JP2022098669A - 液体吐出ヘッド、および液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力室の長手方向において、圧力室の端に近い位置におけるアクチュエーターの厚さが薄いと、アクチュエーターを駆動した場合の圧力室の中央に近い位置におけるアクチュエーターの変位が小さくなってしまう虞がある。【解決手段】液体吐出ヘッド１０は、圧電素子２２と、振動板２４と、を備えるアクチュエーター２０と、振動板２４の変形により容積が変化する圧力室３４１が設けられる圧力室基板３４と、を有し、圧力室３４１の長手方向における１つの位置を第１位置Ｐｘ１、圧力室３４１内の長手方向において第１位置Ｐｘ１と比較して圧力室３４１の端に近い他の位置を第２位置Ｐｘ２、アクチュエーター２０の第１位置Ｐｘ１での前記厚さ方向の曲げ剛性をＦＲ１、アクチュエーター２０の第２位置Ｐｘ２での前記厚さ方向の曲げ剛性をＦＲ２としたとき、０．３５×ＦＲ１≦ＦＲ２＜１．００×ＦＲ１である。【選択図】図５

Description

本発明は、液体吐出ヘッド、および液体吐出装置に関する。

液体吐出ヘッドに関して、特許文献１には、振動板と、圧電素子と、からなるアクチュエーターと、複数の圧力室と、圧力室と連通するノズルとを有する液体吐出ヘッドが開示されている。この液体吐出ヘッドは、例えば、プリンター等の液体吐出装置に備えられ、アクチュエーターを駆動させることで圧力室の容積を変化させ、圧力室に供給されたインク等の液体をノズルから吐出する。

特開２０１６－５８４６７号公報

特許文献１の液体吐出ヘッドのように、圧力室の長手方向において、圧力室の中央に近い位置と圧力室の端に近い位置とでアクチュエーターの厚さが同じ場合、圧力室の端に近い位置におけるアクチュエーターの剛性によってアクチュエーターが変位しにくいという課題がある。一方で、圧力室の端に近い位置におけるアクチュエーターの厚さが薄いと、アクチュエーターを駆動した場合の圧力室の中央に近い位置におけるアクチュエーターの変位が小さくなってしまう虞がある。

液体吐出ヘッドは、第１電極、第２電極、および圧電体を含み、前記第１電極、前記第２電極、および前記圧電体が積層される厚さ方向において、前記圧電体が前記第１電極と前記第２電極との間に設けられる圧電素子と、前記圧電素子に対して前記厚さ方向の一方側に設けられる振動板と、を備えるアクチュエーターと、前記振動板に対して前記厚さ方向の前記一方側に設けられ、前記振動板の変形により容積が変化する圧力室が設けられる圧力室基板と、を有する液体吐出ヘッドであって、前記厚さ方向と交差する前記圧力室の長手方向と、前記厚さ方向および前記長手方向と交差する前記圧力室の短手方向とのうち、前記圧力室の前記長手方向における１つの位置を第１位置、前記圧力室内の前記長手方向において前記第１位置と比較して前記圧力室の端に近い他の位置を第２位置、前記アクチュエーターの前記第１位置での前記厚さ方向の曲げ剛性をＦＲ１、前記アクチュエーターの前記第２位置での前記厚さ方向の曲げ剛性をＦＲ２としたとき、０．３５×ＦＲ１≦ＦＲ２＜１．００×ＦＲ１である。

液体吐出装置は、前記液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドの吐出動作を制御する制御部と、を有する。

本開示の一実施形態としての液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置の概略構成を示すブロック図。 液体吐出ヘッドの詳細構成を示す分解斜視図。 液体吐出ヘッドの詳細構成を示す断面図。 図３に示したアクチュエーターのＩＶ－ＩＶ断面を示す断面図。 図４に示したアクチュエーターのＶ－Ｖ断面を示す断面図。 圧力室中央部の曲げ剛性に対する圧力室端部の曲げ剛性の割合と圧力室中央におけるアクチュエーターの変位との関係を示すグラフ。 実施形態２におけるアクチュエーターの詳細構成を模式的に示す断面図。 図７に示したアクチュエーターのＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ断面を示す断面図。

１．実施形態１
図１は、本開示の一実施形態としての液体吐出ヘッド１０を備える液体吐出装置１００の概略構成を示すブロック図である。本実施形態において、液体吐出装置１００は、インクジェット式プリンターとして構成され、印刷用紙Ｐに液体としてのインクを吐出して画像を形成する。なお、印刷用紙Ｐに代えて、樹脂フィルム、布帛等の任意の種類の媒体を、インクの吐出対象としてもよい。図１には、相互に直交する３つの軸であるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸が表されている。Ｚ軸は、例えば、鉛直方向と平行に設定してもよい。他の図面に記載のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、いずれも図１のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸に対応する。向きを特定する場合には、正の方向を「＋」、負の方向を「－」として、方向表記に正負の符合を併用する。正の方向および負の方向を「軸方向」とも呼ぶ。なお、Ｚ軸方向は、厚さ方向の下位概念に相当し、Ｘ軸方向は、後述する圧力室３４１の長手方向の下位概念に相当し、Ｙ軸方向は、圧力室３４１の短手方向の下位概念に相当する。また、－Ｚ方向は厚さ方向の一方側の下位概念に、＋Ｚ方向は厚さ方向の他方側の下位概念に、それぞれ相当する。また、－Ｘ方向は圧力室３４１の長手方向における一端側の下位概念に、＋Ｘ方向は圧力室３４１の長手方向における他端側の下位概念に、それぞれ相当する。なお、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、直交に限らず、任意の角度で交差していてもよい。

液体吐出装置１００は、液体吐出ヘッド１０と、インクタンク５０と、搬送機構６０と、移動機構７０と、制御ユニット８０とを備える。

液体吐出ヘッド１０は、多数のノズルを有し、－Ｚ方向にインクを吐出して印刷用紙Ｐ上に画像を形成する。液体吐出ヘッド１０の詳細構成は後述する。吐出するインクとしては、例えば、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの合計４色のインクを吐出してもよい。なお、上記４色に限らずライトシアン、ライトマゼンタ、ホワイトなど、任意の色のインクを吐出してもよい。液体吐出ヘッド１０は、移動機構７０が有する後述のキャリッジ７２に搭載され、キャリッジ７２の移動と共に主走査方向に往復移動する。本実施形態において、主走査方向は、＋Ｘ方向および－Ｘ方向である。

インクタンク５０は、液体吐出ヘッド１０から吐出するインクを収容する。インクタンク５０は、キャリッジ７２には搭載されていない。インクタンク５０と液体吐出ヘッド１０とは、樹脂製のチューブ５２によって接続されており、かかるチューブ５２を介してインクタンク５０から液体吐出ヘッド１０へとインクが供給される。なお、インクタンク５０に代えて、可撓性フィルムで形成された袋状の液体パックを用いてもよい。

搬送機構６０は、印刷用紙Ｐを副走査方向に搬送する。副走査方向は、主走査方向であるＸ軸方向と直交する方向であり、本実施形態では、＋Ｙ方向および－Ｙ方向である。搬送機構６０は、３つの搬送ローラー６２が装着された搬送ロッド６４と、搬送ロッド６４を回転駆動する搬送用モーター６６とを備える。搬送用モーター６６が搬送ロッド６４を回転駆動することにより、複数の搬送ローラー６２が回転して印刷用紙Ｐが副走査方向である＋Ｙ方向に搬送される。なお、搬送ローラー６２の数は３つに限らず任意の数であってもよい。また、搬送機構６０を複数備える構成としてもよい。

移動機構７０は、上述のキャリッジ７２に加えて、搬送ベルト７４と、移動用モーター７６と、プーリー７７とを備える。キャリッジ７２は、インクを吐出可能な状態で液体吐出ヘッド１０を搭載する。キャリッジ７２は、搬送ベルト７４に取り付けられている。搬送ベルト７４は、移動用モーター７６とプーリー７７との間に架け渡されている。移動用モーター７６が回転駆動することにより、搬送ベルト７４は、主走査方向に往復移動する。これにより、搬送ベルト７４に取り付けられているキャリッジ７２も、主走査方向に往復移動する。

制御ユニット８０は、液体吐出装置１００の全体を制御する。制御ユニット８０は制御部の一例である。例えば、制御ユニット８０は、キャリッジ７２の主走査方向に沿った往復動作や、印刷用紙Ｐの副走査方向に沿った搬送動作、液体吐出ヘッド１０の吐出動作を制御する。本実施形態において、制御ユニット８０は、後述のアクチュエーター２０の駆動制御部としても機能する。すなわち、制御ユニット８０は、液体吐出ヘッド１０に駆動信号を出力してアクチュエーター２０を駆動させることにより、印刷用紙Ｐへのインクの吐出を制御する。制御ユニット８０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の１または複数の処理回路と半導体メモリー等の１または複数の記憶回路とにより構成されてもよい。

