JP3801057B2 - 圧電トランスデューサおよびそれを用いた液滴噴射装置 - Google Patents
圧電トランスデューサおよびそれを用いた液滴噴射装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3801057B2 JP3801057B2 JP2002021922A JP2002021922A JP3801057B2 JP 3801057 B2 JP3801057 B2 JP 3801057B2 JP 2002021922 A JP2002021922 A JP 2002021922A JP 2002021922 A JP2002021922 A JP 2002021922A JP 3801057 B2 JP3801057 B2 JP 3801057B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrodes
- region
- group
- piezoelectric
- piezoelectric ceramic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
- B41J2/14209—Structure of print heads with piezoelectric elements of finger type, chamber walls consisting integrally of piezoelectric material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
- B41J2/14209—Structure of print heads with piezoelectric elements of finger type, chamber walls consisting integrally of piezoelectric material
- B41J2002/14217—Multi layer finger type piezoelectric element
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
- B41J2/14209—Structure of print heads with piezoelectric elements of finger type, chamber walls consisting integrally of piezoelectric material
- B41J2002/14225—Finger type piezoelectric element on only one side of the chamber
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電トランスデューサおよびそれを用いた液滴噴射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プリントヘッドに圧電式の液滴噴射装置を利用したものが従来から提案されている。これは、圧電トランスデューサの寸法変位によって液室の容積を変化させることにより、その容積減少時に液室内の液体をノズルから噴射し、容積増大時に液体供給口から液室内に液体を導入するようにしたもので、ドロップオンデマンド方式と呼ばれている。そして、このような噴射装置を多数互いに近接して配設し、所定の位置の噴射装置から液滴を噴射することにより、所望する文字や画像を形成するのである。
【０００３】
しかしながら従来の圧電式の液滴噴射装置は１つの噴射装置に１つの圧電トランスデューサが用いられていたため、高解像度で広い範囲の印字を行うために多数の噴射装置を密集して配置しようとすると、その構造が複雑で製造工数が多く、高価になるという問題と、上記圧電トランスデューサの寸法を加工の制約上あまり小さくできないため、１つ１つの噴射装置の小型化が困難で解像度が制限されるという問題があった。
【０００４】
これらの問題を解決するために近年、複数の液室に跨って設けられた単一の圧電トランスデューサの所定の噴射装置に対応する部位のみを局部的に変形させる圧電式の液滴噴射装置が提案されている。この種の圧電式のインク噴射装置としては、例えば特許第２９１３８０６号公報がある。
【０００５】
この従来技術の圧電の液滴噴射装置５０１は、図１６の断面図に示すように、噴射装置の液室の容積を変化させるための圧電セラミックス層５１０と内部電極層５３０、５４０とを積層してなる圧電トランスデューサ５００が、複数の液室６０に跨って設けられている。
