(57)【要約】      （修正有）【課題】製造時の誤差による変形特性の影響が少なく、製造コストを不必要に高騰させることのない液体移送装置を提供する。【解決手段】圧電アクチュエータ３は、流路ユニット２に形成された圧力室１４を塞ぐように流路ユニット２の所定の面に固着された振動板３０と、この振動板３０に積層される圧電層３１とを含むもので、振動板３０は、流路ユニット２と反対側に凹部３６を備え、この凹部３６は、平面視で、第１の電極３２とは重複しない領域に、圧力室１４の内側に対応する位置から圧力室１４の外側に対応する位置までを占める幅をもって形成されている。【選択図】図５
2009083262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体流入口及び液体流出口と連通する圧力室が所定の面に開口するように形成された流路ユニットと、
この流路ユニットの一表面に、前記圧力室を覆うように設けられる圧電アクチュエータと、
を備えた液体移送装置において、
前記圧電アクチュエータは、
前記圧力室の前記開口を塞ぐように前記流路ユニットの前記所定の面に固着される振動板と、
この振動板に積層される圧電層と、
この圧電層の一方の面側において、平面視で前記圧力室と重なる領域に形成された第１の電極と、
前記圧電層の他方の面側において、少なくとも前記第１の電極と対向する領域に形成された第２の電極と、を備え、前記圧電層の収縮により前記振動板をユニモルフ変形させるものであり、
前記振動板は、前記流路ユニットと反対側の面に凹部を有しており、
この凹部は、平面視で、前記第１の電極とは重複しない領域に、前記圧力室の内側に対応する位置から前記圧力室の外側に対応する位置までを占める幅をもって形成されていることを特徴とする液体移送装置。
【請求項２】
前記凹部は、平面視で前記圧力室を取り囲むように延在していることを特徴とする請求項１に記載の液体移送装置。
【請求項３】
前記凹部は、平面視で前記圧力室と重複する第１の部分と前記圧力室の外側に重複する第２の部分とを有することを特徴とする請求項１または２に記載の液体移送装置。
【請求項４】
前記流路ユニットは、前記圧力室を複数備え、さらに、これら複数の圧力室は所定の方向に並んで配置されるものであって、
前記振動板は、平面視で、これら複数の圧力室の各々と重なる前記凹部を複数備え、
前記所定の方向において互いに隣接して並ぶ２つの前記圧力室の間には、一方の圧力室に属する凹部と他方の圧力室に属する凹部が形成されるとともに、これら２つの凹部は、互いに繋がることなく、凹部が形成されていない丘部によって区画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移送装置。
【請求項５】
前記丘部には、前記２つの凹部と繋がることなく前記所定の方向と直交する方向に延在する補助凹部が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の液体移送装置。
【請求項６】
前記第１の電極及び前記第２の電極は、前記圧電層にその厚み方向に平行な電界を付与するためのものであり、  
前記圧電層は、前記厚み方向に分極されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液体移送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体移送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、液体に圧力を付与して所定の位置に移送する液体移送装置が広く普及しており、その一形態であるインクジェットヘッドが知られている。
【０００３】
このインクジェットヘッドは、ノズルに連通する圧力室を有する流路ユニットと、こ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る。そして、この圧力室内のインクに圧力を付与することで、ノズルからインクを吐出することができるものである。
【０００４】
このようなインクジェットヘッドに用いられる圧電アクチュエータには、様々な方式のものがあるが、その中でも変形効率の良いものとしてユニモルフ式の圧電アクチュエータが知られている。
【０００５】
この圧電アクチュエータは、圧力室を覆う振動板と、この振動板に積層されるチタン酸ジルコン酸鉛（PZT）で形成された圧電層と、この圧電層の面方向に延在する共通電極と、積層方向において、共通電極と圧電層を挟むように配置され、且つ圧力室の大きさに対応する位置に配置された個別電極とを有する。
【０００６】
そして、この個別電極に駆動電圧を印加することで、個別電極と平面視で重なる圧電層が面方向に収縮するように変形する。このとき、この圧電層の収縮により、圧電層が積層された振動板は、その中心を頂点にして、圧力室側に向けて凸となるように変形される。これにより、圧力室内の容積が減少して、圧力室内に圧力波が発生し、かかる圧力波が圧力室内の液体に付与されて、ノズルからインクが吐出される。
【０００７】
このようなインクジェットヘッドは、近年、小型化や記録画像の高画質化を目的として複数のノズルが高密度に密集して配置される傾向にあり、これらのノズルと繋がる複数の圧力室についても高密度化されつつある。
【０００８】
これにより、ある圧力室に配置される個別電極に駆動電圧が印加されて、圧電層及び振動板が変形したときに、この変形が、隣接する圧力室に対向する領域の圧電層及び振動板にまで伝播し、隣接する圧力室に連通するノズルのインク吐出特性を不安定にする現象（所謂、クロストーク）が無視できないものとなってきている。
【０００９】
そこで、この対策として、特許文献１には、平面視で、圧力室１４と重ならない領域にあって、この圧力室１４の縁に沿った領域と重なるように溝３６が形成された振動板３０を備えたインクジェットヘッドが開示されている。
【００１０】
このインクジェットヘッドの振動板３０は、溝３６が形成された領域では、他の領域に比べて厚さが薄くなる。この為、溝３６が形成された領域では、他の領域に比べて剛性を小さくすることができる。これにより、かかる領域は変形し易くなるので、溝３６が形成されていない場合に比べて、振動板３０が変形し易くなる。従って、振動板３０に溝３６が形成されていないものに比べて、圧力室１４の容積を変化させる際に消費する消費電力を抑えることができる。また、溝３６が形成された振動板３０では、溝３６部分にて振動板３０や圧電層３１の変形が伝播し難くなっている為、隣接する圧力室１４に変形が伝播するクロストークを防止することができる。
