(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圧力室を相互に隣接させながら複数配置し、該圧力室のそれぞれに対応した圧力発生部を有するアクチュエータユニットを複数の前記圧力室に跨って配置した構成のインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記アクチュエータユニットは、
（ａ）  複数の前記圧力室に跨って配置され積層され且つ厚み方向に分極された平板状のピエゾ層と、
（ｂ）  該ピエゾ層のうち一の層の一側の面に配置された平板状の共通電極と、
（ｃ）  当該一の層の他側の面に前記圧力室のそれぞれに対応して配置される、平板状の駆動電極と、を少なくとも含むと共に、
前記駆動電極と前記共通電極との間に挟まれた活性層と、前記両電極に挟まれない非活性層とを有し、
前記活性層及び前記非活性層の少なくとも一方が複数設けられており、
前記非活性層が前記圧力室を画定する位置に配置され、前記活性層が前記厚み方向に関して前記非活性層よりも前記圧力室から離れた位置に配置され、前記アクチュエータユニットの最上層が前記活性層となっており、
前記駆動電極を前記共通電極と異なる電位としたときに、前記活性層が圧電横効果によって前記分極方向と直交する方向に伸縮するよう変形し且つ前記非活性層が自発的に変形しないことにより、前記活性層と前記非活性層との歪みの差によるユニモルフ効果が生じて前記圧力室の容積が変化し、
更に、前記圧力室の短手方向の幅をＬ，該幅Ｌと同方向の駆動電極の幅をδとしたときに、０．１mm≦Ｌ，かつ、０．２９≦（δ／Ｌ）≦１  の条件を満たすことを特徴とする、
インクジェット記録ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドであって、前記駆動電極の短手方向の中心位置が、前記圧力室の短手方向の中心位置とほぼ一致することを特徴とする、インクジェット記録ヘッド。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のインクジェット記録ヘッドであって、更に、０．１５mm≦Ｌ≦０．８mm  の条件を満たすことを特徴とする、インクジェット記録ヘッド。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載のインクジェット記録ヘッドであって、更に、０．４≦（δ／Ｌ）≦０．９４  の条件を満たすことを特徴とする、インクジェット記録ヘッド。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載のインクジェット記録ヘッドであって、更に、０．４９≦（δ／Ｌ）≦０．８６  の条件を満たすことを特徴とする、インクジェット記録ヘッド。
【請求項６】
請求項１または請求項２に記載のインクジェット記録ヘッドであって、更に、０．５７≦（δ／Ｌ）≦０．７７  の条件を満たすことを特徴とする、インクジェット記録ヘッド。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載のインクジェット記録ヘッドであって、前記駆動電極の形状が、前記圧力室のピエゾ層への投影形状に相似した形状としていることを特徴とする、インクジェット記録ヘッド。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載のインクジェット記録ヘッドであって、第１配列方向に関して千鳥状に２列に配列された複数のインク吐出領域を有し、
前記インク吐出領域のそれぞれにおいて、複数の前記吐出ノズルと該吐出ノズルに対応する複数の前記圧力室とが共に前記第１配列方向及び前記第１配列方向に交差する第２配列方向に沿って配列すると共に、前記第１配列方向に沿って等間隔に配列された圧力室列が複数形成されており、前記第１配列方向に隣接する２つの前記吐出ノズルを結ぶ線分を当該線分に直交する方向に投影した範囲内に１の前記インク吐出領域に含まれる前記圧力室列と等しい数の吐出ノズルが存在し、
前記アクチュエータユニットがそれぞれ各インク吐出領域に含まれる全圧力室に跨るように配置されていることを特徴とする、インクジェット記録ヘッド。
【請求項９】
請求項８に記載のインクジェット記録ヘッドであって、前記インク吐出領域がそれぞれ台形の平面形状を有し、前記圧力室がそれぞれ菱形の平面形状を有することを特徴とする、インクジェット記録ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紙などの記録媒体に対しインクを吐出して記録を行うインクジェット記録ヘッドの構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平３−１１４６５４号公報に記載されているように、吐出ノズルを有する複数の圧力室を相互に隣接配置し、その各圧力室に対応した電極を有する積層型の圧電アクチュエータを複数の圧力室に跨って配置したインクジェット記録ヘッドが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このインクジェット記録ヘッドにおいては、高密度化・高集積化に有利なように、前記圧力室を小さくできることが望まれている。
