JP2023078775A - 液体吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】小型化可能であり且つ圧電素子の変位量の低下を抑えられるようにする。【解決手段】圧力室２２が形成された流路ユニットの上面に積層された圧電アクチュエータ１２は、上下方向に関して圧力室２２と重なる部分に圧力室２２内のインクに圧力を付与する圧電素子１２Ｘが設けられている。圧電素子１２Ｘは、圧電層１２ｂと流路ユニットとの間に配置されており、グランド電位に維持される共通電極と、圧電層１２ｂの上面に配置されており、グランド電位と駆動電位とが選択的に付与される個別電極１２ｄと、を有している。圧力室２２及び個別電極１２ｄは、いずれも走査方向に長い形状を有しており、圧力室２２の幅（短手方向に沿う長さ）をα、個別電極１２ｄの幅（短手方向に沿う長さ）をβとしたとき、０．５１０７α＋１８．４７６＜β＜０．７３２６α＋５４．４０９の関係式を満たす。【選択図】図３

Description

本発明は、ノズルから液体を吐出する液体吐出ヘッドに関する。

特許文献１には、流路ユニットと圧電アクチュエータとを備えたインクジェットヘッド（液体吐出ヘッド）が開示されている。流路ユニットには、複数のノズルと、複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室と、を含む流路が形成されている。圧電アクチュエータは、複数の圧力室を覆うように流路ユニット上に積層されている。圧電アクチュエータは、互いに積層された複数の圧電シートと、複数の圧力室に共通して設けられた第１定電位電極及び第２定電位電極（定電位電極）と、複数の圧力室に対して個別に設けられており、流路ユニットと圧電アクチュエータとの積層方向に関して対応する圧力室と重なっている個別電極（駆動電極）とを備えている。

圧電アクチュエータにおける複数の圧力室のそれぞれと積層方向に重なる部分（圧電素子）は、圧電シートを積層方向に挟んで配置された２つの電極（定電位電極及び駆動電極）間に電位差を生じさせることで積層方向に変形する。これにより、圧力室内のインクの圧力を変動させて、圧力室に連通するノズルからインクを吐出させることができる。

特許第４８３１１８６号公報

上述のような液体吐出ヘッドにおいて、装置を小型化するためには駆動電極の面積を小さくする必要がある。しかしながら、駆動電極の面積を小さくすると、圧電アクチュエータにおける圧電素子の変位量が低下する。圧電素子の変位量が低下すると、ノズルからのインクの吐出速度や吐出量が低下するという問題が生じる。

本発明の目的は、小型化可能であり且つ圧電素子の変位量の低下を抑えることができる液体吐出ヘッドを提供することである。

本発明の液体吐出ヘッドは、ノズル及び前記ノズルに連通する圧力室を含む流路が形成された流路ユニットと、前記流路ユニットに積層された圧電アクチュエータであって、前記流路ユニットと前記圧電アクチュエータとの積層方向に関して前記圧力室と重なる部分に前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電素子が設けられた圧電アクチュエータと、を備えており、前記圧電素子は、圧電層と、前記圧電層と前記流路ユニットとの間に配置された定電位電極と、前記圧電層における前記定電位電極側とは反対側の面に配置されており、第１電位と前記第１電位よりも高い第２電位とが選択的に付与される駆動電極と、を有しており、前記定電位電極は、前記第１電位以上且つ前記第２電位以下の第３電位に維持されており、前記圧力室及び前記駆動電極は、いずれも前記積層方向と直交する一方向に長い形状を有しており、前記圧力室の前記積層方向と前記一方向との両方に直交する短手方向に沿う長さをα、前記駆動電極の前記短手方向に沿う長さをβとしたとき、０．５１０７α＋１８．４７６＜β＜０．７３２６α＋５４．４０９の関係式を満たす。

