(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電材料板と、その厚み方向に対向する両側に間隔を置いて配した第１の電極群と第２の電極群とを備え、
分極時と駆動時とで、前記圧電材料板に電界を印加するために使用する前記電極の組み合わせを変え、分極方向と駆動電界方向とが交差するようにして、駆動時には、前記圧電材料板をシェアモード変形させるようにし、
前記分極時は、前記第１の電極群の一つの電極と対向する第２の電極群のうち隣接する電極を越えた電極どうしを組み合わせて、前記第１の電極群と第２の電極群が対向する方向と交差する方向の電界を印加し、
前記駆動時には、前記分極時の電界の方向に交差する駆動用の電界を生じるように、駆動用電圧を前記第１の電極群と第２の電極群に印加することを特徴とする圧電トランスデューサ。
【請求項２】
前記分極時の電界の方向は前記圧電材料板の面に沿う方向に一致し、前記駆動時の電界の方向は前記圧電材料板の厚み方向に一致することを特徴とする請求項１に記載の圧電トランスデューサ。
【請求項３】
前記分極時には、前記圧電材料板の厚み方向に対向しない電極を使用して電界を印加し、その電極間に位置する少なくとも他の電極を使用して前記駆動電界を印加することを特徴とする請求項１または２に記載の圧電トランスデューサ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかの圧電トランスデューサを、液体を収容した複数の液室に跨って配置し、選択的に各液室の容積を変化させることにより該液室内の液体を液滴として噴射する液滴噴射装置において、
前記分極時に使用する電極が、前記液室の中央に対して対称に分極用電界を印加するように位置し、その電界によって生成した各分極方向に対してそれぞれ交差する駆動電界を印加するように、前記駆動時に使用する複数組の電極が前記液室の中央に対して対称に位置することを特徴とする液滴噴射装置。
【請求項５】
前記分極用電界を印加する対の電極のうち一方の電極が、前記複数の液室を相互に隔てる隔壁に対応して位置することを特徴とする請求項４に記載の液滴噴射装置。
【請求項６】
前記圧電トランスデューサの前記液室側の面に、前記電極を覆って前記圧電材料板に積層した絶縁層を備えることを特徴とする請求項４または５に記載の液滴噴射装置。
【請求項７】
請求項３の圧電トランスデューサを複数の液室に跨って配置し、選択的に各液室の容積を変化させることにより該液室内の液体を液滴として噴射する液滴噴射装置において、前記分極時に使用する電極が、前記各液室の中央と、前記複数の液室を相互に隔てる隔壁とに対応して位置し、前記駆動時に使用する複数組の電極が前記液室の中央に対して対称に位置することを特徴とする液滴噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電トランスデューサおよびそれを用いた液滴噴射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
用紙に文字や画像をドットマトリックス形式で印刷するためのプリントヘッドに圧電式の液滴噴射装置を利用したものが従来から提案されている。これは、圧電トランスデューサの寸法変位によってインクを収容した液室の容積を変化させることにより、その容積減少時にインクをノズルから噴射し、容積増大時にインク供給源から液室内にインクを導入するようにしたもので、ドロップオンデマンド方式と呼ばれている。そして、このような噴射機構を多数互いに近接して配設し、所定の位置の噴射機構からインクを噴射することにより、所望する文字や画像を形成するのである。
【０００３】
このような液滴噴射装置として、複数の液室に跨って設けられた圧電材料板の所定の液室に対応する部位のみを局部的に変形させる圧電式の液滴噴射装置が提案されている。圧電材料を変形させるモードとして、例えば米国特許第5,402,159号明細書などに記載され
たダイレクトモード、および米国特許第5,266,964号明細書に記載されたシェアモードが
ある。
【０００４】
前者の米国特許第5,402,159号明細書に記載されたものは、複数の積層された圧電セラミ
ックス層の間に正電極と負電極を積層方向に交互にはさみ、正電極と負電極との間のセラミックス層をその正電極と負電極との対向方向に分極した構造で、正電極と負電極に分極方向と同じ方向の電圧を印加することで、セラミックス層が伸長し、液室の容積を変化させ、インクに噴射圧力を加える。
【０００５】
また、後者の米国特許第5,266,964号明細書に記載されたものは、複数の積層された圧
電セラミックス層の間に複数の正電極をはさみ、またその正電極と積層方向と直交する方向に間隔をおいた位置で複数の負電極をはさみ、正電極群と負電極群との間のセラミックス層をその正電極群と負電極群との対向方向と直交する方向に分極した構造で、正電極群と負電極群に分極方向と直交する方向の電圧を印加することで、セラミックス層が厚みすべり効果により平行四辺形状に変形、すなわちシェアモードで変形し、液室の容積を変化させ、インクに噴射圧力を加える。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の前者のダイレクトモードでは、所定の変形量を得るためには、多数のセラミックス層と電極との積層数と必要とする。また、後者のシェアモードでは、各正電極と負電極がその対向方向とは直交する方向に面を有しているので、両電極の対向面積を擬似的に大きくするために、積層方向に多数の電極を並べなければならない。
