(57)【要約】【課題】引き打ちを行う液滴噴射装置及び液体移送装置において、耐久性を高くし、消費電力を低減する。【解決手段】インクジェットヘッド３において、圧電アクチュエータ３２は、複数の圧力室１０を覆うように流路ユニット３１の上面に配置された導電性基材４２と導電性基材４２の上面に形成された絶縁層４３とを有する振動板４０と、振動板４０の上面の圧力室１０に対向する領域に圧力室１０の幅方向の一方の縁から、圧力室１０の幅方向に延びた圧電層４１が形成されている。振動板４０の下面には、圧力室１０の幅方向の他方の縁から幅方向に延びた凹部４２ａが形成されている。圧電層４１の上面には個別電極４５が形成され、下面には共通電極４４が形成されている。振動板４０の上面のうち、圧電層４１が形成されていない部分には個別電極４５に接続された配線５０が形成されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を噴射する液滴噴射装置であって、
ノズルに連通する圧力室を含む流路ユニットと、
前記圧力室を覆うように前記流路ユニットの一表面に配置され、前記圧力室と反対側の面は絶縁性を有する板材、この板材の前記圧力室と反対側の面の、前記圧力室と重なる領域において、前記圧力室の所定の方向の一方の縁からその所定の方向に延びるように配置された圧電層、この圧電層の一方の面に配置された個別電極、及び、前記圧電層の他方の面に配置された共通電極とを有し、前記圧力室の容積を変化させ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とを備え、
この圧電層の前記圧力室と対向する部分の前記所定の方向における長さは前記圧力室の前記所定の方向における長さの半分よりも短く、
前記板材の前記圧力室と反対側の面の、前記圧電層が配置されていない領域であって前記圧力室と重なる領域に、前記個別電極に接続された配線が形成されている液滴噴射装置。
【請求項２】
前記圧力室は、前記板材の面方向に直交する方向から見て、前記圧力室の重心を通り前記所定の方向と直交する直線に関して対称な形状を有している請求項４に記載の液滴噴射装置。
【請求項３】
前記圧力室は細長い形状を有しており、前記所定の方向は、前記圧力室の短手方向である請求項４に記載の液滴噴射装置。
【請求項４】
前記板材は、
前記流路ユニットの一表面に配置された板状の導電性基材と、
この導電性基材の前記圧力室と反対側の面に形成された絶縁層とを有する請求項４に記載の液滴噴射装置。
【請求項５】
前記板材は、絶縁性材料により構成されている請求項４に記載の液滴噴射装置。
【請求項６】
前記圧電層の前記圧力室と対向する部分の前記所定の方向における長さは、前記圧力室の前記所定の方向における長さの１２分の１〜３分の１である請求項４に記載の液滴噴射装置。
【請求項７】
前記圧電層の前記圧力室と対向する部分の前記所定の方向における長さが、前記圧力室の前記所定の方向における長さの４分の１である請求項９に記載の液滴噴射装置。
【請求項８】
前記板材の前記圧力室に対向する部分に、他の部分よりも厚さが薄い薄肉部が形成され、
この薄肉部は、前記圧電層と重ならない領域を有する請求項４に記載の液滴噴射装置。
【請求項９】
前記薄肉部が、前記圧力室の前記所定の方向における他方の縁から前記所定の方向に延びており、且つ、前記圧電層に重ならない請求項１１に記載の液滴噴射装置。
【請求項１０】
前記薄肉部の前記所定の方向における長さは、前記圧電層の前記所定の方向における長さよりも長い請求項１２に記載の液滴噴射装置。
【請求項１１】
前記薄肉部の前記所定の方向における長さは、前記圧力室の前記所定の方向における長さの半分以上である請求項１３に記載の液滴噴射装置。
【請求項１２】
液体を移送する液体移送装置において、
圧力室を含む流路ユニットと、
前記圧力室を覆うように前記流路ユニットの一表面に配置された板材、この板材の前記圧力室と反対側の面の前記圧力室と対向する領域において、所定の方向における一方の縁のみからその所定の方向に延びるように配置された圧電層、この圧電層の一方の面に配置された個別電極、及び、前記圧電層の他方の面に配置された共通電極とを有し、前記圧力室の容積を変化させ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とを備え、
この圧電層の前記圧力室と対向する部分の前記所定の方向の長さは前記圧力室の前記所定の方向の長さの半分よりも短く、
前記板材の前記圧力室と反対側の面の、前記圧電層が配置されていない領域であって前記圧力室と重なる領域に、前記個別電極に接続された配線が形成されている液体移送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴を噴射する液滴噴射装置及び液体を移送する液体移送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ノズルに連通する圧力室内のインクに圧力を付与してノズルからインクを吐出し、記録媒体に記録を行うインクジェットヘッド（液滴噴射装置）において、圧電アクチュエータにより圧力室を覆うように配置された振動板を変形させることにより圧力室内のインクに圧力を付与するものがある。例えば、特許文献１（特開２００５−１２５７４３号公報（図３））に記載のインクジェットヘッドにおいては、振動板の上面に圧電層が形成されており、圧電層の上面の圧力室に重なる部分には、上部電極（個別電極）が形成されている。そして、上部電極の電位を下部電極である振動板よりも高くすることによって振動板を圧力室側に凸になるように変形させて圧力室内のインクに圧力を付与してノズルからインクを吐出する、いわゆる押し打ちを行っている。