別の観点によると、本発明の液体吐出ヘッドは、ノズル及び前記ノズルに連通する圧力室を含む流路が形成された流路ユニットと、前記流路ユニットに積層された圧電アクチュエータであって、前記流路ユニットと前記圧電アクチュエータとの積層方向に関して前記圧力室と重なる部分に前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電素子が設けられた圧電アクチュエータと、を備えており、前記圧電素子は、圧電層と、前記圧電層と前記流路ユニットとの間に配置されており、第１電位と前記第１電位よりも高い第２電位とが選択的に付与される駆動電極と、前記圧電層における前記駆動電極側とは反対側の面に配置された定電位電極と、を有しており、前記定電位電極は、前記第１電位以上且つ前記第２電位以下の第３電位に維持されており、前記圧力室及び前記駆動電極は、いずれも前記積層方向と直交する一方向に長い形状を有しており、前記圧力室の前記積層方向と前記一方向との両方に直交する短手方向に沿う長さをα、前記駆動電極の前記短手方向に沿う長さをβとしたとき、０．５１０７α＋１８．４７６＜β＜０．７３２６α＋５４．４０９の関係を満たす。

本願発明者らは、種々の実験と鋭意研究とを重ねた結果、圧電素子の変位量が圧力室の幅（短手方向に沿う長さ）と駆動電極の幅（短手方向に沿う長さ）とに応じて変化することを見出した。本発明の液体吐出ヘッドによると、後述のシミュレーション結果から明らかなように、圧力室の幅と駆動電極の幅とが、圧電素子の変位量を十分に大きくすることができる関係となっている。したがって、圧力室の幅に対して、駆動電極の幅を小さくし過ぎたり大きくし過ぎたりすることなく、圧電素子の変位量を十分に大きくすることができる大きさに定めることができる。よって、駆動電極の面積を小さくして装置を小型化可能であり且つ圧電素子の変位量の低下を抑えることができる。

本発明の第１実施形態にかかるインクジェットヘッドを備えたプリンタの平面図である。 図１に示すインクジェットヘッドの平面図である。 図２においてＡで示す領域の拡大図である。 図３のＩＶ－ＩＶ線に沿う断面図である。 図３のＶ－Ｖ線に沿う断面図である。 個別電極の幅を変化させたときの圧電素子の変位量（変位体積）のシミュレーション結果を示すグラフである。 圧電素子の変位量が最大となる圧力室の幅と個別電極の幅との関係、及び、圧電素子の変位量が９０％となる圧力室の幅と個別電極の幅との関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態にかかるインクジェットヘッドを示す図４に対応する断面図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の好適な第１実施形態について、図１を参照しつつ説明する。

（プリンタの全体構成）
図１に示すように、本実施形態にかかるプリンタ１００は、インクジェットヘッド１（本発明の「液体吐出ヘッド」）、キャリッジ２、ガイドレール３ａ、３ｂ、プラテン４、搬送ローラ５ａ、５ｂ、インクタンク６及び制御部７を備えている。

キャリッジ２は、水平方向に沿う走査方向（図１中左右方向）に延びた２本のガイドレール３ａ、３ｂに支持され、ガイドレール３ａ、３ｂに沿って走査方向に移動する。インクジェットヘッド１は、キャリッジ２に搭載され、キャリッジ２とともに走査方向に移動する。以下の説明においては、走査方向のうち図１の右方を「一方」とし、図１の左方を「他方」とする。また、図１において走査方向と直交する方向（図１中上方から下方に向かう方向）を搬送方向とし、紙面に垂直な方向を上下方向とする。

インクジェットヘッド１には、インクタンク６から管（不図示）を介してブラック、イエロー、シアン、マゼンタの４色のインクが供給される。インクジェットヘッド１は、その下面であるノズル面１１ｙ（図４参照）に開口する複数のノズル２１からインクを吐出する。

複数のノズル２１は、搬送方向に沿ったノズル列２１ａを形成している。インクジェットヘッド１は、走査方向に並んだ４列のノズル列２１ａを有する。複数のノズル２１からは、図１において走査方向の最も右方に位置するノズル列２１ａを構成するものから順に、ブラック、イエロー、シアン、マゼンタのインクが吐出される。なお、インクジェットヘッド１の構成については後ほど詳細に説明する。

プラテン４は、インクジェットヘッド１の下面であるノズル面１１ｙ（図４参照）と対向して配置され、走査方向に記録用紙Ｐの全長にわたって延びている。プラテン４は、記録用紙Ｐを下方から支持する。搬送ローラ５ａ、５ｂは、搬送方向においてキャリッジ２よりも上流側及び下流側にそれぞれ配置され、記録用紙Ｐを搬送方向に搬送する。