【０００７】
このため、いずれも多くのセラミックスのグリーンシート上に電極材料をスクリーン印刷あるいは蒸着等して各液室に対応した多数の電極を形成し、そのグリーンシートを電極が積層方向に正確に対応するように積層する必要があり、製作工数が多くなる問題があった。
【０００８】
本発明は、少ない電極数でも効率よく所定の変形量を得ることができる圧電トランスデューサおよびそれを用いた液滴噴射装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の圧電トランスデューサは、圧電材料板と、その厚み方向に対向する両側に間隔を置いて配した第１の電極群と第２の電極群とを備え、分極時と駆動時とで、前記圧電材料板に電界を印加するために使用する前記電極の組み合わせを変え、分極方向と駆動電界方向とが交差するようにし、前記分極時は、前記分極時は、前記第１の電極群の一つの電極と対向する第２の電極群のうち隣接する電極を越えた電極どうしを組み合わせて、前記第１の電極群と第２の電極群が対向する方向と交差する方向の電界を印加し、前記駆動時には、前記分極時の電界の方向に交差する駆動用の電界を生じるように、駆動用電圧を前記第１の電極群と第２の電極群に印加する。
【００１０】
【００１１】
また、好ましくは、前記分極時の電界の方向は前記圧電材料板の面に沿う方向に一致し、前記駆動時の電界の方向は前記圧電材料板の厚み方向に一致する。分極時には、前記圧電材料板の厚み方向に対向しない電極を使用して電界を印加し、その電極間に位置する少なくとも他の電極を使用して前記駆動電界を印加することができる。
【００１２】
【００１３】
この圧電トランスデューサを液滴噴射装置に用いる場合、圧電トランスデューサを、液体を収容した複数の液室に跨って配置し、前記分極時に使用する電極が、前記液室の中央に対して対称に分極用電界を印加するように位置し、その電界によって生成した各分極方向に対してそれぞれ交差する駆動電界を印加するように、前記駆動時に使用する複数組の電極が前記液室の中央に対して対称に位置する。そして、選択的に各液室の容積を変化させることにより該液室内の液体を液滴として噴射する。
【００１４】
この場合好ましくは、前記分極用電界を印加する対の電極のうち一方の電極が、前記複数の液室を相互に隔てる隔壁に対応して位置する。また、前記圧電トランスデューサの前記液室側の面に、前記電極を覆って前記圧電材料板に積層した絶縁層を備えることもできる。
【００１５】
上記のように、分極時に、圧電材料板の厚み方向に対向しない電極を使用して電界を印加し、その電極間に位置する少なくとも他の電極を使用して前記駆動電界を印加する圧電トランスデューサを液滴噴射装置に用いる場合、圧電トランスデューサを複数の液室に跨って配置し、前記分極時に使用する電極が、前記各液室の中央と、前記複数の液室を相互に隔てる隔壁とに対応して位置し、前記駆動時に使用する複数組の電極が前記液室の中央に対して対称に位置する。そして、選択的に各液室の容積を変化させることにより該液室内の液体を液滴として噴射する。
【００１６】
【発明の効果】
【００１７】
上述したように、本発明の圧電トランスデューサおよび液滴噴射装置によれば、少ない電極数で効率よく変形させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の圧電トランスデューサおよび液滴噴射装置をインク噴射装置に具体化した第１の実施の形態について図１〜図９を参照して説明する。
【００１９】
図１に示すように、インク噴射装置２００は、圧電トランスデューサ１００と液室形成ユニット１２０とで構成され、液室形成ユニット１２０は、液室プレート６と、スペーサプレート７と、ノズル８を有するノズルプレート９とで構成されている。
【００２０】
インクを収容する液室５は、液室プレート６に穿設した開口の上下を圧電トランスデューサ１００とスペーサプレート７とで覆って作られ、図４に示すように、複数行、複数列をなして平面状に配列され、隣接する液室５とは隔壁５１で隔てられている。液室５の長さ方向の一端は、スペーサプレート７に穿設した連通孔７１を介してノズルプレート９のノズル８に連通し、他端は、図示しないインク供給源に連通している。液室５は、例えば幅（図において左右方向）０．３７５ｍｍ、長さ（図において紙面と直交する方向）２．０００ｍｍの大きさで、図において左右方向に０．５０８ｍｍのピッチ（５０ＤＰＩ）で形成されている。
【００２１】
圧電トランスデューサ１００は、チタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）のセラミックス材料からなる圧電材料板１からなる。さらに、圧電材料板１は、複数のシート状の圧電セラミックス層１ａ〜１ｄを積層して構成され、その圧電材料板１の液室側の表面（図１において下面）上に第１の駆動電極２と、液室５と反対側の表面（図１において上面）上に第２の駆動電極３とが形成されている。第１の駆動電極２は、圧電材料板１下面全体に沿って延び各液室５に共通に設けられる。第２の駆動電極３は各液室５に対応して設けられ、各液室５の形状にほぼ対応した形状に形成される。圧電セラミックス層１ａ〜１ｄの１層の厚みは０．０１５ｍｍである。第１および第２の駆動電極２，３はＡｇ−Ｐｄ系の金属材料からなり、厚みは約０．００２ｍｍである。
