１の紙面向こう側の面）に多数のノズル３０（図２〜図５参照）を備えている。このインクジェットヘッド３は、搬送機構４により図１の下方（搬送方向）に搬送される記録用紙Ｐに対して、図示しないインクカートリッジから供給されたインクを多数のノズル３０から噴射するように構成されている。
【００２６】
搬送機構４は、インクジェットヘッド３よりも搬送方向上流側に配置された給紙ローラ１２と、インクジェットヘッド３よりも搬送方向下流側に配置された排紙ローラ１３とを有する。給紙ローラ１２と排紙ローラ１３は、それぞれ、給紙モータ１４と排紙モータ１５により回転駆動される。そして、この搬送機構４は、給紙ローラ１２により、記録用紙Ｐを図１の上方からインクジェットヘッド３へ搬送するとともに、排紙ローラ１３により、インクジェットヘッド３によって画像や文字等が記録された記録用紙Ｐを図１の下方へ排出する。
【００２７】
次に、インクジェットヘッド３（液体移送装置）について説明する。図２はインクジェットヘッド３の平面図、図３は図２の一部拡大図、図４は図３のIV-IV線断面図、図５は図３のV-V線断面図である。図２〜図５に示すように、インクジェットヘッド３は、ノズル３０や圧力室２４を含むインク流路が形成された流路ユニット６と、圧力室２４内のインクに圧力を付与する圧電アクチュエータ装置７とを備えている。
【００２８】
まず、流路ユニット６について説明する。図４、図５に示すように、流路ユニット６はキャビティプレート２０、ベースプレート２１、マニホールドプレート２２、及びノズルプレート２３を備えており、これら４枚のプレート２０〜２３が積層状態で接合されている。このうち、キャビティプレート２０、ベースプレート２１及びマニホールドプレート２２は、それぞれ、ステンレス鋼等の金属材料からなる平面視で略矩形状の板である。そのため、これら３枚のプレート２０〜２２に、後述するマニホールド２７や圧力室２４等のインク流路をエッチングにより容易に形成することができるようになっている。また、ノズルプレート２３は、例えば、ポリイミド等の高分子合成樹脂材料により形成され、マニホールドプレート２２の下面に接着剤で接合される。あるいは、このノズルプレート２３も、他の３枚のプレート２０〜２２と同様にステンレス鋼等の金属材料で形成されていてもよい。
【００２９】
図２〜図５に示すように、４枚のプレート２０〜２３のうち、最も上方に位置するキャビティプレート２０には、平面に沿って配列された複数の圧力室２４がプレート２０を貫通する孔により形成されている。また、複数の圧力室２４は、搬送方向（図２の上下方向）に千鳥状に２列に配列されている。また、図４、図５に示すように、複数の圧力室２４は上下両側から、後述する圧電アクチュエータ装置７の圧電層４０及びベースプレート２１によりそれぞれ覆われている。さらに、各圧力室２４は、平面視で走査方向（図２の左右方向）に長い、略楕円形状に形成されている。  
【００３０】
図３、図４に示すように、ベースプレート２１の、平面視で圧力室２４の長手方向両端部と重なる位置には、それぞれ連通孔２５，２６が形成されている。また、マニホールドプレート２２には、平面視で、２列に配列された圧力室２４の連通孔２５側の部分と重なるように、搬送方向に延びる２つのマニホールド２７が形成されている。これら２つのマニホールド２７は、キャビティプレート２０に形成されたインク供給口２８に連通しており、図示しないインクタンクからインク供給口２８を介してマニホールド２７へインクが供給される。さらに、マニホールドプレート２２の、平面視で複数の圧力室２４のマニホールド２７と反対側の端部と重なる位置には、それぞれ、複数の連通孔２６に連なる複数の連通孔２９も形成されている。
【００３１】
さらに、ノズルプレート２３の、平面視で複数の連通孔２９にそれぞれ重なる位置には、複数のノズル３０が形成されている。図２に示すように、複数のノズル３０は、搬送方向に沿って２列に配列された複数の圧力室２４の、マニホールド２７と反対側の端部とそれぞれ重なるように配置されている。
【００３２】
