JP2008179163A - 液体圧力発生機構の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 比較的簡易な工程で製造可能であって、耐久性の高いアクチュエータユニットを得る。
【解決手段】 圧電アクチュエータプレート６ａに円柱状の電極１７ａ〜１７ｄが埋め込まれている。電極１７ａ〜１７ｄの軸方向の長さは圧電アクチュエータプレート６ａの厚みの半分よりやや短く、電極１７ａ〜１７ｄは圧電アクチュエータプレート６ａを貫通していない。圧電アクチュエータプレート６ａはその面方向に分極されている。電極１７ａ、１７ｃが正の所定電位となると圧電アクチュエータプレート６ａの面方向に電界が印加され、圧電アクチュエータプレート６ａを含むアクチュエータユニット６は電極１７ａ〜１７ｄが配置された上側と配置されていない下側との面方向への伸長差により上側に膨らむように湾曲する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばインクジェットプリンタにおいてインク室に収容されたインクに圧力を付与するために用いられる液体圧力発生機構に関する。

インクジェットヘッドにおいて圧力室に収容されたインクに圧力を付与するために用いられる液体圧力発生機構の一例として、ピエゾ方式が知られている（特許文献１、２）。図９に、ピエゾ方式の液体圧力発生機構をアクチュエータユニットとして有するインクジェットヘッドの断面図を示す。図９に描かれたインクジェットヘッド１０１においては、図示されない駆動回路で発生した駆動パルス信号（グランド電位及び正の所定電位のいずれかを選択的にとる）により駆動されるアクチュエータユニット１０６と、インク流路を形成する流路ユニット１０７とが積層されている。アクチュエータユニット１０６と流路ユニット１０７は、エポキシ系の熱硬化性の接着剤によって接着されている。また、アクチュエータユニット１０６の上面には、図示されない駆動回路で発生した駆動パルス信号を印加するためにフレキシブル配線基板（図示せず）等が接合されている。

流路ユニット１０７は、金属材料からなる薄板状の３枚のプレート（キャビティプレート１０７ａ、スペーサプレート１０７ｂ、マニホールドプレート１０７ｃ）と、インクを噴射するノズル１０９を備えたポリイミド等の合成樹脂製のノズルプレート１０７ｄとが積層されることによって構成されている。最上部のキャビティプレート１０７ａは、アクチュエータユニット１０６に接している。

キャビティプレート１０７ａの表面には、アクチュエータユニット１０６の動作により選択的に噴射されるインクを収容する複数の圧力室１１０が長手方向に沿って２列に形成されている。複数の圧力室１１０は、隔壁１１０ａによって相互に隔てられ、その長手方向を平行に並べて配列されている。また、スペーサプレート１０７ｂには、圧力室１１０の一端をノズル１０９に連通させる連通孔１１１と、圧力室１１０の他端を図示しないマニホールド流路に連通させる連通孔（図示せず）とがそれぞれ形成されている。

また、マニホールドプレート１０７ｃには、圧力室１１０の一端をノズル１０９に連通させる連通孔１１３が形成されている。さらに、マニホールドプレート１０７ｃには、インクを各圧力室１１０に供給するマニホールド流路が複数の圧力室１１０がなす列の下方においてその列方向に長く形成されている。また、マニホールド流路の一端は、図示されないインク供給源に接続されている。このようにして、マニホールド流路から図示しない連通孔、圧力室１１０、連通孔１１１、連通孔１１３を経てノズル１０９に至るインク流路が形成されている。

アクチュエータユニット１０６においては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）のセラミックス材料からなる６枚の圧電セラミックスプレート１０６ａ〜１０６ｆが積層されている。そして、圧電セラミックスプレート１０６ｂと圧電セラミックスプレート１０６ｃとの間、及び、圧電セラミックスプレート１０６ｄと圧電セラミックスプレート１０６ｅとの間にはそれぞれ共通電極１２１、１２３が、流路ユニット１０７の圧力室１１０に対応した範囲内のみに配置されている。一方、圧電セラミックスプレート１０６ｃと圧電セラミックスプレート１０６ｄとの間、及び、圧電セラミックスプレート１０６ｅと圧電セラミックスプレート１０６ｆとの間にはそれぞれ個別電極１２２、１２４が、流路ユニット１０７の圧力室１１０に対応した範囲内にのみ配置されている。

共通電極１２１、１２３は常にグランド電位に保持されている。一方、個別電極１２２、１２４には駆動パルス信号が与えられる。共通電極１２１、１２３と個別電極１２２、１２４とによって挟まれた圧電セラミックスプレート１０６ｃ〜１０６ｅの当該挟まれた領域は予めこれら電極によって電界が印加されることによって積層方向に分極した活性部１２５となっている。そのため、個別電極１２２、１２４の電位が正の所定電位になると、圧電セラミックスプレート１０６ｃ〜１０６ｅの活性部１２５は電界が印加されて積層方向に伸びようとする。ところが、圧電セラミックスプレート１０６ａ、１０６ｂにはこのような現象が現れないので、アクチュエータユニット１０６の活性部１２５に対応した部分は、全体として圧力室１１０側に伸びるように膨らむ。すると圧力室１１０の容積が小さくなるので、圧力室１１０内に充填されたインクに噴射圧力が付与されてノズル１０９からインクが噴射される。

図９に示された２つの圧力室１１０のうち左側は、このように個別電極１２２、１２４に正の所定電位が与えられて圧力室１１０側に伸びたアクチュエータユニット１０６によって圧力室１１０の容積が縮小することで、当該圧力室１１０に連通したノズル１０９からインクが噴射されようとする様子を描いたものである。また、右側は、駆動パルス信号が共通電極１２１、１２３の電位と同じくグランド電位に保持されているために、圧力室１１０に連通したノズル１０９からインクが噴射されない様子を描いたものである。

また、特許文献３には、インクジェットヘッドのアクチュエータユニットとしていわゆるユニモルフ構造を有するピエゾ方式のアクチュエータユニットが記載されている。特許文献３に記載されたユニモルフ構造のアクチュエータユニットにおいては、厚み方向に分極された圧電素子からなる薄層を挟むように導電性皮膜と可撓板とが貼り合わされており、導電性皮膜と可撓板との間に電界が印加されると圧電素子の薄層が厚み方向に伸びることによって面方向に縮もうとする。すると、薄層は可撓板と共に可撓板側（即ち、圧力室側）に膨らむように湾曲する。そして、電界が解除されると、薄層及び可撓板は自身の持つ弾性により共に平らな状態に戻る。これにより、圧力室内のインクを噴射させることができる。
特開２００２−５９５４７号公報（図１１） 特開２００２−１２７４２０号公報（図６） 特開平６−３１６０７０号公報（図１、図２）

特許文献１〜３に記載されたアクチュエータユニットは、いずれも圧電素子の厚み方向に電界を印加することによって圧電素子を変形させるようにしているので、圧電素子が電極で挟み込まれた構造を有している必要がある。しかしながら、このような構造を有するアクチュエータユニットを得るためには複雑な製造工程が必要になって、アクチュエータユニットの製造コストが大きなものとなってしまう。

また、特許文献１、２に記載のアクチュエータユニットは、非常に薄い圧電素子の板状体を積層した構造になっているために板状体に微細なクラックが存在するとインク漏れなどのために隣接する電極同士がショートするなどの故障が発生しやすく、耐久性に問題がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、比較的簡易な工程で製造可能であって、耐久性の高い液体圧力発生機構を提供するものである。

本発明の液体圧力発生機構は、圧電材料からなる板状体と、前記板状体を貫通することなくその表面から厚み方向に延びるように前記板状体内に配置された第１の電極と、前記板状体の面方向について前記第１の電極と対向するように前記板状体の表面からその厚み方向に延びるように前記板状体内に配置された第２の電極とを備えている（請求項１）。

この液体圧力発生機構によると、第１の電極が圧電材料からなる板状体を貫通していないので、第１の電極と第２の電極との間に電位差を与えると板状体の第１の電極と第２の電極とに挟まれた領域（以下、本明細書において「電極領域」ということがある）は面方向の電界が印加されることにより圧電作用により変形しようとするが、電極領域に対して板状体の厚み方向に隣接した第１の電極及び第２の電極が配置されていない領域（以下、本明細書において「非電極領域」ということがある）は電界が印加されず電極領域が面方向に伸びるのに抵抗する。その結果、板状体はその厚み方向に凹又は凸となるように変形する。そして、電界が解除されると、板状体は弾性により元の形状に戻る。このように動作することにより、液体に圧力を与えることが可能となる。

本発明の液体圧力発生機構は、板状体内にその厚みの途中まで第１の電極及び第２の電極を配置するという簡易な工程で容易に製造可能である。そのため、製造コストを低く抑えることができる。

本発明の液体圧力発生機構は、前記板状体の前記第１の電極と前記第２の電極とに挟まれた領域が両電極の対向方向に分極されており、前記領域にその分極方向と同じ方向の電界が加えられると、前記板状体の前記第１の電極及び前記第２の電極が配置された側とその反対側との面方向への伸長差により前記板状体が湾曲するものであってよい（請求項２）。

