JP2009241548A - 液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】正の電位が付与される第２の共通定電位電極のインピーダンスを低減する。
【解決手段】圧電アクチュエータ１２は、平面的に見て、各圧力室１４Ａａに対応する複数の個別電極２１と、各個別電極２１の中央部分に対応して形成され各個別電極２１との間に圧電材料を挟む第２の共通定電位電極２３と、各圧力室の外周側部分に対応して形成され各個別電極２１との間に圧電材料を挟む第１の共通定電位電極２２とを備える。各個別電極２１と第２の共通定電位電極２３とに挟まれた圧電材料により複数の第１の活性部Ｓ１が形成され、各個別電極２１と第１の共通定電位電極２２とに挟まれた圧電材料によって第２の活性部Ｓ２が形成される。第２の共通定電位電極２３が網状に形成される。
【選択図】 図７

Description

本発明は、液滴吐出装置及び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１４及び図１５に示すように、３つの圧電材料層１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃを有す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，１１２ｃ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（例えば２０Ｖ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活性部Ｓ（圧電材料層１１２ａ〜１１２ｃ）の変形は、インクを吐出する圧力室だけでなく、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１１４ａ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を配設することで、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。

しかしながら、これらの対策も圧力室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。特に、ユニモルフアクチュエータの場合には、隣接する圧力室の変形によるクロストークが大きくなってしまう。さらに圧力室の高密度化が進むことにより、隣接する圧力室列の圧力室との間でのクロストークも懸念される。

そこで、出願人は、圧力室を高密度化しても、クロストークを抑制することができるように、圧電アクチュエータは、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、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、少なくとも前記第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、第１の部分の変形が隣接する前記圧力室に伝播するのを、第２の活性部の変形によって抑制することで、圧力室列方向（圧力室の配列方向）において隣接する圧力室間でクロストークが発生するのを防止するものを先に出願している（特願２００７−２５６９２２参照）。

この先願のものでは、例えば図１６に示すように、圧電アクチュエータ２１２（積層体）を構成する２つの圧電材料層２１２ａ，２１２ｂの間に第２の定電位電極２２３（正の電位）を設け、前記積層体の一方の面に前記正の電位とグランド電位とが選択的に付与される個別電極２２１を、他方の面に第１の定電位電極２２２（グランド電位）を設けている。そのようなものにおいて、前記両定電位電極２２２，２２３に電位を付与する信号線の数を少なくするために、図１７及び図１８に示すように、それら定電位電極２２２，２２３を共通定電位電極とすることが考えられる。なお、２２２ａ，２２３ｃはそれぞれ、配線のために、定電位電極２２２，２２３を前記積層体の上面側に導くために導電性材料が充填されたスルーホールである。
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、第２の定電位電極２２３を、図１６〜図１８に示すように、各個別電極２２１に対応する第１の電極部分２２３ａと、それらを接続する第２の電極部分２２３ｂとで構成される共通電極とすると、第１の電極部分２２３ａの一端（第２の電極部分２２３ｂに接続される端部とは反対側の端部）が自由端となり、第２の共通定電位電極２２３のインピーダンスが高くなる。第２の定電位電極２２３は、第１の定電位電極２２２とは異なり、正の電位を付与するので、インピーダンスを低減することで、できるだけ電圧降下を防止し、いずれの第１の電極部分２２３ａについても一様な電圧を付与したいという要求がある。

この発明は、前述したような個別電極及び、２つの第１及び第２の共通定電位電極を有する圧電アクチュエータを備える液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッドにおいて、前記第２の共通定電位電極のインピーダンスを低減することを目的とする。

請求項１の発明は、複数の圧力室が所定方向に配列された圧力室列を複数有するように規則的に形成されたキャビティユニットと、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を有する液滴吐出ヘッドと、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、平面的に見て、前記各圧力室に対応する複数の個別電極と、前記各個別電極の中央部分に対応して形成され前記各個別電極との間に圧電材料を挟む第１の共通定電位電極と、前記各個別電極と前記第１の共通定電位電極とに挟まれた圧電材料により形成される複数の第１の活性部と、前記各個別電極との間に圧電材料を挟む第２の共通定電位電極と、前記各個別電極と前記第２の共通定電位電極とに挟まれた圧電材料によって形成される第２の活性部と、を備え、かつ前記第２の共通定電位電極が網状に形成されており、前記第１及び第２の活性部は、それぞれ、前記電圧印加手段により電圧を印加された場合に、前記圧力室に向かう第１の方向に伸張するとともにその第１の方向と直交する第２の方向に収縮する変形状態となるように構成され、前記電圧印加手段は、第１の活性部に電圧を印加するときは第２の活性部に電圧を印加しない一方、第１の活性部に電圧を印加しないときは第２の活性部に電圧を印加する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。「第１の方向」とは、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、第２の共通定電位電極が網状に形成されているので、圧電材料層に形成される第２の共通定電位電極のインピーダンスが低減される。よってインピーダンスの低減により電圧降下が防止され、第１の活性部への電圧の印加が安定し、いずれの圧力室内の液体についても同じように吐出させることができる。