そして、図４に示すように、マニホールド２７は連通孔２５を介して圧力室２４に連通し、さらに、圧力室２４は、連通孔２６，２９を介してノズル３０に連通している。このように、流路ユニット６内には、マニホールド２７から圧力室２４を経てノズル３０に至る個別インク流路３１が複数形成されている。
【００３３】
尚、図２においては、説明の簡単のため、１つのインク供給口２８に連なる１種類の流路構造（マニホールド２７、圧力室２４、ノズル３０等）のみが描かれているが、インクジェットヘッド３が、図２に示されている流路構造が走査方向に複数並べて設けられた構成を有し、複数色（例えば、ブラック、イエロー、シアン、マゼンタの４色）のインクをそれぞれ噴射可能な、カラーインクジェットヘッド３であってもよい。
【００３４】
次に、圧電アクチュエータ装置７について説明する。図２〜図５に示すように、圧電アクチュエータ装置７は、流路ユニット６の上面に配置された２枚の圧電層４０，４１と、圧電層４０，４１に設けられた複数の個別電極４２、及び、共通電極４４と、複数の個別電極４２と共通電極４４の間に駆動電圧を印加するドライバＩＣ４７（電圧印加手段）とを備えている。
【００３５】
２枚の圧電層４０，４１は、共に、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との固溶体であり強誘電体であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする圧電材料からなり、互いに積層されている。また、下側の圧電層４０は、複数の圧力室２４を覆った状態で、流路ユニット６（キャビティプレート２０）の上面に接合されている。
【００３６】
上側の圧電層４１の上面の、複数の圧力室２４と対向する領域には、複数の個別電極４２がそれぞれ配置されている。各々の個別電極４２は圧力室２４よりも一回り小さい略楕円形の平面形状を有し、圧力室２４の中央部と対向している。また、図２に示すように、複数の個別電極４２の端部からは、複数の接点部４５が個別電極４２の長手方向に沿ってそれぞれ引き出されている。これら複数の接点部４５は、図示しないフレキシブルプリント配線板（Flexible Printed Circuit：ＦＰＣ）を介してドライバＩＣ４７と電気的に接続されている。一方、２枚の圧電層４０，４１の間には、圧電層４１を挟んで複数の個別電極４２と共通に対向する共通電極４４が配置されている。
【００３７】
ドライバＩＣ４７は、複数の個別電極４２の電位を、グランド電位（第１電位）とこのグランド電位とは異なる所定の駆動電位（第２電位）との間で切り換える。また、ドライバＩＣ４７は、共通電極４４の電位を常にグランド電位に保持する。従って、ドライバＩＣ４７により、ある個別電極４２に前記駆動電位が付与されたときには、この個別電極４２と、常時グランド電位に保持されている共通電極４４との間に、所定の電圧（電位差）が発生することになる。
【００３８】
また、上側の圧電層４１の、個別電極４２と共通電極４４とに挟まれた部分は、予め、その厚み方向に分極されており、ドライバＩＣ４７によって２種類の電極４２，４４間に電圧が印加されたときに圧電変形（圧電歪）が生じる活性部４６となっている。
【００３９】
次に、インク噴射時における圧電アクチュエータ装置７の作用について説明する。ある個別電極４２に対して、ドライバＩＣ４７から駆動電位が付与されることにより、この個別電極４２と共通電極４４との間に電圧が印加されたときには、個別電極４２と共通電極４４の間に挟まれた活性部４６に厚み方向の電界が作用する。この電界の方向は活性部４６の分極方向と平行であるから、活性部４６が厚み方向と直交する面方向に収縮する。また、下側の圧電層４０はキャビティプレート２０に固定されているため、上側の圧電層４１の活性部４６が面方向に収縮するのに伴って、下側の圧電層４０の圧力室２４と対向する部分が圧力室２４側に凸となるように変形する（ユニモルフ変形）。このとき、圧力室２４内の容積が減少するために圧力室２４内のインク圧力が上昇し、この圧力室２４に連通するノズル３０からインクが噴射される。
【００４０】
