(57)【要約】【課題】製造コストをかけることなく、大きなアクチュエータ変位を得る。【解決手段】複数の圧力室２３ａを有する流路ユニット１１の上側に振動板１２を積層し、その振動板１２の上側に圧電材料層１３を形成する。圧電材料層１３は、各圧力室２３ａに対応する圧電アクチュエータとして機能する第１の部分１３Ａと、前記圧電アクチュエータに供給される駆動電圧を増幅する圧電トランスとして機能する第２の部分１３Ｂとを備える。第１の部分１３Ａと第２の部分１３Ｂとは、同一の圧電材料で形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、
前記液体を貯留する液室が形成された流路ユニットと、
前記流路ユニットの上に配置された圧電材料層であって、所定の電圧が付与されたときに前記液室に貯留された前記液体に圧力を付与する第１の部分、及び前記第１の部分に付与される前記所定の電圧を増幅する第２の部分を含む圧電材料層とを備える液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記液体吐出ヘッドはインクを吐出するインク吐出ヘッドであって、
さらに、前記流路ユニットと前記圧電材料層との間に配置された振動板を備え、
前記液室は複数の圧力室を含む請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
第１の部分が圧電アクチュエータであって、第２の部分が圧電トランスである請求項２に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記圧電材料層には、前記第１の部分と前記第２の部分とを区画するスリットが形成されている請求項２に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記圧電材料層には、前記第１の部分と前記第２の部分とを区画する溝が形成されている請求項２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記第１の部分と前記第２の部分とは、同一の圧電材料で形成されている請求項２に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
前記圧電トランスの共振周波数に対して、前記圧電アクチュエータの共振周波数を低く設定している請求項３に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項８】
前記圧電材料層の前記流路ユニット側の面には、前記第１の部分と前記第２の部分とに跨り、圧電アクチュエータと圧電トランスとの共通の電極となる共通電極層が形成されており、
前記圧電材料層の前記流路ユニットの反対側の面には、前記第１の部分に対応する領域内に前記圧電アクチュエータの個別電極が形成されるとともに、前記第２の部分に対応する領域内に前記圧電トランスの入力電極と出力電極とが形成されており、
前記個別電極と前記出力電極を接続する配線が設けられている請求項３に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項９】
第１の部分は所定の方向に分極されており、第２の部分は、前記所定の方向に分極された第１のサブ部及び前記所定の方向と直交する方向に分極された第１のサブ部を有する請求項８に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１０】
前記圧電材料層において、前記第１の部分が前記圧電材料層の厚み方向に分極されており、前記第２の部分の、前記入力電極に対応する領域が前記圧電材料層の厚み方向に分極され、第２の部分の、前記出力電極に対応する領域が前記圧電材料層の延在方向に分極されている請求項８に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１１】
前記振動板は導電性を有しており、前記共通電極層を兼ねている請求項８に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１２】
第２の部分は、互いに平行な２つの列に並んだ複数のトランス部を有し、第１の部分は、前記トランス部にそれぞれ対応し、且つ、前記トランス部の前記スリットとは反対側に配置された複数のアクチュエータ部を有する請求項４に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１３】