請求項２に記載のように、請求項１の液滴吐出装置において、前記第１の共通定電位電極は、前記各圧力室の外周側部分に対応して形成されていることが望ましい。

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・非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、第１の活性部の変形が、隣接する圧力室に伝達される際に、第２の活性部分の変形によってキャンセルされ、第１の活性部の変形が、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３に記載のように、請求項１または２の液滴吐出装置において、前記第１の共通定電位電極は、隣接する前記圧力室列の間において前記圧力室列の配列方向に延在する第１の部分を複数有し、隣り合う２つの第１の部分の間にはこれらを連結すべく各圧力室に対応して設けられた第２の部分を複数有し、これら第２の部分は前記圧力室列の配列方向と交差する方向に延在する構成とすることができる。

このようにすれば、隣接する前記圧力室列の間において前記圧力室列の配列方向に延在する第１の部分と、隣り合う２つの第１の部分の間にこれらを連結すべく各圧力室に対応して設けられた第２の部分とを組み合わせることで、第２の共通定電位電極を簡単に網状に形成することができる。

請求項４に記載のように、請求項３の液滴吐出装置において、前記第２の部分と前記個別電極とによって挟まれた圧電材料により前記第１の活性部が形成される構成とすることができる。

このようにすれば、隣り合う２つの第１の部分の間にはこれらを連結すべく各圧力室に対応して設けられた第２の部分を利用することで、第１の活性部を簡単に形成することができる。

請求項５に記載のように、請求項３又は４の液滴吐出装置において、前記第１の共通定電位電極は、前記圧力室列を構成する複数の圧力室に重複するように、前記圧力室列の配列方向に延在する第３の部分を複数有するとともに、これら複数の第３の部分の端部を連結する第４の部分を有し、前記第３の部分は、前記第１の部分と重複しないように設けられていることが望ましい。

このようにすれば、前記第３の部分は、前記第１の部分と重複しないように設けられているので、第１及び第２の活性部を形成するための、第１及び第２の共通定電位電極の配置を無理なく行うことができる。

請求項６に記載のように、請求項５の液滴吐出装置において、前記第３の部分と前記個別電極とによって挟まれた圧電材料により前記第２の活性部が形成される構成とすることができる。

このようにすれば、前記圧力室列を構成する複数の圧力室に重複するように、前記圧力室列の配列方向に延在する第３の部分を利用することで、第２の活性部を簡単に形成することができる。

請求項７に記載のように、請求項２〜６の液滴吐出装置において、前記圧電アクチュエータは、少なくとも２層の圧電材料層を有するものであり、それらの２層の間に前記第２の共通定電位電極が形成され、その第２の定電位電極と前記第１の定電位電極とで前記２層の圧電材料層の一方を挟んでおり、その第２の定電位電極と前記個別電極とで前記２層の圧電材料層の他方を挟んでいることが望ましい。ここで、「圧電材料層」とは、いわゆるグリーンシートを焼成して製作する圧電シートによる層のほか、いわゆるＡＤ法（エアロゾルデポジション法）のような製法で製作する層も含む。

このようにすれば、少なくとも２層の圧電材料層を有するだけで、必要となる電極の配置を実現できるので、材料コスト面で有利となる。

請求項８に記載のように、請求項２〜７の液滴吐出装置において、前記個別電極は、前記圧力室の外部に配置された前記電圧印加手段により電圧を印加するための端子部を有し、前記第２の共通定電位電極は、平面的に見て、前記端子部と重複する部位は空所となっていることが望ましい。ここで、「空所」とは、個別電極に端子部と重複する部位には第２の共通定電位電極の電極部分が存在しないことを意味する。

このようにすれば、圧力室の外部に配置された端子部（個別電極）は、第２の共通定電位電極との間に圧電材料を挟む部分を有しないことになるので、第１の活性部の変形を妨げることがない。

請求項９に記載のように、請求項２〜７の液滴吐出装置において、前記個別電極は、第１の電位及びそれと異なる第２の電位が選択的に付与され、前記第１の共通定電位電極は、前記第１の電位が付与され、前記第２の共通定電位電極は、前記第２の電位が付与される構成とすることができる。

