(57)【要約】【課題】一定電圧の駆動によって吐出液滴の体積制御を行うことを可能にして広い領域で吐出液滴の体積を変化させることができ、さらに、小液滴を吐出させる際においても充分な吐出スピードを得ることができ、液滴の吐出方向を安定させることができるオンデマンド型の液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】ノズル１３に連通して液体を保持する圧力室１５の両側壁に電極２１〜２４を成膜して、せん断モードの圧電アクチュエータを形成し、対をなす電極２１、２２；２３、２４の少なくとも一方の電極２１；２３を液吐出方向に分割して複数の分割電極２１ａ、２１ｂ…：２３ａ、２３ｂ…とする。各分割電極２１ａ…：２３ａ…に単独にあるいは適宜組み合わせた複数の分割電極に選択的に電圧を印加して駆動することにより、吐出液滴の体積制御を精度良く行うことを可能にし、小液滴の吐出に際しても充分な吐出スピードが得られる。【選択図】　　　図２
2004050525.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも液体を吐出するノズルと、該ノズルに連通して液体を保持する圧力室と、該圧力室に液体を供給する液体供給手段とを備え、前記圧力室が、せん断モードの圧電アクチュエータの少なくともその一部を構成する圧力室壁を有する液体吐出ヘッドにおいて、
前記圧電アクチュエータを構成する少なくとも１つの圧力室壁に形成された対をなす電極の少なくとも一方の電極が複数に分割され、該分割された各電極に対する電圧印加を選択的に行うことができるように構成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
少なくとも１つの圧力室壁において分割された各電極の面積が、分割された電極の合計面積に対して、５％以上９５％未満の範囲に含まれることを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
少なくとも１つの圧力室壁において分割された各電極の面積が、分割された電極の合計面積に対して、１０％以上９０％未満の範囲に含まれることを特徴とする請求項１記載の液体吐出プリンタヘッド。
【請求項４】
前記圧電アクチュエータの電極の取出しを液体吐出ヘッドのひとつの壁面からまとめて行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
少なくとも複数のノズルと複数の圧力室とを有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記複数の圧力室を特定の方向に配列するとともに、前記圧電アクチュエータを構成する各圧力室の壁面に形成される複数の分割された電極は、前記圧力室の配列方向と直交する方向に配列されていることを特徴とする請求項５記載の液体吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電アクチュエータを用いたオンデマンド型の液体吐出ヘッドに関し、特に、吐出液滴の体積制御が可能で、さらに、小さな液滴の吐出に際しても充分な吐出スピードが得られ、液滴の吐出方向を安定させることができるオンデマンド型の液体吐出ヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
圧電アクチュエータは、圧電体を利用した電気変換素子であり、その優れた特性から、インクなどの液体を吐出させて記録媒体上に着弾させることで画像を形成するオンデマンド型の液体吐出ヘッドに広く用いられている。圧電アクチュエータを用いたオンデマンド型の液体吐出ヘッドは、通常、液体を吐出するノズル、ノズルに連通して液体を保持する圧力室、圧力室に液体を供給する液体供給手段、および、圧力室の容積を変化させることが可能な圧電アクチュエータを有しており、その構成としては、例えば、特開昭６３−２４７８０５１号公報、特開昭６３−２５２７５０号公報、特開平０２−１５０３５５号公報、特開平０６−５０７８５３号公報、米国特許４５８４５９０号明細書、特開平１０−０８６３６９等公報等に開示されているように種々のものが知られている。
【０００３】
この種のオンデマンド型の液体吐出ヘッドにおいて、インクなどの液体は、液体供給手段から圧力室およびノズルに順に供給されて圧力室およびノズルを満たしており、圧電アクチュエータを駆動して、圧力室の容積を急激に減少させることによって圧力室内の液体に圧力を生じさせ、この圧力により圧力室に連通したノズルから液滴として吐出させている。この液滴の吐出により液体の減少した圧力室およびノズル内には液体供給手段から液体が補充される。
【０００４】
このような液体吐出ヘッドにおいては、吐出液滴の体積を変化させることで、記録媒体に付着したときのドットの大きさを変化させて、画像の階調制御を行うことを主目的として、吐出液滴の体積を制御する技術が従来から検討されている。