また、共通電極と駆動電極との間に与える必要のある電位差を小さくできれば、アクチュエータを駆動するドライバを小型化でき、コスト低減に繋がることから望ましい。
しかしながら、前記圧力室を小さくすると、あるいは前記電位差を小さくすると、圧力室の容積の変位を十分とることができず、インクの吐出量不足に繋がってしまう。
【０００４】
本発明は以上の点に鑑みてされたものであり、その目的は、インクジェット記録ヘッドにおいて、共通電極と駆動電極との間に与える電位差が小さくても圧力室の変位容積を大とすることができる、駆動電極の構造を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００６】
即ち、請求項１においては、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圧力室を相互に隣接させながら複数配置し、該圧力室のそれぞれに対応した圧力発生部を有するアクチュエータユニットを複数の前記圧力室に跨って配置した構成のインクジェット記録ヘッドにおいて、前記アクチュエータユニットは、（ａ）複数の前記圧力室に跨って配置され積層され且つ厚み方向に分極された平板状のピエゾ層と、（ｂ）該ピエゾ層のうち一の層の一側の面に配置された平板状の共通電極と、（ｃ）当該一の層の他側の面に前記圧力室のそれぞれに対応して配置される、平板状の駆動電極と、を少なくとも含むと共に、前記駆動電極と前記共通電極との間に挟まれた活性層と、前記両電極に挟まれない非活性層とを有し、前記活性層及び前記非活性層の少なくとも一方が複数設けられており、前記非活性層が前記圧力室を画定する位置に配置され、前記活性層が前記厚み方向に関して前記非活性層よりも前記圧力室から離れた位置に配置され、前記アクチュエータユニットの最上層が前記活性層となっており、前記駆動電極を前記共通電極と異なる電位としたときに、前記活性層が圧電横効果によって前記分極方向と直交する方向に伸縮するよう変形し且つ前記非活性層が自発的に変形しないことにより、前記活性層と前記非活性層との歪みの差によるユニモルフ効果が生じて前記圧力室の容積が変化し、更に、前記圧力室の短手方向の幅をＬ，該幅Ｌと同方向の駆動電極の幅をδとしたときに、０．１mm≦Ｌ，かつ、０．２９≦（δ／Ｌ）≦１の条件を満たすものである。
【０００７】
この構成によれば、所要のインク吐出量を与えるのに必要な圧力室の大きさを低減でき、集積度の向上ひいては画質の向上に繋がる。同時に、所要の吐出量を得るために必要な駆動電極−共通電極間の電位差を小さくでき、ドライバを小型化することができる。しかも、アクチュエータユニットが圧力室に近い方から非活性層・活性層の順に配置した構成であり、アクチュエータユニットの駆動時には圧電横効果によって面方向に伸縮する活性層と自発的に変化しない非活性層との共働によりアクチュエータユニットにおける各圧力室に対応する部分が大きく変形する。そのため、圧力室の容積を効果的に変化させることができ、圧力室を小さくしてそのさらなる高集積化を図ったとしても十分な量のインクを吐出することが可能となって、印刷ドットの高密度配置が実現される。
【０００８】
請求項２においては、前記駆動電極の短手方向の中心位置が、前記圧力室の短手方向の中心位置とほぼ一致するものである。
【０００９】
この構成によれば、駆動電極を大きくすることなく圧力室に対して効率よく圧力を付与でき、圧力室の変位容積を大きくでき、十分なインク吐出量を確保できる。
【００１０】
請求項３においては、更に、０．１５mm≦Ｌ≦０．８mmの条件を満たすものである。
【００１１】
この構成によれば、圧力室の変位容積を十分確保すると同時に、圧力室の大きさに対する駆動電極の大きさを、製造時の取付けの際のズレを見込んだマージン分だけ小さくでき、各圧力室の容積変動のバラつきを抑えることが可能である。
【００１２】
請求項４〜請求項６においては、請求項１または請求項２に記載のインクジェット記録ヘッドであって、更に、δ／Ｌが更に所定の条件を満たすものである。
【００１３】
この構成によれば、請求項１の作用が更に好ましく達成される。
【００１４】
請求項７においては、前記駆動電極の形状が、前記圧力室のピエゾ層への投影形状に相似した形状としているものである。
【００１５】
この構成によれば、駆動電極を大きくすることなく圧力室に対して効率よく圧力を付与でき、圧力室の変位容積を大きくでき、十分なインク吐出量を確保できる。
【００１６】
