JP2018051967A - 液体吐出ヘッド、およびそれを用いた記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電アクチュエータ基板間において、変位素子部位の振動が伝わりにくくし、液体吐出ヘッドの吐出特性の変動を抑制する。【解決手段】液体吐出ヘッドは、複数の吐出孔、流路部材４と、圧電アクチュエータ基板２１とを有しており、複数の加圧室は、互いに離れて配置されている複数の加圧室群９を構成しており、圧電アクチュエータ基板には、複数の加圧室に、それぞれ対応して複数の個別電極が配置されており、複数の個別電極は、複数の加圧室群に、それぞれ対応した、互いに離れて配置されている複数の個別電極群３８を構成しており、隣り合って配置されている個別電極群の間には、圧電アクチュエータ基板の一部である連結部位４２が配置されており、連結部位と個別電極群とが互いに沿って配置されている方向を境界方向とすると、連結部位の前記境界方向に沿った長さが、個別電極群の前記境界方向に沿った長さよりも短いことを特徴とする。【選択図】図２

Description

本開示は、液体吐出ヘッド、およびそれを用いた記録装置に関するものである。

液体吐出ヘッドとして、複数の吐出孔および複数の加圧室を有する流路部材に、複数の圧電アクチュエータ基板を接合したものが知られている。そのような液体吐出ヘッドでは、加圧室が台形状の加圧室群を構成しており、加圧室群が交互に千鳥状に配置されており、各加圧室群に対応して、それぞれ圧電アクチュエータ基板が配置されている（例えば、特許文献１を参照。）。

特開２００３−２２６００号公報

本開示の液体吐出ヘッドは、複数の吐出孔、該複数の吐出孔にそれぞれ繋がっている複数の加圧室、および該複数の加圧室が配置されている加圧室面を有する流路部材と、前記複数の加圧室を覆うように、前記流路部材の前記加圧室面に接合されている圧電アクチュエータ基板とを有しており、前記複数の加圧室は、互いに離れて配置されている複数の加圧室群を構成しており、前記圧電アクチュエータ基板には、前記複数の加圧室に、それぞれ対応して複数の個別電極が配置されており、前記複数の個別電極は、前記複数の加圧室群に、それぞれ対応した、互いに離れて配置されている複数の個別電極群を構成しており、隣り合って配置されている前記個別電極群の間には、圧電アクチュエータ基板の一部である連結部位が配置されており、前記連結部位と前記個別電極群とが互いに沿って配置されている方向を前記境界方向とすると、前記連結部位の前記境界方向に沿った長さＷ１が、前記個別電極群の前記境界方向に沿った長さＷ２よりも短いことを特徴とする。

また、本開示の記録装置は、前記液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに搬送する搬送部と、前記液体吐出ヘッドを制御する制御部と、を備えていることを特徴とする。

（ａ）は、本開示の一実施形態に係る液体吐出ヘッドを含む記録装置の側面図であり、（ｂ）は平面図である。 （ａ）は、図１の液体吐出ヘッドを構成するヘッド本体の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の一部である圧電アクチュエータ基板の平面図である。 図２（ａ）の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した平面図である。 図２（ａ）の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した平面図である。 図３のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図である。

図１（ａ）は、本開示の一実施形態に係る液体吐出ヘッド２を含む記録装置であるカラーインクジェットプリンタ１（以下で単にプリンタと言うことがある）の概略の側面図であり、図１（ｂ）は、概略の平面図である。プリンタ１は、記録媒体である印刷用紙Ｐをガイドローラ８２Ａから搬送ローラ８２Ｂへと搬送することにより、印刷用紙Ｐを液体吐
出ヘッド２に対して相対的に移動させる。制御部８８は、画像や文字のデータに基づいて、液体吐出ヘッド２を制御して、印刷用紙Ｐに向けて液体を吐出させ、印刷用紙Ｐに液滴を着弾させて、印刷用紙Ｐに印刷などの記録を行なう。

本実施形態では、液体吐出ヘッド２はプリンタ１に対して固定されており、プリンタ１はいわゆるラインプリンタとなっている。本開示の記録装置の他の実施形態としては、液体吐出ヘッド２を、印刷用紙Ｐの搬送方向である第２方向Ｄ２に交差する方向、例えば、ほぼ直交する方向である第１方向Ｄ１に往復させるなどして移動させる動作と、印刷用紙Ｐの搬送を交互に行なう、いわゆるシリアルプリンタが挙げられる。