ところで、個別電極４２と共通電極４４の間には、絶縁材料である圧電材料からなる圧電層４１（活性部４６）が存在するため、２種類の電極４２，４４の間に電圧が印加されても、正常な状態では、これら電極４２，４４の間に直流電流が流れることはない。しかし、例えば、圧電層４０，４１にクラックが発生した場合に、圧力室２４内のインク、あるいは、圧電層４０，４１の周囲に浮遊するミスト状のインクが、クラックに浸入することにより、個別電極４２と共通電極４４とが短絡することがある。また、電極４２，４４の間に電圧が印加されたときに、活性部４６内の電界方向に沿って陽極（個別電極４２）側から陰極（共通電極４４）側へ電極材料が移動する現象（マイグレーション）によって、短絡が生じることもある。さらに、活性部４６の厚みが薄い場合に、この活性部４６に作用する電界の強度によっては絶縁破壊が発生することもある。そして、個別電極４２と共通電極４４の間の短絡や、活性部４６の絶縁破壊が生じたときには、個別電極４２と共通電極４４の間に大きな直流電流（過電流）が流れることになる。
【００４１】
このような過電流が発生すると、ドライバＩＣ４７等の回路部品に許容値を超える電流が流れ、回路部品が破壊されてしまう虞がある。また、クラック内に浸入したインク中の水分が、電極４２，４４の間を流れる直流電流によって電気分解されるという現象も起こりえる。この場合には、陽極である個別電極４２側で酸素ガスが、陰極である共通電極４４側で水素ガスが発生することになり、ガス発生時の局部的な圧力上昇によって圧電層４０，４１の層間剥離といった問題も生じる。そこで、第１実施形態の圧電アクチュエータ装置７は、２種類の電極４２，４４の間の短絡や活性部４６の絶縁破壊が生じたときでも、電極４２，４４の間に過電流が流れることが防止されるように構成されている。
【００４２】
図６に、圧電アクチュエータ装置７の等価回路を示す。２種類の電極４２，４４に挟まれた、絶縁性の圧電材料からなる活性部４６は、ある一定の静電容量を有する一種のコンデンサとして動作する。即ち、２種類の電極４２，４４の間に電圧が印加されたときには、電界が作用して活性部４６に圧電変形が生じるとともに、活性部４６に充電が行われて電荷が蓄えられる。また、２種類の電極４２，４４の間の電圧が０（個別電極４２の電位がグランド電位）になったときには、活性部４６は、蓄えられた電荷を放電しつつ元の形状に戻る。従って、図６に示すように、活性部４６は、静電容量Ｃｐのコンデンサ素子で表現できる。また、図６では、１つの活性部４６しか示されていないが、実際には、静電容量Ｃｐのコンデンサ素子が、互いに独立してドライバＩＣ４７と接続されている個別電極４２の数だけ存在する。
【００４３】
共通電極４４は、ドライバＩＣ４７のグランド端子（ＧＮＤ）と接続されて、常にグランド電位が付与される。また、個別電極４２には、グランド電位と駆動電位の一方が選択的に付与される。その上で、共通電極４４とドライバＩＣ４７のグランド端子（ＧＮＤ）との間には、活性部４６と直列的に接続された、静電容量がＣ０のコンデンサ５０が設けられている。
【００４４】
正常な状態では、個別電極４２と共通電極４４の間に電圧が印加されても電極４２，４４の間に直流電流は流れない。しかし、電極４２，４４の間に短絡が生じたり、あるいは、活性部４６の絶縁破壊が生じたりすると、個別電極４２と共通電極４４の間に大きな直流電流が流れる虞がある。しかし、共通電極４４とドライバＩＣ４７の間のコンデンサ５０によって、共通電極４４とドライバＩＣ４７とが絶縁された状態となっていることから、電極４２，４４の間に短絡等が生じても過電流が流れることはない。一方で、コンデンサ５０によって、正常な状態で２種類の電極４２，４４の間に電圧が印加されたときの活性部４６の充放電が阻害されることはなく、活性部４６に圧電変形を生じさせることができる。
【００４５】