このようにすれば、個別電極に、第１の電位と第２の電位とを選択的に付与するだけで、第１の活性部の変形と第２の活性部の変形（元の状態に復帰）とを完全に同時に行わせることができる。よって、第１の活性部の変形が隣の圧力室あるいは隣の圧力室列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１０に記載のように、請求項７の液滴吐出装置において、前記第１の活性部は、前記個別電極に第１の電位が付与され第２の共通定電位電極に第２の電位が付与されたときに印加される電圧の方向と同じ方向に分極されており、前記第２の活性部は、前記個別電極に第２の電位が付与され第１の共通定電位電極に第１の電位が付与された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ことが望ましい。

このようにすれば、第１及び第２の活性部において、駆動時における電圧の印加方向と分極時における電圧の印加方向を全て揃えることができ、電極を、駆動時（活性部の変形時）だけでなく、製造の際における分極時にも利用することができる。また、駆動時における電圧の印加方向と分極時における電圧の印加方向（分極方向）とが同じで、駆動時に圧電材料層に逆電界が印加されないため、活性部の変形劣化の発生が抑制される。

請求項１１の発明は、複数の圧力室が所定方向に配列された圧力室列を複数有するように規則的に形成されたキャビティユニットと、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とを有する液滴吐出ヘッドと、前記圧電アクチュエータに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、平面的に見て、前記各圧力室に対応する複数の個別電極と、前記各個別電極の中央部分に対応して形成され前記各個別電極との間に圧電材料を挟む第１の共通定電位電極と、前記各個別電極と前記第１の共通定電位電極とに挟まれた圧電材料により形成される複数の第１の活性部と、前記各個別電極との間に圧電材料を挟む第２の共通定電位電極と、前記各個別電極と前記第２の共通定電位電極とに挟まれた圧電材料によって形成される第２の活性部と、を備え、かつ前記第２の共通定電位電極が網状に形成されており、前記電圧印加手段は、前記圧力室の容積を変化させるために第１の活性部に対する電圧の印加と非印加を切り替えるとともに、この切り替えによる第１の活性部の変形が隣接する前記圧力室に伝播するのを抑制するように、第２の活性部に対する電圧の印加と非印加を切り替えることを特徴とする。

このようにすれば、第２の共通定電位電極が網状に形成されているので、圧電材料層に形成される第２の共通定電位電極のインピーダンスが低減される。よってインピーダンスの低減により電圧降下が防止され、第１の活性部への電圧の印加が安定し、いずれの圧力室内の液体についても同じように吐出させることができる。

請求項１２の発明は、複数の圧力室が所定方向に配列された圧力室列を複数有するように規則的に形成されたキャビティユニットと、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とを有する液滴吐出ヘッドであって、前記圧電アクチュエータは、平面的に見て、前記各圧力室に対応する複数の個別電極と、前記各個別電極の中央部分に対応して形成され前記各個別電極との間に圧電材料を挟む第１の共通定電位電極と、前記各個別電極と前記第１の共通定電位電極とに挟まれた圧電材料により形成される複数の第１の活性部と、前記各個別電極との間に圧電材料を挟む第２の共通定電位電極と、前記各個別電極と前記第２の共通定電位電極とに挟まれた圧電材料によって形成される第２の活性部と、を備え、前記第２の共通定電位電極が網状に形成されていることを特徴とする。

このようにすれば、第２の共通定電位電極が網状に形成されているので、圧電材料層に形成される第２の共通定電位電極のインピーダンスが低減される。よってインピーダンスの低減により電圧降下が防止され、第１の活性部への電圧の印加が安定し、いずれの圧力室内の液体についても同じように吐出させることができる。

本発明は、個別電極と間に圧電材料を挟んで第１の活性部を形成する第２の共通定電位電極を網状に形成しているので、圧力室内の液体の吐出に関わる第１の活性部を形成する第２の共通定電位電極のインピーダンスを低減することができる。よって第２の共通定電位電極においてインピーダンスを低減することで電圧降下を防止し、第１の活性部への電圧の印加を安定させ、いずれの圧力室内の液体についても同じ吐出性能を得ることができる。

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（ＣＯＰ）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、後述する複数の圧力室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が設けられている。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がそれぞれ対応して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。それらの開口は、所定の方向（図４および図５における圧力室列方向Ｘ）に配列された圧力室列を複数有するように規則的に形成されている。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、少なくとも２層の圧電材料層１２ａ，１２ｂを積層された積層体を有する。この積層体を形成する圧電材料層１２ａ，１２ｂ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。

