(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のノズルと、前記複数のノズルに連通する複数の圧力室とを含む液体流路を有する流路形成部材と、
前記複数の圧力室内の液体に圧力を付与するための圧電アクチュエータと、を備え、
前記圧電アクチュエータは、
前記複数の圧力室を覆う第１圧電層と、
前記第１圧電層の一方の面に前記圧力室毎に配置され、前記第１圧電層の前記一方の面と垂直な第１方向からみたときに前記複数の圧力室と重なる複数の第１電極と、
前記第１圧電層の他方の面に配置され、前記第１方向から見たときに前記複数の圧力室及び前記複数の第１電極と重なる第２電極と、を有し、
前記圧力室は、前記第１方向と直交する第２方向に長尺であり、前記第２方向の長さが５００μｍ以上且つ１０００μｍ以下であり、前記第１方向及び前記第２方向のいずれとも直交する第３方向の長さが２５０μｍ以上且つ５００μｍ以下であり、
前記第３方向において、前記第１電極の両端が前記圧力室の内側に位置し、
前記第２方向において、
前記第１電極の一方側の端が前記圧力室の内側に位置し、前記第１電極の他方側の端が前記圧力室の外側に位置し、前記第１電極の前記他方側の端を含む部分は、当該端に近づくほど、前記第３方向の長さが短くなる先細り部となっているとともに、
前記第２電極の前記他方側の端が、前記圧力室の内側に位置し、前記圧力室の前記他方側の端との間の長さが２５μｍ以上であり、且つ、５０μｍ以下であり、
前記先細り部の基端部が、前記第２電極の前記他方側の端と重なる、又は、前記第２電極の前記他方側の端よりも前記他方側に位置していることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項２】
複数のノズルと、前記複数のノズルに連通する複数の圧力室とを含む液体流路を有する流路形成部材と、
前記複数の圧力室内の液体に圧力を付与するための圧電アクチュエータと、を備え、
前記圧電アクチュエータは、
前記複数の圧力室を覆う第１圧電層と、
前記第１圧電層の一方の面に前記圧力室毎に配置され、前記第１圧電層の前記一方の面と垂直な第１方向からみたときに前記複数の圧力室と重なる複数の第１電極と、
前記第１圧電層の他方の面に配置され、前記第１方向から見たときに前記複数の圧力室及び前記複数の第１電極と重なる第２電極と、を有し、
前記圧力室は、前記第１方向と直交する第２方向に長尺であり、前記第２方向の長さが５００μｍ以上且つ１０００μｍ以下であり、前記第１方向及び前記第２方向のいずれとも直交する第３方向の長さが２５０μｍ以上且つ５００μｍ以下であり、
前記第３方向において、前記第１電極の両端が前記圧力室の内側に位置し、
前記第２方向において、
前記第１電極の一方側の端が前記圧力室の内側に位置し、前記第１電極の他方側の端が前記圧力室の外側に位置し、前記他方側の端を含む部分は、当該端に近づくほど、前記第３方向の長さが短くなる先細り部となっているとともに、
前記第２電極の前記他方側の端が、前記圧力室の内側に位置し、前記圧力室の前記他方側の端との間の長さが２５μｍ以下であり、
前記先細り部の基端部が、前記圧力室の前記他方側の端との間の長さが２５μｍ以下であって、且つ、前記第２電極の前記他方側の端よりも前記一方側に位置していることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項３】
前記複数の圧力室が、前記第３方向に沿って並び、
前記第２電極は、
前記圧力室毎に設けられ、前記第１方向から見て前記複数の圧力室と重なる複数の重なり部と、
前記複数の重なり部同士を接続する接続部と、を有し、
前記第３方向において、前記重なり部の両端が、前記圧力室の外側に位置するとともに、隣接する前記重なり部との間に隙間を有し、
前記第２方向において、前記重なり部の前記一方側の端が、前記圧力室の外側に位置し、
前記接続部は、前記第３方向に延びて、前記複数の重なり部の、前記第２方向における前記一方側の圧力室の外側に位置する部分同士を接続することを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出装置。
【請求項４】
前記複数の第１電極は、前記第１圧電層の圧力室側の前記面に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液体吐出装置。
【請求項５】
前記圧電アクチュエータは、
前記第１圧電層とともに前記複数の第１電極を挟んで配置された第２圧電層と、
前記複数の第１電極とともに前記第２圧電層を挟んで配置され、前記第１方向から見たときに、前記複数の圧力室及び前記複数の第１電極と重なる第３電極と、をさらに備え、
前記第２方向において、前記第３電極の前記他方側の端が、前記圧力室の内側に位置し、前記圧力室の前記他方側の端との間の長さが５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液体吐出装置。
【請求項６】
前記第２方向において、
前記第１電極の前記他方側の端を含む部分が、当該端に近づくほど、前記第３方向の長さが短くなる先細り部となっており、
前記第３電極の前記他方側の端と、前記圧力室の前記他方側の端との間の長さが２５μｍ以上であり、
前記先細り部の基端部が、前記第３電極の前記他方側の端と重なる、又は、前記第３電極の前記他方側の端よりも前記他方側に位置していることを特徴とする請求項５に記載の液体吐出装置。
【請求項７】
前記第２方向において、
前記第１電極の前記他方側の端を含む部分は、当該端に近づくほど、前記第３方向の長さが短くなる先細り部となっており、
前記第３電極の前記他方側の端と、前記圧力室の前記他方側の端との間の長さが２５μｍ以下であり、
前記先細り部の基端部は、前記圧力室の前記他方側の端との間の長さが、２５μｍ以下であって、且つ、前記第３電極の前記他方側の端よりも前記一方側に位置していることを特徴とする請求項５に記載の液体吐出装置。