請求項８においては、請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載のインクジェット記録ヘッドであって、第１配列方向に関して千鳥状に２列に配列された複数のインク吐出領域を有し、前記インク吐出領域のそれぞれにおいて、複数の前記吐出ノズルと該吐出ノズルに対応する複数の前記圧力室とが共に前記第１配列方向及び前記第１配列方向に交差する第２配列方向に沿って配列すると共に、前記第１配列方向に沿って等間隔に配列された圧力室列が複数形成されており、前記第１配列方向に隣接する２つの前記吐出ノズルを結ぶ線分を当該線分に直交する方向に投影した範囲内に１の前記インク吐出領域に含まれる前記圧力室列と等しい数の吐出ノズルが存在し、前記アクチュエータユニットがそれぞれ各インク吐出領域に含まれる全圧力室に跨るように配置されているものである。この構成では、アクチュエータユニットをそれぞれ各インク吐出領域内の全圧力室に跨るように配置したことで、アクチュエータユニットのピエゾ層の機械的剛性を高めることができると共に、インク吐出の応答性を高めることができる。
【００１７】
請求項９においては、請求項８に記載のインクジェット記録ヘッドであって、前記インク吐出領域がそれぞれ台形の平面形状を有し、前記圧力室がそれぞれ菱形の平面形状を有するものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施の形態によるインクジェットヘッドの底面図である。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、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、本実施の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）に延在した矩形形状を有しており、その底面には、千鳥状になって２列に配列された多数の台形のインク吐出領域２が設けられている。インク吐出領域２の表面には、後述するように、インク吐出口８（図２及び図３参照）が多数配列されている。また、インクジェットヘッド１の内部には、その長手方向に沿ってインク溜まり３が形成されている。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、インク吐出領域２が設けられていない領域に千鳥状に設けられている。
【００２１】
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）が設けられていてよい。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つのインク吐出領域２の上部には、当該インク吐出領域２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つのインク吐出領域２の上部には、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。
【００２２】
図２及び図３に示すように、インク吐出領域２の表面には、多数のインク排出口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、短手方向の幅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、インク吐出領域２の内部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。
【００２３】
また、図３からも明らかなように、インク吐出領域２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。
【００２４】
圧力室１０は、図２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２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２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２の第１配列方向についての両端部では、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２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、本実施の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。
【００２５】
次に、本実施の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、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。
【００２６】
アクチュエータユニット２１は、後で詳述するように、５枚のピエゾ層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。
【００２７】
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。
【００２８】
