JP2009241549A - 液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】圧力室を高密度化しても、列内クロストークだけでなく、列間クロストークも抑制できる。
【解決手段】圧力室１４Ａａの（圧力室列方向）中央部分に対応する第１の活性部Ｓ１と、圧力室１４Ａａの前記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Ｓ２と、前記圧力室１４Ａａの中央部分に対し、圧力室列方向に直交する方向における一側部分に対応して設けられる第３の活性部Ｓ３とを備える。第１の活性部Ｓ１への電圧の印加時には、第１の活性部Ｓ１は、圧力室１４Ａａ内の方向へ突出変形する状態となる。このとき、第２および第３の活性部Ｓ３は、変形せず、第１の活性部Ｓ１の変形の影響が圧力室列方向やその方向の直交する方向において隣接する圧力室１４Ａａまでほとんど及ばず、クロストークの抑制効果が発揮される。
【選択図】図７

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１８及び図１９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）。
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）

このように、圧力室列方向において隣接する圧力室間でクロストーク（以下列内クロストークという）が発生するのを防止する対策をとっても、圧力室を高密度化して配列すると、隣の圧力室列の圧力室であって隣接する圧力室との距離が短くなり、それらの間でクロストーク（以下、列間クロストークという）が発生するという課題がある。

この発明は、圧力室を高密度化しても、列内クロストークだけでなく、列間クロストークも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、前記圧力室の中央部分に対応して設けられる第１の活性部と、前記圧力室の中央部分に対し、前記所定方向における両側部分に対応して設けられる第２の活性部と、前記圧力室の中央部分に対し、前記所定方向と交差する交差方向における一側部分に対応して設けられる第３の活性部とを備え、第１、第２および第３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および第３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および第３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、平面的に見た圧力室の形状は、長円・楕円である場合が一般的であるが、真円の場合も含む。また、所定方向と交差する交差方向とは、所定方向と直交する方向以外の方向も含むことを意味する。

このようにすれば、第１の活性部と、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、いわゆる列内クロストークが抑制される。また、前記第１の活性部と、前記圧力室の中央部分に対し、前記所定方向と交差する交差方向における一側部分に対応して設けられる第３の活性部とも、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、隣の列の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、隣の列の圧力室に伝達される際に、第３の活性部の変形によってキャンセルされ、第１の活性部の変形が、前記交差方向における一側であって隣の列の圧力室へ伝播する、いわゆる列間クロストークが抑制される。

よって、列内クロストークに加えて、列間クロストークも抑制することができ、圧力室の三方向についてのクロストークが抑制される。

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、第３の活性部は、前記圧力室の外周縁よりも外側の領域を含むことが望ましい。

このようにすれば、第３の活性部は、前記圧力室の外周縁よりも外側の領域の剛性の高い部分を含むので、第３の活性部によるキャンセル効果が高められ、いわゆる列間クロストークが効率よく抑制される。

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、前記圧電アクチュエータは、前記圧力室の前記中央部分に対して、前記交差方向における他側部分に対応する第４の活性部をさらに備え、第４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、第１の方向に伸張するとともに第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４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４の活性部に電圧を印加する構成とすることができる。

このようにすれば、第１の活性部の変形が、前記交差方向における他側であって隣の列の圧力室に伝達される際に、第４の活性部の変形によってキャンセルされ、第１の活性部の変形が、前記交差方向における他側であって隣の列の圧力室へ伝播する、いわゆる列間クロストークが抑制される。よって、列内クロストークに加えて、圧力室の交差方向における両隣の圧力室についての列間クロストークが抑制される。よって，圧力室の四方向についてのクロストークも抑制される。

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、第１の活性部は、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る個別電極と、第２の電位が付与される第２の定電位電極との間に挟まれた圧電材料を含んで構成され、第２、第３および第４の活性部は、前記個別電極と、第１の電位が付与される第１の定電位電極との間に挟まれた圧電材料を含んで構成されることができる。

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〜第４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〜第４の活性部の変形によって打ち消され、高精度のタイミング制御を要することなく、列内クロストークおよび列間クロストークが抑制される。