図２では、一色分の液体吐出ヘッド１０の構成を例示している。したがって、吐出するインクの色数に応じて図２に示す液体吐出ヘッド１０を複数備える構成としてもよい。また、各色について図２に示す液体吐出ヘッド１０を複数備える構成としてもよい。図２に示すように、液体吐出ヘッド１０は、ノズル板４６と、吸振体４８と、流路基板３２と、圧力室基板３４と、筐体部４２と、封止体４４と、アクチュエーター２０とを備える。

ノズル板４６は、多数のノズルＮがＹ軸方向に沿って一列に並んで形成されている薄板状の部材である。なお、ノズルＮの列の数は、１つに限らず任意の数であってもよい。ノズルＮは、ノズル板４６においてＺ軸方向の貫通孔として形成されている。ノズルＮは、液体吐出ヘッド１０からのインクの吐出口に相当する。ノズル板４６は、液体吐出ヘッド１０において最も－Ｚ方向に位置する。ノズル板４６は、本実施形態では、珪素（Ｓｉ）の単結晶基板により形成されている。なお、珪素（Ｓｉ）の単結晶基板に限らず、ステンレス鋼（ＳＵＳ）やニッケル（Ｎｉ）合金などの他の種類の金属、ポリイミドやドライフィルムレジストなどの樹脂材料、および珪素以外の単結晶基板などの無機材料等により形成されてもよい。また、図２ではノズル板４６がＸ軸方向で配線基板９０と重ならない程度しか延びていない形態を示したが、Ｘ軸方向で配線基板９０と重なる位置までノズル板４６が－Ｘ方向に延在していても良い。

吸振体４８は、弾性変形可能な可撓性を有するシート状の部材である。吸振体４８は、ノズル板４６と同様に液体吐出ヘッド１０において最も－Ｚ方向に位置し、ノズル板４６と並んで配置されている。図３に示すように、吸振体４８は、筐体部４２の内部と流路基板３２とに亘って形成される液体貯留室Ｒ１の圧力変形を吸収する。吸振体４８は、流路基板３２に形成された後述の開口部３２２と中継流路３２８と複数の供給流路３２４とを閉塞して、液体貯留室Ｒ１の底面を形成する。吸振体４８としては、例えば、樹脂製のシート部材により構成してもよい。吸振体４８は、コンプライアンス基板とも呼ばれる。

流路基板３２は、インクの流路を形成するための板状部材である。図３に示すように、流路基板３２の－Ｚ方向の面は、ノズル板４６と吸振体４８とにそれぞれ接合されている。かかる接合は、例えば、接着剤を用いて実現されてもよい。本実施形態において、流路基板３２は、珪素（Ｓｉ）の単結晶基板により構成されている。なお、珪素の単結晶基板に限らず、珪素を主成分とする基板により形成されてもよい。図２および図３に示すように、流路基板３２には、開口部３２２と供給流路３２４と連通流路３２６とが形成されている。流路基板３２は、連通板とも呼ばれる。

図２に示すように、開口部３２２は、Ｚ軸方向に見たときに、Ｘ軸方向を短手方向、Ｙ軸方向を長手方向とする略矩形の平面視形状を有する貫通孔として形成されている。開口部３２２は、各ノズルＮに対応する供給流路３２４とＸ軸方向に対応する位置をすべて含むような１つの貫通孔として形成されている。図３に示すように、開口部３２２は、筐体部４２の後述する収容部４２２と共に液体貯留室Ｒ１を形成する。液体貯留室Ｒ１は、チューブ５２を介してインクタンク５０から供給されるインクを一時的に貯留する。液体貯留室Ｒ１は、リザーバーとも呼ばれる。

図２に示すように、供給流路３２４は、各ノズルＮと＋Ｘ方向において対応する位置にそれぞれ形成されている。したがって、各供給流路３２４は、ノズルＮと同様にＹ軸方向に並んで一列に配置されている。供給流路３２４は、流路基板３２を厚さ方向に貫く貫通孔として形成されている。図３に示すように、流路基板３２における－Ｚ方向の表面、より詳細には、流路基板３２における吸振体４８側の表面には、開口部３２２と供給流路３２４との間に溝が形成されている。かかる溝と吸振体４８とで囲まれる領域は、中継流路３２８として機能する。中継流路３２８により液体貯留室Ｒ１を形成する開口部３２２と供給流路３２４とは互いに連通する。中継流路３２８は、液体貯留室Ｒ１から供給流路３２４へとインクを中継する。供給流路３２４は、圧力室３４１の＋Ｘ方向端部と連通し、圧力室３４１にインクを供給する。換言すると、圧力室３４１は、圧力室３４１の＋Ｘ方向端部において供給流路３２４と連通している。

図２に示すように、連通流路３２６は、各ノズルＮと＋Ｚ方向において対応する位置、および各供給流路３２４と－Ｘ方向において対応する位置にそれぞれ形成されている。したがって、各連通流路３２６は、ノズルＮおよび供給流路３２４と同様にＹ軸方向に並んで一列に配置されている。図３に示すように、連通流路３２６は、ノズルＮおよび圧力室３４１の－Ｘ方向端部とそれぞれ連通し、圧力室３４１のインクをノズルＮに供給する。換言すると、圧力室３４１は、圧力室３４１の－Ｘ方向端部においてノズルＮと連通している。

圧力室基板３４は、圧力室３４１を形成するための板状部材である。換言すると、圧力室３４１は圧力室基板３４に設けられる。図３に示すように、圧力室基板３４の－Ｚ方向の面は、流路基板３２の＋Ｚ方向の面と接合されている。かかる接合は、接着剤を用いて実現されてもよい。本実施形態において、圧力室基板３４は、流路基板３２と同様に珪素の単結晶基板により構成されている。なお、珪素の単結晶基板に限らず、珪素を主成分とする基板により形成されてもよい。図２および図３に示すように、圧力室基板３４には、複数の圧力室３４１が形成されている。

各圧力室３４１は、Ｚ軸方向に見たときに、Ｘ軸方向を長手方向、Y軸方向を短手方向とする略矩形の平面視形状を有する貫通孔として形成されている。各圧力室３４１は、各ノズルＮと＋Ｚ方向において対応する位置にそれぞれ形成されている。したがって、各圧力室３４１は、ノズルＮと同様にＹ軸方向に複数並んで一列に形成されている。なお、圧力室３４１の－Ｚ方向の面は、圧力室基板３４に接合される後述の振動板２４により規定される。各圧力室３４１のＸ軸方向の側壁は、圧力室３４１を区画する区画壁３４５、区画壁３４６として機能する。圧力室３４１は、供給流路３２４と連通流路３２６とに連通し、供給流路３２４から供給されるインクを収容する。圧力室３４１の容積は、後述の振動板２４が変形することにより変化する。各圧力室３４１は、Ｚ軸方向に見たときに、Ｘ軸方向を長手方向、Ｙ軸方向を短手方向とする略矩形の平面視形状を有する。

筐体部４２は、一面が開口した中空の略四角柱状の外観形状を有する。本実施形態において、筐体部４２は、樹脂により形成されている。図３に示すように、筐体部４２は、流路基板３２の＋Ｚ方向の面に接合されている。筐体部４２の内側には収容部４２２が形成されている。収容部４２２の－Ｚ方向は開口しており、収容部４２２は、かかる開口において開口部３２２と連通して液体貯留室Ｒ１を形成している。図２および図３に示すように、筐体部４２の＋Ｚ方向の端部となる天井部には、導入口４２４が形成されている。導入口４２４は、筐体部４２の＋Ｚ方向の端部をＺ軸方向に貫き、液体貯留室Ｒ１と連通する。導入口４２４には、図１に示すチューブ５２が接続される。なお、導入口４２４には、図示しないチューブを介して図示しないインク貯留部、例えば、サブタンク等が接続されてもよい。この構成では、インクタンク５０からチューブ５２を介してかかるインク貯留部にインクが供給されてもよい。

封止体４４は、一面が開口した中空の略四角柱状の外観形状を有する。本実施形態において、封止体４４は、珪素の単結晶基板により形成されている。図３に示すように、封止体４４は、自身の内側の空間に後述の圧電素子２２が収容されるように配置され、後述の振動板２４の＋Ｚ方向の面に接合されている。封止体４４は、圧電素子２２を保護すると共に、圧力室基板３４、振動板２４の一部の機械的強度を補強する。

図３に示すように、液体吐出ヘッド１０において、振動板２４の＋Ｚ方向の面には、配線基板９０が接続されている。配線基板９０には、制御ユニット８０および図示しない電源回路と接続するための複数の配線が形成されている。本実施形態において、配線基板９０は、例えば、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）により構成されている。なお、ＦＰＣに代えて、ＦＦＣ（Flexible Flat Cable）など、可撓性を有する任意の基板により構成されてもよい。配線基板９０は、アクチュエーター２０を駆動するための駆動信号を各アクチュエーター２０に供給する。