【請求項８】
前記複数の圧力室が、前記第３方向に沿って並び、
前記第２圧電層は、前記第１圧電層よりも前記圧力室側に配置され、
前記第３電極は、
前記第１方向から見て前記複数の圧力室及び前記複数の第１電極と重なり、前記第３方向に前記複数の圧力室にまたがって連続的に延びた帯状部を有することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の液体吐出装置。
【請求項９】
前記第２方向において、前記第３電極の前記他方側の端が、前記第２電極の前記他方側の端よりも、前記圧力室の前記他方側の端に近いことを特徴とする請求項８に記載の液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルから液体を吐出する液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドが記載されている。特許文献１に記載のインクジェットヘッドは、複数のノズル及び複数の圧力室を含むインク流路が形成された流路ユニットと、複数の圧力室内のインクに圧力を付与する圧電アクチュエータとを備えている。圧電アクチュエータは、インク分離層、２つの圧電層、共通電極及び複数の個別電極を備えている。
【０００３】
インク分離層及び２つの圧電層は、流路ユニットの上面に積層されている。共通電極は２つの圧電層の間のほぼ全域にわたって延びている。複数の個別電極は、対応する圧力室の中央部と重なるように配置されている。また、個別電極は、圧力室の長手方向におけるノズルと反対側に圧力室と重ならない位置まで延び、先端部が接続端子となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１９５９２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のインクジェットヘッドでは、上述したように、共通電極が２つの圧電層の間をほぼ全域にわたって延び、個別電極が、圧力室の長手方向にノズルと反対側の、圧力室と重ならない位置まで延びている。そのため、個別電極と共通電極との間に電圧を印加したときに、圧電層の圧力室と重なる部分のうち圧力室の端近傍の部分や、圧電層の圧力室の外側の部分のうち圧力室の端近傍の部分に電界が発生し、圧電層のこれらの部分が収縮する。そして、圧電層のこれらの部分の収縮により、圧電アクチュエータの変形が阻害される。
【０００６】
本発明の目的は、圧電層の収縮による圧電アクチュエータの変形の阻害を抑えて、圧電アクチュエータを大きく変形させることが可能な液体吐出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明に係る液体吐出装置は、複数のノズルと、前記複数のノズルに連通する複数の圧力室とを含む液体流路を有する流路形成部材と、前記複数の圧力室内の液体に圧力を付与するための圧電アクチュエータと、を備え、前記圧電アクチュエータは、前記複数の圧力室を覆う第１圧電層と、前記第１圧電層の一方の面に前記圧力室毎に配置され、前記第１圧電層の前記一方の面と垂直な第１方向からみたときに前記複数の圧力室と重なる複数の第１電極と、前記第１圧電層の他方の面に配置され、前記第１方向から見たときに前記複数の圧力室及び前記複数の第１電極と重なる第２電極と、を有し、前記圧力室は、前記第１方向と直交する第２方向に長尺であり、前記第２方向の長さが５００μｍ以上且つ１０００μｍ以下であり、前記第１方向及び前記第２方向のいずれとも直交する第３方向の長さが２５０μｍ以上且つ５００μｍ以下であり、前記第３方向において、前記第１電極の両端が前記圧力室の内側に位置し、前記第２方向において、前記第１電極の一方側の端が前記圧力室の内側に位置し、前記第１電極の他方側の端が前記圧力室の外側に位置し、前記第１電極の前記他方側の端を含む部分は、当該端に近づくほど、前記第３方向の長さが短くなる先細り部となっているとともに、前記第２電極の前記他方側の端が、前記圧力室の内側に位置し、前記圧力室の前記他方側の端との間の長さが２５μｍ以上であり、且つ、５０μｍ以下であり、前記先細り部の基端部が、前記第２電極の前記他方側の端と重なる、又は、前記第２電極の前記他方側の端よりも前記他方側に位置している。
第２の発明に係る液体吐出装置は、複数のノズルと、前記複数のノズルに連通する複数の圧力室とを含む液体流路を有する流路形成部材と、前記複数の圧力室内の液体に圧力を付与するための圧電アクチュエータと、を備え、前記圧電アクチュエータは、前記複数の圧力室を覆う第１圧電層と、前記第１圧電層の一方の面に前記圧力室毎に配置され、前記第１圧電層の前記一方の面と垂直な第１方向からみたときに前記複数の圧力室と重なる複数の第１電極と、前記第１圧電層の他方の面に配置され、前記第１方向から見たときに前記複数の圧力室及び前記複数の第１電極と重なる第２電極と、を有し、前記圧力室は、前記第１方向と直交する第２方向に長尺であり、前記第２方向の長さが５００μｍ以上且つ１０００μｍ以下であり、前記第１方向及び前記第２方向のいずれとも直交する第３方向の長さが２５０μｍ以上且つ５００μｍ以下であり、前記第３方向において、前記第１電極の両端が前記圧力室の内側に位置し、前記第２方向において、前記第１電極の一方側の端が前記圧力室の内側に位置し、前記第１電極の他方側の端が前記圧力室の外側に位置し、前記他方側の端を含む部分は、当該端に近づくほど、前記第３方向の長さが短くなる先細り部となっているとともに、前記第２電極の前記他方側の端が、前記圧力室の内側に位置し、前記圧力室の前記他方側の端との間の長さが２５μｍ以下であり、前記先細り部の基端部が、前記圧力室の前記他方側の端との間の長さが２５μｍ以下であって、且つ、前記第２電極の前記他方側の端よりも前記一方側に位置している。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によると、圧力室の端の全周にわたって、第１電極及び第２電極の少なくとも一方が配置されない領域が形成されている。これにより、駆動時の圧電アクチュエータの変形が阻害されにくくなり、圧電アクチュエータの変形を大きくすることができる。さらに、圧力室の第２方向の長さが５００μｍ以上１０００μｍ以下で、且つ、圧力室の第３方向の長さが２５０μｍ以上且つ５００μｍ以下である場合には、第２方向において、第２電極の他方側の端と、圧力室の他方側の端との間の長さが５０μｍ以下であるので、駆動時の圧電アクチュエータの変形を最大限大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係るプリンタの概略構成図である。