【００２２】
図１において圧電材料板１の内部に描かれた矢印Ａは、圧電材料板１の分極方向を示す。圧電材料板１は各液室５の中央部分から両側の隔壁５１に向かう方向につまり中央部分に対して対称に分極されている。それぞれの分極方向は、圧電材料板１の上面および下面に沿う方向でかつ厚み方向に対して傾いているが、圧電材料板１の面方向の成分を有する。第１の駆動電極２と第２の駆動電極３は、液室５に対応する２つの分極部分を上下から挟むように対向している。つまり、圧電材料板１の各液室５に対応する部分が、後述するように変形する部分すなわち動作部分を構成する。
【００２３】
第１の駆動電極２と第２の駆動電極３は、この各分極部分のみに対応して分割して設けられててもよいが、上記のように第１の駆動電極２はすべて連続して、第２の駆動電極３は同時に電圧を印加する単位つまり液室ごとに形成することが製造上好ましい。
【００２４】
次に、図１〜図３を参照して、液滴を噴射する動作について説明する。図１に示すように、最初に液室５の内部にインクを充填する。このとき、第１の駆動電極２および第２の駆動電極３はいずれもグランドＧＮＤ（０Ｖ）に接続されている。次に、図２に示すように、第１の駆動電極２をグランドＧＮＤに接続したまま、液滴を噴射しようとする液室５の第２の駆動電極３に正の駆動電圧（例えば２０Ｖ〜３０Ｖ）を印加する。このとき、第１の駆動電極２および第２の駆動電極３の間に発生する電界Ｅの向きと、圧電材料板１の分極方向Ａとがほぼ直交しているため、液室５に対応する２つの分極部分はそれぞれシェアモードで変形する。つまり、両分極部分は、それぞれ隔壁５１の上方部分をほぼ支点とし、かつ液室５の中央を挟んで対称にそれぞれ平行四辺形状に変形して、第２の駆動電極３が形成された圧電材料板１の領域が圧電材料板１の面方向に対して直交する方向、すなわち図２において上方に膨らむように移動し、液室５の容積が増加する。この状態を、このとき生じた圧力波の液室５内での片道伝播時間Ｔだけ維持する。この容積の増加によって、図示しないインク供給源から液室５にインクが供給される。なお、上記片道伝播時間Ｔは液室５内の圧力波が、液室５の長手方向（図中、紙面に垂直な方向）に伝播するのに必要な時間であり、液室５の長さＬとこの液室５内部のインク中での音速ａによりＴ＝Ｌ／ａと決まる。
【００２５】
圧力波の伝播理論によると、上記の電圧の印加からほぼＴ時間がたつと液室５内の圧力が逆転し、正の圧力に転じるが、このタイミングに合わせてに第１の駆動電極２をグランドＧＮＤに接続したまま第２の駆動電極３の電位をグランドＧＮＤ（０Ｖ）に戻すと、圧電材料板１の形状が図１と同様の変形前の状態に戻り、液室５内のインクに圧力が加えられる。そのとき、前記正に転じた圧力と、圧電材料板１が変形前の状態に戻ることにより発生した圧力とが加え合わされ、比較的高い圧力が液室５に連通するノズル８付近の部分に生じて、図３に示すように、液室５内のインクがノズル８からインク滴１０として噴射される。
【００２６】
次に、図５〜図９を参照して、上記インク噴射装置の製造方法について説明する。
【００２７】
図５に示すように、上記の圧電材料板１を構成する４枚のセラミックス材料のグリーンシート１ａ〜１ｄの上下面にさらに１枚ずつのグリーンシート１ｅ，１ｆが積層され、上記の圧電材料板１を構成する部分と追加したグリーンシート１ｅ，１ｆの間には、分極に用いる共通正電極１１および共通グランド電極１２がそれぞれ形成される。
【００２８】
具体的には、図６に示すように、上から２番目のグリーンシート１ａに、共通正電極１１として、各液室５の中央部分に対応する張出し部１１ａと、各張出し部１１ａを互いに接続するとともに、共通正電極１１をグリーンシート１ａの端部まで引き出す引出部１１ｂとを、導電性ペースト材料を使用してスクリーン印刷または導電材料の蒸着により形成する。最下層のグリーンシート１ｆに、共通グランド電極１２を、隔壁５１と対応する位置に、各液室５に対応した部分を開口１２ａとして除いて、グリーンシート１ａの端部に引き出す引出部１２ｂとともに上記のようにスクリーン印刷または蒸着により形成する。共通正電極１１および共通グランド電極１２はいずれもＡｇ−Ｐｄ系の金属材料からなり、厚みは約０．００２ｍｍである。
【００２９】
これらの共通正電極１１および共通グランド電極１２を形成したグリーンシート１ａ，１ｆを、電極のない他のグリーンシート１ｅ、１ｂ，１ｃ，１ｄとともに積層して焼成し、一体化する。なお、図６には、共通グランド電極１２の開口１２ａと、共通正電極１１との位置関係を示す。
【００３０】
次に、上記の圧電トランスデューサを、１３０℃程度のシリコンオイルなどの絶縁オイルが満たされた図示しないオイルバス中に浸し、引出部１２ｂを介して共通グランド電極１２をグランドＧＮＤ（０Ｖ）に接続し、引出部１１ｂを介して共通正電極１１に正の分極用電圧を印加して、張出し部１１ａと共通グランド電極１２との間には、圧電材料板の面方向および厚み方向に対して斜め方向に２．５ｋV/mm程度の電界を発生させる。図５に示すように、圧電材料板１はこの電界方向にしたがった方向（矢印Ａ）に分極される。  
【００３１】