請求項５に記載のように、請求項１〜４のいずれかの液滴吐出装置において、前記個別電極は、少なくとも第１、第２および第３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、第２の定電位電極は、第１の活性部に対応する領域を占めるように形成され、第１の定電位電極は、少なくとも第２および第３の活性部に対応する領域を占めるように形成されていることが望ましい。

このようにすれば、請求項１〜４の発明についての構成を実現するための、電極を効率よく配置して、無駄のない配置が可能となる。

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、前記個別電極は、前記交差方向の一側において第２の定電位電極より長く形成されている部分を有し、第１の定電位電極は、前記個別電極が第２の定電位電極より長く形成されている部分において、前記圧力室長手方向において前記個別電極と同等若しくはそれ以上の長さに形成されている部分を有することが望ましい。

このようにすれば、個別電極、第１および第２の定電位電極の長さを調整することで、第３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６の液滴吐出装置において、第２の定電位電極は、前記圧力室列の隣り合う２列に共有されている部分を有することが望ましい。

このようにすれば、第２の定電位電極の数を減らして、電極全体としての簡素化が図れる。

請求項８に記載のように、請求項６の液滴吐出装置において、前記個別電極は、前記交差方向の両側において第２の定電位電極より長く形成されている部分を有する構成とすることが望ましい。

このようにすれば、個別電極、第１及び第２の定電位電極の長さを調整することで、第３および第４の活性部を簡単に形成することができる。

請求項９に記載のように、請求項４〜８のいずれかの液滴吐出装置において、第１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おり、第２、第３および〜第４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いる構成とすることが望ましい。

このようにすれば、第１〜第４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、各活性部の変形劣化が抑制される。

請求項１０に記載のように、請求項１〜９のいずれか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、それらの圧電材料層の間に第２の定電位電極が形成され、その第２の定電位電極と第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構成とすることができる。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、前記圧力室の中央部分に対応して設けられる第１の部分と、前記圧力室の前記中央部分に対し、前記所定方向における両側部分に対応して設けられる第２の部分と、前記圧力室の前記中央部分に対し、前記所定方向と交差する交差方向における一側部分に対応して設けられる第３の部分とを備え、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の部分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の部分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および第３の部分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、圧力室の容積を変化させるために第１の部分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の部分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および第３の部分に対する電圧の印加と非印加を切り替えるので、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の部分の変形が、隣接する圧力室に伝達される際に、第２の部分によって抑制され、また、第１の部分の変形が、隣の圧力室列の圧力室に伝達される際に、第３の部分によって抑制されるので、圧力室間のクロストークに加えて、列間クロストークも抑制することができ、圧力室の三方向についてのクロストークが抑制される。

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、前記圧力室の中央部分に対応して設けられる第１の活性部と、前記圧力室の前記中央部分に対し、前記所定方向における両側部分に対応して設けられる第２の活性部と、前記圧力室の前記中央部分に対し、前記所定方向と交差する交差方向における一側部分に対応して設けられる第３の活性部とを備え、第１の活性部に対応する領域と第２および第３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、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、少なくとも第２および第３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の定電位電極とを有することを特徴とする。

このようにすれば、第１の活性部と、第２および第３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ようにすることで、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の活性部の変形によってキャンセルされ、また、第１の活性部の変形が、隣の列の圧力室に伝達される際に、第３の活性部の変形によってキャンセルされる。よって、圧力室間のクロストークに加えて、列間クロストークも抑制することができ、圧力室の三方向についてのクロストークが抑制される。

本発明は、第１の活性部と、第２および第３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するのを、第２の活性部の変形によってキャンセルし、また、第１の活性部の変形が、隣の圧力室列の圧力室に伝達するのを第３の活性部の変形によってキャンセルすることができる。よって、圧力室間のクロストークに加えて、列間クロストークも抑制することができ、圧力室の三方向についてのクロストークが抑制される。

以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。

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。

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〜図８に示すように、複数層の圧電材料層１２ａ，１２ｂを積層して形成されている。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（図６〜図８参照）。

そして、圧電アクチュエータ１２は、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）、圧力室１４Ａａの中央部分に対応する第１の活性部Ｓ１（第１の部分）と、圧力室１４Ａａの中央部分に対し、前記所定方向即ち圧力室列方向Ｘにおける両側部分に対応して設けられる第２の活性部Ｓ２（第２の部分）と、圧力室１４Ａａの中央部分に対し、圧力室列方向Ｘと直交（交差）する方向Ｙ（交差方向）における一側部分に対応して設けられる第３の活性部Ｓ３（第３の部分）とを備える。ここで、圧力室１４Ａａ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。

