(57)【要約】【課題】所定方向に所定ピッチで配置される複数の圧電素子部２ｂを含む圧電アクチュエータ２において、その圧電素子部２ｂの配置ばらつきを抑制しつつ、長尺化を実現する。【解決手段】圧電アクチュエータ２は、交互に積層される圧電体シート３及び固定部４とを含む積層物を焼結することによって構成されかつ、圧電素子部２ｂが積層方向に所定ピッチで並んで配設された、ｎ個の圧電アクチュエータ板１８と、積層方向に並んだｎ個の圧電アクチュエータ板１８同士の間に介設される間隔調整部材１７と、一個目の圧電アクチュエータ板１８からｎ個目の圧電アクチュエータ板１８までの長さを所定長さに規定することによって、圧電素子部２ｂを、複数の圧電アクチュエータ板１８に跨って、所定ピッチとなるように配置する寸法規定部５０と、を備えている。【選択図】図１４
2011042102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚の圧電体シートと、前記圧電体シートに対して交互に積層される固定部と、前記各圧電体シートと前記各固定部との間に配設された電極とを含む積層物を焼結することによって構成されかつ、一対の電極の間に設けられてｄ３１方向に変位可能な圧電素子部が、積層方向に所定ピッチで並んで配設された、ｎ個（但し、ｎは２以上の自然数）の圧電アクチュエータ板、
前記積層方向に並んだｎ個の圧電アクチュエータ板同士の間に介設されると共に、当該積層方向の圧縮荷重を受けたときには前記圧電アクチュエータ板よりも大きく変形する間隔調整部材、及び、
前記間隔調整部材を間に挟んでｎ個の圧電アクチュエータ板が並設されることにより構成される圧電アクチュエータ板群において、一個目の圧電アクチュエータ板からｎ個目の圧電アクチュエータ板までの長さを所定長さに規定することによって、前記圧電素子部を、複数の前記圧電アクチュエータ板に跨って、前記所定ピッチとなるように配置する寸法規定部、を備えている圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記間隔調整部材は、前記圧電アクチュエータ群の長さを前記所定長さとするように、前記一個目の圧電アクチュエータ板とｎ個目の圧電アクチュエータ板との間に前記積層方向の圧縮荷重が付与されたときに変形することによって、前記ｎ個の圧電アクチュエータ板を均等間隔となるように配置する請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記間隔調整部材は、前記積層方向の圧縮荷重を受けて弾性変形する弾性部材である請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
前記間隔調整部材は、その未硬化時に前記積層方向の圧縮荷重を受けて変形する樹脂材である請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】
前記寸法規定部（第１の寸法規定部）によって前記積層方向の長さが規定される圧電アクチュエータ板群を含んで構成される、ｍ個（但し、ｍは２以上の自然数）の第１圧電体ユニット、及び、
前記間隔調整部材を間に挟んで前記積層方向に並設したｍ個の第１圧電体ユニットにおける一個目の第１圧電体ユニットからｍ個目の第１圧電体ユニットまでの長さを所定長さに規定する第２の寸法規定部、をさらに備えている請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項６】
複数枚の圧電体シートと、前記圧電体シートに対して交互に積層される固定部と、前記各圧電体シートと前記各固定部との間に配設された電極とを含む積層物を焼結することによって構成されかつ、一対の電極の間に設けられてｄ３１方向に変位可能な圧電素子部が、積層方向に所定ピッチで並んで配設された圧電アクチュエータ板、及び、
第１段〜第Ｎ段（但し、Ｎは２以上の自然数）の寸法規定部、を備え、
前記第１段の寸法規定部は、前記積層方向の圧縮荷重を受けたときに前記圧電アクチュエータ板よりも大きく変形する間隔調整部材を間に挟んで、複数個の前記圧電アクチュエータ板が前記積層方向に並設されることにより構成される圧電アクチュエータ板群の前記積層方向の長さを所定長さに規定することによって、前記複数個の圧電アクチュエータ板を均等間隔となるように配置して第１圧電体ユニットを構成し、
第Ｍ段（但し、１＜Ｍ≦Ｎの自然数）の寸法規定部は、第（Ｍ−１）段の寸法規定部によって構成される第（Ｍ−１）の圧電体ユニットを、前記間隔調整部材を間に挟んで前記積層方向に複数個並設することにより構成される圧電体ユニット群の前記積層方向の長さを所定長さに規定することによって、前記複数個の圧電体ユニットを均等間隔となるように配置して第Ｍの圧電体ユニットを構成している圧電アクチュエータ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータと、
前記圧電アクチュエータの圧電素子部それぞれに対応して設けられ、当該圧電素子部の変位に伴いその内部に充填された液体に圧力が印可される複数の圧力室と、
前記圧力室のそれぞれに連通しかつ、前記圧力の印加に伴い前記液体が吐出する複数のノズルと、を備えている液体吐出ヘッド。
【請求項８】
複数枚の圧電体シートと固定部とを、その各圧電体シートと固定部との間に電極を配設しながら交互に積層すると共に、その積層物を焼結することによって、一対の電極の間に設けられてｄ３１方向に変位可能な圧電素子部が積層方向に複数並んで配設された圧電アクチュエータ板を製造する工程、
ｎ個（但し、ｎは２以上の自然数）の前記圧電アクチュエータ板と、前記積層方向の圧縮荷重を受けたときに前記圧電アクチュエータ板よりも大きく変形する間隔調整部材とを、前記積層方向に交互に並べて配置する工程、及び、
前記一個目の圧電アクチュエータ板から前記ｎ個目の圧電アクチュエータ板までの長さが所定の長さとなるように、前記一個目の圧電アクチュエータ板とｎ個目の圧電アクチュエータ板との間で前記積層方向の圧縮荷重を付与することにより、前記各間隔調整部材の変形に伴い前記ｎ個の圧電アクチュエータ板を均等間隔となるように配置する工程、を含む圧電アクチュエータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示する技術は、圧電アクチュエータ及びそれを備えた液体吐出ヘッド、並びに、当該圧電アクチュエータの製造方法に関する。
【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り、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体と、を少なくとも備えている。つまり、液体吐出ヘッドは、圧電体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、多数のノズルを主走査方向に列状に並べると共に、ノズル一つ一つに対応するように、多数の圧力室を前記主走査方向に列状に並べて配置した液体吐出装置が開示されている。この液体吐出装置の圧電体は、その表面に電極が予め形成された圧電体シートを、主走査方向に複数枚、積層することによってブロック状に構成されている。このブロック状の圧電体においては、複数の電極が圧電体シートに厚みに応じた間隔を空けて配置されることになり、その電極と電極との間に挟まれた部分に分極処理を施すことによって電圧の印加に伴い変形するようにした圧電活性部を構成する一方、この圧電活性部に対して隣接する部分に対しては、そうした分極処理を施さないことによって圧電体としては機能させない不活性部を構成することができる。つまり、ブロック状圧電体は、主走査方向に交互に並んだ複数の圧電活性部と不活性部とを含んでおり、このブロック状の圧電体を、主走査方向に複数の圧力室が予め区画形成されたキャビティプレートに対し、圧電体の各圧電活性部とキャビティプレートの各圧力室との位置を合わせるようにして接合することで、液体吐出装置が構成される。
【０００４】
この特許文献１に開示された液体吐出装置は、圧電体シートの厚みによって圧電活性部の主走査方向の幅、及び、圧電活性部の配置ピッチが規定されることから、各圧電活性部の幅を狭くしつつ、その配置ピッチ（つまりノズルピッチに対応する）を狭くすることが容易であり、パターン形成の解像度を高める上では有利な構成である。また、ブロック状圧電体における各電極を、ノズル面に対して直交する方向に延ばして形成すれば各圧電活性部の長さを長くすることが可能であるから、各圧電活性部の変位量を大きくして吐出対象の液体の粘度が高い場合にも対応し得るという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１７３８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、こうした液体吐出装置において、例えば媒体の全幅に亘ってノズルを配置するような長尺化を図る場合がある。この場合、前記特許文献に開示された液体吐出装置では、圧電体シートの積層枚数を増やすことによって圧電体の主走査方向の長さを長くすることができるため、液体吐出装置の長尺化に容易に対応し得ると考えられる。