【図２】図１のインクジェットヘッドの平面図である。
【図３】圧電層の上面における電極配置を示す図である。
【図４】圧電層の上面における電極配置を示す図である。
【図５】図２の部分拡大図である。
【図６】図２のVI−VI線断面図である。
【図７】図２のVII−VII線断面図である。
【図８】（ａ）が図６の断面における圧電アクチュエータの変形を示す図であり、（ｂ）が図７の断面における圧電アクチュエータの変形を示す図である。
【図９】本発明の実施例における長さＬ１、Ｌ２と値Ａとの関係を示す図であり、（ａ）が圧電層の厚みを変化させたときの関係、（ｂ）が圧電層の厚みを変化させつつ、コンプライアンスを合わせたときの関係を示している。
【図１０】本発明の実施例における長さＬ１、Ｌ２と値Ａとの関係を示す図であり、（ａ）が個別電極の幅を変化させたときの関係、（ｂ）が圧力室の長さを変化させたときの関係を示している。
【図１１】変形例１の圧電アクチュエータの断面図であり、（ａ）図６に対応する断面、（ｂ）が図７に対応する断面を示している。
【図１２】変形例２の圧電アクチュエータの断面図であり、（ａ）図６に対応する断面、（ｂ）が図７に対応する断面を示している。
【図１３】（ａ）が変形例３の図５相当の図であり、（ｂ）が変形例４の図５相当の図である。
【図１４】（ａ）が変形例５の図５相当の図であり、（ｂ）が変形例６の図５相当の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１１】
(プリンタ)
図１に示すように、本実施の形態に係るプリンタ１は、キャリッジ２、インクジェットヘッド３（本発明の「液体吐出装置」）、用紙搬送ローラ４などを備えている。キャリッジ２は、走査方向（本発明の「第２方向」）に延びた２本のガイドレール５に支持され、ガイドレール５に沿って走査方向に往復移動する。なお、以下では、図１に示すように、走査方向に右側及び左側を定義して説明を行う。インクジェットヘッド３は、キャリッジ２に搭載され、その下面に形成された複数のノズル１５からインクを吐出する。用紙搬送ローラ４は、走査方向と直交する搬送方向（本発明の「第３方向」）における、キャリッジ２の両側に配置され、記録用紙Ｐを搬送方向に搬送する。
【００１２】
そして、プリンタ１では、用紙搬送ローラ４により、記録用紙Ｐを搬送方向に搬送しつつ、キャリッジ２とともに走査方向に往復移動するインクジェットヘッド３からインクを吐出させることによって、記録用紙Ｐに印刷を行う。
【００１３】
（インクジェットヘッド）
次に、インクジェットヘッド３について詳細に説明する。図２〜図５に示すように、インクジェットヘッド３は、流路ユニット２１（本発明の「流路形成部材」）と、圧電アクチュエータ２２と、を備えている。なお、以下では、図５、図６などに示すように、走査方向におけるインクジェットヘッド３の中央側をヘッド中央側（本発明の「第２方向における他方側」）とすることがある。走査方向におけるインクジェットヘッド３の外周側をヘッド外周側（本発明の「第２方向における一方側」）とすることがある。また、流路ユニット２１と圧電アクチュエータ２２とが流路ユニット２１を下に積層しており、両者の積層する方向を上下方向という。
【００１４】
（流路ユニット）
流路ユニット２１は、４枚のプレート３１〜３４が積層されることによって形成されている。プレート３１〜３３は、ステンレスなどの金属材料からなる。プレート３４は、ポリイミドなどの合成樹脂材料、あるいは、プレート３１〜３３と同様の金属材料からなる。
【００１５】
プレート３１には、複数の圧力室１０が形成されている。圧力室１０は、走査方向の長さが５００〜１０００μｍ程度で、搬送方向の長さが２５０〜５００μｍ程度の、走査方向を長手方向とする略長方形の平面形状を有している。複数の圧力室１０は、搬送方向に等間隔で千鳥状に配列され、走査方向に並ぶ２本の圧力室列９を形成している。圧力室列９内の圧力室１０は、隣の圧力室列９内の圧力室１０に対して、圧力室列９内で隣接する２つの圧力室１０の間隔の半分の長さだけ、搬送方向にずれている。
【００１６】
プレート３２には、略円形の貫通孔１２、１３が形成されている。複数の貫通孔１２が、上下方向（本発明の「第１方向」）から見て、圧力室１０のヘッド中央側の端部と重なる位置に配置されている。複数の貫通孔１３は、ヘッド外周側の端部と重なる位置に配置されている。貫通孔１２は圧力室１０と後述のマニホールド流路１１とを接続し、貫通孔１３は圧力室１０と後述の貫通孔１４とを接続している。
【００１７】
プレート３３には、マニホールド流路１１と貫通孔１４とが形成されている。２つのマニホールド流路１１は、２列の圧力室列９に対して設けられたものであり、対応する圧力室列９の全長にまたがって搬送方向に延びている。また、マニホールド流路１１は、上下方向から見て、圧力室列９の各圧力室１０と、ヘッド外周側端部(特に、貫通孔１３の周辺)を残してその大部分と重なっている。２つのマニホールド流路１１は、搬送方向における下流側の端部で接続されている。このとき、２つのマニホールド流路１１の接続部分は、２つの圧力室列９の下流側端部と隣接し、例えば図２に示すように、２つのプレート３１、３２を貫くインク供給孔と上下方向に重なっている。また、上下方向に見て、ヘッド外周側端部には、貫通孔１４が形成されている。各貫通孔１４は、略円形の外形を有し、貫通孔１３と後述のノズル１５とを接続している。