第２の活性部Ｓ２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（図６参照）よりも内側部分（中央部分側）に対応する領域も含んでいる。

また、第３の活性部Ｓ３は、圧力室１４Ａａの外周縁よりも外側の領域、すなわち隣の圧力室列に属し隣り合う圧力室１４Ａａとを仕切る壁である桁部１４Ａｃに対応する領域を含んでいる。

第１の活性部Ｓ１は、各圧力室１４Ａａ毎に設けられる個別電極２１と第２の定電位電極２２との間に挟まれた圧電材料（圧電材料層１２ａ）を含んで構成される。第２の活性部Ｓ２および第３の活性部Ｓ３は、個別電極２１と第１の定電位電極２３との間に挟まれた圧電材料（圧電材料層１２ａ，１２ｂ）を含んで構成される。なお、電極２１〜２３は、Ａｇ−Ｐｄ系等の金属材料からなる。

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〜第３の活性部Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３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４および図５に示すように、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、第２の活性部Ｓ２に対応する領域および第３の活性部Ｓ３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。第２の定電位電極２２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。圧力室１４Ａａ側に位置する第１の定電位電極２３は、圧力室１４Ａａより離れて位置する第２の定電位電極２２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の定電位電極２３，２２について共有される。

個別電極２１は、前記直交方向Ｙの一側において第２の定電位電極２２より長く形成されている部分を有し、第１の定電位電極２３は、個別電極２１が第２の定電位電極２２より長く形成されている部分において、前記直交方向Ｙにおいて個別電極２１と同等若しくはそれ以上の長さに形成されている部分を有する。

第１の定電位電極２３は、第２の活性部Ｓ２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の定電位電極２３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２つの圧力室１４Ａａ，１４Ａａについて共有される。また、第１の定電位電極２３は、第３の活性部Ｓ３に対応する領域に延び、圧力室列方向Ｘに直交する方向Ｙにおいて隣り合う圧力室１４Ａａ間の桁部１４Ａｃに対応する領域も占めるように形成されている。つまり、第１の定電位電極２３は、桁部１４Ａｃに対応する領域を含めて前記直交方向Ｙの側部に対応する領域まで延び、前記直交方向Ｙにおいて隣り合う２つの圧力室１４Ａａ，１４Ａａについても共有される。

具体的には、圧力室１４Ａａから離れた上側の圧電材料層１２ａの上面側に個別電極２１を形成し、下面側に第２の定電位電極２２を形成することで、第１の活性部Ｓ１が形成される。また、圧力室１４Ａａ側の圧電材料層１２ｂの下面側に第１の定電位電極２３を形成することで、第２および第３の活性部Ｓ２，Ｓ３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５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、圧力室列方向Ｘに直交する方向Ｙにおい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の定電位電極２２が圧力室列方向Ｘにおいて一定ピッチで形成され、隣り合う第２の定電位電極２２は、圧力室列方向Ｘにおいて半ピッチずれて形成され、それらの一端部が、圧力室列方向Ｘに延在する接続電極２２ａに接続されている。また、第１の定電位電極２３は、接続電極２１ａが反対側に位置する２列の個別電極２１，２１について共有するように形成されている。

なお、図６〜図８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の定電位電極２２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および第３の活性部Ｓ２，Ｓ３は、個別電極２１に正の電位が付与され第１の定電位電極２３にグランド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の定電位電極２２は、常時正の電位とされ、第１の定電位電極２３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の定電位電極２２は常時正の電位とされ、第１の定電位電極２３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および第３の活性部Ｓ２，Ｓ３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および第３の活性部Ｓ２，Ｓ３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，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および第３の活性部Ｓ２，Ｓ３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や圧力室列方向Ｘに直交する方向Ｙの一側部に位置する第３の活性部Ｓ３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および第３の活性部Ｓ２，Ｓ３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の定電位電極２３がともにグランド電位で、第２および第３の活性部Ｓ２，Ｓ３は電圧の非印加状態となる。よって、第２および第３の活性部Ｓ２，Ｓ３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および第３の活性部Ｓ２，Ｓ３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および第３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（図４の部分Ｐ１，Ｐ２参照）、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における両側およびその方向Ｘに直交する方向Ｙの一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および第３の活性部Ｓ２，Ｓ３（第２および第３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の定電位電極２２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および第３の活性部Ｓ２，Ｓ３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〜第３の活性部Ｓ１〜Ｓ３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、三方向についてのクロストークが抑制される。