第２の部分は、互いに平行な２つの列に並んだ複数のトランス部を有し、第１の部分は、前記トランス部にそれぞれ対応し、且つ、前記トランス部の前記溝とは反対側に配置された複数のアクチュエータ部を有する請求項５に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１４】
第１の部分は、互いに平行な２つの列に並んだ複数のアクチュエータ部を有し、第２の部分は、前記アクチュエータ部にそれぞれ対応し、且つ、前記アクチュエータ部の、隣の列のアクチュエータ部とは反対側に配置された複数のトランス部を有する請求項２に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１５】
前記第２の部分は、積層された複数の圧電材料の層を有し、積層圧電トランスとして機能する請求項２に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１６】
前記流路ユニット及び前記振動板の、前記第２の部分と重なる領域に、凹部が形成されている請求項２に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１７】
第２の部分は列状に並んだ複数のトランス部を有し、第２の部分の、前記各トランス部の間の領域には、凹部が形成されている請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１８】
前記延在方向が、第２の部分の入力電極と出力電極とをつなぐ直線に沿った方向である請求項１０に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１９】
第１の部分が前記液室の上に配置されている請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項２０】
物体に対して液体を吐出する液体吐出装置であって、
前記液体を貯留する液室が形成された流路ユニット、前記流路ユニットの上に配置された圧電材料層であって、所定の信号が付与されたときに前記液室に貯留された前記液体に圧力を付与する第１の部分及び前記第１の部分に付与される前記所定の信号を増幅する第２の部分を含む圧電材料層を含むヘッドと、
前記所定の信号を供給する信号供給装置と、
前記物体を所定の方向に搬送する搬送機構とを備える液滴吐出装置。
【請求項２１】
前記液体はインクであって、
前記ヘッドは、前記流路ユニットと前記圧電材料層との間に配置された振動板を備え、
前記液室は複数の圧力室を含む請求項２０に記載の液滴吐出装置。
【請求項２２】
前記圧電材料層には、前記第１の部分と前記第２の部分とを区画するスリットが形成されている請求項２０に記載の液滴吐出装置。
【請求項２３】
前記圧電材料層には、前記第１の部分と前記第２の部分とを区画する溝が形成されている請求項２０に記載の液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出ヘッド及び液滴吐出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電アクチュエータを用いたインクジェットヘッド等の液滴噴射ヘッドにおいて、圧電アクチュエータを駆動する駆動信号（駆動波形、電圧信号）は、駆動用ドライバチップで生成されて、インクジェットヘッドの圧力室に対応して設けられた圧電アクチュエータに直接供給されている。
【０００３】
コスト面を考慮すると、駆動電圧を低くしたいという要求がある。一方、圧電アクチュエータの変形は駆動電圧に大きく依存するため、駆動電圧を小さくすると、圧電アクチュエータを大きく変形させることができなくなる。
【０００４】
ところで、インクジェットヘッドに設けられた圧電素子に印加する駆動電圧を増幅させる回路として、小型（薄型）であって、不燃性であって、構造が簡単である圧電トランスを用いた増幅回路が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【特許文献１】特開昭６１−１３９４４８号公報
【特許文献２】特開昭６２−８５９５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述したインクジェットヘッド等の液体吐出ヘッドにおいては、駆動電圧を大きくすると、駆動ドライバチップ及び電源のコストの上昇を招く。また、駆動電圧を増幅する回路として圧電トランスを設けることもコストの上昇に繋がる。
【０００６】