アクチュエーター２０は、自身が変形することによって圧力室３４１の容積を変化させ、圧力室３４１からインクを流出させる。

図４および図５は、アクチュエーター２０の詳細構成を示す断面図であるが、説明の便宜上、液体吐出ヘッド１０の圧力室基板３４も図示している。アクチュエーター２０は、振動板２４と、複数の圧電素子２２とを備える。

振動板２４は、圧力室基板３４に対してＺ軸方向の＋Ｚ方向に設けられている。振動板２４は、弾性体層２４１と、絶縁層２４２とを備える。振動板２４は、弾性体層２４１と絶縁層２４２とがＺ軸方向に積層された構造を有する。弾性体層２４１は、圧力室基板３４の＋Ｚ方向の面上に配置されている。絶縁層２４２は、弾性体層２４１の＋Ｚ方向の面上に配置されている。弾性体層２４１は、二酸化珪素（ＳｉＯ₂）により形成されている。絶縁層２４２は、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）により形成されている。

圧電素子２２は、圧電体２２０と、第１電極２２１と、第２電極２２２とを備える。圧電素子２２は、振動板２４と同様に、圧電体２２０、第１電極２２１および第２電極２２２の各層がＺ軸方向に積層された構造を有する。換言すると、圧電素子２２は、第１電極２２１、第２電極２２２、および圧電体２２０を含む。

圧電体２２０は、圧電効果を有する材料により形成された膜状の部材であり、第１電極２２１および第２電極２２２に印加される電圧に応じて変形する。圧電体２２０は、振動板２４の絶縁層２４２の＋Ｚ方向の一部の面と、第１電極２２１の＋Ｚ方向の面とを覆うように、配置されている。圧電体２２０は、Ｘ軸方向における中央近傍の部分において、＋Ｚ方向の面が＋Ｚ方向に若干突出しており、＋Ｚ方向から－Ｚ方向に向かうにしたがってＸ軸方向の寸法が大きくなるテーパー形状に形成されている。

本実施形態において、圧電体２２０は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）によって形成されている。なお、圧電体２２０は、チタン酸ジルコン酸鉛に代えて、ＡＢＯ３型のペロブスカイト構造を有する他の種類のセラミックス、例えば、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、タングステン酸ナトリウム、酸化亜鉛、チタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）、タンタル酸ストロンチウムビスマス（ＳＢＴ）、メタニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等によって形成されてもよい。また、圧電体２２０は、セラミックスに限らず、ポリフッ化ビニリデン、水晶など、圧電効果を有する任意の材料により形成されてもよい。

第１電極２２１および第２電極２２２は、圧電体２２０を挟む一対の電極である。換言すると、圧電体２２０は、Ｚ軸方向において第１電極２２１と第２電極２２２との間に設けられている。第１電極２２１は、圧電体２２０に対して振動板２４側に位置し、振動板２４の絶縁層２４２の＋Ｚ方向の面に設けられている。換言すると、第１電極２２１は、圧電体２２０に対してＺ軸方向の－Ｚ方向に設けられている。第１電極２２１は、圧力室３４１のＹ軸方向における中央を覆うように配置されている。第１電極２２１は、＋Ｚ方向から－Ｚ方向に向かうにしたがってＹ軸方向の寸法が大きくなるテーパー形状に形成されている。第２電極２２２は、圧電体２２０に対して振動板２４側とは反対側に位置し、圧電体２２０の＋Ｚ方向の面に設けられている。第２電極２２２は、圧電体２２０の外形を覆っている。

第１電極２２１および第２電極２２２は、いずれも配線基板９０と電気的に接続され、配線基板９０から供給される駆動信号に応じた電圧を、圧電体２２０に印加する。第１電極２２１には、インクの吐出量に応じて異なる駆動電圧が供給され、第２電極２２２には、インクの吐出量にかかわらず、一定の保持電圧が供給される。これにより、第１電極２２１と第２電極２２２との間に電位差が生じて、圧電体２２０が変形する。すなわち、圧電素子２２が駆動されることにより、振動板２４が変形または振動し、圧力室３４１の容積が変化することにより、圧力室３４１に収容されているインクに圧力が付与され、連通流路３２６を介してノズルＮからインクが吐出される。

本実施形態において、第１電極２２１は、配線基板９０から各アクチュエーター２０に延びる個別配線に接続されている。第１電極２２１は、各アクチュエーター２０に個別に設けられる、いわゆる個別電極である。これに対して、第２電極２２２は、各アクチュエーター２０に共通する共通電極であり、配線基板９０から延びる１つの共通配線に接続されている。上述の個別配線は、例えば、第１電極２２１の外側面に形成された絶縁層２４２に予めコンタクトホールを設けておき、かかるコンタクトホールを介して第１電極２２１と接してもよい。また、上述の共通電極は、例えば、第２電極２２２を－Ｚ方向に見たときに圧電体２２０よりも若干大きく形成し、第２電極２２２における＋Ｚ方向に圧電体２２０が存在しない部分に絶縁層を形成し、かかる絶縁層に予めコンタクトホールを設けておき、かかるコンタクトホールを介して各アクチュエーター２０の第２電極２２２と接してもよい。

本実施形態において、第１電極２２１および第２電極２２２は、白金（Ｐｔ）により形成されている。なお、白金に代えて、金（Ａｕ）やイリジウム（Ｉｒ）などの導電性を有する任意の材料で形成されてもよい。或いは、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、イリジウム（Ｉｒ）等の複数の材料が積層されて形成されても良い。例えば、第１電極２２１は白金（Ｐｔ）とイリジウム（Ｉｒ）で形成され、第２電極２２２はイリジウム（Ｉｒ）で形成されても良い。

図４に示すように、圧力室３４１内のＹ軸方向における中央部の領域Ａｒｙ１には、－Ｚ方向から＋Ｚ方向に向かって順に、振動板２４、第１電極２２１、圧電体２２０および第２電極２２２が並んで設けられている。また、圧力室３４１内のＹ軸方向における端を含む端部の２つの領域Ａｒｙ２には、それぞれ、－Ｚ方向から＋Ｚ方向に向かって順に、振動板２４、圧電体２２０および第２電極２２２が並んで設けられている。すなわち、領域Ａｒｙ１および領域Ａｒｙ２には、いずれも、振動板２４と圧電体２２０との両方が設けられている。

本実施形態において、領域Ａｒｙ１は、第１電極２２１および第２電極２２２への電圧の印加により撓みが生じる能動部に対応する領域であり、例えば、圧力室３４１のＹ軸方向における中央を含む中央部の領域である。領域Ａｒｙ１のＹ軸方向の長さは、第１電極２２１のＹ軸方向の長さとほぼ同じである。領域Ａｒｙ２は、領域Ａｒｙ１に対してＹ軸方向外側、すなわち、領域Ａｒｙ１に対して－Ｙ方向と、領域Ａｒｙ１に対して＋Ｙ方向とに位置する。領域Ａｒｙ２は、領域Ａｒｙ１と比較して圧力室３４１の区画壁３４３、区画壁３４４に近い領域である。領域Ａｒｙ２は、非能動部に対応する領域でもある。領域Ａｒｙ２は、例えば、領域Ａｒｙ１と比較して圧力室３４１のＹ軸方向における端に近い２つの端部の領域である。

図４に示すように、領域Ａｒｙ１には、圧力室３４１内のＹ軸方向の中央の位置Ｐｙ１が含まれる。領域Ａｒｙ２には、Ｙ軸方向において区画壁３４３の＋Ｚ方向の端部と重なる位置Ｐｙ３と、領域Ａｒｙ１内の位置Ｐｙ１と比較して区画壁３４３に近い位置に位置する位置Ｐｙ２とが含まれる。位置Ｐｙ１および位置Ｐｙ２は、圧力室３４１内のＹ軸方向における或る２つの位置のうち、Ｙ軸方向において最も近い位置に位置する区画壁３４３までのＹ軸方向の距離が長い位置が位置Ｐｙ１であり、かかる距離が位置Ｐｙ１と比較して短い位置が位置Ｐｙ２である。圧力室３４１のＹ軸方向における－Ｙ方向の端は区画壁３４３の＋Ｚ方向の端部により定義される。換言すると、位置Ｐｙ２は、圧力室３４１のＹ軸方向において、位置Ｐｙ１と比較して、圧力室３４１のＹ軸方向における端に近い位置である。以降の説明において、領域Ａｒｙ１を第３領域Ａｒｙ１、領域Ａｒｙ２を第４領域Ａｒｙ２、位置Ｐｙ１を第３位置Ｐｙ１、位置Ｐｙ２を第４位置Ｐｙ２とも呼ぶ。