その後、図８に示すように、圧電材料板１を両面から研磨し、共通正電極１１および共通グランド電極１２を含むシート１ｅ，１ｆ部分を取り除く。圧電材料板１には研磨面１Ａおよび研磨面１Ｂが形成される。次に、図９に示すように、圧電材料板１の研磨面１Ｂ全体にわたって第１の駆動電極２を、圧電材料板の研磨面１Ａの液室５に対応した分極位置に第２の駆動電極３を、それぞれ上記のようにスクリーン印刷または蒸着により形成する。
【００３２】
そして、上記のように形成された圧電材料板１と、あらかじめ積層した液室プレート６、スペーサプレート７およびノズルプレート９からなる液室ユニット１２０とを、第２の駆動電極３および分極部分が液室５に対応するように、接合することにより、インク噴射装置２００が作製される。
【００３３】
上記のように、第１の実施の形態のインク噴射装置２００では、共通正電極１１および共通グランド電極１２を各液室５に対して共通のパターンとして形成しておき、共通正電極１１および共通グランド電極１２を利用して、圧電材料板１の分極を行っている。このため、複雑な操作を要することなく、各液室について同時に分極を行うことができる。また、圧電材料板１の分極後に、圧電材料板１に対し研磨加工を施すことにより、共通正電極１１および共通グランド電極１２を除去している。このため、圧電トランスデューサ１００の駆動に際して、内部に残っている分極用の電極を介して駆動電界が漏れるなどして所定の液室５の駆動が他の液室に与える影響（クロストーク）を排除することができる。
【００３４】
また、上記のように圧電材料板１の面方向および厚み方向に対して傾斜して分極しているので、圧電材料板１の両表面近くに分極用電極１１，１２を、圧電材料板１の厚さ方向に互いに重ならないようにして傾斜方向に対向配置して分極を行うことができる。そして、駆動用電極２，３を圧電材料板の両面に対向配置することで、傾斜した分極方向に対して実質的に直交する電界をかけ、少ない電極数で効率よく変形させることができる。
【００３５】
なお、圧電材料板１を分極するための共通正電極１１および共通グランド電極１２を、上記実施の形態のように、セラミックス材料の積層体の内部に形成することで、分極時の放電を少なくして効率よく分極することができるが、外部に形成あるいは外表面に接触させることで分極を行うこともできる。また、共通正電極１１と共通グランド電極１２に印加する分極用の直流電圧の向きを逆にして分極方向を逆にし、あるいは駆動電極２，３の位置を上下逆に入れ替えて駆動電圧の向きを逆にすることで、圧電材料板１を液室５の容積を減少させるように変形してインクを噴射することも可能である。
【００３６】
［第２の実施形態］
以下、図１０〜図１１を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、前記第１の実施の形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。
【００３７】
図１０に示すように、第２の実施の形態の圧電トランスデューサ１０２は、圧電材料板２１の内部に、分極に用いた共通グランド電極１２を残して完成品としている。このように、共通グランド電極１２を除去していないが、電極１２は各液室５の周囲に位置付けられているため、クロストークに関して大きな影響を与えることなく、前記第１の実施の形態と同様に動作することができる。
【００３８】
第２の実施の形態のインク噴射装置の動作は、第１の実施の形態と同様に、第１の駆動電極２をグランドに接続しておき、インクを噴射しようとする液室に対応する第２の駆動電極３に正の駆動電圧を印加する。これにより、第１の駆動電極２および第２の駆動電極３の間に発生する電界の向きと、圧電材料板２１の両分極方向とが略直交しているため、圧電材料板２１はシェアモードで変形、すなわち両分極部分は液室５のほぼ中央を挟んで対称にそれぞれ平行四辺形状に変形する。この状態は図示しないが、図２と同様である。そして、第２の駆動電極２３の電位をグランドＧＮＤ（０Ｖ）に戻すと、圧電材料板２１の形状が図１０と同様の状態に戻り、液室２５から所定量のインク１０が噴射される。
【００３９】
第２の実施の形態のインク噴射装置の製造方法は、第１の実施の形態とほぼ同じであり、共通正電極１１および共通グランド電極１２を形成したグリーンシート１ａ，１ｆを、電極のない他のグリーンシート１ｅ、１ｂ，１ｃ，１ｄとともに積層して焼成し、図５の積層体と同じものを製作する。そして、共通グランド電極１２および共通正電極１１間に上記のように直流電圧を印加し、圧電材料板２１の各動作部分を傾斜方向に分極する。第２の実施の形態では、図１１に示すように圧電材料板２１を上面から研磨し、共通正電極１１を含むシート１ｅ部分を取り除き、共通グランド電極１２を含むシート１ｆ部分を残す。そして、図９と同様に、圧電材料板２１の上面および下面に、第１の駆動電極２、第２の駆動電極３をそれぞれ形成する。
【００４０】
［第３の実施形態］
以下、図１２〜図１８を参照して、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、前記第１の実施の形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。図１２に示すように、第３の実施の形態の圧電トランスデューサ１０３は、圧電材料板３１の内部に、分極に用いた共通正電極１１および共通グランド電極１２を残して完成品としている。
【００４１】