【０００３】
特許文献１に記載のインクジェットヘッドにおいては、前述の押し打ちのほか、いわゆる引き打ちを行うことも可能である。すなわち、上部電極の電位を予め振動板よりも高い電位にして、振動板を圧力室側に凸になるように変形させておき、インクの吐出要求がある毎に一旦振動板の変形を元に戻した後、所定のタイミングで再び振動板を変形させることによってノズルからインクを吐出することができる。このような引き打ちでは、振動板の変形を元に戻したときに圧力室内に発生する負の圧力波が正に反転するタイミングで再び振動板を圧力室側に凸に変形させて圧力波を重ね合わせることにより、圧力室内のインクに付与する圧力を押し打ちを行う場合よりも大きくすることができる。このため、引きうちを行うほうが押し打ちを行うよりも低電圧駆動が可能となる。
【０００４】
これに対して、特許文献２（特開２００４−１６６４６３号公報）に記載のインクジェットヘッドは、複数の圧力室が形成された流路ユニットと、複数の圧電シート、並びにそれらの間に交互に配置された個別電極（駆動電極）及び共通電極（コモン電極）を有する圧電アクチュエータとを備えており、個別電極と共通電極は、圧電シートの面に直交する方向から見て、圧力室と重なり且つ圧力室の縁に沿うような環状に形成されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１２５７４３号公報（図３）
【特許文献２】特開２００４−１６６４６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のインクジェットヘッドにおいて引き打ちを行うためには、インクの吐出を行わないときに常に上部電極を振動板よりも高い電位にし、圧電層に電界を印加し続けておく必要がある。このため、圧電層の耐久性が低下する虞がある。また、消費電力も大きくなってしまう。
【０００７】
一方、特許文献２に記載の圧電アクチュエータは、共通電極がグランド電位に保持された状態で、個別電極に駆動電圧が印加されると、複数枚の圧電シートが圧力室と反対側に凸となるように変形する。そのため、前述のような引き打ちを行うことができる。しかも、この場合には、インクを吐出するタイミングにおいてのみ個別電極に駆動電圧を印加すればよい。従って、インクの吐出タイミング以外では圧電層に電界が付与されず、圧電層に分極劣化が生じにくくなることから、アクチュエータの耐久性も高くなるという利点がある。  
【０００８】
しかしながら、特許文献２の圧電アクチュエータにおいては、クロストークなどの問題から、各個別電極とドライバＩＣとを結ぶ配線は、圧電シートの最上面の個別電極と重ならない領域に形成される。ここで、各個別電極は、平面視で圧力室とほぼ重なる大きさであるため、圧電シートの最上面の、配線を形成しうる領域は、実質上、圧力室と重ならない領域に制限される。このため、圧力室を高密度に配置する際に、各個別電極とドライバＩＣとを結ぶ配線の取り回しが非常に困難になる。特に、圧力室を３列以上の多列に配置する場合には、内側の列に配置された圧力室に対応する個別電極からの配線の取り回しが問題となる。これまでは、このような場合には、ＦＰＣ等の配線部材を利用する方法が採られることが多かったが、接続強度が非常に弱く機械的接続の信頼性に欠ける。
【０００９】
本発明の目的は、耐久性が高く、消費電力の小さいことに加えて、高密度に配置された圧力室に対応した配線ができる液滴噴射装置及び液体移送装置を提供することである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
本発明の第１の態様によれば、液滴を噴射する液滴噴射装置であって、ノズルに連通する圧力室を含む流路ユニットと、前記圧力室を覆うように前記流路ユニットの一表面に配置され、前記圧力室と反対側の面は絶縁性を有する板材、この板材の前記圧力室と反対側の面の、前記圧力室と重なる領域において、前記圧力室の所定の方向の一方の縁からその所定の方向に延びるように配置された圧電層、この圧電層の一方の面に配置された個別電極、及び、前記圧電層の他方の面に配置された共通電極とを有し、前記圧力室の容積を変化させ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とを備え、この圧電層の前記圧力室と対向する部分の前記所定の方向における長さは前記圧力室の前記所定の方向における長さの半分よりも短く、前記板材の前記圧力室と反対側の面の、前記圧電層が配置されていない領域であって前記圧力室と重なる領域に、前記個別電極に接続された配線が形成されている液滴噴射装置が提供される。
【００１５】