図６に示すように、アクチュエータユニット２１は、それぞれ厚みが１０μｍ（または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（ピエゾ層）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２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が連続平板層とされて多数の圧力室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の応答性を高めることができるようになっている。
【００２９】
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３００μｍ）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（駆動電極）３５ａが、圧力室１０ごとに形成されている（図３参照）。圧電シート４１〜４５における駆動電極３５ａに対応する部分が各圧力室１０に対する圧力発生部となっている。さらに、圧電シート４２と圧電シート４３との間には、駆動電極３５ａと同様に形成された厚み２μｍ程度の駆動電極３５ｂが介在している。これらの駆動電極３５ａ、３５ｂは、その短手方向の中心位置が、対応する前記圧力室１０の短手方向の中心位置とほぼ一致させて配置し、アクチュエータユニットが大きく変形して十分なインク吐出量が確保されるようになっている。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。
【００３０】
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どうしが電気的に接続されていることが必要である。
【００３１】
本実施の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の間には、シート間で分極方向への歪に差を生ずることとなり、圧電シート４１〜４５全体が非活性側に凸となる変形を生ずる（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は圧力室側へ凸となるように変形し、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。
【００３２】
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、吐出要求がある度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）と比較して増加され、インクが間にホールド５側から吸い込まれる。そして、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。
【００３３】
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、インクをノズルから吐出する。
【００３４】
本実施の形態のインクジェットヘッド１においては、圧力室の短手方向の幅Ｌに対する同方向の駆動電極３５ａ、３５ｂの幅δの比を０．３≦δ／Ｌ≦１とすることで、上述した公報のような構成と比較して、電気効率（単位静電容量当たりの圧力室１０の容積変化量）を向上させることができるようになるか、或いは、面積効率（単位投影面積当たりの圧力室１０の容積変化量）を向上させることができるようになる（後述の表１参照）。電気効率又は面積効率が向上することで、電極３４ａ、３４ｂ、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ると共に、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。この効果は、本実施の形態のインクジェットヘッド１のように、活性層及び非活性層の合計層数が４層以上の場合に特に優れている。
後の実施例で詳述するように、電気効率又は面積効率を向上させる観点からは、０．１mm≦Ｌ、且つ、０．２９≦δ／Ｌ≦１の条件を満たすことが好ましい（図１３参照）。
また、アクチュエータユニット２１が圧力室１０に近い方から非活性層（圧電シート４４、４５）・活性層（圧電シート４１〜４３）の順に配置した構成であり、アクチュエータユニット２１の駆動時には圧電横効果によってシートの面方向に伸縮する活性層と自発的に変化しない非活性層との共働によりアクチュエータユニット２１における各圧力室１０に対応する部分、即ち各圧力発生部が大きく変形する。そのため、圧力室１０の容積を効果的に変化させることができ、圧力室１０を小さくしてそのさらなる高集積化を図ったとしても十分な量のインクを吐出することが可能となって、印刷ドットの高密度配置が実現される。
【００３５】
本実施の形態において、圧電シート４１〜４５は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなるものである。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。