図４に示すように、振動板２４は、第３領域Ａｒｙ１における＋Ｚ方向の面が、第４領域Ａｒｙ２における＋Ｚ方向の面よりも＋Ｚ方向に若干突出した凸形状となるように形成されている。一方で、振動板２４は、第３領域Ａｒｙ１における－Ｚ方向の面と、第４領域Ａｒｙ２における－Ｚ方向の面とは、＋Ｚ方向に同じ位置になるように形成されている。したがって、振動板２４は、第３領域Ａｒｙ１における厚さと、第４領域Ａｒｙ２における厚さとが異なっている。また、圧電体２２０も同様に、第３領域Ａｒｙ１における＋Ｚ方向の面が、第４領域Ａｒｙ２における＋Ｚ方向の面よりも＋Ｚ方向に若干突出した凸形状となるように形成され、第３領域Ａｒｙ１における厚さと、第４領域Ａｒｙ２における厚さとが異なっている。

本実施形態のように、第３領域Ａｒｙ１と第４領域Ａｒｙ２とで振動板２４および圧電体２２０の厚さのうちいずれかを異ならせることによって、アクチュエーター２０の中立軸の位置を、第３領域Ａｒｙ１と第４領域Ａｒｙ２とで異ならせることができる。アクチュエーター２０の中立軸とは、アクチュエーター２０のＺ軸に沿った任意の断面において、中立面と交差する軸状の部分に相当する。アクチュエーター２０の中立面とは、アクチュエーター２０に曲げモーメントが生じた際に、圧縮歪み及び引っ張り歪みが生じない面である。例えば、圧電素子２２の能動部が収縮するように変形した場合、図４に示した断面では、アクチュエーター２０の中立軸より＋Ｚ方向に位置する部分に圧縮歪みが生じ、中立軸より－Ｚ方向に位置する部分に引っ張り歪みが生じる。

本実施形態のアクチュエーター２０では、第３領域Ａｒｙ１における振動板２４の厚さが第４領域Ａｒｙ２における振動板２４の厚さより厚い。また、第３領域Ａｒｙ１における圧電体２２０の厚さが第４領域Ａｒｙ２における圧電体２２０の厚さより厚い。よって、本実施形態のアクチュエーター２０では、Ｙ軸方向の各位置において、第３領域Ａｒｙ１における中立軸を、第４領域Ａｒｙ２における中立軸よりも＋Ｚ方向に位置させることができる。これによれば、第３領域Ａｒｙ１においては、第４領域Ａｒｙ２における場合と比較して、圧電素子２２のうち中立軸よりも＋Ｚ方向に位置する部分の割合が大きくなる。そのため、第３領域Ａｒｙ１において、圧電素子２２は、自身の変形によって、振動板２４を高効率に変形させることができる。

一方で、第４領域Ａｒｙ２においては、第３領域Ａｒｙ１における場合と比較して、圧電素子２２のうち中立軸よりも－Ｚ方向に位置する部分の割合が大きくなる。そのため、第４領域Ａｒｙ２において、圧電素子２２の変形が抑制されるため、振動板２４の過剰な変形が抑制される。この第４領域Ａｒｙ２は、Ｙ軸方向において、第３領域Ａｒｙ１よりも圧力室３４１の端に近いため、アクチュエーター２０のうち第４領域Ａｒｙ２に含まれる部分は、振動板２４の過剰な変形によって破損しやすい。そのため、第４領域Ａｒｙ２における振動板２４の厚さが第３領域Ａｒｙ１における振動板２４の厚さより薄いことによって、アクチュエーター２０の破損が効果的に抑制される。

図５は、アクチュエーター２０の詳細構成を示す断面図であるが、説明の便宜上、ハッチングの図示を省略している。図５は、第３領域Ａｒｙ１を通る圧力室３４１のＹ軸方向中央の断面である。従って、圧力室３４１内のＸ軸方向における中央部となる領域Ａｒｘ１には、第３領域Ａｒｙ１同様に、－Ｚ方向から＋Ｚ方向に向かって順に、振動板２４、第１電極２２１、圧電体２２０および第２電極２２２が並んで設けられている。また、圧力室３４１内のＸ軸方向における端部の２つの領域Ａｒｘ２には、それぞれ、－Ｚ方向から＋Ｚ方向に向かって順に、振動板２４、第１電極２２１、圧電体２２０および第２電極２２２が並んで設けられている。すなわち、領域Ａｒｘ１および領域Ａｒｘ２には、いずれも、振動板２４と圧電体２２０との両方が設けられている。

本実施形態において、領域Ａｒｘ１は、例えば、圧力室３４１のＸ軸方向における中央を含む中央部の領域である。また、領域Ａｒｘ２は、領域Ａｒｘ１に対してＸ軸方向外側、すなわち、領域Ａｒｘ１に対して－Ｘ方向と、領域Ａｒｘ１に対して＋Ｘ方向とに位置し、領域Ａｒｘ１と比較して圧力室３４１の区画壁３４５および区画壁３４６のいずれかに近い領域である。領域Ａｒｘ２は、例えば、領域Ａｒｘ１と比較して圧力室３４１のＸ軸方向における端に近い２つの端部の領域である。図５に示すように、領域Ａｒｘ１には、圧力室３４１内のＸ軸方向の中央の位置Ｐｘ１が含まれる。位置Ｐｘ１は、Ｘ軸において圧力室３４１の中央に近い位置の一例である。領域Ａｒｘ２には、Ｘ軸方向において区画壁３４５の＋Ｚ方向の端部と重なる位置Ｐｘ３と、領域Ａｒｘ１内の位置Ｐｘ１と比較して区画壁３４５に近い位置に位置する位置Ｐｘ２とが含まれる。位置Ｐｘ１および位置Ｐｘ２は、圧力室３４１内のＸ軸方向における或る２つの位置のうち、Ｘ軸方向において最も近い位置に位置する区画壁３４５までのＸ軸方向の距離が長い位置が位置Ｐｘ１であり、かかる距離が位置Ｐｘ１と比較して短い位置が位置Ｐｘ２である。圧力室３４１のＸ軸方向における－Ｘ方向の端は区画壁３４５の＋Ｚ方向の端部により定義される。換言すると、位置Ｐｘ２は、圧力室３４１のＸ軸方向において、位置Ｐｘ１と比較して、圧力室３４１のＸ軸方向における端に近い位置である。以降の説明において、領域Ａｒｘ１を第１領域Ａｒｘ１、領域Ａｒｘ２を第２領域Ａｒｘ２、位置Ｐｘ１を第１位置Ｐｘ１、位置Ｐｘ２を第２位置Ｐｘ２とも呼ぶ。

図５に示すように、振動板２４は、第１領域Ａｒｘ１における＋Ｚ方向の面が、第２領域Ａｒｘ２における＋Ｚ方向の面よりも＋Ｚ方向に突出した凸形状となるように形成されている。一方で、振動板２４は、第１領域Ａｒｘ１における－Ｚ方向の面と、第２領域Ａｒｘ２における－Ｚ方向の面とは、＋Ｚ方向に同じ位置になるように形成されている。また、振動板２４の第１領域Ａｒｘ１における凸形状は、＋Ｚ方向から－Ｚ方向に向かうにしたがってＸ軸方向の寸法が大きくなるテーパー形状となっている。したがって、振動板２４は、第１領域Ａｒｘ１における厚さと、第２領域Ａｒｘ２における厚さとが異なっている。また、圧電体２２０も同様に、第１領域Ａｒｘ１における＋Ｚ方向の面が、第２領域Ａｒｘ２における＋Ｚ方向の面よりも＋Ｚ方向に若干突出した凸形状となるように形成されている。また、圧電体２２０の第１領域Ａｒｘ１における凸形状は、＋Ｚ方向から－Ｚ方向に向かうにしたがってＸ軸方向の寸法が大きくなるテーパー形状となっている。したがって、圧電体２２０は、第１領域Ａｒｘ１における厚さと、第２領域Ａｒｘ２における厚さとが異なっている。また、第１領域Ａｒｘ１における振動板２４の厚さと第１領域Ａｒｘ１における圧電体２２０の厚さとの合計と、第２領域Ａｒｘ２における振動板２４の厚さと第２領域Ａｒｘ２における圧電体２２０の厚さとの合計とが異なっている。

本実施形態のように、第１領域Ａｒｘ１と第２領域Ａｒｘ２とで振動板２４の厚さを異ならせることによって、アクチュエーター２０の曲げ剛性を第１領域Ａｒｘ１と第２領域Ａｒｘ２とで異ならせることができる。また、第１領域Ａｒｘ１と第２領域Ａｒｘ２とで圧電体２２０の厚さを異ならせることによって、アクチュエーター２０の曲げ剛性を第１領域Ａｒｘ１と第２領域Ａｒｘ２とで異ならせることができる。また、第１領域Ａｒｘ１と第２領域Ａｒｘ２とで振動板２４の厚さと圧電体２２０の厚さとの合計を異ならせることによって、アクチュエーター２０の曲げ剛性を第１領域Ａｒｘ１と第２領域Ａｒｘ２とで異ならせることができる。曲げ剛性とは、部材に力が加わった場合の部材の曲げ変化のしにくさを示すものである。曲げ剛性は、部材が曲げモーメントのみを受ける場合、部材のヤング率Ｅと、その部材の断面形状および大きさで決まる断面二次モーメントＩとの積で表される。よって、積ＥＩの値が大きい部材は曲がりにくいことになる。