【０００７】
しかしながら本願発明者は、圧電体シートを主走査方向に積層して圧電体を構成する場合は、その圧電体の長さが長くなるほど、圧電体の圧電活性部と、キャビティプレートの圧力室との位置ずれが大きくなってしまう点に気づいた。すなわち、その位置ずれは、圧電体シートの積層体を焼結する際の、数十％程度もある収縮に起因する。圧電体シートの枚数が増えて、圧電体の長さが長くなるほど、その収縮量、つまり、主走査方向の縮み量は大きくなる。その結果、長尺のブロック状圧電体においては、圧電活性部の主走査方向に対する位置のばらつきが大きくなり、ノズルピッチに対応するように複数の圧力室を所定間隔で並べて形成したキャビティプレートに対し、前述した長尺のブロック状圧電体を接合しようとしても、圧力室の位置と圧電活性部の位置がずれてしまうのである。結果として、前記特許文献に開示された液体吐出装置は、長尺化に対応することは困難である。
【０００８】
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、所定方向に所定ピッチで配置される複数の圧電素子部を含む圧電アクチュエータにおいて、その圧電素子部の配置ばらつきを抑制しつつ、長尺化を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
ここに開示する圧電アクチュエータは、複数枚の圧電体シートと、前記圧電体シートに対して交互に積層される固定部と、前記各圧電体シートと前記各固定部との間に配設された電極とを含む積層物を焼結することによって構成されかつ、一対の電極の間に設けられてｄ３１方向に変位可能な圧電素子部が、積層方向に所定ピッチで並んで配設された、ｎ個（但し、ｎは２以上の自然数）の圧電アクチュエータ板、前記積層方向に並んだｎ個の圧電アクチュエータ板同士の間に介設されると共に、当該積層方向の圧縮荷重を受けたときには前記圧電アクチュエータ板よりも大きく変形する間隔調整部材、及び、前記間隔調整部材を間に挟んでｎ個の圧電アクチュエータ板が並設されることにより構成される圧電アクチュエータ板群において、一個目の圧電アクチュエータ板からｎ個目の圧電アクチュエータ板までの長さを所定長さに規定することによって、前記圧電素子部を、複数の前記圧電アクチュエータ板に跨って、前記所定ピッチとなるように配置する寸法規定部、を備えている。
【発明の効果】
【００１０】
前記の圧電アクチュエータによると、圧電体シートを含む焼結体である圧電アクチュエータ板は、その積層方向の長さを比較的薄くすることによって、圧電素子部の配置ばらつきが抑制され、その圧電アクチュエータ板を、間隔調整部材を間に挟んで積層方向に並べることによって、複数の圧電アクチュエータ板に跨る、圧電素子部の配置ばらつきが抑制される。その結果、圧電素子部は実質的に所定ピッチで配置される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ラインヘッドの一例を示す斜視図である。
【図２】ラインヘッドのノズル面をおけるノズルの配置を示す説明図である。
【図３】ラインヘッドの縦断面図である。
【図４】ラインヘッドの内部構造を示す要部斜視図である。
【図５】ラインヘッドの横断面図である。
【図６】ラインヘッドの横断面の拡大図である。
【図７】ラインヘッドにおいて、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８】ラインヘッドにおけるインクの循環システムを示す構成図である。
【図９】圧電アクチュエータに印加する駆動電圧波形を示す説明図である。
【図１０】（ａ）は、制御電極に正電圧（＋Ｖ１）を印加したときの圧電アクチュエータの状態を示す説明図、（ｂ）は、制御電極に負電圧（−Ｖ２）を印加したときのアクチュエータの状態を示す説明図、（ｃ）は、制御電極にグランド電位を印加したときの圧電アクチュエータの状態を示す説明図である。
【図１１】ラインヘッドにおけるノズルプレートの着脱機構を示す説明図である。
【図１２】ノズルプレートを取り外した状態を示す図１１対応図である。
【図１３】図３よりも描く範囲を拡大した、ラインヘッドの縦断面図である。
【図１４】圧電アクチュエータを構成する、第１圧電体ユニットを示す平面図である。
【図１５】上図は、第２圧電体ユニットを示す平面図、下図はその第２圧電体ユニットを複数個含む、圧電アクチュエータを示す平面図である。
【図１６】第２圧電体ユニット同士の突き合わせ箇所を拡大して示す平面図である。
【図１７】第１圧電体ユニットの製造方法を概念的に示す説明図である。
【図１８】圧電体ユニットにおける規定ブロックの寸法ばらつき量に対する、各圧電アクチュエータ板の位置ばらつき量の関係を示す図である。
【図１９】（ａ）は、圧電アクチュエータ板の間に間隔調整部材を介設した場合の各圧電アクチュエータ板の位置ばらつきを示す概念図、（ｂ）は、間隔調整部材を介設しない場合の各圧電アクチュエータ板の位置ばらつきを示す概念図である。
【図２０】圧電アクチュエータ板の製造手順を示す図である。
【図２１】圧電アクチュエータの製造手順を示す図である。
【図２２】圧電アクチュエータの駆動面に形成した供給流路及び排出流路を示す斜視図である。
【図２３】圧電体ユニットにおける圧電アクチュエータ板の枚数に対するばらつき量の関係を示す図である。
【図２４】圧電アクチュエータにおける段数とばらつき量の関係を示す図である。
【図２５】圧電アクチュエータにおける段数の概念を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
圧電アクチュエータは、複数枚の圧電体シートと、前記圧電体シートに対して交互に積層される固定部と、前記各圧電体シートと前記各固定部との間に配設された電極とを含む積層物を焼結することによって構成されかつ、一対の電極の間に設けられてｄ３１方向に変位可能な圧電素子部が、積層方向に所定ピッチで並んで配設された、ｎ個（但し、ｎは２以上の自然数）の圧電アクチュエータ板、前記積層方向に並んだｎ個の圧電アクチュエータ板同士の間に介設されると共に、当該積層方向の圧縮荷重を受けたときには前記圧電アクチュエータ板よりも大きく変形する間隔調整部材、及び、前記間隔調整部材を間に挟んでｎ個の圧電アクチュエータ板が並設されることにより構成される圧電アクチュエータ板群において、一個目の圧電アクチュエータ板からｎ個目の圧電アクチュエータ板までの長さを所定長さに規定することによって、前記圧電素子部を、複数の前記圧電アクチュエータ板に跨って、前記所定ピッチとなるように配置する寸法規定部、を備えている。
【００１３】
圧電アクチュエータ板は、圧電体シート及び固定部の枚数を減らして、積層方向の長さ（幅）を比較的短くすることにより、その焼結時における収縮量が抑制されて当該圧電アクチュエータ板に含まれる圧電素子部の配置ばらつきは小さくなる。
【００１４】
こうした圧電素子部の配置ばらつきが小さいｎ個の圧電アクチュエータを、間隔調整部材を間に挟んで積層方向に並設することによって圧電アクチュエータ板群を構成し、その圧電アクチュエータ群の積層方向の長さを寸法規定部によって規制することにより、各間隔調整部材が圧電アクチュエータ同士の間隔を調整する。その結果、複数の圧電アクチュエータ板に跨る圧電素子部の配置ピッチが、１つの圧電アクチュエータ板内における圧電素子部のピッチと概ね同じになる。つまり、圧電素子部の配置ばらつきを抑制しながら、圧電素子部が積層方向に多数並んだ圧電アクチュエータが構成される。
【００１５】
このように、多数の圧電体シートを積層して焼結することによって積層方向に長い圧電アクチュエータを形成するのではなく、積層方向の長さが比較的短い複数の圧電アクチュエータ板と間隔調整部材とを組み合わせていることによって、圧電素子部の配置精度を低下させずに、積層方向に長い、長尺の圧電アクチュエータが実現し得る。
【００１６】
前記間隔調整部材は、前記圧電アクチュエータ群の長さを前記所定長さとするように、前記一個目の圧電アクチュエータ板とｎ個目の圧電アクチュエータ板との間に前記積層方向の圧縮荷重が付与されたときに変形することによって、前記ｎ個の圧電アクチュエータ板を均等間隔となるように配置する、としてもよい。
【００１７】
