(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端を吐出ノズルに他端をインク供給源にそれぞれ接続した複数の圧力室が相互に隣接配置されると共に、複数の前記圧力室に対してアクチュエータユニットが設けられたインクジェットヘッドにおいて、
前記アクチュエータユニットは、各圧力室に共通の共通電極と各圧力室に対応する位置に配置された駆動電極とによって挟まれ、前記駆動電極を前記共通電極とは異なる電位とすることで伸長又は収縮する圧電材料からなる複数の活性層を備え、これら複数の前記活性層のうち前記圧力室から最も離れた活性層のその厚みと垂直な方向の伸縮変位がすべての活性層中で最大となるように構成されており、
１つの前記圧力室に対応する位置に配置された複数の前記駆動電極のうち前記アクチュエータユニットの前記圧力室とは反対側の表面上に配置されたものを除く前記駆動電極は、平面視において、前記圧力室の縁から離隔しつつ前記圧力室内に収まっていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記圧力室から最も離れた活性層の前記駆動電極と前記共通電極とで挟まれた領域の面積がすべての活性層中で最大であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
複数の前記活性層の前記駆動電極と前記共通電極とで挟まれた領域の面積が前記圧力室に近づくにつれて減少していくことを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記圧力室から最も離れた活性層の厚みがすべての活性層中で最小であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
１つの前記圧力室に対応する位置に配置された複数の前記駆動電極の面積が互いに同じであることを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
複数の前記活性層の厚みが前記圧力室に近づくにつれて増大していくことを特徴とする請求項４又は５に記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
前記アクチュエータユニットには、複数の前記活性層と前記圧力室との間に圧電材料からなる非活性層が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項８】
前記アクチュエータユニットが前記活性層の圧電横効果によってユニモルフ変形を行うことを特徴とする請求項７に記載のインクジェットヘッド。
【請求項９】
複数の前記圧力室が、２つの方向にそれぞれ等間隔でマトリクス状に配列されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１０】
前記アクチュエータユニットが、平面視において台形である連続平板層となった圧電シートを含んでいることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１１】
１つの前記圧力室に対応する位置に配置された複数の前記駆動電極のうち前記圧力室から最も離れた前記駆動電極が、残りの前記駆動電極よりも薄いことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１２】
前記駆動電極が、前記圧力室と相似の平面形状を有していることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録媒体にインクを吐出して記録を行うインクジェットヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットヘッドは、インクタンクからマニホールドに供給されたインクを複数の圧力室に分配し、各圧力室に選択的に圧力を付与することによりノズル孔からインクを吐出する。圧力室に選択的に圧力を付与するための一つの手段として、セラミックからなる複数の圧電シートが積層されたアクチュエータユニットが用いられることがある。
【０００３】
かかるインクジェットヘッドの一例として、特開平４−３４１８５２号公報には、複数の圧力室に跨った連続平板状の圧電シート間に、グランド電位に保持された多数の圧力室に共通の共通電極と、各圧力室に対応する位置に配置された多数の駆動電極（個別電極）とが配置された１つのアクチュエータユニットを有するものが記載されている。駆動電極及び共通電極に挟まれ且つ積層方向に分極された圧電シートは、その両側にある駆動電極が共通電極と異なる電位にされると、活性層として、いわゆる圧電縦効果により積層方向に伸縮する。これにより圧力室内の容積が変動し、圧力室に連通したノズルから記録媒体に向けてインクを吐出することが可能となっている。また、圧力室の幅を当該圧力室に対応するよう設けられた駆動電極の幅よりも大きくすることで、アクチュエータユニットを効率よく伸縮変形させて低電圧で駆動できるよう構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報のインクジェットヘッドのアクチュエータユニットは駆動電極及び共通電極に挟まれた活性層としての圧電シートが複数積層されたものであるが、圧電シートの厚みや駆動電極の幅などがそれぞれ同じであり、各活性層が同等の伸縮変位を持つよう構成されている。このような構成では、アクチュエータユニットの伸縮変形を高めるには限界があり、近年の省エネルギー化に伴ったインクジェットヘッドのさらなる低電圧化に対応することは困難である。