これによると、電極領域が分極方向と同じ方向の電界により面方向に伸長し且つ非電極領域が面方向に伸長しないので、板状体は電極領域が凸となるように厚み方向に湾曲変形し、これにより液体に圧力を与えることができる。

別の観点では、本発明の液体圧力発生機構は、圧電材料からなる第１の板状体と、前記第１の板状体の表面からその厚み方向に延びるように前記第１の板状体内に配置された第１の電極と、前記第１の板状体の面方向について前記第１の電極と対向するように前記第１の板状体の表面からその厚み方向に延びるように前記第１の板状体内に配置された第２の電極と、前記第１の板状体と積層されており、前記第１の電極と前記第２の電極との間にある前記第１の板状体に面方向の電界を加えたときに前記第１の板状体がその面方向に伸びるのに抵抗する第２の板状体とを備えている（請求項８）。

この液体圧力発生機構によると、第１の電極及び第２の電極が圧電材料からなる第１の板状体内に配置されていて第２の板状体内に配置されていないので、第１の電極と第２の電極との間に電位差を与えると第１の板状体の第１の電極と第２の電極とに挟まれた領域（以下、本明細書において「電極領域」ということがある）は面方向の電界が印加されることにより圧電作用により変形しようとするが、電極領域に対して第１の板状体の厚み方向に隣接した第１及び第２の板状体の第１の電極及び第２の電極が配置されていない領域（以下、本明細書において「非電極領域」ということがある）は電界が印加されず電極領域が面方向に伸びるのに抵抗する。その結果、第１及び第２の板状体の積層体はその厚み方向に凹又は凸となるように変形する。そして、電界が解除されると、積層体は弾性により元の形状に戻る。このように動作することにより、液体に圧力を与えることが可能となる。

本発明の液体圧力発生機構は、第１の板状体内に第１の電極及び第２の電極を配置し且つ第１の板状体と第２の板状体とを積層するという簡易な工程で容易に製造可能である。そのため、製造コストを低く抑えることができる。請求項１と比較すると、２枚の板状体を積層するという工程が加わるものの、第１の板状体には非貫通孔ではなく貫通孔を形成してもいいという点で製造工程を簡略化できる利点がある（もちろん、第１の板状体に非貫通孔を形成してもいい）。

本発明の液体圧力発生機構において、複数の前記第１の電極及び複数の前記第２の電極が、前記板状体又は前記第１の板状体の所定領域内に配置されていてよい（請求項３、請求項９）。

この構成によると、圧電素子からなる板状体と電極とが積層される液体圧力発生機構のように大きな電極を用いる場合に比べて電極間距離及び電極面積を小さくすることができるために駆動電圧及び静電容量を小さくすることができ、その結果、ドライバＩＣや電気回路のコストを低く抑えると共にエネルギー消費量及び発熱量を削減することが可能となる。

本発明の液体圧力発生機構において、複数の前記第１の電極及び複数の前記第２の電極が、交互に同心環状に又はライン状に配置されていてよい（請求項４、請求項１０）。この構成によると、板状体の変形量を大きくすることができる。

本発明の液体圧力発生機構において、前記板状体の前記第１の電極及び前記第２の電極が配置された側の面に、前記所定領域を取り囲むように複数の凹部が設けられているか、或いは、前記第１の板状体の前記第２の板状体とは反対側の面に、前記所定領域を取り囲むように複数の凹部又は貫通孔が設けられていてよい（請求項５、請求項１１）。この構成によると、凹部又は貫通孔によって１つの領域での変形が隣接する領域に伝播する、いわゆるクロストークを抑制することができる。

本発明の液体圧力発生機構において、前記板状体の前記第１の電極及び前記第２の電極が配置されていない側の面に、圧力が付与されるべき液体を収容する圧力室が配置されているか、或いは、前記第２の板状体の前記第１の板状体とは反対側の面に、圧力が付与されるべき液体を収容する圧力室が配置されていることが好ましい（請求項６、請求項１２）。

この構成によると、液体を噴射する際に圧力室の容積を一旦常態よりも大きくしてから元の大きさに戻すいわゆる引き打ちを行う場合において、常態において板状体又は第１の板状体に電界を印加せず、一旦電界を印加して圧力室の容積を増大させ、その後板状体又は第１の板状体に印加された電界を解除して圧力室の容積を元に戻すことで液体に大きな圧力を与えることができるので、トータルの電界印加時間が著しく短くなってエネルギー消費量を削減することが可能となると共に安全性が高くなる。また、電極が液体から大きく離れて位置することになるため、板状体に微細なクラックが存在しても液体漏れなどのために隣接する電極同士がショートするなどの故障が生じることが少なく、耐久性が高いものとなる。

本発明の液体圧力発生機構は、前記板状体の前記第１の電極及び前記第２の電極が配置されていない側の面に、互いに隔壁によって隔てられた複数の前記圧力室が配置されており、複数の前記第１の電極及び前記第２の電極が、前記板状体の複数の前記圧力室に対応した複数の領域内にそれぞれ配置されたものか、或いは、前記第２の板状体の前記第１の板状体とは反対側の面に、互いに隔壁によって隔てられた複数の前記圧力室が配置されており、複数の前記第１の電極及び前記第２の電極が、前記第１の板状体の複数の前記圧力室に対応した複数の領域内にそれぞれ配置されたものであってよい（請求項７、請求項１３）。この構成によると、複数の圧力室内の液体に対して、それぞれ効率よく圧力を与えることができる。

なお、本発明において、板状体又は第１の板状体の分極方向はその面方向であってもよいし、或いは、厚み方向であってもよい。板状体又は第１の板状体の分極方向をその面方向とすると、液体圧力発生機構はユニモルフ型となり、厚み方向とするとシェアモード型となる。また、第１の電極及び第２の電極は、圧力が付与されるべき液体を収容する圧力室１つに対してそれぞれ１つだけ配置されていてもよいし、圧力室１つに対してそれぞれ複数配置されていてもよい。また、第１の電極及び第２の電極の形状や分布は、圧力室の具体的な形状に応じて変更されることが好ましい。さらに、液体に圧力が与えられるのは、板状体又は第１の板状体に電界が印加された際であってもよいし、電界が解除された際であってもよい。

以上説明したように、本発明によると、板状体内にその厚みの途中まで第１の電極及び第２の電極を配置する、又は、第１の板状体内に第１の電極及び第２の電極を配置し且つ第１の板状体と第２の板状体とを積層するという簡易な工程で容易に液体圧力発生装置を製造可能である。そのため、製造コストを低く抑えることができる。また、多数の板状体と電極とを積層した構造になっていないために、板状体又は第１の板状体若しくは第２の板状体に微細なクラックが存在してもインク漏れなどのために隣接する電極同士がショートするなどの故障が生じることが少なく、耐久性が高いものとなる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態を説明する。
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態に係る液体圧力発生機構であるアクチュエータユニットを含むインクジェットヘッドについて説明する。図１は、本実施の形態に係るアクチュエータユニットを含むインクジェットヘッドをその長手方向に沿って切断した部分断面図である。図２は、このインクジェットヘッドをその幅方向に沿って切断した部分断面図である。図１に示す圧電式のインクジェットヘッド１は、ほぼ直方体の流路ユニット７上にこれとほぼ同形状のアクチュエータユニット６が積層され、アクチュエータユニット６上に外部回路との接続のためのフレキシブルフラットケーブル又はフレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）（図示せず）が貼付されたものである。インクジェットヘッド１は、流路ユニット７の下面側に開口したノズル９から下向きにインクを噴射する。

流路ユニット７の上面には、上方に開口した多数の圧力室（インク収容室）１０が設けられている。また、流路ユニット７の長手方向についての一端部近傍には、後述するマニホールド流路１５にそれぞれ連通した一対の供給孔（図示せず）が穿設されている。これら供給孔は、インクカートリッジ（図示せず）から供給されるインク中の塵除去のためのフィルタ（図示せず）で覆われている。

図１及び図２に示すように、インクジェットヘッド１においては、図示されない駆動回路で発生した駆動パルス信号（グランド電位及び正の所定電位のいずれかを選択的にとる）によりＦＰＣを介して駆動されるアクチュエータユニット６と、インク流路を形成する流路ユニット７とが積層されている。アクチュエータユニット６と流路ユニット７は、エポキシ系の熱硬化性の接着剤によって接着されている。なお、ＦＰＣ側の端子はアクチュエータユニット６側の対応する端子２１ａ、２２ａ、２１ｂ、２２ｂと接続されている。

流路ユニット７は、金属材料からなる薄板状の３枚のプレート（キャビティプレート７ａ、スペーサプレート７ｂ、マニホールドプレート７ｃ）と、インクを噴射するノズル９を備えたポリイミド等の合成樹脂製のノズルプレート７ｄとが積層されることによって構成されている。最上部のキャビティプレート７ａは、アクチュエータユニット６に接している。