本発明の第１の態様によると、個別電極と共通電極との間に電位差を発生させ、圧電層のこれらの電極に挟まれた部分に電界を発生させると、板材（例えば振動板）の圧電層が配置された部分の端部がそり上がるように変形し、圧力室の容積が増加する。したがって、個別電極と共通電極との間に電位差を発生させることにより圧力室の容積を増加させ、その後、個別電極と共通電極との間の電位差をなくして圧力室の容積を元に戻すことにより、圧力室内の液体に圧力を付与して、ノズルから液滴を噴射することができる。これにより、圧力室の容積を一旦増加させてから元に戻すことによってノズルから液滴を噴射する引き打ちを行う場合、液滴を噴射しないときに予め個別電極と共通電極との間に電位差を発生させておく必要がなく、圧電層の耐久性が向上するとともに消費電力を低減することができる。ただし、圧電層の所定の方向の長さが長すぎると、振動板の圧電層が配置された部分の中間部が圧力室側にへこんで、圧力室の容積が減少してしまうので、圧電層の所定の方向の長さは圧力室の所定の方向の半分よりも短いことが好ましい。また、本発明の第１の態様によれば、例えば振動板等の板材の圧力室と重なる領域には圧電層が形成されていない部分が存在し、さらに、振動板の圧力室と反対側の面が絶縁性を有するため、この圧電層が形成されていない部分にも配線を形成することができる。したがって、板材の圧力室と反対側の面における、個別電極に電圧を印加するための配線の配置自由度が高まる。つまり、個別電極（又は圧力室）が多数存在する場合には、配線を高密度に配置できる。また、圧電層が形成されていない部分に配線を形成することにより、配線により圧電層に余分な静電容量が発生するのを防止し、エネルギー損失を低減することができる。さらに、ＦＰＣ等の外部配線を利用しないため、配線の機械的接続強度を上げることができる。
【００１６】
本発明の液滴噴射装置において、前記圧力室は、前記板材の面方向に直交する方向から見て、前記圧力室の重心を通り前記所定の方向と直交する直線に関して対称な形状を有していてもよい。この場合には、圧力室は重心を通る直線に関して対称であるので、圧電層を、この直線に対してどちら側にも配置することもでき、圧電層の配置の自由度が高くなる。また、本発明の液滴噴射装置において、前記圧力室は細長い形状を有しており、前記所定の方向は、前記圧力室の短手方向であってもよい。この場合には、圧力室を容易に高密度に配置することができる。
【００１７】
本発明の液滴噴射装置において、前記板材は、前記流路ユニットの一表面に配置された板状の導電性基材と、この導電性基材の前記圧力室と反対側の面に形成された絶縁層とを有していてもよい。これによると、金属材料などからなる導電性基材の表面に絶縁層を形成することにより、圧力室と反対側の面において絶縁性を有する板材を容易に形成することができる。
【００１８】
また、本発明の液滴噴射装置においては、前記板材は、絶縁性材料により構成されていてもよい。これによると、表面が絶縁性の板材を容易に形成することができる。
【００１９】
本発明の液滴噴射装置において、前記圧電層の前記圧力室と対向する部分の前記所定の方向における長さは、前記圧力室の前記所定の方向における長さの１２分の１〜３分の１であってもよい。これによると、個別電極と共通電極との間に電位差を発生させたときに、圧力室の容積を確実に増加させることができる。
【００２０】
また、本発明の液滴噴射装置においては、前記圧電層の前記圧力室と対向する部分の前記所定の方向における長さが、前記圧力室の前記所定の方向における長さの４分の１であってもよい。これによると、個別電極と共通電極との間に電位差を発生させたときに圧力室の容積を特に大きく増加させることができる。
【００２１】
また、本発明の液滴噴射装置においては、板材の圧力室に対向する部分に、他の部分よりも厚さが薄い薄肉部が形成され、この薄肉部は、圧電層と重ならない領域を有してもよい。これによると、振動板の薄肉部が形成された部分において振動板が特に変形しやすくなっているため、個別電極と共通電極との間に電位差を発生させたときに圧力室の容積が大きく増加する。
【００２２】
本発明の液滴噴射装置において、薄肉部が、圧力室の所定の方向における他方の縁から所定の方向に延びており、且つ、圧電層に重ならなくてもよい。これによると、個別電極と共通電極との間に電位差を発生させたときの圧力室の容積の増加量をさらに大きくすることができる。
【００２３】
本発明の液滴噴射装置において、薄肉部の所定の方向における長さは、圧電層の所定の方向における長さよりも長くてもよい。これによると、個別電極と共通電極との間に電位差を発生させたときの圧力室の容積の増加量をさらに大きくすることができる。
【００２４】
本発明の液滴噴射装置において、薄肉部の所定の方向における長さは、圧力室の所定の方向における長さの半分以上であってもよい。これによると、個別電極と共通電極との間に電位差を発生させたときの圧力室の容積の増加量を一層大きくすることができる。
【００２５】
【００２６】
【００２７】
