JP2009083336A - 液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】高密度化しても、個別電極の数、つまり信号線の数を増やすことなく、クロストークを抑制する。
【解決手段】圧電アクチュエータ１２は、圧力室１４Ａａの中央部分に対応する第１の活性部Ｓ１１〜Ｓ１２と、前記圧力室の前記中央部分よりも外周側の部分に対応する第２の活性部Ｓ２１，Ｓ２２とを備える。前記第１の活性部と前記第２の活性部は、各々所定の方向の電圧が印加されることにより、変形する。第１の活性部Ｓ１１〜Ｓ１３は前記所定の方向に沿って分極されたものであり、第２の活性部Ｓ２１，Ｓ２２は前記所定の方向と反対方向に沿って分極されている。
【選択図】 図６

Description

本発明は、インクジェットプリンタなどの液滴吐出装置及びインクジェットヘッドなどの液滴吐出ヘッドに関するものである。

従来、液滴吐出装置の１つとして、複数の圧力室が規則的に形成されたキャビティユニットに、前記各圧力室内のインクを選択的に吐出させるための圧電アクチュエータが接合されたインクジェットヘッドと、前記圧電アクチュエータに電圧を印加する電圧印加手段とを備えたインクジェットプリンタが知られている。そして、前述したような圧電アクチュエータとしては、積層型の縦効果アクチュエータを用いるもの（例えば特許文献１参照）や、ユニモルフアクチュエータを用いるものが知られている（例えば特許文献２参照）。

そのようなインクジェットプリンタのインクジェットヘッドにおいて、ノズル数を増加させて記録の高画質・高品質を確保するために、圧力室の高密度化の要求がある。圧力室を高密度化して配列すると、隣接する圧力室間の距離が短くなるので、駆動時に、隣接する圧力室への影響、いわゆるクロストークの問題が生じる。

つまり、インクジェットヘッドは、例えば図１３及び図１４に示すように、３つの圧電材料層１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃからなる圧電アクチュエータ１１２が、圧力室１１４ａが規則的に形成されるキャビティユニット１１４の上側に拘束プレート１１５を介して接合されてなる。そして、圧電材料層１１２ａの上面側に、各圧力室１１４ａに対応して個別電極１２１が、下面側に定電位電極１２２（グランド電位）がそれぞれ設けられ、また、圧電材料層１１２ｃの上面側に個別電極１２１が、下面側に定電位電極１２２がそれぞれ設けられている。このような構成であると、個別電極１２１と定電位電極１２２にて挟まれる領域（圧電材料層）が、個別電極１２１に選択的に正の電位を付与することで、圧力室１１４ａの容積を変化させて、ノズル穴１１４ｂからインクを吐出させる活性部Ｓとして機能する。このようなインク吐出のための変形は、インクを吐出する圧力室だけでなく、図１５に示すように、圧電材料層１１２ａ〜１１２ｃの変形により、その圧力室１１４ａに隣接する圧力室１１４ａにも影響する。

そのため、隣接する圧力室１１４について吐出特性が変動する不具合（例えば、ノズル穴１１４ｂから意図しないインクの吐出がなされるといった不具合）、すなわちクロストークの問題が生じていた。

このようなクロストークの問題を解消するため、様々な対策が提案されている。例えば、特許文献３には、圧力発生室１２の幅方向両側の隔壁１１間に亘って梁部１００を設けることで、隔壁１１の剛性を向上させて、隣接する圧力発生室間でクロストークが発生するのを防止したものが記載されている。

また、特許文献４には、各加圧液室４を隔絶する側壁５に、ノズル板３から所定深さと所定幅を有する弾性体７が配設することで、機械的クロストークを減少させるようにしたものが記載されている。
特開２００５−５９５５１号公報 特開２００５−３１７９５２号公報 特開２００２−２５４６４０号公報（図２） 特開２００２−１９１１３号公報（図１）

しかしながら、これらの対策も圧力室（インク吐出ｃｈ）の高密度化が進むにつれて、完全なものではなくなってきた。

この発明は、高密度化しても、個別電極の数、つまり信号線の数を増やすことなく、クロストークを抑制することができる液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッドを提供することを目的とする。

請求項１の発明は、複数の圧力室が規則的に形成されたキャビティユニットに前記各圧力室内の液体を選択的に吐出させるための圧電アクチュエータが接合された液滴吐出ヘッドと、前記圧電アクチュエータに電圧を印加する電圧印加手段とを備えた液滴吐出装置であって、前記圧電アクチュエータは、前記圧力室の中央部分に対応する第１の活性部と、前記圧力室の前記中央部分よりも外周側の部分に対応する第２の活性部とを備え、前記電圧印加手段は、前記第１の活性部と前記第２の活性部の各々に、所定の方向の電圧を印加するものであり、前記第１の活性部は前記所定の方向に沿って分極されたものであり、前記第２の活性部は前記所定の方向と反対方向に沿って分極されたものであることを特徴とする。ここで、「活性部」は、電圧の印加・非印加で、変形状態になったり、非変形状態になったりする部分を意味する。また、「第２の活性部」は、圧力室に対応する部分と圧力室間の桁部に対応する部分とに跨って存在する場合のほか、圧力室に対応する部分から外れて桁部に対応する部分にしか存在しない場合と、圧力室に対応する部分にしか存在しない場合も含む。「所定の方向」は、圧力室と活性部が並ぶ方向、すなわち圧電アクチュエータとキャビティユニットとの積層方向を意味する。