【０００５】
本発明の目的は、アクチュエータユニットの変位効率を高めて低電圧で駆動できるインクジェットヘッドを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１のインクジェットヘッドは、一端を吐出ノズルに他端をインク供給源にそれぞれ接続した複数の圧力室が相互に隣接配置されると共に、複数の前記圧力室に対してアクチュエータユニットが設けられたインクジェットヘッドにおいて、前記アクチュエータユニットは、各圧力室に共通の共通電極と各圧力室に対応する位置に配置された駆動電極とによって挟まれ、前記駆動電極を前記共通電極とは異なる電位とすることで伸長又は収縮する圧電材料からなる複数の活性層を備え、これら複数の前記活性層のうち前記圧力室から最も離れた活性層のその厚みと垂直な方向の伸縮変位がすべての活性層中で最大となるように構成されており、１つの前記圧力室に対応する位置に配置された複数の前記駆動電極のうち前記アクチュエータユニットの前記圧力室とは反対側の表面上に配置されたものを除く前記駆動電極は、平面視において、前記圧力室の縁から離隔しつつ前記圧力室内に収まっていることを特徴とする。
【０００７】
上記構成によると、圧力室から最も離れた活性層が最も伸縮するよう構成されているため、アクチュエータユニットにおける変位効率が高くなる。また変位効率が高くなることで、低電圧化が可能となる。
【０００８】
請求項２のインクジェットヘッドは、請求項１において、前記圧力室から最も離れた活性層の前記駆動電極と前記共通電極とで挟まれた領域の面積がすべての活性層中で最大であることを特徴とする。
【０００９】
活性層の駆動電極と共通電極とで挟まれた領域の面積が大きくなると、厚みと垂直な方向の伸縮変位も大きくなる。そこで上記構成のように、圧力室から最も離れた活性層についてその駆動電極と共通電極とで挟まれた領域の面積をすべての活性層中で最大とすることで、その層の厚みと垂直な方向の伸縮変位を最大にできる。従って、請求項１と同様の効果が得られる。
【００１０】
請求項３のインクジェットヘッドは、請求項２において、複数の前記活性層の前記駆動電極と前記共通電極とで挟まれた領域の面積が前記圧力室に近づくにつれて減少していくことを特徴とする。
【００１１】
上記構成によると、活性層の駆動電極と共通電極とで挟まれた領域の面積を圧力室に近づくにつれて減少させることで、さらなるアクチュエータユニットの変位効率の上昇及び低電圧化を期待できる。
【００１２】
請求項４のインクジェットヘッドは、請求項１において、前記圧力室から最も離れた活性層の厚みがすべての活性層中で最小であることを特徴とする。
【００１３】
活性層の厚みは厚みと垂直な方向の伸縮変位と略反比例の関係にある。そこで上記構成のように、圧力室から最も離れた活性層についてその厚みをすべての活性層中で最小とすることで、その層の厚みと垂直な方向の伸縮変位を最大にできる。従って、請求項１と同様の効果が得られる。
請求項５のインクジェットヘッドは、請求項４において、１つの前記圧力室に対応する位置に配置された複数の前記駆動電極の面積が互いに同じであることを特徴とする。
【００１４】
請求項６のインクジェットヘッドは、請求項４又は５において、複数の前記活性層の厚みが前記圧力室に近づくにつれて増大していくことを特徴とする。
【００１５】
上記構成によると、活性層の厚みを圧力室に近づくにつれて増大させることで、さらなるアクチュエータユニットの変位効率の上昇及び低電圧化を期待できる。
【００１６】
請求項７のインクジェットヘッドは、請求項１〜６のいずれか１項において、前記アクチュエータユニットには、複数の前記活性層と前記圧力室との間に圧電材料からなる非活性層が設けられていることを特徴とする。
【００１７】
上記構成によると、非活性層を活性層と圧力室との間にさらに設けることで、さらなるアクチュエータユニットの変位効率の上昇、及び低電圧化を期待できる。
請求項８のインクジェットヘッドは、請求項７において、前記アクチュエータユニットが前記活性層の圧電横効果によってユニモルフ変形を行うことを特徴とする。
圧電横効果により圧力室の容積変化量を大きくすることができて、圧力室側が活性層でその反対側が非活性層のインクジェットヘッドと比較して、駆動電極に印可される電圧の低電圧化及び／又は圧力室の高集積化を図ることが可能となる。
請求項９のインクジェットヘッドは、請求項１〜８のいずれか１項において、複数の前記圧力室が、２つの方向にそれぞれ等間隔でマトリクス状に配列されていることを特徴とする。
請求項１０のインクジェットヘッドは、請求項１〜９のいずれか１項において、前記アクチュエータユニットが、平面視において台形である連続平板層となった圧電シートを含んでいることを特徴とする。
機械的剛性を高く保つことができるので、インクジェットヘッドにおけるインク吐出性能の応答性を高めることができる。
請求項１１のインクジェットヘッドは、請求項１〜１０のいずれか１項において、１つの前記圧力室に対応する位置に配置された複数の前記駆動電極のうち前記圧力室から最も離れた前記駆動電極が、残りの前記駆動電極よりも薄いことを特徴とする。
活性層の変位が圧力室から最も離れた駆動電極によって規制されづらくなって、アクチュエータユニットの効率（電気効率及び面積効率）が向上する。