圧電アクチュエータ板と間隔調整部材とを交互に配置した上で、圧縮荷重を付与することによって、各間隔調整部材が変形すると共に、その変形に伴い圧電アクチュエータ同士の間隔が調整される。このときに圧電アクチュエータ板と間隔調整部材とは、圧縮荷重の方向に直列に配置されていることから、各間隔調整部材は、圧電アクチュエータ板群の全体におけるエネルギが最小となって、最も安定な状態となるように変形する、つまり、複数の間隔調整部材は、互いに概ね均等に変形することになり、その結果として複数の圧電アクチュエータ板は、自動的に、概ね均等間隔に配置される。
【００１８】
前記間隔調整部材は、前記積層方向の圧縮荷重を受けて弾性変形する弾性部材である、としてもよい。
【００１９】
各弾性部材は圧縮荷重を受けて弾性変形すると共に、圧電アクチュエータ板群に含まれる複数の弾性部材のうち、相対的に長さが長くなっている弾性部材が縮むようになるから、最終的には、圧電アクチュエータ板群の全体におけるエネルギが最小となって、最も安定な状態となるように、各弾性部材は均等に圧縮変形をする。その結果、各圧電アクチュエータ板の位置は、実質的に均等間隔となるように、自動的に調整される。
【００２０】
これとは異なり、前記間隔調整部材は、その未硬化時に前記積層方向の圧縮荷重を受けて変形する樹脂材である、としてもよい。
【００２１】
圧電アクチュエータ板の間に介設された未硬化の樹脂材は、圧縮荷重を受けてその圧電アクチュエータ板同士の間から外に、はみ出すことで厚みが薄くなる。このときに、積層方向に並んだ複数の樹脂材のうち、相対的に厚みの分厚い樹脂材は、小さな圧縮荷重でも、外に、はみ出すようになって、その厚みが薄くなりやすいのに対し、相対的に厚みの薄い樹脂材は、大きな圧縮荷重でなければ、はみ出さないことで、その厚みが薄くなり難い。結果として、複数の樹脂材の厚みは概ね均等になり、このことで、圧電アクチュエータ板は、自動的に概ね均等間隔に配置される。
【００２２】
前記圧電アクチュエータは、前記寸法規定部（第１の寸法規定部）によって前記積層方向の長さが規定される圧電アクチュエータ板群を含んで構成される、ｍ個（但し、ｍは２以上の自然数）の第１圧電体ユニット、及び、前記間隔調整部材を間に挟んで前記積層方向に並設したｍ個の第１圧電体ユニットにおける一個目の第１圧電体ユニットからｍ個目の第１圧電体ユニットまでの長さを所定長さに規定する第２の寸法規定部、をさらに備えている、としてもよい。
【００２３】
多数の圧電アクチュエータ板を含んで構成される圧電アクチュエータ板群の長さを、１つの寸法規定部のみによって規定しようとした場合、圧電アクチュエータ板の数が増えれば増えるほど、その圧電アクチュエータ板の配置精度は低下してしまう。そこで、１つの寸法規定部に含まれる圧電アクチュエータ板の数を減少すべく、第１の寸法規定部によって第１圧電体ユニットを構成すると共に、複数個の第１圧電体ユニットを、その第１圧電体ユニット同士の間に介設される間隔調整部材と、第２の寸法規定部とを利用して、均等間隔に配置する。このように第１及び第２の寸法規定部を用いて、圧電アクチュエータ板を、段階的に並設することにより、特に圧電アクチュエータの積層方向の長さを長くするべく、圧電アクチュエータ板の数が増える場合に、各圧電アクチュエータ板の配置ばらつきを大幅に抑制し得る。
【００２４】
圧電アクチュエータはまた、複数枚の圧電体シートと、前記圧電体シートに対して交互に積層される固定部と、前記各圧電体シートと前記各固定部との間に配設された電極とを含む積層物を焼結することによって構成されかつ、一対の電極の間に設けられてｄ３１方向に変位可能な圧電素子部が、積層方向に所定ピッチで並んで配設された圧電アクチュエータ板、及び、第１段〜第Ｎ段（但し、Ｎは２以上の自然数）の寸法規定部、を備え、前記第１段の寸法規定部は、前記積層方向の圧縮荷重を受けたときに前記圧電アクチュエータ板よりも大きく変形する間隔調整部材を間に挟んで、複数個の前記圧電アクチュエータ板が前記積層方向に並設されることにより構成される圧電アクチュエータ板群の前記積層方向の長さを所定長さに規定することによって、前記複数個の圧電アクチュエータ板を均等間隔に配置して第１圧電体ユニットを構成し、第Ｍ段（但し、１＜Ｍ≦Ｎの自然数）の寸法規定部は、第（Ｍ−１）段の寸法規定部によって構成される第（Ｍ−１）圧電体ユニットを、前記間隔調整部材を間に挟んで前記積層方向に複数個並設することにより構成される圧電体ユニット群の前記積層方向の長さを所定長さに規定することによって、前記複数個の第（Ｍ−１）圧電体ユニットを均等間隔に配置して第Ｍ圧電体ユニットを構成している、としてもよい。
【００２５】
前述したように、１つの寸法規定部に関係する圧電アクチュエータ板の数を減少すべく、第１の寸法規定部によって第１圧電体ユニットを構成すると共に、複数個の第１圧電体ユニットを、その第１圧電体ユニット同士の間に介設される間隔調整部材と、第２の寸法規定部とを利用して、均等間隔に配置して第２圧電体ユニットを構成する。さらに、第３、第４、…といった寸法規定部を用いて段階的に、圧電体ユニット、つまりは圧電アクチュエータ板を、並設することによって、圧電アクチュエータの積層方向の長さを長くする場合において、圧電アクチュエータ板の配置ばらつきを抑制し得る。尚、段数を多くしすぎた場合もまた、圧電アクチュエータ板の配置ばらつきが増大し得るため、適宜の段数に設定することが望ましい。
【００２６】
液体吐出ヘッドは、前記の圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータの圧電素子部それぞれに対応して設けられ、当該圧電素子部の変位に伴いその内部に充填された液体に圧力が印可される複数の圧力室と、前記圧力室のそれぞれに連通しかつ、前記圧力の印加に伴い前記液体が吐出する複数のノズルと、を備えている。
【００２７】
前記の圧電アクチュエータは、前述したように、圧電素子部の、積層方向に対する配置ばらつきが抑制されていて、圧電素子部は概ね所定ピッチで配設されているため、圧電素子部と圧力室及びノズルとの位置ずれは、ほとんどない。つまり、この液体吐出ヘッドは、特に長尺の液体吐出ヘッドとして有効である。
【００２８】
圧電アクチュエータの製造方法は、複数枚の圧電体シートと固定部とを、その各圧電体シートと固定部との間に電極を配設しながら交互に積層すると共に、その積層物を焼結することによって、一対の電極の間に設けられてｄ３１方向に変位可能な圧電素子部が積層方向に複数並んで配設された圧電アクチュエータ板を製造する工程、ｎ個（但し、ｎは２以上の自然数）の前記圧電アクチュエータ板と、前記積層方向の圧縮荷重を受けたときに前記圧電アクチュエータ板よりも大きく変形する間隔調整部材とを、前記積層方向に交互に並べて配置する工程、及び、前記一個目の圧電アクチュエータ板から前記ｎ個目の圧電アクチュエータ板までの長さが所定の長さとなるように、前記一個目の圧電アクチュエータ板とｎ個目の圧電アクチュエータ板との間で前記積層方向の圧縮荷重を付与することにより、前記各間隔調整部材の変形に伴い前記ｎ個の圧電アクチュエータ板を均等間隔となるように配置する工程、を含む。
【００２９】
圧電アクチュエータ板群は、圧電アクチュエータ板と間隔調整部材とが直列に配置されていることから、その圧電アクチュエータ板群における一個目の圧電アクチュエータ板とｎ個目の圧電アクチュエータ板との間で前記積層方向の圧縮荷重を付与したときに、各間隔調整部材は、最終的には概ね均等に変形し、ｎ個の圧電アクチュエータ板は自動的に、概ね均等間隔に配置される。
【００３０】
以下、実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。図１は、ラインヘッド１の全体を示す斜視図であり、図２は、ラインヘッド１に設けられたノズル１２の配列を説明する平面説明図である。図３は、ラインヘッド１の縦断面図であり、図１におけるIII−III断面に対応する。図４は、ラインヘッド１の内部構造の要部を示す斜視図であり、図５は、ラインヘッド１の一部分の横断面図であり、図６は、図５の一部を拡大して示す断面図である。図７は、圧電アクチュエータ２における、圧力室区画部材９との接合側の面を示す平面図である。尚、以下の各図においては、理解容易のために、部材の大きさや、その配設状態を誇張して描く場合があり、そのことにより、各部材等の寸法関係等について図面相互に整合しない場合がある点に留意されたい。
【００３１】