【特許文献１】特開２００６−９３０３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記の特許文献１に記載されるインクジェットヘッドを製造する場合において、ステンレス鋼などの金属材料からなる振動板３０に溝３６を形成するときには、エッチングやプレス加工等といった周知の加工方法を用いることができる。
【００１２】
しかし、このような加工方法により溝３６を形成する場合に、設計時に設定した所望の大きさや位置に対して、誤差の生じたものが形成されることがある。そして、誤差が生じると振動板３０の剛性（変形しやすさ）も設計時の所望の大きさに対して変化してしまう。この為、圧電アクチュエータを設計時に所望した変形特性とするには、振動板３０の剛性の変化分を補うように、圧電層によって振動板３０に加えられる力を調整しなければならない。
【００１３】
ここで、振動板３０に加えられる力を調整する方法としては、個別電極３２に印加される駆動電圧の大きさを調整する方法や、圧電層３１の物性の変更して圧電層３１の変形特性を調整する方法が考えられるが、これらの方法を行うには、結局のところ設計当初とは異なる仕様にしなければならず、コスト高を招くという問題があった。
【００１４】
本発明は、この問題を解決するためになされたものであり、製造時の誤差による変形特性の影響が少なく、製造コストを不必要に高騰させることのない液体移送装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
第１の発明の液体移送装置は、液体流入口及び液体流出口と連通する圧力室が所定の面に開口するように形成された流路ユニットと、この流路ユニットの一表面に、前記圧力室を覆うように設けられる圧電アクチュエータと、を備えた液体移送装置において、前記圧電アクチュエータは、前記圧力室の前記開口を塞ぐように前記流路ユニットの前記所定に面に固着される振動板と、この振動板に積層される圧電層と、この圧電層の一方の面側において、平面視で前記圧力室と重なる領域に形成された第１の電極と、前記圧電層の他方の面側において、少なくとも前記第１の電極と対向する領域に形成された第２の電極と、を備え、前記圧電材料層の収縮により前記振動板をユニモルフ変形させるものであり、前記振動板は、前記流路ユニットと反対側の面に凹部を有しており、この凹部は、平面視で、前記第１の電極とは重複しない領域に、前記圧力室の内側に対応する位置から前記圧力室の外側に対応する位置までを占める幅をもって形成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
第２の発明の液滴移送装置は、前記第１の発明において、前記凹部は、平面視で前記圧力室を取り囲むように延在していることを特徴とするものである。
【００１７】
第３の発明の液滴移送装置は、前記第１又は第２の発明において、前記凹部は、平面視で前記圧力室と重複する第１の部分と前記圧力室の外側に重複する第２の部分とを有することを特徴とするものである。
【００１８】
これらの発明によれば、振動板に凹部を形成したことにより、振動板が変形し易くなっている。この為、振動板は、圧電層が収縮変形させられたときに、圧力室側に凸となる変形量が、凹部が形成されていない場合に比べて大きくなる。また、ユニモルフ変形する圧電アクチュエータの変形特性は、圧電層の収縮しやすさと振動板の流路ユニットに対する屈曲しやすさの２つの要因に影響されるものであるが、本発明は、凹部が、前記第１の電極とは重複しない領域に、前記圧力室の内側に対応する位置から前記圧力室の外側に対応する位置までを占める幅をもって形成されていることによって、製造時に凹部の位置ずれが生じても、先の２つの要因の変化が少なくなるため、製造誤差による圧電アクチュエータの変形特性の変動を抑えることができる。
【００１９】
尚、本発明において、「平面視」とは、「流路ユニットの所定の面」や「振動板の流路ユニットと固着される面」と直交する方向から見ることと同義である。
【００２０】
第４の発明の液体移送装置は、前記第１〜第３の何れかの発明において、前記流路ユニットは、前記圧力室を複数備え、さらに、これら複数の圧力室は所定の方向に並んで配置されるものであって、前記振動板は、平面視で、これら複数の圧力室の各々と重なる前記凹部を複数備え、前記所定の方向において互いに隣接して並ぶ２つの前記圧力室の間には、一方の圧力室に属する凹部と他方の圧力室に属する凹部が形成されるとともに、これら２つの凹部は、互いに繋がることなく、凹部が形成されていない丘部によって区画されていることを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、振動板と流路ユニットとを接合するため、振動板を流路ユニットと反対の面から治具で押圧する際に、押圧力を十分に確保し、接合を確実になすことができる。つまり、２つの凹部は治具と接触しないためこの部分を押圧することはできないが、２つの凹部の間に形成された丘部は、治具により押圧することができるので、押圧力を確保することができるのである。
【００２２】
第５の発明の液体移送装置は、前記第４の発明において、前記丘部には、前記２つの凹部と繋がることなく前記所定の方向と直交する方向に延在する補助凹部が形成されていることを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、隣接する２つの圧力室の間には、２つの凹部と補助凹部の計３つの凹部が存在することとなる。よって、２つの圧力室の一方に対応する振動板の変形が、他方の圧力室に対応する部分まで伝播するクロストークを防止する効果をより一層向上させることができる。
【００２４】
第６の発明の液体移送装置は、前記第１〜第５の発明において、前記第１の電極及び前記第２の電極は、前記圧電層にその厚み方向に平行な電界を付与するためのものであり、前記圧電層は、前記厚み方向に分極されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は、製造時の誤差による変形特性の影響が少なく、製造コストを抑えた液滴移送装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態は、液体移送装置として、記録用紙にインクを噴射するインクジェットヘッドに本発明を適用した一例である。