請求項１２のインクジェットヘッドは、請求項１〜１１のいずれか１項において、前記駆動電極が、前記圧力室と相似の平面形状を有していることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態によるインクジェットヘッドの平面図である。図２は、図１内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。図３は、図２内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。図４は、図１に示すインクジェットヘッドの要部断面図である。図５は、図１に示すインクジェットヘッドの要部分解斜視図である。図６は、本発明の第１の実施形態におけるアクチュエータユニットを含む図４内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域を横方向から見た拡大断面図である。図７は、図６に示す本発明の第１の実施形態におけるアクチュエータユニットの各活性層における駆動電極を対応する圧力室と共に示す平面図である。図８〜図１１はそれぞれ、本発明の第２〜第５の実施形態におけるアクチュエータユニットを含む図４内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域を横方向から見た拡大断面図である。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態によるインクジェットヘッド１は、一方向（主走査方向）に延在した矩形平面形状をしている。インクジェットヘッド１は、後述する多数の圧力室１０やインク吐出口（吐出ノズル）８（共に図２〜図４参照）が形成された流路ユニット４を有しており、その上面には、千鳥状になって２列に配列された複数の台形のアクチュエータユニット２１が接着されている。より詳細には、各アクチュエータユニット２１は、その平行対向辺（上辺及び下辺）が流路ユニット４の長手方向に沿うように配置されている。また、隣接するアクチュエータユニット２１の斜辺同士が、流路ユニット４の幅方向にオーバーラップしている。
【００２１】
アクチュエータユニット２１の接着領域と対応した流路ユニット４の下面は、インク吐出領域となっている。インク吐出領域の表面には、後述するように、多数のインク吐出口８がマトリクス状に多数配列されている。また、流路ユニット４の上方には、その長手方向に沿ってインク溜まり３が配置されている。インク溜まり３は、その一端に設けられた開口３ａを介してインクタンク（図示せず）に連通しており、常にインクで満たされている。インク溜まり３には、その延在方向に沿って開口３ｂが２つずつ対になって、アクチュエータユニット２１が設けられていない領域に千鳥状に設けられている。
【００２２】
図１及び図２に示すように、インク溜まり３は、開口３ｂを介してその下層にある流路ユニット４内のマニホールド５と連通している。開口３ｂには、インク内に含有される塵埃などを捕獲するためのフィルタ（図示せず）が設けられている。マニホールド５は、その先端部が２つに分岐して副マニホールド５ａとなっている。１つのアクチュエータユニット２１の下部には、当該アクチュエータユニット２１に対してインクジェットヘッド１の長手方向両隣にある２つの開口３ｂからそれぞれ２つの副マニホールド５ａが進入してきている。つまり、１つのアクチュエータユニット２１の下部には、合計で４つの副マニホールド５ａがインクジェットヘッド１の長手方向に沿って延在している。各副マニホールド５ａには、インク溜まり３から供給されたインクが満たされている。
【００２３】
図２及び図３に示すように、アクチュエータユニット２１に対応したインク吐出領域の表面には、多数のインク吐出口８が配列されている。各インク吐出口８は、図４からも分かるように、先細形状のノズルとなっており、平面形状がほぼ菱形の圧力室（キャビティ）１０（長さ９００μｍ、幅３５０μｍ）及びアパーチャ１２を介して副マニホールド５ａと連通している。このようにして、インクジェットヘッド１には、インクタンクからインク溜まり３、マニホールド５、副マニホールド５ａ、アパーチャ１２及び圧力室１０を経てインク吐出口８に至るインク流路３２が形成されている。なお、図２及び図３において、図面を分かりやすくするために、アクチュエータユニット２１の下方にあって破線で描くべき圧力室１０及びアパーチャ１２を実線で描いている。
【００２４】
また、図３からも明らかなように、アクチュエータユニット２１の下方にあるインク吐出領域に対応した流路ユニット４内では、１つの圧力室１０と連通したアパーチャ１２が当該圧力室に隣接する圧力室１０と重複するように、圧力室１０同士が密着して配列されている。このようなことが可能なことの一因は、図４にも示すように、圧力室１０とアパーチャ１２とを異なる高さに設けるようにしたからである。このようにすることで、圧力室１０を高密度に配列することが可能であり、比較的小さな占有面積のインクジェットヘッド１により高解像度の画像形成を実現している。
【００２５】