本発明の第２の態様によれば、液体を移送する液体移送装置において、圧力室を含む流路ユニットと、前記圧力室を覆うように前記流路ユニットの一表面に配置された板材、この板材の前記圧力室と反対側の面の前記圧力室と対向する領域において、所定の方向における一方の縁のみからその所定の方向に延びるように配置された圧電層、この圧電層の一方の面に配置された個別電極、及び、前記圧電層の他方の面に配置された共通電極とを有し、前記圧力室の容積を変化させ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とを備え、この圧電層の前記圧力室と対向する部分の前記所定の方向の長さは前記圧力室の前記所定の方向の長さの半分よりも短く、前記板材の前記圧力室と反対側の面の、前記圧電層が配置されていない領域であって前記圧力室と重なる領域に、前記個別電極に接続された配線が形成されている液体移送装置が提供される。
【００２８】
本発明の第２の態様によれば、圧力室の容積を一旦増加させてから元に戻すことによってノズルから液体を移送する、いわゆる引き打ちを行う場合、液体を移送しないときに予め個別電極と共通電極との間に電位差を発生させておく必要がなく、圧電層の耐久性が向上するとともに消費電力を低減することができる。ただし、圧電層の所定の方向の長さが長すぎると、板材の圧電層が配置された部分の中間部が圧力室側にへこんで、圧力室の容積が減少してしまうので、圧電層の所定の方向の長さは圧力室の所定の方向の半分よりも短いことが好ましい。また、板材の圧力室と重なる領域には圧電層が形成されていない部分が存在し、さらに、振動板の圧力室と反対側の面が絶縁性を有するため、この圧電層が形成されていない部分にも配線を形成することができる。したがって、板材の圧力室と反対側の面における、個別電極に電圧を印加するための配線の配置自由度が高まる。つまり、個別電極（又は圧力室）が多数存在する場合には、配線を高密度に配置できる。また、圧電層が形成されていない部分に配線を形成することにより、配線により圧電層に余分な静電容量が発生するのを防止し、エネルギー損失を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施の形態は、本発明を、ノズルからインクを吐出することによって記録用紙に印字を行うインクジェットプリンタに適用した一例である。
【００３０】
図１は、本実施の形態に係るインクジェットプリンタの概略斜視図である。図１に示すように、インクジェットプリンタ１は、走査方向（図１の左右方向）に移動可能なキャリッジ２と、キャリッジ２に設けられて記録用紙Pにインクを吐出するシリアル式のインク
ジェットヘッド３と、記録用紙Pを図１の前方（紙送り方向）に搬送する搬送ローラ４を
備えている。インクジェットヘッド３は、キャリッジ２と一体的に移動しつつ、その下面に設けられたノズル１５（図２参照）から記録用紙Pにインクを吐出して印字を行う。ま
た、インクジェットヘッド３により印字が行われた記録用紙Pは、搬送ローラ４により紙
送り方向に排出される。
【００３１】
次にインクジェットヘッド３について図２〜図５を用いて説明する。図２は、インクジェットヘッド３の平面図である。図３は、図２の部分拡大図である。図４は、図３のIV−IV線断面図である。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、圧力室１０を含む複数の個別インク流路が形成された流路ユニット３１と、流路ユニット３１の上面に配置された圧電アクチュエータ３２とを有している。
【００３２】
流路ユニット３１は、図４、図５に示すように、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を有し、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の３枚は、ステンレス鋼などの金属材料からなり、これら３枚のプレート２０〜２２には、後述する圧力室１０、マニホールド１１などのインク流路がエッチングなどの方法により形成されている。また、ノズルプレート２３はポリイミド等の高分子合成樹脂材料からなり、マニホールドプレート２２の下面に接着される。あるいは、他の３枚のプレート２０〜２２と同様に、マニホールドプレート２３もステンレス鋼などの金属材料によって構成されていてもよい。
【００３３】
図２〜図５に示すように、キャビティプレート２０には、紙送り方向に３列に配列された複数の圧力室１０（例えば１５個）が形成されている。図３に示すように、各圧力室１０は、平面視で、走査方向（図２の左右方向）に長い略長円形状に形成されている。さらに、各圧力室１０は、各圧力室１０の重心を通る、走査方向に平行な直線Ｌに対して対称な形状である。なお、本実施の形態では、圧力室の短手方向を所定の方向とし、圧力室１０の幅Ｗｃ（所定の方向における長さ）は約３００μｍである。
【００３４】
ベースプレート２１の、平面視で圧力室１０の長手方向の両端部に重なる位置には、それぞれ連通孔１２、１３が形成されている。マニホールドプレート２２には、紙送り方向に延びたマニホールド１１が形成されている。図２、図３に示すようにマニホールド１１は、３列に配列された圧力室１０の略右半分に重なるように形成されている。また、マニホールド１１は後述する振動板４０に形成されたインク供給口９に連通しており、マニホールド１１にはインク供給口９からインクが供給される。また、マニホールドプレート２２には、平面視で複数の圧力室１０の長手方向の、マニホールド１１と反対側の端部に、それぞれ、連通孔１３に連通する連通孔１４が形成されている。