【００２７】
まず最初に、インクジェットヘッド１を備えたインクジェットプリンタ１００について、図１を参照して説明する。
【００２８】
図１に示すインクジェットプリンタ１００は、図中に示す矢印の走査方向に往復移動可能なキャリッジ１０１と、このキャリッジ１０１に搭載されるもので、記録用紙Pと対向するように設けられたノズル２０（図２〜５参照）からインク滴を吐出するインクジェットヘッド１と、図中の矢印に示す紙送り方向へ記録用紙Pを搬送する搬送ローラ１０２等と備えている。
【００２９】
そして、このインクジェットプリンタ１００は、記録を行う際には、インクジェットヘッド１を走査方向に往復移動させつつ、ノズル２０から記録用紙Pへ向けてインク滴を吐出する。そして、インクジェットヘッド１により記録された記録用紙Pは、搬送ローラ１０２により紙送り方向へ排出される。
【００３０】
次に、インクジェットヘッド１について図２〜５を参照して説明する。
【００３１】
まず、図２に示すように、インクジェットヘッド１は、紙送り方向に複数並んで配置される複数のノズル２０と各々連通される圧力室１４等を有する流路ユニット２と、この流路ユニット２の上面に積層された圧電アクチュエータ３と、を備える。
【００３２】
そして、図２に示すように、流路ユニット２は、ノズル２０は紙送り方向に複数並んで配置され、これら複数のノズル２０と各々連通される圧力室１４も、複数のノズル２０と同様に紙送り方向に並んで配置される。また、これらの圧力室１４と連通するマニホールド１７は、紙送り方向に延在して配置され、マニホールド１７と図示しないインクタンクとの間に形成されるインク供給口１８を備える。また、圧電アクチュエータ３は、流路ユニット２と接合される面と直交する方向から見て（平面視）、圧力室１４に夫々重なる個別電極３２（第１の電極）を複数備え、これら個別電極３２を囲むように凹部３７が各々形成されている。また、個別電極３２は、平面視で、ノズル２０と重なる一方の端とは反対側の他方の端には、端子部３５が設けられている。この端子部３５には、フレキシブルプリント配線板等の可撓性を有する配線部材を介してドライバＩＣ（図示省略）が接続されており、ドライバＩＣから端子部３５を介して夫々の個別電極３２に対して選択的に駆動電圧が供給される。
【００３３】
次に、図２にて説明したインクジェットヘッド１について、図２の一部を拡大した図３を参照して説明する。
【００３４】
インクジェットヘッド１は、平面視で一方の端がノズル２０と連通する連通孔１６、及び１９と繋がり、他方の端がマニホールド１７と連通する連通孔１５と連通する圧力室１４を有する。また、凹部３７は、平面視で圧力室１４の内側と重なる部分と、圧力室１４の周縁部分から外側と重なる部分を備える。さらに、圧力室１４の内側と重なる部分には、凹部３７と重ならないように個別電極３２が配置されている。
【００３５】
ここで、凹部３７は、平面視で圧電アクチュエータ３の一部である振動板３０（後述にて説明）に形成される凹部３６と同様の形状である。その為、凹部３６は、平面視で圧力室１４の内側と重なる部分から圧力室１４の外側と重なる部分に延在する部分を有する。そして、凹部３６の延在方向と直交する方向の長さを凹部３６の幅とする。
【００３６】
また、インクジェットヘッド１について、図３に示すＩ−Ｉ線におけるインクジェットヘッド１の断面である図４を参照して説明する。
【００３７】
まず、流路ユニット２について説明する。図４に示すように、流路ユニット２はキャビティプレート１０、ベースプレート１１、マニホールドプレート１２、及びノズルプレート１３を備えており、これら４枚のプレート１０〜１３が積層されて接着される。このうち、キャビティプレート１０、ベースプレート１１及びマニホールドプレート１２はステンレス鋼製の板であり、これら３枚のプレート１０〜１２に、後述するマニホールド１７や圧力室１４等のインク流路をエッチングにより容易に形成することができるようになっている。また、ノズルプレート１３は、例えば、ポリイミド等の高分子合成樹脂材料により形成され、マニホールドプレート１２の下面に接着される。あるいは、このノズルプレート１３も、３枚のプレート１０〜１２と同様にステンレス鋼等の金属材料で形成されていてもよい。
【００３８】
次に、これら４枚のプレート１０〜１３について説明する。図４に示すように、積層方向における最下層に配置されるノズルプレート１３には、ノズル２０が形成されている。このノズル２０は、ポリイミド等の高分子合成樹脂の基板にエキシマレーザー加工を施すことにより形成される。また、このノズル２０は、ノズルプレート１３と接合されるマニホールドプレート１２に形成された連通孔１９と連通されている。また、このマニホールドプレート１２には、前述したマニホールド１７が形成されている。さらに、積層方向において、マニホールドプレート１２と接合されるベースプレート１１には、マニホールド１７と連通される連通孔１５、及び連通孔１９と連通される連通孔１６を有する。そして、ベースプレート１１と接合されるキャビティプレート１０は、一端が連通孔１５と連通し、他端が連通孔１６と連通する圧力室１４が開口している。また、キャビティプレート１０には、ベースプレート１１と接合される面とは反対側の面に、圧電アクチュエータ３が接合されている。
【００３９】