圧力室１０は、図２及び図３に描かれた平面内において、インクジェットヘッド１の長手方向（第１配列方向）と、インクジェットヘッド１の幅方向からやや傾いた方向（第２配列方向）との２方向にインク吐出領域内で配列されている。インク吐出口８は、第１配列方向には５０ｄｐｉで配列されている。一方で、圧力室１０は、第２配列方向には１つのインク吐出領域内に最大で１２個が含まれるように配列されており、そして、第２配列方向に１２個の圧力室１０が配列されたことによる第１配列方向への変位は圧力室１０の１つ分に相当している。これにより、インクジェットヘッド１の全幅内で、第１配列方向に隣接する２つのインク吐出口８間の距離だけ離隔した範囲には、１２個のインク吐出口８が存在するようになっている。なお、各インク吐出領域の第１配列方向についての両端部（アクチュエータユニット２１の斜辺に相当する）では、インクジェットヘッド１の幅方向に対向するインク吐出領域と相補関係となることで上記条件を満たしている。そのため、本実施形態によるインクジェットヘッド１では、第１及び第２配列方向に配列された多数のインク吐出口８から、インクジェットヘッド１の幅方向への用紙に対する相対的な移動に伴って順次インク滴を吐出させることで、主走査方向に６００ｄｐｉで印刷を行うことが可能になっている。
【００２６】
次に、本実施形態によるインクジェットヘッド１の断面構造について説明する。図４及び図５に示すように、インクジェットヘッド１の底部側の要部は、上から、アクチュエータユニット２１、キャビティプレート２２、ベースプレート２３、アパーチャプレート２４、サプライプレート２５、マニホールドプレート２６，２７，２８、カバープレート２９、及びノズルプレート３０の合計１０枚のシート材が積層された積層構造を有している。これらのうち、アクチュエータユニット２１を除いた９枚のプレートから流路ユニット４が構成されている。
【００２７】
アクチュエータユニット２１は、後で詳述するように、５枚の圧電シートが積層され且つ電極が配されることによってそのうちの３層が活性層とされ残り２層が非活性層とされたものである。キャビティプレート２２は、圧力室１０に対応するほぼ菱形の開口が多数設けられた金属プレートである。ベースプレート２３は、キャビティプレート２２の１つの圧力室１０について、圧力室１０とアパーチャ１２との連絡孔及び圧力室１０からインク吐出口８への連絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。アパーチャプレート２４は、キャビティプレート２２の１つの圧力室１０について、アパーチャ１２のほかに圧力室１０からインク吐出口８への連絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。サプライプレート２５は、キャビティプレート２２の１つの圧力室１０について、アパーチャ１２と副マニホールド５ａとの連絡孔及び圧力室１０からインク吐出口８への連絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。マニホールドプレート２６、２７、２８は、副マニホールド５ａに加えて、キャビティプレート２２の１つの圧力室１０について、圧力室１０からインク吐出口８への連絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。カバープレート２９は、キャビティプレート２２の１つの圧力室１０について、圧力室１０からインク吐出口８への連絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。ノズルプレート３０は、キャビティプレート２２の１つの圧力室１０について、ノズルとして機能する先細のインク吐出口８がそれぞれ設けられた金属プレートである。
【００２８】
これら１０枚のシート２１〜３０は、図４に示すようなインク流路３２が形成されるように、互いに位置合わせして積層される。このインク流路３２は、副マニホールド５ａからまず上方へ向かい、アパーチャ１２において水平に延在し、それからさらに上方に向かい、圧力室１０において再び水平に延在し、それからしばらくアパーチャ１２から離れる方向に斜め下方に向かってから垂直下方にインク吐出口８へと向かう。
【００２９】
図６に示す本発明の第１の実施形態におけるアクチュエータユニット２１は、それぞれ厚みが１５μｍ程度で同じになるように形成された５枚の圧電シート４１，４２，４３，４４，４５を含んでいる。これら圧電シート４１〜４５は連続平板層であり、アクチュエータユニット２１は、インクジェットヘッド１内の１つのインク吐出領域内に形成された多数の圧力室１０に跨って配置されている。圧電シート４１〜４５が連続平板層として多数の圧力室１０に跨って配置されることで、圧電素子の機械的剛性を高く保つことができるので、インクジェットヘッド１におけるインク吐出性能の応答性を高めることができるようになっている。本実施形態において、圧電シート４１〜４５は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料など、強誘電性を有する圧電材料からなるものである。
【００３０】
最上層にある圧電シート４１とその下方に隣接した圧電シート４２との間には、シート全面に形成された厚み２μｍ程度の共通電極３４ａが介在している。同様に、圧電シート４２の下層に隣接した圧電シート４３とその下層に隣接した圧電シート４４との間にも、共通電極３４ａと同様に形成された厚み２μｍ程度の共通電極３４ｂが介在している。また、圧電シート４１の上方には、平面形状が圧力室１０と相似形状（長さ８５０μｍ、幅２５０μｍ）を有し且つ積層方向への射影領域が圧力室領域に含まれる厚み１μｍ程度の駆動電極３５ａが、圧力室１０ごとに形成されている（図３及び図７参照）。圧電シート４２と圧電シート４３との間には、図３及び図７にまた示すように、圧力室１０から最も離れた圧電シート４１の上方に設けられた駆動電極３５ａより一回り小さい相似形状に形成された厚み２μｍ程度の駆動電極３５ｂが介在している。一方、圧電シート４３の下方に隣接した圧電シート４４とその下方に隣接した圧電シート４５との間、及び、圧電シート４５の下方には、電極が配置されていない。本実施形態において、電極３４ａ，３４ｂ，３５ａ，３５ｂは、Ａｇ−Ｐｄ系等の金属材料からなるものである。