このようにすれば、圧力室の中央部分に対応する第１の活性部と、前記圧力室の中央部分よりも外周側の部分に対応する第２の活性部とは、電圧の印加によって逆方向の変形が生じるので、圧力室の配置を高密度化して、隣り合う圧力室同士が接近するようになっても、圧力室内の液体を吐出させるための第１の活性部の変形が、隣接する圧力室に伝播される際に、第２の活性部の変形によってキャンセルされる。よって、第１の活性部の変形が、高精度のタイミング制御を要することなく、隣接する圧力室へ伝播する、いわゆるクロストークが抑制される。

請求項２の発明は、複数の圧力室が規則的に形成されたキャビティユニットに前記各圧力室内の液体を選択的に吐出させるための圧電アクチュエータが接合された液滴吐出ヘッドと、前記圧電アクチュエータに電圧を印加する電圧印加手段とを備えた液滴吐出装置であって、前記圧電アクチュエータは、前記圧力室の中央部分に対応する第１の活性部と、前記圧力室の前記中央部分よりも外周側の部分に対応する第２の活性部とを備え、前記第１の活性部は、個別電極と第１の定電位電極とによって挟まれる圧電材料層から構成されるものであり、前記個別電極と前記第１の定電位電極との積層方向に沿った所定の向きに分極されており、前記第２の活性部は、前記個別電極と第２の定電位電極とによって挟まれる圧電材料層から構成されるものであり、前記個別電極と前記第２の定電位電極との積層方向に沿った前記所定の向きと反対の向きに分極されており、前記電圧印加手段は、前記個別電極に対して第１の電位およびそれと異なる第２の電位を選択的に付与し、前記第１及び第２の定電位電極に対して前記第１の電位を付与すること特徴とする。

このようにすれば、個別電極に第２の電位を付与して液体を吐出させる際に、圧力室内の液体を吐出させるための第１の活性部の変形が、隣接する圧力室に伝播される際に、それをキャンセルする第２の活性部の変形が第１の活性部の変形と同時に行われる。よって、第１の活性部の変形が隣の圧力室に伝播しようとするのが、第２の活性部の変形によって打ち消され、クロストークが抑制される。

請求項３に記載のように、請求項２の液滴吐出装置において、前記第２の活性部を挟む前記個別電極と前記第２の定電位電極との間隔は、前記第１の活性部を挟む前記個別電極と前記第１の定電位電極との間隔よりも大きいことが望ましい。

このようにすれば、前記第２の活性部を挟む前記個別電極と前記第２の定電位電極との間隔は、前記第１の活性部を挟む前記個別電極と前記第１の電極との間隔よりも大きいので、前記各活性部に電圧が前記所定の向きに印加されるとき、前記所定の向きに分極されている第１の活性部に比べて、前記所定の向きと反対の向きに分極されている第２の活性部は低い電界強度となり、第２の活性部における分極劣化を防止するのに有利となっている。

請求項４に記載のように、請求項２または３の液滴吐出装置において、前記圧電アクチュエータは、前記圧電材料層を構成する複数枚の圧電シートを含んでおり、厚さが異なる、２枚の圧電シートが積層されている部分を少なくとも一部に有することが望ましい。

このようにすれば、厚さが薄い圧電シートを絶縁層として利用することで、前記第１の定電位電極と前記第２の定電位電極とが確実に隔離され状態で形成される。よって、それらの電極を同一面上に形成する場合に比べて、電極間の間隔を狭くして形成することが可能となる。

請求項５に記載のように、請求項４の液滴吐出装置において、上側の圧電シートと、この上側の圧電シートより薄い下側の圧電シートとが積層されている部分を有し、前記上側の圧電シートと下側の圧電シートとの間に前記第２の定電位電極が、前記下側の圧電シートの下側に第１の定電位電極がそれぞれ配置されている構成とすることができる。

このようにすれば、第１の定電位電極と第２の定電位電極とが、絶縁層となる下側の圧電シートを挟んで隔離されるので、前記下側の圧電シートを利用して第１の定電位電極と第２の定電位電極とを近接して形成しても、それらがショートすることがない。よって、第１の活性部と第２の活性部を近接して配置することが可能となり、小型化を図る上で有利となる。

請求項６に記載のように、請求項４の液滴吐出装置において、前記他のシートより厚さが薄い２つの圧電シートが積層された部分を有し、前記２つの圧電シートのうち上側の圧電シート上に前記個別電極が、前記２つの圧電シートの間に前記第２の定電位電極が、前記下側の圧電シートの下側に前記第１の定電位電極がそれぞれ配置されている構成とすることも可能である。

このようにすれば、個別電極、第１の定電位電極及び第２の定電位電極とが、２つの圧電シートを絶縁層として利用することで隔離して形成されるので、それらの電極を近接して形成しても、それらがショートすることがない。よって、個別電極、第１の活性部及び第２の活性部を近接して配置することが可能となり、小型化を図る上で有利となる。

請求項７に記載のように、請求項２〜６のいずれかの液滴吐出装置において、前記第２の定電位電極は、前記圧力室の外周縁よりも外側である隣接する前記圧力室との間の桁部に対応してそれぞれ配置される構成としてもよい。

このようにすれば、第２の定電位電極に対応する第２の活性部が変形しても、圧力室の容積変化には寄与しないが、クロストークの抑制効果は発揮される。

請求項８に記載のように、請求項１〜６のいずれかの液滴吐出装置において、前記第２の活性部は、前記圧力室の外周縁よりも内側の領域を含むことが望ましい。

このようにすれば、第１の活性部の変形だけでなく、第２の活性部の変形も圧力室の容積変化に貢献することとなり、第１の活性部の変形だけによる場合よりも圧力室の容積を大きく変化させることができる。よって、圧電アクチュエータに電圧を印加して、圧力室内の液体を選択的に吐出させる吐出効率（前記電圧を印加したときの吐出量）を向上させることが可能となる。