制御部７は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、各種制御回路を含むＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等を備える。制御部７には、キャリッジ２を移動させるためのモータ（不図示）、搬送ローラ５ａ、５ｂを回転させるためのモータ（不図示）及び後述するドライバＩＣ７１（図４参照）等が電気的に接続されている。制御部７のＡＳＩＣは、記録用紙Ｐへの印刷処理など、プリンタ１００の動作に関する各種処理を実行する。例えば、印刷処理においては、キャリッジ２とともにインクジェットヘッド１を走査方向に移動させながらインクを吐出させるインク吐出動作と、搬送ローラ５ａ、５ｂによって記録用紙Ｐを搬送方向に所定量搬送する搬送動作とを、交互に行わせる。

（インクジェットヘッド１）
次に、図２～図５をさらに参照しつつ、インクジェットヘッド１の詳細な構成について説明する。図２に示すように、インクジェットヘッド１は、上面視で搬送方向に長尺な長方形形状を有している。インクジェットヘッド１は、流路ユニット１１及び圧電アクチュエータ１２などを備えている。

（流路ユニット１１）
流路ユニット１１は、図４及び図５に示すように、上下方向に積層されかつ互いに接着された４枚のプレート１１ａ～１１ｄで構成されている。プレート１１ａ～１１ｄ、この順で上方から下方に向けて並んでいる。流路ユニット１１内には、複数の個別流路２０及びマニホールド３０が形成されている。各プレート１１ａ～１１ｄには、これら個別流路２０及びマニホールド３０を構成する貫通孔が形成されている。

図２に示すように、流路ユニット１１には、いずれも搬送方向に沿って延びる４つのマニホールド３０が、走査方向に互いに離隔して形成されている。４つのマニホールド３０は、ブラック、イエロー、シアン、マゼンタのインクにそれぞれ対応する。マニホールド３０は、搬送方向の上流側の端部に設けられた供給口３０ａを介してインクタンク６に連通している。供給口３０ａは、流路ユニット１１の上面１１ｘに開口している。図４に示すように、マニホールド３０は、プレート１１ｃに形成された貫通孔で構成されている。

複数の個別流路２０は、図４に示すように、ノズル２１をそれぞれ有している。各マニホールド３０は、１つのノズル列２１ａを構成する複数のノズル２１に対応する複数の個別流路２０に共通して設けられている。インクタンク６内のインクは、供給口３０ａからマニホールド３０に送り込まれる。マニホールド３０に送り込まれたインクは、マニホールド３０内を搬送方向の上流側から下流側に向かって移動しつつ、各個別流路２０に供給されてノズル２１から吐出される。

各個別流路２０は、図４に示すように、ノズル２１、圧力室２２、接続流路２３及び連通孔２４を含む。図２に示すように、各マニホールド３０に対して設けられた複数の個別流路２０が有するノズル２１により構成されたノズル列２１ａは、走査方向に関して該マニホールド３０の他方側に位置する。

ノズル２１は、図４に示すように、プレート１１ｄに形成された貫通孔で構成され、流路ユニット１１の下面であるノズル面１１ｙに開口している。圧力室２２は、プレート１１ａに形成された貫通孔で構成され、流路ユニット１１の上面１１ｘに開口している。図３に示すように、圧力室２２は、上面視で走査方向に長尺な略長方形形状を有している。すなわち、１つのノズル列２１ａに属する複数の圧力室２２は、その短手方向（搬送方向）に沿って並んでいる。圧力室２２は、図４に示すように、走査方向の他方側の端部に接続流路２３が接続されており、接続流路２３を介してノズル２１と連通している。また、圧力室２２は、走査方向の一方側の端部に連通孔２４が接続されており、連通孔２４を介してマニホールド３０と連通している。

接続流路２３は、ノズル２１と圧力室２２とを互いに接続している。接続流路２３は、プレート１１ｂ及びプレート１１ｃにそれぞれ形成された貫通孔で構成されている。連通孔２４は、マニホールド３０と圧力室２２とを互いに接続している。連通孔２４は、プレート１１ｂに形成された貫通孔で構成されている。