キャビティプレート７ａの表面には、アクチュエータユニット６の動作により選択的に噴射されるインクを収容するほぼ円盤型形状を有する複数の圧力室１０が長手方向に沿って２列に形成されている。複数の圧力室１０は、隔壁１０ａによって相互に隔てられている。また、スペーサプレート７ｂには、圧力室１０の一端をノズル９に連通させる連通孔１１と、圧力室１０の他端を後述するマニホールド流路１５に連通させる連通孔１２とがそれぞれ形成されている。

また、マニホールドプレート７ｃには、圧力室１０の一端をノズル９に連通させる連通孔１３が形成されている。さらに、マニホールドプレート７ｃには、インクを圧力室１０に供給するマニホールド流路１５が複数の圧力室１０がなす列の下方においてその列方向に長く形成されている。また、マニホールド流路１５の一端は、上述した供給孔のいずれか一方を介して図示されないインク供給源に接続されている。このようにして、マニホールド流路１５から連通孔１２、圧力室１０、連通孔１１、連通孔１３を経てノズル９に至るインク流路が形成されている。

図３は、アクチュエータユニット６の部分拡大斜視図である。アクチュエータユニット６は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）のセラミックス材料からなる１枚の圧電セラミックスプレート６ａを有している。図１及び図３に示すように、圧電セラミックスプレート６ａ内には、その厚み方向が軸方向となった円柱形状を有する多数の電極１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄが配置されている。これらの電極１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄは、軸方向について圧電セラミックスプレート６ａの厚みの１／２よりもやや短い長さを有している。そして、全ての電極１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄは、その長手方向一端面が圧電セラミックスプレート６ａの上面（流路ユニット７とは反対側の面）から突出することなく露出するように、圧電セラミックスプレート６ａ内において上方に偏在して配置されている。そのため、電極１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄは、圧電セラミックスプレート６ａを貫通することなくその厚み方向に延びている。

電極１７ｂは電極１７ａを中心とした１つの円上に互いに等間隔に配置されており、電極１７ｃは電極１７ｂがなす円よりも一回り大きい電極１７ａを中心とした１つの円上に互いに等間隔に配置されており、電極１７ｄは電極１７ｃがなす円よりも一回り大きい電極１７ａを中心とした１つの円上に互いに等間隔に配置されている。このように、電極１７ｂ、１７ｃ、１７ｄは電極１７ａを中心点として３重の同心円環状に配置されている。

図１からも分かるように、複数の電極１７ｄが配置されてできた円は、圧力室１０とほぼ同じ直径を有している。そして、複数の電極１７ｄは、圧力室１０内にほぼ収まるように配置されている。つまり、多数の電極１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄは、流路ユニット７の圧力室１０に対応した領域内に実質的に一様に配置されている。なお、電極はその間隔が上記のように均一でなくても、圧力室１０に対応した領域内全体にわたって分布していればよい。

圧電セラミックスプレート６ａの電極領域６ｃ（電極１７ｄが配置されてできた円内にあって、圧電セラミックスプレート６ａの上面（圧力室１０とは反対側の表面）から電極１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄの長さ分の距離までの領域）は、面方向に沿って電極１７ａから電極１７ｂに向かう方向、電極１７ｃから電極１７ｂ、１７ｄに向かう方向というように、電極１７ａを中心とした径方向に交互に分極した活性部となっている。

電極１７ａは、グランド電位及び正の所定電位のいずれかを選択的にとる駆動パルス信号が与えられる端子２２ａに接続されている。全ての電極１７ｂは、複数の電極１７ｂが配置されてできた円と同じ直径を有する円環形状の金属配線２４を介して、常にグランド電位に保持された端子２１ａに接続されている。全ての電極１７ｃは、複数の電極１７ｃが配置されてできた円と同じ直径を有する円環形状の金属配線２５を介して、端子２２ａに与えられるのと同じ駆動パルス信号が与えられる端子２２ｂに接続されている。全ての電極１７ｄは、複数の電極１７ｄが配置されてできた円と同じ直径を有する円環形状の金属配線２６を介して、常にグランド電位に保持された端子２１ｂに接続されている。つまり、本実施の形態において、電極１７ａ及び電極１７ｃの電位は常に同じであり、電極１７ｂ及び電極１７ｄの電位も常に同じである。したがって、４種類の電極１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄは、電極１７ａ及び電極１７ｃからなる第１の電極と、電極１７ｂ及び電極１７ｄからなる第２の電極とに分類することができる。

上述の説明から分かるように、電極１７ａ、１７ｃがグランド電位となっているときには、径方向に隣接する電極間（つまり、電極１７ａ−電極１７ｂ間、電極１７ｂ−電極１７ｃ間、電極１７ｃ−電極１７ｄ間）に電界が発生しない。ところが、電極１７ａ、１７ｃが正の所定電位となっているときには、径方向に隣接する電極間に電界が発生する。

図１に示された２つの圧力室１０のうち、左側は電極１７ａ、１７ｃが正の所定電位となっているときの様子を描いたものであり、右側は電極１７ａ、１７ｃがグランド電位となっているときの様子を描いたものである。このように、電極１７ａ、１７ｃが正の所定電位になると、径方向に隣接する電極間に図１中の矢印で示すような方向（圧電セラミックスプレート６ａの面方向）の電界が生じる。この電界の方向は圧電セラミックスプレート６ａの分極方向と同じであるので、圧電セラミックスプレート６ａの電極１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄによって挟まれた電極領域は、圧電作用により面方向に伸びようとする。

一方、電極領域に対して圧電セラミックスプレート６ａの厚み方向に隣接した電極１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄが配置されていない非電極領域６ｄには、電界が印加されず面方向に伸びようとする力が働かない。したがって、電極領域と非電極領域とに面方向への伸長差が生じ、非電極領域は電極領域が面方向に伸びるのに抵抗する。その結果、特許文献３に記載されたユニモルフ構造のアクチュエータユニットと類似した作用が生じて、図１の左側に示すように、圧電セラミックスプレート６ａは、電極領域側が凸となるように厚み方向に湾曲する。このとき、圧電セラミックスプレート６ａの下面（圧力室１０側の面）は圧力室１０を拡大する方向に湾曲する。したがって、圧力室１０内にマニホールド流路からインクが流入して、圧力室１０がインクで満たされる。

その後、電極１７ａ、１７ｃがグランド電位になると電界が解除され、圧電セラミックスプレート６ａは図１の右側に示すようにそれ自体が有する弾性により元の平板形状に戻る。すると、圧電セラミックスプレート６ａの下面の位置も元の位置に戻るので、圧力室１０の容積が図１の左側の状態から減少する。これにより圧力室１０内のインクに圧力が与えられて、圧力室１０に連通したノズル９からインク滴が噴射される。

図１〜図３に示したインクジェットヘッド１からインクを噴射させる方式としては、いわゆる押し打ち及び引き打ちのいずれを用いてもよい。押し打ちを行う場合、常態において、全圧力室１０に対応する部分において電極１７ａ、１７ｃを正の所定電位としておくことで電極領域に電界を印加し、圧電セラミックスプレート６ａを図１の左側に示すように湾曲させておく。そして、インクを噴射しようとする圧力室１０に対応する電極１７ａ、１７ｃのみグランド電位とすることで電極領域の電界を解除し、図１の右側のように圧力室１０を縮小して圧力室１０内のインクに圧力を付与する。

一方、引き打ちを行う場合、常態において、全圧力室１０に対応する部分において電極１７ａ、１７ｃをグランド電位としておくことで電極領域に電界を印加せず、圧電セラミックスプレート６ａを図１の右側に示すように平坦にしておく。そして、インクを噴射しようとする圧力室１０に対応する電極１７ａ、１７ｃのみ一旦正の所定電位として電極領域に電界を印加し、その部分において圧電セラミックスプレート６ａを図１の左側に示すように湾曲させて圧力室１０を拡大する。このとき、圧力室１０内には圧力波が生じ、それが圧力室１０内を長手方向に伝播する。その後圧力波が正圧となるタイミングで再び電極１７ａ、１７ｃをグランド電位に戻して電極領域の電界を解除し、図１の右側のように圧力室１０を縮小して圧力室１０内のインクに圧力を付与する。引き打ちを行うと、圧力を重ね合わせることができるので比較的小さなエネルギーで大きな噴射圧をインクに与えることができる。

次に、このインクジェットヘッド１の製造方法について簡単に説明する。図１〜図３で説明したようなインクジェットヘッド１を製造するには、流路ユニット７及びアクチュエータユニット６などの部品を別々に作製し、それから各部品を組み付ける。

流路ユニット７を作製するには、図１及び図２に描かれた４枚のプレート７ａ〜７ｄをそれぞれ独立して作製した後に、これらが位置合わせされて積層された状態で接着剤を用いてこれらを互いに接着する。なお、プレート７ａ〜７ｃに圧力室１０や連通孔１１などを形成するのにはエッチング加工が用いられ、プレート７ｄにノズル９を形成するのにはレーザ加工が用いられる。

一方、アクチュエータユニット６を作製するには、まず、圧電セラミックスのグリーンシートを用意し、そのグリーンシートの圧力室に対応した部分に電極配置用の多数の円柱状凹部をプレス加工又はレーザ加工で形成する。プレス加工は、グリーンシートをアクチュエータユニット６に対応した所定形状に成形する際に同時に行うことができるという点で利点が大きい。