そして、圧電アクチュエータ１２は、図５及び図６に示すように、平面的に見たとき（すなわち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）、各圧力室１４Ａａに対応する複数の個別電極２１と、各圧力室１４Ａａの外周側部分に対応して形成され各個別電極２１との間に圧電材料層１２ａ，１２ｂを挟む第１の共通定電位電極２２と、各個別電極２１の中央部分に対応して形成され各個別電極２１との間に圧電材料層１２ａを挟む第２の共通定電位電極２３とを備える。つまり、前記積層体を構成する圧電材料層１２ａ，１２ｂの間に第２の共通定電位電極２３が形成され、積層体（圧電材料層１２ａ，１２ｂ）の上面（一方の面）に個別電極２１が第２の共通定電位電極２３とともに圧電材料層１２ａを挟むように形成され、下面（他方の面）に第１の共通定電位電極２２が第２の共通定電位電極２３とともに圧電材料層１２ｂを挟むようにそれぞれ形成されている。ここで、個別電極２１の中央部分とは、圧力室１４Ａａが配列されている圧力室列方向Ｘ（ノズル穴１６ａが配列されているノズル列方向でもある）における中央部分である。なお、電極２１〜２３は、Ａｇ−Ｐｄ系等の金属材料からなる。

個別電極２１は、圧力室１４Ａａの外部に配置された端子部２１ａを有し、この端子部２１ａに前記電圧印加手段により電圧を印加するようになっている。

第２の共通定電位電極２３は、隣接する圧力室列の間において圧力室列方向に延在する第１の部分２３ａを複数有し、隣り合う２つの第１の部分２３ａの間にはこれらを連結すべく各圧力室１４Ａａに対応して設けられた第２の部分２３ｂを複数有し、これら第２の部分２３ｂは圧力室列方向と直交（交差）する方向に延在するようになっている。これにより、第２の共通定電位電極２３は網状に形成されている。インピーダンスの低減が図られている。よって、インピーダンスの低減により電圧降下が抑制され、いずれの圧力室１４Ａａに連通するノズルについても、等しい吐出性能が得られる。

また、第１の共通定電位電極２２は、圧力室列を構成する複数の圧力室１４Ａａに重複するように、圧力室列方向に延在する第３の部分２２ａを複数有するとともに、これら複数の第３の部分２２ａの端部を連結する第４の部分２２ｂを有する。なお、第３の部分２２ａは、第２の共通定電位電極２３の第１の部分２３ａと重複しないように設けられている。

そして、各個別電極２１と第２の共通定電位電極２３（第２の部分２３ｂ）とに挟まれた圧電材料層により形成される複数の第１の活性部Ｓ１と、各個別電極２１と第１の共通定電位電極２２（第３の部分２２ａ）とに挟まれた圧電材料層によって形成される第２の活性部Ｓ２とを備える。ここで、第１の活性部Ｓ１の形成に関与する第２の共通定電位電極２３を網状に形成し、インピーダンスの低減を図っているので、第２の共通定電位電極２３において電圧降下が抑制され、いずれの圧力室１４Ａａに連通するノズルについても、等しい吐出性能が得られる。

各個別電極２１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ドライバＩＣ９０（図１（ｂ）参照）が電気的に接続される。このドライバ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の第１及び第２の活性部Ｓ１，Ｓ２に電圧を印加する電圧印加手段が構成される。

そして、圧電アクチュエータ１２は、個別電極２１に駆動信号として、正の電位（第２の電位）とグランド電位（第１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。

さらに詳述すると、個別電極２１は、図５および図６に示すように、平面的に見て矩形状で、圧力室列方向Ｘにおいて圧力室１４Ａａより長く、かつ圧力室列方向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Ｓ１に対応する領域および第２の活性部Ｓ２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。そして、第２の共通定電位電極２３は、圧力室列方向Ｘにおいて圧力室１４Ａａより短く、第１の活性部Ｓ１に対応する領域を占めるように形成されている。そして、圧力室１４Ａａ側に位置する第１の共通定電位電極２２は、第２の共通定電位電極２３よりも圧力室列方向Ｘにおいて長く形成されている。つまり、各個別電極２１は、第１及び第２の共通定電位電極２２，２３について共有される。

第１の共通定電位電極２２は、第２の活性部Ｓ２に対応する領域及び、圧力室列方向Ｘ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１の共通定電位電極２２は、桁部１４Ａｂに対応する領域を含めて圧力室列方向Ｘの側部に対応する領域まで延び、圧力室列方向Ｘにおいて隣り合う圧力室１４Ａａについて共有される。

具体的には、上側の圧電材料層１２ａの上面側に個別電極２１を形成し、下面側に第２の共通定電位電極２３を形成することで、第１の活性部Ｓ１が形成される。また、下側の圧電材料層１２ｂの下面側に第１の共通定電位電極２２を形成することで、第２の活性部Ｓ２が形成される。

また、各圧電材料層１２ａ，１２ｂの電極２１，２２，２３は、平面的に見ると、各層において、図６に示すように配置されている。即ち、圧電材料層１２ａの上面側（第１層）には、各圧力室１４Ａａに対応して個別電極２１が圧力室列方向Ｘ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２１は、圧力室列方向Ｘ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２１ａが千鳥状に形成されている。