【００３６】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の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、圧電室の平面形状や断面形状、配置形態などは、適宜変更してよい。また、活性層の数、非活性層の数は、そのいずれか一方が複数あるという条件の下で適宜変更することができる。また、活性層と非活性層とで層厚を異なる厚みにしてもよい。
【００３７】
【実施例】
次に、本発明によるインクジェットヘッドの実施例及び比較例について説明する。
【００３８】
（実施例１）
上述した実施の形態によるインクジェットヘッドと同様の概略構造を有するインクジェットヘッドにおいて、活性層を２層、非活性層を２層にすると共に、活性層及び非活性層の１層当たりの層厚をすべて１０μｍとしたものについて、駆動電極の幅（圧力発生部の幅に相当する）δを５０μｍ〜３５０μｍの範囲で５０μｍずつ変化させて、その電気効率及び面積効率、更に変形効率（電気効率と面積効率との積をいう。以下同じ。）をシミュレーションにより算出した。
なお、駆動電極の幅δを変化させる際は、複数枚の駆動電極すべての幅が互いに一致する関係を維持しながら同時に変化させるようにして、かつ、各駆動電極の形状は圧力室１０と相似形状を保ち、更には駆動電極はその短手方向の中心を圧力室１０のそれと一致する位置を保持しながら、その幅δを変化させるようにしている。これは以降の実施例においても同様である。
【００３９】
（実施例２）
活性層及び非活性層の１層当たりの層厚をすべて１５μｍとしたものとした以外は実施例１で用いたインクジェットヘッド１と同様に製造されたインクジェットヘッド１について、駆動電極の幅δを５０μｍ〜３５０μｍの範囲で５０μｍずつ変化させて、その電気効率及び面積効率、更に変形効率をシミュレーションにより算出した。
【００４０】
（実施例３）
上述した実施の形態によるインクジェットヘッドと同様の概略構造を有するインクジェットヘッドにおいて、活性層を２層、非活性層を３層にすると共に、活性層及び非活性層の１層当たりの層厚をすべて１０μｍとしたものについて、駆動電極の幅δを５０μｍ〜３５０μｍの範囲で５０μｍずつ変化させ、その電気効率及び面積効率、更に変形効率をシミュレーションにより算出した。
【００４１】
（実施例４）
活性層及び非活性層の１層当たりの層厚をすべて１５μｍとしたものとした以外は実施例３で用いたインクジェットヘッド１と同様に製造されたインクジェットヘッド１について、駆動電極の幅δを５０μｍ〜３５０μｍの範囲で５０μｍずつ変化させ、その電気効率及び面積効率、更に変形効率をシミュレーションにより算出した。
【００４２】
（実施例５）
上述した実施の形態によるインクジェットヘッドと同様の概略構造を有するインクジェットヘッドにおいて、活性層を２層、非活性層を４層にすると共に、活性層及び非活性層の１層当たりの層厚をすべて１０μｍとしたものについて、駆動電極の幅δを５０μｍ〜３５０μｍの範囲で５０μｍずつ変化させ、その電気効率及び面積効率、更に変形効率をシミュレーションにより算出した。
【００４３】
（実施例６）
上述した実施の形態によるインクジェットヘッドと同様の概略構造を有するインクジェットヘッドにおいて、活性層を３層、非活性層を３層にすると共に、活性層及び非活性層の１層当たりの層厚をすべて１０μｍとしたものについて、駆動電極の幅δを５０μｍ〜３５０μｍの範囲で５０μｍずつ変化させ、その電気効率及び面積効率、更に変形効率をシミュレーションにより算出した。
【００４４】
（比較例）
上述した特開平４−３４１８５２号公報に記載されたものと同様の構造を有するインクジェットヘッド（層数１０、層厚３０μｍ）について、電気効率及び面積効率、更に変形効率をシミュレーションにより算出した。
【００４５】
実施例１〜実施例６および比較例の結果を、表１に示す。また、実施例１から実施例６までの結果について、横軸に駆動電極の幅δ、縦軸に変形効率をプロットしたグラフを、それぞれ図７から図１２までに示す。
【００４６】
【表１】
0003861673.tif 000002
【００４７】
図７から図１２に示すように、いずれの実施例においても、駆動電極の幅δが２００μｍ〜２５０μｍの範囲で変形効率がピーク値を示している。また、駆動電極の幅δが１００μｍ〜３００μｍの範囲のすべてにおいて、比較例の変形効率（７２．８８６ｐｌ２／（ｎＦ・mm２））よりも優れた変形効率が得られる。
【００４８】
また、実施例１の場合を除いては、駆動電極の幅δが２００μｍ〜２５０μｍの範囲を含む１００μｍの範囲で、変形効率はピーク値を含んで相対的に緩やかに変化し、広範囲で良好な変形効率を呈することが分かる。言い換えれば変形効率は、１００μｍ〜１５０μｍの領域では大きな傾きを持って立ち上がり、３００μｍ〜３５０μｍの領域では大きな傾きで減少して行くが、その中間の１５０μｍ〜３００の領域では変形効率は相対的に安定する傾向が見られる。
【００４９】