請求項９の発明は、複数の圧力室が規則的に形成されたキャビティユニットに前記各圧力室内の液体を選択的に吐出させるための圧電アクチュエータが接合された液滴吐出ヘッドであって、前記圧電アクチュエータは、前記圧力室の中央部分に対応する第１の活性部と、前記圧力室の前記中央部分よりも外周側の部分に対応する第２の活性部と、前記第１の活性部に対応する領域と前記第２の活性部に対応する領域に跨ってこれらの領域をともに占めるように形成された個別電極と、前記第１の活性部に対応する領域を占めるように形成された第１の定電位電極と、前記第２の活性部に対応する領域を占めるように形成された第２の定電位電極とを備え、前記第１の活性部は、前記個別電極から前記第１の定電位電極に向かって分極されており、前記第２の活性部は、前記第２の定電位電極から前記個別電極に向かって分極されていることを特徴とする。

このようにすれば、圧力室の中央部分に対応する第１の活性部と、前記圧力室の前記中央部分よりも外周側の部分に対応する第２の活性部とは、電圧の印加によって逆方向の変形が生じる構成とすることができるので、第１の活性部の変形が、隣接する圧力室に伝播するクロストークが抑制される。

本発明は、圧力室の中央部分に対応する第１の活性部と、前記圧力室の前記中央部分よりも外周側の部分に対応する第２の活性部とは、電圧の印加によって逆方向の変形が生じるようにしているので、圧力室の配置を高密度化しても、第１の活性部の変形が、隣接する圧力室に伝播する際に、第２の活性部の変形によってキャンセルし、クロストークを抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。
（実施例１）
図１（ａ）は本発明にかかるインクジェットプリンタ（液滴吐出装置）の概略構成を示す概略構成図、図１（ｂ）は本発明にかかるキャビティユニット、圧電アクチュエータ及びフレキシブル配線板（ＣＯＦ）の関係を示す説明図である。

本発明に係るインクジェットプリンタ１は、図１（ａ）に示すように、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（液滴吐出ヘッド）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、記録用紙Ｐの搬送方向Ａと直交する方向Ｂにおいて往復移動する構成とされている。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、プラテンローラ（図示せず）とインクジェットヘッド３との間に導入されて、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記録がなされ、その後排紙ローラ６にて排紙される。

また、図１（ｂ）に示すように、インクジェットヘッド３は、キャビティユニット１１と、圧電アクチュエータ１２とを下側から順に備え、圧電アクチュエータ１２の上面に、駆動回路９０からの駆動信号を供給するフレキシブル配線板１３（信号線）が設けられている。

キャビティユニット１１は、図２に示すように、複数枚のプレート部材からなる積層体１４を含む。その積層体１４の上側には、トッププレート１５が設けられる一方、下側には、ノズル穴１６ａを有するノズルプレート１６及びノズル穴１６ａに対応して貫通穴１７ａを有するスペーサプレート１７を貼り合わせてなるプレートアッセンブリ１８が一体に貼り付けられている。そして、トッププレート１５の上側に、各圧力室１４Ａａ内のインク（液体）を選択的に吐出させるための圧電アクチュエータ１２が接合されている。また、キャビティユニット１１の開孔１１ａ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１９が設けられる。ノズルプレート１６は、（積層体１４を構成する）キャビティプレート１４Ａの１つの圧力室１４Ａａについて、１つのノズル穴１６ａがそれぞれ設けられた合成樹脂（例えばポリイミド樹脂）のプレートである。なお、ノズルプレート１６は金属プレートとしてもよい。

積層体１４は、図３に示すように、上側から順にキャビティプレート１４Ａ、ベースプレート１４Ｂ、アパチャープレート１４Ｃ、２枚のマニホールドプレート１４Ｄ，１４Ｅ、及びダンパープレート１４Ｆがそれぞれ重ねられて金属拡散接合されたものである。これら６枚のプレート１４Ａ〜１４Ｆは、各ノズル穴１６ａ毎に個別に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。ここで、キャビティプレート１４Ａは、複数の圧力室１４Ａａとして機能する開口が、ノズル列に対応して規則的に形成された金属プレートである。ベースプレート１４Ｂは、マニホールド１４Ｄａ，１４Ｅａ（共通インク室）から各圧力室１４Ａａへの連通穴１４Ｂａ及び各圧力室１４Ａａから各ノズル穴１６ａへの連通穴１４Ｂｂがそれぞれ設けられた金属プレートである。アパチャープレート１４Ｃには、それの上面に、各圧力室１４Ａａとマニホールド１４Ｄａ，１４Ｅａとを連通する連通路２１が凹部通路として形成されるとともに、マニホールド１４Ｄａ，１４Ｅａ（共通インク室）から各圧力室１４Ａａへの連通穴１４Ｃａ及び各圧力室１４Ａａからノズル穴１６ａへの連通穴１４Ｃｂ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１４Ｄ，１４Ｅは、マニホールド１４Ｄａ，１４Ｅａに加えて、各圧力室１４Ａａから各ノズル穴１６ａへの連通穴１４Ｄｂ，１４Ｅｂがそれぞれ設けられた金属プレートである。ダンパープレート１４Ｆは、下面に凹部として形成されるダンパー室１４Ｆａのほか、各圧力室１４Ａａを各ノズル穴１６ａに連通する連通穴１４Ｆｂが設けられた金属プレートである。

このように、キャビティユニット１１は、複数のノズル穴１６ａ、複数のノズル穴１６ａの各々に連通する複数の圧力室１４Ａａ及びこの圧力室１４Ａａに供給するインクを一時的に貯留するマニホールド１４Ｄａ，１４Ｅａを含む構成とされる。