【００３５】
さらに、ノズルプレート２３には、平面視で複数の連通孔１４に重なる位置にそれぞれノズル１５が形成されている。ノズルプレート２３が合成樹脂材料から構成されている場合には、複数のノズル１５はエキシマレーザ加工などにより形成することができ、ノズルプレート２３が金属材料から構成されている場合には、複数のノズル１５はプレス加工などの方法により形成することができる。
【００３６】
そして、マニホールド１１は、各連通孔１２を介して各圧力室１０に連通している。また、圧力室１０は、それぞれ連通孔１３、１４を介してノズル１５に連通している。このように、流路ユニット３１には、マニホールド１１から各圧力室１０を経て各ノズル１５に連通する複数の個別インク流路が形成されている。
【００３７】
次に、圧電アクチュエータ３２について説明する。圧電アクチュエータ３２は、流路ユニット３１の上面に配置された板材である振動板４０と、振動板４０の上面に複数の圧力室１０に対応して配置された圧電層４１と、圧電層４１の上面に配置された個別電極４５と、圧電層４１の下面に配置された共通電極４４とを有している。
【００３８】
振動板４０は、厚みが約２０μｍの略矩形状の板である導電性基材４２と、導電性基材４２の上面に形成された、厚みが約２μｍの絶縁層４３とからなり、振動板４０の上面は絶縁性を有している。ここで、導電性基材４２は、例えば、ステンレス鋼等の鉄系合金、銅系合金、ニッケル系合金、あるいは、チタン系合金などからなる。また、導電性基材４２は流路ユニット３１の上面に複数の圧力室１０を覆うように配設され、キャビティプレート２０に接合されている。また、導電性基材４２の下面には、圧力室１０の所定の方向における一方の縁（図５における左側の縁）に対向する部分から、圧力室１０の幅方向（所定の方向）の中心側に延びた凹部４２ａが形成されている。凹部４２ａが形成された部分の導電性基材４２の厚みは、他の部分よりも薄くなっている（薄肉部となっている）。凹部４２ａの幅Ｗｓは、圧力室１０の幅Ｗｃの約半分である。つまり、凹部４２ａの幅Ｗｓは約１５０μｍである。また、導電性基材４２は常にグランド電位に保持されており、後述するように導電性基材４２に接続された共通電極４４がグランド電位に保持される。
【００３９】
絶縁層４３は、導電性基材４２の上面の全域にわたって形成されている。この絶縁層４３の圧力室１０に対向する部分の一部には絶縁層４３を貫通するスルーホール４３ａが形成され、スルーホール４３ａには導電性材料４９が充填されている。
【００４０】
振動板４０の上面の、平面視で圧力室１０と重なる領域において、図５の圧力室１０の右側の縁（所定方向において、圧力室１０の、凹部４２ａと対向する側と反対側の縁）に対向する部分から、圧力室１０の短手方向中央側に向かって延びた圧電層４１が形成されている。圧電層４１は、チタン酸鉛とジルコン酸鉛の固溶体であり強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分としている。圧電層４１の幅Ｗｐは、後述するように圧力室１０の幅Ｗｃの半分よりも短いことが好ましく、本実施の形態では、圧電層４１の幅Ｗｐは圧力室１０の幅Ｗｃの４分の１、つまり、約７５μｍになっている。また、圧力室１０の長手方向に関して、圧電層４１は圧力室１０をほぼ覆っている。圧電層４１は、例えば、非常に小さい圧電材料の粒子を、基板に吹き付けて高速で衝突させることにより、基板の表面に堆積させるエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）により形成することができる。また、圧電層４１は、スパッタ法、化学蒸着法（ＣＶＤ法）、ゾルゲル法及び水熱合成法によって形成することも可能である。または、ＰＺＴのグリーンシートを焼成させることによって生成した圧電シートを所定の大きさに切断し、振動板４０の上面に貼り付けることも可能である。
【００４１】
圧電層４１の下面及び上面にはそれぞれ、圧電層４１をほぼ覆うように共通電極４４及び個別電極４５が形成されている。共通電極４４及び個別電極４５は、金、銅、銀、パラジウム、白金、あるいは、チタンなどの導電性材料からなる。共通電極４４は、スルーホール４３ａに充填された導電性材料４９を介して導電性基材４２に電気的に接続されており、グランド電位に保持されている。
【００４２】
また、絶縁層４３の上面の、圧電層４１が形成されていない部分には、個別電極４５に接続された配線５０が形成されている。配線５０は、図２の個別電極４５の長手方向の右端から図２の右方に延びており、図示しないドライバＩＣに接続されている。そして、ドライバＩＣから配線５０を介して複数の個別電極４５の電位が制御される。
【００４３】