プリンタ１には、印刷用紙Ｐとほぼ平行となるように平板状のヘッド搭載フレーム７０（以下で単にフレームと言うことがある）が固定されている。フレーム７０には図示しない２０個の孔が設けられており、２０個の液体吐出ヘッド２がそれぞれの孔の部分に搭載されていて、液体吐出ヘッド２の、液体を吐出する部位が印刷用紙Ｐに面するようになっている。液体吐出ヘッド２と印刷用紙Ｐとの間の距離は、例えば０．５〜２０ｍｍ程度とされる。５つの液体吐出ヘッド２は、１つのヘッド群７２を構成しており、プリンタ１は、４つのヘッド群７２を有している。

液体吐出ヘッド２は、第１方向Ｄ１に細長い長尺形状を有している。この長い方向を長手方向と呼ぶことがある。また、第１方向と直交する方向を第２方向Ｄ２とする。第２方向Ｄ２を、液体吐出ヘッド２の短手方向と呼びことがある。

１つのヘッド群７２内において、３つの液体吐出ヘッド２は、印刷用紙Ｐの搬送方向である第２方向Ｄ２に交差する方向、例えば、ほぼ直交する方向である第１方向Ｄ１に沿って並んでおり、他の２つの液体吐出ヘッド２は搬送方向に沿ってずれた位置で、３つの液体吐出ヘッド２の間にそれぞれ一つずつ並んでいる。液体吐出ヘッド２は、各液体吐出ヘッド２で印刷可能な範囲が、印刷用紙Ｐの搬送方向に交差する方向である向印刷用紙Ｐの幅方向に繋がるように、あるいは端が重複するように配置されており、印刷用紙Ｐの幅方向に隙間のない印刷が可能になっている。

４つのヘッド群７２は、印刷用紙Ｐの搬送方向に沿って配置されている。各液体吐出ヘッド２には、図示しない液体タンクから液体、例えば、インクが供給される。１つのヘッド群７２に属する液体吐出ヘッド２には、同じ色のインクが供給されるようになっており、４つのヘッド群７２で４色のインクが印刷できる。各ヘッド群７２から吐出されるインクの色は、例えば、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）である。このようなインクを、制御部８８で制御して印刷すれば、カラー画像が印刷できる。

プリンタ１に搭載されている液体吐出ヘッド２の個数は、単色で、１つの液体吐出ヘッド２で印刷可能な範囲を印刷するのであれば、１つでもよい。ヘッド群７２に含まれる液体吐出ヘッド２の個数や、ヘッド群７２の個数は、印刷する対象や印刷条件により適宜変更できる。例えば、さらに多色の印刷をするためにヘッド群７２の個数を増やしてもよい。また、同色で印刷するヘッド群７２を複数配置して、搬送方向に交互に印刷すれば、同じ性能の液体吐出ヘッド２を使用して搬送速度を速くできる。これにより、時間当たりの印刷面積を大きくすることができる。また、同色で印刷するヘッド群７２を複数準備して、搬送方向と交差する方向にずらして配置して、印刷用紙Ｐの幅方向の解像度を高くしてもよい。

さらに、色の付いたインクを印刷する以外に、印刷用紙Ｐの表面処理をするために、コーティング剤などの液体を印刷してもよい。

プリンタ１は、記録媒体である印刷用紙Ｐに印刷を行なう。印刷用紙Ｐは、給紙ローラ８０Ａに巻き取られた状態になっており、２つのガイドローラ８２Ａの間を通った後、フレーム７０に搭載されている液体吐出ヘッド２の下側を通り、その後２つの搬送ローラ８２Ｂの間を通り、最終的に回収ローラ８０Ｂに回収される。印刷する際には、搬送ローラ８２Ｂを回転させることで印刷用紙Ｐは、一定速度で搬送され、液体吐出ヘッド２によって印刷される。回収ローラ８０Ｂは、搬送ローラ８２Ｂから送り出された印刷用紙Ｐを巻き取る。搬送速度は、例えば、７５ｍ／分とされる。各ローラは、制御部８８によって制御されてもよいし、人によって手動で操作されてもよい。

記録媒体は、印刷用紙Ｐ以外に、ロール状の布などでもよい。また、プリンタ１は、印刷用紙Ｐを直接搬送する代わりに、搬送ベルトを直接搬送して、記録媒体を搬送ベルトに置いて搬送してもよい。そのようにすれば、枚葉紙や裁断された布、木材、タイルなどを記録媒体にできる。さらに、液体吐出ヘッド２から導電性の粒子を含む液体を吐出するようにして、電子機器の配線パターンなどを印刷してもよい。またさらに、液体吐出ヘッド２から反応容器などに向けて所定量の液体の化学薬剤や化学薬剤を含んだ液体を吐出させて、反応させるなどして、化学薬品を作製してもよい。