図５に示すように、第２位置Ｐｘ２における振動板２４の厚さｄ２は、第１位置Ｐｘ１における振動板２４の厚さｄ１よりも薄い。具体的には、第２位置Ｐｘ２における弾性体層２４１の厚さｄ２１は、第１位置Ｐｘ１における弾性体層２４１の厚さｄ１１よりも薄い。また、第２位置Ｐｘ２における絶縁層２４２の厚さｄ２２は、第１位置Ｐｘ１における絶縁層２４２の厚さｄ１２と等しい。なお、第１位置Ｐｘ１において、弾性体層２４１の厚さｄ１１は、例えば、１０００ナノメートルであり、絶縁層２４２の厚さｄ１２は、例えば、２００ナノメートルである。第２位置Ｐｘ２において、弾性体層２４１の厚さｄ２１は、例えば、５００ナノメートルであり、絶縁層２４２の厚さｄ２２は、例えば、２００ナノメートルである。

第２領域Ａｒｘ２において、位置Ｐｘ３における振動板２４の厚さは、第２位置Ｐｘ２における振動板２４の厚さｄ２と同じである。具体的には、位置Ｐｘ３における弾性体層２４１の厚さは、第２位置Ｐｘ２における弾性体層２４１の厚さｄ２１と同じである。また、位置Ｐｘ３における絶縁層２４２の厚さは、第２位置Ｐｘ２における絶縁層２４２の厚さｄ２２と同じである。したがって、位置Ｐｘ３における振動板２４の厚さは、第２位置Ｐｘ２と同様に、第１位置Ｐｘ１における振動板２４の厚さｄ１よりも薄い。

図５に示すように、振動板２４の－Ｚ方向の面、すなわち、弾性体層２４１の－Ｚ方向の面は、Ｘ軸方向と平行である。したがって、図５に示すように、第１位置Ｐｘ１、第２位置Ｐｘ２および位置Ｐｘ３において、振動板２４の－Ｚ方向の端部Ｅ５は、Ｚ軸方向において同じ位置に配置されている。

これに対して、振動板２４の＋Ｚ方向の面、すなわち、絶縁層２４２の＋Ｚ方向の面は、第１領域Ａｒｘ１において、第２領域Ａｒｘ２における絶縁層２４２の＋Ｚ方向の面よりも更に＋Ｚ方向に位置している。具体的には、第１位置Ｐｘ１における絶縁層２４２の＋Ｚ方向の端部Ｅ１は、第２位置Ｐｘ２における絶縁層２４２の＋Ｚ方向の端部Ｅ３よりも、圧電体２２０側に配置されている。換言すると、第２位置Ｐｘ２における絶縁層２４２の＋Ｚ方向の端部Ｅ３は、第１位置Ｐｘ１における絶縁層２４２＋Ｚ方向の端部Ｅ１よりも、－Ｚ方向に配置されている。

また、弾性体層２４１の＋Ｚ方向の面も同様に、第１領域Ａｒｘ１において、第２領域Ａｒｘ２における弾性体層２４１の＋Ｚ方向の面よりも更に＋Ｚ方向に位置している。具体的には、第１位置Ｐｘ１における弾性体層２４１の＋Ｚ方向の端部Ｅ２は、第２位置Ｐｘ２における弾性体層２４１の＋Ｚ方向の端部Ｅ４よりも、圧電体２２０側に配置されている。換言すると、第２位置Ｐｘ２における弾性体層２４１の＋Ｚ方向の端部Ｅ４は、第１位置Ｐｘ１における弾性体層２４１の＋Ｚ方向の端部Ｅ２よりも、－Ｚ方向に配置されている。

したがって、本実施形態では、振動板２４の－Ｚ方向の端部Ｅ５よりも＋Ｚ方向において、第１領域Ａｒｘ１の＋Ｚ方向の端部Ｅ１を第２領域Ａｒｘ２の＋Ｚ方向の端部Ｅ３よりも＋Ｚ方向に配置することにより、第２領域Ａｒｘ２における振動板２４の厚さを、第１領域Ａｒｘ１における振動板２４の厚さよりも薄くしていると言うことができる。

図５に示すように、本実施形態では、第２位置Ｐｘ２における圧電体２２０の厚さｄ４は、第１位置Ｐｘ１における圧電体２２０の厚さｄ３よりも厚い。また、第２位置Ｐｘ２における圧電体２２０の厚さｄ４は、第２位置Ｐｘ２における振動板２４の厚さｄ２よりも厚い。第１位置Ｐｘ１における圧電体２２０の厚さｄ３は、第１位置Ｐｘ１における振動板２４の厚さｄ１よりも薄い。なお、位置Ｐｘ３における圧電体２２０の厚さは、第２位置Ｐｘ２における圧電体２２０の厚さｄ４と同じである。なお、第１位置Ｐｘ１における圧電体２２０の厚さｄ３は、例えば、１２００ナノメートルであり、第２位置Ｐｘ２および位置Ｐｘ３における圧電体２２０の厚さｄ４は、例えば、１２５０ナノメートルである。

したがって、第２位置Ｐｘ２および位置Ｐｘ３を含む第２領域Ａｒｘ２における振動板２４の厚さｄ２と圧電体２２０の厚さｄ４との合計は、第１位置Ｐｘ１を含む第１領域Ａｒｘ１における振動板２４の厚さｄ１と圧電体２２０の厚さｄ３との合計よりも小さくなる。また、第２位置Ｐｘ２における振動板２４の厚さｄ２と第２位置Ｐｘ２における圧電体２２０の厚さｄ４との合計は、第１位置Ｐｘ１における振動板２４の厚さｄ１よりも大きく、第１位置Ｐｘ１における圧電体２２０の厚さｄ３よりも大きい。また、第２位置Ｐｘ２における振動板２４の厚さｄ２と圧電体２２０の厚さｄ４との差分は、第１位置Ｐｘ１における振動板２４の厚さｄ１と第１位置Ｐｘ１における圧電体２２０の厚さｄ３との差分よりも大きくなる。

以上説明したように、本実施形態のアクチュエーター２０では、Ｘ軸方向の各位置において、第１領域Ａｒｘ１における中立軸を、第２領域Ａｒｘ２における中立軸よりも＋Ｚ方向に位置させることができる。これによれば、第１位置Ｐｘ１を含む第１領域Ａｒｘ１においては、第２位置Ｐｘ２および位置Ｐｘ３を含む第２領域Ａｒｘ２における場合と比較して、圧電素子２２のうち中立軸よりも＋Ｚ方向に位置する部分の割合が大きくなる。そのため、第１領域Ａｒｘ１において、圧電素子２２は、自身の変形によって、振動板２４を高効率に変形させることができる。

一方で、第２領域Ａｒｘ２においては、第１領域Ａｒｘ１における場合と比較して、圧電素子２２のうち中立軸よりも－Ｚ方向に位置する部分の割合が大きくなる。そのため、第２領域Ａｒｘ２において、圧電素子２２の変形が抑制されるため、振動板２４の過剰な変形が抑制される。この第２領域Ａｒｘ２は、Ｘ軸方向において、第１領域Ａｒｘ１よりも圧力室３４１の端に近いため、アクチュエーター２０のうち第２領域Ａｒｘ２に含まれる部分は、振動板２４の過剰な変形によって破損しやすい。そのため、第２領域Ａｒｘ２における振動板２４の厚さｄ２が第１領域Ａｒｘ１における振動板２４の厚さｄ１より薄いことによって、アクチュエーター２０の破損が効果的に抑制される。なお、第１領域Ａｒｘ１におけるアクチュエーター２０の中立軸は振動板２４内に位置し、第２領域Ａｒｘ２におけるアクチュエーター２０の中立軸は圧電体２２０内に位置することがより好ましい。