圧電アクチュエータ１２は、図４に示すように、圧電材料層を構成する複数枚の圧電シート１２ａ，１２ｂ，１２ｃを積層して形成されている。圧電シート１２ａ〜１２ｃ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（圧電シート）からなり、その厚み方向において分極している（図５参照）。

そして、圧電アクチュエータ１２は、圧力室１４Ａａを平面視したとき（キャビティユニット１１と圧電アクチュエータ１２との積層方向から見たとき）、圧力室１４Ａａの中央部分に対応する第１の活性部Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３と、圧力室１４Ａａの中央部分よりも外周側の左右部分に対応する第２の活性部Ｓ２１，Ｓ２２とを備える。ここで、圧力室１４Ａａの中央部分とは、ノズル穴１６ａが配列されているノズル列方向Ｘにおける中央部分である。

第２の活性部Ｓ２１，Ｓ２２は、隣り合う圧力室１４Ａａを仕切る壁である桁部１４Ａｂに対応する領域だけでなく、圧力室１４Ａａの外周縁１４Ａａａよりも内側部分（中央部分側）に対応する領域を含む構成とされる。

第１の活性部Ｓ１１〜Ｓ１３は、各圧力室１４Ａａ毎に設けられる個別電極２１Ａ，２１Ｂと第１の定電位電極２２Ａ，２２Ｂとの間に圧電シート１２ａ〜１２ｃが挟まれる部分を有する。一方、第２の活性部Ｓ２１，Ｓ２２は、個別電極２１Ａと第２の定電位電極２３との間に圧電シート１２ａ〜１２ｃが挟まれる部分を有する。なお、電極２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂは、Ａｇ−Ｐｄ系等の金属材料からなる。

各個別電極２１Ａには、フレキシブル配線板１３（信号線）を通じて、駆動信号を供給する駆動回路である駆動ＩＣ９０（図１（ｂ）参照）が電気的に接続される。この駆動ＩＣ９０及びフレキシブル配線板１３によって、圧電アクチュエータ１２（第１及び第２の活性部Ｓ１１〜Ｓ１３，Ｓ２１，Ｓ２２）に駆動電圧を印加する電圧印加手段が構成される。

つまり、圧力室１４Ａａの容積を変化させるために、後述するように、個別電極２１には、フレキシブル配線板１３を通じて、第１の電位（グランド電位）及びそれと異なる第２の電位（例えば２０Ｖ）が選択的に印加される。また、第１の定電位電極２２Ａ，２２Ｂ及び第２の定電位電極２３は、第１の電位が常時付与される。

このように、圧電アクチュエータ１２は、各圧力室１４Ａａに対応する個別電極２１Ａ，２１Ｂを有し、この個別電極２１Ａ，２１Ｂに駆動信号として、第１の電位と第２の電位とが選択的に付与されることで圧力室１４Ａａの容積を変化させてノズル穴１６ａからインクを吐出させる構成とされる。

さらに詳述すると、個別電極２１Ａは、ノズル列方向Ｘにおいて圧力室１４Ａａより長く、ノズル列方向Ｘに直交する方向ｙにおいては圧力室１４Ａａより短く、第１の活性部Ｓ１１〜Ｓ１３に対応する領域と第２の活性部Ｓ２１，Ｓ２２に対応する領域とに跨ってこれらの領域をともに占めるように形成されている。そして、圧力室１４Ａａ側に位置する個別電極２２Ｂは、圧力室１４Ａａより離れて位置する個別電極２１Ａよりもノズル列方向Ｘに短く形成されている。

そして、第１の定電位電極２２Ａ，２２Ｂは、ノズル列方向Ｘにおいて圧力室１４Ａａより短く、第１の活性部Ｓ１１〜Ｓ１３に対応する領域を占めるように形成される。そして、圧力室１４Ａａ側に位置する第１の定電位電極２２Ｂは、圧力室１４Ａａより離れて位置する第１の定電位電極２２Ａよりもノズル列方向Ｘに短く形成されている。

第２の定電位電極２３は、第２の活性部Ｓ２１，Ｓ２２に対応する領域及び、ノズル列方向に直交する方向において隣り合う圧力室１４Ａａ間の桁部１４Ａｂに対応する領域を占めるように形成されている。つまり、第２の定電位電極２３は、桁部１４Ａｂに対応する領域を含めて圧力室１４Ａａのノズル列方向側部に対応する領域まで延び、圧力室１４Ａａのノズル列方向において隣り合う２つの圧力室１４Ａａ，１４Ａａについて共有される。

そして、個別電極２１Ａは、第１及び第２の定電位電極２２Ａ，２２Ｂ，２３について共有される。

具体的な電極の配置は、圧力室１４Ａａから最も離れた圧電シート１２ａにおいて、一方の面（図４において上側の面）側に個別電極２１Ａを形成し、他方の面（図４において下面）側に第１の定電位電極２２Ａを形成することで、第１の活性部Ｓ１１が同一の圧電シート１２ａに形成される。また、圧電シート１２ｃにおいて、一方の面（図４において上側の面）側に個別電極２１Ｂを形成し、他方の面（図４において下側の面）側に第１の定電位電極２２Ｂと第２の定電位電極２３を交互に形成することで、圧電シート１２ａの第１の活性部Ｓ１１に対応する第１の活性部Ｓ１２，Ｓ１３が、圧電シート１２ｂ，１２ｃにそれぞれ形成される。また、圧電シート１２ａ〜１２ｃにわたって第２の活性部Ｓ１１，Ｓ１２が形成されている。

この第１の活性部Ｓ１１，Ｓ１２は、第２の定電位電極２２Ａが第２の定電位電極２２Ｂよりもノズル列方向Ｘに長いことから、第１の活性部Ｓ１３よりもノズル列方向の長さが長くなっている。