次に、圧電アクチュエータ３について説明する。図４に示すように圧電アクチュエータ３は、キャビティプレート１０と接合される振動板３０と、この振動板３０の上面に積層される絶縁層３３とを有し、さらに、この絶縁層３３に積層される共通電極３４（第２の電極）と、この共通電極３４及び絶縁層３３に積層される圧電層３１、及びこの圧電層３１を共通電極３４と挟むように圧電層３１の上面に配置された個別電極３２とを備える。ここで、振動板３０とキャビティプレート１０とは熱硬化樹脂などを用いて接合される。また、振動板３０の圧力室１４と反対側の面には、絶縁層３３が形成されている。この絶縁層３３は、化学蒸着（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）法や、エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）あるいは、スパッタ法等によりアルミナ、ジルコニア等のセラミックス材料などを振動板３０の表面に堆積させることにより形成される。また、この絶縁層３３には、平面視で圧力室１４と重なる部分に共通電極３４が配置されている。そして、共通電極３４及び絶縁層３３の表面には圧電層３１が形成されている。この圧電層３１は、ＣＶＤ法や、ＡＤ法等により、圧電材料の粒子を絶縁膜３３及び共通電極３４の表面に堆積させることにより形成される。また、この圧電層３１は、図４の図中矢印の積層方向に分極処理が施されている。ここで、この圧電層３１を駆動させるときには、個別電極３２と共通電極３４により積層方向に電界が付与される。これにより、圧電層３１が振動板３０の平面に沿う方向に収縮変形する。この収縮変形により、振動板３０を圧力室１４側に撓ませて凸変形させて、圧力室１４の容積を変形させるユニモルフ変形をする。
【００４０】
さらに、図３に示すインクジェットヘッド１のII−II線の断面である図５を参照して説明する。
【００４１】
ここで、図５では、紙送り方向に並ぶ複数の圧力室１４を区画する部分を隔壁１０aと称する。まず、キャビティプレート１０に接合される振動板３０には、キャビティプレート１０と接合する面とは反対側に凹部３６が形成されている。また、この振動板３０と絶縁層３３を挟んで積層される圧電層３１には、凹部３７が形成されている。また、凹部３６及び３７は、図３に示すように各圧力室１４にそれぞれ配置されており、隣接する凹部３６及び３７は離れて配置されている。その為、振動板３０は、図５のII−II線の断面視で（以下「断面視」という）、凹部３６及び３７が形成されていない部分と同じ厚さとなる丘部３８を有する。このように丘部３８が存在することで、振動板３０とキャビティプレート１０との接合の際に、キャビティプレート１０に向けて振動板３０を押圧する場合、凹部３６が形成されていない部分に加えて丘部３８にも接合するための冶具を当てて押圧する力を加えることができる。これにより、隔壁１０aと接合される接合面に押圧する力を加えることができるので、振動板３０と隔壁１０aとを確実に接合することができる。
【００４２】
次に、振動板３０に形成された凹部３６及び圧電層３１に形成された凹部３７について、図６を参照して説明する。
【００４３】
図６は、キャビティプレート１０に属する隔壁１０a付近を拡大した断面図である。図６に示すように、断面視で凹部３６の中心線と隔壁１０aの中心線との間の距離３９が所定の大きさだけ離れているときに、凹部３６は平面視で圧力室１４と重なる部分４０（第１の部分）と、隔壁１０aと重なる部分４１（第２の部分）とを備える。そして、凹部３６の大きさが一定の場合、凹部３６の配置される位置により、平面視で部分４０と４１の面積は変化する。例えば、隔壁１０aの中心位置から凹部３６の中心位置が離れた場合（距離３９が大きくなる）、部分４０は大きくなるが、部分４１は小さくなる。また、凹部３６の中心位置が隔壁１０aの中心位置に近づいた場合（距離３９が小さくなる）、部分４０は小さくなるが、部分４１は大きくなる。
【００４４】
上記のように、凹部３６の部分４０と４１の大きさを決める要因として、振動板３０に凹部３６を形成する際に配置を決める。そして、エッチングなどで所望の位置に凹部３６を形成した後で、振動板３０とキャビティプレート１０を接合する。この接合時に、振動板３０若しくはキャビティプレート１０の面に沿う方向に力が加わってしまい、所望の接合位置からずれて接合されてしまうことがある。これにより、凹部３６も所望の位置からずれて配置されてしまう為、部分４０と４１の面積が設計当初の大きさから変わってしまうという問題がある。そして、この部分４０と４１の面積が変化してしまうと、振動板３０の撓み易さが変化してしまうことが考えられる。
【００４５】
この為、振動板３０とキャビティプレート１０の接合時には、厳しい寸法管理を実施して製造をしている。また、振動板３０とキャビティプレート１０とが接合時にずれてしまった場合を想定して、振動板３０以外の部品については、何種類かの仕様の異なる部品を用意していた。そして、振動板３０を接合した後で、振動板３０の撓み易さをチェックし、このチェック結果に基づいて、部品を選択していた。これにより、インクジェットヘッド１は、設計当初の所望の性能を得ることができた。
【００４６】
しかし、設計時の所望の性能を得るために、数種類の部品を用意しなければならず、コストがかかるという問題があった。また、振動板３０の剛性をチェックする検査工程を設ける必要がある為、製造工程が増えてしまい、製造時間が余分にかかるという虞もある。このことから、振動板３０が設計当初の所望の位置からずれて接合されたとしても、製造されたインクジェットヘッド１の吐出性能が変化しなければ、上記の問題を解消できると考えられる。
【００４７】
そこで、本出願人は、凹部３６の位置と性能（変形特性）との関連を調べるために、振動板３０に凹部３６が形成された圧電アクチュエータについて、凹部３６の個数と駆動方式の異なる３種類のモデルを選定し、これらのモデルについてシミュレーションを行った。
【００４８】
具体的には、各モデルの圧電アクチュエータについて、凹部３６の形成される位置と大きさをパラメータとして変化させるとともに、それぞれの場合において、所定の駆動電圧を印加したときの圧電アクチュエータの圧力室側に変形する変形量（圧電アクチュエータの変形特性）を求めたものである。また、振動板３０の接合時のずれ量は、設計時に凹部３６の中心を配置する予定の位置と、接合後に配置された凹部の中心との間の長さである。
【００４９】
ここで、本シミュレーションについて説明する。まず最初に、本シミュレーションの方法、及び解析条件について説明する。本シミュレーションでは、一般的な手法である有限要素法を用いて解析を行った。また、モデルとなる圧電アクチュエータの仕様については下記の表１のように設定した。
【００５０】
【表１】
2009083262.tif 000003
次に、解析を行う圧電アクチュエータの３種類のモデルについて図６〜１０を参照して説明する。
【００５１】