また、本実施形態のような構成のアクチュエーター２０では、アクチュエーター２０の第２位置Ｐｘ２および位置Ｐｘ３を含む第２領域Ａｒｘ２における曲げ剛性を、第１位置Ｐｘ１を含む第１領域Ａｒｘ１における曲げ剛性より低くすることができる。第２領域Ａｒｘ２における曲げ剛性を第１領域Ａｒｘ１における曲げ剛性より低くすることで、第２領域Ａｒｘ２における曲げ剛性と第１領域Ａｒｘ１における曲げ剛性とが同じ場合と比較してアクチュエーター２０を変位しやすくできる。一方で、第２領域Ａｒｘ２における曲げ剛性を第１領域Ａｒｘ１における曲げ剛性より低くし過ぎると、アクチュエーター２０を駆動した場合の第２領域Ａｒｘ２の強い撓み力に引っ張られることにより、圧力室３４１のＸ軸方向における中央位置、例えば第１位置Ｐｘ１におけるアクチュエーター２０の変位が、圧力室３４１のＸ軸方向における端部位置、例えば第２位置Ｐｘ２における端部におけるアクチュエーター２０の変位より低下する場合がある。つまり、第２領域Ａｒｘ２における曲げ剛性は、第１領域Ａｒｘ１の曲げ剛性より低くすることが好ましいが、低くし過ぎることは好ましくない。

上記の点を鑑み、第２領域Ａｒｘ２における曲げ剛性を、第１領域Ａｒｘ１の曲げ剛性に比して、どの程度まで低くすると、圧力室３４１のＸ軸方向における中央位置でのアクチュエーター２０の変位低下が顕著になるかを検討した。具体的には、図５のｄ１１とｄ２１の比率が異なる、すなわち第１領域Ａｒｘ１と第２領域Ａｒｘ２それぞれの曲げ剛性が異なる液体吐出ヘッドを製造し、それぞれのアクチュエーター２０を駆動したときの圧力室３４１のＸ軸方向における中央位置でのアクチュエーター２０の変位を測定した。図６は、上記の複数の液体吐出ヘッドそれぞれにおいて、アクチュエーター２０を駆動した場合の、第２位置Ｐｘ２におけるアクチュエーター２０の変位に対する第１位置Ｐｘ１におけるアクチュエーター２０の変位の低下率を評価したものである。ここで言う曲げ剛性は、アクチュエーター２０のＺ軸方向の曲げ剛性である。また、第１領域Ａｒｘ１における曲げ剛性は、第１領域Ａｒｘ１に含まれる第１位置Ｐｘ１における曲げ剛性であり、第２領域Ａｒｘ２における曲げ剛性は、第２領域Ａｒｘ２に含まれる第２位置Ｐｘ２における曲げ剛性である。

図６からわかるように、第２位置Ｐｘ２におけるアクチュエーター２０の変位に対する第１位置Ｐｘ１におけるアクチュエーター２０の変位の低下率の変化は、第１領域Ａｒｘ１における曲げ剛性に対する第２領域Ａｒｘ２における曲げ剛性の割合が３５パーセントより小さくなると顕著になり、第１領域Ａｒｘ１における曲げ剛性に対する第２領域Ａｒｘ２における曲げ剛性の割合が小さくなるほど低下率は増加する。また、第１領域Ａｒｘ１における曲げ剛性に対する第２領域Ａｒｘ２における曲げ剛性の割合が３５パーセント以上になると、第２位置Ｐｘ２におけるアクチュエーター２０の変位に対する第１位置Ｐｘ１におけるアクチュエーター２０の変位の低下率の変化は、確認できないレベルとなる。

このため、本実施形態のような構成のアクチュエーター２０では、アクチュエーター２０のＺ軸方向の曲げ剛性をＦＲ、第１位置Ｐｘ１を含む第１領域Ａｒｘ１における曲げ剛性をＦＲ１、アクチュエーター２０の第２位置Ｐｘ２を含む第２領域Ａｒｘ２における曲げ剛性をＦＲ２としたとき、曲げ剛性ＦＲ２は、曲げ剛性ＦＲ１の３５パーセント以上であり、かつ曲げ剛性ＦＲ１より小さくする。例えば、本実施形態において、第１位置Ｐｘ１における弾性体層２４１の厚さｄ１１が１０００ナノメートル、絶縁層２４２の厚さｄ１２が２００ナノメートル、圧電体２２０の厚さｄ３が１２００であり、第２位置Ｐｘ２における弾性体層２４１の厚さｄ２１が５００ナノメートル、絶縁層２４２の厚さｄ２２が２００ナノメートル、圧電体２２０の厚さｄ４が１２５０ナノメートルであるとき、曲げ剛性ＦＲ２は、曲げ剛性ＦＲ１の５９．２パーセントであった。なお、曲げ剛性ＦＲ２が曲げ剛性ＦＲ１の８５パーセント以上になると、アクチュエーター２０の変位にばらつきが見られる場合があった。このため、前述のアクチュエーター２０の変位のばらつきを考慮する場合、曲げ剛性ＦＲ２を、曲げ剛性ＦＲ１の３５パーセント以上であり、かつ曲げ剛性ＦＲ１の８５パーセント未満としてもよい。

以上述べたように、実施形態１に係る液体吐出ヘッド１０によれば、以下の効果を得ることができる。

液体吐出ヘッド１０は、第１電極２２１、第２電極２２２、および圧電体２２０を含み、第１電極２２１、第２電極２２２、および圧電体２２０が積層されるＺ軸方向において、圧電体２２０が第１電極２２１と第２電極２２２との間に設けられる圧電素子２２と、圧電素子２２に対してＺ軸方向の－Ｚ方向に設けられる振動板２４と、を備えるアクチュエーター２０と、振動板２４に対してＺ軸方向の－Ｚ方向に設けられ、振動板２４の変形により容積が変化する圧力室３４１が設けられる圧力室基板３４と、を有する液体吐出ヘッドであって、Ｚ軸方向と交差する圧力室３４１のＸ軸方向と、Ｚ軸方向およびＸ軸方向と交差する圧力室３４１のＹ軸方向とのうち、圧力室３４１のＸ軸方向における１つの位置を第１位置Ｐｘ１、圧力室３４１内のＸ軸方向において第１位置Ｐｘ１と比較して圧力室３４１の端に近い他の位置を第２位置Ｐｘ２、アクチュエーター２０のＺ軸方向の曲げ剛性をＦＲ、アクチュエーター２０の第１位置Ｐｘ１での前記曲げ剛性をＦＲ１、アクチュエーター２０の第２位置Ｐｘ２での前記曲げ剛性をＦＲ２としたとき、０．３５×ＦＲ１≦ＦＲ２＜１．００×ＦＲ１である。これによれば、アクチュエーター２０を駆動した場合の、Ｘ軸方向において圧力室３４１の中央に近い位置におけるアクチュエーター２０の変位低下を抑制しつつ、アクチュエーター２０を変位しやすくできる。

液体吐出ヘッド１０において、ＦＲ２は、ＦＲ２＜０．８５×ＦＲ１であってもよい。これによっても、アクチュエーター２０を変位しやすくできる。

液体吐出ヘッド１０において、第２位置Ｐｘ２における振動板２４の厚さｄ２は、第１位置Ｐｘ１における振動板２４の厚さｄ１よりも薄い。これによれば、第２位置Ｐｘ２における振動板２４の厚さｄ２を薄くすることで中立軸を相対的に圧電素子２２側にして、アクチュエーター２０におけるクラックの発生を抑制することができる。

液体吐出ヘッド１０において、第２位置Ｐｘ２における圧電体２２０の厚さｄ４は、第１位置Ｐｘ１における圧電体２２０の厚さｄ３よりも厚い。これによれば、第２位置Ｐｘ２における圧電体２２０の厚さｄ４を厚くすることで中立軸を相対的に圧電素子２２側にして、アクチュエーター２０におけるクラックの発生を抑制することができる。

液体吐出ヘッド１０において、第２位置Ｐｘ２における振動板２４の厚さｄ２と第２位置Ｐｘ２における圧電体２２０の厚さｄ４との合計は、第１位置Ｐｘ１における振動板２４の厚さｄ１と第１位置Ｐｘ１における圧電体２２０の厚さｄ３との合計よりも小さい。これによれば、第２位置Ｐｘ２におけるアクチュエーター２０の厚さを第１位置Ｐｘ１におけるアクチュエーター２０の厚さより薄くすることで、第２位置Ｐｘ２におけるアクチュエーター２０の曲げ剛性を第１位置Ｐｘ１におけるアクチュエーター２０の曲げ剛性より低くすることができ、アクチュエーター２０を変位しやすくできる。

液体吐出ヘッド１０において、圧力室３４１のＸ軸方向における中央を含む領域を第１領域Ａｒｘ１、圧力室３４１のＸ軸方向における前記端を含む領域を第２領域Ａｒｘ２としたとき、第１位置Ｐｘ１は、第１領域Ａｒｘ１に含まれ、第２位置Ｐｘ２は、第２領域Ａｒｘ２に含まれる。これによれば、第２領域Ａｒｘ２におけるアクチュエーター２０の曲げ剛性を第１領域Ａｒｘ１におけるアクチュエーター２０の曲げ剛性より低くすることができ、圧電素子２２を駆動した場合の第１領域Ａｒｘ１におけるアクチュエーター２０の変位低下を抑制しつつ、アクチュエーター２０を変位しやすくできる。