本発明は、コストの上昇を招くことなく、大きなアクチュエータ変位を得られる液体吐出ヘッド及びこれを用いた液滴吐出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様に従えば、液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、前記液体を貯留する液室が形成された流路ユニットと、前記流路ユニットの上に配置された圧電材料層であって、所定の電圧が付与されたときに前記液室に貯留された前記液体に圧力を付与する第１の部分、及び前記第１の部分に付与される前記所定の電圧を増幅する第２の部分を含む圧電材料層とを備える液体吐出ヘッドが提供される。
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、流路ユニットの上側の圧電材料層が、前記液室（圧力室）に対応する圧電アクチュエータとして機能する第１の部分と、前記圧電アクチュエータに供給される駆動電圧を増幅する圧電トランスとして機能する第２の部分とを備えるので、圧電トランスによって圧電アクチュエータに供給される駆動電圧を増幅することで、駆動用ドライバによる駆動電圧を大きくすることなく、大きなアクチュエータ変位を得られる。また、圧電材料層の一部として、振動板上に圧電アクチュエータ（第１の部分）とともに圧電トランス（第２の部分）を配置するので、構造・配線が簡素化され、製造コストを下げることができる。
【０００９】
本発明の液体吐出ヘッドにおいて、前記液体吐出ヘッドはインクを吐出するインク吐出ヘッドであってもよく、さらに、前記流路ユニットと前記圧電材料層との間に配置された振動板を備えてもよく、前記液室は複数の圧力室を含んでもよい。この場合には、圧力室が振動板によって覆われているので、インクが圧電材料に直接触れることが無く、インクジェットヘッドの耐久性が高くなる。また、複数の圧力室を有しているので、大量のインクを同時に噴射することができる。
【００１０】
本発明の液体吐出ヘッドにおいて、第１の部分が圧電アクチュエータであって、第２の部分が圧電トランスであってもよい。この場合には、第２の部分が圧電トランスであるので、この圧電トランスにより圧電アクチュエータ駆動のための高電圧信号を供給することができる。その為、圧電アクチュエータを駆動するための高電圧電源を用意する必要が無くなる。
【００１１】
本発明の液体吐出ヘッドにおいて、前記圧電材料層には、前記第１の部分と前記第２の部分とを区画するスリット又は溝が形成されていてもよい。
【００１２】
この場合には、第１の部分と第２の部分とは、スリットあるいは溝を介して区画されているので、第１の部分と第２の部分との互いの動作が相手の動作に対して影響を与えることを回避することができる。
【００１３】
本発明の液体吐出ヘッドにおいて、前記第１の部分と前記第２の部分とは、同一の圧電材料で形成されていてもよい。
【００１４】
この場合には、第１の部分と第２の部分とは、同一の圧電材料で形成されているので、作製コストが低減される。同一の圧電材料であるので、温度特性などが同じで、温度補正回路などの必要がなくなる。
【００１５】
本発明の液体吐出ヘッドにおいて、圧電トランスの共振周波数に対して、前記圧電アクチュエータの共振周波数を低く設定していてもよい。
【００１６】
この場合には、圧電トランスの共振周波数を、圧電アクチュエータの共振周波数より大きくすることで、圧電トランスからの出力を積分した信号を利用することができ、圧電トランスの大きさを小さくすることができるとともに、圧電アクチュエータの制御が容易になる。
【００１７】
本発明の液体吐出ヘッドにおいて、前記圧電材料層の前記流路ユニット側の面には、前記第１の部分と前記第２の部分とに跨り、圧電アクチュエータと圧電トランスとの共通の電極となる共通電極層が形成されており、
前記圧電材料層の前記流路ユニットの反対側の面には、前記第１の部分に対応する領域内に前記圧電アクチュエータの個別電極が形成されるとともに、前記第２の部分に対応する領域内に前記圧電トランスの入力電極と出力電極とが形成されており、前記個別電極と前記出力電極を接続する配線が設けられていてもよい。
【００１８】
この場合には、第２の部分に対応する領域内に前記圧電トランスの入力電極と出力電極とが形成され、前記個別電極と前記出力電極を接続する配線が設けられているので、振動板上側の圧電材料層に、圧電トランスを作り込み、簡単に電気的配線を行うことができる。
【００１９】
本発明の液体吐出ヘッドにおいて、第１の部分は所定の方向に分極されており、第２の部分は、前記所定の方向に分極された第１のサブ部及び前記所定の方向と直交する方向に分極された第１のサブ部を有していてもよい。
【００２０】
この場合には、第２の部分が互いに直交する方向に分極された２つのサブ部を有するので、第２の部分が圧電トランスとして機能する。
【００２１】