圧電材料層１２ａの下面側（第２層）には、各圧力室１４Ａａに対応して第２の共通定電位電極２３の第２の部分２３ｂが配置されるように形成され、各第２の部分２３ｂに両端部が隣接する圧力室列の間において圧力室列方向に延在する第１の部分２３ａにそれぞれ連結されている。また、第１の共通定電位電極２２の第３の部分２２ａは、隣り合う２つの第１の部分２３ａの間において、圧力室列方向に延在しているので、第２の共通定電位電極２３の第１の部分２３ａと重複しないようになっている。

また、図７に示すように、第１及び第２の共通定電位電極２２，２３への配線の接続のために、圧電材料層１２ａの上面側両端部中央には、第１の共通定電位電極２２と導電性材料が充填されたスルーホールを通じて導通された接続端子２４Ａが形成され、前記各端部両側には第２の共通定電位電極２３と導電性材料が充填されたスルーホールを通じて導通された接続端子２４Ｂが形成されている。

なお、図４に示すように、第１の活性部Ｓ１は、個別電極２１にグランド電位が付与され第２の共通定電位電極２３に正の電位が付与されて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。一方、第２の活性部Ｓ２は、個別電極２１に正の電位が付与され第１の共通定電位電極２３にグランド電位とされて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、インク吐出動作時に、電圧が印加される方向と分極方向が同じである。

第２の共通定電位電極２３は、常時正の電位とされ、第１の共通定電位電極２２は、常時グランド電位とされる。そして、個別電極２１には、正の電位とグランド電位とが、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。つまり、分極時と駆動時とは電圧の印加方向は同一であるが、第２の共通定電位電極２３は常時正の電位とされ、第１の共通定電位電極２２には常時グランド電位とされ、個別電極２１には前記正の電位が付与されたり、その付与が解除されてグランド電位とされたりする。よって、個別電極２１がグランド電位とされるときには、第１の活性部Ｓ１に電圧が印加されるが、第２の活性部Ｓ２には電圧が印加されず、一方、個別電極２１に正の電位が付与されるときには、第１の活性部Ｓ１に電圧が印加されず、第２の活性部Ｓ２に電圧が印加されることになる。ここで、駆動時において電極間に印加される電圧は、分極時に印加される電圧よりも小さく、電極間に繰り返し電圧を印加することによる劣化を抑制するようになっている。

このように電極２１，２２，２３を配置することで、インクを吐出させる場合には，まず、前記電圧印加手段により、個別電極２１にグランド電位を付与する。これにより、第１の活性部Ｓ１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（第１の方向）において伸張し、その積層方向Ｚと直交する方向Ｘ，Ｙ（第２の方向）において収縮して、圧力室１４Ａａ内の方向（積層方向Ｚ）へ突出変形する待機状態となる。

続いて、個別電極２１に正の電位（例えば、２０Ｖ）を付与すると、第１の活性部Ｓ１は、積層方向Ｚ、それに直交する方向Ｘ，Ｙにおいて伸縮しない、変形しない状態となる。このとき、第２の活性部Ｓ２は、電圧印加状態となり、圧力室１４Ａａに向かう積層方向Ｚ（第１の方向）に伸張し、その積層方向Ｚと直交する二方向Ｘ，Ｙ（第２の方向）に収縮しようとするので、拘束プレートとしてのトッププレート１５の働きによって、圧力室列方向Ｘの両側部に位置する第２の活性部Ｓ２，Ｓ２が、圧力室１４Ａａから離れる方向に反るように変形する。この第２の活性部Ｓ２の変形が、圧力室１４Ａａの容積変化を大きくするのに寄与し、マニホールド１４Ｄａ，１４Ｅａから圧力室１４Ａａにインクを多く吸い込むのに貢献する。

それから、再び、個別電極２１にグランド電位を付与すると、第１の活性部Ｓ１は、圧力室１４Ａａに向かう積層方向Ｚにおいて伸張し、その積層方向Ｚと直交する方向Ｘ，Ｙにおいて収縮して、圧力室１４Ａａ内の方向へ突出変形する。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。

この個別電極２１にグランド電位を付与し第１の活性部Ｓ１が駆動して、インクが吐出される際には、個別電極２１および第１の共通定電位電極２２がともにグランド電位で、第２の活性部Ｓ２は電圧の非印加状態となる。よって、第２の活性部Ｓ２は、いずれの方向Ｚ，Ｘ，Ｙにおいても伸縮しない、変形しない状態に戻ることになる。よって、第１の活性部Ｓ１が、圧力室１４Ａａの方向（積層方向Ｚ）へ突出変形する際には、第２の活性部Ｓ２は、変形しない状態に戻る（これは、積層方向Ｚに収縮し積層方向Ｚと直交する二方向Ｘ，Ｙに伸張することと等価である）ので、第１の活性部Ｓ１の変形の影響が第２の活性部Ｓ２の変形によって打ち消されるようにして抑制され、圧力室列方向Ｘやそれに直交する方向Ｙにおいて隣となる圧力室１４Ａａにはほとんど及ばず、クロストークが抑制される。つまり、第１の活性部Ｓ１に対する電圧の印加・非印加との切替えによる第１の活性部Ｓ１（第１の部分）の変形が、圧力室１４Ａａの圧力室列方向Ｘにおける両側において隣接する圧力室１４Ａａに伝播するのを抑制するように、第２の活性部Ｓ２（第２の部分）に対する電圧の印加と非印加が切り替えられる。