また、プリンタ１に、位置センサ、速度センサ、温度センサなどを取り付けて、制御部８８が、各センサからの情報から分かるプリンタ１各部の状態に応じて、プリンタ１の各部を制御してもよい。例えば、液体吐出ヘッド２の温度や液体タンクの液体の温度、液体タンクの液体が液体吐出ヘッド２に加えている圧力などが、吐出される液体の吐出量や吐出速度などの吐出特性に影響を与えている場合などに、それらの情報に応じて、液体を吐出させる駆動信号を変えるようにしてもよい。

次に、本開示の一実施形態に係る液体吐出ヘッド２について説明する。図２（ａ）は、図１に示された液体吐出ヘッド２の要部であるヘッド本体１３を示す平面図であり、図２（ｂ）は、ヘッド本体１３の一部である圧電アクチュエータ基板２１である。図３は、図２（ａ）の一点鎖線で囲まれた領域の拡大平面図であり、ヘッド本体１３の一部を示す図である。図４は、図３と同じ位置の拡大平面図である。図３および図４では、図を分かりやすくするため、一部の流路を省略して描いている。また、図３および図４では、図面を分かりやすくするために、圧電アクチュエータ基板２１の下方にあって破線で描くべき加圧室１０、しぼり１２および吐出孔８などを実線で描いている。図５は図３のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図である。

ヘッド本体１３は、平板状の流路部材４と、流路部材４上に、圧電基板である圧電アクチュエータ基板２１とを有している。ヘッド本体１３には、さらに、圧電アクチュエータ基板２１を駆動する駆動信号を伝達する配線基板を含んでもよい。

圧電アクチュエータ基板２１は台形形状の４つの変位素子部位４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄを、連結部位４２で繋げた形状を有している。その台形の１対の平行対向辺が流路部材４の長手方向である第１方向Ｄ１に平行になるように流路部材４の上面である加圧室面４−１に配置されている。以下で、台形形状の上底および下底のうちで、長い方を長辺と呼び、短い方を短辺と呼ぶことがある。

また、流路部材４の長手方向に平行な２本の仮想直線のそれぞれに沿って２つずつ、つまり合計４つの変位素子部位４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄが、全体として千鳥状に流路部材４上に配列されている。流路部材４上で隣合って配置されている変位素子部位４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄの斜辺同士は、流路部材４の短手方向について部分的にオーバーラップしている。このオーバーラップしている部分の圧電アクチュエータ基板２１を
駆動することにより印刷される領域では、２つの変位素子部位４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄにより吐出された液滴が混在して着弾することになる。

流路部材４の内部には液体流路の一部であるマニホールド５が配置されている。マニホールド５は流路部材４の長手方向に沿って延び細長い形状を有しており、流路部材４の上面にはマニホールド５の開口５ｂが形成されている。開口５ｂは、１０個あり、流路部材４の長手方向に平行な２本の仮想直線上に５個ずつ配置されている。

圧電アクチュエータ基板２１は、４つの変位素子部位４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄが３つの連結部位４２で繋がれた形状をしており、外辺の４カ所が凹形状となっている。圧電アクチュエータ基板２１の外辺の一部が凹形状をしていることにより、圧電アクチュエータ基板２１の周囲の一部に、圧電アクチュエータ基板２１が存在しない凹領域４４ができる。１０個の開口５ｂのうち８個の開口５ｂは、凹領域４４配置されており、これによりヘッド本体１３を小型化できる。他の２つの開口５ｂも、圧電アクチュエータ基板２１が配置された領域を避けた位置に配置されている。マニホールド５には、図示されていない液体タンクから、開口５ｂを通じて液体が供給されるようになっている。

流路部材４内に形成されたマニホールド５は、複数本に分岐している（分岐した部分のマニホールド５を副マニホールド５ａということがある）。開口５ｂに繋がるマニホールド５は、変位素子部位４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄに沿うように延在しており、流路部材４の長手方向と交差して配置されている。２つの変位素子部位４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄに挟まれた領域では、１つのマニホールド５が、隣接する変位素子部位４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄに共有されており、副マニホールド５ａがマニホールド５の両側から分岐している。各副マニホールド５ａは、流路部材４の内部の各変位素子部位４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄに対向する領域において、隣り合って配置され、ヘッド本体１３の長手方向に延在している。

流路部材４は、複数の加圧室１０がマトリクス状（すなわち、２次元的かつ規則的）に形成されている４つの加圧室群９を有している。加圧室１０は、角部にアールが施されたほぼ菱形の平面形状を有する中空の領域である。加圧室１０は流路部材４の上面に開口するように形成されている。これらの加圧室１０は、流路部材４の上面における圧電アクチュエータ基板２１に対向する領域のほぼ全面にわたって配列されている。したがって、これらの加圧室１０によって形成された各加圧室群９は変位素子部位４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄとほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有している。また、加圧室面４−１に開口している加圧室１０の開口は、流路部材４の上面に圧電アクチュエータ基板２１が接着されることで閉塞されている。