マニホールド３０から個別流路２０に供給されたインクは、連通孔２４を通って圧力室２２に流入し、圧力室２２内を略水平に移動してから接続流路２３に流入する。接続流路２３に流入したインクは、下方に移動してノズル２１から吐出される。

（圧電アクチュエータ１２）
圧電アクチュエータ１２は、流路ユニット１１の上面１１ｘに積層されている。圧電アクチュエータ１２は、図４及び図５に示すように、振動板１２ａ、圧電層１２ｂ、共通電極１２ｃ及び複数の個別電極１２ｄを含む。

振動板１２ａは、流路ユニット１１の上面１１ｘにおいて、複数の圧力室２２に跨るように配置されている。本実施形態においては、振動板１２ａは、例えばチタン酸ジルコン酸鉛等を主成分とする圧電材料からなる。振動板１２ａは、ステンレス鋼等の金属材料や合成樹脂材料等、圧電材料以外からなるものであってもよい。

圧電層１２ｂは、振動板１２ａにおける流路ユニット１１側とは反対側の面（上面）に積層されている。圧電層１２ｂは、本発明の「圧電層」に相当する。圧電層１２ｂは、複数の圧力室２２に跨るように配置されている。圧電層１２ｂは、例えばチタン酸ジルコン酸鉛等を主成分とする圧電材料からなる。

共有電極１２ｃは、圧電層１２ｂの流路ユニット１１側の面（下面）に配置されている。つまり、共通電極１２ｃは、振動板１２ａと圧電層１２ｂとの間に配置されている。共通電極１２ｃは、複数の圧力室２２に跨るように配置されている。複数の個別電極１２ｄは、圧電層１２ｂにおける共通電極１２ｃ側とは反対側の面（上面）に配置されている。複数の個別電極１２ｄは、複数の圧力室２２に個別に設けられている。図３に示すように、個別電極１２ｄは、上面視で走査方向に長尺な長方形形状を有している。個別電極１２ｄの短手方向（搬送方向）の中心は、圧力室２２の短手方向（搬送方向）の中心と一致している。個別電極１２ｄは、走査方向の一方側の端部以外は、対応する圧力室２２と上下に重なっている。

共通電極１２ｃ及び複数の個別電極１２ｄは、ドライバＩＣ７１と電気的に接続されている。ドライバＩＣ７１は、共通電極１２ｃの電位をグランド電位（０Ｖ：本発明の「第３電位」）に維持する。また、ドライバＩＣ７１は、複数の個別電極１２ｄに個別に、グランド電位（０Ｖ：本発明の「第１電位」）及びグランド電位よりも高い所定の駆動電位（例えば２０Ｖ：本発明の「第２電位」）のいずれかを選択的に付与する。具体的には、ドライバＩＣ７１は、制御部７からの制御信号に基づいて駆動信号を生成し、当該駆動信号を個別電極１２ｄに供給する。これにより、個別電極１２ｄの電位がグランド電位と駆動電位との間で変化する。すなわち、共通電極１２ｃが本発明の「定電位電極」に相当し、個別電極１２ｄが本発明の「駆動電極」に相当する。

圧電層１２ｂにおける共通電極１２ｃと各個別電極１２ｄとに挟まれた部分は、それぞれ、下向きに分極されている。そして、圧電アクチュエータ１２では、振動板１２ａ、圧電層１２ｂ及び共通電極１２ｃにおける各圧力室２２と上下方向に重なる部分と、個別電極１２ｄとによって形成される部分が、それぞれ、圧力室２２内のインクに圧力を付与する圧電素子１２Ｘとなっている。すなわち、圧電素子１２Ｘは、複数の圧力室２２に対して個別に設けられている。

ここで、圧電アクチュエータ１２の各圧電素子１２Ｘにおいて、個別電極１２ｄの電位がグランド電位から駆動電位に切り換えられると、個別電極１２ｄと共通電極１２ｃとの間の電位差により、圧電層１２ｂのこれらの電極に挟まれた部分に、分極方向と同じ下向きの電界が生じる。この電界により、圧電層１２ｂの上記部分が水平方向に収縮し、圧電素子１２Ｘが圧力室２２側に凸となるように変形する。