本発明の液体吐出ヘッドにおいて、前記圧電材料層において、前記第１の部分が前記圧電材料層の厚み方向に分極されていてもよく、前記第２の部分の、前記入力電極に対応する領域が前記圧電材料層の厚み方向に分極され、第２の部分の、前記出力電極に対応する領域が前記圧電材料層の延在方向に分極されていてもよい。
【００２２】
この場合には、第１の部分が前記圧電材料層の厚み方向に分極されて圧電アクチュエータとして機能し、第２の部分が前記入力電極に対応する領域が前記圧電材料層の厚み方向に分極されるとともに前記出力電極に対応する領域が前記圧電材料層の延在方向に分極されて圧電トランスとして機能する。
【００２３】
本発明の液体吐出ヘッドにおいて、前記振動板は導電性を有しており、前記共通電極層を兼ねていてもよい。
【００２４】
この場合には、振動板が導電性を有しており、前記共通電極層を兼ねているので、簡単な構造とすることができる。
【００２５】
本発明の液体吐出ヘッドにおいて、第２の部分は、互いに平行な２つの列に並んだ複数のトランス部を有し、第１の部分は、前記トランス部にそれぞれ対応し、且つ、前記トランス部の前記スリット又は溝とは反対側に配置された複数のアクチュエータ部を有してもよい。
【００２６】
この場合には、複数のトランス部（圧電トランス）による２つの列が互いに平行に延びていても、それらの間にスリットあるいは溝が設けられているので、隣り合うトランス部（圧電トランス）どうしが影響し合うことがない。
【００２７】
本発明の液体吐出ヘッドにおいて、第１の部分は、互いに平行な２つの列に並んだ複数のアクチュエータ部を有してもよく、第２の部分は、前記アクチュエータ部にそれぞれ対応し、且つ、前記アクチュエータ部の、隣の列のアクチュエータ部とは反対側に配置された複数のトランス部を有してもよい。
【００２８】
この場合には、２つの第２の部分（圧電トランス）の間に、２つの列が隣り合って平行に延びる第１の部分（圧電アクチュエータ）が配置されているので、前記２つの第２の部分どうしが影響し合うことがない。
【００２９】
本発明の液体吐出ヘッドにおいて、前記第２の部分は、積層された複数の圧電材料の層を有し、積層圧電トランスとして機能してもよい。
【００３０】
この場合には、積層数に応じて昇圧比を高くすることができる。
【００３１】
本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、前記流路ユニット及び前記振動板の、前記第２の部分と重なる領域に、凹部が形成されていてもよい。この場合には、第２の部分の変形が阻害されないので、圧電トランスとしての性能を向上させることができ、第２の部分の信号増幅率を上げることができる。
【００３２】
本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、第２の部分は列状に並んだ複数のトランス部を有し、第２の部分の、前記各トランス部の間の領域には、凹部が形成されていてもよい。この場合には、列状に並んだ複数のトランス部において、同じ列に属するトランス部の間で振動が伝わることを抑制でき、トランス部の圧電トランスとしての性能を向上させることができる。
【００３３】
本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、前記延在方向が、第２の部分の入力電極と出力電極とをつなぐ直線に沿った方向であってもよい。この場合には、入力電極と出力電極との間に電圧を印加することにより、入力電極と出力電極をつなぐ直線に沿った方向に容易に分極させることができる。
【００３４】
本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、第１の部分が前記液室の上に配置されていてもよい。この場合、第１の部分が液室上にあるので、第１の部分で液室内の液体に吐出圧力を効率的に与えることができる。
【００３５】
本発明の第２の態様に従えば、物体に対して液体を吐出する液体吐出装置であって、前記液体を貯留する液室が形成された流路ユニット、前記流路ユニットの上に配置された圧電材料層であって、所定の信号が付与されたときに前記液室に貯留された前記液体に圧力を付与する第１の部分及び前記第１の部分に付与される前記所定の信号を増幅する第２の部分を含む圧電材料層を含むヘッドと、前記所定の信号を供給する信号供給装置と、前記物体を所定の方向に搬送する搬送機構とを備える液滴吐出装置が提供される。
【００３６】