モデル１は、図６〜図８に示したものであり、ユニモルフ変形をする圧電アクチュエータ（以下「ユニモルフ型」）において隣接する圧力室１４の間に凹部３６が対称的に２つ形成されたものである。そして、凹部３６の位置を、圧力室１４と隔壁１０ａに跨って重なるようにした場合（図６、本発明の第１実施形態）と、圧力室１４にのみ重なるようにした場合（図７、本発明の第１実施形態の比較例）と、隔壁１０ａのみに重なるようにした場合（図８、本発明の第１実施形態の比較例）とをとりえるように、その位置を変化させた。
【００５２】
モデル２は、図９及び図１０に示したものであり、ユニモルフ変形をする圧電アクチュエータにおいて隣接する圧力室１４の間に凹部３６が１つ形成されたものである。そして、凹部３６の大きさを、隔壁１０aと隣接する２つの圧力室１４とに跨って重なるように大きく形成した場合（図９、本発明の別の実施形態）と、隔壁１０ａのみに重なるように小さく形成した場合とをとりえるように、その大きさを変化させた。
【００５３】
モデル３は、振動板の圧力室と対向する部分に積層された複数の圧電層が圧電縦効果で変形し、この変形をダイレクトに受けて振動板が変形する圧電アクチュエータ（以下「積層型」という。）において、モデル１と同様に、隣接する圧力室１４の間に凹部３６が対称的に２つ形成されたものである。より具体的には、振動板が図６〜８の振動板３０と同じ構造であり、圧電層が、振動板の圧力室に対向する部分の中央にのみ積層された状態で存在し、隔壁１０ａ付近、すなわち溝３６が形成された部分には一切存在しない構造である。
【００５４】
次に、解析した結果を説明する。まず、モデル１について、凹部３６の幅が３０μｍ一定のもので、凹部３６の中心位置と隔壁１０aの中心位置との間の距離３９を５μｍずつ変化させて配置させた場合についてそれぞれ解析を行った。このときに、凹部３６の中心位置が設計当初の所望の位置から±５μｍずれて配置された時の圧力室１４の変形量の増加率について、以下の表２、３に示す。以下の表２は、凹部３６の中心位置が圧力室１４側に５μｍずれて配置された場合の解析結果を示すものであり、表３は、凹部３６の中心位置が隔壁１０a側に５μｍずれて配置された場合の解析結果を示すものである。
【００５５】
【表２】
2009083262.tif 000004
【００５６】
【表３】
2009083262.tif 000005
また、表２、３をグラフにしたものを図１１、１２に示す。図１１は表２をグラフにした図であり、図１２は表３をグラフにした図である。ここで、図１１、１２において、凹部中心位置の設計値が０μｍ〜１９．３３μｍの区間（以下「A区間」という。）では、凹部３６が図８に示すモデル３のように配置されたものである。また、このA区間内の０μｍ〜１５μｍの区間では、凹部３６が図１０に示すモデル５のように配置される。そして、凹部中心位置の設計値が１９．３４μｍ〜４９．３３μｍまでの区間（以下「Ｂ区間」という。）では、凹部３６が図６に示すモデル１のように配置されたものである。さらに、凹部中心位置の設計値が４９．３４μｍ以上の区間（以下「Ｃ区間」という。）は、凹部３６が図７に示すようになる。
【００５７】
ここで、凹部３６の配置位置がずれた場合のA〜C区間内の変形量の増加率を比較する。図１１、１２に示すように、凹部３６が圧力室１４側に５μmずれて配置された場合と隔壁１０a側に５μｍずれて配置された場合について、A区間に比べてB区間のほうが、圧力室１４の変形量の増加率は小さくなることがわかった。また、Ｂ区間では、Ｃ区間に比べても変形量の増加率は小さくなることも分かった。即ち、B区間のように図６に示すような凹部３６の形状では、圧力室１４の変形量の増加率が小さくなることがわかった。また、B区間の範囲内では、凹部の中心が隔壁１０aの中心から４０μｍ離れた位置に配置された場合は、変位量の増加率が０．３％と最も小さくなることがわかった。この４０μｍのときは、断面視で領域４１のほうが領域４０よりも大きくなる。
【００５８】
次に、図９、１０に示すモデル２について、凹部３６の中心位置が隔壁１０aの中心位置から圧力室１４側若しくは隔壁１０a側に５μｍずれて配置された場合の解析を行った。この解析では、断面視で凹部３６の大きさが３０μｍ〜１４０μｍの範囲内で５μｍずつ変化させたものをサンプルとして用いた。この解析結果について以下の表４、５に示す。表４は、凹部３６の中心位置が圧力室１４側に５μｍずれて配置された場合の変形量の増加率を示す図であり、表５は、凹部３６の中心位置が隔壁１０a側に５μｍずれて配置された場合の変形量の増加率を示す図である。また、表４に示す凹部の大きさとは、図９、１０に示す距離４２である。
【００５９】
【表４】
2009083262.tif 000006
【００６０】
【表５】
2009083262.tif 000007
【００６１】
また、上記の表４、５についてグラフにしたものを図１３、１４に示す。図１３、１４において、凹部の大きさの設計値が０μｍ〜３４．３３μｍまでの区間（以下「Ｄ区間」という。）は、凹部３６が図１０に示すように配置された場合であり、３４．３４μｍ以上（以下「Ｅ区間」という。）の場合は、凹部３６が図９に示すように配置された場合である。
【００６２】
ここで、図１３、１４についてD、E区間での圧力室１４の変形量の増加率を比較する。図１３、１４に示すように双方の何れの解析結果についても、Ｅ区間に比べてＤ区間の場合のほうが、変形量の増加率が小さくなることがわかった。また、凹部３６が圧力室１４側に５μｍずれて配置された場合は、変形量の増加率は０．３％と最も小さくなる。また、凹部３６が隔壁１０a側に５μｍずれて配置された場合でも、変形量の増加率は０．３%となる。
【００６３】
次に、積層型の圧電アクチュエータであるモデル３について解析を行った。振動板３０のずれ量は、凹部３６の中心位置が隔壁１０aの中心位置から圧力室１４側及び隔壁１０a側に５μｍずれて配置された場合の２つの条件で解析した。さらに、積層型のモデル３については、さらに構成の異なる２種類のモデルを解析に用いた。１つは、振動板３０と反対側に拘束層が配置された圧電層３１を用いたもの（以下、モデル３−１という）で、もう1つは拘束層が設けられていない圧電層３１を用いたもの（以下、モデル３−２という）である。
【００６４】
以下の表６、７には、拘束層を有するモデル３−１の解析結果を示し、以下の表８、９には、拘束層がないモデル３−２の解析結果を示す。