【０００６】
前記圧電セラミックス層５１０は積層方向と同一方向である矢印５５０の方向に分極されている。そして、中央部内部極層５３０に対応する部分が前記液室６０の中央部に配置され、端部内部電極層５４０に対応する部分が前記液室６０の両端部に配置されている。
【０００７】
所定の印字データに従って、１つの液室６０ａから液滴を噴射する場合には、一対の端部内部電極層５４０ａ、５４０ｂと中央部内部電極層５３０ａとの間に駆動電圧が印加される。その場合、中央部内部電極層５３０ａは正電位とし、端部内部電極層５４０ａ、５４０ｂをグランド（接地）にすることにより、それらの間に位置する圧電セラミックス層５１０に分極方向と直角な方向（破線矢印５５１方向）に電界が印加され、その圧電セラミックス層５１０の両部分の左右対称な厚みすべり効果の寸法歪に従い、中央部内部電極層５３０ａに対応する部分が図の上方向に変位し、前記液室６０ａの容積を増加させる。そのときの液室６０ａの容積増加に伴って図示しない液体供給装置から液体が補充される。そして、図１７に示すように電圧の印加が遮断され変形が元の位置まで戻されると、液室６０ａの容積減少に伴って液室６０ａ内の液体（インク）がノズル５０ａから液滴（インク滴）５２０となって噴射される。
【０００８】
このような構成を持つ圧電アクチュエータを圧電トランスデューサとして用いた圧電式の液滴噴射装置であれば、製造も簡単であり、コストが安い、高い解像度が得られるという効果がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した圧電式の液滴噴射装置は、噴射される液滴の必要な体積と滴噴射速度が決まると、中央部内部電極層５３０と端部内部電極層５４０との間の距離により必要な駆動電圧が決まるため、駆動電圧をあまり低くできず、電源やドライバ基板などのコストが高くなるという欠点がある。また、駆動電圧が高すぎる場合には、駆動電圧方向と分極方向が直角であるために、分極の劣化が進み、液滴噴射装置としての寿命が短くなるという欠点がある。
【００１０】
また、駆動電圧を下げるために、例えば中央部内部電極層５３０と端部内部電極層５４０との間の距離を小さくした場合には、圧電トランスデューサ５００の局所変形する領域も少なくなり、液室６０の体積変化量も減少するために、結局駆動電圧を下げることができないという構成上の問題もある。
【００１１】
また、特開平１０−５８６７４号公報、特開平１０−５８６７５号公報には、上記圧電トランスデューサ５００に、圧電縦効果の変位をする圧電セラミックス層を積層して、上記の圧電厚みすべり効果の変位に圧電縦効果の変位を加え、大きな変位量を得ることが提案されている。しかし、各変位をする圧電セラミックス層を別々に設けて積層しているため、一方の圧電セラミックス層の変位した部分が他方の圧電セラミックス層の変位しない部分をそれぞれ押して全体としての変位を得ているために、効率が悪かった。
【００１２】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、駆動電圧を低減し、耐久性にすぐれ、電源やドライバ基板が低コストである圧電トランスデューサおよび液滴噴射装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明の圧電トランスデューサは、複数の圧電セラミックス層と、該圧電セラミックス層の面に沿う方向に間隔をおき、且つ圧電セラミックス層の厚さ方向に間隔をおいて配置された複数の電極とを備え、前記複数の電極のうち厚さ方向に間隔をおいた一部の複数の電極からなる第１群の電極間に挟まれた前記圧電セラミックス層の第１の領域と、該第１の領域の両側に位置し、前記第１群の電極の前記厚さ方向の両端の電極と実質的に同平面に位置する電極を含み、且つ前記圧電セラミックス層の面に沿う方向に間隔をおいた複数の電極からなる第２群の電極間に挟まれた前記圧電セラミックス層の一対の第２の領域とを備え、前記第１の領域及び第２の領域を、それぞれ前記圧電セラミックス層の厚さ方向に分極してなり、前記一対の第２の領域をそれぞれ圧電厚みすべり効果により前記第１の領域全体を一方に偏倚させるように傾斜変位させるように該各第２の領域にそれぞれ分極方向とほぼ直交する方向する駆動電界を生じさせる駆動電圧を前記第２群の電極に印加し、かつ前記第１の領域を圧電縦効果により圧電セラミックス層の厚さが増大する方向に変位させるように該第１の領域にその分極方向と平行に駆動電界を生じさせる駆動電圧を前記第１群の電極に印加する電圧印加手段を備えたものである。