液体吐出ヘッド１０において、圧力室３４１は、Ｙ軸方向に沿って複数配列され、第１電極２２１は、複数の圧力室３４１に対して個別に設けられ、第２電極２２２は、前記複数の圧力室３４１に対して共通に設けられ、第１電極２２１は、圧電体２２０に対してＺ軸方向の－Ｚ方向に設けられ、第２電極２２２は、圧電体２２０に対してＺ軸方向の＋Ｚ方向に設けられる。これによれば、第１電極２２１と第２電極２２２とを別々に駆動制御することにより、複数の圧力室３４１を別々に制御する構成と、複数の圧力室３４１を一括して制御する構成とを容易に実現できる。

液体吐出ヘッド１０において、圧力室３４１は、圧力室３４１のＸ軸方向における－Ｘ方向側において、インクを吐出するノズルＮに連通し、圧力室３４１のＸ軸方向における＋Ｘ方向側において、圧力室３４１にインクを供給する供給流路３２４に連通する。これによれば、圧電素子２２を駆動することにより、圧力室３４１に供給されるインクをノズルＮから吐出可能な構成を容易に実現できる。

液体吐出装置１００は、液体吐出ヘッド１０と、液体吐出ヘッド１０の吐出動作を制御する制御ユニット８０と、を有する。これによれば、液体吐出ヘッド１０の吐出動作を制御可能な構成を容易に実現できる。

２．実施形態２
次に、本開示の一実施形態としての実施形態２の液体吐出ヘッド１０が備えるアクチュエーター２０ａについて説明する。なお、実施形態１の液体吐出ヘッド１０が備えるアクチュエーター２０と共通する部分については、同一符号を付して、その説明を省略する。また、実施形態１と同様の作用および効果についても説明を省略する。

図７および図８に示すように、実施形態２のアクチュエーター２０ａは、圧電素子２２に代えて圧電素子２２ａを備える点において、実施形態１のアクチュエーター２０と異なる。圧電素子２２ａは、第１電極２２１に代えて第１電極２２１ａを備える点と、第２電極２２２に代えて第２電極２２２ａを備える点とにおいて、実施形態１の圧電素子２２と異なる。

実施形態１では、第１電極２２１が個別電極であり、第２電極２２２が共通電極であった。これに対して、実施形態２では、第１電極２２１ａが共通電極であり、第２電極２２２ａが個別電極である。第１電極２２１ａは、共通配線により配線基板９０と接続され、第２電極２２２ａが個別配線によりそれぞれ配線基板９０と接続されている。図７および図８に示すように、第１電極２２１ａは、振動板２４の絶縁層２４２の＋Ｚ方向の面に設けられ、Ｘ軸方向の全域に亘って絶縁層２４２の外形を覆っている。換言すると、第１電極２２１ａは、圧電体２２０に対してＺ軸方向の－Ｚ方向に設けられている。第２電極２２２ａは、図７に示すように、領域Ａｒｙ１において圧電体２２０の＋Ｚ方向の面に設けられ、＋Ｚ方向から－Ｚ方向に向かうにしたがってＸ軸方向の寸法が大きくなるテーパー形状に形成されている。

以上述べたように、実施形態２に係る液体吐出ヘッド１０において、圧力室３４１は、Ｙ軸方向に沿って複数配列され、第１電極２２１ａは、複数の圧力室３４１に対して共通に設けられ、第２電極２２２ａは、前記複数の圧力室３４１に対して個別に設けられ、第１電極２２１ａは、圧電体２２０に対してＺ軸方向の－Ｚ方向に設けられ、第２電極２２２ａは、圧電体２２０に対してＺ軸方向の＋Ｚ方向に設けられる。これによれば、第１電極２２１ａと第２電極２２２ａとを別々に駆動制御することにより、複数の圧力室３４１を別々に制御する構成と、複数の圧力室３４１を一括して制御する構成とを容易に実現できる。また、液体吐出装置１００は、実施形態２に係る液体吐出ヘッド１０と、液体吐出ヘッド１０の吐出動作を制御する制御ユニット８０と、を有してもよい。

本発明の実施形態１および実施形態２に係る液体吐出ヘッド１０、実施形態１および実施形態２に係る液体吐出装置１００は、以上述べたような構成を有することを基本とするものであるが、本願発明の要旨を逸脱しない範囲内での部分的構成の変更や省略等を行うことも勿論可能である。また、上記実施形態および以下に説明する他の実施形態は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。以下、他の実施形態について説明する。

上記各実施形態において、第１領域Ａｒｘ１は、圧力室３４１内のＸ軸方向における中央を含む中央部の領域であり、第２領域Ａｒｘ２は、圧力室３４１内のＸ軸方向における端を含む端部の領域であったが、本開示はこれに限定されない。具体的には、第１領域Ａｒｘ１を、圧力室３４１におけるＸ軸方向の中央よりも端に寄った領域、例えば、圧電体２２０のテーパー状に形成された部分に対応する領域とし、第２領域Ａｒｘ２を、かかる第１領域Ａｒｘ１よりも区画壁３４５および区画壁３４６のいずれかに近い位置を含む領域としてもよい。すなわち、一般には、第１領域Ａｒｘ１を圧力室３４１内のＸ軸方向における任意の領域とし、第２領域Ａｒｘ２を第１領域Ａｒｘ１のＸ軸方向外側の領域とする構成であればよい。

上記各実施形態において、第１位置Ｐｘ１は、圧力室３４１におけるＸ軸方向の中央の位置であったが、中央の位置に限らず、圧力室３４１におけるＸ軸方向の任意の位置としてもよい。このとき、第２位置Ｐｘ２は、圧力室３４１において第１位置Ｐｘ１と比較して区画壁３４５および区画壁３４６のいずれかに近い位置であれば、他の任意の位置としてもよい。

上記各実施形態において曲げ剛性ＦＲ２が上述の式０．３５×ＦＲ１≦ＦＲ２＜１．００×ＦＲ１を満たすのであれば、第４位置Ｐｙ２および位置Ｐｙ３を含む第４領域Ａｒｙ２における曲げ剛性は、第３位置Ｐｙ１を含む第３領域Ａｒｙ１における曲げ剛性より小さくなくてもよく、第３領域Ａｒｙ１における曲げ剛性と実質同じであってもよい。なお、ここで言う曲げ剛性とは、アクチュエーター２０のＺ軸方向の曲げ剛性である。例えば、圧力室３４１のＹ軸方向における１つの位置を第３位置Ｐｙ１、圧力室３４１のＹ軸方向において第３位置Ｐｙ１と比較して圧力室３４１の端に近い他の位置を第４位置Ｐｙ２、アクチュエーター２０の第３位置Ｐｙ１での曲げ剛性をＦＲ３、アクチュエーター２０の第４位置Ｐｙ２での曲げ剛性をＦＲ４としたとき、０．９×ＦＲ３≦ＦＲ４＜１．１×ＦＲ３であってもよい。この場合、例えば、圧電体２２０の＋Ｚ方向に突出した凸形状部が、区画壁３４３の＋Ｚ方向の端部より－Ｙ方向となる位置から区画壁３４４の＋Ｚ方向の端部より＋Ｙ方向となる位置まで延在する形状であってもよい。

上記各実施形態において曲げ剛性ＦＲ２が上述の式０．３５×ＦＲ１≦ＦＲ２＜１．００×ＦＲ１を満たすのであれば、圧電体２２０の＋Ｚ方向に突出した凸形状部が、区画壁３４５の＋Ｚ方向の端部より－Ｘ方向となる位置から区画壁３４６の＋Ｚ方向の端部より＋Ｘ方向となる位置まで延在する形状であってもよい。この場合、例えば、第２位置Ｐｘ２における凸形状部のＹ軸方向の最大幅が、第１位置Ｐｘ１における凸形状部のＹ軸方向の最大幅より狭くてもよい。

上記各実施形態において、曲げ剛性ＦＲ２が上述の式０．３５×ＦＲ１≦ＦＲ２＜１．００×ＦＲ１を満たすのであれば、振動板２４は＋Ｚ方向に突出した凸形状となるように形成されていなくてもよい。例えば、振動板２４は、第３領域Ａｒｙ１における－Ｚ方向の面が、第４領域Ａｒｙ２における－Ｚ方向の面よりも－Ｚ方向に突出し、第１領域Ａｒｘ１における－Ｚ方向の面が、第２領域Ａｒｘ２における－Ｚ方向の面よりも－Ｚ方向に突出した凸形状部を備えてもよい。この場合、振動板２４の凸形状部は圧力室３４１内に突出してもよい。

上記各実施形態において、曲げ剛性ＦＲ２が上述の式０．３５×ＦＲ１≦ＦＲ２＜１．００×ＦＲ１を満たすのであれば、圧電体２２０は＋Ｚ方向に突出した凸形状となるように形成されていなくてもよい。この場合、例えば、圧電体２２０は、＋Ｚ方向の面が凸形状のない平面であってもよい。