【００１８】
また、プレート３４には、上下方向から見て複数の貫通孔１４と重なる部分に複数のノズル１５が形成されている。ノズル１５は、上下方向に見たとき、圧力室１０のヘッド外周側端部で、２つの貫通孔１３、１４と重なっている。複数のノズル１５は、図２に示すように、搬送方向に印刷の解像度で２列の千鳥状に配列している。
【００１９】
インクは、インク供給孔の開口（インク供給口８）から接続部分に供給されると、２つのマニホールド流路１１に分配される。マニホールド流路１１内のインクは、貫通孔１２を介して、圧力室１０に流入する。インクは、圧力室１０内をヘッド中央側からヘッド外周側に向けて流れ、貫通孔１３、１４を経てノズル１５に至る。後述の圧電アクチュエータ２２が駆動されると、圧力室１０が変形して、ノズル１５からインク滴が吐出されることになる。
【００２０】
（圧電アクチュエータ）
圧電アクチュエータ２２は、図２に示すように、複数の単位アクチュエータの集合体である。単位アクチュエータは、独立して変形可能で、圧力室１０毎に配置されている。単位アクチュエータは、振動板と、これに積層された圧電素子部との積層体である。このうち圧電素子部は、共通電極および個別電極で圧電層を挟むサンドイッチ構造を基本構成とする。両電極間に電圧が印加されると、間の圧電層が自発的に収縮するので、圧電素子部は振動板とともに凸状に変形し、圧力室１０の容積を変化させる。
【００２１】
本実施形態では、単位アクチュエータが、図６と図７に示すような断面構造を有している。振動板は、インク分離層４１と圧電層４２とから構成される。圧電素子部は、個別電極４５（本発明の「第１電極」）が中央に配され、上下両方向に圧電層と共通電極が順に積層している。この場合、共通電極４７が、圧電層４２（振動板）上に形成されている。以下に各層の構成を説明する。
【００２２】
インク分離層４１は、ステンレスなどの金属材料からなり、流路ユニット２１の上面に全ての圧力室１０を覆うように配置されている。インク分離層４１は、圧力室１０内のインクが、次に説明する圧電層４２に接触するのを防止するためのものである。
【００２３】
圧電層４２〜４４も、全圧力室１０を覆う板状部材で、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圧電材料からなる。このうち、圧電層４２が、インク分離層４１上に形成されている。図６に示すように、これより上方には、電極と圧電層が、最外層の共通電極４６まで順次積層されている。また、圧電層４２〜４４の厚みは、いずれも例えば５〜３０μｍ程度となっている。
【００２４】
複数の個別電極４５は、圧電層４３（本発明の「第２圧電層」）と圧電層４４（本発明の「第１圧電層」）との間に挟まれて配置されている。複数の個別電極４５は、複数の圧力室１０に対して個別に設けられ、対応する圧力室１０の中央部と重なっている。搬送方向において、個別電極４５の両端４５ａ、４５ｂは、圧力室１０の内側に位置している。すなわち、上流側の端４５ａは、圧力室１０の上流側の端１０ａよりも下流側に位置し、下流側の端４５ｂは、圧力室１０の下流側の端１０ｂよりも上流側に位置している。
【００２５】
また、走査方向では、個別電極４５のヘッド外周側の端４５ｃが圧力室１０の内側に位置し、ヘッド中央側の端４５ｄは圧力室１０の外側に位置している。すなわち、両端４５ｃ、４５ｄは、対応する圧力室１０の端１０ｃ、１０ｄに対して、いずれもヘッド中央側に位置する。なお、本実施形態の個別電極４５は、図３に示すように、圧力室１０の端１０ｄから外側に引き出された部分が、端４５ｄに近づくほど搬送方向の長さが短くなる先細り部４５ｅとなっている。
【００２６】
圧力室１０から一番離れた圧電層４４には、図６に示すように、共通電極４６と表面電極４９ａ、４９ｂが上面に積層され、複数のスルーホール４８ａ、４８ｂが圧力室１０毎に貫通形成されている。複数のスルーホール４８ａは、圧電層４４の中央部に、搬送方向に２列の千鳥状に配置されている。スルーホール４８ａには、導電性材料が充填されている。スルーホール４８ａは、上下に重なる表面電極４９ａ及び個別電極４５の先細り部４５ｅの先端部分を、電気的に接続している。各表面電極４８ａは、図示しない配線を介して、ドライバＩＣから駆動信号（グランド電位と駆動電位とからなるパルス信号）が印加される。
【００２７】
なお、個別電極４５に先細り部４５ｅを設けているのは、例えば、複数の個別電極４５の、走査方向におけるヘッド中央側の端部同士を、搬送方向にできるだけ離して配置して、個別電極４５間のショートを防止するためである。
【００２８】
共通電極４６は、圧電層４４の上面に積層され、複数の重なり部４６ａと、２つの接続部４６ｂと、接続部４６ｃとを有している。重なり部４６ａは、圧力室１０と上下に重なり、搬送方向に隙間３９を介して別の重なり部４６ａと並んでいる。図２に示すように、複数の重なり部４６ａは、搬送方向に等間隔で千鳥状に配列し、走査方向に並ぶ２本の重なり部列を形成している。配置形態は、複数の圧力室１０の場合とほぼ同じである。接続部４６ｂは、重なり部列毎に形成され、ヘッド外周側において、重なり部４６ａの端部同士を接続している。２つの接続部４６ｂは、いずれも圧力室１０の外側にある。接続部４６ｃは、搬送方向上流側で走査方向に延びて、２つの重なり部列と隣接し、２つの接続部４６ｂの端部同士を接続している。接続部４６ｃは、走査方向の左側端部が搬送方向下流側に折れ曲がり、接続端子４６ｄを形成している。接続端子４６ｄには、図示しない配線部材が接続され、常にグランド電位に保持される。
【００２９】