【００１４】
そして、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の圧電トランスデューサにおいて、前記第１群の電極は、前記厚さ方向両端の電極の間に奇数個の電極を含み、前記第１の領域は、第１群の電極の間に前記厚さ方向において相互に反対方向に分極された偶数個の部分を含み、前記第１群の電極の少なくとも前記厚さ方向両端の電極において、前記第２の領域と隣接する部分は、前記第２の領域を挟む前記第２群の電極の一方の電極を兼ねることを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の圧電トランスデューサにおいて、前記第２の領域を挟む前記第２群の電極の一方の電極は、前記第１群の電極の前記厚さ方向両端の電極において前記第２の領域と隣接する両部分とその間に位置する電極とからなり、前記第２群の電極の他方の電極は、それらと間隔をおいて対向する複数の電極からなることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の圧電トランスデューサにおいて、前記圧電セラミックス層は４層以上に積層され、前記第１群の電極の前記厚さ方向両端の電極及びその間の電極は、圧電セラミックス層の厚さ方向中央に対して対称に層間に配置され、前記第２群の電極は、各圧電セラミックス層の間に位置することを特徴とするものである。
【００１７】
他方、請求項５に記載の発明の圧電トランスデューサは、複数の圧電セラミックス層と、該圧電セラミックス層の面に沿う方向に間隔をおき、且つ圧電セラミックス層の厚さ方向に間隔をおいて配置された複数の電極とを備え、前記複数の電極のうち厚さ方向に間隔をおいた一部の複数の電極からなる第１群の電極間に挟まれた前記圧電セラミックス層の第１の領域と、該第１の領域の両側に位置し、前記第１群の電極の前記厚さ方向両端の電極と実質的に同平面に位置する電極を含み、且つ前記圧電セラミックス層の面に沿う方向に間隔をおいた複数の電極からなる第２群の電極間に挟まれた前記圧電セラミックス層の一対の第２の領域とを備え、該一対の第２の領域を、前記圧電セラミックス層の厚さ方向と直交する方向であって前記第２群の電極が対向する方向と平行で互いに対称方向に分極する一方、前記第１の領域を、前記圧電セラミックス層の厚さ方向に分極してなり、一対の最外層の圧電セラミックス層の外面にて少なくとも前記第２の領域を挟んで対向するように第３群の電極を備え、前記一対の第２の領域をそれぞれ圧電厚みすべり効果の変位をさせるように該各第２の領域にそれぞれ分極方向と直交する駆動電界を生じさせる駆動電圧を前記第３群の電極に印加する第１の電圧印加手段と、前記変位した両第２の領域間で、前記第１の領域に圧電縦効果の変位をさせるように該第１の領域に分極方向と平行に駆動電界を生じさせる駆動電圧を前記第１群の電極に印加する第２の電圧印加手段とを備えたものである。
【００１８】
そして、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の圧電トランスデューサにおいて、前記第１群の電極の前記第２の領域と隣接する部分は、該第２の領域を挟む前記第２群の電極の一方の電極を兼ね、前記第２群の電極の他方の電極との間に分極用電圧を印加して前記第２の領域を分極するために使用されることを特徴とするものである。
【００１９】
そして、請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の圧電トランスデューサにおいて、前記圧電セラミックス層は、少なくとも３層積層され、前記第１群の電極および第２群の電極は、圧電セラミックス層の間に位置することを特徴とするものである。
【００２０】
請求項８に記載の発明の液滴噴射装置は、請求項１から請求項７のいずれかの圧電トランスデューサを複数の液室に跨って配置し、選択的に各液室の容積を変化させることにより該液室内の液体を噴射する液滴噴射装置であって、前記各液室のほぼ中央位置に、前記圧電トランスデューサの第１の領域を対応させて配置し、各液室のほぼ中央よりも両端寄りに、前記圧電トランスデューサの第２の領域を対応させて配置したことを特徴とするものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を具体化した実施の形態について図を参照しながら説明する。図１〜図８は第１実施形態を示し、複数のノズル５０の列方向（アレイ方向）の断面図である図１に示すように、液滴噴射装置１０１は、圧電トランスデューサ１００と、第１の液室部材２０と、第２の液室部材３０と液室６０毎にノズル５０を有するノズルプレート４０が積層して構成されている。