本実施形態では、図３に示されているように、マニホールド５は、流路部材４の短手方向に互いに平行に並んだ４行の副マニホールド５ａに分岐している。一つの副マニホールド５ａに繋がった加圧室１０は、副マニホールド５ａの片側に２行ずつ、両側で４行の加圧室行１１を構成している。副マニホールド５ａは４行存在するため、加圧室行１１は、１６行存在する。各加圧室行１１は、加圧室１０が、第１方向Ｄ１に沿って等間隔で並んでいる。図３では、もっとも長辺側に配置された加圧室行１１を加圧室行１１−１、加圧室行１１−１から短辺側に向かって順に加圧室行１１−２〜１１−１６が配置されている状態を示してある。各加圧室行１１に含まれる加圧室１０の数は、変位素子部位４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄの形状に対応して、変位素子部位４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄの長辺側から短辺側に向かって次第に少なくなるように配置されている。

吐出孔８は、ヘッド本体１３の解像度方向である長手方向において、約４２μｍ（６００ｄｐｉならば２５．４ｍｍ／１５０＝４２μｍ間隔である）の間隔で略等間隔に配置さ
れている。これによって、ヘッド本体１３は、長手方向に６００ｄｐｉの解像度で画像形成が可能となっている。台形形状の変位素子部位４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄがオーバーラップしている部分では、２つの変位素子部位４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄの下方にある吐出孔８が、互いに補完し合うように配置されていることにより、吐出孔８は、ヘッド本体１３の長手方向に６００ｄｐｉに相当する間隔で配置されている。

また、各副マニホールド５ａには平均すれば１５０ｄｐｉに相当する間隔で個別流路３２が接続されている。これは、６００ｄｐｉ分の吐出孔８を４行の副マニホールド５ａに分けて繋ぐ設計をする際に、各副マニホールド５ａに繋がる個別流路３２が等しい間隔で繋がるとは限らないため、マニホールド５ａの延在方向、すなわち主走査方向に平均１７０μｍ（１５０ｄｐｉならば２５．４ｍｍ／１５０＝１６９μｍ間隔である）以下の間隔で個別流路３２が形成されているということである。

圧電アクチュエータ基板２１の上面における各加圧室１０に対向する位置には後述する個別電極３５がそれぞれ形成されている。個別電極３５は加圧室１０より一回り小さく、加圧室１０とほぼ相似な形状を有していて、圧電アクチュエータ基板２１の上面における加圧室１０と対向する領域内に収まる個別電極本体３５ａと、個別電極本体３５ａから、加圧室１０の外まで引き出せた引出電極３５ｂとを含んでいる。

流路部材４の下面である吐出孔面４−２には、吐出孔８の下側の開口である吐出孔８が多数開口している。吐出孔８は、流路部材４の下面側に配置された副マニホールド５ａと対向する領域を避けた位置に配置されている。また、吐出孔８は、流路部材４の下面側における変位素子部位４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄのそれぞれと対向する領域内に配置されている。吐出孔８の集まりである吐出孔群は、変位素子部位４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄのそれぞれとほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有しており、対応する圧電アクチュエータ基板２１の圧電素子、すなわち変位素子５０を変位させることにより吐出孔８から液滴が吐出できる。そして、それぞれの吐出孔群内の吐出孔８は、流路部材４の長手方向に平行な複数の仮想直線に沿って等間隔に配列されている。

ヘッド本体１３に含まれる流路部材４は、複数のプレートが積層された積層構造を有している。これらのプレートは、流路部材４の上面から順に、キャビティプレート２２、ベースプレート２３、アパーチャ（しぼり）プレート２４、サプライプレート２５、２６、マニホールドプレート２７、２８、２９、カバープレート３０およびノズルプレート３１である。これらのプレートには多数の孔が形成されている。各プレートは、これらの孔が互いに連通して個別流路３２および副マニホールド５ａを構成するように、位置合わせして積層されている。ヘッド本体１３は、図５に示されているように、加圧室１０は流路部材４の上面に、副マニホールド５ａは内部の下面側に、吐出孔８は下面にと、個別流路３２を構成する各部分が異なる位置に互いに近接して配設され、加圧室１０を介して副マニホールド５ａと吐出孔８とが繋がる構成を有している。

各プレートに形成された孔について説明する。これらの孔には、次のようなものがある。第１に、キャビティプレート２２に形成された加圧室１０である。第２に、加圧室１０の一端から副マニホールド５ａへと繋がる流路を構成する連通孔である。この連通孔は、ベースプレート２３（詳細には加圧室１０の入り口）からサプライプレート２５（詳細には副マニホールド５ａの出口）までの各プレートに形成されている。なお、この連通孔には、アパーチャプレート２４に形成されたしぼり１２と、サプライプレート２５、２６に形成された個別供給流路６とが含まれている。