その後、円柱状凹部内にペースト状の導電性材料を流し込んでから圧電セラミックスのグリーンシートを公知のセラミックスと同様に脱脂し、さらに所定の温度で焼成する。これにより、円柱状凹部内に電極１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄが配置された圧電セラミックスプレート６ａが得られる。そして、電極１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄに金属配線２４〜２６を印刷又は蒸着により施すことにより、アクチュエータユニット６が得られる。なお、圧電セラミックスのグリーンシートは、予め焼成による収縮量を見込んで設計される。

しかる後、流路ユニット７とアクチュエータユニット６とが、電極領域の位置と圧力室１０の位置とを合わせて、熱硬化性接着剤を用いて貼り合わされ、アクチュエータユニット６の隣接する電極グループ間の下面すなわち各電極領域の外周部分が隔壁１０ａ上に固着される。そして、アクチュエータユニット６と別途用意されたＦＰＣとが対応する端子同士がそれぞれ重なるように半田を用いて貼り合わされる。

その後、電極１７ｂ、１７ｄの電位をグランド電位に保持した状態において電極１７ａ、１７ｃに高電位を与えることで、電極領域内の圧電セラミックスプレート６ａを電極の対向方向つまり面方向に沿って電極１７ａを中心とした径方向に分極させ、この領域を活性部とする。以上の工程を経ることによって、インクジェットヘッド１が完成する。

なお、上述した製造工程において、グリーンシートの焼成後にレーザ加工で円柱状凹部を形成するようにしてもよい。また、グリーンシートの焼成後に円柱状凹部内に電極を配置するようにしてもよい。さらに、分極工程の後でＦＰＣの貼り合わせ行ってもよい。この場合、電極１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄへはＦＰＣ以外から電位を与える必要がある。

このように、本実施の形態による液体圧力発生機構であるアクチュエータユニット６によると、１枚の圧電セラミックスプレート６ａ内にこれを貫通しないように配置された電極１７ａ、１７ｃと電極１７ｂ、１７ｄとの電位差を制御することで、圧電セラミックスプレート６ａをその厚み方向に湾曲した状態と湾曲していない状態とのいずれかに切り替えることができる。したがって、所望の圧力室１０内のインクに圧力を与えてインクを噴射させることができる。

また、本実施の形態のアクチュエータユニット６は、圧電セラミックスプレート６ａ内にその厚みの途中まで電極１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄを配置するという簡易な工程で容易に製造可能である。そのため、製造コストを低く抑えることができるという優れた利点を有する。また、アクチュエータユニット６は、特許文献１及び特許文献２のように多数の圧電セラミックスプレートと薄層電極とを積層した構造になっていないために、電極を十分な厚さの非電極領域６ｄを介してインクと隔てることができ、圧電セラミックスプレート６ａに微細なクラックが存在してもインク漏れなどのために隣接する電極同士がショートするなどの故障が生じることが少なく、耐久性が高い。

また、圧電セラミックスプレート６ａの電極領域の分極方向が電界の方向と同じく電極の対向方向、つまり圧電セラミックスプレート６ａの面方向に沿って電極１７ａを中心とした径方向であるので、圧電セラミックスプレート６ａはユニモルフ型と類似した原理で電極領域側が凸となるように厚み方向に湾曲し、これにより圧力室１０内のインクに圧力を与えることができる。

さらに、アクチュエータユニット６において、多数の電極１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄが圧電セラミックスプレート６ａの電極領域内に配置されているので、特許文献１及び特許文献２に記載された圧電セラミックスプレートと電極とが積層されたアクチュエータユニットのように大きな電極を用いる場合に比べて電極間距離及び電極面積を小さくすることができる。そのため、電極１７ａ、１７ｃに与えられる電位及びアクチュエータユニット６の静電容量を小さくすることができ、その結果、インクジェットヘッド１のドライバＩＣや電気回路のコストを低く抑えると共にエネルギー消費量及び発熱量を削減することが可能となる。

しかも、本実施の形態によるアクチュエータユニット６は、電極１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄがこの順番で第１の電極と第２の電極とが交互となるように同心円環状に配置されたものであるので、電界強度が強くなって圧電セラミックスプレート６ａの変形量を大きくすることができる。

また、本実施の形態のアクチュエータユニット６において、圧電セラミックスプレート６ａの非電極領域６ｄ側の面に圧力室１０が配置されているので、上述した引き打ちを行う場合には常態において圧電セラミックスプレート６ａに電界を印加しておく必要がなくなる。そのため、圧電セラミックスプレート６ａの電極領域側の面に圧力室１０が配置されている場合と比較して、トータルの電界印加時間が著しく短くなってエネルギー消費量を削減することが可能となると共に安全性が高くなる。

さらに、本実施の形態のアクチュエータユニット６では、互いに隔壁１０ａによって隔てられた複数の圧力室１０が圧電セラミックスプレート６ａの非電極領域側の面に配置されており、電極１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄが圧力室１０に対応した各領域内にそれぞれ配置されているので、各圧力室１０内のインクに効率よく圧力を与えることができる。

次に、本実施の形態によるアクチュエータユニットの一変形例について、その斜視図である図４を参照して説明する。本変形例のアクチュエータユニットは、図１〜図３で説明したのと同様にインクジェットヘッドの一部品として流路ユニット及びＦＰＣと共に用いられるものとする。

図４において、アクチュエータユニット３６は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）のセラミックス材料からなる１枚の圧電セラミックスプレート３６ａを有している。圧電セラミックスプレート３６ａ内には、その厚み方向が軸方向となった円柱形状を有する多数の電極４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ、４７ｅ、４７ｆ、４７ｇが配置されている。これらの電極４７ａ〜４７ｇは、軸方向について圧電セラミックスプレート３６ａの厚みの１／２よりもやや短い長さを有している。そして、全ての電極４７ａ〜４７ｇは、その長手方向一端面が圧電セラミックスプレート３６ａの流路ユニット７とは反対側の面から突出することなく露出するように、圧電セラミックスプレート３６ａ内において上方に偏在して配置されている。そのため、電極４７ａ〜４７ｇは、圧電セラミックスプレート３６ａを貫通することなくその厚み方向に延びている。

電極４７ａ〜４７ｇはそれぞれ複数個ずつ一直線上に互いに等間隔に配置されている。そして、電極４７ａがなすラインと電極４７ｂがなすラインとの間隔、電極４７ｂがなすラインと電極４７ｃがなすラインとの間隔、電極４７ｃがなすラインと電極４７ｄがなすラインとの間隔、電極４７ｄがなすラインと電極４７ｅがなすラインとの間隔、電極４７ｅがなすラインと電極４７ｆがなすラインとの間隔、電極４７ｆがなすラインと電極４７ｇがなすラインとの間隔は、互いに同じである。このように、電極４７ａ〜４７ｇはマトリックス状に配置されている。そして、電極４７ａ〜４７ｇが配置された範囲が流路ユニットの圧力室１０と対応した位置となるように、アクチュエータユニット３６と流路ユニットとが貼り合わされているとする。これにより、多数の電極４７ａ〜４７ｇは、流路ユニットの圧力室１０に対応した領域内に実質的に一様に配置されている。

圧電セラミックスプレート３６ａの電極領域（電極４７ａ〜４７ｇが配置された範囲内にあって、圧電セラミックスプレート３６ａの上面（圧力室とは反対側の表面）から電極４７ａ〜４７ｇの長さ分の距離までの領域）は、圧電セラミックスプレート３６ａの面方向に沿って電極４７ｂから電極４７ａ、４７へ向かう方向、電極４７ｄから電極４７ｃ、４７ｅへ向かう方向、電極４７ｆから電極４７ｅ、４７ｇへ向かう方向というように、各電極４７ａ〜４７ｇがなすラインと直交する方向に交互に分極した活性部となっている。

全ての電極４７ａは、複数の電極４７ａがなすラインに沿って配置された直線形状の金属配線５４を介して、常にグランド電位に保持された端子５１ａに接続されている。全ての電極４７ｂは、複数の電極４７ｂがなすラインに沿って配置された直線形状の金属配線５５を介して、グランド電位及び正の所定電位のいずれかを選択的にとる駆動パルス信号が与えられる端子５２ａに接続されている。全ての電極４７ｃは、複数の電極４７ｃがなすラインに沿って配置された直線形状の金属配線５６を介して、常にグランド電位に保持された端子５１ｂに接続されている。全ての電極４７ｄは、複数の電極４７ｄがなすラインに沿って配置された直線形状の金属配線５７を介して、グランド電位及び正の所定電位のいずれかを選択的にとる駆動パルス信号が与えられる端子５２ｂに接続されている。全ての電極４７ｅは、複数の電極４７ｅがなすラインに沿って配置された直線形状の金属配線５８を介して、常にグランド電位に保持された端子５１ｃに接続されている。全ての電極４７ｆは、複数の電極４７ｆがなすラインに沿って配置された直線形状の金属配線５９を介して、グランド電位及び正の所定電位のいずれかを選択的にとる駆動パルス信号が与えられる端子５２ｃに接続されている。全ての電極４７ｇは、複数の電極４７ｇがなすラインに沿って配置された直線形状の金属配線６０を介して、常にグランド電位に保持された端子５１ｄに接続されている。