前記実施の形態では、圧力室列方向Ｘに直交する方向Ｙの他側においては隣接する圧力室１４Ａａに伝播するのを抑制することができないので（図４の部分Ｐ３参照）、個別電極２１は、前記直交方向Ｙの一側だけでなく、両側において第２の定電位電極２２より長く形成されている部分を有するようにして、前記直交する方向Ｙのいずれの側においても隣接する圧力室１４Ａａに伝播するのを抑制することができるようにすることも可能である。

この場合は、例えば図９〜図１２に示すように、圧電アクチュエータ１２’は、第１〜第３の活性部Ｓ１〜Ｓ３に加えて、圧力室１４Ａａの中央部分に対して、前記直交方向Ｙにおける他側部分に対応する第４の活性部Ｓ４をさらに備える。各第２の定電位電極２２を接続する接続電極２２ａを、前述した実施の形態よりも、前記方向Ｙにおいて圧力室１４Ａａの中央部分寄りに形成することで、個別電極２３が、前記方向Ｙの一側だけでなく他側においても、第２の定電位電極２２より長く形成されている部分を有する（図９の部分Ｐ１２，Ｐ１３）。この第４の活性部Ｓ４（図９の部分Ｐ１３に対応）は、第２および第３の活性部と同様に、個別電極２１と第１の定電位電極２３との間に挟まれた圧電材料（圧電材料層１２ａ，１２ｂ）を含んで構成される。また、第１の定電位電極２３は、全面に形成される。

そして、第１の活性部Ｓ１に電圧を印加するときは第４の活性部Ｓ４に電圧を印加しない一方、第１の活性部Ｓ１に電圧を印加しないときは第４の活性部Ｓ４に電圧を印加するように構成され、前記電圧印加手段により電圧を印加された場合に、第２および第３の活性部Ｓ２，Ｓ３と同様に、積層方向Ｚにおいて伸張するとともにそれに直交する方向Ｘ，Ｙにおいて収縮する変形状態となるようになっている。

よって、第４の活性部Ｓ４によって、第２及び第３の活性部Ｓ２，Ｓ３と同様に、第１の活性部Ｓ１の変形の影響が、隣接する圧力室１４Ａａに伝播する列間クロストークが抑制される。なお、第４の活性部Ｓ４が占める領域は、平面的に見て、第３の活性部Ｓ３が占める領域よりも小さいので、第３の活性部Ｓ３よりも若干劣るものの、第４の活性部Ｓ４によっても列間クロストークの抑制効果は発揮される。

また、その場合、圧力室列方向Ｘにおいて、第２の定電位電極２２を圧力室列方向Ｘにおいて隣の第２の定電位電極２２に接続するための接続電極が同一側に２つ配置しているが、図１３〜図１６に示すように、その一方の接続電極２２ａａを前記方向Ｙの一側に、その他方の接続電極２２ａｂを前記方向Ｙの他側にそれぞれ配置することも可能である。このようにすれば、圧力室１４Ａａの変形の影響をキャンセルする活性部（図１２の部分Ｐ２１〜Ｐ２４に対応）を、平面的に見て、圧力室１４Ａａの周囲にバランスよく形成することができ、クロストークを抑制する部分をより効果的に形成することができる。なお、接続電極２２ａａ，２２ａｂが設けられている部分Ｐ２５，Ｐ２６は、抑制効果を発揮できない。また、この実施の形態の場合も、第４の活性部Ｓ４による列間クロストークの抑制効果は、第３の活性部Ｓ３よりも若干劣るものの、第４の活性部Ｓ４によっても列間クロストークの抑制効果は発揮される。