【００６５】
【表６】
2009083262.tif 000008
【００６６】
【表７】
2009083262.tif 000009
【００６７】
【表８】
2009083262.tif 000010
【００６８】
【表９】
2009083262.tif 000011
また、表６〜９をグラフにしたものを図１５〜１８に示す。図１５、１６に示すように、モデル３−１では、凹部３６の中心位置が圧力室１４側及び隔壁１０a側に５μｍずれた場合の双方において、A〜C区間の全ての範囲で変形量の増加率は０％〜０．２％となることがわかった。また、図１７、１８に示すモデル３−２についても、A〜C区間の全ての範囲において、圧力室１４の変形量の増加率は０．９％〜３．２％程度であることもわかった。
【００６９】
ここで、以上の解析結果に基づいて、ユニモルフ型（モデル１）と積層型（モデル３−１，３−２）を比較する。前述のように、積層型では、振動板３０の接合時にずれが生じても、圧力室１４の変形量は変化しないことがわかった。しかし、ユニモルフ型では、凹部３６が圧力室１４側に５μｍずれて配置された場合に、上記の表２に示すように、A〜C区間の全範囲において、圧力室１４の変形量の増加率は０．３％〜９．１％も変化する。また、凹部３６が隔壁１０a側に５μｍずれて配置された場合でも、表３に示すように、圧力室１４の変形量の増加率は０．３％〜８．４％も変化する。このことから、ユニモルフ型は、積層型に比べて、凹部３６の配置位置が変わると、圧力室１４の変形量が変化しやすいことがわかった。
【００７０】
次に、振動板３０に凹部３６が形成された場合に、凹部３６が形成されていないものに比べて増加する圧力室１４の変形量の増加率を解析した。この解析結果について以下の表１０〜１３に示す。表１０は、図６〜８に示すモデル１のように配置させた場合であり、表１１は、図９〜１０に示すモデル２のように配置させた場合のものである。また、表１２は、モデル３−１の解析結果であり、表１３は、モデル３−２の解析結果である。
【００７１】
【表１０】
2009083262.tif 000012
【００７２】
【表１１】
2009083262.tif 000013
【００７３】
【表１２】
2009083262.tif 000014
【００７４】
【表１３】
2009083262.tif 000015
また、上記の表１０〜１３をグラフにしたものを図１９〜２２に示す。図１９、２１、２２のA〜C区間は、前述の図１１等にて説明した図６〜８に記載されたモデル１に該当する。また、図２０に示すＤ、Ｅ区間は、前述の図１３等にて説明したモデル２に該当する。
【００７５】
まず、ユニモルフ型の変形量の増加率について、表１０、１１及び図１９、２０を参照して説明する。表１０、図１９に示すように、圧力室１４の変形量の増加率は、Ａ〜Ｃ区間内で振動板３０に凹部３６が形成されていない場合に比べて３２．５％〜９５．９％も増加することがわかった。また、凹部３６の中心位置が隔壁１０aの中心から３５μｍのときには、変形量の増加率が最も大きいことが分かる。また、モデル２では、表１１、図２０に示すように、Ｄ、Ｅ区間内で圧力室１４の変形量の増加率が３２．５％〜９６．４％も増加することがわかった。
【００７６】
次に、積層型の変形量の増加率について、表１２、１３及び図２１、２２を参照して説明する。表１２、図２１に示すように、圧力室１４の変形量の増加率は、振動板３０に凹部３６が形成されていないものに比べて０．２％〜０．７％の増加が確認された。また、表１３、図２２に示すように、圧力室１４の変形量は１．４％〜８．６％の増加が確認された。
【００７７】
上記の解析結果から、ユニモルフ型は、積層型に比べて振動板３０に凹部３６が形成された場合に、圧力室１４の変形量が増加することがわかった。このように、ユニモルフ型では、振動板３０を撓ませて変形させる為、振動板３０の剛性により圧力室１４側に凸変形する変形量が変わると考えられる。しかし、積層型については、圧電層３１が振動板３０の平面と直交する方向に変形する変形量により、振動板３０が圧力室１４側に凸変形する変形量が決まると考えられる。
【００７８】
また、上記の解析結果から、ユニモルフ型では、振動板３０に凹部３６が形成されたものの方が、振動板３０に凹部３６が形成されていないものに比べて、圧力室１４の変形量が大きくなることがわかった。また、凹部３６の配置される位置によって、圧力室１４の変形量が大きく変化することもわかった。このような解析結果となった理由について説明する。
【００７９】
ユニモルフ型では、圧力室１４の変形量である変形特性は、圧電層３１の収縮し易さと振動板３０の屈曲し易さによって変化する。圧電層３１の収縮し易さとは、個別電極３２に所定の電圧を印加したときに、圧電層３１が平面方向に収縮する変形量がどれだけ大きいかを示すものである。また、振動板３０の屈曲し易さとは、振動板３０の表面と直交する方向に所定の力を加えたときに、振動板３０が圧力室１４側に変形する量がどれだけ大きいかを示すものである。
【００８０】
ここで、本解析結果と変形特性との関係について、図２３〜２５を用いて説明する。
【００８１】
図２３〜２５中の実線で示す図は、振動板３０が設計当初の所望の位置に接合された場合であり、破線で示す図は、接合時に振動板３０が圧力室１４側に位置ずれした場合のものである。また、位置ずれが生じた場合の条件として、位置ずれが生じたときであっても凹部３６の重なる対象が変化しないものに限る。さらに、図中の個別電極３２に駆動電圧を印加したときには、凹部３６の右側の圧電層３１が右側に収縮変形する。
【００８２】
まず、圧電層３１の収縮量の変化について検討する。図２３〜２５に示す圧電層３１は、図に示す個別電極３２に駆動電圧が印加させることで、図中右側に収縮変形する。ここで、まず図２３に示す凹部３６が隔壁１０aと重なる部分のみを有するように配置した場合について説明する。振動板３０が位置ずれなく配置されたときに、この圧電層３１は、圧力室１４と重なる部分と隔壁１０aと重なる部分を備える。そして、隔壁１０aと重なる部分では、振動板３０と隔壁１０aとが接合されているため、この接合面により振動板３０の変形が拘束される。しかし、圧力室１４と重なる部分では、振動板３０と隔壁１０aとが接合されていないので、振動板３０の変形は拘束されない。このことから、圧電層３１は、圧力室１４と重なる部分では変形し易いが、隔壁１０aと重なる部分では隔壁１０aに拘束されるため変形し難い。