そして、端子５２ａ、５２ｂ、５２ｃには、同じ駆動パルス信号が与えられる。つまり、本実施の形態において、電極４７ｂ、４７ｄ、４７ｆの電位は常に同じであり、電極４７ａ、４７ｃ、４７ｅ、４７ｇの電位も常に同じグランド電位である。したがって、７種類の電極４７ａ〜４７ｇは、電極４７ｂ、４７ｄ、４７ｆからなる第１の電極と、電極４７ａ、４７ｃ、４７ｅ、４７ｇからなる第２の電極とに分類することができる。

上述の説明から分かるように、電極４７ｂ、４７ｄ、４７ｆがグランド電位となっているときには、各電極４７ａ〜４７ｇがなすラインと直交する方向に隣接する電極間（つまり、電極４７ａ−電極４７ｂ間、電極４７ｂ−電極４７ｃ間、電極４７ｃ−電極４７ｄ間、電極４７ｄ−電極４７ｅ間、電極４７ｅ−電極４７ｆ間、電極４７ｆ−電極４７ｇ間）に電界が発生しない。ところが、電極４７ｂ、４７ｄ、４７ｆが正の所定電位となっているときには、各電極４７ａ〜４７ｇがなすラインと直交する方向に隣接する電極間に電界が発生する。

この電界の方向は圧電セラミックスプレート３６ａの分極方向と同じであるので、圧電セラミックスプレート３６ａの電極４７ａ〜４７ｇによって挟まれた電極領域は、圧電作用により面方向に伸びようとする。一方、電極領域に対して圧電セラミックスプレート３６ａの厚み方向に隣接した電極４７ａ〜４７ｇが配置されていない非電極領域には、電界が印加されず面方向に伸びようとする力が働かない。したがって、電極領域と非電極領域とに面方向への伸長差が生じ、非電極領域は電極領域が面方向に伸びるのに抵抗する。その結果、特許文献３に記載されたユニモルフ構造のアクチュエータユニットと類似した作用が生じて、圧電セラミックスプレート３６ａは、電極領域側が凸となるように厚み方向に湾曲する。このとき、圧電セラミックスプレート３６ａの下面（圧力室側の面）は圧力室を拡大する方向に湾曲する。したがって、圧力室内にマニホールド流路からインクが流入して、圧力室がインクで満たされる。

その後、電極４７ｂ、４７ｄ、４７ｆがグランド電位になると電界が解除され、圧電セラミックスプレート３６ａはそれ自体が有する弾性により元の平板形状に戻る。すると、圧電セラミックスプレート３６ａの下面の位置も元の位置に戻るので、圧力室の容積が減少する。これにより圧力室内のインクに圧力が与えられて、圧力室に連通したノズルからインク滴が噴射される。

本変形例のアクチュエータユニット３６を用いた場合も、上述した第１の実施の形態と同様の利益が得られる。
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態に係る液体圧力発生機構であるアクチュエータユニットを含むインクジェットヘッドについて説明する。なお、上述した実施の形態と同様の部材には同じ符号を付けてその説明を省略する。図５は、本実施の形態に係るアクチュエータユニットを含むインクジェットヘッドをその長手方向に沿って切断した部分断面図である。図５に示す圧電式のインクジェットヘッド６１は、ほぼ直方体の流路ユニット７上にこれとほぼ同形状のアクチュエータユニット６６が積層され、アクチュエータユニット６６上に外部回路との接続のためのフレキシブルフラットケーブル又はフレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）（図示せず）が貼付されたものである。インクジェットヘッド６１は、流路ユニット７の下面側に開口したノズル９から下向きにインクを噴射する。なお、流路ユニット７は第１の実施の形態のものと同じであるので、ここではその詳細な説明を省略する。

図５に示すように、インクジェットヘッド６１においては、図示されない駆動回路で発生した駆動パルス信号（グランド電位及び正の所定電位のいずれかを選択的にとる）によりＦＰＣを介して駆動されるアクチュエータユニット６６と、インク流路を形成する流路ユニット７とが積層されている。アクチュエータユニット６６と流路ユニット７は、エポキシ系の熱硬化性の接着剤によって接着されている。なお、ＦＰＣ側の端子はアクチュエータユニット６６側の対応する端子７１ａ、７２ａ、７１ｂ、７２ｂと接続されている。

図６は、アクチュエータユニット６６の部分拡大斜視図である。アクチュエータユニット６６においては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）のセラミックス材料からなるほぼ同じ厚みを有する２枚の圧電セラミックスプレート６６ａ、６６ｂが積層されている。図５及び図６に示すように、圧電セラミックスプレート６６ａ内には、その厚み方向が軸方向となった円柱形状を有する多数の電極７７ａ、７７ｂ、７７ｃ、７７ｄが配置されている。これらの電極７７ａ、７７ｂ、７７ｃ、７７ｄは、軸方向方向について圧電セラミックスプレート６６ａの厚みとほぼ同じ長さを有している。つまり、電極７７ａ、７７ｂ、７７ｃ、７７ｄは、圧電セラミックスプレート６６ａの厚みと同じ長さで圧電セラミックスプレート６６ｂにはみ出すことなくこれらの厚み方向に延びている。

電極７７ｂは電極７７ａを中心とした１つの円上に互いに等間隔に配置されており、電極７７ｃは電極７７ｂがなす円よりも一回り大きい電極７７ａを中心とした１つの円上に互いに等間隔に配置されており、電極７７ｄは電極７７ｃがなす円よりも一回り大きい電極７７ａを中心とした１つの円上に互いに等間隔に配置されている。このように、電極７７ｂ、７７ｃ、７７ｄは電極７７ａを中心点として３重の同心円環状に配置されている。

図５からも分かるように、複数の電極７７ｄが配置されてできた円は、圧力室１０とほぼ同じ直径を有している。そして、複数の電極７７ｄは、圧力室１０内にほぼ収まるように配置されている。つまり、多数の電極７７ａ、７７ｂ、７７ｃ、７７ｄは、流路ユニット７の圧力室１０に対応した領域内に実質的に一様に配置されている。

圧電セラミックスプレート６６ａの電極領域（電極７７ｄが配置されてできた円内にある領域）は、図１のものと同様に、面方向に沿って電極７７ａを中心とした径方向に交互に分極した活性部となっている。

電極７７ａは、グランド電位及び正の所定電位のいずれかを選択的にとる駆動パルス信号が与えられる端子７２ａに接続されている。全ての電極７７ｂは、複数の電極７７ｂが配置されてできた円と同じ直径を有する円環形状の金属配線７４を介して、常にグランド電位に保持された端子７１ａに接続されている。全ての電極７７ｃは、複数の電極７７ｃが配置されてできた円と同じ直径を有する円環形状の金属配線７５を介して、端子７２ａに与えられるのと同じ駆動パルス信号が与えられる端子７２ｂに接続されている。全ての電極７７ｄは、複数の電極７７ｄが配置されてできた円と同じ直径を有する円環形状の金属配線７６を介して、常にグランド電位に保持された端子７１ｂに接続されている。つまり、本実施の形態において、電極７７ａ及び電極７７ｃの電位は常に同じであり、電極７７ｂ及び電極７７ｄの電位も常に同じである。したがって、４種類の電極７７ａ、７７ｂ、７７ｃ、７７ｄは、電極７７ａ及び電極７７ｃからなる第１の電極と、電極７７ｂ及び電極７７ｄからなる第２の電極とに分類することができる。

上述の説明から分かるように、電極７７ａ、７７ｃがグランド電位となっているときには、径方向に隣接する電極間（つまり、電極７７ａ−電極７７ｂ間、電極７７ｂ−電極７７ｃ間、電極７７ｃ−電極７７ｄ間）に電界が発生しない。ところが、電極７７ａ、７７ｃが正の所定電位となっているときには、径方向に隣接する電極間に電界が発生する。

図５に示された２つの圧力室１０のうち、左側は電極７７ａ、７７ｃが正の所定電位となっているときの様子を描いたものであり、右側は電極７７ａ、７７ｃがグランド電位となっているときの様子を描いたものである。このように、電極７７ａ、７７ｃが正の所定電位になると、径方向に隣接する電極間に図５中の矢印で示すような方向（圧電セラミックスプレート６６ａの面方向）の電界が生じる。この電界の方向は圧電セラミックスプレート６６ａの分極方向と同じであるので、圧電セラミックスプレート６６ａの電極７７ａ、７７ｂ、７７ｃ、７７ｄによって挟まれた電極領域は、圧電作用により面方向に伸びようとする。