このラインヘッド１は、Ｘ方向（主走査方向）の長さが、例えばＡ４サイズの全幅に亘る長さを有している。ラインヘッド１は、ノズルプレート６０によって形成されるノズル面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。各ノズル１２はノズルプレート６０に穿孔されており、図２に示すように、ノズルプレート６０には、複数の（図例では１２個の）ノズル１２がＹ’方向に並ぶことによって構成されるノズル列２１が、Ｘ方向に所定の等間隔を空けて複数列形成されている。各ノズル列２１におけるノズル１２は、Ｘ方向に１２００ｄｐｉだけ位置をずらして配置されており、これによって各ノズル列２１は、Ｙ方向に対して角度θだけ傾いたＹ’方向に延びている。また、ノズル列２１同士の間隔は１００ｄｐｉに設定されている。これによりこのラインヘッド１では、ノズル１２がＸ方向に１２００ｄｐｉの密度を満足するように配置されている。
【００３２】
図３に示すように、ラインヘッド１は、Ｚ方向に積層された、ノズル１２を有するノズルプレート６０と、圧力室７が形成された圧力室区画部材９と、圧電体を積層してなる圧電アクチュエータ２と、を備えている。
【００３３】
圧電アクチュエータ２は、詳しくは後述するが、圧電体シート３と固定シート４（固定シートは圧電体であってもよい）とを、主走査方向（Ｘ方向）に交互に積層し、それを焼き固めることによって形成されている。圧電アクチュエータ２における、圧力室区画部材９との接合側の面（図３における下面）は、圧電素子として機能し得る圧電素子部２ｂが、Ｘ方向及びＹ’方向のそれぞれに並んで配置された駆動面であり、その駆動面とは逆側の面（図３における上面）は電極取出し面である。ここで駆動面とは、圧電素子部２ｂが電圧の印加に伴い伸縮変形することにより、当該面が、そこに隣接する固定シート４の面に対して相対的に変位する面を意味する。電極取出し面には、フレキシブル基板１９が接合されており、このフレキシブル基板１９に対してマグネット３０が積層している。マグネット３０は、ノズルプレート６０を圧力室区画部材９に対して着脱可能に固定するための部材である。つまり、マグネット３０により生じる磁束は、圧電アクチュエータ２内に配設された透磁率の高い板ばね１７（板ばね１７についての詳細は後述する）を通じてノズルプレート６０に到達し、ノズルプレート６０をＺ方向に吸引する。このことによって、ノズルプレート６０は圧力室区画部材９に固定される。尚、ノズルプレート６０のＸ−Ｙ平面内の位置は、図外の位置決めピン等で位置規制されている。前記のマグネット３０にはまた、ヨーク３１が接着されており、このヨーク３１は、磁束を他に漏らさない機能を有している。
【００３４】
マグネット３０は着脱可能である。このことについて図１１，１２を参照しながら説明する。尚、図１１，１２は、図３とは上下を反転させて、ラインヘッド１を描いている。図１１に示すように、圧電アクチュエータ２におけるＹ’方向の両外側部には、段状切り込み部３２ａが形成されている。この切り込み部３２ａには、アクチュエータホルダー３２が係合しており、このアクチュエータホルダー３２は、圧電アクチュエータ２を支持している。ヨーク３１の両側端部には、回動支点３４ａを有するレバー支持部３４が取り付けられており、回動支点３４ａには、着脱レバー３３が回動自在に取り付けられている。着脱レバー３３の先端は、アクチュエータホルダー３２に当接している。図１１に示す状態では、ノズルプレート６０は、マグネット３０の磁力により吸引されることによって、圧力室区画部材９に当接して固定されている。マグネット３０の磁力は、通常の液滴の吐出動作では、ノズルプレート６０が圧力室区画部材９から離間しない程度の十分な吸引力を有している。図１２は、ラインヘッド１のメンテナンス時に、ノズルプレート６０をラインヘッド１から取り外すときの動作を示している。ノズルプレート６０を取り外すときには、図１２に矢印で示すように、着脱レバー３３を回動させる。このことによって、着脱レバー３３の先端がアクチュエータホルダー３２を押すようになり、その反力でもってマグネット３０とフレキシブル基板１９とは互いに離間する。マグネット３０がフレキシブル基板１９から離れることによって、そのマグネット３０の磁力がノズルプレート６０に及ばなくなる。そうしてノズルプレート６０は、圧力室区画部材９から容易に取り外すことが可能になる。尚、ノズルプレート６０をラインヘッド１に取り付けるときには、前記とは逆に、ノズルプレート６０を圧力室区画部材９に対して当接させた後に、マグネット３０をフレキシブル基板１９に対して密着させるようにすればよい。
【００３５】
図３に戻り、圧力室区画部材９は、Ｘ−Ｙ平面上に拡がる板状の部材であり、圧電アクチュエータ２の駆動面に対して接着固定されている。圧力室区画部材９には、図４に示すように、Ｙ’方向に細長い矩形状の圧力室凹部（圧力室７）が上面に開口して形成されている。尚、図４では、理解容易のために、圧電アクチュエータ２の一部のみを描いているが、圧電アクチュエータ２を構成する圧電体シート３及び固定シート４はそれぞれ、紙面左手前から右奥に向かって並設され、それによって圧電アクチュエータ２は、紙面左手前から右奥に向かって延びている。圧力室凹部は、ノズルプレート６０に形成されるノズル１２に対応するように、Ｘ方向及びＹ’方向のそれぞれに並んで配置されている（図７参照）。各圧力室凹部は、圧力室区画部材９が圧電アクチュエータ２に接合されることによって、この圧電アクチュエータ２と共に、液体を貯留する圧力室７を区画する。より詳細には、圧力室区画部材９は、コーティング層（被覆層）８を介して圧電アクチュエータ２に対し接着されている。これによって、圧力室７の上面は、このコーティング層８によって区画される。コーティング層８は、所定の粘弾性部材で構成されていて、圧電アクチュエータ２における各圧電素子部２ｂの変位を許容する。コーティング層８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、又は、耐水性を有するパラキシリレン樹脂膜等によって形成すればよい。尚、コーティング層８は、図３にのみ図示し、その他の図においては図示を省略している。
【００３６】
各圧力室凹部は、圧力室区画部材９における板厚方向の中間位置まで凹陥して形成されている。これによって、各圧力室凹部は底部を有している。横断面円形状の連通孔７ａが、この底部を貫通形成されており、この連通孔７ａを通じて、圧力室７とノズル１２とは互いに連通している。圧力室区画部材９においては、圧力室凹部がＸ方向に並んで形成され、隣り合う圧力室凹部同士の間は、比較的厚みの薄い（Ｘ方向に対する厚みの薄い）隔壁によって区画されることになるが、各圧力室凹部が底部を有していることによって、隔壁の剛性が向上する。このことは、圧力室７内の液体に圧力を印加したときに、隔壁がＸ方向に撓んだりすることを防止し、隣接する圧力室７への影響を抑制する上で有効である。この圧力室凹部や連通孔７ａは、エッチング等によって、圧力室区画部材９に形成すればよい。
【００３７】
圧電アクチュエータ２は、前述したように、圧電体シート３と固定シート４とを交互に積層し、それを焼き固めることによって構成されており、圧電体シート３に対応する箇所が、圧力室７の上面を区画すると共に電圧の印加に伴い変形して圧力室７内の液体に圧力を印加する圧電素子部２ｂに相当する一方、固定シート４に対応する箇所は、変形する圧電素子部２ｂを、Ｘ方向の両側において支持する固定部（支持部）に相当する。より詳細に、圧電アクチュエータ２は、図７に示すように、比較的厚みの薄い板状の圧電アクチュエータ板１８を、Ｘ方向に多数、並設することによって構成されている。各圧電アクチュエータ板１８は、所定枚数（図例では４枚）の圧電体シート３と、所定枚数（図例では３枚）の固定シート４とを交互に積層すると共に、その両側の圧電体シート３それぞれの外側に、相対的に厚みの薄い固定シート４を配置することによって構成されている。前述したように、ノズルプレート６０に形成されたノズル列２１が、Ｙ方向に対して角度θだけ傾いたＹ’方向に延びて配設されていることから、それに対応して各圧電アクチュエータ板１８もまたＹ’方向に延びるように、Ｙ方向に対して角度θだけ傾いて配設されている。尚、圧電アクチュエータ板１８の並設構成の詳細は、後述する。
【００３８】
この圧電アクチュエータ板１８では、圧電体シート３及び固定シート４として、所定の厚みを有するグリーンシートを用いている。圧電体シート３と固定シート４とを同一の材料にすることは、圧電アクチュエータ板１８を製造する際に行う焼結時の歪の発生を抑制し、高い寸法精度を維持し得るという利点がある。尚、固定シート４は、圧電体以外の材料により構成することも可能である。圧電体シート３及び固定シート４の厚みは、圧電素子部２ｂのピッチ、ひいてはノズルピッチに関係する。ここで図７を参照しながら、ノズルピッチの具体的な仕様について説明する。Ｙ方向（副走査方向）のノズルの間隔をＬ２＿ｓｕｂ、Ｘ方向（主走査方向）のノズルの間隔をＬ２＿ｍａｉｎとする。図２に示すように、Ｘ方向のノズル解像度は１２００ｄｐｉに設定されることから、Ｌ２＿ｍａｉｎは、