尚、コンデンサ５０は、個別電極４２とドライバＩＣ４７との間に設けられても上記と同様の効果が得られるが、複数の個別電極４２は、互いに独立した状態でドライバＩＣ４７と接続されていることから、複数の個別電極４２とドライバＩＣ４７の出力端子との間に、複数のコンデンサ５０をそれぞれ設ける必要がある。そのため、コンデンサ５０の数が多くなってコストアップになるし、多数のコンデンサ５０を設置するスペースをドライバＩＣ４７と個別電極４２とを接続するＦＰＣ等に確保する必要がある。一方、この第１実施形態では、共通電極４４側に１つのコンデンサ５０を設けるだけで、全ての活性部４６における過電流の発生を防止することができるため、コストアップを抑制でき、また、コンデンサ５０の設置スペースを小さくして小型化が可能となる。
【００４６】
また、ドライバＩＣ４７の出力電圧は、直列的に接続されている活性部４６とコンデンサ５０に分圧されて印加される。具体的には、ドライバＩＣ４７の出力電圧をＥ、活性部４６に印加される電圧をＶｐ、活性部４６（個別電極４２）の総数をｎとすると、Ｖｐは数式１で示される。
【００４７】
【数１】
2010263002.tif 000003
【００４８】
この数式１からわかるように、コンデンサ５０の静電容量Ｃ０が大きいほど、活性部４６に印加される電圧Ｖｐの値は大きくなる。つまり、コンデンサ５０に無駄に印加される電圧を小さくして、ノズル３０から正常にインクを噴射させるために最低限必要な電圧を確保するという観点からは、コンデンサ５０の静電容量Ｃ０は、活性部４６の静電容量Ｃｐの総和ｎ×Ｃｐよりも大きいことが好ましい。
【００４９】
さらに、コンデンサ５０の静電容量Ｃ０について詳細に検討する。ドライバＩＣ４７の出力電圧Ｅに対する、活性部４６を変形させるのに最低限必要とされる電圧Ｖｐの値の比を、許容率αとすると、数式２の関係が成り立つ。さらに、数式１と数式２からＶｐを消去すると、数式３の関係が得られる。従って、許容率αを所定値に設定したときに、コンデンサ５０の静電容量Ｃ０を数式３の右辺以上に設定すればよい。
【００５０】
【数２】
2010263002.tif 000004
【００５１】
【数３】
2010263002.tif 000005
【００５２】
また、許容率αの設定方法であるが、１つの方法はドライバＩＣ４７の出力電圧に対して、何％がコンデンサ５０でのロスとして許容されるかによって決定する。この観点からは、最低限必要とされる電圧Ｖｐに対してドライバＩＣ４７の出力電圧が大きく、余裕がある場合には許容率αを小さくできるし、余裕が小さい場合には許容率αを大きくとる必要がある。
【００５３】
さらに、同時にインクを噴射するノズル３０の数（即ち、同時に駆動される活性部４６の数）が多い場合と少ない場合とで、各活性部４６に印加される電圧Ｖｐの差が、インクの噴射特性に影響を及ぼさない程度に、αの値を決定することも必要になる。
【００５４】
これについて具体例を挙げて説明する。Ｅ＝３０Ｖ、ｎ＝８００、Ｃｐ＝１５０ｐＦの条件で、許容率α＝０．９９と設定したときには、コンデンサ５０の静電容量Ｃ０は、数式３から、Ｃ０＝１１．９μＦ＝１１９００ｐＦとなる。また、全てのノズル３０からインクを噴射させる場合に、各活性部４６に印加される電圧Ｖｐは、３０×０．９９＝２９．７（Ｖ）であり、コンデンサ５０に印加される電圧ロスは３０−２９．７＝０．３（Ｖ）となる。
【００５５】
一方、インクを噴射するノズル３０の数が１個の場合には、そのノズル３０に対応する１つの活性部４６に印加される電圧Ｖｐは、数式１にＣ０＝１１．９μＦ、ｎ＝１、Ｃｐ＝１５０ｐＦを代入することで得られ、ほぼ３０Ｖとなる。従って、全てのノズル３０からインクを噴射する場合と、１個のノズル３０のみからインクを噴射する場合とで、各活性部４６に印加される電圧の差は、０．３Ｖとなる。この電圧の差は、インクの噴射特性に影響を及ぼさない範囲である。
【００５６】
逆に言えば、インクの噴射特性に影響を及ぼさない、印加電圧のばらつき許容範囲を予め設定した上で、全てのノズル３０からインクを噴射する場合と、１つのノズル３０のみからインクを噴射する場合での、各活性部４６の印加電圧の差が、前記ばらつき許容範囲に収まるように、許容率αを決定すればよい。