この圧電材料板３１において、図１３に示すように、最下層のグリーンシート１ｆの上の電極１２はスルーホール構造１２ｂを介してその下面に引き出される。このスルーホール構造１２ｂは、グリーンシート１ｆに電極１２を形成する際にそのグリーンシート１ｆにあらかじめ形成した貫通孔に導電性ペースト材料を充填して形成される。
【００４２】
また、図１４に示すように、２番目のグリーンシート１ａの上の各電極１１はスルーホール構造１１ａを介して最上層のグリーンシート１ｅの上面に引き出される。このスルーホール構造１１ａは、最上層のグリーンシート１ｅに、２番目のグリーンシート１ａ上の各電極１１に対応して複数の貫通孔を形成し、これに導電性ペースト材料を充填して形成される。
【００４３】
上記のようにスルーホール構造１１ａを形成したグリーンシート１ｅ、分極用電極１１を形成したグリーンシート１ａ、分極用電極１２とスルーホール構造１２ｂを形成したグリーンシート１ｆ、および電極のないグリーンシート１ｂ，１ｃ，１ｄを第１の実施の形態と同様に積層して焼成し、図１５に示す圧電材料板３１を製作する。そして図１６に示すように、その圧電材料板３１の上面に、複数のスルーホール構造１１ａを相互に接続する引出電極１１ｂを形成し、また、圧電材料板３１の下面に、スルーホール構造１２ｂに接続した引出電極（図示せず）を形成する。
【００４４】
そして、圧電材料板３１の下面に形成した引出電極、スルーホール構造１２ｂを介して電極１２をグランドＧＮＤ（０Ｖ）に接続し、上面に形成した引出電極１１ｂ、全スルーホール構造１１ａを介して全電極１１に分極用の正電圧を印加し、図５に示すように、電極１１と１２を結ぶ方向すなわち圧電材料板３１の面に沿う方向および板厚方向に対して傾斜して分極する。
【００４５】
次に、図１７に示すように、圧電材料板３１の上面および下面全体に、電極層３Ａおよび電極層２Ａを、上記引出電極に重ねてスクリーン印刷または蒸着などによってそれぞれ形成する。そして、図１８に示すように、電極層３Ａを引出電極１１ｂとともにレーザー等で分割し、第２の電極３を形成する。つまり、液室５間の隔壁５１に対応する位置の電極層３Ａを除去することによって、電極３は各液室５ごとに分離される。電極層２Ａも各液室５ごとに分割してもよいが、分割することなく電極層２Ａをそのまま第１の電極２とし第１の電極２を全液室５にわたって連続した状態にしておくことが好ましい。
【００４６】
このとき、電極２、電極３は、それぞれ内部電極１２、内部電極１１とスルーホール構造１１ａを介して接続したままであってもよいが、電極層２Ａ，３Ａをスルーホール構造１１ａ，１２ｂの周囲において除去することによって、電気的に分離してもよい。前者の場合、内部電極１１は第２の電極３と、内部電極１２は第１の電極２とそれぞれ同電位となる。
【００４７】
また、上記の電極層３Ａ，２Ａを形成する前に、圧電材料板３１の上下両面の引出電極を研磨等によって除去するようにしてもよい。また、個別の電極３を各液室５に対応する位置にのみに形成するようにしてもよい。しかし、上記のように電極層３Ａを圧電材料板３１の上面全体にわたって形成し、各液室５ごとに分離する方法をとることにより、引出電極１１ｂの切断作業も同時に行うことができる。
【００４８】
第３の実施の形態のインク噴射装置の動作は、第１の実施の形態と同様に、第１の駆動電極２をグランドに接続しておき、インクを噴射しようとする液室に対応する第２の駆動電極３に正の駆動電圧を印加する。これにより、第１の駆動電極２および第２の駆動電極３の間に発生する電界の向きと、圧電材料板３１の両分極方向とが略直交しているため、圧電材料板３１はシェアモードで変形、すなわち両分極部分は液室５のほぼ中央を挟んで対称にそれぞれ平行四辺形状に変形する。この状態は図示しないが、図２と同様である。そして、第２の駆動電極２３の電位をグランドＧＮＤ（０Ｖ）に戻すと、圧電材料板２１の形状が図１２と同様の状態に戻り、液室２５から所定量のインク１０が噴射される。このとき、電極２Ａおよび電極３Ａを分割することにより、スルーホール構造を介した異なる液室の内部電極間の接続を切断している。このため、液滴噴射装置１００の駆動に際して、所定の液室５の駆動が他の液室に与える影響（クロストーク）を排除することができる。
【００４９】
第３の実施形態では、引出電極の形成と、電極層２Ａあるいは電極層３Ａの形成とを別工程としてるが、電極層２Ａあるいは電極層３Ａを引出電極として利用してもよい。この場合には、引出電極の形成とは別に、再度、上記第１の電極２あるいは第２の電極３の電極層を形成する必要がないため、工程数を削減できる。ただし、分極に際して必要な電界が得られ、かつ分割によって適切な第１の電極２および第２の電極３を形成できるような電極層２Ａあるいは電極層３Ａの形状を選択する必要がある。
【００５０】
［第４の実施の形態］
以下、図１９〜図２０を参照して、本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、前記第１の実施の形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。この実施の形態の圧電トランスデューサ１０４においては、図２０に示すように、分極時にグランドＧＮＤに接続される電極１１２は、各液室５を囲むようにリング状に形成される。したがってグリーンシート１ｆには、各電極１１２ごとにスルーホール構造１１２ｂが設けられ、そのグリーンシート１ｆの下面に形成された引出電極（図示せず）により、全電極１１２がスルーホール構造１１２ｂを介して相互に接続される。分極方法を含む製造方法は、前記第３の実施の形態とほぼ同じであり、また、変形動作も同様である。