Ｌ２＿ｍａｉｎ＝２５．４ｍｍ／１２００ｄｐｉ＝２１．１６７μｍ
である。また、Ｌ２＿ｓｕｂは、
Ｌ２＿ｓｕｂ＝３ｍｍ
に設定する。
【００３９】
この条件では、図７に定義するθ、つまり、Ｙ’方向に延びるノズル列２１のＹ方向に対する傾斜角度θは、
ｔａｎθ＝（Ｌ２＿ｍａｉｎ／Ｌ２＿ｓｕｂ）＝２１．１６７／３０００
θ＝０．４０４  （ｄｅｇ）
となる。尚、図２や図７では、理解容易のために、角度θを誇張して描いている点に留意されたい。
【００４０】
また、図２に示すように、ノズル列２１同士の間隔は、１００ｄｐｉに設定されていることから、そのノズル列のピッチＮＰＸは、
ＮＰＸ＝２５．４ｍｍ／１００ｄｐｉ＝２５４μｍ
となる。
【００４１】
前述したように各圧電アクチュエータ板１８がＹ方向に対し傾いて配置されることから、圧電体シート３と固定シート４との積層方向（Ｘ’方向）における、その圧電体シート３のピッチＮＰＸ’は、
ＮＰＸ’＝ＮＰＸ×ｃｏｓθ＝２５３．９９μｍ
となる。圧電体シート３及び固定シート４は、上式を満たすようにそれぞれ設定すればよく、圧電体シート３の厚み（焼結後の厚み）は、例えば５０μｍ、固定シート４の厚み（焼結後の厚み）は、例えば２０３．９９μｍに設定してもよい。尚、グリーンシートの実用に供される厚みは、２〜１００μｍとされている。圧電体シート３や固定シート４は、例えば複数枚のグリーンシートを重ね合わせて構成してもよい。圧電体シート３及び固定シート４の厚みはそれぞれ、ラインヘッド１の解像度仕様に応じて適宜設定することが可能である。
【００４２】
ここでは１つのノズル列２１を構成するノズルの数を１２個としているが、このノズル数は、任意の数を設定することが可能である。ノズル数は、Ｙ’方向の圧電体シート３の長さによって決定されることになる。また、その数及び角度θを調整することによって、Ｘ方向に対するノズルピッチ（解像度）は、任意のピッチに設定することが可能である。
【００４３】
図７に示すように、圧電アクチュエータ２における、Ｙ方向に対するノズル１２とノズル１２との間には、液体の供給流路１５及び排出流路１６が、Ｙ方向に対して交互にかつ、それぞれＸ方向に延びて形成されている。供給流路１５及び排出流路１６はそれぞれ、図５，６に示すように、圧電アクチュエータ２の駆動面から凹陥する溝からなる。この供給流路１５及び排出流路１６はまた、Ｙ’方向に延びる圧電体シート３を複数の部分に区画することにより、各ノズル１２に対応する複数の圧電素子部２ｂを形成する役割も有している。
【００４４】
Ｙ’方向に延びる各圧力室７は、供給口１３（図４参照）を通じて供給流路１５に連通していると共に、排出口１４を通じて排出流路１６に連通している。図８に示すように、各供給流路１５は供給ポンプ２４を介して、液体タンク２２に接続されていると共に、各排出流路１６はフィルタ２６及び排出ポンプ２５を介して、液体タンク２２に接続されている。この液体循環システムにより、液体タンク２２からの液体２３は、供給ポンプ２４の駆動に伴い、供給流路１５から、供給口１３を経て圧力室７に至ると共に、そこから、排出口１４、排出流路１６、フィルタ２６及び排出ポンプ２５を通って、液体タンク２２に戻る（図６の矢印も参照）。こうした循環システムは、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。
【００４５】
図３に戻り、各圧電体シート３の各圧電素子部２ｂに電界を加える制御電極５、グランド電極６及びそれらの取出し配線はそれぞれ、圧電体シート３の表裏のシート面における所定の位置に配設されている。これらの電極及び配線は、例えばパラジュームや白金によって、圧電体シート３に対しパターニングすればよい。
【００４６】
各制御電極５は、圧電体シート３における圧力室区画部材９の接合側に形成されており、そこから電極取出し面まで延伸されて、その面に露出している。電極取出し面に露出している取出し電極は、圧電アクチュエータ２に接合されるフレキシブル基板１９に接続される。各グランド電極６もまた、圧電体シート３における圧力室区画部材９の接合側に形成されていると共に、図３では図示を省略するが、フレキシブル基板１９に対して電気的に接続されている。ここで、図示は省略するが、固定シート４にスルーホールを形成すると共に、そこに導電性材料を注入することによってＸ方向に並ぶ複数のグランド電極６を圧電アクチュエータ板１８内で互いに電気的に接続すると共に、いずれか１の圧電体シート３に形成された引き出し電極（尚、この引き出し電極は、電極取出し面に露出している）に接続するようにしてもよい。この構成では、グランド電極６は共通電極として電極取出し面の一部分に集中的に設けることになるため、グランド電位の変動が少なくなるという利点がある。尚、フレキシブル基板１９は、図示しない圧電アクチュエータ駆動回路に接続されている。また、圧電アクチュエータ２の電極取出し面に、フレキシブル基板を接合する代わりに、圧電アクチュエータ駆動回路を含むリジッド基板を接合してもよい。
【００４７】
以上説明したように、この圧電アクチュエータ２は、圧電体シート３及び固定シート４を主走査方向に交互に積層すると共に、そのシート３，４間に制御電極５及びグランド電極６を介設することによって、制御電極５とグランド電極６とによって挟まれた部分を、電圧の印加に伴いＺ方向に伸縮変形する圧電素子部２ｂとして機能させる。ここで、各圧電素子部２ｂのＺ方向の長さは、電極（グランド電極６）の高さに相当する長さＬによって規定される。この長さＬは、電圧印加時の圧電素子部２ｂの変位量に関係し、長さＬが長ければ長いほど、その変位量は大きくなる。つまり、この圧電アクチュエータ２では、グランド電極６の長さを長くすることによって圧電素子部２ｂの長さＬを長くして、各圧電素子部２ｂの変位量（ストローク）を大きくすることができる。このことは、粘度が高い液体を吐出する際に特に有利となる。すなわち、圧電素子部２ｂの変位によって、圧力室７内の液体に加えられた衝撃波（及び共振による振動波）は、高粘度の液体が有するダンパー効果により減衰してしまうが、大きなストロークはこの減衰を補償する。ここで、圧電素子部２ｂの伸縮の応答性を考慮して、圧電素子部２ｂ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との長さは必要最小限の長さに規制することが好ましい。また、図示は省略するが、圧電体シート３における圧電素子部２ｂ以外の部分では、これらの電極が互いに対向しないような配線パターンが採用されている。
【００４８】
この圧電アクチュエータ２はさらに、制御電極５と固定シート４との間、及び、グランド電極６と固定シート４との間に、固体潤滑材を膜状に形成してなる滑り層１０、１０をそれぞれ有している。各滑り層１０は、当該滑り層１０を挟んだ両側の間での滑りを容易に発生させることから、圧電体シート３と固定シート４との相対変位、換言すれば圧電素子部２ｂの変形が良好になる。滑り層１０を構成する固体潤滑材としては、例えば圧電体の焼結温度に耐え得る、β−窒化ケイ素や、六方晶窒化硼素を採用することができる。また滑り層１０は、圧電体を焼結する温度に耐えて形状を維持するようなスリットとしてもよい。
【００４９】
前述した制御電極５、グランド電極６及び滑り層１０はそれぞれ、圧電体シート３又は固定シート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、前記電極又は層を構成する材料のナノ粒子を、所定の溶媒に分散させ、この分散液をインクジェット法を利用して圧電体シート３又は固定シート４に塗付し、ベイク工程を経た後に、パターニングしてもよい。尚、図３等では、理解容易のために、各電極５，６及び層１０の厚みをデフォルメして分厚く記載している。この実施形態では、制御電極５、グランド電極６及び滑り層１０の厚みは、それぞれ５０ｎｍである。これらの電極５，６又は層１０の厚みは、２０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下で設定すればよい。２０ｎｍ未満にすると、形成された電極としての金属膜等に欠陥が生じやすく、１００ｎｍを越えると、圧電アクチュエータ２のＺ方向について、電極等が配置されている駆動面側のＸ方向の長さと、電極等が配置されない電極取出し面側のＸ方向の長さとの差が大きくなり、それに起因して、圧電アクチュエータ２の全体の歪が大きくなる。この点につき、電極等の厚みが５０ｎｍ程度であるときには、柔軟なグリーンシートによって構成される圧電体シート３及び固定シート４を積層して圧接したときにグリーンシートの部分が変形することによって、駆動面側のＸ方向の長さと電極取出し面側のＸ方向の長さとの差を小さくし得る。
【００５０】