また、各圧電シート１２ａ〜１２ｃの電極２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ，２３は、平面視で見ると、図５に示すように配置されている。即ち、圧電シート１２ａ，１２ｃの上面側（第１層、第３層）には、各圧力室１４Ａａに対応して個別電極２１Ａ，２１Ｂがノズル列方向において一定ピッチで形成されている。そして、隣り合う個別電極２１Ａ，２１Ｂは、ノズル列方向において半ピッチずれて形成され、それらの列の間において、各個別電極２１の、フレキシブル配線板１３の接続端子（図示せず）に接続される接続部２１Ａａ，２１Ｂａが千鳥状に形成されている。

圧電シート１２ａの下面側（第２層）には、各圧力室１４Ａａに対応して第１の定電位電極２２Ａがノズル列方向において一定ピッチで形成され、それらの一端部が、グランド電位とされノズル列方向に延びている共通電極２２Ａａに接続されている。そして、隣り合う圧力室１４Ａａの間には、圧電シート１２ａの上面側の個別電極２１Ａを、それの下側に位置する圧電シート１２ｃの上面側の個別電極２１Ｂにスルーホール２４（内部に導電性材料を充填）を利用して電気的に接続するための中間電極２５が千鳥状に形成されている（図５参照）。つまり、個別電極２１Ａの接続部２１Ａａと中間電極２５とが、圧電シート１２ａに形成されるスルーホール２４によって接続され、中間電極２５と個別電極２１Ｂの接続部２１Ｂａとが、圧電シート１２ｂに形成される別のスルーホール２４によって接続される。

圧電シート１２ｃの下面側には、圧力室１４Ａａに対応してノズル列方向Ｘに一定ピッチで第１の定電位電極２２Ｂが形成され、それらの一端部が、グランド電位とされノズル列方向Ｘに延びている共通電極２２Ｂａに接続されている。また、第１の定電位電極２２Ｂの間に第２の定電位電極２３がそれぞれ形成され、それらの一端部が、グランド電位とされノズル列方向Ｘに延びている共通電極２３ａに接続されている。

なお、圧力室１４Ａａ側に位置する第１の定電位電極２２Ｂは、圧力室１４Ａａとは離れている第１の定電位電極２２Ａよりも、ノズル列方向Ｘの長さが長く形成されている。

また、図６に示すように、第１の活性部Ｓ１１〜Ｓ１３は、個別電極２１に第２の電位が付与され電圧が印加される所定の方向に沿って分極されたものであり、第２の活性部Ｓ２１，Ｓ２２は前記所定の方向と反対方向に沿って分極されたものである。

つまり、個別電極２１Ａ，２１Ｂと第１の定電位電極２２Ａ，２２Ｂとによって挟まれる圧電シート（圧電材料層）から構成される第１の活性部Ｓ１１〜Ｓ１３は、個別電極２１Ａ，２１Ｂと第１の定電位電極２２Ａ，２２Ｂとの積層方向に沿った所定の向きに分極されている。つまり、第１の活性部Ｓ１１〜Ｓ１３は、変形するときに印加される電圧の方向と同じ方向（分極方向）に分極されている。そして、個別電極２１Ａ，２１Ｂと第２の定電位電極２３とによって挟まれる圧電シート（圧電材料層）から構成される第２の活性部Ｓ２１，Ｓ２２は、個別電極２１Ａ，２１Ｂと第２の定電位電極２３との積層方向に沿った前記所定の向きと反対の向きに分極されている。つまり、第２の活性部Ｓ２１，Ｓ２２は、変形するときに印加される電圧の方向と同じ方向に分極されている。つまり、電圧が印加される方向と分極方向が逆方向である。

また、第２の活性部Ｓ２１，Ｓ２２は、個別電極２１Ａ，２１Ｂと第２の定電位電極２３との積層方向に沿った前記所定の向きと反対の向きに分極されているが、第２の活性部Ｓ２１，Ｓ２２を挟む個別電極２１Ａと第２の定電位電極２３との間隔は圧電シート３枚分の厚さに相当し、第１の活性部Ｓ１１〜Ｓ１３を挟む個別電極２１Ａ，２１Ｂと第１の電極２２Ａ，２２Ｂとの間隔（圧電シート厚さ１枚分に相当）よりも大きく、駆動時に電圧が印加されるとき低い電界強度となり、分極劣化が防止されるように構成している。

表１に示すように、第１の定電位電極２２Ａ，２２Ｂ及び第２の定電位電極２３は、常時第１の電位（グランド電位）とされる。そして、個別電極２１Ａ，２１Ｂには、第１の電位（グランド電位）と第２の電位（正の電位：２０Ｖ）とが、圧力室１４Ａａの容積を変化させるために選択的に付与される。よって、個別電極２１Ａ，２１Ｂに第２の電位（正の電位）が付与されるときには、第１の活性部Ｓ１１〜Ｓ１３及び第２の活性部Ｓ２１，Ｓ２２に共に電圧が印加される。ここで、駆動時において電極間に印加される電圧は、表１に示すように、分極時に印加される電圧よりもかなり小さく、駆動時に電極間に繰り返し電圧を印加することによる分極劣化を抑制するようになっている。