【０００５】
この吐出液滴の体積制御の方法としては、一般に、圧電アクチュエータの駆動電圧を変化させて変位量を制御することで、液滴の体積制御を行う技術が知られている。しかし、この種の技術においては、大液滴の吐出時に圧電アクチュエータへの高電圧の印加を必要とし、この高電圧の印加が圧電アクチュエータの寿命を縮める原因となっていた。したがって、広い範囲で液滴の体積を変化させるためには、圧電アクチュエータの耐久性（寿命）を犠牲にすることが避けられなかった。
【０００６】
このような問題点を解決する幾つかの方法が知られている。例えば、特開平１０−２６４３８０号公報には、積層型圧電アクチュエータの内部電極を分割することにより、積層面に対してアクチュエータを分割して駆動することを可能とした積層型圧電アクチュエータを用いたオンデマンド型の液体吐出ヘッドが開示されている。また、特開平７−２２３３１３号公報には、積層型圧電アクチュエータの外部電極を分割することにより、圧電アクチュエータを積層方向に分割して必要な部分のみ駆動することの可能な積層型圧電アクチュエータを用いたオンデマンド型の液体吐出ヘッドが開示されている。これらの液体吐出ヘッドにおいては、吐出する液滴の体積に応じて積層型アクチュエータを部分的に駆動して圧力室の容積変化量を制御するものであり、一定電圧の駆動において吐出液滴の体積制御が可能であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の積層型圧電アクチュエータを部分的に駆動して圧力室の容積変化量を制御して吐出する液滴の体積を変化させる液体吐出ヘッドにおいては、小さな液滴の吐出に際して充分な吐出スピードが得られなかった。これは、圧電アクチュエータに与えられる小液滴を吐出するための駆動力が小さいため、圧電アクチュエータが周辺の壁から受ける拘束力の影響が大きくなり、充分な液滴の吐出力が得られず、吐出スピードが低下するものと考えられる。液滴の吐出スピードが低下すると、液滴の吐出方向が不安定となるため、ドットの着弾位置を正確に制御することが困難となり、さらなる改善が望まれていた。
【０００８】
また、前記特開平１０−２６４３８０号公報に開示されている液体吐出ヘッドにおいては、アクチュエータの内部分割電極をグリーンシートの圧電材料に塗布成膜した後に焼成するため、収縮により焼成後の電極面積にばらつきが発生し易く、ヘッド間での特性を一定にすることが困難であり、さらに、内部電極を３個以上といった多数個に分割することは現実的に困難である。同様に、前記特開平７−２２３３１３号公報に開示されている液体吐出ヘッドにおいては、数１０μｍ単位の層間隔で積層された素子の側面に分割された外部電極を形成するため、高い位置精度が必要で、外部電極を多数に分割することはさらに困難である。
【０００９】
そこで、本発明は、前述した従来技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであって、一定電圧の駆動によって吐出液滴の体積制御を行うことを可能にして広い領域で吐出液滴の体積を変化させることができ、さらに、小液滴を吐出させる際においても充分な吐出スピードを得ることができ、液滴の吐出方向を安定させることができるオンデマンド型の液体吐出ヘッドを提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の液体吐出ヘッドは、少なくとも液体を吐出するノズルと、該ノズルに連通して液体を保持する圧力室と、該圧力室に液体を供給する液体供給手段とを備え、前記圧力室が、せん断モードの圧電アクチュエータの少なくともその一部を構成する圧力室壁を有する液体吐出ヘッドにおいて、前記圧電アクチュエータを構成する少なくとも１つの圧力室壁に形成された対をなす電極の少なくとも一方の電極が複数に分割され、該分割された各電極に対する電圧印加を選択的に行うことができるように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の液体吐出ヘッドにおいては、少なくとも１つの圧力室壁において分割された各電極の面積が、分割された電極の合計面積に対して、５％以上９５％未満の範囲に含まれることが好ましく、さらに、１０％以上９０％未満の範囲に含まれることが好ましい。
【００１２】
本発明の液体吐出ヘッドにおいては、前記圧電アクチュエータの電極の取出しを液体吐出ヘッドのひとつの壁面からまとめて行うことが好ましい。
【００１３】
本発明の液体吐出ヘッドにおいては、少なくとも複数のノズルと複数の圧力室とを有することが好ましく、さらに、前記複数の圧力室を特定の方向に配列するとともに、前記圧電アクチュエータを構成する各圧力室の壁面に形成される複数の分割された電極は、前記圧力室の配列方向と直交する方向に配列されていることが好ましい。
【００１４】
【作用】