次に、圧電アクチュエータ３２の動作について図６を用いて説明する。ドライバＩＣにより個別電極４５に選択的に電位が付与されると、個別電極４５と共通電極４４との間に電位差が生じ、これらの間に挟まれた圧電層４１に厚み方向の電界が生じる。圧電層４１の分極方向がこの電界の方向と同じであれば、圧電層４１は、厚み方向に直交する水平方向に収縮する。ここで振動板４０の圧力室１０の縁の部分はキャビティプレート２０に固定されて変形が拘束されているため、この収縮に伴って、図６に示すように、振動板４０の圧電層４１に対向する部分の左端部が圧力室１０と反対側（上方）にそり上がるように変形する。この変形に伴って振動板４０の圧電層４１よりも左側の部分も上方に押し上げられる。ただし、圧電層４１の幅が長すぎると、振動板４０の圧電層４１に重なる部分の幅方向における中間部が圧力室１０側に下がってしまい、圧力室１０の容積が減少してしまう場合がある。したがって、圧電層４１の幅は前述したように圧力室１０の幅の半分よりも短いことが好ましい。また、導電性基材４２の圧電層４１に対向しない部分には凹部４２ａが形成されてその厚みが薄くなっており、振動板４０は、凹部４２ａが形成された部分において変形しやすくなっている。振動板４０の凹部４２が形成された部分は、凹部４２ａが形成されていない場合よりも大きく上方に押し上げられる。これにより、圧力室１０内の容積が増加し、圧力室１０内のインクの圧力が減少するため、マニホールド１１から圧力室１０内にインクが流れ込む。
【００４４】
そして、振動板４０を変形させたときに圧力室１０内に発生した負の圧力波が正に反転したタイミングで個別電極４５の電位をグランド電位に戻すと、振動板４０の変形が元に戻り、圧力室１０内の容積も元に戻る。このとき、振動板４０を変形させたときに発生した圧力波と振動板４０の変形を元に戻したときに発生する圧力波とが重ね合わされ、圧力室１０内の圧力が増加するので、圧力室１０に連通するノズル１５から記録用紙Ｐにインクが吐出される。
【００４５】
以上に説明したような、個別電極４５と共通電極４４との間に電位差を発生させたときの圧力室１０の容積の変化量は、圧力室１０の幅、圧電層４１の幅及び／又は凹部４２ａの幅などによって異なり、これらの幅の選び方によっては個別電極４５と共通電極４４との間に電位差を発生させたときに、圧力室１０の容積がかえって小さくなってしまう場合もある。そこで、圧力室１０の幅、圧電層４１の幅及び凹部４２ａの幅と、個別電極４５と共通電極４４との間に電位差を発生させたときの圧力室１０の容積の増加量との関係について図７〜図１１を用いて説明する。
【００４６】
圧力室１０の幅及び圧電層４１の幅と、圧力室１０の容積の増加量との関係を調べるためのシミュレーションモデル（以下、単にモデルと記載する）として、図７に示すように、幅がＷｃで高さがＨｃである圧力室１０が形成されたキャビティプレート２０と、キャビティプレート２０の上面全体に形成され、厚さがＨｖである導電性基材４２及び導電性基材４２の上面全体に形成され、厚さがＨｉである絶縁層４３からなる振動板４０と、圧力室１０の幅方向の一方の縁から圧力室１０の幅方向に延び、幅がＷｐで厚さがＨｐである圧電層４１と、圧電層４１の下面全体に形成され、厚さが０である共通電極４４（図７には図示しない）と、圧電層４１の上面全体に形成され、厚さが０である個別電極４５（図７には図示しない）とからなる断面を考える。このような断面において、個別電極４５と共通電極４４との間に電位差を発生させたときの振動板４１の下面の各点における上下方向の変位量をシミュレーションにより求めた。図８にシミュレーションの結果を示す。図８の横軸は、圧力室１０の幅方向中心を原点とした、圧力室の幅方向における位置を示し、縦軸は振動板４０の上下方向の変位量を示している。モデルに用いた圧力室１０は、幅Ｗｃが３００μｍ、高さＨｃが５０μｍであり、導電性基材４２は厚さＨｖが２０μｍであり、絶縁層４３は厚さＨｉが２μｍであり、圧電層４１は厚さＨｐが１０μｍに固定され、幅Ｗｐはそれぞれ２５，５０，７５，１００，１２５，１５０及び２００（又は１７５）μｍであり、個別電極４５と共通電極４４との間の電位差は２０（Ｖ）である。図８の各グラフには、圧電層の幅Ｗｐを上述のいずれかの長さに設定した場合における、圧力室１０の幅方向の位置に対する振動板４０の上下方向の変位量が示されている。図８に示された結果を、圧力室１０の幅方向（図７の左右方向）に関して積分することによって、図９に示すように、振動板４０の変形に起因した、この断面における圧力室１０の断面積の増加量を求めることができる。ここで、この断面積の増加量が大きいほど圧力室１０の容積の増加量が大きい。また、圧力室１０の容積の増加量が負の値の場合には、圧力室１０の容積が減少している。
【００４７】
図９に示すように、圧電層４１の幅Ｗｐが大きくなりすぎると（このシミュレーションパターンではＷｐ＞１２０μｍ）圧力室１０の断面積の増加量が負の値になり、振動板４０の変形により圧力室１０の容積が小さくなることになるので、この場合には引き打ちを行うことができない。
【００４８】
さらに、図９に示したシミュレーション結果から、圧電層４１の幅が２５μｍから１００μｍの間にある場合、つまり、圧電層４１の幅が圧力室１０の幅の１２分の１から３分の１の間である場合には、断面積の増加量は確実に正の値になり、この範囲においては、振動板４０の変形により圧力室１０の容積は確実に増加する。さらに、この中でも、圧電層４１の幅Ｗｐが７５μｍであるとき、つまり、圧電層４１の幅Ｗｐが圧力室１０の幅Ｗｃの４分の１のときには断面積の増加量が特に大きくなっている。したがって、本実施の形態においては、圧電層４１の幅Ｗｐが圧力室１０の幅Ｗｃの約４分の１の長さになるように、圧電層４１を形成した。