【００８３】
ここで、圧電層３１は、振動板３０が図中右側にずれて接合された場合、位置ずれなく配置された場合に比べて、隔壁１０aと重なる部分の大きさが小さくなる。この為、圧電層３１の変形が拘束される部分が小さくなる。これにより、圧電層３１は収縮変形し易くなる。
【００８４】
また、図２４に示すように、凹部３６が圧力室１４と隔壁１０aと重なる部分を有するように配置されたものでは、圧電層３１は隔壁１０aと重なる部分を有していない。また、振動板３０の配置位置に位置ずれが生じたとしても、圧電層３１は隔壁１０aと重ならない。この為、圧電層３１は、位置ずれが発生した場合であっても収縮変形のし易さは変化しない。
【００８５】
さらに、図２５に示すように、凹部３６が圧力室１４と重なる部分のみを有するように配置されたものの場合も、振動板３０の配置位置に位置ずれが生じたとしても、圧電層３１は隔壁１０aと重ならない為、圧電層３１の収縮変形のし易さは変化しない。
【００８６】
以上より、振動板３０を接合した際に位置ずれが生じたとしても、図２３、２４のように凹部３６を配置するものであれば、位置ずれしなかったものに対して圧電層３１の収縮変形は変わらないことがわかった。
【００８７】
次に、振動板３０の撓み量の変化について検討する。まず、図２３に示す凹部３６が隔壁１０aと重なる部分のみを有するように配置した場合について説明する。図２３に示すように、振動板３０とキャビティプレート１０とを接合したときに、振動板３０と隔壁１０aと圧力室１４との境界上には拘束部５０が存在する。そして、振動板３０に所定の力が加わったときには、拘束部５０を支持部にして隔壁１０aの右側の部分が撓む。また、このような振動板３０の場合、断面視で拘束部５０から振動板３０の表面の所定位置までの厚さが最も短い部分が撓む。ここで、図２３では、拘束部５０から凹部３６の所定位置５３までの部分は最も厚さが小さい。かかる部分をくびれ部５２と称する。
【００８８】
図２３に示すように、振動板３０の接合時に位置ずれが生じた場合、凹部３６は図中右側にずれて配置される。これにより、凹部３６が拘束部５０に接近する為、拘束部５０から凹部３６までの長さが短くなる。従って、振動板３０が位置ずれして配置されたときのくびれ部５４は、位置ずれしなかったときのくびれ部５２に比べて小さくなる。これにより、くびれ部５４の剛性は、くびれ部５２よりも小さくなる為、振動板３０は所望の位置に配置された場合に比べて屈曲し易くなる。
【００８９】
また、図２４に示すように、凹部３６が圧力室１４と隔壁１０aと重なる部分を有するように配置されたものでは、凹部３６が位置ずれした場合であっても、平面視で凹部３６は拘束部５０に重なっている。この為、凹部３６が拘束部５０に近づいたり離れたりすることがない。この為、拘束部５０から凹部３６上の所定位置６１までの大きさが変化しない。従って、くびれ部６２の大きさは変化しないため剛性は変化せず、振動板３０の屈曲のし易さも変わらない。
【００９０】
さらに、図２５に示すように、凹部３６が圧力室１４と重なる部分のみを有するように配置されたものの場合、振動板３０が図中右側にずれて配置されたときには、凹部３６も右側にずれてしまう。これにより、凹部３６が拘束部７０から離れてしまう為、拘束部７０から凹部３６までの大きさが大きくなる。従って、位置ずれしたときのくびれ部７４は、位置ずれをしなかったときのくびれ部７２に比べて大きくなるため、剛性が大きくなる。これにより、振動板３０は屈曲し難くなる。また、振動板３０は、変形するときには、凹部３６の一番薄い箇所が撓む。そして、位置ずれにより凹部３６の一番薄い箇所が圧力室１４の中心側にずれたときには、振動板３０の撓みにより圧力室１４側に陥没する領域が小さくなる。この為、圧力室１４の容積の変形量が小さくなる。
【００９１】
以上より、振動板３０の配置位置に位置ずれが生じた場合であっても、図２３に示すように凹部３６を配置したものであれば、図２４、２５に示すように配置された凹部３６に比べて、振動板３０の撓み易さは変化し難いことがわかった。
【００９２】
上記のように、平面視で凹部３６が圧力室１４と重なる部分から隔壁１０aと重なる部分まで延在する部分を備えたものは、振動板３０の位置ずれが生じたとしても、圧電層３１の収縮変形し易さと、振動板３０の屈曲し易さの変化が少ないため、振動板３０を接合した際に凹部３６の配置位置がずれたとしても、圧力室１４の変形量が変化し難い。この為、製造時に振動板３０の配置位置に誤差が生じても、圧電アクチュエータの変形特性の変動を抑えることができる。
【００９３】
次に、前記第１実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、本実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
【００９４】
図２６、２７に示すように、第１実施形態のように凹部３６が形成されたものにおいて、隣接する凹部３６の間には、走査方向に延在する補助凹部８０が形成されている（第１変更形態）。この第１変更形態は、隣接する凹部３６の間に補助凹部８０が設けられていない振動板３０に比べて、インク滴を吐出する際に、振動板３０の所望の圧力室１４と重なる領域のみを変形させたときに、この変形が隣接する圧力室１４と重なる領域まで伝播してしまうクロストークを防止することができる。
【００９５】
また、図９に示す凹部３６Aのように、隔壁１０aを跨って、隣接する２つの圧力室１４と重なるように配置させてもよい（第２変更形態）。図２８、２９に第２変更形態の上面図と断面図を示す。上記の解析結果から、このような形状の凹部３６Aであっても、凹部３６Aに位置ずれが発声した場合でも、圧力室１４の変形量の増加率を小さくすることができる。このことから、位置ずれに誤差が生じた場合であっても、圧電アクチュエータ３の変形特性の変動を抑えることができる。
【００９６】
ここで、上記にて圧電層３１をAD法などにより形成する方法を説明したが、振動板３０の凹部３６が形成されていない領域にセラミックからなるシート材を積層し、焼成して作成してもよい。
【００９７】