【００５１】
［第５の実施の形態］
以下、図２１〜図２６を参照して、本発明の第５の実施の形態について説明する。なお、前記第１の実施の形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。
【００５２】
圧電トランスデューサ１０５は、上記各実施の形態と同様にシート状の圧電セラミックス層１ａ〜１ｆを積層した圧電材料板５１１からなる。さらに、圧電材料板５１１は、複数のシート状の圧電セラミックス層１ａ〜１ｄを積層して構成され、最上層の圧電セラミックス層１ｅと２番目の圧電セラミックス層１ａとの間に複数に分割された第１の内部電極５２０ａ〜５２０ｆ（個々に区別する必要のないときは５２０で総称する）、最下層の圧電セラミックス層１ｆとその上の圧電セラミックス層１ｄとの間に複数に分割された第２の内部電極５３０ａ〜５３０ｇ（個々に区別する必要のないときは５３０で総称する）がそれぞれ介挿されている。
【００５３】
前記液室５の幅（図において左右方向）方向の中央部には、第１の内部電極のうち２個を間に挟んだ電極５２０ｂと５２０ｅが配置されていて、かつ隣接する液室５を隔てる隔壁５１に対応して、第２の内部電極のうち２個を間に挟んだ電極５３０ａ、５３０ｄ、５３０ｇが配置されている。すべての第１の内部正電極５２０と第２の内部負電極５３０とは、圧電材料板５１１の面に沿う方向に互い違いにかつ厚み方向においてほぼ対向するように、配置されている。
【００５４】
圧電材料板５１１は、上記電極５２０ｂと電極５３０ａ、５３０ｄを結ぶ方向、および電極５２０ｅと電極５３０ｄ、５３０ｇを結ぶ方向、すなわち圧電材料板５１１の面に沿う方向および板厚方向に対して傾斜した方向（矢印９０で示す）に分極されている。
【００５５】
圧電トランスデューサ１０５は、以下の製造方法によって製造される。
【００５６】
図２２に示すように、先ず、圧電セラミックス層を形成するための最下層のグリーンシート１ｆの上面に、分割された第２の内部電極５３０をスクリーン印刷または蒸着により形成する。各内部電極５３０は該グリーンシート１ｆを貫通するスルーホール構造１２ｂにより下面に引き出される。このとき、隔壁５１に対応する電極５３０ａ、５３０ｄ、５３０ｇとその他の電極５３０ｂ、５３０ｃ、５３０ｅ、５３０ｆとは、電極５３０の長手方向において反対側の端部でそれぞれスルーホール構造１２ｂにより下面に引き出される。
【００５７】
その最下層のグリーンシート１ｆの上に、電極のないグリーンシート１ｂ、１ｃ、１ｄが積層され、さらに分割された第１の内部電極５２０がスクリーン印刷蒸着等により形成されたグリーンシート１ａが積層される。そして最上層のグリーンシート１ｅには、各第１の内部電極５２０に対応する位置にその第１の内部電極５２０に接続して上面に引き出すスルーホール構造１１ａが設けられている。
【００５８】
各グリーンシート１ｅ、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｆを積層して全体を加熱プレスし、公知のように脱脂、焼結を施すことにより、一体の圧電トランスデューサ１０５を得る。
【００５９】
かくして得られた圧電トランスデューサ１０５に、図２３に示すように上面には複数のスルーホール構造１１ａを介して各第１の内部電極５２０と電気的に接続する複数の第１の外部電極１４０を、下面には複数のスルーホール構造１２ｂと電気的に接続する第２の外部電極（図示せず）を、それぞれ銀ペーストの印刷および焼き付け法やスパッタ法などの方法で各スルーホール構造毎に個別に形成する。
【００６０】
上記の圧電トランスデューサ１０５を、各実施の形態と同様に、インク室５０の中央部に配置する第１の内部電極５２０ｂ、５２０ｅにスルーホール構造１１ａを介して接続された第１の外部電極１４０に図示しない分極電源の正電圧に接続し、隣接する液室５間の隔壁５１に配置する第２の内部電極５３０ａ、５３０ｄ、５３０ｇにスルーホール構造１２ｂを介して接続された第２の外部電極（図示せず）はグランドＧＮＤに接続することで、分極処理を施す。このとき、上記以外の内部電極５２０ａ、５２０ｃ、５２０ｄ、５２０ｆ、５３０ｂ、５３０ｃ、５３０ｅ、５３０ｆは電気的にはどこにも接続せずに浮いた状態となっている。これにより、図２４に示すように、第１の内部電極層２０ｂと第２の内部電極層５３０ａ、５３０ｄ間、および第１の内部電極５２０ｅと第２の内部電極５３０ｄ、５３０ｇ間に、矢印５９０で示すように、ほぼ圧電材料板５１１の面にほぼ沿う方向（同時に板厚方向に対してもわずか傾斜しているが）に分極される。つまり、この分極は隣接する電極を越えて行われ（電極５２０ｂと電極５３０ａとの間の分極についてみれば、電極５２０ａと電極５３０ｂを越えて行われる）、隣接する電極どうしが対向する方向（電極５２０ａと電極５３０ａとの対向方向、電極５２０ａと電極５３０ｂとの対向方向、電極５２０ｂと電極５３０ｂとの対向方向）をそれぞれ直交または所定角度で横切っている。
【００６１】
このようにして得られた圧電トランスデューサ１０５を液室形成ユニット１２０に一体的に組み付けることで、図２１に示すようなインク噴射装置２００が構成される。
【００６２】