このように電極２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ，２３を配置することで、前記電圧印加手段により、個別電極２１に第２の電位（正の電位）を付与する駆動時には、第１の活性部Ｓ１１〜Ｓ１３は、分極方向と同じ方向に電圧が印加され、圧電横効果により、圧力室１４Ａａに向かう積層方向Ｚに伸張し、その積層方向Ｚと直交するノズル列方向Ｘに収縮して、圧力室１４Ａａ内の方向へ突出変形する状態となる。一方、トッププレート１５は、電界の影響を受けないため自発的には縮まないので、上側に位置する圧電シート１２ｃと下側に位置するトッププレート１５との間で分極方向と垂直な方向への歪みに差を生じる。このことと、トッププレート１５がキャビティプレート１４Ａに固定されていることとが相俟って、圧電シート１２ｃ及びトッププレート１５は圧力室１４Ａａ側に凸となるように変形しようとする（ユニモルフ変形）。このため、圧力室１４Ａａの容積が低下して、インクの圧力が上昇し、ノズル穴１６ａからインクが吐出される。

このとき、第２の活性部Ｓ２１，Ｓ２２は、第２の活性部Ｓ２１，Ｓ２２は、分極方向とは逆方向への電圧印加状態となり、圧力室１４Ａａに向かう積層方向Ｚに収縮し、その積層方向Ｚと直交するノズル列方向Ｘに伸張しようとするので、第１の活性部Ｓ１１〜Ｓ１３のノズル列方向Ｘの収縮変形の影響が、隣接する圧力室１４Ａａに伝播するのが抑制され、クロストークが抑制される。つまり、図７に示すように、第１の活性部Ｓ１１〜Ｓ１３の変形の影響が第２の活性部Ｓ２１，Ｓ２２の変形によってキャンセルされ、隣の圧力室１４Ａａにはほとんど及ばず、クロストークが抑制される。

また、第２の活性部Ｓ２１，Ｓ２２は、ノズル列方向Ｘに伸張しようとするので、第１の活性部Ｓ１１〜Ｓ１３が、圧力室１４Ａａ側に凸となるように変形しようとするのを助長することとなり、クロストークを抑制するだけでなく、圧力室１４Ａａの容積変化を大きくするのに貢献することにもなる。

なお、前記実施例１及び従来例（図１３及び図１４参照）について、隣接圧力室の断面積の変化の割合を求めたところ、表２に示すように、従来例の場合には２４％であるのに対し実施例１の場合には１１％となり、実施例１の場合には従来例に比べて変化割合がほぼ半減し、クロストークの抑制効果が発揮されることがわかる。

前記実施例１では、第２の活性部Ｓ２１，Ｓ２２が、ノズル列方向Ｘにおける圧力室１４Ａａの中央部分よりも外周側の部分に対応する領域（圧力室１４Ａａの外周縁１４Ａａａよりの内側の領域）と、桁部１４Ａｂに対応する領域との間に跨って配置されているが、図８に示すように構成することも可能である。つまり、第２の定電位電極２３Ａを、圧力室１４Ａａの外周縁１４Ａａａよりも外側である、隣接する圧力室１４Ａａとの間の桁部１４Ａｂに対応する領域のみに配置して、第２の活性部Ｓ２１ａ，Ｓ２２ａが、桁部１４Ａｂに対応する領域にしか存在しないように構成することができる。この場合には、第２の活性部Ｓ２１ａ，Ｓ２２ａに対し電圧が印加されて第２の活性部Ｓ２１ａ，Ｓ２２ａが変形しても、圧力室１４Ａａの容積の拡大には寄与しないが、クロストークの抑制効果は発揮される。

また、逆に、図９に示すように、第２の活性部Ｓ２１ｂ，Ｓ２２ｂが圧力室１４Ａａの外周側の部分に対応する領域にしか存在しないように構成することも可能である。つまり第２の定電位電極２３Ｂを、桁部１４Ａｂに対応する領域と関係なく、圧力室１４Ａａの中央部分よりも外周側の部分に対応する領域のみに設けることもできる。この場合には、前述した第２の活性部Ｓ２１，Ｓ２２が圧力室１４Ａａの中央部分よりも外周側の部分に対応する領域と、桁部１４Ａｂに対応する領域との間に亘って配置されているもの（図４参照）に比べて、第２の活性部Ｓ２１ｂ，Ｓ２２ｂのノズル列方向長さが短くなる。よって、クロストークの抑制効果と容積変化に寄与する効果の程度は劣るものの、それらの効果を発揮する点は、前述したものと同じである。

ところで、前述した個別電極２１Ａ，２１Ｂや定電位電極２２Ａ，２２Ｂ，２３は、例えばスクリーン印刷で圧電シートのシート面上に形成される。その場合、前記実施例１のように、同一面上に第１及び第２の定電位電極２２Ｂ，２３を、ノズル列方向Ｘにおいて交互に形成する場合には、短絡を回避するために、それらの電極の間隔をあまり小さくすることができないので、それら電極のノズル列方向の長さを長くすることができない。電極のノズル列方向の長さを長くできないと、圧電シート（圧電材料層）を大きく変形させることができず、高い吐出効率を得る上で不利である。しかしながら、次の実施例２に示すように、厚さが異なる、２枚の圧電シートが積層されている部分を少なくとも一部に有する構成とすることで、それらの長さを長くすることも可能である。
（実施例２）
例えば図１０に示すように、トッププレート１５の上側に、絶縁層として機能する圧電シート１２ｄ（下側の圧電シート）を介して圧電シート１２ｃ（上側の圧電シート）が設けられる。この圧電シート１２ｄは、上側の圧電シート１２ｃよりも薄く、下面側に第１の定電位電極２２Ａが形成され、上面側の第２の定電位電極２３より隔離することで、実施例１の場合よりも第１の定電位電極２２Ａの長さが長くされる。なお、この圧電シート１２ｄは、圧電シート１２ａ〜１２ｃと同じ材料から形成されている。

これにより、各圧力室１４Ａａの中央部分に対応する第１の活性部Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３ａが、それの外周側の部分に対応する第２の活性部Ｓ２１，Ｓ２２がそれぞれ形成される。