その後、個別電極２１を、第２の共通定電位電極２３と同じ電位（正の電位）に戻すと、前述したように、第１の活性部Ｓ１は変形しない状態となり、第２の活性部Ｓ２は、圧力室１４Ａａから離れる方向に反るように変形するので、マニホールド１４Ｄａ，１４Ｅａから圧力室１４Ａａ内にインクを吸い込むことになる。

このような第１及び第２の活性部Ｓ１，Ｓ２の変形により、インクの吐出動作が繰り返され、各吐出動作において、圧力室１４Ａａの容積変化を大きくして吐出効率を高めると共に、クロストークが抑制される。

この実施の形態の場合には、平面的に見て、圧力室１４Ａａの外部（桁部１４Ａｂ）に配置される個別電極２１の端子部２１ａと第２の共通定電位電極２３とで挟まれる部分（圧電材料層１２ａ）も第１の活性部として機能するので、その部分が、インク吐出時に第１の活性部全体が変形するのを抑制する方向に作用するおそれがあるので、図８に示すように、第２の共通定電位電極２３’は、平面的に見て、個別電極２１の端子部２１ａと重複する部位は開口２３ｃ（空所）となるように構成することもできる。これらの開口２３ｃは第１の部分２３ａに形成される。
（実施例２）
前述した実施の形態においては、上側の圧電材料層の上面側に個別電極が、下面側に網状の第２の共通定電位電極がそれぞれ形成されているが、図９〜図１２に示すように、上側の圧電材料層１２ａの上面側に網状の第２の共通定電位電極２３が、下面側に個別電極２１がそれぞれ形成されている構成とすることも可能である。そして、各個別電極２１と第２の共通定電位電極２３とに挟まれた圧電材料により複数の第１の活性部Ｓ１が形成され、各個別電極２１と第１の共通定電位電極２２とに挟まれた圧電材料によって第２の活性部Ｓ２が形成される。つまり、第１及び第２の活性部Ｓ１，Ｓ２が、前記圧力室１４Ａａの中央部分に対応して配置され、上下に重複して形成されている。この場合、個別電極２１への配線のために、各個別電極２１に端子部２１ａに対し、導電性材料が充填されたスルーホール２５が形成され、個別電極２１の端子部２１ａを上側の圧電材料層１２ａ’の上面側に導き出すことが必要である。

そして、実施例１と同様に、下側の圧電材料層１２ｂの下面側に形成される第１の共通定電位電極２２がグランド電位とされ、第２の共通定電位電極２３が正の電位とされ、個別電極２１には正の電位とグランド電位とが選択的に付与される。インクを吐出しない圧力室に対応する個別電極２１は、グランド電位とされる。

そして、電源をＯＮした待機状態では、個別電極２１はグランド電位とされ、個別電極２１と第２の共通定電位電極２３との間に発生する電位差により、圧電材料層１２ａの、個別電極２１と第２の共通定電位電極２３とに挟まれた第１の活性部Ｓ１に、第２の共通定電位電極２３から個別電極２１に向かう厚み方向の電界が発生する。この電界の方向は、圧電材料層１２ａの分極方向と一致するため、第１の活性部Ｓ１は、分極方向と直交する水平方向に収縮する。一方、第１の共通定電位電極２２と個別電極２１とは同電位であるので、圧電材料層１２ｂの、第１の共通定電位電極２２と個別電極２１とで挟まれた第２の活性部Ｓ２には電界が発生せず、第２の活性部Ｓ２の収縮は起こらない。これにより、圧電材料層１２ａ，１２ｂの、圧力室１４Ａａに対応する部分が、全体として圧力室１４Ａａ側に凸となるように変形する。