【００３１】
活性層の駆動電極と共通電極とで挟まれた領域の面積が大きくなると厚みと垂直な方向の伸縮変位が大きくなることから、上述のように、アクチュエータユニット２１の最上層にある圧電シート４１の駆動電極３５ａと共通電極３４ａとで挟まれた領域の面積を他の活性層である圧電シート４２，４３のそれより大きくすることで、当該圧力室１０から最も離れた活性層４１の厚みと垂直な方向の伸縮変位がすべての活性層４１〜４３の中で最大となる。これにより、アクチュエータユニット２１における変位効率が高くなって、低電圧化が可能となる。
【００３２】
共通電極３４ａ，３４ｂは、図示しない領域において接地されている。これにより、共通電極３４ａ，３４ｂは、すべての圧力室１０に対応する領域において等しくグランド電位に保たれている。また、駆動電極３５ａ，３５ｂは、各圧力室１０に対応するものごとに電位を制御することができるように、駆動電極３５ａ，３５ｂごとに独立した別のリード線（図示せず）を介して図示しないドライバに接続されている。このとき、上下で対になった駆動電極３５ａ，３５ｂ同士は同じリード線を介してドライバに接続されてよい。なお、共通電極３４ａ，３４ｂは、積層方向への射影領域が圧力室領域を含むように或いは射影領域が圧力室領域に含まれるように圧力室１０ごとに多数形成されたものであってもよく、必ずしもシート全面に形成された１枚の導電シートである必要はない。ただし、このとき、圧力室１０に対応する部分がすべて同一電位となるように共通電極同士が電気的に接続されていることが必要である。
【００３３】
本実施形態によるインクジェットヘッド１において、圧電シート４１〜４５の分極方向はその厚み方向となっている。つまり、アクチュエータユニット２１は、上側（つまり、圧力室１０とは離れた）３枚の圧電シート４１〜４３を活性層とし且つ下側（つまり、圧力室１０に近い）２枚の圧電シート４４，４５を非活性層とした、いわゆるユニモルフタイプの構成となっている。従って、駆動電極３５ａ，３５ｂを正又は負の所定電位とすると、例えば電界と分極とが同方向であれば活性層である圧電シート４１〜４３の電極に挟まれた部分が分極方向と直角方向に縮む。一方、圧電シート４４，４５は、電界の影響を受けないため自発的には縮まないので、上層の圧電シート４１〜４３と下層の圧電シート４４，４５との間で、シート間で分極方向への歪みに差を生じることとなり、圧電シート４１〜４５全体が非活性側に凸となる変形を生じる（ユニモルフ変形）。このとき、図６で示したように、圧電シート４１〜４５の下面は圧力室を区画する隔壁（キャビティプレート）２２の上面に固着されているので、結果的に圧電シート４１〜４５は圧力室側へ凸になるように変形する。このため、圧力室１０の容積が低下して、インクの圧力が上昇し、インク吐出口８からインクが吐出される。その後、駆動電極３５ａ，３５ｂへの駆動電圧の印加が停止されれば、圧電シート４１〜４５は元の形状に戻って、圧力室１０の容積が元の容積に戻るので、インクをマニホールド５側から吸い込む。
【００３４】
なお、他の駆動方法として、予め駆動電極３５ａ，３５ｂに電圧を印加しておき、吐出要求があるごとに一旦電圧の印加を停止し、その後所定のタイミングにて再び電圧を印加する方法を用いることもできる。この場合は、電圧の印加が停止されたタイミングで、圧電シート４１〜４５が元の形状に戻ることにより、圧力室１０の容積は、初期状態（予め電圧が印加された状態）と比較して増加し、インクがマニホールド５側から吸い込まれ、その後再び電圧が印加されたタイミングで、圧電シート４１〜４５が圧力室側へ凸となるように変形し、圧力室の容積低下によりインクへの圧力が上昇し、インクが吐出される。
【００３５】
また、例えば電界と分極とが逆方向であれば電極に挟まれた活性層である圧電シート４１〜４３の一部が分極方向と直角方向に伸びる。従って、圧電シート４１〜４５の電極３４ａ，３４ｂ，３５ａ，３５ｂに挟まれた部分は、圧電横効果により、圧力室側に凹となるように湾曲する。このため、圧力室１０の容積が増加して、インクをマニホールド５側から吸い込む。その後、駆動電極３５ａ，３５ｂへの駆動電圧の印加が停止されれば、圧電シート４１〜４５は元の形状に戻って、圧力室１０の容積が元の容積に戻るので、インクをインク吐出口８から吐出する。
【００３６】
本実施形態のアクチュエータユニット２１を作成するには、まず、圧電シート４５〜４１となるセラミックス材料を積層して焼成する。その際、必要とされる各セラミックス材料上には、駆動電極３５ｂ、共通電極３４ａ，３４ｂとなる金属材料がパターン印刷される。その後、圧電シート４１上に駆動電極３５ａとなる金属材料を全面めっきし、レーザーパターニングにより不要部分を除去するか、或いは、駆動電極３５ａに対応する部分に開口を有するマスクを用いて圧電シート４１上に駆動電極３５ａとなる金属材料を蒸着させる。
【００３７】