また、個別電極１２ｄの電位が駆動電位からグランドに切り換えられると、個別電極１２ｄと共通電極１２ｃとが同電位になり、圧電素子１２Ｘが上記変形の前の状態に戻る。そして、個別電極１２ｄの電位をグランドと駆動電位との間で切り換えたときの、圧電素子１２Ｘの変形により、圧力室２２内の容積が変化して圧力室２２内のインクに圧力が付与され、圧力室２２に連通するノズル２１からインクが吐出される。

ここで、図３に示すように、圧力室２２の幅を幅α、個別電極１２ｄの幅を幅βとする。圧力室２２の幅とは、圧力室２２の短手方向に沿う長さである。上述のように、圧力室２２は上面視では走査方向に長尺な略長方形形状を有している。したがって、圧力室２２における走査方向に沿って延びる平行な一対の長辺間の距離が、圧力室２２の幅である。また、個別電極１２ｄの幅とは、個別電極１２ｄの短手方向に沿う長さである。上述のように、個別電極１２ｄは上面視では走査方向に長尺な長方形形状を有している。したがって、個別電極１２ｄにおける走査方向に沿って延びる平行な一対の長辺間の距離が、個別電極１２ｄの幅である。本実施形態においては、圧力室２２の幅αと個別電極１２ｄの幅βとは、後述する式１の関係を有している。

本願発明者らは、圧電素子１２Ｘの変位量Ｄが圧力室２２の幅αと個別電極１２ｄの幅βとに応じて変化することを見出した。そして、本願発明者らは、シミュレーションにより、圧電素子１２Ｘの変位量Ｄと個別電極１２ｄの幅βとの相関関係を見出した。図６に、個別電極１２ｄの幅βを変化させたときの圧電素子１２Ｘの変位量Ｄ（変位体積）のシミュレーション結果を示す。個別電極１２ｄの幅βは、圧力室２２の幅α以下としている。圧力室２２の幅αは３００μｍ、圧力室２２の長さ（走査方向に沿う長さ）は８００μｍ、振動板１２ａの厚みは１１μｍ、圧電層１２ｂの厚みは１８μｍ、駆動電位は２０Ｖとしている。

図６に示すように、圧電素子１２Ｘの変位量Ｄは、個別電極１２ｄの幅βが２３０μｍのときに最も大きくなる。そして、圧電素子１２Ｘの変位量Ｄは、個別電極１２ｄの幅βが２３０μｍよりも小さくなるほど低下する。また、圧電素子１２Ｘの変位量Ｄは、個別電極１２ｄの幅βが２３０μｍよりも大きくなるほど低下する。すなわち、圧電素子１２Ｘの変位量Ｄは、圧力室２２の幅αに対して個別電極１２ｄの幅βが小さすぎる場合はもちろん、個別電極１２ｄの幅βが大きすぎる場合も低下する。

さらに、本願発明者らは、圧力室２２の幅α、圧力室２２の長さ（走査方向に沿う長さ）、振動板１２ａの厚み及び圧電層１２ｂの厚みの設定値をそれぞれ変化させ、圧電素子１２Ｘの変位量Ｄが最大となる個別電極１２ｄの幅β（最適幅）を算出した。その結果、個別電極１２ｄの最適幅は、圧力室２２の長さ（走査方向に沿う長さ）、振動板１２ａの厚み及び圧電層１２ｂの厚みには関係がなく、圧力室２２の幅αと相関関係を有していることが分かった。なお、圧力室２２の幅αは、２５０μｍ以上、且つ、４５０μｍ以下の範囲で変化させている。

図７において、圧力室２２の幅αと個別電極１２ｄの最適幅とのシミュレーション結果を黒丸で示す。図７において実線で示すように、
β＝０．６２１７α＋３６．４４３・・・・（式１）
のときに、圧力室２２の幅αと個別電極１２ｄの幅βとが、圧電素子１２Ｘの変位量Ｄを最も大きくすることができる関係となっている。上述のように、本実施形態の圧力室２２の幅α及び個別電極１２ｄの幅βは上記の式１の関係を満たしている。