次に、このラインヘッド１において、圧電アクチュエータ２を駆動させることに伴う液体の吐出動作について、図９，１０を参照しながら説明する。図９は、圧電アクチュエータ２（制御電極５）に印加される駆動電圧波形の一例を示している。駆動電圧波形は、＋Ｖ１の正電圧、−Ｖ２の負電圧及びグランド電位（ＧＮＤ）の組み合わせからなる。図１０（ａ）は、制御電極５に正電圧（＋Ｖ１）を印加したときの圧電アクチュエータ２の状態を示しており、制御電極５に＋Ｖ１の電圧を印加することによって、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（すなわち、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。これによって、圧電素子部２ｂの駆動面は圧力室７から離れるように上方に移動し、圧力室７の体積が増大する。このときに圧力室７内に液体が充填される。これに続いて、制御電極５に−Ｖ２の電圧を印加することにより、図１０（ｂ）に示すように、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（すなわち、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。これによって圧電素子部２ｂの駆動面は、圧力室７内に入り込むように下方に移動し、圧力室７の体積が減少する。このことに伴い圧力室７内の液体に圧力が付与されて、圧力室７内の液体はノズル１２から外部に押し出される。さらにその後、制御電極５にグランド電位（ＧＮＤ）の電圧を印加することによって、図１０（ｃ）に示すように、制御電極５とグランド電極６との間の電位差がなくなり、圧電素子部２ｂの駆動面は元の位置に戻る。このことに伴い、吐出中の液滴が切断され、所定量の液滴がノズル１２を離れて飛翔することになる。
【００５１】
次に、このラインヘッド１において最も特徴的な圧電アクチュエータ２の構成について、図を参照しながら説明する。前述したように、圧電アクチュエータ２は、圧電アクチュエータ板１８をＸ方向に並設することによって構成されている。この構成は、圧電体シート３及び固定シート４をＸ方向に交互に積層することによって、Ｘ方向に所定ピッチで複数の圧電素子部２ｂを配置した圧電アクチュエータを構成する場合に、焼結時の収縮に伴う圧電素子部２ｂの位置のばらつきが大きくなるという問題を解消し得る構成である。ここで、図１３は、ラインヘッド１の縦断面図であって、この縦断面図は、描く範囲を、図３よりもＸ方向に拡大している。図１４は、圧電アクチュエータ２を構成する、第１圧電体ユニット５１及びその第１圧電体ユニット５１を複数含んで構成される第２圧電体ユニット５３を示す平面図であり、図１５の上図は、第２圧電体ユニット５３を示す平面図であり、図１５の下図は、その第２圧電体ユニット５３を複数含んで構成される圧電アクチュエータ２を示す平面図である。図１６は、圧電アクチュエータ２において、第２圧電体ユニット５３同士の突き合わせ部分を拡大して示す平面図である。
【００５２】
圧電アクチュエータ２を構成する圧電アクチュエータ板１８は、図７や図１３に示すように、４枚の圧電体シート３を含んで構成されていて、１つの圧電アクチュエータ板１８内には、Ｘ方向には、４つの圧電素子部２ｂが並ぶことになる。このように圧電アクチュエータ板１８は、積層する圧電体シート３及び固定シート４の枚数が比較的少なく、Ｘ方向の長さ（幅）が比較的短いため、焼結時の収縮に起因する圧電アクチュエータ板１８の幅のばらつき量は比較的小さい。その結果、圧電アクチュエータ板１８に含まれる圧電素子部２ｂの位置ばらつき量は抑制されている。
【００５３】
この圧電アクチュエータ板１８は、間隔調整部材１７を間に挟んで、Ｘ方向に並設されており、図１４に示すように、ここでは、５枚の圧電アクチュエータ板１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅと、４個の間隔調整部材１７とによって、第１圧電体ユニット５１が構成されている。ここで、間隔調整部材１７は、圧電アクチュエータ板１８の寸法ばらつきを吸収して、その配設位置が所定位置となるように、各圧電アクチュエータ板１８の間隔を調整することで、圧電素子部２ｂの配置のばらつきを抑制する部材である。この間隔調整部材１７は、例えば弾性体によって構成すればよく、ここでは図１４等に示すように、Ｙ’方向の中央部と両側部との間に傾斜部が設けられて、その中央部がＸ方向に突出するような板ばねによって構成されている。尚、以下においては、間隔調整部材を板ばね１７と呼ぶ。
【００５４】
板ばね１７は、寸法規定ブロックと組み合わされて使用される部材であり、図１４に示すように、寸法規定ブロック（第１の寸法規定ブロック）５０は、第１圧電体ユニット５１のＸ方向の長さ、より正確には、１枚目の圧電アクチュエータ板１８ａの側面から５枚目の圧電アクチュエータ板１８ｅの側面までの長さを、所定の長さに規定するためのブロックである。つまり、詳しくは後述するが、第１の寸法規定ブロック５０によって第１圧電体ユニット５１のＸ方向の長さを規定することにより各板ばね１７が圧縮変形をし、そのことによって、５枚の圧電アクチュエータ板１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅが概ね均等間隔に配置されるのである。第１の寸法規定ブロック５０は、ここでは、図２１にも示すように、Ｙ’方向に間隔を空けて２つ備えられていると共に、各第１の寸法規定ブロック５０は、各圧電アクチュエータ板１８及び板ばね１７を貫通して配設されている。
【００５５】
５枚の圧電アクチュエータ板１８、４個の板ばね１７及び第１の寸法規定ブロック５０を含んで構成される第１圧電体ユニット５１は、複数個用意され、その複数個の第１圧電体ユニット５１が、板ばね１７を間に介在させてＸ方向に並設されることによって、第２圧電体ユニット５３が構成される。図１５の上図に示すように、ここでは、７個の第１圧電体ユニット５１から第２圧電体ユニット５３が構成される。第２圧電体ユニット５３は、より詳細には、図１４に示すように、第１圧電体ユニット５１同士の間に、１枚の圧電アクチュエータ板１８ｆが介設されると共に、この圧電アクチュエータ板１８ｆを挟んだＸ方向の両側それぞれに、板ばね１７が配設されて構成されている。ここで、図１４における圧電アクチュエータ板１８ｆの右側に配設された板ばね１７は、その中央部が右側に凸となるように配設されている一方、圧電アクチュエータ板１８ｆの左側に配設された板ばね１７は、それとは逆向きに、中央部が左側に凸となるような向きで配設されている。こうすることにより、当該左側に凸となった板ばね１７は、その中央部が第１圧電体ユニット５１の、第１の寸法規定ブロック５０と当接するようになる。このことは、第１の寸法規定ブロック５０がＸ方向に位置ずれをしてしまうことを防止し得る。
【００５６】
第２圧電体ユニット５３は、第２の寸法規定ブロック５２によって、そのＸ方向の長さが所定長さに規定される。第２圧電体ユニット５３は、より正確には、一個目の第１圧電体ユニット５１の側面から、７個目の第１圧電体ユニット５１の側面までの長さを、所定長さに規定する。第２の寸法規定ブロック５２は、ここでは、Ｘ方向に延びる棒状であり、第１の寸法規定ブロック５０と同様に、Ｙ’方向に間隔を空けて２つ備えられていると共に、各圧電アクチュエータ板１８及び板ばね１７を貫通して配設されている。第２の寸法規定ブロック５２は、第１の寸法規定ブロック５０と同様に、第２圧電体ユニット５３のＸ方向の長さを規定することによって、第１圧電体ユニット５１同士の間に配設された板ばね１７を圧縮変形させ、そのことにより、第１圧電体ユニット５１を概ね均等間隔に配置する機能を有する。
【００５７】