【００２２】
液室（インク室）６０は、第１の液室部材２０に穿設された貫通孔の上下を圧電トランスデューサ１００と第２の液室部材３０とで覆って作られ、幅（図において左右方向）０．４５０ｍｍ、長さ（図において紙面と直交する方向）２．０００ｍｍという形状で、０．５０８ｍｍというピッチ（５０ＤＰＩ）でアレイ方向（図において左右方向）に隔壁６１により隔てられて複数並んでいる。各液室６０は、長手方向の一端を、第２の液室部材３０に穿設された連通孔３１をとおってノズルプレート４０に穿設されたノズル５０と連通し、他端を、共通のインク供給源（図示せず）にそれぞれ接続している。
【００２３】
圧電トランスデューサ１００は、チタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）のセラミックス材料からなる圧電セラミックス材料からなり、圧電・電歪効果を有する複数（例えば４枚）の圧電セラミックス層１１０と、該圧電セラミックス層１１０の面に沿う方向に間隔をおき、且つ圧電セラミックス層１１０の厚さ方向に間隔をおいて配置された複数の電極（内部電極層）１２０、１３０、１４５、１４０とを備える。
【００２４】
図１に示すように、前記圧電セラミックス層の第１の領域１７０は、前記複数の電極のうち、圧電セラミックス層１１０の厚さ方向に間隔をおいた一部の複数の電極からなる第１群の電極１３０、１４５、１３０間に挟まれて形成されている。
【００２５】
他方、第２の領域１８０は前記第１の領域１７０の両側に位置する。一対の第２の領域１８０は、それぞれ前記セラミックス層の面に沿う方向に間隔をおいた複数の電極、すなわち第２群の電極に挟まれている。
【００２６】
第１群の電極（内部電極層）は、圧電セラミックス層１１０の積層方向の中央に挟まれて適宜間隔で配置された第１種電極１４５と、これら第１種電極１４５を圧電セラミックス層１１０を介して挟んで対向配置された第２種電極１３０、１３０とからなる。
【００２７】
第２の領域１８０を挟む第２群の電極（内部電極層）の一方の電極は、第１群の電極の第２種電極１３０、１３０の両端部分が兼用され、さらにその第２種電極１３０、１３０の間で第１種電極１４５と同一平面で間隔をおいて位置する電極１２０を含む。他方の電極は、それらの電極１３０、１４５と圧電セラミックス層の面に沿う方向に間隔をおいて各圧電セラミックス層間に挟んで配置した電極１４０からなる。つまり、第２群の各電極は、第１群の各電極と実質的に同平面に位置する。
【００２８】
第１群の電極の第２種電極１３０、１３０の幅内の圧電セラミックス層１１０の部分を第１の領域１７０と称し、該第１の領域１７０では、上下の第２種電極１３０、１３０から第１種電極１４５に向かう方向（図１の矢印１５０）に分極されている。つまり、第１の領域１７０における分極方向１５０は第２部電極１４５を上下から挟むように、対向している。
【００２９】
前記第２の領域１８０は、液室６０の両側部の上方に配置している。第２の領域１８０では、圧電セラミックス層１１０の積層方向において上方に向かう方向に分極されている。
【００３０】
従って、前記圧電トランスデューサ１００は、積層方向において、液室６０の中央部に位置する第１の領域１７０と、液室６０の両側部に位置し、前記第１の領域１７０の左右に隣接する第２の領域１８０という２つの領域からなる。前記第１の領域１７０の領域内での分極方向は、実線矢印１５０で示すように、積層方向と一致し、前記第１種電極１４５を介して１８０°反転している。また、第２の領域１８０の領域内での分極方向も、実線矢印１６０で示すように、積層方向と一致している。
【００３１】
前記圧電セラミックス層１１０の１層の厚さは０．０１５ｍｍであり、各電極１２０、１３０、１４０、１４５をその積層界面に挟みながら４層積層されており、圧電トランスデューサ１００は厚さ０．０６ｍｍとなっている。前記各電極１２０、１３０、１４０、１４５はＡｇ−Ｐｄ系の金属材料からなり、層の厚さは約０．００２ｍｍである。幅（図において左右方向）は、前記第２種電極１３０は約０．０２０ｍｍ、前記電極１２０と前記第１種電極１４５は約０．００５ｍｍ、前記第２群の電極１４０は約０．０５８ｍｍである。
【００３２】
前記圧電トランスデューサ１００は、以下の製造方法によって製造される。
【００３３】