本発明の液体吐出ヘッドによれば、せん断モードの圧電アクチュエータを構成する圧力室の側壁に形成される対をなす電極の少なくとも一方の電極を複数に分割し、各分割電極に単独にあるいは適宜組み合わせた複数の分割電極に選択的に電圧を印加して駆動することにより、一定電圧の駆動において、吐出液滴の体積制御を可能にする。
【００１５】
さらに、圧力室の分割電極を選択的に駆動する際にそのアクチュエータの変位する領域は、その周辺領域から受ける変位を拘束しようとする力が極めて少なく、このため、従来の縦振動モードの圧電アクチュエータの分割駆動により吐出液滴の体積制御を行う液体吐出ヘッドに比較して、大きな吐出力を得ることが可能で、従来、充分な吐出スピードを得ることが困難であった小液滴の吐出に際しても充分な吐出スピードを得ることができる。これにより、液滴の吐出方向を安定化させることができ、記録媒体上のドットのより正確な位置制御が可能となる。
【００１６】
また、複数のノズルを高密度に配列したマルチノズル型の液体吐出ヘッドにおいても、周辺部からの拘束力の影響が小さいために充分な変位を得ることができ、これにより圧力室の幅を小さくすることができ、高密度なノズル配列を可能にする。
【００１７】
さらに、圧電アクチュエータの多数の電極の取出しを液体吐出ヘッドの一つの壁面においてまとめて行うことを可能にすることにより、多数の電極の配線を容易に行うことができ、複数のノズルを高密度に配列したマルチノズル型の液体吐出ヘッドを構成する場合にコンパクトな設計が可能になる等の点で有利である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
本発明に係るオンデマンド型の液体吐出ヘッドの第１の実施例について、図１ないし図４を用いて説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係る液体吐出ヘッドの第１の実施例の斜視図であり、図２は、本発明に係る液体吐出ヘッドの第１の実施例を分解して示す斜視図である。また、図３の（ａ）および（ｂ）は、本実施例の液体吐出ヘッドの断面を示し、（ａ）は図１における線Ａ−Ａに沿って破断して示す断面図、（ｂ）は（ａ）における線Ｂ−Ｂの沿って破断して示す断面図であり、図４の（ａ）および（ｂ）は、本発明に基づく圧電アクチュエータに電圧を印加したときの圧力室の変位の状態を示す模式図である。
【００２１】
本実施例のオンデマンド型の液体吐出ヘッド１０は、図１および図２に図示するように、圧力室１５を構成する溝が形成された圧電材料からなる基板１１、ノズル１３が形成されたノズル板１２、基板１１の溝の上方を閉鎖するように基板１１に接合される天板１４、液体供給手段（不図示）および電極２１〜２４から構成されており、圧力室１５は、基板１１に形成された溝とノズル板１２と天板１４によりその壁面が構成され、図示しない液体供給手段は、基板１１の一壁面に形成された連通孔１６（図３の（ａ）および（ｂ）参照）を通して圧力室１５と接続されている。
【００２２】
液体吐出ヘッド１０を構成するノズル板１２の材質は特に限定されないが、加工精度の問題から、ステンレス、アルミニウム、ニッケル等の金属や、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミド、ポリエーテルケトン、ポリカーボネイト、ポリエステル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンサルファイド、エポキシ樹脂、アラミド樹脂等の高分子材料が好ましい。また、天板１４の材質も特に限定されないが、セラミックス、ガラス、樹脂等の絶縁物が好ましい。
【００２３】
基板１１を作製する圧電材料としては、例えば、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛およびこれらの固溶体が挙げられる。好ましくは、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）およびＰＺＴを主成分とする固溶体である。ＰＺＴは、鉛の一部をランタン等で置換したものでも良いし、第３成分として、Ｐｂ（Ｍｇ１／３　Ｎｂ２／３　）Ｏ３　、Ｐｂ（Ｃｄ１／３　Ｎｂ２／３　）Ｏ３　、Ｐｂ（Ｆｅ１／２　Ｎｂ１／２　）Ｏ３　、Ｐｂ（Ｙｂ１／２　Ｎｂ１／２　）Ｏ３　、Ｐｂ（Ｙｂ１／２　Ｔａ１／２　）Ｏ３　、Ｐｂ（Ｉｎ１／２　Ｎｂ１／２　）Ｏ３　、Ｐｂ（Ｍｎ１／２　Ｗ１／２　）Ｏ３　、Ｐｂ（Ｚｎ１／２　Ｗ１／２　）Ｏ３　、Ｐｂ（Ｍｇ１／２　Ｗ１／２　）Ｏ３　、Ｐｂ（Ｃｏ１／２　Ｗ１／２　）Ｏ３　、Ｐｂ（Ｎｉ１／２　Ｗ１／２　）Ｏ３　、Ｐｂ（Ｎｉ１／３　Ｎｂ２／３　）Ｏ３　、Ｐｂ（Ｍｇ１／３　Ｔａ２／３　）Ｏ３　、Ｐｂ（Ｚｎ１／３　Ｎｂ２／３　）Ｏ３　、Ｐｂ（Ｃｏ１／３　Ｎｂ２／３　）Ｏ３　、Ｐｂ（Ｃｏ１／３　Ｔａ２／３　）Ｏ３　、Ｐｂ（Ｎｉ１／３　Ｔａ２／３　）Ｏ３　等を含有しても良い。
【００２４】