本発明の第２の態様によれば、流路ユニットの上側の圧電材料層が、前記各圧力室に対応する圧電アクチュエータとして機能する第１の部分と、前記圧電アクチュエータに供給される駆動信号を増幅する圧電トランスとして機能する第２の部分とを備えるので、圧電トランスによって圧電アクチュエータに供給される駆動信号を増幅することで、製造コストをかけることなく、大きなアクチュエータ変位を得ることができる。
【００３７】
上述のように、本願発明の発明者は、特許文献１（特開昭６１−１３９４８号公報）及び特許文献２（特開昭６２−８５９５３号公報）に記載されるような圧電トランスを単に用いるのではなく、例えばインクジェットヘッドのような液滴吐出ヘッドの圧電アクチュエータと駆動電圧を増幅させる圧電トランスとがともに圧電層を用いるものであることに着眼し、振動板上に形成した圧電層をこれらに共通に使用するという新規な知見に基づいて本発明をなすに至ったものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。
【００３９】
図１（ａ）は本発明にかかるインクジェットプリンタの概略構成を示す概略構成図、図１（ｂ）は本発明にかかる流路ユニット、圧電材料層およびフレキシブルフラットケーブルの関係を示す説明図である。
【００４０】
図１（ａ）に示すように、本発明に係るインクジェットプリンタ１は、インクカートリッジ（図示せず）が搭載されるキャリッジ２の下面に、記録用紙Ｐ（記録媒体）に記録するためのインクジェットヘッド３が設けられている。キャリッジ２は、プリンタフレーム４内に設けられるキャリッジ軸５とガイド板（図示せず）とによって支持されて、記録用紙Ｐの搬送方向（図１(ａ)のＡ方向）と直交する方向（図１（ａ）のＢ方向）に往復移動する。
【００４１】
図示しない給紙部からＡ方向に搬送される記録用紙Ｐは、不図示のプラテンローラとインクジェットヘッド３との間に挿入されて、インクジェットヘッド３から記録用紙Ｐに向けて吐出されるインクにより所定の画像が記録され、その後排紙ローラ６にて排紙される。
【００４２】
また、インクジェットヘッド３は、流路ユニット１１と、流路ユニット１１の上に積層された振動板１２と、振動板１２の上に形成された圧電材料層１３と、圧電材料層１３の上に設けられた、駆動信号を伝送するフレキシブルケーブル（信号線、ＦＰＣ）１４とを備える。
【００４３】
流路ユニット１１は、複数のノズル２２ａ、前記複数のノズル２２ａの各々に連通する複数の圧力室２３ａ及び圧力室２３ａに供給するインクを一時的に貯留するマニホールド２５ａを含む。圧電材料層１３は、圧力室２３ａに対応する個別表面電極３１を有し、後述するように、個別表面電極３１に駆動信号が供給されることで圧力室２３ａの容積を変化させてノズル２２ａからインクを吐出させる。
【００４４】
図２に示すように、流路ユニット１１は、複数のプレートが積層された積層構造体２１と、積層構造体２１の下側に接合されたノズルプレート２２を有する。積層構造体２１は、上側から順にキャビティプレート２３、ベースプレート２４、マニホールドプレート２５及びスペーサプレート２６が積層されており、これらのプレートが金属拡散接合されたものである。プレート２３〜２６は、ノズルプレート２２に形成されたノズル２２ａに対応した個別インク流路が形成されるように、互いに位置合わせして積層されている。
【００４５】
キャビティプレート２３は、金属プレートであって、規則的に配列された多数の細長形状の貫通穴が設けられている。これらの貫通穴は、圧力室２３ａとして機能する。
【００４６】
ベースプレート２４は、金属プレートであって、マニホールド２５ａを圧力室２３ａに連通するための連通孔２４ａ及び圧力室２３ａをノズル２２ａに連通するための連通孔２４ｂが設けられている。なお、キャビティプレート２３の下面側には、圧力室２３ａと連通孔２４ａとを接続する接続溝２３ｂが形成されている。
【００４７】
マニホールドプレート２５は、金属プレートであって、マニホールド２５ａと、各圧力室２３ａ及びノズル２２ａを連通するための連通孔２５ｂとが設けられている。スペーサプレート２６は、金属プレートであって、ノズル２２ａに対応する貫通穴２６ａが形成されている。
【００４８】
ノズルプレート２２は、合成樹脂（例えばポリイミド）製のプレートであり、キャビティプレート２３に形成された圧力室２３ａにそれぞれ対応して、ノズル２２ａが設けられている。なお、マニホールドプレート２５は他のプレート２３，２４，２６よりも厚いので、２枚のプレートを貼り合わせて形成してもよい。ノズルプレート２２は金属プレートであってもよい。
【００４９】