第３に、加圧室１０の他端から吐出孔８へと連通する流路を構成する連通孔であり、この連通孔は、以下の記載においてディセンダ（部分流路）と呼称される。ディセンダは、
ベースプレート２３（詳細には加圧室１０の出口）からノズルプレート３１（詳細には吐出孔８）までの各プレートに形成されている。ディセンダの吐出孔８側は特に断面積が小さい、ノズルプレート３１に形成されたノズルとなっている。

第４に、副マニホールド５ａを構成する連通孔である。この連通孔は、マニホールドプレート２７〜３０に形成されている。

このような連通孔が相互に繋がり、副マニホールド５ａからの液体の流入口（副マニホールド５ａの出口）から吐出孔８に至る個別流路３２を構成している。副マニホールド５ａに供給された液体は、以下の経路で吐出孔８から吐出される。まず、副マニホールド５ａから上方向に向かって、個別供給流路６を通り、しぼり１２の一端部に至る。次に、しぼり１２の延在方向に沿って水平に進み、しぼり１２の他端部に至る。そこから上方に向かって、加圧室１０の一端部に至る。さらに、加圧室１０の延在方向に沿って水平に進み、加圧室１０の他端部に至る。そこから少しずつ水平方向に移動しながら、主に下方に向かい、下面に開口した吐出孔８へと進む。

圧電アクチュエータ基板２１は、図５に示されるように、２枚の圧電セラミック層２１ａ、２１ｂからなる積層構造を有している。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂはそれぞれ２０μｍ程度の厚さを有している。圧電アクチュエータ基板２１の変位する部分である変位素子５０の厚さは４０μｍ程度であり、１００μｍ以下であることにより、変位量を大きくすることができる。圧電セラミック層２１ａ、２１ｂのいずれの層も複数の加圧室１０を跨ぐように延在している（図３参照）。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂ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。

圧電アクチュエータ基板２１は、Ａｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる共通電極３４、Ａｕ系などの金属材料からなる個別電極３５を有している。個別電極３５は上述のように圧電アクチュエータ基板２１の上面における加圧室１０と対向する位置に配置されている。個別電極３５は、加圧室１０と対向している個別電極本体３５ａと、加圧室１０と対向している領域外に引き出されて引出電極３５ｂとを含んでいる。引出電極３５ｂには、引出電極３５ｂと配線基板とを電気的に接続する、凸形状の接続導体３６が配置されている。接続導体３６は、例えば、高さ５〜２００μｍ程度であり、導電粒子を含んだ樹脂である。

圧電セラミック層２１ａ、２１ｂおよび共通電極３４は、それぞれ略同じ形状であることにより、これらを同時焼成により作製する場合に、反りを小さくできる。１００μｍ以下の圧電アクチュエータ基板２１は焼成過程で反りが生じやすく、その量も大きくなる。また、反りが生じていると、流路部材４に積層した際に、その反りを変形させて接合することになり、その際の変形が変位素子５０の特性変動に影響し、ひいては液体吐出特性のばらつきにつながるため、反りは、圧電アクチュエータ基板２１の厚さと同程度以下に小さいことが望ましい。そして、内部電極のある場所とない場所の焼成収縮挙動の差による反りを少なくするために内部電極である共通電極３４は内部にパターンのないベタで形成される。なお、ここで略同じ形状であるとは、外周の寸法の差がその部分の幅の１％以内であることを言う。圧電セラミック層２１ａ、２１ｂの外周は、基本的に焼成前に重ねられた状態で切断して形成されるので、加工精度の範囲内で同じ位置になる。共通電極３４も、ベタ印刷した後に、圧電セラミック層２１ａ、ｂと同時に切断することで形成されると反りが生じ難いが、圧電セラミック層２１ａ、ｂと相似形状で少し小さいパターンで印刷することにより、圧電アクチュエータ２１基板の側面に共通電極３４が露出しなくなるため、電気的信頼性が高くなる。

詳細は後述するが、個別電極３５には、制御部８８からフレキシブル配線基板（ＦＰＣ、Flexible Printed Circuit）などの配線基板を通じて駆動信号が供給される。駆動信号は、印刷用紙Ｐの搬送速度と同期して一定の周期で供給される。共通電極３４は、圧電セラミック層２１ａと圧電セラミック層２１ｂとの間の領域に面方向のほぼ全面にわたって形成されている。すなわち、共通電極３４は、圧電アクチュエータ基板２１に対向する領域内のすべての加圧室１０を覆うように延在している。共通電極３４の厚さは２μｍ程度である。共通電極３４は図示しない領域において接地され、グランド電位に保持されている。本実施形態では、圧電セラミック層２１ｂ上において、個別電極３５からなる電極群を避ける位置に個別電極３５とは異なる表面電極（不図示）が形成されている。表面電極は、圧電セラミック層２１ｂの内部に形成されたスルーホールを介して共通電極３４と電気的に接続されているとともに、多数の個別電極３５と同様に配線基板に電気的に接続される。