圧電材料で構成される基板１１は、せん断モードで変位される向きに合わせてあらかじめ分極されていることが必要であり、本実施例の液体吐出ヘッド１０においては、図１および図２に図示するように、上向き（天板１４の上面に対して垂直な方向）に分極されている。また、この場合、基板１１の分極は下向きであっても良い。
【００２５】
圧力室１５を構成する基板１１の溝は、通常、ブレードソー、ワイヤーソー等のダイシング装置、レーザー加工装置あるいはエッチング等の手段により加工することができる。特に、圧力室１５の幅が５０μｍ以下である場合には、エッチングによる加工が好ましい。
【００２６】
圧力室１５を構成する溝の両側壁１８、１９には、図２および図３の（ｂ）に示すように、それぞれ、外部電極２１、２３および内部電極２２、２４が、圧力室１５の高さの略半分の高さをもって成膜されており、これらは、せん断モードの圧電アクチュエータとして機能する。外部電極２１、２３は、基板１１の側壁１８、１９の外面において液吐出方向に沿って複数個に分割され、本実施例においては、３個に分割されており、それらの分割された分割電極２１ａ、２１ｂ、２１ｃ；２３ａ、２３ｂ、２３ｃは、面積が液吐出方向に沿って順次小さくなるように形成されている。また、内部電極２２、２４は、側壁１８、１９の内面に液吐出方向に沿って分割することなく一体的に設けられている。これらの内部電極２２、２４は、図２に示すように、圧力室１５の側壁１８、１９の上端部にそれぞれ形成された電極端部２２ｔ、２４ｔに接続されており、これらの電極端部２２ｔ、２４ｔは、天板１４に設けられたコンタクトホール２５、２５（図２には一方のコンタクトホールのみを図示する）を介して天板１４上に形成される電極取出し部２６に接続される。
【００２７】
以上のように構成される液体吐出ヘッド１０において、矢印で示す方向に分極された圧電材料からなる基板１１の圧力室１５の各側壁１８、１９にそれぞれ形成した複数に分割された外部分割電極２１ａ、２１ｂ、２１ｃ；２３ａ、２３ｂ、２３ｃと内部電極２２；２４間に電気的信号を加えることにより、せん断モードの圧電アクチュエータとして作用する圧力室１５は、せん断モードの変形が生じ、その側壁１８、１９が変形し、圧力室１５の容積を変化させることができ、これにより、圧力室１５に供給され保持されている液体をノズル１３から液滴として吐出させる。例えば、外部電極２１、２３の分割電極２１ｃ、２３ｃに内部電極２２、２４に対して正の電圧を印加すると、圧力室１５の側壁１８、１９は、図４の（ａ）のように内側へ歪み、圧力室１５の容積を減少させる。逆に、外部電極２１、２３の分割電極２１ｃ、２３ｃに内部電極２２、２４に対して負の電圧を印加すると、圧力室１５の側壁１８、１９は、図４の（ｂ）のように外側へ歪み圧力室１５の容積を増加させる。
【００２８】
このように、一つの圧力室に対して少なくとも外部電極を複数に分割して配設し、これらの分割された分割電極に単独にあるいは適宜組み合わせた複数の分割電極に選択的に電圧を印加して駆動することにより、圧力室の容積の変形量を変化させることができ、ノズルから吐出する吐出液滴の体積制御を行うことが可能となる。本実施例の液体吐出ヘッドにおいては、圧電アクチュエータを構成する対となる内部電極と外部電極において外部電極のみを分割しているが、外部電極に代えて内部電極を分割することも可能であり、また、内部電極と外部電極の両方ともに分割することもできる。そして、電極を分割する数は、本実施例では３個としているが、電極の分割数は２以上であればよく、多く分割されているほど、より細かい吐出液滴の体積制御が可能である。なお、小液滴の吐出においても充分な吐出スピードを得るためには、少なくとも１つの圧力室壁面において、分割された各電極の面積は、分割された電極の合計面積に対して５％以上９５％未満の範囲に含まれることが好ましく、さらに、好ましくは１０％以上９０％未満の範囲に含まれていることが望ましい。
【００２９】
例えば、図１および図２において、基板１１の圧力室１５の側壁１８において、その外側面に形成する外部分割電極２１ａ、２１ｂ、２１ｃの面積をそれぞれＳ２１ａ、Ｓ２１ｂ、Ｓ２１ｃとし、分割電極の合計面積をＳ２１（＝Ｓ２１ａ＋Ｓ２１ｂ＋Ｓ２１ｃ）とすれば、各分割電極の面積（Ｓ２１ａ、Ｓ２１ｂ、Ｓ２１ｃ）は、
０．０５≦Ｓ２１ａ／Ｓ２１＜０．９５、
かつ、０．０５≦Ｓ２１ｂ／Ｓ２１＜０．９５、
かつ、０．０５≦Ｓ２１ｃ／Ｓ２１＜０．９５
を満足するように設定することが望ましい。
【００３０】
さらに、より好ましくは、
０．１０≦Ｓ２１ａ／Ｓ２１＜０．９０、
かつ、０．１０≦Ｓ２１ｂ／Ｓ２１＜０．９０、
かつ、０．１０≦Ｓ２１ｃ／Ｓ２１＜０．９０
を満足するように設定することが望ましい。
【００３１】
このように、分割された各電極の面積を前記の規定比率の範囲内とすることにより、最小面積の分割電極に電圧をかけることにより、最小液滴の吐出を行うことができ、しかも、充分な吐出スピードを得ることができる。これにより、液滴の吐出方向が安定するので、記録媒体上のドットのより正確な位置制御が可能となる。なお、分割された電極面積の比率の上限は、前記の下限の値から結果的に導かれる。