このように複数個の第１圧電体ユニット５１、板ばね１７及び第２の寸法規定ブロック５２を含んで構成される第２圧電体ユニット５３は、複数個用意され、その複数個の第２圧電体ユニット５３が、図１５の下図に示すように、Ｘ方向に並設されることによって、ラインヘッド１の全幅に対応する長さを有する圧電アクチュエータ２が構成される。圧電アクチュエータ２は、第３の寸法規定ブロック５４を備えており、この第３の寸法規定ブロック５４は、その中央部に、Ｘ方向に延びる矩形状の開口５４ａを有する枠形状を有している。複数の第２圧電体ユニット５３は、この第３の寸法規定ブロック５４の開口５４ａ内に配設される。ここで、図１６に示すように、Ｘ方向に並設される第２圧電体ユニット５３同士の間にもまた、１枚の圧電アクチュエータ板１８が配設されると共に、そのＸ方向の両側に板ばね１７が配設されている。第３の寸法規定ブロック５４は、第１及び第２の寸法規定ブロック５０，５２と同様に、複数の第２圧電体ユニット５３を並設してなる圧電アクチュエータ２の全長を規定することによって、第２圧電体ユニット５３同士の間に配設された板ばね１７圧縮変形をさせ、そのことにより、第２圧電体ユニット５３を概ね均等間隔に配置する機能を有する。尚、実際には、複数の第２圧電体ユニット５３を第３の寸法規定ブロック５４の開口５４ａ内に配設することによって、第１圧電体ユニット５１及び第２圧電体ユニット５３に含まれる全ての板ばね１７に対して圧縮荷重が付与されるようになり、各板ばね１７が圧縮変形して、全ての圧電アクチュエータ板１８が、Ｘ方向に、概略均等間隔に配置されることになる。第３の寸法規定ブロック５４の開口５４ａ内において、圧電アクチュエータ板１８同士の間等に形成される隙間は、例えば図１３等にも示すように、樹脂５５によって埋められており、これによって均等間隔に配置された各圧電アクチュエータ板１８が固定されることになる。尚、この圧電アクチュエータ２においては、その内部に多数の板ばね１７がＺ方向に延びるように配設されることになる。この各板ばね１７は、前述したマグネット３０による生じる磁束を、ノズルプレート６０にまで通過させるための磁性体としても機能し得る。
【００５８】
図１７は、板ばね（間隔調整部材）１７と寸法規定ブロック５０とを用いることによって、圧電アクチュエータ板１８の配設位置のばらつきを抑制する原理を示す図である。ここでは、第１圧電体ユニット５１の構成を例に、圧電アクチュエータ板１８の配置ばらつきについて説明するが、複数の第１圧電体ユニット５１を含む第２圧電体ユニット５３や、複数の第２圧電体ユニットを含む圧電アクチュエータ２の場合も同じである。前述したように、複数の（ここでは５枚の）圧電アクチュエータ板１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅは、板ばね１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄを介在させながらＸ方向に並設される（図１７の上図参照）。後述する圧縮荷重を付与していない状態では、左端の圧電アクチュエータ板（１枚目の圧電アクチュエータ板）１８ａの左側面から、右端の圧電アクチュエータ板（５枚目の圧電アクチュエータ板）１８ａの右側面までの距離は寸法規定ブロック５０の長さよりも長くなっている。この状態から、１枚目の圧電アクチュエータ板１８ａと５枚目の圧電アクチュエータ板１８ｅとの間にＸ方向の圧縮荷重を付与し、このことにより、１枚目の圧電アクチュエータ板１８ａの左側面から、５枚目の圧電アクチュエータ板１８ｅの右側面までの距離を寸法規定ブロック５０の長さに一致させる（図１７の下図参照）。このときに、各板ばね１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄは、受けた荷重に応じて収縮変形をするが、圧電アクチュエータ板１８と板ばね１７とが直列に配設されていることから、各板ばね１７は、全体としてエネルギが最小となって最も安定な状態となるように収縮変形をする。すなわち、５枚の圧電アクチュエータ板１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅが、Ｘ方向に概ね均等間隔となるように、中央側に位置する各圧電アクチュエータ板１８ｂ、１８ｃ、１８ｄは自動的に位置決めされる。こうして、各圧電アクチュエータ板１８の幅に関して寸法ばらつきが存在していても、その寸法ばらつきは板ばね１７の変形によって吸収されて、圧電アクチュエータ板１８がＸ方向に均等配置されることになる。その結果、各圧電アクチュエータ板１８に含まれる圧電素子部２ｂは、複数の圧電アクチュエータ板１８に跨って、Ｘ方向に、実質的に均等配置される。尚、各圧電アクチュエータ板１８において、その板幅方向の両側に配置される、相対的に厚みの薄い固定シート４の厚みは、例えば図１３に示すように、隣り合う圧電アクチュエータ板１８に跨って、圧電素子部２ｂが均等配置されるように、板ばね１７の厚み（ｓ）を考慮して、適宜設定される。
【００５９】
ここで、図１８，１９を参照しながら、間隔調整部材１７と寸法規定ブロック５０とを利用した場合の、ばらつき抑制効果について検討する。図１８は、第１の寸法規定ブロック５０の寸法ばらつき量に対する、各圧電アクチュエータ板１８の位置のばらつき量の関係を示している。これは、寸法規定ブロック（長さ４９３６μｍ）の寸法ばらつき量を変更しながら、５枚の圧電アクチュエータ板１８それぞれの配置ばらつきを、モンテカルロ法により計算した結果である。ここでは、圧電アクチュエータ板１８の幅（板厚）を８５２μｍとし、その幅のばらつきが３．５％（ｃｐｋ１．３３）であると仮定している。従って、各圧電アクチュエータ板１８の幅は、８５２±３０μｍとなる。また、各板ばね１７のバネ定数及び自由長のばらつきが５％（ｃｐｋ１．３３）であると仮定している。図１８の結果から、寸法規定ブロック５０の寸法ばらつき量が０．１ｍｍであるときに、各圧電アクチュエータ板１８の位置のばらつき量が０．０７５ｍｍ（ｃｐｋ１．３３）となることがわかる。
【００６０】
図１９（ａ）は、図１８の結果を基にして、寸法規定ブロック５０の寸法ばらつき量が５０μｍ（０．０５ｍｍ）のとき（４９３６±５０μｍ）の、各圧電アクチュエータ板１８の位置ばらつき量を示す図である。図１８の結果より、寸法規定ブロック５０のばらつき量が５０μｍ（０．０５ｍｍ）のときには、各圧電アクチュエータ板１８の位置ばらつき量は４０μｍ（０．０４ｍｍ）となることから、左端から２番目の圧電アクチュエータ板１８ｂの位置は、その左端を基準として１０１６±４０μｍとなり、３番目の圧電アクチュエータ板１８ｃの位置は２０３２±４０μｍとなり、４番目の圧電アクチュエータ板１８ｄの位置は、３０４８±４０μｍとなり、５番目の圧電アクチュエータ板１８ｅの位置は、４０６２±４０μｍとなる。
【００６１】
これに対し、図１９（ｂ）に示すように、多数の圧電体シート３と固定シート４とを積層することによって、長さ４９３６μｍの圧電アクチュエータを一体に製造した場合は、圧電体の厚さばらつきが３．５％であるから、圧電アクチュエータの全体としては４９３６±１７３μｍとなり、前記２番目の圧電アクチュエータ板１８ｂに対応する位置は１０１６±３６μｍとなり、３番目の圧電アクチュエータ板１８ｃに対応する位置は、２０３２±７１μｍとなり、４番目の圧電アクチュエータ板１８ｄに対応する位置は、３０４８±１０６．７μｍとなり、５番目の圧電アクチュエータ板１８ｅに対応する位置は、４０６２±１４２μｍとなる。つまり、圧電アクチュエータを一体に形成した場合は、ばらつき量が累積するため、そのＸ方向の長さが長くなるほど配置ばらつき量が大きくなってしまう。このことは、ラインヘッド１のように、Ｘ方向に長尺の圧電アクチュエータ２を必要とする場合には、各圧電素子部２ｂと、ノズル１２及び圧力室７との位置ずれが生じやすくなるため、不利である。これに対し、間隔調整部材１７と寸法規定ブロック５０とを用いることは、圧電アクチュエータ板１８の配置ばらつきを抑制して圧電アクチュエータ板１８を均等間隔に配置し得ることから、圧電アクチュエータ２をＸ方向に長尺に構成しても、各圧電素子部２ｂと、ノズル１２及び圧力室７との位置ずれを抑制し得る。
【００６２】
ここで図１８に示すように、寸法規定ブロック５０の寸法ばらつき量は、各圧電アクチュエータ板１８の寸法ばらつき量よりも小さくする必要はない。寸法規定ブロック５０の寸法ばらつき量を、各圧電アクチュエータ板１８の寸法ばらつき量（図１８では、３０μｍ）よりも小さくしても、圧電アクチュエータ板１８の位置ばらつき量は、その寸法ばらつき量よりも小さくはならないためである。
【００６３】
図２０は、圧電アクチュエータ板１８の製造手順を示している。尚、図中の符号は、前記圧電アクチュエータ板１８における各部の符号に対応している。先ず、工程Ｐ１では、所定厚みのグリーンシートからなる固定シート４を準備し、この固定シート４の表面に、滑り層を印刷法によって形成すると共に、所定パターンのグランド電極６を印刷法によって形成する（工程Ｐ２）。尚、ここでは、滑り層の図示は省略している。また、滑り層の形成後、例えばグリーンシートからなる介在層を設けた後に、電極６を形成するようにしてもよい。続く工程Ｐ３では、グランド電極６を形成した固定シート４上に、所定厚みのグリーンシートからなる圧電体シート３を積層し、その圧電体シート３上に、制御電極５を所定のパターンとなるように形成すると共に、滑り層を印刷法によって形成する（工程Ｐ４）。尚、ここでも、滑り層の図示は省略している。また前記と同様に、電極５の形成後、例えばグリーンシートからなる介在層を設けた後に、滑り層を形成するようにしてもよい。そうして、その圧電体シート３上に、再び固定シート４を積層する（工程Ｐ５）。その後は、前記の工程Ｐ２〜Ｐ５を繰り返すことにより、５枚の固定シートと４枚の圧電体シート３とが交互に積層された積層体とし（工程Ｐ６）、この積層体を所定温度（例えば１０００℃）で焼結する（工程Ｐ７）。この焼結時には、体積が数十％縮小することになる。その後、制御電極５に所定の電圧を加え、それによって、圧電体シート３に対応する部分を、図３に示す矢印方向（分極方向）に分極して、圧電素子部２ｂを設ける。このようにして圧電アクチュエータ板１８が完成する。この圧電アクチュエータ板１８は、多数、準備しておく。