また、上記にて説明した実施形態のインクジェットヘッド１は、記録用紙の幅方向に移動しつつ記録用紙に対してインクを噴射するシリアル型のヘッドであるが、記録用紙の全幅に亙って延びる複数のノズル列を有するライン型ヘッドのインクジェットプリンタにも、本発明は適用可能である。
【００９８】
さらに、前記実施形態及びその変更形態は、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一例であるが、本発明を適用可能な液体移送装置はインクジェットヘッドに限られない。例えば、導電ペーストを噴射して基板上に微細な配線パターンを形成したり、あるいは、有機発光体を基板に噴射して高精細ディスプレイを形成したり、さらには、光学樹脂を基板に噴射して光導波路等の微小光学デバイスを形成する為の、種々の液体移送装置に本発明を適用できる。
【００９９】
さらに、試薬、生体溶液、配線材料溶液、電子材料溶液、冷媒用、燃料用などインク以外の液体を移送する液体移送装置、及びこれらの液体を移送するノズルのない液体移送装置にも本発明を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明の実施形態に係るインクジェットプリンタの概略斜視図である。
【図２】インクジェットヘッド１の平面図である。
【図３】図２の一部拡大平面図である。
【図４】図３のI-I線断面図である。
【図５】図３のII-II線断面図である。
【図６】図５の隔壁１０a近傍の一部拡大断面図である。
【図７】凹部３６が圧力室１４のみに重なる場合の一部拡大断面図である。
【図８】凹部３６が隔壁１０aのみに重なる場合の一部拡大断面図である。
【図９】凹部３６Aを有する圧電アクチュエータ３の隔壁１０a近傍の一部拡大断面図である。
【図１０】凹部３６Aが隔壁１０aのみに重なる場合の一部拡大断面図である。
【図１１】本実施形態の凹部３６が設計値から大きくなった場合の解析結果を示す図である。
【図１２】本実施形態の凹部３６が設計値から小さくなった場合の解析結果を示す図である。
【図１３】図９、１０に示す圧電アクチュエータの凹部３６Aが設計値から大きくなった場合の解析結果を示す図である。
【図１４】図９、１０に示す圧電アクチュエータの凹部３６Aが設計値から小さくなった場合の解析結果を示す図である。
【図１５】ダイレクト型圧電アクチュエータの凹部３６が設計値から大きくなった場合の解析結果を示す図である。
【図１６】ダイレクト型圧電アクチュエータの凹部３６が設計値から小さくなった場合の解析結果を示す図である。
【図１７】ダイレクト型における拘束層がないものについて凹部３６が設計値から大きくなった場合の解析結果を示す図である。
【図１８】ダイレクト型における拘束層がないものについて凹部３６が設計値から小さくなった場合の解析結果を示す図である。
【図１９】本実施形態における振動板３０に凹部３６が形成された場合の圧力室１４の変形量の増加率を示す図である。
【図２０】図９、１０の圧電アクチュエータにおける振動板３０に凹部３６Aが形成された場合の圧力室１４の変形量の増加率を示す図である。
【図２１】図１５、１６の圧電アクチュエータにおける振動板３０に凹部３６が形成された場合の圧力室１４の変形量の増加率を示す図である。
【図２２】図１７、１８の圧電アクチュエータにおける振動板３０に凹部３６が形成された場合の圧力室１４の変形量の増加率を示す図である。
【図２３】凹部３６が隔壁１０aと重なる部分のみを有するように配置された圧電アクチュエータの一部拡大断面図である。
【図２４】凹部３６が圧力室１４と隔壁１０aと重なる部分を有するように配置された圧電アクチュエータの一部拡大断面図である。
【図２５】凹部３６が圧力室１４と重なる部分のみを有するように配置された圧電アクチュエータの一部拡大断面図である。
【図２６】第１変形形態の圧電アクチュエータの平面図である。
【図２７】図２３のIII-III線断面図である。
【図２８】第２変形形態の圧電アクチュエータの平面図である。
【図２９】図３５のIV-IV線断面図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１  インクジェットヘッド
２  流路ユニット
３  圧電アクチュエータ
１０a  隔壁
１４  圧力室
１５、１６  連通孔
２０  ノズル
３０  振動板
３１  圧電層
３２  個別電極
３３  絶縁膜
３４  共通電極
３６、３７  凹部
３８  丘部
４０、４０A  圧力室１４と重なる部分
４１、４１A  隔壁１０aと重なる部分
５０、６０、７０  拘束部
８０  補助凹部
【図１】
2009083262.tif 000016
【図２】
2009083262.tif 000017
【図３】
2009083262.tif 000018
【図４】
2009083262.tif 000019
【図５】
2009083262.tif 000020
【図６】
2009083262.tif 000021
【図７】
2009083262.tif 000022
【図８】
2009083262.tif 000023
【図９】
2009083262.tif 000024
【図１０】
2009083262.tif 000025
【図１１】
2009083262.tif 000026
【図１２】
2009083262.tif 000027
【図１３】
2009083262.tif 000028
【図１４】
2009083262.tif 000029
【図１５】
2009083262.tif 000030
【図１６】
2009083262.tif 000031
【図１７】
2009083262.tif 000032
【図１８】
2009083262.tif 000033
【図１９】
2009083262.tif 000034
【図２０】
2009083262.tif 000035
【図２１】
2009083262.tif 000036
【図２２】
2009083262.tif 000037
【図２３】
2009083262.tif 000038
【図２４】
2009083262.tif 000039
【図２５】
2009083262.tif 000040
【図２６】
2009083262.tif 000041
【図２７】
2009083262.tif 000042
【図２８】
2009083262.tif 000043
【図２９】
2009083262.tif 000044