【００３２】
以上のように、せん断モードの圧電アクチュエータを構成する圧力室の側壁に形成される対をなす電極の少なくとも一方の電極を複数に分割し、分割された各電極に単独にあるいは適宜組み合わせた複数の分割電極に選択的に電圧を印加して駆動することにより、圧力室の容積の変形量を変化させることができ、ノズルから吐出する吐出液滴の体積制御を行うことができる。さらに、このようなせん断モードの圧電アクチュエータにおいては、選択的に変位させる領域が、その周辺領域から受ける変位を拘束しようとする力が極めて少なくすることができ、このため、従来の縦振動モードの分割駆動により吐出液滴の体積制御を行う液体吐出ヘッドと比較して、大きな吐出力を得ることが可能で、従来、充分な吐出スピードを得ることが困難であった小液滴の吐出においても充分な吐出スピードを得ることができる。これにより、液滴の吐出方向が安定するので、記録媒体上のドットの正確な位置制御が可能となる。
【００３３】
また、分割された各電極の面積に関して、本実施例では、液吐出方向に沿って順次面積が小さくなるように、すなわち、Ｓ２１ａ＜Ｓ２１ｂ＜Ｓ２１ｃの関係となるようにしているが、各分割電極の面積を全て同一面積に設定することも可能である。
【００３４】
次に、本発明に係るオンデマンド型の液体吐出ヘッドの第２の実施例について、図５ないし図７を用いて説明する。
【００３５】
図５は、本発明に係る液体吐出ヘッドの第２の実施例を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は天板上にフレキシブル基板を用いて配線を行った状態を示す上面図である。図６の（ａ）および（ｂ）は、本実施例の液体吐出ヘッドを構成する基板を一方向およびその反対方向から見た斜視図であり、図７の（ａ）ないし（ｃ）は、本実施例の液体吐出ヘッドを構成する圧力室の側壁に形成した内外両電極をコンタクトホールを介して天板の上面の電極取出し部へ接続する態様を説明するための模式図である。
【００３６】
図５および図６に図示する本実施例のオンデマンド型の液体吐出ヘッドは、圧力室の側壁に形成する内外両電極をともに複数に分割するとともに、複数の分割電極の取出しを液体吐出ヘッドの天板上でまとめて行うように構成した点で、前述した第１の実施例と相違している。なお、前述した第１の実施例における部材と同様の部材には同一符号を付して説明する。
【００３７】
本実施例の液体吐出ヘッド１０は、前述した実施例と同様に、圧力室１５を構成する溝が形成された圧電材料からなる基板１１、ノズル１３が形成されたノズル板１２、基板１１の溝の上方を閉鎖するように基板１１に接合される天板１４、液体供給手段（不図示）および電極３１〜３４から構成されており、圧力室１５は、基板１１に設けられた溝とノズル板１２と天板１４によりその壁面が構成され、図示しない液体供給手段は、基板１１の一壁面に形成された連通孔１６（図６の（ｂ）参照）を通して圧力室１５と接続されている。
【００３８】
本実施例における圧電アクチュエータを構成する圧電材料からなる基板１１はせん断モードで変位される向きに合わせてあらかじめ分極されており、圧力室１５の側壁に成膜された電極３１〜３４は圧力室１５の高さの略半分の高さをもって形成されており、これらは、せん断モードの圧電アクチュエータとして機能する。圧力室１５の側壁１８、１９にそれぞれ成膜される外部電極３１、３３および内部電極３２、３４は全て図６の（ａ）および（ｂ）に図示するように液吐出方向に沿って複数個（本実施例においては３個）に分割されており、すなわち、ノズル１３側から見て右側壁１８には、外部分割電極３１ａ、３１ｂ、３１ｃおよび内部分割電極３２ａ、３２ｂ、３２ｃが液吐出方向に沿って順次小さい面積となるように形成され、同じく左側壁１９にも、同様に、外部分割電極３３ａ、３３ｂ、３３ｃおよび内部分割電極３４ａ、３４ｂ、３４ｃが形成されている。そして、これらの内外両電極の分割された各分割電極は、側壁１８、１９の上端部に形成された電極端部に接続して形成されている。すなわち、側壁１８の上端部に形成されている電極端部３１ｔ（３１ａｔ、３１ｂｔ、３１ｃｔ）；３２ｔ（３２ａｔ、３２ｂｔ、３２ｃｔ）は、外部分割電極３１ａ、３１ｂ、３１ｃおよび内部分割電極３２ａ、３２ｂ、３２ｃにそれぞれ接続しており、また、側壁１９の上端部に形成された電極端部３３ｔ（３３ａｔ、３３ｂｔ、３３ｃｔ）；３４ｔ（３４ａｔ、３４ｂｔ、３４ｃｔ）は、外部分割電極３３ａ、３３ｂ、３３ｃおよび内部分割電極３４ａ、３４ｂ、３４ｃにそれぞれ接続している。
【００３９】