ここで、重なり部４６ａは、搬送方向において、両端４６ａ１、４６ａ２が、圧力室１０の外側に位置している。すなわち、上流側の端４６ａ１は、圧力室１０の上流側の端１０ａよりも上流側に位置し、下流側の端４６ａ２は、圧力室１０の下流側の端１０ｂよりも下流側に位置している。また、重なり部４６ａは、ヘッド外周側が、圧力室１０の外側で接続部４６ｂと接続し、ヘッド中央側が、圧力室１０の内側で止まっている。すなわち、走査方向において、ヘッド中央側の端４６ａ３は、圧力室１０のヘッド中央側の端１０ｄよりもヘッド外周側に位置している。そして、図５に示すように、両者の間の長さＬ１は、２５μｍ以上５０μｍ以下となっている。
【００３０】
共通電極４７は、圧電層４２の上面に積層され、２つの帯状部４７ａと接続部４７ｂとを有している。帯状部４７ａは、図４に示すように、対応する圧力室列９（複数の圧力室１０）と全長で重なって設けられ、搬送方向に延びている。接続部４７ｂは、搬送方向下流側で走査方向に延びて、２つの圧力室列９と隣接し、２つの帯状部４７ａの端部同士を接続している。接続部４７ａは、走査方向の右側端部が搬送方向上流側に折れ曲がり、接続端子４７ｃを形成している。２つの圧電層４３、４４には、接続端子４７ｃと上下に重なる位置に、複数のスルーホール４８ｂが形成されている。スルーホール４８ｂにより、接続端子４７ｃは、圧電層４４上面の表面電極４９ｂと電気的に接続されている。接続端子４７ｃには、図示しない配線部材が接続され、常にグランド電位に保持される。
【００３１】
ここで、帯状部４７ａは、走査方向において、ヘッド外周側の端４７ａ１が、圧力室１０のヘッド外周側の端１０ｃよりもヘッド外周側に位置している。一方、ヘッド中央側の端４７ａ２は、圧力室１０のヘッド中央側の端１０ｄよりもヘッド外周側に位置している。そして、図５に示すように、帯状部４７ａと圧力室１０のヘッド中央側の端の間の長さＬ２は、２５μｍ以上５０μｍ以下で且つ上記長さＬ１よりも短くなっている。
【００３２】
なお、圧電層４３の、各個別電極４５と共通電極４７の帯状部４７ａとに挟まれた部分、及び、圧電層４４の、各個別電極４５と共通電極４６の重なり部４６ａとに挟まれた部分は、それぞれ、個別電極から共通電極に向かう方向に分極されている。そのため、駆動信号が個別電極４５に印加されると、いずれの部分も面方向に縮み、自発的に縮まない振動板とともに圧力室１０に向かって変形することになる。
【００３３】
（圧電アクチュエータの駆動方法）
次に、圧電アクチュエータ２２を駆動してノズル１５からインクを吐出させる方法について説明する。圧電アクチュエータ２２では、駆動前の状態で、全ての個別電極４５がグランド電位に保持されている。
【００３４】
あるノズル１５からインクを吐出させる際には、そのノズル１５に対応する個別電極４５の電位をグランド電位から駆動電位に切り換える。個別電極４５の電位が共通電極４６、４７より高くなると、圧電層４３、４４には、個別電極４５から共通電極４６、４７に向かう電界が生じる。圧電層４３、４４は、個別電極４５から共通電極４６、４７の方向に分極されているので、ともに面方向に縮む。一方、振動板（インク分離層４１と圧電層４２）は、電界による自発的な伸縮がない。圧電素子部と振動板との間では、歪み差が生じるので、図８に示すように、単位アクチュエータは圧力室１０側に凸に変形する。このとき、圧力室１０内のインクが加圧され、一部がノズル１５からインク滴として吐出する。
【００３５】
上述のように、圧電層４３、４４は、電界により変形（本実施形態では、収縮）する。圧力室１０の中央部と重なる領域内のみに電界が及ぶのであれば、圧電層４３、４４の変形が圧力室１０の容積変化に効率的に寄与する。電界強度が増したり範囲が広がったりすると、圧電層４３、４４の変形も大きくなる。このとき、圧力室１０の端近傍の圧電層４３、４４が伸ばされることで、圧力室１０と重なる領域内の圧電層４３、４４の収縮を許容している。
【００３６】
単位アクチュエータは、圧力室１０の外でプレート３１に固定されている。圧力室１０の端近傍では、単位アクチュエータが、圧力室１０の端を支点とする片持ち梁的な挙動を示す。そのため、圧電層４３、４４の圧力室１０の端近傍の部分と重なる部分が電界により収縮すると、圧力室１０の中央部と重なる領域内における圧電層４３、４４を縮み難くするばかりか、圧電層４３、４４のこの部分を圧力室１０から遠ざけようとする。また、圧電層４３、４４の圧力室１０の外側に位置する部分の、圧力室１０の端近傍の部分が電界によって収縮すると、圧電層４３、４４の圧力室１０と重なる部分が圧力室１０側に凸となるように変形するのが阻害される。そして、これらの場合には、単位アクチュエータの変形が、その分小さくなる。したがって、個別電極４５及び共通電極４６、４７の重なり部分４６ａ、４７ａと圧力室１０の端との間隔が大きいうちは、間隔の減少に伴い、単位アクチュエータの変形量が増す。ある間隔では、変形量が最大となる。さらに間隔が縮まると、圧力室１０端近傍での変形が影響して、変形量は減少していくことになる。
【００３７】
これに対して、本実施の形態では、搬送方向において、個別電極４５の両端４５ａ、４５ｂが、圧力室１０の内側に位置している。走査方向において、個別電極４５のヘッド外周側の端４５ｃも、圧力室１０の内側に位置している。ヘッド中央側の端４５ｄは、圧力室１０のヘッド中央側の端１０ｄよりもヘッド中央側に位置している。しかしながら、重なり部４６ａ及び帯状部４７ａのヘッド中央側の端４６ａ３、４７ａ２が、圧力室１０のの端１０ｄよりもヘッド外周側に位置している。
【００３８】
以上のことから、本実施の形態では、圧力室１０の端の全周にわたって、個別電極４５及び共通電極４６、４７のうち、少なくともいずれか一方の電極が存在しない領域が形成されている。これにより、電界が、圧電層４３、４４の圧力室１０の中央部と重なる領域内で止まる。あるいは、仮に、電界が圧電層４３、４４のこの領域よりも外側の領域に及んだとしても、この領域よりも外側に及び電界は僅かなものとなる。これにより、圧電層４３、４４の、単位アクチュエータの変形の阻害する部分での収縮を抑えることができる。これにより、圧電アクチュエータ２２の変形が阻害されてしまうの防止し、圧電アクチュエータ２２の変形を大きくすることができる。
【００３９】