このようにすれば、厚さが薄い下側の圧電シート１２ｄを絶縁層として挟んで第１の定電位電極２２Ａと第２の定電位電極２３とを隔離することができる。よって、第１の定電位電極２２Ａや第２の定電位電極２３を、圧力室１４Ａａの大きな容積変化を確保して、高い吐出効率を得る上で有利な長さの長い電極２２Ａ，２３を、例えばスクリーン印刷などにより簡単に形成することが可能となる。しかも圧電シート１２ｄは、他の圧電シート１２ａ〜１２ｃより厚さが薄くてよいので、全体厚さもあまり厚くならない。

この実施例２の場合も、表２に示すように、隣接圧力室の断面積の変化の割合は１３％で、実施例１の場合と同様に従来例に比べて変化割合がほぼ半減し、クロストークの抑制効果が発揮されることがわかる。
（実施例３）
この例では、圧電アクチュエータは、圧力室１４Ａａから離れて積層される２つの圧電シートのシート厚さを、他の圧電シートのシート厚さより薄くした積層構造とされる。よって、実施例２とは、電極の配置が上下で対称となり、下側の個別電極が圧力室より長くなっている。

図１１に示すように、圧力室１４Ａａから最も離れて積層される２つの圧電シート１２ａ’，１２ｂ’のシート厚さを、他の圧電シート１２ｃのシート厚さのほぼ１/２の厚さ程度に薄くしている。そして、上側の圧電シート１２ａ’（圧電シート）の一方の面（上面）側に個別電極２１Ｂが、他方の面（下面）側（即ち圧電シート１２ａ’，１２ｂ’の間）に第２の定電位電極２３がそれぞれ一定の間隔でもって形成されている。また、圧電シート１２ｂ’の下側（すなわち圧電シート１２ｃの上面側）に第１の定電位電極２２Ａが、下面側に個別電極２１Ａがそれぞれ形成されている。個別電極２１Ｂと第２の定電位電極２３と、また第２の定電位電極２３と第１の定電位電極２２Ａが圧電シート１２ａ’，１２ｂ’（絶縁層）を介して電気的に隔離される。

これにより、各圧力室１４Ａａの中央部分に対応する第１の活性部Ｓ１１ａ，Ｓ１２ａが、それの外周側の部分に対応する第２の活性部Ｓ２１ｃ，Ｓ２２ｃがそれぞれ形成される。

このように、個別電極２１Ｂ、第１の定電位電極２２Ａ及び第２の定電位電極２３とを、圧電シート１２ａ’，１２ｂ’を挟んで隔離されている構成とすることで、圧電シート１２ａ’と圧電シート１２ｂ’との間に形成される第１の定電位電極２２Ａのノズル列方向の長さを長くすることができ、圧力室１４Ａａの容積変化を大きくする上で有利な電極配置が実現される。

前述した実施例１〜３のように、第１の活性部の両側に第２の活性部を設ける必要はなく、第１の活性部の一方の側についてだけクロストークの抑制効果を発揮させるだけでよければ、実施例４に示すように、第２の活性部を、第１の活性部の一方の側だけに設けることも可能である。
（実施例４）
この例では、個別電極が、圧力室１４Ａａに対応する領域の一部及び桁部１４Ａｂに対応する領域に跨ってこれらの領域をともに占めるように形成されている。

図１２に示すように、圧電シート１２ａの一方の面（上面）側には個別電極２１Ｃが、他方の面（下面）側に個別電極２１Ｃの一側部に対応して第１の定電位電極２２Ｂがそれぞれ形成されている。また、圧電シート１２ｃの上面側に個別電極２１Ｄが、下面側に第１の定電位電極２２Ｂがそれぞれ形成されている。また、圧電シート１２ｃの下面側に、個別電極２１Ｃの他側部に対応して第２の定電位電極２３Ａが形成されている。

これにより、各圧力室１４Ａａの中央部分に対応する第１の活性部Ｓ１１ａ，Ｓ１２ａ，Ｓ１３が、それの一方の外周側の部分に対応する第２の活性部Ｓ２１ｄが形成される。

このようにすれば、第２の活性部Ｓ２１が配置されている側についてのみクロストークの抑制効果が発揮されるだけであるが、第１の活性部の両側に第２の活性部を設ける必要がなくなるので、実施例１〜３の場合よりもさらに高密度化を図る上で有利となる。

本発明は、以上説明した実施例に限定されるものではなく、次のように変更して実施することも可能である。

(i)前記実施例２では、圧力室１４Ａａ側のみに、上側の圧電シート１２ｃと、この上側の圧電シートより薄い下側の圧電シート１２ｄとが積層されている部分を有するようにしているが、他の部位にも、同様な部分を有する構成としてもよいのはもちろんである。同様に、実施例３では、圧電室１４Ａａから最も離れた側のみに、他の圧電シート１２ｃよりシート厚さが薄い２つの圧電シート１２ａ’，１２ｂ’が積層された部分を有するようにしているが、他の部位にも、同様な部分を有する構成としてもよい。

(ii)前記実施の形態は、液滴吐出装置がインクジェット式の記録装置である場合について説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、着色液を微小液滴として塗布、あるいは導電液を吐出して配線パターンを形成するなどする他の液滴吐出装置などにも適用することができる。

(iii)記録媒体として記録用紙だけでなく、樹脂、布など各種のものを、また吐出する液体としてインクだけでなく、着色液、機能液など各種のものを適用することができる。