一方、天板１４の上面には、図５に示すように、外部電極取出し部３６（３６ａ、３６ｂ、３６ｃ）と内部電極取出し部３７（３７ａ、３７ｂ、３７ｃ）が形成されており、各電極取出し部３６、３７の両端部分にはそれぞれコンタクトホール３５、３５が設けられている（図７の（ａ）参照）。したがって、天板１４を基板１１上に接合することにより、天板１４上の各電極取出し部３６、３７は、それぞれのコンタクトホール３５を介して、内外両電極３１〜３４の分割電極に接続されている電極端部３１ｔ、３２ｔ、３３ｔ、３４ｔに接続される。
【００４０】
これらの接続状態を図７の（ａ）ないし（ｃ）を参照してさらに説明する。天板１４上に形成された外部電極取出し部３６ｃと内部電極取出し部３７ｂを例にとって説明すると、外部電極取出し部３６ｃと内部電極取出し部３７ｂは、図７の（ａ）に示すように、それぞれの両端部分において、コンタクトホール３５が設けられており、外部電極取出し部３６ｃは、コンタクトホール３５を介して、外部分割電極３１ｃ、３３ｃのそれぞれの電極端部３１ｃｔ、３３ｃｔに接続可能な位置に配置され、また、内部電極取出し部３７ｂは、コンタクトホール３５を介して、内部分割電極３２ｂ、３４ｂのそれぞれの電極端部３２ｂｔ、３４ｂｔに接続可能な位置に配置されている。他の外部電極取出し部３６ａ、３６ｂも同様にコンタクトホール３５を介してそれぞれ電極端部３１ａｔ、３３ａｔ；３１ｂｔ、３３ｂｔに接続可能な位置に配置され、また、他の内部電極取出し部３７ａ、３７ｃも同様にコンタクトホール３５、３５を介してそれぞれ電極端部３２ａｔ、３４ａｔ；３２ｃｔ、３４ｃｔに接続可能な位置に配置されている。したがって、天板１４を基板１１上に接合することにより、天板１４上の各電極取出し部３６ａ、３６ｂ、３６ｃおよび３７ａ、３７ｂ、３７ｃは、それぞれのコンタクトホール３５を介して、内外両電極の分割電極３１ａ、３１ｂ…；３３ａ、３３ｂ…および３２ａ、３２ｂ…；３４ａ、３４ｂ…にそれぞれ接続されている電極端部３１ａｔ、３１ｂｔ…；３３ａｔ、３３ｂｔ…および３２ａｔ、３２ｂｔ…；３４ａｔ、３４ｂｔ…に接続される。
【００４１】
このように圧電アクチュエータの側壁に形成した電極３１〜３４の分割電極全ての電極取出し部（端子）を天板１４の上面に集めることによって、図５の（ｂ）に示すように、フレキシブル配線基板３８を用いて容易に配線を行うことができる。また、フレキシブル配線基板３８による方法に代えて、ワイヤーボンディング等を用いても良い。
【００４２】
さらに、本実施例の液体吐出ヘッドにおいては、圧力室の側壁に形成する内外両電極をともに複数に分割することにより、前述した第１の実施例と同様に、より精度の良い吐出液滴の体積制御を行うことができる。また、小液滴の吐出においても充分な吐出スピードを得るためには、前述した第１の実施例と同様に、圧力室の各壁面において分割された各電極の面積は、分割された電極の合計面積に対して５％以上９５％未満の範囲に含まれることが好ましく、さらに、好ましくは１０％以上９０％未満の範囲に含まれていることが望ましい。なお、分割された各電極の面積の比率を設定する場合に、本実施例のように、分割電極が側壁１８、１９の上端部に形成された電極端部（３１ａｔ、３１ｂｔ……）に接続されている場合に、これらの電極端部は、各分割電極の面積には含めないで、各分割電極の面積の比率を設定する。
【００４３】
次に、本発明のオンデマンド型の液体吐出ヘッドの他の実施例について、図８ないし図１０を参照してさらに説明する。
【００４４】
図８は、本発明に係る液体吐出ヘッドの他の実施例を示す図であり、（ａ）は一部を破断して示す斜視図、（ｂ）は圧力室の一部を拡大して示す斜視図であり、図９は、本発明に係る液体吐出ヘッドのさらに他の実施例を一部破断して示す斜視図であり、図１０は、本発明に係る液体吐出ヘッドのさらに他の実施例の斜視図である。
【００４５】
図８の（ａ）および（ｂ）に図示するマルチノズル型の液体吐出ヘッド１１０は、圧電材料からなる基板１１１に形成される複数の圧力室１１５と複数のノズル１１３を直線状に並列して構成するものであり、各圧力室１１５の側壁１１８の両面に形成する電極１２１、１２２は液吐出方向に沿って８個に等分に分割されている。これらの８個に分割された分割電極１２１ａ、１２１ｂ…；１２２ａ、１２２ｂ…を配列する方向と、圧力室３を配列する方向は直交しており、圧電材料からなる基板１１１は、図８の（ｂ）に示すように上向きに分極され、圧力室１１５を構成する基板１１１はせん断モードで変位するように設定されている。また、全ての圧力室１１５は、液体流路１１７に繋がり、連通孔１１６を通じて図示しない液体供給手段へ接続される。
【００４６】
圧力室１１５の側壁１１８に形成された電極１２１、１２２の各分割電極１２１ａ、１２１ｂ…；１２２ａ、１２２ｂ…は、全て、側壁１１８の上端部に形成された電極端部１２１ｔ（１２１ａｔ、１２１ｂｔ…；１２２ａｔ、１２２ｂｔ…）から天板１１４に形成されたコンタクトホール（不図示）を介して天板１１４の上面に設けられた複数の電極取出し部１２６へ接続されており、全ての分割電極１２１ａ、１２１ｂ…；１２２ａ、１２２ｂ…の配線は、天板１１４の上面からまとめて行うことができる。
【００４７】