次に、それぞれが上述した実施の形態によるインクジェットヘッドと同様の概略構造を有する多数のインクジェットヘッドについて、圧力発生部の幅、つまり駆動電極の短手方向の幅δを１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍ、２５０μｍ、３００μｍ、３５０μｍと６通りに変えて、電気効率及び面積効率、更には変形効率を、シミュレーションにより算出した。その結果を図１３に示す。このときの活性層及び非活性層の合計層数は３層から６層までの４種類、活性層及び非活性層の１層当たりの層厚は１０μｍ、１５μｍ、２０μｍの３種類、駆動電極の数は１層〜３層（活性層及び非活性層の少なくともいずれか一方を複数有しているという条件を満たすようにする）とした。この算出結果には、前記実施例１〜６までの算出結果が含まれる。
【００５０】
図１３から分かるように、変形効率は駆動電極の幅δが１００μｍのときは１３０ｐｌ２／（ｎＦ・mm２）程度であるが、駆動電極の幅δが増加するに連れて増えていき２４０μｍ程度のときに最大（５００ｐｌ２／（ｎＦ・mm２）程度）となり、それ以降は３５０μｍになるまで減少し続ける。
【００５１】
この結果から、駆動電極の幅δが１００μｍ（圧力室１０の幅３５０μｍに対する比が１００／３５０＝０．２９）〜３５０μｍ（圧力室１０の幅３５０μｍに対する比が３５０／３５０＝１）の範囲で、上述した比較例１よりも優れた変形効率が得られることが分かる。また、より優れた変形効率を得る観点からは、駆動電極の幅δが１４０μｍ（前記比が０．４）〜３３０μｍ（前記比が０．９４）であることがより好ましく、１７０μｍ（前記比が０．４９）〜３００μｍ（前記比が０．８６）であることがさらに好ましく、２００μｍ（前記比が０．５７）〜２７０μｍ（前記比が０．７７）であることが最も好ましい。
【００５２】
なお、上記のシミュレーションでは、圧力室１０の幅Ｌを３５０μｍで固定としたが、０．１mm≦Ｌの条件を満たす限り、圧力室１０の幅Ｌをどのように変えても、上記実施例の結果と同様に良好な変形効率を示すという知見が得られた。
なお、０．１mm≦Ｌの条件は、以下の理由から導かれるものである。即ち、実際にアクチュエータユニットを製造する際には、圧力室１０に対する駆動電極の取付け位置のズレに基づく圧力室１０の容積変動のバラつきを小さくするために、駆動電極の幅δを圧力室１０の幅Ｌに対して所定のマージンをとって小さくする必要がある。しかしながら、圧力室１０の幅Ｌが０．１mm未満であると、駆動電極の幅δが極めて小さくなってしまい、圧力室１０の変位容積を確保できず現実的でないからである。
【００５３】
なお、圧力室１０の変位容積を十分確保でき、かつ、各圧力室１０の容積変動のバラつきを抑えるには、０．１５mm≦Ｌ≦０．８mmの条件を満たすとより好ましい。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、所要のインク吐出量を与えるのに必要な圧力室の大きさを低減でき、集積度の向上ひいては画質の向上に繋がる。同時に、所要の吐出量を得るために必要な駆動電極−共通電極間の電位差を小さくでき、ドライバを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態によるインクジェットヘッドの底面図である。
【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】  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】  本発明の実施例１のインクジェットヘッドについてシミュレーションの結果得られた電気効率及び面積効率を示すグラフである。
【図８】  同じく実施例２のグラフである。
【図９】  同じく実施例３のグラフである。
【図１０】  同じく実施例４のグラフである。
【図１１】  同じく実施例５のグラフである。
【図１２】  同じく実施例６のグラフである。
【図１３】  本発明の実施例のインクジェットヘッドについて、駆動電極の幅を１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍ、２５０μｍ、３００μｍ、３５０μｍと６通りに変えたときの変形効率のシミュレーション結果を描いたグラフである。
【符号の説明】
１  インクジェットヘッド
２  インク吐出領域
３  インク溜まり
３ａ、３ｂ  開口
５  マニホールド
５ａ  副マニホールド
８  インク排出口
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（駆動電極）
４１〜４３  圧電シート（活性層）
４１〜４３  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】
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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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