【００４９】
次に、圧力室１０の幅及び凹部４２ａと圧力室１０の容積の増加量との関係を調べるために、以下のシミュレーションを行った。図７と同様の断面において、図１０（ａ）〜（ｈ）に示すような、下面に凹部４２ａが形成された振動板４０を想定し、前述と同様にして、このような断面において、個別電極４５と共通電極４４との間に電位差を発生させたときの振動板４１の下面の上下方向の変化量をシミュレーションにより求めた。その結果を上述したのと同様に積分して、振動板４０の変形による圧力室１０の断面積の増加量を求めた。
【００５０】
このようなモデルにおいて、圧力室１０の幅Ｗｃを３００μｍ、高さＨｃを５０μｍ、導電性基材４２の厚さＨｖを２０μｍ、絶縁層４３の厚さＨｉを２μｍ、圧電層４１の厚さＨｐを１０μｍ、圧電層４１の幅Ｗｐを７５μｍ、凹部４２ａの深さＨｓを１０μｍに固定し、凹部４２ａの幅Ｗｓ及び凹部４２ａの形成位置を図１０（ａ）〜（ｈ）に示すように変化させて、個別電極４５と共通電極４４との間の電位差を２０（Ｖ）にしてシミュレーションを行った。ここで、図１０（ａ）は、導電性基材４２の下面に、凹部４２ａを形成していない場合であり、図１０（ｂ）は、導電性基材４２の下面の、圧力室１０に対向する部分全体に凹部４２ａを形成した場合であり、図１０（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、圧力室１０の幅方向において、導電性基材４２の下面の、圧電層４１と重なる側と反対側の縁から、それぞれ幅Ｗｓが７５μｍ、１５０μｍ、２２５μｍとなるように凹部４２ａを形成した場合であり、図１０（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）は、圧力室１０の幅方向において、導電性基材４２の下面の、圧電層４１と重なる側の縁から、それぞれ幅Ｗｓが７５μｍ、１５０μｍ、２２５μｍとなるように凹部４２ａを形成した場合のシミュレーションモデルを示している。
【００５１】
図１０の（ａ）〜（ｈ）は、それぞれ、図９（ａ）〜（ｈ）のモデルに基づくシミュレーションにおける、圧力室１０の断面積の増加量を表したものである。図１１に示すように、図１０（ｆ）のモデルを除く図９（ｂ）〜（ｈ）のモデルでは、導電性基材４２の下面に凹部４２ａを形成していない図１０（ａ）のモデルの場合よりも圧力室１０の断面積の増加量は大きくなっている。つまり、凹部４２ａが、導電性基材４２の、少なくとも一部が平面視で圧電層４１に重ならない領域に形成されているときには、凹部４２ａが形成されていない場合よりも圧力室１０の容積の増加量が大きくなる。
【００５２】
さらに、この中で、図１０（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）のモデルの場合に圧力室１０の断面積の増加量が大きくなっている。つまり、凹部４２ａが導電性基材４２の下面において、圧力室１０の幅方向の、圧電層４１と重なる側と反対側の縁から、圧力室１０の幅方向中央側に向かって延在するように形成され、且つ、凹部４２ａが、導電性基材４２の下面において、圧電層４１と対向しないように形成されている場合に、圧力室１０の容積の増加量が大きくなる。
【００５３】
さらに、この中で、特に図１０（ｄ）、（ｅ）のモデルの場合に圧力室１０の断面積の増加量が大きくなっている。つまり、凹部４２ａが導電性基材４２の下面において、圧力室１０の幅方向の、圧電層４１と重なる側と反対側の縁から、圧力室１０の幅方向中央側に向かって延び、且つ、凹部４２ａの幅Ｗｓが、圧力室１０の幅Ｗｃの半分以上である場合に、圧力室１０の容積の増加量が特に大きくなる。また、このとき、凹部４２ａの幅Ｗｓは、圧電層４１の幅Ｗｐよりも大きい。
【００５４】
図１１の結果では、図１０（ｂ）に示されたモデルのように、凹部４２ａを、導電性基材４２の下面の、平面視で圧力室１０に重なる領域全体に形成した場合に、圧力室１０の容積の増加量が最も大きくなっている。しかしながら、この場合には、振動板４０の強度が低下してしまうため、本実施の形態では、凹部４２ａが導電性基材４２の下面において、圧力室１０の短手方向の、圧電層４１と重なる側と反対側の縁から延在し、その幅Ｗｓが圧力室１０の幅Ｗｃの約半分程度の長さになるように形成した。
【００５５】
以上説明した実施の形態によると、圧電層４１が、振動板４０の上面の、圧力室１０の幅方向の一方の縁と重なる領域から、圧力室１０の幅方向中央側に向かってに延びるように配置され、圧電層４１の幅が圧力室１０の幅の４分の１であるため、個別電極４５と共通電極４４との間に電位差を発生させると、これらの電極に挟まれた部分の圧電層４１が変形する。それに伴う振動板４０の変形により圧力室１０の容積が増加する。この場合には、インクジェットヘッド３において、引き打ちを行うために予め個別電極４５と共通電極４４との間に電位差を発生させておく必要がないため、圧電層４１の耐久性が向上し、インクジェットヘッド３の消費電力も低減することができる。
【００５６】