なお、後述のように、個別電極３５に選択的に所定の駆動信号が供給されることにより、この個別電極３５に対応する加圧室１０内の液体に圧力が加えられる。これによって、個別流路３２を通じて、対応する吐出孔８から液滴が吐出される。すなわち、圧電アクチュエータ基板２１における各加圧室１０に対向する部分は、各加圧室１０および吐出孔８に対応する個別の変位素子５０（アクチュエータ）に相当する。つまり、２枚の圧電セラミック層からなる積層体中には、図５に示されているような構造を単位構造とする変位素子５０が加圧室１０毎に、加圧室１０の直上に位置する振動板２１ａ、共通電極３４、圧電セラミック層２１ｂ、個別電極３５により構成されており、圧電アクチュエータ基板２１には圧電素子である変位素子５０が複数含まれている。なお、本実施形態において１回の吐出動作によって吐出孔８から吐出される液体の量は５〜７ｐＬ（ピコリットル）程度である。

圧電アクチュエータ基板２１を平面視したとき、個別電極本体３５ａは加圧室１０と重なるように配置されており、加圧室１０の中央に位置している部位の、個別電極３５と共通電極３４とに挟まれている圧電セラミック層２１ｂは、圧電アクチュエータ基板２１の積層方向に分極されている。分極の向きは上下どちらに向かっていてもよく、その方向に対応し駆動信号を与えることで駆動できる。

図５に示されるように、共通電極３４と個別電極３５とは、最上層の圧電セラミック層２１ｂのみを挟むように配置されている。圧電セラミック層２１ｂにおける個別電極３５と共通電極３４とに挟まれた領域は活性部と呼称され、その部分の圧電セラミックスには厚み方向に分極が施されている。本実施形態の圧電アクチュエータ基板２１においては、最上層の圧電セラミック層２１ｂのみが活性部を含んでおり、圧電セラミック層２１ａは活性部を含んでおらず、振動板として働く。この圧電アクチュエータ基板２１はいわゆるユニモルフタイプの構成を有している。

液体吐出ヘッド２における駆動信号の一例として、いわゆる引き打ちの駆動信号を用いた吐出方法を説明する。また、加圧室１０内の液体の共振周期の半分の時間をＡＬ（Acoustic Length）とする。制御部８８が共通電極３４および個別電極３５に印加する電圧を
印加電圧ｖとし、加圧室１０内の液体の圧力を圧力ｐとして説明する。圧力Ｐは、詳細には、加圧室１０の変位素子５０に面した領域の面積重心付近の圧力である。

制御部８８は、吐出ユニット１５から液滴を吐出しない状態においては、印加電圧ｖとして所定の電圧ｖ１を印加している。これにより、変位素子５０は加圧室１０側へ撓んでいる。このときの圧力ｐを基準圧力ｐ０とする。

吐出を行なう際には、まず、印荷電圧ｖを、電圧ｖ０まで下げる。ｖ０は、例えば０（
ゼロ）［Ｖ］である。印荷電圧ｖを変える時点を時間的基準として、この時点をｔ＝０（ゼロ）とする。印荷電圧ｖが電圧ｖ０になったことで、変位素子５０の加圧室１０側への撓みは小さくなろうとする。印荷電圧ｖを、０（ゼロ）［Ｖ］とすれば、変位素子５０は、ほぼ撓みのない状態に戻ろうとし、印荷電圧ｖを、ｖ１と符号が逆の電圧にすれば、変位素子５０は、加圧室１０とは逆側に撓んだ状態に撓もうとする。

ｔ＝０（ゼロ）での印荷電圧ｖの変化により、圧力ｐは低くなる。標準状態の圧力ｐ０よりも圧力ｐが低くなった加圧室１０は、吐出孔８も含まれる加圧室１０に繋がっている流路から液体を引き込み、圧力ｐはｐ０に戻っていく。ｔ＝ＡＬ／２の時点で、圧力ｐはｐ０に戻る。ｔ＝ＡＬ／２を過ぎても、加圧室１０に繋がっている流路からの液体の流入は続くため、流入した液体により、圧力ｐはｐ０よりも高くなっていく。