以上のように構成されたインク噴射装置２００の動作について説明する。図２１に示すように、初期状態においては、第１の内部電極５２０および、第２の内部電極５３０は全てグランドＧＮＤに接続され、圧電トランスデューサ１０５はほぼ平坦になっている。また、各液室５内は、インクにて満たされている。
【００６３】
所定の印字データにしたがって、１つの液室５に連通するノズル８からインク滴を噴射する場合には、図２５に示すようにその室５に対応する第１の内部電極５２０ａ、５２０ｂ、５２０ｃに駆動電圧（例えば２０Ｖ）が印加される。このとき、液室５に対応する第１の内部電極５２０ａ、５２０ｂ、５２０ｃと、第２の内部電極５３０ａ、５３０ｂ、５３０ｃ、５３０ｄ間に、駆動電界が生じる。
【００６４】
上記駆動電界は、圧電材料板５１１のほぼ厚み方向に生じるのに対し、分極方向は前述のようにほぼ面に沿う方向であるから、実質的に分極方向５９０とほぼ直角な駆動電界５９１が印加されて、圧電材料板５１１の内部電極５２０ｂと５３０ａとの間の部分、および内部電極５２０ｂと５３０ｄとの間の部分は、それぞれ隔壁５１の上方部分を支点として、液室５の中央を挟んで対称に平行四辺形状に変形すなわちシェアモードで変形し、液室５内の容積を増大させ、インク供給源からインクを供給する。その後、第１の内部電極５２０ａ、５２０ｂ、５２０ｃ印加されている電圧を０（Ｖ）に戻すと図２６に示すように、圧電材料板５１１が変形前の状態に戻り、液室５内のインクに圧力を加え、ノズル８からインク滴を噴射する。
【００６５】
このように、本実施の形態のインク噴射装置２００においては、圧電トランスデューサ１０５内部に内部電極を複数に分割して形成しており、分極時と駆動時とで、電界を印加する内層電極の組み合わせを変えるだけで容易に、分極方向と駆動電界方向とが、ほぼ直交あるいは交差する。したがって、分極電極を除去する工程や駆動電極を新たに形成する工程が必要がない。また、最下層の圧電セラミックス層１ｆが電極とインクとの接触を避ける絶縁層として機能するので、電極の腐食を防止するための保護膜等を形成しなくてもよく、製造コストが低減される。
【００６６】
さらに、電極が内装されているために正電極側とグランド電極側間での放電による圧電トランスデューサ１０５の破壊も起こらず信頼性が高くなる。また、圧電トランスデューサをインク噴射装置に組み込む前ならば、圧電トランスデューサを再分極することが可能であり、図２５のように第２の内部電極５３０ａ，５３０ｄ，５３０ｇと５３０ｂ，５３０ｃ，５３０ｅ，５３０ｆとを前述のように電極５３０の長手方向に分離して引き出して別グループにしておけば、組立後に圧電トランスデューサを再分極することも可能である。なお、インクを噴射しようとする液室に対応する電極５２０ａ，５２０ｂ，５２０ｃの全てに電圧を印加したが、電極５２０ａと５３０ｂとの間、および電極５２０ｃと５３０ｃの間に任意の方向に電圧を印加するようにしてもよい。
【００６７】
［第６の実施の形態］
以下、図２７〜図３０を参照して、本発明の第６の実施の形態について説明する。なお、前記第５の実施の形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。
【００６８】
本実施の形態は前記第５の実施の形態とは、分極方向および駆動電界の方向を異にし、圧電シートの積層構造および電極の配置は同じである。すなわち、図２８に示すように、すべての第１の内部電極５２０に接続された第１のスルーホールは図示しない分極電源の正電圧に接続し、すべての第２の内部電極５３０に接続された第２のスルーホールはグランドＧＮＤに接続して、分極処理を施す。それにより、第１の内部電極５２０と第２の内部電極５３０間は、矢印５９０で示すように、ほぼ圧電材料板６１の厚み方向に分極される。
【００６９】
インク噴射装置の動作について説明する。図２７に示すように、初期状態においては、液室５の幅（図において左右方向）方向の中央部に配置された第１の内部電極５２０ｂ、５２０ｅ、および隣接する液室５の隔壁５１に対応して配置された第２の内部電極５３０ａ、５３０ｄ、５３０ｇは全てグランドＧＮＤに接続され、圧電トランスデューサはほぼ平坦な状態にある。このとき、上記以外の内部電極５２０ａ、５２０ｃ、５２０ｄ、５２０ｆ、５３０ｂ、５３０ｃ、５３０ｅ、５３０ｆは電気的にはどこにも接続せずに浮いた状態となっている。また、液室５内は、インクにて満たされている。
【００７０】
所定の印字データにしたがって、１つの液室５に連通するノズル８からインク滴を噴射する場合には、図２９に示すようにその液室５の幅（図において左右方向）方向の中央部に配置された第１の内部電極５２０ｂに駆動電圧（例えば２０Ｖ）が印加される。このとき、第１の内部電極５２０ｂと、隣接する液室５の隔壁５１に対応して配置された第２の内部電極５３０ａ、５３０ｄとの間に、それに隣接する電極５２０ａ、５３０ｂと５２０ｃ、５３０ｃを越えて駆動電界が生じる。図中、圧電材料板６１に示されている破線矢印５９１は駆動電界方向を示している。
【００７１】
上記駆動電界は、圧電材料板６１のほぼ沿面方向に生じるのに対し、分極方向は前述のようにほぼ厚み方向であるから、圧電材料板６１には、実質的に分極方向５９０とほぼ直交あるいは交差する駆動電界５９１が印加され、前述の実施の形態と同様に圧電材料板６１の液室５に対応する部分のみが、該液室５の外側方向へと変形をする。この後、圧電材料板６１が復帰したとき、インク滴５６０をノズル８から噴射するのは、前記実施の形態と同様である。
【００７２】