このように、駆動電極３５ａのみ、他の電極とは異なり圧電シート４１〜４５となるセラミックス材料と一緒に焼成しないのは、駆動電極３５ａが露出しているために、焼成時の高温加熱により蒸発しやすく、セラミックス材料に被覆された他の電極３４ａ，３４ｂ，３５ｂに比べて厚みの制御が困難だからである。しかしながら、他の電極３４ａ，３４ｂ，３５ｂも焼成時に多少なりとも厚みが減少するので、焼成後の連続性を維持することを考慮するとその厚みを薄くすることが難しい。一方、駆動電極３５ａは、焼成後に上述したような手法で形成するために、他の電極３４ａ，３４ｂ，３５ｂよりも薄く形成することが可能である。このように、本実施形態のインクジェットヘッド１では、最も上層にある駆動電極３５ａを他の電極３４ａ，３４ｂ，３５ｂよりも薄くすることで、活性層である圧電シート４１〜４３の変位が駆動電極３５ａによって規制されづらくなって、アクチュエータユニット２１の効率（電気効率及び面積効率）を向上させている。
【００３８】
上述のようにして作成されたアクチュエータユニット２１は、別途エッチングにより多数の開口が形成されたキャビティプレート２２などの９枚の金属プレートを接着することによって作成された流路ユニット４と接着剤により接着される。この際、流路ユニット４のキャビティプレート２２の表面及びアクチュエータユニット２１の圧電シート４１の表面にそれぞれ形成された位置合わせのための目印に基づいて両者が接着される。
【００３９】
次に、図８〜図１１を参照しつつ、本発明に係る第２〜第５の実施形態のアクチュエータユニット１２１〜１２４について説明する。これら第２〜第５の実施形態は、図６に示した第１の実施形態のアクチュエータユニット２１と同様に多数の圧力室１０に跨って配置されている。また、アクチュエータユニット１２１〜１２４に含まれる圧電シート、共通電極、及び駆動電極の構成材料は第１の実施形態のアクチュエータユニット２１によるものと同様で、それらの厚みや積層構成を変更したものである。
【００４０】
先ず、図８に示す本発明の第２の実施形態におけるアクチュエータユニット１２１は、図６に示した第１の実施形態の圧電シート４１〜４５にさらに上側に２枚の圧電シート３９，４０を設けたものである。本実施形態のアクチュエータユニット１２１は７枚の圧電シート３９〜４５を含み、上側５枚の圧電シート３９〜４３を活性層、下側２枚の圧電シート４４，４５を非活性層としたユニモルフタイプの構成となっている。各シート３９〜４５の厚みは、図６に示す第１の実施形態と同様に、それぞれ厚みが１５μｍ程度で同じになるように形成されている。圧電シート４１の上に設けられた駆動電極３５ａの上にさらに圧電シート４０が設けられ、この圧電シート４０と最上層にある圧電シート３９との間には共通電極３４ｃが介在している。そして最上層の圧電シート３９の上には、駆動電極３５ａと等しい面積を有する厚み２μｍ程度の駆動電極３５ｃが配置されている。なお、各圧電シート３９〜４５の厚みは第１の実施の形態と同様で１５μｍ程度である。
【００４１】
次に、図９に示す本発明の第３の実施形態におけるアクチュエータユニット１２２は、図８に示した上記第２の実施形態とほぼ同様の構成である。ただし、最上層にある駆動電極３５ｄの面積は、第２実施形態とは異なり、中間の駆動電極３５ａの面積よりも大きくなっている。つまり、本実施形態のアクチュエータユニット１２における駆動電極（上層から３５ｄ，３５ａ，３５ｂ）の面積は、圧力室１０に近づくにつれて減少し、活性層３９〜４３の駆動電極と共通電極とで挟まれた領域の面積が圧力室１０に近づくにつれて減少するようになっている。
【００４２】
これら本発明の第２及び第３の実施形態におけるアクチュエータユニット１２１，１２２のように３つの駆動電極を含む場合も、圧力室１０から最も離れた駆動電極の面積を他の駆動電極の面積と同等以上にすることで、変位効率を上昇させることができる。しかし、３つ以上の駆動電極を有するアクチュエータユニットの場合は特に、図９に示す本発明の第３の実施形態のように、最上層から圧力室に近づくにつれて順次駆動電極の面積を減少させるのがより好ましい。こうすることで、さらなるアクチュエータユニットの変位効率の上昇及び低電圧化を期待できる。
【００４３】
次に、図１０に示す本発明の第４の実施形態におけるアクチュエータユニット１２３は、図６に示した第１の実施形態と同様に圧電シートが活性層３枚及び非活性層２枚の計５枚の構成であるが、活性層における２つの駆動電極１３５ａ，１３５ｂの面積が同じである点、及び、最上層にある圧電シート３８の厚みが他２枚の活性層の圧電シート４２，４３の厚みより薄くなっている点が異なっている。本実施形態では、活性層である圧電シート３８，４２，４３のうち、最上層の圧電シート３８の厚みが最小となっている。活性層の厚み及び厚みと垂直な方向の伸縮変位に略反比例関係が成り立つことを利用し、このように活性層である圧電シート３８，４２，４３のうち最上層の圧電シート３８の厚みを最小とすることで、その層の厚みと垂直な方向の伸縮変位を最大にできる。従って、アクチュエータユニットにおける変位効率が高くなり、低電圧化が可能となる。
【００４４】
次に、図１１に示す本発明の第５の実施形態におけるアクチュエータユニット１２４は、図１０に示した第４の実施形態における活性層３枚３８，４２，４３のうちさらに中間の圧電シート４２の厚みも薄くしたものである。つまり、活性層である圧電シート３６，３７，４３の厚みが圧力室１０に近づくにつれて増大するようになっている。このように、最上層から圧力室に近づくにつれて順次活性層の厚みを増大させることで、さらなるアクチュエータユニットの変位効率の上昇及び低電圧化を期待できる。
【００４５】
また、上述した実施形態のインクジェットヘッド１におけるアクチュエータユニット２１，１２１〜１２４には、活性層としての圧電シートと圧力室１０との間に非活性層としての２枚の圧電シート４４，４５が設けられている。このように、圧力室１０と活性層との間に非活性層を介在させることにより、さらなるアクチュエータユニット２１の変位効率の上昇、及び低電圧化を期待できる。