上記各実施形態において、曲げ剛性ＦＲ２が上述の式０．３５×ＦＲ１≦ＦＲ２＜１．００×ＦＲ１を満たすのであれば、第２領域Ａｒｘ２における圧電体２２０の厚さｄ４は、第１領域Ａｒｘ１における圧電体２２０の厚さｄ３より薄くてもよい。

上記各実施形態において、曲げ剛性ＦＲ２が上述の式０．３５×ＦＲ１≦ＦＲ２＜１．００×ＦＲ１を満たすのであれば、第２領域Ａｒｘ２における振動板２４の厚さｄ２と圧電体２２０の厚さｄ４との合計は、第１領域Ａｒｘ１における振動板２４の厚さｄ１と圧電体２２０の厚さｄ３との合計より小さくなくてもよい。

上記各実施形態において、曲げ剛性ＦＲ２が上述の式０．３５×ＦＲ１≦ＦＲ２＜１．００×ＦＲ１を満たすのであれば、第２領域Ａｒｘ２における振動板２４の厚さｄ２と圧電体２２０の厚さｄ４との差分は、第１領域Ａｒｘ１における振動板２４の厚さｄ１と圧電体２２０の厚さｄ３との差分より大きくなくてもよい。

上記各実施形態において、曲げ剛性ＦＲ２が上述の式０．３５×ＦＲ１≦ＦＲ２＜１．００×ＦＲ１を満たすのであれば、第２領域Ａｒｘ２における振動板２４の厚さｄ２と圧電体２２０の厚さｄ４との合計は、第１領域Ａｒｘ１における振動板２４の厚さｄ１以下の値、または、圧電体２２０の厚さｄ３以下の値であってもよい。

上記各実施形態において、曲げ剛性ＦＲ２が上述の式０．３５×ＦＲ１≦ＦＲ２＜１．００×ＦＲ１を満たすのであれば、第２領域Ａｒｘ２における圧電体２２０の厚さｄ４は、第１領域Ａｒｘ１における振動板２４の厚さｄ１よりも厚くてもよい。

上記各実施形態において、曲げ剛性ＦＲ２が上述の式０．３５×ＦＲ１≦ＦＲ２＜１．００×ＦＲ１を満たすのであれば、第２領域Ａｒｘ２における絶縁層２４２の厚さｄ２２は、第１領域Ａｒｘ１における絶縁層２４２の厚さｄ１２と等しくなくてもよい。また、第２領域Ａｒｘ２における弾性体層２４１の厚さｄ２１は、第１領域Ａｒｘ１における弾性体層２４１の厚さｄ１１よりも薄くなくてもよい。

上記各実施形態において、曲げ剛性ＦＲ２が上述の式０．３５×ＦＲ１≦ＦＲ２＜１．００×ＦＲ１を満たすのであれば、位置Ｐｘ３における振動板２４の厚さは、第１領域Ａｒｘ１における振動板２４の厚さｄ１よりも小さくなくてもよい。

上記各実施形態において、連通流路３２６は、ノズルＮおよび圧力室３４１の＋Ｘ方向側端部とそれぞれ連通していてもよい。この場合、圧力室３４１は、圧力室３４１の＋Ｘ方向側端部においてノズルＮと連通し、圧力室３４１の－Ｘ方向側端部において供給流路３２４と連通していてもよい。

上記各実施形態において、弾性体層２４１は、二酸化珪素により構成され、絶縁層２４２は、酸化ジルコニウムにより構成されていたが、弾性体層２４１および絶縁層２４２をいずれも二酸化珪素により構成してもよいし、弾性体層２４１および絶縁層２４２をいずれも酸化ジルコニウムにより構成してもよい。また、弾性体層２４１をシリコン等の他の弾性材料により構成しても良い。また、絶縁層２４２をジルコニウム、チタン、シリコン、窒化シリコン等の他の絶縁材料により構成しても良い。

上記各実施形態において、ノズルＮから噴射される液体は、インク以外の他の液体であってもよい。

１０…液体吐出ヘッド、２０，２０ａ…アクチュエーター、２２，２２ａ…圧電素子、２４…振動板、３２…流路基板、３４…圧力室基板、４２…筐体部、４４…封止体、４６…ノズル板、４８…吸振体、５０…インクタンク、５２…チューブ、６０…搬送機構、６２…搬送ローラー、６４…搬送ロッド、６６…搬送用モーター、７０…移動機構、７２…キャリッジ、７４…搬送ベルト、７６…移動用モーター、７７…プーリー、８０…制御ユニット、９０…配線基板、１００…液体吐出装置、２２０…圧電体、２２１，２２１ａ…第１電極、２２２，２２２ａ…第２電極、２４１…弾性体層、２４２…絶縁層、３２２…開口部、３２４…供給流路、３２６…連通流路、３２８…中継流路、３４１…圧力室、３４３…区画壁、３４４…区画壁、３４５…区画壁、３４６…区画壁、４２２…収容部、４２４…導入口、ＦＲ…曲げ剛性、ＦＲ１…曲げ剛性、ＦＲ２…曲げ剛性、ＦＲ３…曲げ剛性、ＦＲ４…曲げ剛性、Ｒ１…液体貯留室。

Claims (11)

1. 第１電極、第２電極、および圧電体を含み、前記第１電極、前記第２電極、および前記圧電体が積層される厚さ方向において、前記圧電体が前記第１電極と前記第２電極との間に設けられる圧電素子と、前記圧電素子に対して前記厚さ方向の一方側に設けられる振動板と、を備えるアクチュエーターと、
   前記振動板に対して前記厚さ方向の前記一方側に設けられ、前記振動板の変形により容積が変化する圧力室が設けられる圧力室基板と、
   を有する液体吐出ヘッドであって、
   前記厚さ方向と交差する前記圧力室の長手方向と、前記厚さ方向および前記長手方向と交差する前記圧力室の短手方向とのうち、前記圧力室の前記長手方向における１つの位置を第１位置、
   前記圧力室内の前記長手方向において前記第１位置と比較して前記圧力室の端に近い他の位置を第２位置、
   前記アクチュエーターの前記第１位置での前記厚さ方向の曲げ剛性をＦＲ１、
   前記アクチュエーターの前記第２位置での前記厚さ方向の曲げ剛性をＦＲ２としたとき、
   ０．３５×ＦＲ１≦ＦＲ２＜１．００×ＦＲ１
   であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記ＦＲ２は、
   ＦＲ２＜０．８５×ＦＲ１
   であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記第２位置における前記振動板の厚さは、前記第１位置における前記振動板の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記第２位置における前記圧電体の厚さは、前記第１位置における前記圧電体の厚さよりも厚いことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記第２位置における前記振動板の厚さと前記第２位置における前記圧電体の厚さとの合計は、前記第１位置における前記振動板の厚さと前記第１位置における前記圧電体の厚さとの合計よりも小さいことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記圧力室の前記短手方向における１つの位置を第３位置、
   前記圧力室の前記短手方向において前記第３位置と比較して前記圧力室の端に近い他の位置を第４位置、
   前記アクチュエーターの前記第３位置での前記厚さ方向の曲げ剛性をＦＲ３、
   前記アクチュエーターの前記第４位置での前記厚さ方向の曲げ剛性をＦＲ４としたとき、
   ０．９×ＦＲ３≦ＦＲ４＜１．１×ＦＲ３
   であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記圧力室の前記長手方向における中央を含む領域を中央部、前記圧力室の前記長手方向における前記端を含む領域を端部としたとき、
   前記第１位置は前記中央部に含まれ、前記第２位置は前記端部に含まれることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記圧力室は、前記短手方向に沿って複数配列され、
   前記第１電極は、複数の前記圧力室に対して個別に設けられ、
   前記第２電極は、前記複数の前記圧力室に対して共通に設けられ、
   前記第１電極は、前記圧電体に対して前記厚さ方向の前記一方側に設けられ、
   前記第２電極は、前記圧電体に対して前記厚さ方向の他方側に設けられることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記圧力室は、前記短手方向に沿って複数配列され、
   前記第１電極は、複数の前記圧力室に対して共通に設けられ、
   前記第２電極は、前記複数の前記圧力室に対して個別に設けられ、
   前記第１電極は、前記圧電体に対して前記厚さ方向の前記一方側に設けられ、
   前記第２電極は、前記圧電体に対して前記厚さ方向の他方側に設けられることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
10. 前記圧力室は、前記圧力室の前記長手方向における一端側において、液体を吐出するノズルに連通し、前記圧力室の前記長手方向における他端側において、前記圧力室に液体を供給する供給流路に連通することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドと、
    前記液体吐出ヘッドの吐出動作を制御する制御部と、
    を有することを特徴とする液体吐出装置。

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