さらに、本実施の形態では、走査方向において、共通電極４６の重なり部４６ａのヘッド中央側の端４６ａ３と、圧力室１０のヘッド中央側の端１０ｄとの間の長さＬ１が、５０μｍ以下となっている。長さＬ１を５０μｍ以下とすれば、後述の実施例の結果からわかるように、圧電層４４の収縮に基づく圧電アクチュエータ２２の変形を最大限大きくすることができる。
【００４０】
同様に、本実施の形態では、走査方向において、共通電極４７の帯状部４７ａのヘッド中央側の端４７ａ２と、圧力室１０のヘッド中央側の端１０ｄとの間の長さＬ２が、５０μｍ以下となっている。長さＬ２を５０μｍ以下とすれば、後述の実施例の結果からわかるように、圧電層４３の収縮に基づく圧電アクチュエータ２２の変形を最大限大きくすることができる。
【００４１】
また、本実施の形態では、走査方向における、帯状部４７ａのヘッド中央側の端４７ａ２と、圧力室１０のヘッド中央側の端１０ｄとの間の長さＬ２を、重なり部４６ａのヘッド中央側の端４６ａ３と、圧力室１０のヘッド中央側の端１０ｄとの間の長さＬ１よりも短くしている。これにより、圧電層４３の、圧電アクチュエータ２２の変形の増大に寄与する部分において、個別電極４５と共通電極４６、４７とが重なる面積が大きくなり、圧電アクチュエータ２２をより大きく変形させることができる。
【００４２】
また、本実施の形態では、上述したように、個別電極４５が、スルーホール４８ａを介して圧電層４４の上面まで引き出され、圧電層４４の上面に配置された表面電極４９ａと接続されている。ここで、ショート等を防止する観点などから、圧電層４４の上面に配置された表面電極４９ａと共通電極４６とは、ある程度離れていることが好ましい。本実施の形態では、走査方向において、重なり部４６ａのヘッド中央側の端４６ａ３が、圧力室１０のヘッド中央側の端１０ｄよりもヘッド外周側に位置している。したがって、個別電極４５の先細り部４５ｅを、走査方向のヘッド中央側にそれほど大きく延ばさなくても、表面電極４９ａと重なり部４６ａとを大きく離すことができる。これは、インクジェットヘッド３の走査方向への小型化に寄与する。
【００４３】
また、本実施の形態では、複数の個別電極４５が、圧電アクチュエータ２２の表面に露出せずに、内部に配置される。したがって、圧電アクチュエータ２２の周囲の空気に含まれる水分が、駆動電位にある個別電極４５と接触して電気分解等されることがない。
【００４４】
また、本実施の形態では、共通電極４６の重なり部４６ａがシールドとして機能することにより、圧電アクチュエータ２２の周辺に存在する荷電粒子が、上側から圧電層４４を横切るのを防止することができる。これにより、圧電アクチュエータ２２の電気的破壊を防止することができる。
【００４５】
ここで、本実施の形態とは異なり、共通電極４６において、複数の重なり部４６ａの代わりに、帯状部４７ａと同様の帯状部とすることも考えられる。この場合には、上述したような共通電極４６によるシールド効果はより高くなる。
【００４６】
しかしながら、この場合には、本実施の形態の場合よりも、圧電層４４と共通電極４６とが接触する面積が大きくなるため、線膨張係数の差により、焼成後の圧電層４２〜４４に大きな反りが生じる虞がある。圧電層４２〜４４に大きな反りが生じると、圧電アクチュエータ２２を流路ユニット２１に接合する際に、反りにより間に隙間ができ、インクが漏れる虞などがある。
【００４７】
そこで、本実施の形態では、共通電極４６が、圧力室１０毎に個別の重なり部４６ａを有するものとしている。この場合には、上記の場合と比較して圧電層４４と共通電極４６との接触面積が小さくなり、焼成後の反りを生じにくくすることができる。
【００４８】
また、本実施の形態では、共通電極４７の帯状部４７ａがシールドとして機能することにより、圧力室１０内のインク等に存在する荷電粒子が、下側から圧電層４３を横切るのを防止することができる。これにより、圧電アクチュエータ２２の電気的破壊を防止することができる。
【００４９】
ここで、本実施の形態とは異なり、共通電極４７を、帯状部４７ａの代わりに、複数の重なり部４６ａと同様の複数の重なり部を有するものとすることも考えられる。しかしながら、本実施の形態のように、共通電極４７を、帯状部４７ａを有するものとしたほうが、上述したようなシールド機能を高くすることができる。また、本実施の形態では、共通電極４７は、圧電層４２と圧電層４３とに挟まれているため、焼成時に、圧電層４２、４３と共通電極４７との線膨張係数の差による、圧電層４２〜４４の反りは生じにくい。したがって、共通電極４７を、帯状部４７ａを有するものとして、圧電層４２、４３と共通電極４７とが重なる面積を大きくしても、圧電層４２〜４４に大きな反りが生じることがない。
【実施例】
【００５０】
次に、本実施の形態に係る実施例について説明する。図９（ａ）、（ｂ）、図１０（ａ）（ｂ）は、種々のインクジェットヘッド３における、上記長さＬ１、Ｌ２と、圧電アクチュエータ２２の変形の程度を示す値Ａとの関係を示している。ここで、値Ａとは、実際の圧力室１０の容積の変化量を、変化量の最大値で規格化した値であり、値Ａが１のときに変化量が最大であることを示す。また、以下に説明する実施例１〜９では、長さＬ１と長さＬ２とを同じ長さとしている。
【００５１】
図９（ａ）は、圧電層４２〜４４の厚みを異ならせた圧電アクチュエータ２２での、長さＬ１、Ｌ２と値Ａとの関係を示している。より詳細に説明すると、図９（ａ）では、圧電層４２〜４４の厚みを１５μｍとした場合（実施例１）の長さＬ１、Ｌ２と値Ａとの関係を実線で示している。また、圧電層４２〜４４の厚みを１０μｍとした場合（実施例２）の長さＬ１、Ｌ２と値Ａとの関係を破線で示している。また、圧電層４２〜４４の厚みを５μｍとした場合（実施例３）の長さＬ１、Ｌ２と値Ａとの関係を点線で示している。また、圧電層４２〜４４の厚みを３０μｍとした場合（実施例４）の長さＬ１、Ｌ２と値Ａとの関係を一点鎖線で示している。また、圧電層４２、４３の厚みを３０μｍとし且つ圧電層４３の厚みを５μｍとした場合（実施例５）の、長さＬ１、Ｌ２と値Ａとの関係をし二点鎖線で示している。なお、実施例１〜５では、搬送方向における圧力室１０の長さ（以下、「圧力室１０の幅」とすることがある）を３４０μｍとし、走査方向における圧力室１０の長さ（以下、「圧力室１０の長さ」とすることがある）を６６０μｍとし、搬送方向における個別電極４５の長さ（以下、「個別電極４５の幅」とすることがある）を２３０μｍとしている。