また、絶縁層４３の表面において、圧力室１０と重なる部分のうち、圧電層４１が形成されていない部分にも配線５０を形成することができる。従って、絶縁層４３の表面において流路ユニット３１に複数の圧力室１０が形成されている場合であっても、配線５０を高密度に配置できる。特に、圧力室が３以上の多数の列に配置されている際に、内側の列の圧力室に対応する個別電極に対して、必要な配線を容易に設けることができる。さらに、配線５０は、圧電層４１の表面に形成されていないため、配線５０により圧電層４１に余分な静電容量が発生するのを防止し、エネルギー損失を低減することができる。
【００５７】
また、振動板４０の導電性基材４２の下面には、圧力室１０の幅方向の、他方の縁（圧電層４３と重ならない側の縁）から圧力室１０の幅方向中心側に向かって延在し、圧力室１０の幅の半分の幅を有する凹部４２ａが形成されているため、凹部４２ａが形成された部分において振動板４０が変形しやすくなっており、個別電極４５と共通電極４４との間に電位差を発生させたときに圧力室１０の容積の増加量が大きくなる。この場合、必ずしも振動板４０の下面に凹部が形成されている必要はなく、例えば、振動板４０の上面に凹部が形成されていてもよい。
【００５８】
次に、本実施の形態に種々の変更を加えた変形例について説明する。ただし、本実施の形態と同様の構成を有する部分については同じ符号を付し、適宜その説明を省略する。
【００５９】
〈第１変更形態〉
図１２に示すように、振動板６０の導電性基材６２の下面に凹部が形成されておらず、導電性基材６２の厚みが均一であってもよい。この場合でも、図７、図９に示されたシミュレーションの結果によれば、個別電極４５と共通電極４４との間に電位差を発生させることにより、振動板６０を変形させて圧力室１０の容積を増加させることができるため、予め個別電極４５と共通電極４４との間に電位差を発生させて振動板６０を変形させておくことなく、引き打ちを行うことができる。
【００６０】
〈第２変更形態〉
図１３に示すように振動板６５が絶縁性材料から構成されていてもよい。この場合でも、振動板６５の表面の圧力室１０と重なる領域のうち、圧電層４１に重ならない部分に配線５０を形成することができるので、配線５０を高密度に配置することができる。また、この場合には、振動板６５の下面の圧力室１０と重なる領域において、圧力室１０の幅方向の、圧電層４１と重なる側と反対側の縁から、圧力室１０の幅方向中央側に向かって延在する凹部６５ａが形成されており、この凹部６５が形成された部分が変形しやすくなっている。さらに、振動板６５の共通電極４４と重なる部分にはスルーホール６５ｂが形成され、スルーホール６５ｂに充填された導電性材料６９により共通電極４４とキャビティプレート２０とが電気的に接続されている。そして、キャビティプレート２０をグランド電位に保持することによって共通電極４４がグランド電位に保持されている。
【００６１】
また、圧力室の平面視の形状は、実施の形態の場合のような長円形状には限られず、円、楕円、菱形、長方形、平行四辺形などであってもよい。
【００６２】
本実施の形態では、本発明をインクジェットプリンタに適用した一例について説明したが、このほか、試薬、生体溶液、配線材料溶液、電子材料溶液、冷媒用、燃料用などインク以外の液体を噴射する液滴噴射装置及びこれらの液体を移送するノズルのない液体移送装置に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明における実施の形態に係るインクジェットプリンタの概略斜視図である。
【図２】図１のインクジェットヘッドの平面図である。
【図３】図２の部分拡大図である。
【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】図５の圧電アクチュエータの動作を示す図である。
【図７】図５の圧電層の幅を決定するためのシミュレーションモデルを示す図である。
【図８】図７のシミュレーションモデルにおけるシミュレーション結果を示す図である。
【図９】図８のシミュレーション結果から求めた解析結果を示す図である。
【図１０】図５の凹部の幅を決定するためのシミュレーションモデルを示す図である。
【図１１】図１０のシミュレーションモデルにおけるシミュレーション結果を示す図である。
【図１２】第１変更形態の図５相当の断面図である。
【図１３】第２変更形態の図５相当の断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０  圧力室
１５  ノズル
３１  流路ユニット
３２  圧電アクチュエータ
４０  振動板
４１  圧電層
４２  導電性基材
４２ａ  凹部
４３  絶縁層
４４  共通電極
４５  個別電極
【図１】
2011218816.tif 000003
【図２】
2011218816.tif 000004
【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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【図１２】
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【図１３】
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