また、圧力室２２の幅αを変化させて、圧電素子１２Ｘの変位量Ｄが最大値の９０％となる個別電極１２ｄの幅β（許容幅）を算出した。図７において、圧力室２２の幅αと個別電極１２ｄの許容幅（最適幅以上）とのシミュレーション結果を黒四角で示し、圧力室２２の幅αと個別電極１２ｄの許容幅（最適幅以下）とのシミュレーション結果を黒三角で示す。

図７において一点鎖線で示すように、β＝０．７３２６α＋５４．４０９のときに、圧力室２２の幅αと個別電極１２ｄの幅β（最適幅以上）とが、圧電素子１２Ｘの変位量Ｄを最大値の９０％とすることができる関係となっている。また、図７において二点鎖線で示すように、β＝０．５１０７α＋１８．４７６のときに、圧力室２２の幅αと個別電極１２ｄの幅β（最適幅以下）とが、圧電素子１２Ｘの変位量Ｄを最大値の９０％とすることができる関係となっている。

以上から、圧力室２２の幅αと個別電極１２ｄの幅βとが、以下の式２関係を満たすとき、圧電素子１２Ｘの変位量Ｄを十分に大きくすることができる。
０．５１０７α＋１８．４７６＜β＜０．７３２６α＋５４．４０９・・・（式２）

なお、複数の圧力室２２のそれぞれと、複数の圧電素子１２Ｘのうち当該圧力室２２に対して設けられた個別電極１２ｄとが、上述の式１の関係を満たす。すなわち、図５においておいては、左側に位置する幅α１の圧力室２２に設けられた圧電素子１２Ｘの個別電極１２ｄの幅は幅β１である。また、右側に位置する幅α２の圧力室２２に設けられた圧電素子１２Ｘの個別電極１２ｄの幅は幅β２である。このとき、左側の圧力室２２の幅α１と個別電極１２ｄの幅β１とが上述の式１の関係を満たす。また、右側の圧力室２２の幅α２と個別電極１２ｄの幅β２とが上述の式１の関係を満たす。

（第１実施形態の特徴）
以上のように、本実施形態のインクジェットヘッド１は、ノズル２１及びノズル２１に連通する圧力室２２を含む流路が形成された流路ユニット１１と、流路ユニット１１の上面１１ｘに積層された圧電アクチュエータ１２であって、上下方向に関して圧力室２２と重なる部分に圧力室２２内のインクに圧力を付与する圧電素子１２Ｘが設けられた圧電アクチュエータ１２と、を備えている。圧電素子１２Ｘは、振動板１２ａと、振動板１２ａの上面に積層された圧電層１２ｂと、振動板１２ａと圧電層１２ｂとの間に配置されており、グランド電位に維持される共通電極１２ｃと、圧電層１２ｂの上面に配置されており、グランド電位と駆動電位とが選択的に付与される個別電極１２ｄと、を有している。圧力室２２及び個別電極１２ｄは、いずれも走査方向に長い形状を有しており、圧力室２２の幅（搬送方向に沿う長さ）をα、個別電極１２ｄの幅（搬送方向に沿う長さ）をβとしたとき、
β＝０．６２１７α＋３６．４４３・・・（式１）
の関係式を満たす。

本願発明者らは、圧電素子１２Ｘの変位量Ｄが圧力室２２の幅αと個別電極１２ｄの幅βとに応じて変化することを見出した。本実施形態のインクジェットヘッド１によると、上述のシミュレーション結果から明らかなように、圧力室２２の幅αと個別電極１２ｄの幅βとが、圧電素子１２Ｘの変位量Ｄを最も大きくすることができる関係となっている。したがって、圧力室２２の幅αに対して、個別電極１２ｄの幅βを小さくし過ぎたり大きくし過ぎたりすることなく、圧電素子１２Ｘの変位量Ｄを最も大きくすることができる大きさに定めることができる。よって、個別電極１２ｄの面積を小さくして装置を小型化可能であり且つ圧電素子１２Ｘの変位量の低下を抑えることができる。