【００５７】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態のインクジェットヘッドは、圧電アクチュエータ装置の構成が前記第１実施形態と異なっており、それ以外については前記第１実施形態と同じである。尚、前記第１実施形態と同じ構成については、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
【００５８】
図７は、第２実施形態のインクジェットヘッド３Ａの、第１実施形態の図５に相当する断面図である。図７に示すように、この第２実施形態の圧電アクチュエータ装置７Ａは、３枚の圧電層６０，６１，６２、複数の個別電極６３、第１共通電極６４、及び、第２共通電極６５を有する。
【００５９】
３枚の圧電層６０〜６２は、それぞれ、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との混晶であるチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする強誘電性の圧電材料によって形成されており、互いに積層された状態で、複数の圧力室２４を覆うようにキャビティプレート２０の上面に配置されている。
【００６０】
最上層の圧電層６２の上面の、複数の圧力室２４と対向する領域には複数の個別電極６３が設けられている。各個別電極６３は、圧力室２４とほぼ同じ平面形状を有し、最上層の圧電層６２の上面の、圧力室２４と対向する領域全体に設けられている。第１共通電極６４は、最下層の圧電層６０と中間の圧電層６１との間のほぼ全域に連続的に形成されている。第２共通電極６５は、中間層の圧電層６１と最上層の圧電層６２との間に設けられている。また、第２共通電極６５は、複数の圧力室２４の略中央部とそれぞれ対向する複数の電極部分６５ａを含んでおり、これら複数の電極部分６５ａは、図示しない領域において全て導通している。
【００６１】
ドライバＩＣ６７は、複数の個別電極６３の電位を、グランド電位（第１電位）とこのグランド電位とは異なる所定の駆動電位（第２電位）との間で切り換える。また、ドライバＩＣ６７は、第１共通電極６４の電位を常時グランド電位に保持するとともに、第２共通電極６５（複数の電極部分６５ａ）の電位を常時前記駆動電位に保持する。従って、ドライバＩＣ６７により、ある個別電極６３にグランド電位が付与されているときには、この個別電極６３と、常時駆動電位に保持されている第２共通電極６５との間に電圧が発生する。また、ドライバＩＣ６７により、ある個別電極６３に駆動電位が付与されているときには、この個別電極６３と、常時グランド電位に保持されている第１共通電極６４との間に電圧が発生する。
【００６２】
また、最上層の圧電層６２及び中間層の圧電層６１の、複数の個別電極６３と第１共通電極６４とに挟まれた部分（図７における圧力室２４の左右両端部と対向する部分）は、予め、その厚み方向に分極されており、これらの部分は、ドライバＩＣ６７によって電極６３，６４間に電圧が印加されたときに圧電変形（圧電歪）が生じる活性部（第１活性部６８）となっている。また、最上層の圧電層６２の、複数の個別電極６３と第２共通電極６５とに挟まれた部分（図７における圧力室２４の中央部と対向する部分）も、予め、その厚み方向に分極されており、これらの部分は、ドライバＩＣ６７によって電極６３，６５間に電圧が印加されたときに圧電変形が生じる活性部（第２活性部６９）となっている。
【００６３】
以上説明した圧電アクチュエータ装置７Ａの、インク噴射時における動作について述べる。前述したように、ドライバＩＣ６７によって、第１共通電極６４は常時グランド電位に保持される一方、第２共通電極６５は、常時駆動電位が印加されている。また、インクを噴射しない待機状態においては、ドライバＩＣ６７によって、全ての個別電極６３にグランド電位が付与されている。
【００６４】
この待機状態では、個別電極６３と第２共通電極６５の間に電圧が印加されることになり、第２活性部６９に厚み方向の電界が作用する。この電界の方向は第２活性部６９の分極方向と平行であるから、第２活性部６９が厚み方向と直交する面方向に収縮する。これにより、圧電層６０〜６２の圧力室２４と対向する部分が、圧力室２４側（図７における下側）に凸となるように変形した状態となっている。このとき、圧力室２４は、圧電層６０が変形していない状態と比較して、その容積が小さくなっている。