なお、上記した圧電トランスデューサについて、組立工程などでのハンドリング時に破壊しないように圧電セラミックス層の積層枚数を増やして、圧電トランスデューサの厚みを増やしたり、あるいは図３１に示すように、実際には変形しない部分、すなわち隣接する液室５の隔壁５１に対応する部分の圧電セラミックス層の積層枚数を増やした補強部位５００を設けて、圧電トランスデューサの破壊強度を増加するなどしてもよい。また、インク滴の噴射だけでなく他の液滴の噴射にも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１の実施の形態の液滴噴射装置を示す断面図で、図４のＸ−Ｘ線位置の断面に相当する。
【図２】上記第１の実施の形態の液滴噴射装置の動作状態を説明する断面図である。
【図３】上記第１の実施の形態の液滴噴射装置の動作状態を説明する断面図である。
【図４】上記第１の実施の形態の液滴噴射装置の液室の配置状態を説明する平面図である。
【図５】上記第１の実施の形態の液滴噴射装置に係る圧電トランスデューサの製造工程を示す断面図である。
【図６】上記第１の実施の形態の液滴噴射装置に係る圧電トランスデューサの製造工程を示す図で、グリーンシートの１つの平面図である。
【図７】上記第１の実施の形態の液滴噴射装置に係る圧電トランスデューサの製造工程を示す図で、グリーンシートの他の１つの平面図である。
【図８】上記第１の実施の形態の液滴噴射装置に係る圧電トランスデューサの製造工程を示す断面図である。
【図９】上記第１の実施の形態の液滴噴射装置に係る圧電トランスデューサの製造工程を示す断面図である。
【図１０】上記第２の実施の形態の液滴噴射装置を示す断面図である。
【図１１】上記第２の実施の形態の液滴噴射装置に係る圧電トランスデューサの製造工程を示す図で、グリーンシートの１つの平面図である。
【図１２】上記第３の実施の形態の液滴噴射装置を示す断面図である。
【図１３】上記第３の実施の形態の液滴噴射装置に係る圧電トランスデューサの製造工程を示す図で、グリーンシートの１つの平面図である。
【図１４】上記第３の実施の形態の液滴噴射装置に係る圧電トランスデューサの製造工程を示す図で、グリーンシートの他の１つの平面図である。
【図１５】上記第３の実施の形態の液滴噴射装置に係る圧電トランスデューサの製造工程を示す断面図である。
【図１６】上記第３の実施の形態の液滴噴射装置に係る圧電トランスデューサの製造工程を示す図で、圧電トランスデューサの平面図である。
【図１７】上記第３の実施の形態の液滴噴射装置に係る圧電トランスデューサの製造工程を示す断面図である。
【図１８】上記第３の実施の形態の液滴噴射装置に係る圧電トランスデューサの製造工程を示す断面図である。
【図１９】上記第４の実施の形態の液滴噴射装置を示す断面図である。
【図２０】上記第４の実施の形態の液滴噴射装置に係る圧電トランスデューサの製造工程を示す図で、グリーンシートの１つの平面図である。
【図２１】上記第５の実施の形態の液滴噴射装置を示す断面図である。
【図２２】上記第５の実施の形態の液滴噴射装置に係る圧電トランスデューサの製造工程を示す分解斜視図である。
【図２３】上記第５の実施の形態の液滴噴射装置に係る圧電トランスデューサの製造工程を示す斜視図である。
【図２４】上記第５の実施の形態の液滴噴射装置に係る圧電トランスデューサの製造工程を示す図で、分極工程を示す断面図である。
【図２５】上記第５の実施の形態の液滴噴射装置の動作を説明する図である。
【図２６】上記第５の実施の形態の液滴噴射装置の動作を説明する図である。
【図２７】本発明の第６の実施の形態の液滴噴射装置を示す断面図である。
【図２８】上記第６の実施の形態の液滴噴射装置に係る圧電トランスデューサの製造工程を示す図で、分極工程を示す断面図である。
【図２９】上記第６の実施の形態の液滴噴射装置の動作を説明する図である。
【図３０】上記第６の実施の形態の液滴噴射装置の動作を説明する図である。
【図３１】本発明のさらに別の変形例の液滴噴射装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１００  圧電トランスデューサ
５      液室
５１    隔壁
８      ノズル
１ａ〜１ｆ    圧電セラミックス層
２      駆動電極
３      駆動電極
Ａ      分極方向
【図１】
0004752831.tif 000002
【図２】
0004752831.tif 000003
【図３】
0004752831.tif 000004
【図４】
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【図５】
0004752831.tif 000006
【図６】
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【図７】
0004752831.tif 000008
【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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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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