一方、電極領域に対して圧電セラミックスプレート６６ａの厚み方向に隣接した電極７７ａ、７７ｂ、７７ｃ、７７ｄが配置されていない非電極領域（圧電セラミックスプレート６６ｂ内にあって電極領域の下方に当たる領域）には、電界が印加されず面方向に伸びようとする力が働かない。したがって、電極領域と非電極領域とに面方向への伸長差が生じ、非電極領域は電極領域が面方向に伸びるのに抵抗する。その結果、特許文献３に記載されたユニモルフ構造のアクチュエータユニットと類似した作用が生じて、図５の左側に示すように、圧電セラミックスプレート６６ａ、６６ｂは、電極領域側が凸となるように厚み方向に湾曲する。このとき、圧電セラミックスプレート６６ｂの下面（圧力室１０側の面）は圧力室１０を拡大する方向に湾曲する。したがって、圧力室１０内にマニホールド流路からインクが流入して、圧力室１０がインクで満たされる。

その後、電極７７ａ、７７ｃがグランド電位になると電界が解除され、圧電セラミックスプレート６６ａ、６６ｂは図５の右側に示すようにそれ自体が有する弾性により元の平板形状に戻る。すると、圧電セラミックスプレート６６ｂの下面の位置も元の位置に戻るので、圧力室１０の容積が図５の左側の状態から減少する。これにより圧力室１０内のインクに圧力が与えられて、圧力室１０に連通したノズル９からインク滴が噴射される。本実施の形態のインクジェットヘッド６１の場合も、インクを噴射させる方式として押し打ち及び引き打ちのいずれを用いてもよい。

次に、このインクジェットヘッド６１の製造方法について簡単に説明する。インクジェットヘッド６１を製造するには、流路ユニット７及びアクチュエータユニット６１などの部品を別々に作製し、それから各部品を組み付ける。

流路ユニット７を作製する手順は上述した第１の実施の形態のものと同じであるので、ここでは説明を省略する。アクチュエータユニット６１を作製するには、まず、圧電セラミックスのグリーンシートを２枚用意し、そのうちの１枚のグリーンシートの圧力室に対応した部分に電極配置用の多数の円柱状貫通孔をプレス加工又はレーザ加工で形成する。プレス加工は、グリーンシートをアクチュエータユニット６に対応した所定形状に成形する際に同時に行うことができるという点で利点が大きい。

その後、２枚のグリーンシートを重ね合わせた後、円柱状貫通孔内にペースト状の導電性材料を流し込んでから圧電セラミックスのグリーンシートを公知のセラミックスと同様に脱脂し、さらに所定の温度で焼成する。これにより、円柱状貫通孔内に電極７７ａ、７７ｂ、７７ｃ、７７ｄが配置された圧電セラミックスプレート６６ａ、６６ｂが得られる。そして、電極７７ａ、７７ｂ、７７ｃ、７７ｄに金属配線７４〜７６を印刷又は蒸着により施すことにより、アクチュエータユニット６１が得られる。なお、圧電セラミックスのグリーンシートは、予め焼成による収縮量を見込んで設計される。

しかる後、流路ユニット７とアクチュエータユニット６１とが、電極領域の位置と圧力室１０の位置とを合わせて、熱硬化性接着剤を用いて貼り合わされると共に、アクチュエータユニット６１と別途用意されたＦＰＣとが対応する端子同士がそれぞれ重なるように半田を用いて貼り合わされる。

その後、電極７７ｂ、７７ｄの電位をグランド電位に保持した状態において電極７７ａ、７７ｃに高電位を与えることで、電極領域内の圧電セラミックスプレート６６ａを電極の対向方向つまり面方向に沿って電極７７ａを中心とした径方向に分極させ、この領域を活性部とする。以上の工程を経ることによって、インクジェットヘッド１が完成する。

なお、上述した製造工程において、グリーンシートの焼成後にレーザ加工で円柱状凹部を形成するようにしてもよい。また、グリーンシートの焼成後に円柱状凹部内に電極を配置するようにしてもよい。さらに、分極工程の後でＦＰＣの貼り合わせ行ってもよい。この場合、電極７７ａ、７７ｂ、７７ｃ、７７ｄへはＦＰＣ以外から電位を与える必要がある。

このように、本実施の形態による液体圧力発生機構であるアクチュエータユニット６１によると、圧電セラミックスプレート６６ａ内に配置された電極７７ａ、７７ｃと電極７７ｂ、７７ｄとの電位差を制御することで、圧電セラミックスプレート６６ａ、６６ｂをその厚み方向に湾曲した状態と湾曲していない状態とのいずれかに切り替えることができる。したがって、所望の圧力室１０内のインクに圧力を与えてインクを噴射させることができる。

また、本実施の形態のアクチュエータユニット６１は、圧電セラミックスプレート６６ａに電極７７ａ、７７ｂ、７７ｃ、７７ｄを配置し且つ圧電セラミックスプレート６６ａと圧電セラミックスプレート６６ｂとを積層するという簡易な工程で容易に製造可能である。そのため、製造コストを低く抑えることができるという優れた利点を有する。本実施の形態を第１の実施の形態と比較すると、２枚の圧電セラミックスプレート６６ａ、６６ｂを積層するという工程が加わるものの、圧電セラミックスプレート６６ａには凹部（非貫通孔）ではなく貫通孔を形成してもいいという点で製造工程を簡略化できる利点がある。

また、アクチュエータユニット６１は、特許文献１及び特許文献２のように多数の圧電セラミックスプレートと薄層電極とを積層した構造になっていないために、電極を十分な厚さの非電極領域を介してインクと隔てることができ、圧電セラミックスプレート６６ａ、６６ｂに微細なクラックが存在してもインク漏れなどのために隣接する電極同士がショートするなどの故障が生じることが少なく、耐久性が高い。その他、第１の実施の形態と同様の利益が得られる。

なお、本実施の形態では、電極７７ａ〜７７ｄの軸方向の長さを圧電セラミックスプレート６６ａの厚みと同じとしたが、電極７７ａ〜７７ｄの軸方向の長さを圧電セラミックスプレート６６ａの厚みよりも小さくしても同様の結果が得られる。
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態に係る液体圧力発生機構であるアクチュエータユニットを含むインクジェットヘッドについて説明する。なお、上述した実施の形態と同様の部材には同じ符号を付けてその説明を省略する。図７は、本実施の形態に係るアクチュエータユニットを含むインクジェットヘッドをその長手方向に沿って切断した部分断面図である。図７に示す圧電式のインクジェットヘッド８１は、ほぼ直方体の流路ユニット７上にこれとほぼ同形状のアクチュエータユニット８６が積層され、アクチュエータユニット８６上に外部回路との接続のためのフレキシブルフラットケーブル又はフレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）（図示せず）が貼付されたものである。インクジェットヘッド８１は、流路ユニット７の下面側に開口したノズル９から下向きにインクを噴射する。なお、流路ユニット７は第１の実施の形態のものと同じであるので、ここではその詳細な説明を省略する。

図７に示すように、インクジェットヘッド８１においては、図示されない駆動回路で発生した駆動パルス信号（グランド電位及び正の所定電位のいずれかを選択的にとる）によりＦＰＣを介して駆動されるアクチュエータユニット８６と、インク流路を形成する流路ユニット７とが積層されている。アクチュエータユニット８６と流路ユニット７は、エポキシ系の熱硬化性の接着剤によって接着されている。なお、ＦＰＣ側の端子はアクチュエータユニット８６側の対応する端子９１ａ、９２ａ、９１ｂ、９２ｂ、９１ｃ、９２ｃ、９１ｄ（図７には９２ａのみが描かれている。残りのものについては図８参照）と接続されている。

図８は、アクチュエータユニット８６の部分拡大斜視図である。図８において、アクチュエータユニット８６は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）のセラミックス材料からなる１枚の圧電セラミックスプレート８６ａを有している。圧電セラミックスプレート８６ａ内には、その厚み方向が軸方向となった円柱形状を有する多数の電極８７ａ、８７ｂ、８７ｃ、８７ｄ、８７ｅ、８７ｆ、８７ｇが配置されている。これらの電極８７ａ〜８７ｇは、軸方向について圧電セラミックスプレート８６ａの厚みの１／２よりもやや短い長さを有している。そして、全ての電極８７ａ〜８７ｇは、その長手方向一端面が圧電セラミックスプレート８６ａの上面（圧力室１０とは反対側の面）から突出することなく露出するように、圧電セラミックスプレート８６ａ内において上方に偏在して配置されている。そのため、電極８７ａ〜８７ｇは、圧電セラミックスプレート８６ａを貫通することなくその厚み方向に延びている。

電極８７ａ〜８７ｇはそれぞれ複数個ずつ一直線上に互いに等間隔に配置されている。そして、電極８７ａがなすラインと電極８７ｂがなすラインとの間隔、電極８７ｂがなすラインと電極８７ｃがなすラインとの間隔、電極８７ｃがなすラインと電極８７ｄがなすラインとの間隔、電極８７ｄがなすラインと電極８７ｅがなすラインとの間隔、電極８７ｅがなすラインと電極８７ｆがなすラインとの間隔、電極８７ｆがなすラインと電極８７ｇがなすラインとの間隔は、互いに同じである。このように、電極８７ａ〜８７ｇはマトリックス状に配置されている。そして、電極８７ａ〜８７ｇが配置された範囲が流路ユニットの圧力室１０と対応した位置となるように、アクチュエータユニット８６と流路ユニット７とが貼り合わされているとする。これにより、多数の電極８７ａ〜８７ｇは、流路ユニット７の圧力室１０に対応した領域内に実質的に一様に配置されている。