【００６４】
図２１は、多数の圧電アクチュエータ板１８を用いて、圧電アクチュエータ２を組み立てる手順を示している。先ず、圧電アクチュエータ板１８に形成されている一対の貫通孔のそれぞれに、第１の寸法規定ブロック５０を内挿しておき、別途準備しておいた板ばね１７を圧電アクチュエータ板１８に対して重ね合わせる（工程Ｐ１１、Ｐ１２）。このようにして圧電アクチュエータ板１８と板ばね１７とを交互に並べて配置することによって、５枚の圧電アクチュエータ板１８と４枚の板ばね１７とからなる第１圧電体ユニット５１が完成する（工程Ｐ１３）。こうした第１圧電体ユニット５１は、複数個用意する。
【００６５】
次いで第２の寸法規定ブロック５２を用いて、前記複数の第１圧電体ユニット５１を並設する。このときに、前述したように、第１圧電体ユニット５１同士の間には、一対の板ばね１７と圧電アクチュエータ板１８とを介在させる（工程Ｐ１４。尚、ここでは、１つの板ばね１７のみを図示している）。このようにして、所定数の（ここでは７個の）第１圧電体ユニット５１を並設することによって、第２圧電体ユニット５３が完成する（工程Ｐ１５）。この第２圧電体ユニット５３もまた、複数個準備する。
【００６６】
次いで、図１５に示す第３の寸法規定ブロック５４の開口５４ａ内に、複数の第２圧電体ユニット５３を、第２圧電体ユニット５３同士の間に一対の板ばね１７及び圧電アクチュエータ板１８を介在させながら、並べて配置する（工程Ｐ１６。尚、図２１では第３の寸法規定ブロック５４の図示を省略している）。このときに、前述したように、各板ばね１７が圧縮荷重を受けて縮むようになり、圧電アクチュエータ板１８の配置位置が均等化される。その後、第３の寸法規定ブロック５４の開口５４ａ内に未硬化の樹脂を注入する。そうして圧電アクチュエータ板１８同士の隙間を埋める樹脂５５を硬化することによって、各圧電アクチュエータ板１８が互いに固定されて、圧電アクチュエータ２が完成することになる。
【００６７】
こうして完成した圧電アクチュエータ２に対しては、図２２に示すように、その駆動面（図２２における上向きの面）側の所定位置に、切削処理を施す。このことによって、Ｘ方向に延びる供給流路１５及び排出流路１６を形成する。
【００６８】
尚、ここでは、１つの圧電アクチュエータ板１８は、４枚の圧電体シート３を含んで構成されているが、この数は適宜変更することが可能である。尚、前述したように、圧電体シート３の数を増やして、圧電アクチュエータ板１８の厚みを分厚くすればするほど、焼結時の収縮に起因して、圧電アクチュエータ板１８内における圧電素子部２ｂの位置ばらつきは大きくなる。従って、圧電素子部２ｂの位置ばらつきを抑制する上では、圧電アクチュエータ板１８に含まれる圧電体シート３の数は少なくすることが好ましい。
【００６９】
また、第１圧電体ユニット５１に含まれる圧電アクチュエータ板１８の枚数も、前述した５枚に限定されるものではない。ここで、第１圧電体ユニット５１を構成する圧電アクチュエータ板１８の枚数の最適化について検討する。図２３は、１つの寸法規定ブロック５０に含まれる圧電アクチュエータ板１８の枚数に対する、その各圧電アクチュエータ板１８の配置位置のばらつきの関係を示している。図２３においては、圧電アクチュエータ板１８の幅のばらつきとして、０．１、０．３、０．５％の３通りそれぞれについて位置ばらつき量を算出している。これによると、１つの寸法規定ブロック５０に含まれる圧電アクチュエータ板１８の枚数が多いほど、位置ばらつき量が大きくなることがわかる。従って、位置ばらつき量を抑制する上では、１つの寸法規定ブロック５０に含まれる圧電アクチュエータ板１８の上限値を設けることが好ましい。
【００７０】
また、前記の圧電アクチュエータ２は、複数の圧電アクチュエータ板１８を含む第１圧電体ユニット５１、複数の第１圧電体ユニット５１を含む第２圧電体ユニット５３、及び、複数の第２圧電体ユニット５３を含む圧電アクチュエータ２といったように、３種類の寸法規定ブロック５０，５２，５４を用いて、３段階で圧電アクチュエータ２を構成している。このことは、図２５に示すように、概念化される。しかしながら、その段数は３段に限定されるものではない。ここで、圧電アクチュエータ２を構成する上での段数の最適化について検討する。図２４は、段数に対する、各圧電アクチュエータ板１８の配置位置のばらつきの関係を示している。ここでは寸法規定ブロックのばらつき量として、０．０２、０．０３及び０．０５ｍｍの３通りについて検討している。これによると、段数が増えるほど、圧電アクチュエータ板１８のばらつき量が大きくなることがわかり、圧電アクチュエータ板１８のばらつき量を抑制する上では、段数はあまり増やさないことが望ましい。
【００７１】
以上の点を勘案すれば、圧電アクチュエータ２における圧電素子部２ｂの位置ばらつきを抑制する上では、圧電アクチュエータ板１８の厚み（幅）を薄くし、寸法規定ブロック５０に含まれる圧電アクチュエータ板１８の数を少なくし、段数を減らすことが好ましいが、Ｘ方向に所定のノズル解像度を有する長尺のラインヘッド１に用いる圧電アクチュエータ２を製造する上では、圧電アクチュエータ板１８の厚みを薄くしてしまうと、例えば寸法規定ブロック５０に含まれる圧電アクチュエータ板１８の数を増やさなければならなくなったり、段数を増やさなければならなくなる。このように圧電アクチュエータ板１８の厚み、寸法規定ブロック５０に含まれる圧電アクチュエータ板１８の数及び段数は、相互に関連するため、それらのバランスをとって適宜設定することが好ましい。
【００７２】
尚、前記の実施形態では、間隔調整部材として、板ばね１７を採用しているが、これに限定されるものではない。間隔調整部材としては、圧縮荷重を受けたときに、その圧縮荷重の大きさに応じて変形し得る部材であると共に、その変形量が圧電アクチュエータ板１８よりも大きい部材であればよい。そこで、間隔調整部材として、例えばゴム板等の弾性材料からなる部材を採用してもよい。
【００７３】
また、例えば未硬化の樹脂材料（例えば接着剤）を、圧電アクチュエータ板１８同士の間や、圧電体ユニット同士の間に介在させることによっても、圧電アクチュエータ板１８や圧電体ユニットの配設位置のばらつきを抑制するという、同様の効果が得られる。すなわち未硬化の樹脂材料は、その厚みに応じて、厚みが分厚いほど小さい圧縮荷重で潰れる（樹脂が逃げて潰れる）ようになる。従って、図示は省略するが、複数の圧電アクチュエータ板１８を、その間に樹脂層を介在させて並設し、そこに圧縮荷重を加えたときには、相対的に薄い層は潰れ難く、相対的に厚い層は潰れやすいことから、最終的には、全ての層が、概ね同じ厚みとなる。こうして、圧電アクチュエータ板１８は均等間隔に配置されるようになる。この構成では、板ばねが不要になるという利点がある。また、樹脂材料をそのまま硬化させれば、圧電アクチュエータ板１８を固定することができる。
【００７４】
また、ここでは、第１圧電体ユニット５１及び第２圧電体ユニット５３の、Ｘ方向の長さを規定する寸法規定部を、ブロック状５０，５２にしているが、寸法規制部は圧電体ユニットの長さを規定し得る構成であればよく、その形状や構成には特に制限はない。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
以上説明したように、ここに開示する圧電アクチュエータは、長尺の液体吐出ヘッドに好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１      ラインヘッド（液体吐出ヘッド）
２      圧電アクチュエータ
３      圧電体シート
４      固定シート（固定部）
５      制御電極
６      グランド電極
７      圧力室
１２    ノズル
１７    板ばね（間隔調整部材）
５０    第１の寸法規定ブロック（寸法規定部）
５２    第２の寸法規定ブロック（寸法規定部）
５４    第３の寸法規定ブロック（寸法規定部）
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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