【００６５】
この状態から、ドライバＩＣ６７によって、ある個別電極６３の電位がグランド電位から駆動電位に切り換えられると、この個別電極６３と第２共通電極６５の間に電圧が印加されなくなり、第２活性部６９の変形が元に戻る。これと同時に、個別電極６３と第１共通電極６４との間には電圧が印加されることになるため、第１活性部６８に厚み方向の電界が作用する。この電界の方向は第１活性部６８の分極方向と平行であるから、第１活性部６８が厚み方向と直交する面方向に収縮する。これにより、圧電層６０〜６２の圧力室２４の略中央部と対向する部分が上方に引っ張られることとなり、圧電層６０〜６２の圧力室２４と対向する部分は全体として圧力室２４と反対側（図７上側）に凸となるように変形して、圧力室２４の容積が増加する。
【００６６】
その後、ドライバＩＣ６７によって、個別電極６３の電位が再びグランド電位に戻されると、個別電極６３と第１共通電極６４の間に電圧が印加されなくなり、第１活性部６８の変形が元に戻る。同時に、第２活性部６９が再び面方向に収縮して、圧電層６０〜６２の圧力室２４と対向する部分が全体として圧力室２４側に凸となる。このときに、圧力室２４の容積が大きく減少するため、圧力室２４内のインクの圧力が増加して、圧力室２４に連通するノズル３０からインクが噴射される。
【００６７】
以上の第２実施形態の圧電アクチュエータ装置７Ａにおいても、前記第１実施形態と同様に、電極６３〜６５間の短絡や活性部６８，６９の絶縁破壊が生じると、電極６３〜６５間に過電流が流れる虞がある。
【００６８】
また、特に、この第２実施形態においては、第１共通電極６４と第２共通電極６５には、それぞれ、グランド電位と駆動電位が常時付与されるため、中間層の圧電層６１の、第１共通電極６４と第２共通電極６５とに挟まれた部分は、圧電アクチュエータ装置７Ａの駆動には何ら寄与しないにも関わらず、常時電圧が印加される寄生容量部分７０となる。この寄生容量部分７０には常に厚み方向の電界が作用するため、この寄生容量部分７０において第１共通電極６４と第２共通電極６５との間に短絡等が生じたときには、過電流が常時流れることになってしまう。すると、ドライバＩＣ６７の回路部品等の破壊という問題に加えて、クラックに浸入したインクの電気分解が長期間連続して行われることになり、ガスの発生の問題が大きくなる。
【００６９】
尚、第１共通電極６４をパターニングして、第２共通電極６５とは対向しない形状にすることは可能であるが、基準電位であるグランド電位が常時付与される第１共通電極６４は、個別電極６３の電位切り換えによる電位変動が小さく抑えられるように、その面積をできるだけ大きくすることが好ましい。そのために、この第２実施形態では、第１共通電極６４は圧電層６０の上面全域に形成されており、パターニングはなされていない。
【００７０】
そこで、この第２実施形態の圧電アクチュエータ装置７Ａは、前記第１実施形態と同様に、電極６３〜６５間の短絡や活性部６８，６９の絶縁破壊が生じたときでも、電極６３〜６５間に過電流が流れることが防止されるように構成されている。
【００７１】
図８に、圧電アクチュエータ装置７Ａの等価回路を示す。この図８では、個別電極６３と第１共通電極６４に挟まれた第１活性部６８を静電容量Ｃｐ１のコンデンサ、個別電極６３と第２共通電極６５に挟まれた第２活性部６９を静電容量Ｃｐ２のコンデンサで示している。また、第１共通電極６４と第２共通電極６５に挟まれた寄生容量部分７０を、静電容量Ｃｐ３のコンデンサで示している。第１共通電極６４は、ドライバＩＣ６７のグランド端子（ＧＮＤ）と接続されて、常にグランド電位が付与される。第２共通電極６５は、図示しない電源に繋がるドライバＩＣ６７の給電端子（ＶＤＤ）と接続されて、常に駆動電位が付与される。また、個別電極６３には、グランド電位と駆動電位の一方が選択的に付与される。
【００７２】
その上で、第１共通電極６４とドライバＩＣ６７のグランド端子との間には、第１活性部６８と直列的に接続された、静電容量がＣ１のコンデンサ７１が設けられている。また、第２共通電極６５とドライバＩＣ６７の給電端子との間には、第２活性部６９と直列的に接続された、静電容量がＣ２のコンデンサ７２が設けられている。