圧電セラミックスプレート８６ａの電極領域（電極８７ａ〜８７ｇが配置された範囲内にあって、圧電セラミックスプレート８６ａの上面から電極８７ａ〜８７ｇの長さ分の距離までの領域）は、圧電セラミックスプレート８６ａの面方向に沿って各電極８７ａ〜８７ｇがなすラインと直交する方向に交互に分極した活性部となっている。

全ての電極８７ａは、複数の電極８７ａがなすラインに沿って配置された直線形状の金属配線９４を介して、常にグランド電位に保持された端子９１ａに接続されている。全ての電極８７ｂは、複数の電極８７ｂがなすラインに沿って配置された直線形状の金属配線９５を介して、グランド電位及び正の所定電位のいずれかを選択的にとる駆動パルス信号が与えられる端子９２ａに接続されている。全ての電極８７ｃは、複数の電極８７ｃがなすラインに沿って配置された直線形状の金属配線９６を介して、常にグランド電位に保持された端子９１ｂに接続されている。全ての電極８７ｄは、複数の電極８７ｄがなすラインに沿って配置された直線形状の金属配線９７を介して、グランド電位及び正の所定電位のいずれかを選択的にとる駆動パルス信号が与えられる端子９２ｂに接続されている。全ての電極８７ｅは、複数の電極８７ｅがなすラインに沿って配置された直線形状の金属配線９８を介して、常にグランド電位に保持された端子９１ｃに接続されている。全ての電極８７ｆは、複数の電極８７ｆがなすラインに沿って配置された直線形状の金属配線９９を介して、グランド電位及び正の所定電位のいずれかを選択的にとる駆動パルス信号が与えられる端子９２ｃに接続されている。全ての電極８７ｇは、複数の電極８７ｇがなすラインに沿って配置された直線形状の金属配線１００を介して、常にグランド電位に保持された端子９１ｄに接続されている。

そして、端子９２ａ、９２ｂ、９２ｃには、同じ駆動パルス信号が与えられる。つまり、本実施の形態において、電極８７ｂ、８７ｄ、８７ｆの電位は常に同じであり、電極８７ａ、８７ｃ、８７ｅ、８７ｇの電位も常に同じグランド電位である。したがって、７種類の電極８７ａ〜８７ｇは、電極８７ｂ、８７ｄ、８７ｆからなる第１の電極と、電極８７ａ、８７ｃ、８７ｅ、８７ｇからなる第２の電極とに分類することができる。

上述の説明から分かるように、電極８７ｂ、８７ｄ、８７ｆがグランド電位となっているときには、各電極８７ａ〜８７ｇがなすラインと直交する方向に隣接する電極間（つまり、電極８７ａ−電極８７ｂ間、電極８７ｂ−電極８７ｃ間、電極８７ｃ−電極８７ｄ間、電極８７ｄ−電極８７ｅ間、電極８７ｅ−電極８７ｆ間、電極８７ｆ−電極８７ｇ間）に電界が発生しない。ところが、電極８７ｂ、８７ｄ、８７ｆが正の所定電位となっているときには、各電極８７ａ〜８７ｇがなすラインと直交する方向に隣接する電極間に電界が発生する。

この電界の方向は圧電セラミックスプレート８６ａの分極方向と同じであるので、圧電セラミックスプレート８６ａの電極８７ａ〜８７ｇによって挟まれた電極領域は、圧電作用により面方向に伸びようとする。一方、電極領域に対して圧電セラミックスプレート８６ａの厚み方向に隣接した電極８７ａ〜８７ｇが配置されていない非電極領域には、電界が印加されず面方向に伸びようとする力が働かない。したがって、電極領域と非電極領域とに面方向への伸長差が生じ、非電極領域は電極領域が面方向に伸びるのに抵抗する。その結果、特許文献３に記載されたユニモルフ構造のアクチュエータユニットと類似した作用が生じて、図８の左側に示すように、圧電セラミックスプレート８６ａは、電極領域側が凸となるように厚み方向に湾曲する。このとき、圧電セラミックスプレート８６ａの下面（圧力室側の面）は圧力室を拡大する方向に湾曲する。したがって、圧力室内にマニホールド流路からインクが流入して、圧力室がインクで満たされる。

その後、電極８７ｂ、８７ｄ、８７ｆがグランド電位になると電界が解除され、圧電セラミックスプレート８６ａはそれ自体が有する弾性により、図８の右側に示すように、元の平板形状に戻る。すると、圧電セラミックスプレート８６ａの下面の位置も元の位置に戻るので、圧力室の容積が図８の左側の状態から減少する。これにより圧力室内のインクに圧力が与えられて、圧力室に連通したノズルからインク滴が噴射される。本実施の形態のインクジェットヘッド８１の場合も、インクを噴射させる方式として押し打ち及び引き打ちのいずれを用いてもよい。

また、図７に描かれているように、複数の電極８７ｂがなすラインの両側には、電極８７ｂと同じ形状の凹部８８がそれぞれ形成されている。同様に、図８に描かれているように、複数の電極８７ｂ〜８７ｆがなす各ラインの両側には、電極８７ｂ〜８７ｆと同じ形状の凹部８８がそれぞれ形成されている。凹部８８は各ラインの最も外側の電極８７ｂ〜８７ｆから、ライン方向に隣接する電極間の距離と同じだけ離れている。このように、圧電セラミックスプレート８６ａの電極領域は、複数の凹部８８によって面方向に部分的且つ不連続的に囲まれている。

次に、このインクジェットヘッド８１の製造方法について簡単に説明する。インクジェットヘッド８１を製造するには、流路ユニット７及びアクチュエータユニット８１などの部品を別々に作製し、それから各部品を組み付ける。

流路ユニット７を作製する手順は上述した第１の実施の形態のものと同じであるので、ここでは説明を省略する。アクチュエータユニット８１を作製するには、まず、圧電セラミックスのグリーンシートを１枚用意し、このグリーンシートの圧力室に対応した部分に電極配置用の多数の円柱状凹部及び凹部８８をプレス加工又はレーザ加工で形成する。プレス加工は、グリーンシートをアクチュエータユニット６に対応した所定形状に成形する際に同時に行うことができるという点で利点が大きい。

その後、円柱状凹部内にペースト状の導電性材料を流し込んでから圧電セラミックスのグリーンシートを公知のセラミックスと同様に脱脂し、さらに所定の温度で焼成する。これにより、円柱状凹部内に電極８７ａ〜８７ｇが配置され且つ複数の電極８７ｂ〜８７ｆがなす各ラインの両側に凹部８８が形成された圧電セラミックスプレート８６ａが得られる。そして、電極８７ａ〜８７ｇに金属配線９４〜１００を印刷又は蒸着により施すことにより、アクチュエータユニット８６が得られる。なお、圧電セラミックスのグリーンシートは、予め焼成による収縮量を見込んで設計される。

しかる後、流路ユニット７とアクチュエータユニット８６とが、電極領域の位置と圧力室１０の位置とを合わせて、熱硬化性接着剤を用いて貼り合わされると共に、アクチュエータユニット８６と別途用意されたＦＰＣとが対応する端子同士がそれぞれ重なるように半田を用いて貼り合わされる。

その後、電極８７ａ、８７ｃ、８７ｅ、８７ｇの電位をグランド電位に保持した状態において電極８７ｂ、８７ｄ、８７ｆに高電位を与えることで、電極領域内の圧電セラミックスプレート８６ａを電極の対向方向つまり面方向に沿って各電極８７ａ〜８７ｇがなすラインと直交する方向に分極させ、この領域を活性部とする。以上の工程を経ることによって、インクジェットヘッド８１が完成する。

なお、上述した製造工程において、グリーンシートの焼成後にレーザ加工で円柱状凹部及び凹部８８を形成するようにしてもよい。また、グリーンシートの焼成後に円柱状凹部内に電極を配置するようにしてもよい。さらに、分極工程の後でＦＰＣの貼り合わせ行ってもよい。この場合、電極８７ａ〜８７ｇへはＦＰＣ以外から電位を与える必要がある。

このように、本実施の形態による液体圧力発生機構であるアクチュエータユニット８１によると、圧電セラミックスプレート８６ａ内に配置された電極８７ａ、８７ｃ、８７ｅ、８７ｇと電極８７ｂ、８７ｄ、８７ｆとの電位差を制御することで、圧電セラミックスプレート８６ａをその厚み方向に湾曲した状態と湾曲していない状態とのいずれかに切り替えることができる。したがって、所望の圧力室１０内のインクに圧力を与えてインクを噴射させることができる。