図１（ａ）は本発明にかかるインクジェットプリンタ（液滴吐出装置）の概略構成を示す概略構成図、図１（ｂ）は本発明にかかるキャビティユニット、圧電アクチュエータ及びフレキシブル配線板（ＣＯＦ）の関係を示す説明図である。 キャビティユニットの上側に圧電アクチュエータを貼り付けた状態を示す斜視図である。 キャビティユニットを、構成要素である各プレートに分解し、それらをトッププレート共に示す図である。 実施例１の概略断面図である。 圧電アクチュエータの各圧電材料層における電極の配置の説明図である。 実施例１についての分極方向と第１及び第２の活性部との関係を示す説明図である。 第１の活性部に電圧を印加したときの、圧力室の容積変化を示す説明図である。 実施例１の変形例についての図４と同様の図である。 実施例１の他の変形例についての図４と同様の図である。 実施例２についての図４と同様の図である。 実施例３についての図４と同様の図である。 実施例４についての図４と同様の図である。 従来例についての概略断面図である。 従来列について分極方向と第１及び第２の活性部との関係を示す説明図である。 従来例の活性部に電圧を印加したときの、圧力室の容積変化を示す説明図である。

符号の説明

１ インクジェットプリンタ
３ インクジェットヘッド
１１ キャビティユニット
１２ 圧電アクチュエータ
１２ａ〜１２ｃ 圧電材料層
１３ フレキシブル配線板
１４Ａａ 圧力室
１４Ａａａ 外周縁
１４Ａｂ 桁部
２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ 個別電極
２２Ａ，２２Ｂ 第１の定電位電極
２３ 第２の定電位電極

Claims (9)

1. 複数の圧力室が規則的に形成されたキャビティユニットに前記各圧力室内の液体を選択的に吐出させるための圧電アクチュエータが接合された液滴吐出ヘッドと、前記圧電アクチュエータに電圧を印加する電圧印加手段と
   を備えた液滴吐出装置であって、
   前記圧電アクチュエータは、前記圧力室の中央部分に対応する第１の活性部と、前記圧力室の前記中央部分よりも外周側の部分に対応する第２の活性部とを備え、
   前記電圧印加手段は、前記第１の活性部と前記第２の活性部の各々に、所定の方向の電圧を印加するものであり、
   前記第１の活性部は前記所定の方向に沿って分極されたものであり、前記第２の活性部は前記所定の方向と反対方向に沿って分極されたものであることを特徴とする液滴吐出装置。
2. 複数の圧力室が規則的に形成されたキャビティユニットに前記各圧力室内の液体を選択的に吐出させるための圧電アクチュエータが接合された液滴吐出ヘッドと、
   前記圧電アクチュエータに電圧を印加する電圧印加手段と
   を備えた液滴吐出装置であって、
   前記圧電アクチュエータは、前記圧力室の中央部分に対応する第１の活性部と、前記圧力室の前記中央部分よりも外周側の部分に対応する第２の活性部とを備え、
   前記第１の活性部は、個別電極と第１の定電位電極とによって挟まれる圧電材料層から構成されるものであり、前記個別電極と前記第１の定電位電極との積層方向に沿った所定の向きに分極されており、
   前記第２の活性部は、前記個別電極と第２の定電位電極とによって挟まれる圧電材料層から構成されるものであり、前記個別電極と前記第２の定電位電極との積層方向に沿った前記所定の向きと反対の向きに分極されており、
   前記電圧印加手段は、前記個別電極に対して第１の電位およびそれと異なる第２の電位を選択的に付与し、前記第１及び第２の定電位電極に対して前記第１の電位を付与すること特徴とする液滴吐出装置。
3. 前記第２の活性部を挟む前記個別電極と前記第２の定電位電極との間隔は、前記第１の活性部を挟む前記個別電極と前記第１の定電位電極との間隔よりも大きいことを特徴とする請求項２記載の液滴吐出装置。
4. 前記圧電アクチュエータは、前記圧電材料層を構成する複数枚の圧電シートを含んでおり、
   厚さが異なる、２枚の圧電シートが積層されている部分を少なくとも一部に有することを特徴とする請求項２または３記載の液滴吐出装置。
5. 上側の圧電シートと、この上側の圧電シートより薄い下側の圧電シートとが積層されている部分を有し、
   前記上側の圧電シートと下側の圧電シートとの間に前記第２の定電位電極が、前記下側の圧電シートの下側に前記第１の定電位電極がそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項４記載の液滴吐出装置。
6. 前記他のシートより厚さが薄い２つの圧電シートが積層された部分を有し、
   前記２つの圧電シートのうち上側の圧電シート上に前記個別電極が、前記２つの圧電シートの間に前記第２の定電位電極が、前記下側の圧電シートの下側に前記第１の定電位電極がそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項４記載の液滴吐出装置。
7. 前記第２の定電位電極は、前記圧力室の外周縁よりも外側である、隣接する前記圧力室との間の桁部に対応してそれぞれ配置されることを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載の液滴吐出装置。
8. 前記第２の活性部は、前記圧力室の外周縁よりも内側の領域を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の液滴吐出装置。
9. 複数の圧力室が規則的に形成されたキャビティユニットに前記各圧力室内の液体を選択的に吐出させるための圧電アクチュエータが接合された液滴吐出ヘッドであって、
   前記圧電アクチュエータは、
   前記圧力室の中央部分に対応する第１の活性部と、
   前記圧力室の前記中央部分よりも外周側の部分に対応する第２の活性部と、
   前記第１の活性部に対応する領域と前記第２の活性部に対応する領域に跨ってこれらの領域をともに占めるように形成された個別電極と、
   前記第１の活性部に対応する領域を占めるように形成された第１の定電位電極と、
   前記第２の活性部に対応する領域を占めるように形成された第２の定電位電極とを備え、
   前記第１の活性部は、前記個別電極から前記第１の定電位電極に向かって分極されており、前記第２の活性部は、前記第２の定電位電極から前記個別電極に向かって分極されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。

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