ノズル１５からインクを吐出する際には、まず、グランド電位の状態にある個別電極２１に対し正の電位を付与すると、個別電極２１と第１の共通定電位電極２２との間に発生する電位差により、個別電極２１と第１の共通定電位電極２２とに挟まれた第２の活性部Ｓ２（圧電材料層１２ｂ）に、個別電極２１から第１の共通定電位電極２２に向かう厚み方向の電界が発生する。この電界の方向は、第２の活性部Ｓ２の分極方向と一致するため、第２の活性部Ｓ２は、分極方向と直交する水平方向に収縮する。一方、第２の共通定電位電極２３と個別電極２１とは同電位であるので、第１の活性部Ｓ１（圧電材料層１２ａ）には電界が発生せず、前記水平方向の収縮は起こらない。これにより、圧電材料層１２ｂの圧力室１４Ａａに対応する部分が、全体として圧力室１４Ａａと反対側に凸となるように変形し、圧力室１４Ａａの容積が増加する。このため、圧力室１４Ａａ内のインクの圧力が低下し、マニホールドから圧力室にインクが流れ込む。

さらに、所定時間経過後、個別電極２１がグランド電位とされると、第１の活性部Ｓ１（圧電材料層１２ａ）が再び圧力室側に凸となるように変形し、圧力室１４Ａａ内のインクの圧力が増加し、圧力室１４Ａａに連通するノズルからインクが吐出されることになる。

このように、個別電極２１に対し正の電位とグランド電位とを選択的に付与して、圧電材料層１２ａ，１２ｂを予め圧力室側に凸となるように変形させておき、圧電材料層１２ａ，１２ｂ１２ａ，１２ｂを一旦圧力室１４Ａａと反対側に凸となるように変形させてから再び圧力室１４Ａａ側に凸となるように変形させることにより、圧力室１４Ａａの容積を大きく変化させることができ、その結果、圧力室１４Ａａ内のインクに大きな圧力を付与することができる。これにより、ノズルから効率よくインクを吐出することが可能となる。

以上説明した実施の形態は、次のように変更することも可能である。

(i)前記実施の形態では、第２の共通定電位電極２３の第２の部分２３ｂは、圧力室列方向Ｘと直交する方向Ｙに設けているが、本発明はそれに限定されるものではなく、圧力室１４Ａａと重複する部分を有すればよく、例えば図１３に示すように、圧力室列方向Ｘに対し傾斜する方向Ｖにそって第２の部分２３ｂ’を設けるようにしてもよい。（所定の方向）に直交する方向に対し傾斜して設けられているような場合には、その傾斜方向に対応する交差方向Ｖにおける一側に第３の活性部を設けたり、両側に第３及び第４の活性部を設けることができる。

(ii)前記実施の形態は、液滴吐出装置がインクジェットプリンタ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にも適用することができる。

(iii)本発明は、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（ＣＯＰ）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を示す断面図である。 同圧電材料層における電極の配置を平面的に見た図である。 同圧電材料層毎に電極を示す図である。 同圧電材料層毎の電極パターンを示す図である。 実施例１の変形例についての、図６と同様の図である。 実施例２についての、図１１のＡ−Ａ線における断面図である。 実施例２についての、図１１のＢ−Ｂ線における断面図である。 実施例２についての，図５と同様の図である。 実施例２についての，図６と同様の図である。 第２の共通定電位電極の第２の部分を設ける方向の説明図である。 従来例について、圧力室列方向における概略断面図である。 従来列について、圧力室列方向に直交する方向における概略断面図である。 比較例についての図４と同様の図である。 比較例についての図６と同様の図である。 比較例についての図７と同様の図である。

符号の説明

Ｓ１ 第１の活性部
Ｓ２ 第２の活性部
１ インクジェットプリンタ
３ インクジェットヘッド
１２ 圧電アクチュエータ
１２ａ、１２ｂ 圧電材料層
１４Ａａ 圧力室
１４Ａｂ 桁部
２１ 個別電極
２２ 第１の共通定電位電極
２２ａ 第３の部分
２２ｂ 第４の部分
２３ 第２の共通定電位電極
２３ａ 第１の部分
２３ｂ 第２の部分
２３ｃ 開口

Claims (12)