また、図９に図示するマルチノズル型の液体吐出ヘッド２１０は、液体吐出ヘッドの下面中央に、ノズル２１３を直線状に配列した２列のノズル列を形成するものであり、圧電材料からなる基板２１１に複数の圧力室２１５を形成し、各圧力室２１５の側壁２１８の両面には４個に分割された分割電極２２１ａ、２２１ｂ…；２２２ａ、２２２ｂ…が形成され、これらの分割電極２２１ａ、２２１ｂ…；２２２ａ、２２２ｂ…は、側壁２１８の上端部に形成された各電極端部２２１ｔ；２２２ｔから天板２１４に形成されたコンタクトホール２２５を介して天板２１４の上面に設けられた電極取出し部２２６へ接続されている。これにより、全ての分割電極の配線は天板２１４の上面からまとめて行うことができる。また、基板２１１内の液体流路２１７、２１７は図示しない液体供給手段へ接続される。また、２列のノズル列は千鳥状に配列されても良い。
【００４８】
図１０に図示するマルチノズル型の液体吐出ヘッドは、図８に図示するような複数のマルチノズルヘッド３１０を上下方向に積層して複合化したものであり、各マルチノズルヘッド３１０に対応して直線状に配置されるノズル列３１３を形成するノズル板３１２は共通化されており、配線には複数のフレキシブル配線基板３１９が用いられている。
【００４９】
図８ないし図１０に図示する各実施例のように、複数の圧力室とノズルを高密度に配列するマルチノズル型の液体吐出ヘッドにおいても、前述した第１および第２の実施例と同様に、せん断モードの圧電アクチュエータを構成する圧力室壁面に形成される電極を複数に分割し、これらの分割された分割電極に単独にあるいは適宜組み合わせた複数の分割電極に選択的に電圧を印加して駆動することにより、ノズルから吐出する吐出液滴の体積制御を高精度に行うことができ、さらに、最小面積の分割電極に電圧を印加することにより、小さな液滴を充分な吐出スピードをもって吐出することができる。これにより、液滴の吐出方向が安定するので、記録媒体上のドットのより正確な位置制御が可能となる。
【００５０】
また、従来の縦振動モードの圧電アクチュエータを用いたマルチノズル型の液体吐出ヘッドにおいては、高密度化を行うと、圧力室の幅が狭くなるので、圧力室壁のアクチュエータの変位する部分に対する周辺部からの拘束力の影響が大きくなり、充分な変位量を得ることが困難であったが、本発明の液体吐出ヘッドにおいては、周辺部からの拘束力が小さく高密度なノズル配列を有するマルチノズル型の液体吐出ヘッドにおいても充分な変位を得ることが可能である。
【００５１】
さらに、圧電アクチュエータの分割された複数の電極の取出しを液体吐出ヘッドのひとつの壁面においてまとめて行うことができることから、多数の電極の配線を容易に行うことができ、複数のノズルを高密度に配列したマルチノズル型の液体吐出ヘッドを構成する場合にコンパクトな設計が可能になる等の点で有利である。
【００５２】
次に、本発明に基づく、複数の分割電極を有するせん断モードの圧電アクチュエータを備えた液体吐出ヘッドにおいて、微小液滴の吐出実験を行った結果について説明する。
【００５３】
本発明に基づく液体吐出ヘッドとして、図８に図示するマルチノズル型の液体吐出ヘッド１１０を用い、各圧力室１１５の側壁１１８に形成する電極１２１、１２２を液吐出方向に沿って８個に等分に分割して１２１ａ、１２１ｂ…；１２２ａ、１２２ｂ…とするものであり、圧力室１１５の幅、高さおよび長さを、それぞれ、１００μｍ、８００μｍおよび３ｍｍとし、そして、圧力室１１５の側壁１１８の幅を１００μｍとした。
【００５４】
一方、本発明に基づく液体吐出ヘッドと比較するための比較例として、前記の液体吐出ヘッドと同様の構成を有するものであるが、各圧力室の側壁に形成する電極は分割することなく一体として形成したマルチノズル型の液体吐出ヘッドを用いた。
【００５５】
本発明に基づく液体吐出ヘッド（図８参照）において、分割電極１２１ａ、１２１ｂ…；１２２ａ、１２２ｂ…のうちノズル１１３に最も近い分割電極１２１ａ、１２２ａに駆動電圧を印加して液滴の吐出を行った。このとき、インクの液滴の体積が５ｐｌとなるように印加する駆動電圧を調整した。そして、この条件下で記録した記録媒体上のインクドット１００個について本来の着弾位置からのズレを測定した。このときの駆動電圧は３２Ｖであり、吐出スピードは１２．７ｍ／ｓｅｃであった。そして、ドットの着弾位置からのズレの平均値は３．１μｍであった。一方、比較例の液体吐出ヘッドにおいても、インクの液滴の体積が５ｐｌとなるように駆動電圧を調整し同様の実験を行った。比較例の液体吐出ヘッドの駆動電圧と吐出スピードは、それぞれ、７．６Ｖ、４．３ｍ／ｓｅｃであり、ドットの着弾位置からのズレの平均値は、８．７μｍであった。
【００５６】