ｔ＝ＡＬの時点で、圧力ｐは、ｔ＝０（ゼロ）からこの時点までの間でもっとも高くなる。このときに、制御部８８は、印荷電圧ｖを上げる。例えば、印荷電圧ｖをｖ１に戻す。印荷電圧ｖを上げる前に高くなっていた圧力に、印荷電圧ｖを上げたことで生じた圧力が足されるので、圧力ｐはさらに高くなる。この時点の圧力ｐは、２回分の電圧変化の圧力が足された状態になっている。より詳細には、ｔ＝ＡＬの時点の基準圧力ｐ０からの圧力ｐの変化の絶対値（｜ｐ−ｐ０｜）は、ｔ＝０（ゼロ）の時点の基準圧力ｐ０からの圧力ｐの変化の絶対値（｜ｐ−ｐ０｜）の約２倍となっている。

この約２倍になった圧力ｐは、加圧室１０から、加圧室１０に繋がっている流路に、圧力波として伝わっていく。この圧力波のうち、吐出孔８に達した圧力波によって、吐出孔８の内側の液体の一部が外部に押し出されて、液滴として吐出される。液滴の吐出後も、加圧室１０においては振動が続いている。これを残留振動という。残留振動は、徐々に減衰していく。この残留振動の周期は、ＡＬの２倍である。

２回加える電圧変化の間隔、すなわちパルス幅は、上述のようにＡＬにすると、原理的には、液体の吐出量は最大になり、液体の吐出速度は、最高になる。パルス幅は、ＡＬからずれた値であっても、ＡＬ／２より大きく、３×ＡＬ／２より小さい値で有れば圧力の重ね合わされて強くなる。そして、パルス幅を、ＡＬに近い値にすれば吐出が生じる。実際の吐出においては、吐出量や吐出量を調整するため、あるいは、吐出される液体が１滴ではなくなる分滴などが生じ難いように、パルス幅は、ＡＬから外れた値に、適宜調整される。

１つの液体吐出ヘッド２に、複数の圧電アクチュエータ基板を搭載すると、複数の圧電アクチュエータ基板の圧電特性などの特性に差があることで、液体吐出ヘッド２内の吐出特性のばらつきが大きくなるおそれがある。また、１つの液体吐出ヘッド２に、複数の圧電アクチュエータ基板を搭載すると、製造工程において、各圧電アクチュエータ基板が、加圧室群９に対してランダムにずれて接合されるため、この点においても液体吐出ヘッド２内の吐出特性のばらつきが大きくなるおそれがある。一方、２つ以上の圧電アクチュエータ基板を連結したような大きな圧電アクチュエータ基板を用いると、互いに振動が伝わることで、吐出特性の変動が大きくなるおそれがある。

そこで、圧電アクチュエータ基板２１は、複数の加圧室群９にそれぞれ対応した個別電極群３８を含む変位素子部位４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄを設け、４つの変位素子部位４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄの間を３つの連結部位４２で繋げた形状にする。圧電アクチュエータ基板２１の、少なくとも圧電セラミック層２１ａ、２１ｂは、変位素子部位４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄおよび連結部位４２において連続して存在している。また、圧電アクチュエータ基板２１の、少なくとも圧電セラミック層２１ａ、２１ｂは、一体で焼成したものである。

連結部位４２と個別電極配置領域３８との境界に沿った方向を境界方向と呼ぶ。変位素子部位４０ａと４０ｂとの間の境界方向を第１境界方向Ｂ１とし、変位素子部位４０ｂと４０ｃとの間の境界方向を第２境界方向Ｂ２とする。変位素子部位４０ｃと４０ｄとの間の境界方向は第１境界方向Ｂ１と同じである。

変位素子部位４０ａと４０ｂとの間では、連結部位４２の第１境界方向Ｂ１に沿った長さはＷ１である。個別電極配置領域３８の第１境界方向Ｂ１に沿った長さはＷ２である。Ｗ１がＷ２よりも短くなっていることにより、変位素子部位４０ａと４０ｂとの間で、振動が伝わり難くなる。なお、Ｗ１は、変位素子部位４０ａの第１境界方向Ｂ１に沿った長さおよび変位素子部位４０ｂの第１境界方向Ｂ１に沿った長さよりも短くなっている。

また、変位素子部位４０ａと４０ｂとは、一体的に作製されており、特性の差が小さいので、液体吐出ヘッド２内の吐出特性のばらつきを小さくできる。また、変位素子部位４０ａと４０ｂとは、連結部位４２で繋がっているので、製造工程で、加圧室群９に対してずれて接合されたとしても、変位素子部位４０ａにおけるずれと変位素子部位４０ｂにおけるずれとの差が小さくなるので、液体吐出ヘッド２内の吐出特性のばらつきを小さくできる。

個別電極配置領域３８を横切る幅のうち、もっとも短い幅は、短辺および長辺と直交する部分の幅であり、その長さはＷ３である。連結部位４２の長さはＷ１を、Ｗ３よりも小さくすることで、変位素子部位４０ａと４０ｂとの間で、振動がより伝わり難くなる。