圧電材料層（圧電層）１３は、圧力室２３ａにそれぞれ対応して、圧電アクチュエータとして機能する複数の第１の部分１３Ａと、第１の部分１３Ａと並んで配置され、前記圧電アクチュエータに供給される駆動信号を増幅する圧電トランスとして機能する複数の第２の部分１３Ｂとを備える。第１の部分１３Ａと第２の部分１３Ｂとは、同一の圧電材料（例えば、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックス（ＰＺＴ）をベースとした圧電材料）で形成されている。第１の部分１３Ａと第２の部分１３Ｂとの間には、溝１３Ｃが設けられている。第１の部分１３Ａと第２の部分１３Ｂとは、溝１３Ｃにより、互いに影響を与えないように分断されている。
【００５０】
圧電材料層１３の下側、つまり圧電材料層４の流路ユニット２側の面に設けられる振動板１２は、導電性を有しており、内部共通電極層を兼ねている。つまり、振動板１２は、第１の部分１３Ａと第２の部分１３Ｂとにわたって配置され、前記圧電アクチュエータと前記圧電トランスの共通の電極となる共通電極層として機能する。
【００５１】
圧電材料層１３の上面（圧電材料層４の流路ユニット２の反対側の面）の、第１の部分１３Ａに対応する領域には、圧電アクチュエータの個別表面電極３１が形成され、圧電材料層１３の上面の、第２の部分１３Ｂに対応する領域には、圧電トランスの入力電極３２と出力電極３３とが形成されている。個別表面電極３１は、圧力室２３ａにそれぞれ対応して設けられている。
【００５２】
図３に示すように、圧力室２３ａは、キャビティプレート２３の長辺方向（図２の左右方向）に沿って、千鳥状に２列に配列されている。圧力室２３ａにそれぞれ対応する複数の個別表面電極３１（第１の部分１３Ａに対応）も、千鳥状に２列に配置されている。また、入出力電極３２，３３（第２の部分１３Ｂに対応）は、個別表面電極３１に対応して、個別表面電極３１の、隣りの列の個別表面電極３１とは反対側に配置されている。なお、図２に示されるように、圧電材料層１３および各電極３１〜３３は保護膜１５にて覆われている。保護膜１５は、シリコン系樹脂、エポキシ系樹脂等の絶縁性材料により形成されており、圧電材料層１３および各電極３１〜３３を保護している。
【００５３】
圧力室２３ａの長手方向において延びる配線３４が保護膜１５の上面に形成されており、配線３４によって個別表面電極３１と出力電極３３とが接続されている。個別表面電極３１、入力電極３２及び出力電極３３は、Ａｇ−Ｐｄ系等の金属材料により形成されている。図２に示すように、入力電極３２には、不図示のドライバＩＣからの駆動信号が、フレキシブルフラットケーブル１４（信号線１４ａ）の接続端子部１４ｂを通じて供給される。
【００５４】
図４に示すように、圧電材料層１３の第１の部分１３Ａ（個別表面電極３１に対応する部位）は、圧電材料層１３の厚み方向Ｓ１に分極されており、振動板１２（共通電極）は常にグランド電位に保たれている。第２の部分１３Ｂの入力電極３２に対応する領域は、圧電材料層１３の厚み方向Ｓ１に分極され、第２の部分１３Ｂの出力電極３３に対応する領域は、第２の部分１３Ｂの延在方向Ｓ２（長さ方向、入力電極３２と出力電極３３とを結ぶ線に沿った方向）に分極されている。
【００５５】
圧電トランスとして機能する第２の部分１３Ｂ（トランス部）と圧電アクチュエータとして機能する第１の部分１３Ａ（アクチュエータ部）とが、互いに影響を与えることを防ぐために、前記圧電アクチュエータの共振周波数（例えば２００ＫＨｚ）は、前記圧電トランスの共振周波数（例えば２ＭＨｚ）によりも、低く設定されている。ここで、圧電アクチュエータの共振周波数は、圧電アクチュエータの幅、長さ、厚さ等の寸法及び圧電アクチュエータの剛性に依存し、圧電トランスの共振周波数は、圧電トランスの幅、長さ、厚さ等の寸法及び剛性に加え、２つの分極方向の長さの比にも依存する。圧電アクチュエータは、圧電トランスからの出力を積分した形で利用することができる。
【００５６】
第２の部分１３Ｂの入力電極３２に対して、フレキシブルフラットケーブル１４（信号線１４ａ）を通じて、駆動電圧Ｖ１（例えば５Ｖ）が入力されると、入力電極３２に対応する領域が圧電材料層１３の厚み方向Ｓ１に分極されているので、逆圧電効果により、第２の部分１３Ｂは、厚み方向Ｓ１に伸長し、厚み方向Ｓ１と直交する方向（例えばＳ２方向）に収縮する。駆動電圧Ｖ１が圧電トランスの共振周波数に近い周波数で印加された場合、上述の変形が共振周波数に近い周波数で繰り返されるため、第２の部分１３Ｂが共振して、強い振動（振幅の大きな振動）が発生する。このとき、Ｓ２方向に発生する振動に起因して、振動の振幅に応じた高い電圧Ｖ２（例えば２０Ｖ）が出力電極３３から出力される（圧電効果）。このようにして、第２の部分１３Ｂにおいて、入力電極３２に印加された駆動電圧が増幅されて、出力電極３３に出力される。つまり、第２の部分を圧電トランスとして利用することにより、圧電振動子の共振現象を利用して低電圧入力で高電圧を発生させることができる。図４に示すように、入力電極３２に所定の周波数で矩形波の信号を入力した場合、出力電極３３からは、徐々に振幅が大きくなる矩形波が出力される。これを第１の部分１３Ａの個別表面電極３１に接続した場合、個別表面電極３１には、実線で示されているような、出力電極３３からの出力信号を積分した波形をもつ信号が入力される。