【００５２】
図９（ｂ）は、圧電層４２〜４４の厚みを変化させるとともに、インクジェットヘッド３のコンプライアンス比（圧力室１０内のインクの剛性に対する圧電アクチュエータ２２の駆動部の剛性の比）を合わせるために圧力室１０の幅を変化させた圧電アクチュエータ２２における、長さＬ１、Ｌ２と値Ａとの関係を示している。より詳細に説明すると、図９（ｂ）では、上述の実施例１、２における長さＬと値Ａとの関係を、それぞれ、実線及び破線で示している。また、実施例２と同様に圧電層４２〜４４の厚みを１０μｍとするとともに、実施例１とコンプライアンス比を合わせるために、圧力室１０の幅を２６７μｍとした場合（実施例６）の長さＬ１、Ｌ２と値Ａとの関係を点線で示している。
【００５３】
図１０（ａ）は、個別電極４５の幅を異ならせた圧電アクチュエータ２２での、長さＬ１、Ｌ２と値Ａとの関係を示している。より詳細に説明すると、図１０（ａ）では、上述の実施例１における長さＬ１、Ｌ２と値Ａとの関係を実線で示している。また、個別電極４５の幅を２００μｍとした場合(実施例７)の長さＬ１、Ｌ２と値Ａとの関係を破線で示している。また、個別電極４５の幅を３００μｍとした場合（実施例８）の長さＬ１、Ｌ２と値Ａとの関係を破線で示している。なお、実施例７、８でも、実施例１と同様、圧電層４２〜４４の厚みを１５μｍ、圧力室１０の幅を３４０μｍとし、走査方向における圧力室１０の長さを６６０μｍとしている。
【００５４】
図１０（ｂ）は、走査方向における圧力室１０の長さを異ならせた圧電アクチュエータ２２での、長さＬ１、Ｌ２と値Ａとの関係を示している。より詳細に説明すると、図１０（ｂ）では、上述の実施例１における長さＬ１、Ｌ２と値Ａとの関係を実線で示している。また、圧力室１０の長さを８６０μｍとした場合（実施例９）の長さＬ１、Ｌ２と値Ａとの関係を破線で示している。なお、実施例９でも実施例１と同様、圧電層４２〜４４の厚みを１５μｍとし、圧力室１０の幅を３４０μｍとしている。
【００５５】
そして、図９（ａ）、（ｂ）、図１０（ａ）（ｂ）に示す実施例１〜９の結果から、圧電層４２〜４４の厚み、個別電極４５の幅、圧力室１０のサイズ等によらず、長さＬ１、Ｌ２が５０μｍ以下の範囲では、値Ａはほとんど変動せず、長さＬ１、Ｌ２が５０μｍを超えると値Ａが大きく低下することがわかる。したがって、長さＬ１、Ｌ２を５０μｍ以下とすれば、圧電層４４の収縮による圧電アクチュエータ２２の変形を最大限大きくすることができる。
【００５６】
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。
【００５７】
上述の実施の形態では、圧電アクチュエータ２２が、３層の圧電層４２〜４４と、複数の個別電極４５と、２つの共通電極４６、４７とを備えたものであったが、これには限られない。変形例１では図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、圧電アクチュエータ６０が、上述の圧電アクチュエータ２２から、圧電層４２及び共通電極４７を除いたものとなっている。また、変形例２では、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、圧電アクチュエータ６５が、変形例１の圧電アクチュエータ６０において、個別電極４５の位置と共通電極４６の位置とを入れ換えたものとなっている。すなわち、個別電極４５が、圧電層４４の上面に配置され、共通電極４６が圧電層４３と圧電層４４との間に配置されている。
【００５８】
変形例１、２の圧電アクチュエータ６０、６５は、個別電極４５と共通電極４６との間に電位差を生じさせたときに、圧電層４４の個別電極４５と共通電極４６とに挟まれた部分が収縮することによって、インク分離層４１及び圧電層４３、４４の圧力室１０と重なる部分が圧力室１０側に凸となるように変形する。そして、変形例１、２でも、上述の実施の形態と同様、走査方向において、共通電極４６の重なり部４６ａのヘッド中央側の端４６ａ３と、圧力室１０のヘッド中央側の端１０ｄとの間の長さＬ１を５０μｍ以下とすることにより、駆動時の圧電アクチュエータ６０、６５の変形を最大限大きくすることができる。
【００５９】
また、上述の実施の形態では、共通電極４６が、複数の圧力室１０に対して個別に設けられた複数の重なり部４６ａを有し、隣接する重なり部４６ａの間に隙間３９が形成されていたが、これには限られない。共通電極４６は、複数の重なり部４６ａの代わりに、帯状部４７ａ（図４参照）と同様の、圧力室列９を形成する複数の圧力室１０にまたがって連続的に延びた帯状部を有するものであってもよい。
【００６０】
また、上述の実施の形態では、共通電極４７が帯状部４７ａを有していたが、これには限られない。共通電極４７は、帯状部４７ａの代わりに、複数の重なり部４６ａ（図２〜図７参照）と同様の、複数の圧力室１０に対して個別に設けられ、対応する圧力室１０と重なる複数の重なり部を有するものであってもよい。
【００６１】
また、上述の実施の形態では、走査方向において、重なり部４６ａのヘッド中央側の端４６ａ３と圧力室１０のヘッド中央側の端１０ｄとの間の長さＬ１が、帯状部４７ａのヘッド中央側の端４７ａ２と圧力室１０のヘッド中央側の端１０ｄとの間の長さＬ２よりも長くなっていたが、これには限られない。長さＬ１は、長さＬ２以下の長さであってもよい。
【００６２】