また、上述の実施形態のインクジェットヘッド１では、共通電極１２ｃは０Ｖに維持されている。したがって、電圧の制御が容易である。

さらに、上述の実施形態のインクジェットヘッド１では、圧力室２２及び個別電極１２ｄは、いずれも上面視で長方形形状を有している。圧力室２２及び個別電極１２ｄが長方形である場合は、例えば、長手方向の長さ及び短手方向の長さが長方形の圧力室２２及び個別電極１２ｄと同じである別の形状（例えばひし形）の圧力室及び個別電極に比べて、圧電素子１２Ｘの変位量Ｄが大きい。

加えて、上述の実施形態のインクジェットヘッド１では、複数の圧力室２２のそれぞれと、複数の圧電素子１２Ｘのうち当該圧力室２２に対して設けられた個別電極１２ｄとが、上述の式１の関係を満たす。したがって、各圧力室２２の幅αに応じて、各圧力室２２に対応する圧電素子１２Ｘが有する個別電極１２ｄの幅βを好適に設定することができる。

＜第２実施形態＞
次に、図８を参照しつつ、本発明の第２実施形態にかかるインクジェットヘッド１０１について説明する。本実施形態のインクジェットヘッド１０１は、圧電アクチュエータ１１２（圧電素子１１２Ｘ）の構成が第１実施形態と異なっている。以下、第１実施形態と共通する構成については、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。

第１実施形態の圧電素子１２Ｘにおいては、共通電極１２ｃは振動板１２ａと圧電層１２ｂとの間に配置されており、個別電極１２ｄは圧電層１２ｂの上面に配置されている。一方、本実施形態の圧電素子１１２Ｘにおいては、共通電極１２ｃは圧電層１２ｂの上面に配置されており、個別電極１２ｄは振動板１２ａと圧電層１２ｂとの間に配置されている。

また、本実施形態においては、圧電層１２ｂにおける共通電極１２ｃと各個別電極１２ｄとに挟まれた部分は、それぞれ、上向きに分極されている。したがって、圧電アクチュエータ１１２の各圧電素子１１２Ｘにおいて、個別電極１２ｄの電位がグランド電位から駆動電位に切り換えられると、個別電極１２ｄとグランド電位に維持された共通電極１２ｃとの間の電位差により、圧電層１２ｂのこれらの電極に挟まれた部分に、分極方向と同じ上向きの電界が生じる。この電界により、圧電層１２ｂの上記部分が水平方向に収縮し、圧電素子１１２Ｘが圧力室２２側に凸となるように変形する。

（第２実施形態の特徴）
本実施形態のインクジェットヘッド１０１においても、第１実施形態と同様に、個別電極１２ｄの面積を小さくして装置を小型化可能であり且つ圧電素子１１２Ｘの変位量Ｄの低下を抑えることができる。

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

上述の実施形態においては、圧力室２２の幅αと個別電極１２ｄの幅βとが、上述の式１の関係を満たしており、圧電素子１２Ｘの変位量Ｄを最も大きくすることができる関係となっている場合について説明したが、これには限定されない。すなわち、圧力室２２の幅αと個別電極１２ｄの幅βとは、上述の式２を満たしており、圧電素子１２Ｘの変位量Ｄを最大値の９０％以上とすることができる関係であればよい。

さらに、上述の実施形態においては、共通電極１２ｃはグランド電位に維持され、個別電極１２ｄはグランド電位及びグランド電位よりも高い所定の駆動電位のいずれかを選択的に付与される場合について説明したが、これには限定されない。個別電極１２ｄに選択的に付与される２種類の電位のうち低い方の電位を第１電位、高い方の電位を第２電位としたとき、共通電極１２ｃは第１電位以上且つ第２電位以下の第３電位に維持されればよい。すなわち、例えば共通電極１２ｃが１０Ｖの第３電位に維持され、個別電極１２ｄに０Ｖの第１電位及び２０Ｖの第２電位のいずれかが選択的に付与されてもよい。

さらに、上述の実施形態においては、圧力室２２及び個別電極１２ｄは、いずれも上面視で長方形形状を有している場合について説明したが、これには限定されない。圧力室２２及び個別電極１２ｄは同じ方向に長い形状を有していればよく、例えば楕円形やひし形であってもよい。また、圧力室２２及び個別電極１２ｄは同じ形状である必要はなく、例えば一方が長方形であり、他方が楕円形であってもよい。