先ず、圧電セラミックス層１１０を形成するためのグリーンシート１０を４枚用意し、下から第１番目及び第３番目のグリーンシート１０の上側表面には、分割された電極１４０、１３０、１４０をスクリーン印刷し、下から第２番面のグリーンシート１０の上側表面には、分割された電極１４０、１２０、１４５、１４０をスクリーン印刷によりそれぞれ形成し（図２参照）、全体を加熱プレスし、脱脂、焼結等の必要な手段を施したのちに、図３に示すように上下の外面全体に分極用電極１０３、１０４をそれぞれスクリーン印刷やスパッタなどの手法により形成し、圧電トランスデューサ１００を得る。
【００３４】
また、図３に示すように、前記各電極１２０、１３０、１４５、１４０を圧電セラミックス層１１０（グリーンシート１０）の表面の一端まで延長し、そのそれぞれの電極取り出し部（外部電極１０５、１０６、１０７）を圧電セラミックス層１１０の外周端面に形成する。その場合、各電極のグループごとに接続する外部電極は、銀ペースト等の印刷及び焼付け法やスパッタ法等の方法で形成する。例えば、上下３つの電極１４０の延長端部を外部電極１０５と接続し、上下２つの第２種電極１３０、１３０と一対の電極１２０、１２０とを外部電極１０６に接続し、第１種電極１４５のみを外部電極１０７と接続する（図３参照）。
【００３５】
かくして得られた圧電トランスデューサ１００を、１３０℃程度のシリコンオイルなどの絶縁オイルが満たされた図示しないオイルバス中に浸し、上下面の第１の分極用電極１０３と第２の分極用電極１０４の間に、図示しない分極電源により＋２．５ｋV/mm程度の電界を印加する。具体的には図４において、上側の第１の分極用電極１０３は接地（ＧＮＤ）し、図中、下側の第２の分極用電極１０４には正電圧を印加することで分極処理を施す。圧電セラミックス層１１０内の全ての電極１２０、１３０、１４０、１４５は、電気的にはどこにも接続しない状態とする。
【００３６】
このような分極処理により、図２に示すように、圧電セラミックス層１１０の前記第２の領域１８０、１８０には、実線矢印１６０で示すように、積層方向と一致する方向（図中、上方向）に分極される。
【００３７】
再び圧電トランスデューサ１００を、１３０℃程度のシリコンオイルなどの絶縁オイルが満たされた図示しないオイルバス中に浸し、図５に示すように、第１群の電極１３０、１４５間に、図示しない分極電源により２．５ｋV/mm程度の電界を印加する。具体的には図５において、第１群の電極のうち、第２種電極１３０には、正電圧を印加し、第１種電極１４５は接地（ＧＮＤ）することで分極処理を施す。同時に第１種電極１４５の両側を挟む位置の一対の電極１２０、１２０に正電圧を印加することで、第２種電極１３０と第１種電極１４５との間の電界（積層方向の電界）が第２の領域１８０側にもれず、先に分極処理したときに形成された分極１６０が劣化しないようにできる。このとき、電極１４０は電気的にはどこにも接続しない状態とする。
【００３８】
このような分極処理により、図５に示すように、第１の領域１７０のうち第２種電極１３０と第１種電極１４５間に、実線矢印１５０で示すように、当該第１種電極１４５を介して１８０°反転しながら、ほぼ積層方向と一致する方向に分極される。
【００３９】
次に、図６に示すように、圧電トランスデューサ１００の上下面の分極用電極１０３、１０４を研削により除去する。前記上下の第２種電極１３０、１３０を有する部分が、前述した第１の領域１７０となり、この第１の領域１７０とこれに隣接して前記電極１４０とで挟まれた部分が、前述した第２の領域１８０となる。
【００４０】
このようにして得られた圧電トランスデューサ１００に前記第１の液室部材２０や前記第２の液室部材３０および前記ノズルプレート４０を一体的に組み付けることで、図１に示すような前記液滴噴射装置１０１が構成される。
【００４１】
次に、以上のように構成された液滴噴射装置１０１の動作について説明する。図７に示すように、初期状態においては、全ての電極１２０、１３０、１４０、１４５は全て接地（ＧＮＤ）されている。また、液室６０内は液体にて満たされている。所定の印字データに従って、液室６０ａに連通するノズル５０ａから液滴を噴射する場合には、図８に示すように前記液室６０ａに対応する電極１２０ａ、１２０ｂ、１３０ａ、１３０ｂに駆動電圧（例えば＋１５Ｖ）が印加され、中央部の第１種電極１４５と、液室６０ａの両側の電極１４０、１４０は接地（ＧＮＤ）しておく。
【００４２】
前記の駆動電圧の印加により、前記液室６０ａに対応する第２の領域１８０ａ、１８０ｂには、図８に示すように、分極方向１６０と垂直な方向の破線矢印１６１で示す駆動電界が生じ、同時に前記液室６０ａに対応する第１の領域１７０ａにおける積層方向の両端側の第２種電極１３０ａ、１３０ｂと積層中央位置の第１種電極１４５ａとの間に分極方向１５０と同一方向の破線矢印１５１で示す駆動電界が生じる。