このように、本発明に基づく液体吐出ヘッドは、一定電圧の駆動により、吐出液滴の体積制御が可能であるばかりでなく、分割電極を持たないせん断モードの圧電アクチュエータを備えた液体吐出ヘッドと比較しても、小液滴の吐出に際して充分な吐出スピードが得られ、液滴の吐出方向が安定していることがわかる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の液体吐出ヘッドによれば、せん断モードの圧電アクチュエータを構成する圧力室の側壁に形成される対をなす電極の少なくとも一方の電極を複数に分割し、分割された各電極に単独にあるいは適宜組み合わせた複数の分割電極に選択的に電圧を印加して駆動することにより、一定電圧の駆動において、吐出液滴の体積制御が可能となり、小液滴の吐出においても、充分な吐出スピードが得られ、液滴の吐出方向を安定化させることができる。
【００５８】
さらに、圧電アクチュエータの多数の電極の取出しを液体吐出ヘッドの一つの壁面においてまとめて行うことを可能にすることにより、多数の電極の配線を容易に行うことができ、複数のノズルを高密度に配列したマルチノズル型の液体吐出ヘッドを構成する場合にコンパクトな設計が可能になる等の点で有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液体吐出ヘッドの第１の実施例の斜視図である。
【図２】本発明に係る液体吐出ヘッドの第１の実施例を分解して示す斜視図である。
【図３】本発明に係る液体吐出ヘッドの第１の実施例の断面を示し、（ａ）は図１における線Ａ−Ａに沿って破断して示す断面図、（ｂ）は（ａ）における線Ｂ−Ｂの沿って破断して示す断面図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、本発明に基づく圧電アクチュエータに電圧を印加したときの圧力室の変位の状態を示す模式図である。
【図５】本発明に係る液体吐出ヘッドの第２の実施例を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は天板上にフレキシブル基板を用いて配線を行った状態を示す上面図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、本発明に係る液体吐出ヘッドの第２の実施例を構成する基板を一方向およびその反対方向から見た斜視図である。
【図７】（ａ）ないし（ｃ）は、本発明に係る液体吐出ヘッドの第２の実施例を構成する圧力室の側壁に形成した内外両電極をコンタクトホールを介して天板の上面の電極取出し部へ接続する態様を説明するための模式図である。
【図８】本発明に係る液体吐出ヘッドの他の実施例を示す図であり、（ａ）は一部を破断して示す斜視図、（ｂ）は圧力室の一部を拡大して示す斜視図である。
【図９】本発明に係る液体吐出ヘッドの他の実施例を一部破断して示す斜視図である。
【図１０】本発明に係る液体吐出ヘッドのさらに他の実施例の斜視図である。
【符号の説明】
１０　　（オンデマンド型の）液体吐出ヘッド
１１　　（圧電材）基板
１２　　ノズル板
１３　　ノズル
１４　　天板
１５　　圧力室
１６　　連通孔
１８、１９　　側壁
２１　　外部電極
２１ａ、２１ｂ…　　外部分割電極
２２　　内部電極
２３　　外部電極
２３ａ、２３ｂ…　　外部分割電極
２４　　内部電極
２２ｔ、２４ｔ　　（内部）電極端部
２５　　コンタクトホール
２６　　電極取出し部
３１　　外部電極
３１ａ、３１ｂ…　　外部分割電極
３２　　内部電極
３２ａ、３２ｂ…　　内部分割電極
３３　　外部電極
３３ａ、３３ｂ…　　外部分割電極
３４　　内部電極
３４ａ、３４ｂ…　　内部分割電極
３１ａｔ、３１ｂｔ…　　分割電極端部
３２ａｔ、３２ｂｔ…　　分割電極端部
３３ａｔ、３３ｂｔ…　　分割電極端部
３４ａｔ、３４ｂｔ…　　分割電極端部
３５　　コンタクトホール
３６ａ、３６ｂ…　　外部電極取出し部
３７ａ、３７ｂ…　　内部電極取出し部
３８　　フレキシブル配線基板
１１０、２１０　　（マルチノズル型）液体吐出ヘッド
１１１、２１１　　基板
１１２、２１２　　ノズル板
１１３、２１３　　ノズル
１１４、２１４　　天板
１１５、２１５　　圧力室
１１６　　連通孔
１１７、２１７　　液体流路
１１８、２１８　　側壁
１２１　　電極
１２１ａ、１２１ｂ…　　分割電極
１２１ｔ（１２１ａｔ…）　　分割電極端部
１２２　　電極
１２２ａ、１２２ｂ…　　分割電極
１２２ｔ（１２２ａｔ…）　　分割電極端部
２２１　　電極
２２１ａ、２２１ｂ…　　分割電極
２２１ｔ　　電極端部
２２２　　電極
２２２ｔ　　電極端部
３１０　　マルチノズルヘッド
３１２　　ノズル板
３１３　　ノズル
３１９　　フレキシブル配線基板
【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】
2004050525.tif 000009
【図８】
2004050525.tif 000010
【図９】
2004050525.tif 000011
【図１０】
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