また、本実施の形態のアクチュエータユニット８１は、圧電セラミックスプレート８６ａに電極８７ａ〜８７ｇを配置するという簡易な工程で容易に製造可能である。そのため、製造コストを低く抑えることができるという優れた利点を有する。なお、凹部８８は電極配置用の多数の円柱状凹部と同時に形成できるので、第１の実施の形態に比べて製造工程が複雑になることはない。また、アクチュエータユニット８１は、特許文献１及び特許文献２のように多数の圧電セラミックスプレートと薄層電極とを積層した構造になっていないために、電極を十分な厚さの非電極領域を介してインクと隔てることができ、圧電セラミックスプレート８６ａに微細なクラックが存在してもインク漏れなどのために隣接する電極同士がショートするなどの故障が生じることが少なく、耐久性が高い。

また、本実施の形態においては、圧電セラミックスプレート８６ａの電極領域が複数の凹部８８によって面方向に部分的且つ不連続的に囲まれているために、圧電セラミックスプレート８６ａの１つの電極領域の変形が隣接する電極領域に伝播するのを抑制することができる。したがって、インクが噴射されるノズル９に隣接したノズル９からのインク噴射が悪影響を受けずらくなって、クロストークが抑制される。その他、第１の実施の形態と同様の利益が得られる。

なお、本実施の形態では、凹部８８の軸方向の長さを電極８７ａ〜８７ｇの軸方向の長さと同じとしたが、凹部８８の軸方向の長さを電極８７ａ〜８７ｇの軸方向の長さよりも長くすることでクロストーク低減効果を高めることができる。また、電極領域を円柱状の凹部８８によって不連続的に囲むよりも溝状の凹部で電極領域を連続的に囲むようにすればクロストーク低減効果をさらに高めることができる。この凹部８８は、図３のように電極を円形に配置したものの外周に設けることもでき、また、図２の２層のものにも適用できる。

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定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいてさまざまな変更が可能なものである。例えば、電極は同心環状やライン状だけでなく、同心楕円形状や同心長方形状に圧電セラミックスプレート内に配置されてよく、環状に配置する場合であっても同心でなくてもよく、どの場合も等間隔でなくてもよい。また、第１及び第３の実施の形態では圧電セラミックスプレートを１層とし、第２の実施の形態では圧電セラミックスプレートを２層としたが、圧電セラミックスプレートを３層以上積層してもよい。このとき、電極は全ての層を貫通しないように少なくとも最外層内に配置されていればよい。

また、圧電材料からなる板状体内に配置される電極の形状、分布は任意である。例えば、上述の実施の形態では比較的小さな電極を用いてこれらを適宜分布させるようにしたが、大きな帯状の電極を互いが対向するように１組配置してもよい。また、上述した実施の形態では電極がその一端が露出するようにアクチュエータユニットの上面側に偏在しているが、電極がアクチュエータユニット内に埋め込まれていて電極の一端が露出していなくてもよい。また、電極はアクチュエータユニットの下面（圧力室側の面）側に偏在していてもよい。こうすると、電界をかけたときに圧力室の容積が減少する。

また、上述の実施の形態では圧電セラミックスプレートの分極方向が電界方向と同じであるが、分極方向を電界方向と交差する方向にしてもよい。例えば、図１のものにおいて、電極１７ａと電極１７ｂとの間、電極１７ｂと電極１７ｃとの間、電極１７ｃと電極１７ｄとの間を圧電セラミックスプレートの厚み方向でかつ交互に逆方向に分極し、さらに電極１７ａを中心として左右対称に分極する。このようにすると、各電極間はシェアモード変形し、電極領域全体としては電極１７ａを頂点とした円錐型に変形する。なお、このとき、圧電セラミックスプレートを分極させるのに電極を用いることができなくなるので、ＦＰＣを貼り付ける前に別の手段で圧電セラミックスプレートを分極させる必要がある。また、上述した実施の形態において、多数の電極に印加する正電位及びグランド電位の関係を入れ替えてもよく、正電位と負電位或いは負電位とグランド電位を印加するようにしてもよい。

また、上述した実施の形態で説明したインクジェットプリンタと同様に構成された液滴噴射装置において、噴射媒体として導電ペーストを用いることにより、極めて微細な電気回路パターンを印刷したり、或いは、噴射媒体として有機発光体を用いることにより有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ（ＯＥＬＤ）などの高精細ディスプレイデバイスを作成したりすることもできる。そのほか、上述した実施の形態で説明したインクジェットプリンタと同様に構成された液滴噴射装置は、微小なドットを被印刷媒体上に形成する用途であれば、極めて広範に用いることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る液体圧力発生機構であるアクチュエータユニットを含むインクジェットヘッドをその長手方向に沿って切断した部分断面図である。 図１に示すインクジェットヘッドをその幅方向に沿って切断した部分断面図である。 図１に示されたアクチュエータユニットの部分拡大斜視図である。 図３に示されたアクチュエータユニットの変形例を示す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態に係る液体圧力発生機構であるアクチュエータユニットを含むインクジェットヘッドをその長手方向に沿って切断した部分断面図である。 図５に示されたアクチュエータユニットの部分拡大斜視図である。 本発明の第３の実施の形態に係る液体圧力発生機構であるアクチュエータユニットを含むインクジェットヘッドをその長手方向に沿って切断した部分断面図である。 図７に示されたアクチュエータユニットの部分拡大斜視図である。 従来のインクジェットヘッドをその長手方向に沿って切断した部分断面図である。

符号の説明

１ インクジェットヘッド（流体圧力発生機構）
６ アクチュエータユニット
６ａ 圧電セラミックスプレート（板状体）
７ 流路ユニット
９ ノズル
１０ 圧力室
１０ａ 隔壁
１７ａ、１７ｃ 電極（第１の電極）
１７ｂ、１７ｄ 電極（第２の電極）
２１ａ、２２ａ、２１ｂ、２２ｂ 端子
２４、２５、２６ 金属配線

Claims (13)

1. 圧電材料からなる板状体と、
   前記板状体を貫通することなくその表面から厚み方向に延びるように前記板状体内に配置された第１の電極と、
   前記板状体の面方向について前記第１の電極と対向するように前記板状体の表面からその厚み方向に延びるように前記板状体内に配置された第２の電極とを備えていることを特徴とする液体圧力発生機構。
2. 前記板状体の前記第１の電極と前記第２の電極とに挟まれた領域が両電極の対向方向に分極されており、前記領域にその分極方向と同じ方向の電界が加えられると、前記板状体の前記第１の電極及び前記第２の電極が配置された側とその反対側との面方向への伸長差により前記板状体が湾曲することを特徴とする請求項１に記載の液体圧力発生機構。
3. 複数の前記第１の電極及び複数の前記第２の電極が、前記板状体の所定領域内に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体圧力発生機構。
4. 複数の前記第１の電極及び複数の前記第２の電極が、交互に同心環状に又はライン状に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体圧力発生機構。
5. 前記板状体の前記第１の電極及び前記第２の電極が配置された側の面に、前記所定領域を取り囲むように複数の凹部が設けられていることを特徴とする請求項３又は４に記載の液体圧力発生機構。
6. 前記板状体の前記第１の電極及び前記第２の電極が配置されていない側の面に、圧力が付与されるべき液体を収容する圧力室が配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の液体圧力発生機構。
7. 前記板状体の前記第１の電極及び前記第２の電極が配置されていない側の面に、互いに隔壁によって隔てられた複数の前記圧力室が配置されており、
   複数の前記第１の電極及び前記第２の電極が、前記板状体の複数の前記圧力室に対応した複数の領域内にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項６に記載の液体圧力発生機構。
8. 圧電材料からなる第１の板状体と、
   前記第１の板状体の表面からその厚み方向に延びるように前記第１の板状体内に配置された第１の電極と、
   前記第１の板状体の面方向について前記第１の電極と対向するように前記第１の板状体の表面からその厚み方向に延びるように前記第１の板状体内に配置された第２の電極と、
   前記第１の板状体と積層されており、前記第１の電極と前記第２の電極との間にある前記第１の板状体に面方向の電界を加えたときに前記第１の板状体がその面方向に伸びるのに抵抗する第２の板状体とを備えていることを特徴とする液体圧力発生機構。
9. 複数の前記第１の電極及び複数の前記第２の電極が、前記第１の板状体の所定領域内に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の液体圧力発生機構。
10. 複数の前記第１の電極及び複数の前記第２の電極が、交互に同心環状に又はライン状に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の液体圧力発生機構。
11. 前記第１の板状体の前記第２の板状体とは反対側の面に、前記所定領域を取り囲むように複数の凹部又は貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項９又は１０に記載の液体圧力発生機構。
12. 前記第２の板状体の前記第１の板状体とは反対側の面に、圧力が付与されるべき液体を収容する圧力室が配置されていることを特徴とする請求項６〜１０のいずれか１項に記載の液体圧力発生機構。
13. 前記第２の板状体の前記第１の板状体とは反対側の面に、互いに隔壁によって隔てられた複数の前記圧力室が配置されており、
    複数の前記第１の電極及び前記第２の電極が、前記第１の板状体の複数の前記圧力室に対応した複数の領域内にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の液体圧力発生機構。

Images