【００７３】
コンデンサ７１によって第１共通電極６４とドライバＩＣ６７とが絶縁された状態となっていることから、第１共通電極６４と個別電極６３との間に過電流が流れることはない。また、コンデンサ７２によって第２共通電極６５とドライバＩＣ６７とが絶縁された状態となっていることから、第２共通電極６５と個別電極６３との間にも過電流が流れることはない。さらに、コンデンサ７１，７２によって、第１共通電極６４と第２共通電極６５との間の過電流も防止される。
【００７４】
尚、コンデンサが、個別電極６３とドライバＩＣ６７との間に設けられてもよいが、この場合には、複数の個別電極６３とドライバＩＣ６７との間に、複数のコンデンサをそれぞれ設ける必要がある。また、個別電極６３側にコンデンサが設けられただけでは、寄生容量部分７０を流れる過電流を防止することはできない。一方、この第２実施形態では、第１共通電極６４及び第２共通電極６５側に、コンデンサ７１，７２を１つずつ設けるだけで、３種類の電極６３〜６５間における過電流を全て防止することができる。
【００７５】
また、コンデンサ７１の静電容量Ｃ１及びコンデンサ７２の静電容量Ｃ２については、第１活性部６８の静電容量の総和（ｎ×Ｃｐ１）及び第２活性部６９の静電容量の総和（ｎ×Ｃｐ２）よりも大きいことが好ましい。さらに、前記第１実施形態と同様に、コンデンサにおける電圧のロスを考慮し、また、複数の第１活性部６８の間、及び、複数の第２活性部６９間での印加電圧ばらつきがインクの噴射特性に影響を与えない範囲に収まるように、コンデンサ７１，７２の静電容量Ｃ１，Ｃ２を決定することが好ましい。
【００７６】
以上説明した第１実施形態や第２実施形態の圧電アクチュエータ装置は、本発明を適用可能な構成の一例を示すものであり、本発明はこれらの構成に限られるものではない。
【００７７】
例えば、前記第１実施形態や第２実施形態では、圧電層の活性部は、２種類の電極に、圧電層の厚み方向に挟まれたものであったが、圧電層の一表面に２種類の電極が形成されることにより、活性部が、圧電層の前記一表面の表層部分であって、２種類の電極に圧電層の面方向に挟まれたものであってもよい。また、電極の種類は２種類や３種類に限られず、互いに異なる電位が付与されうる４種類以上の電極が圧電層に設けられたものであってもよい。
【００７８】
前記第１実施形態及び前記第２実施形態は、本発明を、記録用紙にインクを噴射して画像等を記録するインクジェットヘッド用の圧電アクチュエータに適用したものであるが、本発明の適用対象は、このようなインクジェットヘッド用の圧電アクチュエータに限られない。また、液体を取り扱う装置に用いられる圧電アクチュエータに限られるものでもない。導電性の液体が付着しない環境で用いられる圧電アクチュエータにおいても、マイグレーションによる電極間の短絡や、活性部の絶縁破壊は生じ得ることから、このような圧電アクチュエータに本発明を適用することは意義がある。
【符号の説明】
【００７９】
３，３Ａ  インクジェットヘッド
６  流路ユニット
７，７Ａ  圧電アクチュエータ装置
２４  圧力室
４０，４１  圧電層
４２  個別電極
４４  共通電極
４６  活性部
４７  ドライバＩＣ
５０  コンデンサ
６０〜６２  圧電層
６３  個別電極
６４  第１共通電極
６５  第２共通電極
６８  活性部
６８  第１活性部
６９  第２活性部
６７  ドライバＩＣ
７０  寄生容量部分
７１，７２  コンデンサ
【図１】
2010263002.tif 000006
【図２】
2010263002.tif 000007
【図３】
2010263002.tif 000008
【図４】
2010263002.tif 000009
【図５】
2010263002.tif 000010
【図６】
2010263002.tif 000011
【図７】
2010263002.tif 000012
【図８】
2010263002.tif 000013