隣り合って配置されている加圧室群９の間の、連結部位４２の下の加圧室面４−２には、ダミー加圧室４６が配置されている（図３参照）。ダミー加圧室４６はプレート２２に形成されており、ダミー加圧室４６には、吐出孔８や個別流路３２に相当するような他の孔は繋がっていない。ダミー加圧室４６の中は空間で、振動が伝わり難いので、変位素子部位４０ａと４０ｂとの間で、振動がより伝わり難くなる。ダミー加圧室４６を、連結部位４２の第１境界方向Ｂ１全体に亘って配置すれば、振動がより伝わり難くなる。

また、ダミー加圧室４６が存在することで、圧電アクチュエータ基板２１と流路部材４とを接着する際の接着剤がダミー加圧室４６に流れ込むため、接着剤が加圧室１０に多量に流れ込むことを抑制できる。

一方、連結部位４２は、４つの変位素子部位４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄと比較すると、幅が狭いため、相対的に接着強度が弱く、局所的な剥がれなどが生じるおそれがある。少なくとも一部のダミー加圧室４６の加圧室面４−１における面積を、加圧室１０の面積よりも小さくすることで、連結部位４２の接着強度を強くできる。

なお、本実施形態では、圧電アクチュエータ基板２１は、４つの変位素子部位４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄを全て繋げた形状をしており、液体吐出ヘッド２に搭載する圧電アクチュエータ基板２１は１つになっているが、他の形態であってもかまわない。例えば、液体吐出ヘッド２に、変位素子部位４０ａと４０ｂとを繋げた圧電アクチュエータ基板と、変位素子部位４０ｃと４０ｄとを繋げた圧電アクチュエータ基板の２つを搭載してもよい。

１・・・プリンタ
２・・・液体吐出ヘッド
４・・・流路部材
４−１・・・加圧室面
４−２・・・吐出孔面
５・・・マニホールド
５ａ・・・副マニホールド
５ｂ・・・マニホールドの開口
６・・・個別供給流路
８・・・吐出孔
９・・・加圧室群
１０・・・加圧室
１１−１〜１１−１６・・・加圧室行
１２・・・しぼり
１３・・・ヘッド本体
２１・・・圧電アクチュエータ基板
２１ａ・・・圧電セラミック層（セラミック振動板）
２１ｂ・・・圧電セラミック層
２２〜３１・・・プレート
３２・・・個別流路
３４・・・共通電極
３５・・・個別電極
３５ａ・・・個別電極本体
３５ｂ・・・引出電極
３６・・・接続電極
３８・・・個別電極配置領域
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ・・・変位素子部位
４２・・・連結部位
４４・・・凹領域
４６・・・ダミー加圧室
５０・・・変位素子（圧電素子）
７０・・・ヘッド搭載フレーム
７２・・・ヘッド群
８０Ａ・・・給紙ローラ
８０Ｂ・・・回収ローラ
８２Ａ・・・ガイドローラ
８２Ｂ・・・搬送ローラ
８８・・・制御部
Ｂ１・・・第１境界方向
Ｂ２・・・第２境界方向
Ｄ１・・・第１方向
Ｄ２・・・第２方向
Ｐ・・・印刷用紙

Claims (5)

1. 複数の吐出孔、該複数の吐出孔にそれぞれ繋がっている複数の加圧室、および該複数の加圧室が配置されている加圧室面を有する流路部材と、
   前記複数の加圧室を覆うように、前記流路部材の前記加圧室面に接合されている圧電アクチュエータ基板とを有しており、
   前記複数の加圧室は、互いに離れて配置されている複数の加圧室群を構成しており、
   前記圧電アクチュエータ基板には、前記複数の加圧室に、それぞれ対応して複数の個別電極が配置されており、
   前記複数の個別電極は、前記複数の加圧室群に、それぞれ対応した、互いに離れて配置されている複数の個別電極群を構成しており、
   隣り合って配置されている前記個別電極群の間には、圧電アクチュエータ基板の一部である連結部位が配置されており、
   前記連結部位と前記個別電極群とが互いに沿って配置されている方向を境界方向とすると、前記連結部位の前記境界方向に沿った長さＷ１が、前記個別電極群の前記境界方向に沿った長さＷ２よりも短いことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記連結部位の前記境界方向に沿った長さＷ１が、前記個別電極群の幅のうちでもっとも短い方向の幅Ｗ３よりも短いことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 隣り合って配置されている前記加圧室群の間であって、前記圧電アクチュエータ基板の一部である前記連結部位が接合されている前記加圧室面の領域に、複数のダミー加圧室が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記複数のダミー加圧室のうちの一部のダミー加圧室の面積が、前記複数の加圧室の面積よりも小さいことを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに搬送する搬送部と、前記液体吐出ヘッドを制御する制御部と、を備えていることを特徴とする記録装置。

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