【００５７】
このように、出力電極３３から出力された高電圧（Ｖ２）の電気信号が、配線３４を通じて個別表面電極３１に入力される。個別表面電極３１の電位が、グランド電位より高くなるので、圧電材料層１３の分極方向に電界が印加される。電界が印加された圧電材料層１３は、活性層として、圧電横効果により分極方向と直交する方向（直交方向）に縮む。一方、振動板１２は、電界の影響を受けないため自発的には縮まない。したがって、圧電材料層１３と、その下層の振動板１２との間で直交方向の歪みに差が生じる。振動板１２の下面は、キャビティプレート２３に固定されているので、圧電材料層１３及び振動板１２は圧力室２３ａ側に凸となるように変形する（ユニモルフ変形）。このため、圧力室２３ａの容積が減少して、圧力室２３ａ内のインクの圧力が上昇し、ノズル２２ａからインクが吐出される。その後、個別表面電極３１を内部共通電極（振動板１２）と同じ電位に戻すと、圧電材料層１３及び振動板１２は元の形状になって圧力室２３ａの容積が元の容積に戻るので、インクをマニホールド２５ａから吸い込み、同様のインク吐出動作が繰り返される。
【００５８】
上述したように、本実施の形態では、振動板１２が流路ユニット１１の上側に設けられているので、圧電アクチュエータをユニモルフ変形させることができ、優れた吐出効率を実現することができる。
【００５９】
流路ユニット１１は、複数のノズル２２ａ、前記複数のノズル２２ａの各々に連通する複数の圧力室２３ａ及び圧力室２３ａに供給するインクを一時的に貯留するマニホールド２５ａを含む。一方、圧電材料層１３は、圧力室２３ａに対応する個別表面電極３１を有しこの個別表面電極３１に駆動信号が供給されることで圧力室２３ａの容積を変化させてノズル２２ａからインクを吐出させる。
【００６０】
本発明は、次に説明するように変更することも可能である。例えば、前記実施の形態では、圧力室２３ａにそれぞれ対応する複数の個別表面電極３１（第１の部分１３Ａに対応）が、互いに平行な２つの列を形成しているが、本発明はそれに限定されるものではなく、例えば図５に示すように個別表面電極３１を配置することも可能である。この場合には、溝４２（あるいはスリット）を挟んで２つの電極列が平行に配置され、各電極列には複数の入出力電極３２’，３３’（第２の部分１３Ｂに対応）が含まれている。ここでは、入出力電極３２’，３３’にそれぞれ対応して、配線３４’によって接続される個別表面電極３１’（第１の部分１３Ａに対応）が、溝４２とは反対側に配置されている。ここで、２つの電極列の間に溝４２を設けることによって、隣り同士に配置された圧電トランスが互いに影響し合うのを回避することができる。さらに、溝４２に代えて、あるいは溝４２に加えて、電極列の延在方向（列方向）と直交する方向（行方向）に延びる溝１４２を形成してもよい。例えば、図６に示すように、列方向に互いに隣接した入出力電極３２’，３３’（第２の部分１３Ｂに対応）が、溝１４２により隔てられていてもよい。この場合には、列方向に隣接する圧電トランスが互いに影響しあうのを回避することができる。
【００６１】
前記実施の形態では、第２の部分１３Ｂは、第１の部分１３Ａと同様に、１層構造であるが、図７に示すように、第２の部分１３Ｂの上側に複数の圧電材料層１３Ｂａ，１３Ｂｂが積層された積層圧電トランスとして形成されてもよい。このようにすれば、積層数に応じて昇圧比を高くできる。また、前記実施の形態では、振動板１２を共通電極層として用いているが、本発明はそれに限定されるものではなく、図８に示すように、合成樹脂などの絶縁材料からなる振動板１２’の上側に共通電極層４１を設け、振動板１２’と共通電極層４１を別体とする構成とすることも可能である。あるいは、図９に示すように、振動板を設けずに、圧力室２３ａを直接、第１の部分１３Ａで覆ってもよい。この場合、第１の部分は、図９に示すように多層であってもよい。各層の間には、個別電極１３０及び共通電極１３１が交互に積層される。なお、この場合には、キャビティプレート２３をグランド電位に保持することにより、第２の部分１３Ｂの共通電極として利用してもよい。
【００６２】