また、上述の実施形態においては、流路ユニット１１において、複数の圧力室２２がその短手方向に沿って並んでいる場合について説明したが、これには限定されない。流路ユニット１１には少なくとも１つの圧力室２２が設けられていればよい。

プリンタ１００の記録形式は、シリアル式に限定されず、記録用紙Ｐの幅方向に長尺であり、且つ、位置が固定されたヘッドのノズルからインクを吐出するライン式であってもよい。

ノズル２１から吐出される液体は、インクに限定されず、任意の液体（例えば、インク中の成分を凝集又は析出させる処理液等）であってよい。また、吐出対象は、記録用紙Ｐに限定されず、例えば布、基板等であってもよい。

１ インクジェットヘッド（液体吐出ヘッド）
１１ 流路ユニット
１２ 圧電アクチュエータ
１２ｂ 圧電層（圧電層）
１２ｃ 共通電極（定電位電極）
１２ｄ 個別電極（駆動電極）
１２Ｘ 圧電素子
２１ ノズル
２２ 圧力室

Claims (6)

1. ノズル及び前記ノズルに連通する圧力室を含む流路が形成された流路ユニットと、
   前記流路ユニットに積層された圧電アクチュエータであって、前記流路ユニットと前記圧電アクチュエータとの積層方向に関して前記圧力室と重なる部分に前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電素子が設けられた圧電アクチュエータと、を備えており、
   前記圧電素子は、
   圧電層と、
   前記圧電層と前記流路ユニットとの間に配置された定電位電極と、
   前記圧電層における前記定電位電極側とは反対側の面に配置されており、第１電位と前記第１電位よりも高い第２電位とが選択的に付与される駆動電極と、を有しており、
   前記定電位電極は、前記第１電位以上且つ前記第２電位以下の第３電位に維持されており、
   前記圧力室及び前記駆動電極は、いずれも前記積層方向と直交する一方向に長い形状を有しており、
   前記圧力室の前記積層方向と前記一方向との両方に直交する短手方向に沿う長さをα、前記駆動電極の前記短手方向に沿う長さをβとしたとき、
   ０．５１０７α＋１８．４７６＜β＜０．７３２６α＋５４．４０９
   の関係式を満たすことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. ノズル及び前記ノズルに連通する圧力室を含む流路が形成された流路ユニットと、
   前記流路ユニットに積層された圧電アクチュエータであって、前記流路ユニットと前記圧電アクチュエータとの積層方向に関して前記圧力室と重なる部分に前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電素子が設けられた圧電アクチュエータと、を備えており、
   前記圧電素子は、
   圧電層と、
   前記圧電層と前記流路ユニットとの間に配置されており、第１電位と前記第１電位よりも高い第２電位とが選択的に付与される駆動電極と、
   前記圧電層における前記駆動電極側とは反対側の面に配置された定電位電極と、を有しており、
   前記定電位電極は、前記第１電位以上且つ前記第２電位以下の第３電位に維持されており、
   前記圧力室及び前記駆動電極は、いずれも前記積層方向と直交する一方向に長い形状を有しており、
   前記圧力室の前記積層方向と前記一方向との両方に直交する短手方向に沿う長さをα、前記駆動電極の前記短手方向に沿う長さをβとしたとき、
   ０．５１０７α＋１８．４７６＜β＜０．７３２６α＋５４．４０９
   の関係を満たすことを特徴とする液体吐出ヘッド。
3. 前記第３電位は、０Ｖであることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記圧力室及び前記駆動電極は、いずれも前記積層方向から見て長方形形状を有していることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. β＝０．６２１７α＋３６．４４３
   の関係を満たすことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記流路ユニットにおいて、複数の前記圧力室が前記短手方向に沿って並んでおり、
   前記圧電アクチュエータは、前記複数の圧力室に対して個別に設けられた複数の前記圧電素子を有しており、
   前記複数の圧力室のそれぞれと、前記複数の圧電素子のうち当該圧力室に対して設けられた前記駆動電極とが、
   ０．５１０７α＋１８．４７６＜β＜０．７３２６α＋５４．４０９
   の関係を満たすことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。

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