【００４６】
本実施の形態のインクジェットヘッド１は、活性層である圧電シート４１〜４３と非活性層である圧電シート４４、４５とが同じ材料で形成されているために、材料を交換する手間が不要となり、比較的簡略な製造工程により製造可能である。そのため、製造コストを低減できることが期待される。さらに、活性層である圧電シート４１〜４３と非活性層である圧電シート４４、４５とがすべて実質的に同じ厚みを有していることからも、製造工程の簡略化によるコスト削減を図ることができる。なぜなら、圧電シートとなるセラミックス材料を塗布積層していくときの厚さ調整工程を簡単に行うことができるようになるからである。
【００４７】
また、本実施の形態によるインクジェットヘッド１では、インク吐出領域ごとに分割された複数のアクチュエータユニット２１が、流路ユニット４に接着された状態でその長手方向に沿って配列されている。これにより、焼結などによって成形されるために寸法精度にばらつきが生じやすいアクチュエータユニット２１ごとに流路ユニット４との位置合わせを行うことが可能となり、ヘッドを長尺化しても各アクチュエータユニット２１と流路ユニット４との位置ずれ量の増加が抑制され、両者を精度よく位置合わせすることができる。よって、目印から比較的遠くにある個別電極３５ａ、３５ｂについてもその圧力室１０に対する位置が所定位置から大幅にずれることが少なくなって、インクジェットヘッド１の製造歩留まりが飛躍的に向上する。他方、これとは異なり、アクチュエータユニット２１を流路ユニット４と同様の長尺体として形成すると、アクチュエータユニット２１を流路ユニット４と重ねたときの平面視における各圧力室１０に対する個別電極３５ａ、３５ｂの位置の所定位置からのずれ量が目印から離れるに連れて大きくなり、目印から比較的離れた圧力室１０におけるインク吐出性能が劣化し、インクジェットヘッド１内でのインク吐出性能の均一性が失われてしまう。
【００４８】
また、上述のように構成された本実施の形態によるインクジェットヘッド１によると、圧電シート４１〜４３を共通電極３４ａ、３４ｂと個別電極３５ａ、３５ｂとで挟み込むとことにより、圧電効果によって容易に圧力室１０の容積を変化させることができる。また、活性層である圧電シート４１〜４３が連続平板層であるため、容易に製造することが可能である。
【００４９】
また、本実施の形態によるインクジェットヘッド１は、圧力室１０に近い圧電シート４４、４５を非活性層とし、圧力室１０から離れた圧電シート４１〜４３を活性層としたユニモルフ構造のアクチュエータユニット２１を有している。そのため、圧電横効果により圧力室１０の容積変化量を大きくすることができて、圧力室１０側が活性層でその反対側が非活性層のインクジェットヘッドと比較して、個別電極３５ａ、３５ｂに印可される電圧の低電圧化及び／又は圧力室１０の高集積化を図ることが可能となる。印加電圧の低電圧化を図ることにより、個別電極３５ａ、３５ｂを駆動するドライバを小型化できてコストを抑えることができ、圧力室１０を小さくできてその高集積化を図ったときであっても十分な量のインクを吐出することが可能となって、ヘッド１の小型化と印刷ドットの高密度配置が実現される。
【００５０】
さらに、本実施の形態によるインクジェットヘッド１は、各アクチュエータユニット２１が実質的に台形形状を有しており、各アクチュエータユニット２１の平行対向辺が流路ユニット４の長手方向に沿い且つ隣接するアクチュエータユニット２１の斜辺同士が流路ユニット４の幅方向にオーバーラップするように複数のアクチュエータユニット２１が千鳥状に２列配置されたものである。このように、隣接するアクチュエータユニット２１の斜辺同士がオーバーラップしていることで、印刷媒体に対してインクジェットヘッド１がその幅方向に相対移動する際、流路ユニット４の幅方向に沿って存在する圧力室１０同士が補完し合うことができ、高解像度印刷を実現しつつ、非常に幅の狭い小型のインクジェットヘッド１とすることができる。
【００５１】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。例えば、圧電シートや電極の材料は、上述したものに限らず、その他の公知の材料に変更してもよい。また、圧力室の平面形状や断面形状、配置形態、活性層の数、非活性層の数などは、適宜変更してよい。また、圧力室の平面形状や断面形状、配置形態、活性層の数、非活性層の数などは、適宜変更してよい。
【００５２】
また、上述の実施形態においては、駆動電極の面積や圧電シートの厚みを変化させることで圧力室１０から最も離れた活性層の厚みと垂直な方向の伸縮変位をすべての活性層の中で最大となるように構成しているが、これに限定するものではない。即ち、他の手段によって、圧力室１０から最も離れた活性層の厚みと垂直な方向の伸縮変位をすべての活性層の中で最大となるように構成してもよい。
【００５３】
また、上述の実施形態において、アクチュエータユニットに含まれる活性層の圧電シートは３又は５層に積層されているが、７層以上に積層されてもよい。また圧電シートの積層数に伴い、駆動電極及び共通電極の数も適宜変更してよい。また、上述した実施形態ではアクチュエータユニットに含まれる非活性層の圧電シートは２層となっているが、１層であってもよいし、アクチュエータユニットの伸縮変形が阻害されない範囲で３層以上としてもよい。また、上述の実施形態では共通電極をグランド電位に保つものとしているが、各圧力室１０に共通であればこれに限定されるものではない。