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、前記圧力室の中央部分に対し、前記所定方向と直交する方向における一側に対応して第３の活性部を設けているが、本発明はそれに限定されるものではなく、例えば図１７に示すように、圧力室１４Ａａ’が圧力室列方向Ｘ（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。 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。 圧電材料層毎に電極の配置を示す図である。 図４のＡ−Ａ線における断面図である。 図４のＢ−Ｂ線における断面図である。 図４のＣ−Ｃ線における断面図である。 変形例についての図４と同様の図である。 圧電材料層毎に電極の配置を示す図である。 図９のＤ−Ｄ線における断面図である。 図９のＦ−Ｆ線における断面図である。 他の変形例についての図４と同様の図である。 圧電材料層毎に電極の配置を示す図である。 図１３のＧ−Ｇ線における断面図である。 図１３のＨ−Ｈ線における断面図である。 交差方向の説明図である。 従来例について、圧力室列方向の概略断面図である。 従来例について、圧力室列方向に直交する方向の概略断面図である。

符号の説明

Ｓ１ 第１の活性部
Ｓ２ 第２の活性部
Ｓ３ 第３の活性部
Ｓ４ 第４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，１４Ａａ’ 圧力室
１４Ａｂ，１４Ａｃ 桁部
２１ 個別電極
２２ 第２の定電位電極
２３ 第１の定電位電極

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、前記圧力室の中央部分に対応して設けられる第１の活性部と、前記圧力室の中央部分に対し、前記所定方向における両側部分に対応して設けられる第２の活性部と、前記圧力室の中央部分に対し、前記所定方向と交差する交差方向における一側部分に対応して設けられる第３の活性部とを備え、
   第１、第２および第３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および第３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および第３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. 第３の活性部は、前記圧力室の外周縁よりも外側の領域を含むことを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出装置。
3. 前記圧電アクチュエータは、前記圧力室の前記中央部分に対して、前記交差方向における他側部分に対応する第４の活性部をさらに備え、
   第４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、第１の方向に伸張するとともに第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４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４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請求項１または２に記載の液滴吐出装置。
4. 第１の活性部は、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る個別電極と、第２の電位が付与される第２の定電位電極との間に挟まれた圧電材料を含んで構成され、
   第２、第３および第４の活性部は、前記個別電極と、第１の電位が付与される第１の定電位電極との間に挟まれた圧電材料を含んで構成される
   ことを特徴とする請求項３に記載の液滴吐出装置。
5. 前記個別電極は、少なくとも第１、第２および第３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、
   第２の定電位電極は、第１の活性部に対応する領域を占めるように形成され、
   第１の定電位電極は、少なくとも第２および第３の活性部に対応する領域を占めるように形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液滴吐出装置。
6. 前記個別電極は、前記交差方向の一側において第２の定電位電極より長く形成されている部分を有し、
   第１の定電位電極は、前記個別電極が第２の定電位電極より長く形成されている部分において、前記圧力室長手方向において前記個別電極と同等若しくはそれ以上の長さに形成されている部分を有することを特徴とする請求項５に記載の液滴吐出装置。
7. 第２の定電位電極は、前記圧力室列の隣り合う２列に共有されている部分を有することを特徴とする請求項６に記載の液滴吐出装置。
8. 前記個別電極は、前記交差方向の両側において第２の定電位電極より長く形成されている部分を有することを特徴とする請求項６に記載の液滴吐出装置。
9. 第１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おり、
   第２、第３および第４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いることを特徴とする請求項４〜８のいずれかに記載の液滴吐出装置。
10. 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、
    それらの圧電材料層の間に第２の定電位電極が形成され、その第２の定電位電極と第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１〜９のいずれか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、前記圧力室の中央部分に対応して設けられる第１の部分と、前記圧力室の前記中央部分に対し、前記所定方向における両側部分に対応して設けられる第２の部分と、前記圧力室の前記中央部分に対し、前記所定方向と交差する交差方向における一側部分に対応して設けられる第３の部分とを備え、
    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の部分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の部分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および第３の部分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、前記圧力室の中央部分に対応して設けられる第１の活性部と、前記圧力室の前記中央部分に対し、前記所定方向における両側部分に対応して設けられる第２の活性部と、前記圧力室の前記中央部分に対し、前記所定方向と交差する交差方向における一側部分に対応して設けられる第３の活性部とを備え、
    第１の活性部に対応する領域と第２および第３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、
    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、
    少なくとも第２および第３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の定電位電極とを有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。

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