1. 複数の圧力室が所定方向に配列された圧力室列を複数有するように規則的に形成されたキャビティユニットと、
   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を有する液滴吐出ヘッドと、
   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、平面的に見て、前記各圧力室に対応する複数の個別電極と、前記各個別電極との間に圧電材料を挟む第１の共通定電位電極と、前記各個別電極の中央部分に対応して形成され前記各個別電極との間に圧電材料を挟む第２の共通定電位電極と、前記各個別電極と前記第２の共通定電位電極とに挟まれた圧電材料により形成される複数の第１の活性部と、前記各個別電極と前記第１の共通定電位電極とに挟まれた圧電材料によって形成される第２の活性部と、を備え、かつ前記第２の共通定電位電極が網状に形成されており、
   前記第１及び第２の活性部は、それぞれ、前記電圧印加手段により電圧を印加された場合に、前記圧力室に向かう第１の方向に伸張するとともにその第１の方向と直交する第２の方向に収縮する変形状態となるように構成され、
   前記電圧印加手段は、第１の活性部に電圧を印加するときは第２の活性部に電圧を印加しない一方、第１の活性部に電圧を印加しないときは第２の活性部に電圧を印加するものであることを特徴とする液滴吐出装置。
2. 前記第１の共通定電位電極は、前記各圧力室の外周側部分に対応して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出装置。
3. 前記第２の共通定電位電極は、隣接する前記圧力室列の間において前記圧力室列の配列方向に延在する第１の部分を複数有し、隣り合う２つの第１の部分の間にはこれらを連結すべく各圧力室に対応して設けられた第２の部分を複数有し、これら第２の部分は前記圧力室列の配列方向と交差する方向に延在することを特徴とする請求項１または２に記載の液滴吐出装置。
4. 前記第２の共通定電位電極の第２の部分と前記個別電極とによって挟まれた圧電材料により前記第１の活性部が形成されることを特徴とする請求項３に記載の液滴吐出装置。
5. 前記第１の共通定電位電極は、前記圧力室列を構成する複数の圧力室に重複するように、前記圧力室列の配列方向に延在する第３の部分を複数有するとともに、これら複数の第３の部分の端部を連結する第４の部分を有し、
   前記第３の部分は、前記第１の部分と重複しないように設けられていることを特徴とする請求項３又は４に記載の液滴吐出装置。
6. 前記第１の共通定電位電極の第３の部分と前記個別電極とによって挟まれた圧電材料により前記第２の活性部が形成されることを特徴とする請求項５に記載の液滴吐出装置。
7. 前記圧電アクチュエータは、少なくとも２層の圧電材料層を有するものであり、
   それらの２層の間に前記第２の共通定電位電極が形成され、その第２の定電位電極と前記第１の定電位電極とで前記２層の圧電材料層の一方を挟んでおり、その第２の定電位電極と前記個別電極とで前記２層の圧電材料層の他方を挟んでい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. 前記個別電極は、前記圧力室の外部に配置された前記電圧印加手段により電圧を印加するための端子部を有し、
   前記第２の共通定電位電極は、平面的に見て、前記端子部と重複する部位は空所となっていることを特徴とする請求項２〜７のいずれかに記載の液滴吐出装置。
9. 前記個別電極は、第１の電位及びそれと異なる第２の電位が選択的に付与され、
   前記第１の共通定電位電極は、前記第１の電位が付与され、
   前記第２の共通定電位電極は、前記第２の電位が付与されるものである
   ことを特徴とする請求項２〜８のいずれかに記載の液滴吐出装置。
10. 前記第１の活性部は、前記個別電極に第１の電位が付与され第２の共通定電位電極に第２の電位が付与されたときに印加される電圧の方向と同じ方向に分極されており、
    前記第２の活性部は、前記個別電極に第２の電位が付与され第１の共通定電位電極に第１の電位が付与された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ことを特徴とする請求項７に記載の液滴吐出装置。
11. 複数の圧力室が所定方向に配列された圧力室列を複数有するように規則的に形成されたキャビティユニットと、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とを有する液滴吐出ヘッドと、
    前記圧電アクチュエータに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、平面的に見て、前記各個別電極との間に圧電材料を挟む第１の共通定電位電極と、前記各圧力室に対応する複数の個別電極と、前記各個別電極の中央部分に対応して形成され前記各個別電極との間に圧電材料を挟む第２の共通定電位電極と、前記各個別電極と前記第２の共通定電位電極とに挟まれた圧電材料により形成される複数の第１の活性部と、前記各個別電極と前記第１の共通定電位電極とに挟まれた圧電材料によって形成される第２の活性部と、を備え、かつ前記第２の共通定電位電極が網状に形成されており、
    前記電圧印加手段は、前記圧力室の容積を変化させるために第１の活性部に対する電圧の印加と非印加を切り替えるとともに、この切り替えによる第１の活性部の変形が隣接する前記圧力室に伝播するのを抑制するように、第２の活性部に対する電圧の印加と非印加を切り替えることを特徴とする液滴吐出装置。
12. 複数の圧力室が所定方向に配列された圧力室列を複数有するように規則的に形成されたキャビティユニットと、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とを有する液滴吐出ヘッドであって、
    前記圧電アクチュエータは、平面的に見て、前記各個別電極との間に圧電材料を挟む第１の共通定電位電極と、前記各圧力室に対応する複数の個別電極と、前記各個別電極の中央部分に対応して形成され前記各個別電極との間に圧電材料を挟む第２の共通定電位電極と、前記各個別電極と前記第２の共通定電位電極とに挟まれた圧電材料により形成される複数の第１の活性部と、前記各個別電極と前記第１の共通定電位電極とに挟まれた圧電材料によって形成される第２の活性部と、
    を備え、
    前記第２の共通定電位電極が網状に形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。

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