【００５４】
また、上述の実施形態では最上層の圧電シートの上方に駆動電極を設けた構成となっているが、これに限定するものではない。例えば下方に駆動電極、上方に共通電極を設けた圧電シートが最上層に配置されてもよい。また、上述の実施形態では非活性層の上に活性層を設けたユニモルフ構造のアクチュエータユニットとしているが、これに限定されない。また、圧電シート４１〜４５は連続平板層ではなく、圧力室１０毎に形成されてもよい。
【００５５】
また、上述の実施形態では、アクチュエータユニットの変位効率の上昇を実現するため、圧電シートの厚み又は駆動電極の面積を変化させているが、これら２つの要素（圧電シートの厚み及び駆動電極の面積）を変化させてもよい。つまり、例えば最上層の圧電シートの厚みを最小とし、且つ最上層の駆動電極の面積を最大としてもよい。
【００５６】
また、上述の実施形態では、台形とした複数のアクチュエータユニットを２列に千鳥状に配置しているが、アクチュエータユニットは必ずしも台形にしなくともよく、複数のアクチュエータユニットを流路ユニットの長手方向に沿って単に１列に配列してもよい。或いは、アクチュエータユニットを３列以上に千鳥状に配置してもよい。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１によると、アクチュエータユニットにおける変位効率が高くなって、低電圧化が可能となる。
【００５８】
請求項２によると、活性層の駆動電極と共通電極とで挟まれた領域の面積が大きくなると厚みと垂直な方向の伸縮変位も大きくなることを利用して、圧力室から最も離れた活性層の厚みと垂直な方向の伸縮変位を最大にでき、請求項１と同様の効果が得られる。
【００５９】
請求項３によると、活性層の駆動電極と共通電極とで挟まれた領域の面積を圧力室に近づくにつれて減少させることで、さらなるアクチュエータユニットの変位効率の上昇及び低電圧化を期待できる。
【００６０】
請求項４によると、活性層の厚みがその厚みと垂直な方向の伸縮変位と略反比例の関係にあることを利用して、圧力室から最も離れた活性層の厚みと垂直な方向の伸縮変位を最大にでき、請求項１と同様の効果が得られる。
【００６１】
請求項６によると、活性層の厚みを圧力室に近づくにつれて増大させることで、さらなるアクチュエータユニットの変位効率の上昇及び低電圧化を期待できる。
【００６２】
請求項７によると、非活性層を活性層と圧力室との間にさらに設けることで、さらなるアクチュエータユニットの変位効率の上昇、及び低電圧化を期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態によるインクジェットヘッドの平面図である。
【図２】  図１内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。
【図３】  図２内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。
【図４】  図１に示すインクジェットヘッドの要部断面図である。
【図５】  図１に示すインクジェットヘッドの要部分解斜視図である。
【図６】  本発明の第１の実施形態におけるアクチュエータユニットを含む図４内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域を横方向から見た拡大断面図である。
【図７】  図６に示す本発明の第１の実施形態におけるアクチュエータユニットの各活性層における駆動電極を対応する圧力室と共に示す平面図である。
【図８】  本発明の第２の実施形態におけるアクチュエータユニットを含む図４内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域を横方向から見た拡大断面図である。
【図９】  本発明の第３の実施形態におけるアクチュエータユニットを含む図４内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域を横方向から見た拡大断面図である。
【図１０】  本発明の第４の実施形態におけるアクチュエータユニットを含む図４内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域を横方向から見た拡大断面図である。
【図１１】  本発明の第５の実施形態におけるアクチュエータユニットを含む図４内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域を横方向から見た拡大断面図である。
【符号の説明】
１  インクジェットヘッド
３  インク溜まり
３ａ，３ｂ  開口
４  流路ユニット
５  マニホールド
５ａ  副マニホールド
８  インク吐出口（吐出ノズル）
１０  圧力室
１２  アパーチャ
２１  アクチュエータユニット
２２  キャビティプレート
３０  ノズルプレート
３２  インク流路
３４ａ，３４ｂ  共通電極
３５ａ，３５ｂ  駆動電極
４１〜４３  圧電シート（活性層）
４４，４５  圧電シート（非活性層）
【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】
0003912133.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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