第２の部分１３Ｂは、その下面全体にわたって振動板１２と接している必要は無く、図１０に示すように、振動板１２及びキャビティプレート２３の出力電極３３と重なる領域を含む領域に凹部１５０が形成されていてもよい。図１０に示されているインクジェットヘッド１０３は、振動板１２及びキャビティプレート２３に凹部１５０が形成されている点を除いて、前記実施の形態のインクジェットヘッド３と同じ構造を有する。インクジェットヘッド１０３において、第２の部分１３Ｂの、凹部１５０と重なる領域は、Ｓ２方向に分極されている。前述の通り、この領域が変形することにより、出力電極に高電圧が発生する。インクジェットヘッド１０３のように、凹部１５０が形成されている場合には、第２の部分１３Ｂの、凹部１５０と重なる領域は、振動板及び／又はキャビティプレートと接合されていない。したがって、この領域の変形は阻害されず、大きな変形を得ることができるので、高い電圧出力を得ることができる。なお、図１０に示すように、出力電極３３が入力電極３２から離れた位置に形成されていてもよい。入力電極３２と出力電極３３との間に所定の高電圧を印加することによって、第２の部分１３ＢをＳ２方向に分極する場合において、入出力電極の間隔を長くすることによって、第２の部分１３ＢのＳ２方向に分極した領域を長くすることができるので、圧電トランスの昇圧比を高くすることができ、出力電極に発生する電圧を高くすることができる。また、インクジェットヘッド１０３においては、共通電極として機能する振動板１２の、出力電極３３と対向する部分には凹部１５０が形成されているので、出力電極３３と共通電極との距離が長くなり、出力電極−共通電極間の静電容量が減少する。そのため、出力電極に発生する電圧を高くすることができる。なお、凹部１５０は、振動板のみに形成されていてもよい。
【００６３】
前記実施の形態では、圧電材料層１３の第１の部分１３Ａと第２の部分１３Ｂとは、同一の圧電材料で形成し、製造上有利になるようにしているが、本発明はそれに限定されるものではなく、それぞれ別の圧電材料で形成することも可能である。また、第１の部分及び第２の部分の数及び配置は任意にしうる。第２の部分における入力電極及び出力電極の配置、形状も上記実施形態に限定されない。流路ユニットに含まれる圧力室の数も任意に設定しうる。さらに、上記実施形態においては、インクを吐出するインクジェットヘッドについて説明してきたが、本発明の液体吐出ヘッドは、インクジェットヘッドに限定されず、インク以外の液体、例えば、試薬、生体溶液、配線材料溶液、電子材料溶液、冷媒用液体、液体燃料等を噴射する液体吐出ヘッドであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】（ａ）は本発明にかかるインクジェットプリンタの概略構成を示す概略構成図、（ｂ）は本発明にかかる流路ユニット、圧電材料層およびフレキシブルフラットケーブルの関係を示す説明図である。
【図２】図１のII-II線における断面図である。
【図３】本発明の実施の形態であるインクジェットヘッドにおける圧電材料層上の電極の配置を示す概略構成図である。
【図４】第１及び第２の部分における分極方向の説明図である。
【図５】溝（又はスリット）を有するインクジェットヘッドにおける図３相当図である。
【図６】溝（又はスリット）を有するインクジェットヘッドにおける図３相当図である。
【図７】積層された圧電材料層を有するインクジェットヘッドにおける図４相当図である。
【図８】絶縁体の振動板を有するインクジェットヘッドにおける図４相当図である。
【図９】振動板を有さないインクジェットヘッドにおける図３相当図である。
【図１０】振動板及びキャビティプレートに形成された凹部を有するインクジェットヘッドにおける図４相当図である。
【符号の説明】
【００６５】
１    インクジェットプリンタ
１１    流路ユニット
１２，１２’    振動板
１３    圧電材料層
１３Ａ    第１の部分
１３Ｂ    第２の部分
１３Ｃ    溝  ２３ａ    圧力室
３１，３１’    個別電極
３２，３２’    入力電極
３３，３３’    出力電極
３４，３４’    配線
【図１】
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【図２】
2007276452.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】
2007276452.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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