また、上述の実施の形態では、走査方向において、先細り部４５ｅが、圧力室１０のヘッド中央側の端１０ｄよりもヘッド中央側に位置する範囲にのみ配置されていたが、これには限られない。先細り部４５ｅの基端部４５ｅ１が、圧力室１０の内側にあってもよい。圧力室１０の端１０ｄに対する基端部４５ｅ１及び共通電極４６、４７の端４６ａ３、４７ａ２の位置関係の違いで、次の２つの変形例３、４、その後、さらに２つの変形例５、６を例示する。変形例３〜６では、２つの端４６ａ３、４７ａ２を同じ位置に配置して説明するが、これに限定されないのは言うまでも無い。
【００６３】
変形例３では、図１３（ａ）に示すように、長さＬ１と長さＬ２とが、同じ長さとなっており、２５μｍよりも大きい。また、先細り部４５ｅの基端部４５ｅ１と、圧力室１０のヘッド中央側の端１０ｄとの間の長さＬ３が、長さＬ１、Ｌ２よりも短くなっている。また、変形例４では、図１３（ｂ）に示すように、長さＬ３が、長さＬ１、Ｌ２よりも長くなっている。なお、変形例４の上記以外の構成は、変形例３と同様である。
【００６４】
ここで、上述の実施例の結果から、長さＬ１、Ｌ２を５０μｍ以下の範囲で変動させても、駆動時の圧電アクチュエータ２２の変形はそれほど大きくは変動しないが、多少は変動する。そして、長さＬ１、Ｌ２が、上記範囲の中心となる２５μｍ前後のある長さとなるときに、駆動時の変形が最も大きくなる。この位置を、図１３（ａ）、（ｂ）に一点鎖線の直線Ｔとして示す。
【００６５】
そして、圧電層４３、４４のうち、主に直線Ｔよりも圧力室１０の内側の部分が、単位アクチュエータの変形に寄与し、直線Ｔよりも外側の部分は逆に阻害する。ここで、長さＬ１、Ｌ２が２５μｍ以上の場合、直線Ｔよりも圧力室１０の内側で共通電極４６、４７と重なる個別電極４５の面積で、単位アクチュエータの変形が規定される。ヘッド外周側において、個別電極４５の端部４５ｃと圧力室１０の端部１０ｃとの位置関係が変わらなければ、先細り部４５ｅの基端部４５ｅ１が、共通電極４６、４７の端４６ａ３、４７ａ２に関して、ヘッド中央側にある方がヘッド外周側にあるよりも重なり面積が大きくなる。つまり、基端部４５ｅ１と端４６ａ３、４７ａ２との位置関係において、前者の方が、単位アクチュエータの変形は大きい。
【００６６】
したがって、長さＬ１、Ｌ２が２５μｍ以上の場合、基端部４５ｅと圧力室１０のヘッド中央側の端１０ｄとの間の長さＬ３が、長さＬ１、Ｌ２以下であることが好ましい。
【００６７】
また、変形例５では、図１４（ａ）に示すように、長さＬ１と長さＬ２とが、同じ長さとなっており、２５μｍよりも短くなっている。また、先細り部４５ｅの基端部４５ｅ１と、圧力室１０のヘッド中央側の端１０ｄとの間の長さＬ３が、長さＬ１、Ｌ２よりも長く、且つ、２５μｍよりも短くなっている。また、変形例６では、図１４（ｂ）に示すように、長さＬ３が、長さ２５μｍよりも長くなっている。なお、変形例６の上記以外の構成は、変形例５と同様である。
【００６８】
長さＬ１、Ｌ２が２５μｍ未満の場合に、図１４（ｂ）に示すように、基端部４５ｅ１が、直線Ｔよりもヘッド中央側にあると、圧電層４３、４４の圧力室１０と重なる部分は、直線Ｔの両側に位置する部分おいて、先細り部４５ｅと、共通電極４６、４７とが重なる。そのため、図１４（ａ）に示すように、長さＬ３が、２５μｍ以下の場合と比較して、圧電層４３、４４の、圧電アクチュエータ２２の変形の増大に寄与する部分における、個別電極４５と共通電極４６、４７とが重なる面積が小さくなり、圧電アクチュエータ２２の変形が小さくなる。
【００６９】
一方、長さＬ１、Ｌ２が２５μｍ未満の場合に、基端部４５ｅ１が、重なり部４６ａ及び帯状部４７ａのヘッド中央側の端４６ａ３、４７ａ２よりもヘッド中央側に位置していると、圧電層４３、４４の圧電アクチュエータ２２の変形を阻害する部分において、共通電極４６、４７は、個別電極４５の先細り部４５ｅ以外の部分とのみ重なる。すなわち、圧電層４３、４４の圧電アクチュエータ２２の変形を阻害する部分において、個別電極４５と共通電極４６、４７とが重なる部分の面積が大きくなる。その結果、この場合には、変形例５、６と比較して、駆動時の圧電アクチュエータ２２の変形の阻害の度合いが大きくなる。
【００７０】
以上のことから、圧電アクチュエータ２２の変形を大きくする観点から、長さＬ１、Ｌ２が２５μｍ以下の場合には、走査方向において、先細り部４５ｅの基端部４５ｅ１と、圧力室１０のヘッド中央側の端との間の長さＬ３が、長さＬ１、Ｌ２以上で且つ２５μｍ以下であることが好ましい。
【００７１】
また、以上では、ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドに本発明を適用した例について説明したが、これには限られない。インク以外の液体を吐出する、インクジェットヘッド以外の液体吐出装置に本発明を適用することも可能である。
【符号の説明】
【００７２】
３  インクジェットヘッド
１０  圧力室
１５  ノズル
２１  流路ユニット
２２、６０、６５  圧電アクチュエータ
４２〜４４  圧電層
４５  個別電極
４５  ｃ  先細り部
４６、４７  共通電極
４６ａ  重なり部
４６ｂ  接続部
４７ａ  帯状部
【図１】
0006413798.tif 000002
【図２】
0006413798.tif 000003
【図３】
0006413798.tif 000004
【図４】
0006413798.tif 000005
【図５】
0006413798.tif 000006
【図６】
0006413798.tif 000007
【図７】
0006413798.tif 000008
【図８】
0006413798.tif 000009
【図９】
0006413798.tif 000010
【図１０】
0006413798.tif 000011
【図１１】
0006413798.tif 000012
【図１２】
0006413798.tif 000013
【図１３】
0006413798.tif 000014
【図１４】
0006413798.tif 000015