【００４３】
前記液室６０ａに対応する第１の領域１７０ａは分極方向１５０と同一方向の駆動電界１５１によって、圧電縦効果の変位により、図８において上下方向に伸長し、第２の領域１８０ａ、１８０ｂは分極方向１６０に垂直な駆動電界１６１によって、圧電厚みすべり効果の変位が発生し、図中、下方向へ平行四辺形状に変形をする。即ち、圧電トランスデューサ１００は、液室６０ａに対応する部分で、図６に示すように、液室６０ａの容積を減少させる方向に、局所変形をする。このとき液室６０ａ内の圧力が増大する。そのとき比較的高い圧力が液室６０ａに連通するノズル５０ａ付近の部分に生じて、液滴７０がそのノズル５０ａから噴射される。前記液室６０ａに対応する電極１２０ａ、１２０ｂ、１３０ａ、１３０ｂに印加されている電圧を０（Ｖ）に戻すと、図７に示すように、前記圧電トランスデューサ１００が局所変形前の状態に戻り、液室６０ａ内の液体に加えられていた圧力下がり、図示しない液体供給部から液体が供給される。
【００４４】
このように、本実施例の液滴噴射装置１０１においては、第１の領域１７０と第２の領域１８０とが隣接されていて、その両領域は共に圧電セラミックス層の厚さ方向に分極されているけれども、駆動電圧を印加する時に、第１の領域１７０に属する第１群の電極のうち第２種電極１３０、１３０が第１の領域１７０及び第２の領域１８０に対する駆動電圧の印加のための兼用電極となり、これらの第２種電極１３０、１３０と電極１２０、１２０に正極の電圧を印加する（その他の電極は接地する）ことで、前記第１の領域１７０には圧電縦効果の変形が生じると共にその両側の前記一対の第２の領域１８０、１８０には厚みすべり効果の変形が生じるから、液室６０の左右両側の隔壁６１、６１側から液室６０の中央側に向かって各第２の領域１８０、１８０が液室６０の容積を減少させるように傾斜状に偏倚し、且つ第１の領域１７０では圧電セラミックス層１１０の層厚さが増大して、同じく液室６０の容積を減少させるように収縮変形する。
【００４５】
これにより、本実施形態の液滴噴射装置１０１では駆動電圧の印加により、直ちに液室６０ａ内の液がノズル５０ａから液滴７０が噴射される。
【００４６】
そして、第１の領域１７０における第１群の電極のうち、第２種電極１３０、１３０及び電極１２０、１２０は、駆動電圧を印加するとき、前記第１の領域１７０及び第２の領域１８０、１８０に対するそれぞれの一方の電極を兼用し、且つ電界１６１及び１５１の発生領域を隔絶することになるので、各第２の領域１８０における厚みすべり効果の変形が、第１の領域１７０における圧電縦効果の変形に邪魔されることがなく並列的に発生させることができ、圧電縦効果の変形も直接的に外部に表せ易くなり、前記液室６０からの液滴噴射を、従来に比べて低い駆動電圧で達成させることができる。
【００４７】
つまり、図１６、図１７に示した従来例の液滴噴射装置４０１と比べて、分極方向と垂直に駆動電界が印加される電極１２０、１３０と電極１４０間（第２の領域１８０）の圧電セラミックス層１１０の表面に沿う距離が１／２以下の短い距離にでき、第１の領域１７０と一対の第２の領域１８０、１８の両変位の協働により、液室６０の容積を変化させるため、前記従来例の液滴噴射装置４０１と比べても、液室６０に対する体積変化はほぼ同じである。従って、本実施例の液滴噴射装置１０１においては従来例に比べて駆動電圧は約１／２に低減することができるのである。
【００４８】
なお、第１群の電極における複数層の圧電セラミックス層１１０の厚さ方向の両端の電極である第２種電極１３０、１３０の間の中央側の圧電セラミックス層１１０の表面に沿って配置される電極１２０、１２０及び第１種電極１４５を奇数層にわたって配置すると、前記圧電セラミックス層１１０の厚さ方向の両端の電極である第２種電極１３０、１３０に同じ極性の分極用電圧を印加すれば、その間に互いに反対向きの積層方向の分極電界を形成し易くなり、且つ駆動用電圧を印加する際に、電極１４０の積層方向のもののすべてをそれと反対の極性にすればよいので、構成が簡単になる。
【００４９】
次に、本発明を具体化した第２実施例について図９〜１５を参照して説明する。図９にそのアレイ方向の断面図を示すように、液滴噴射装置２０１は、圧電トランスデューサ２００と、第１の液室部材２０と、第２の液室部材３０とノズル５０を有するノズルプレート４０で構成されている。
前記圧電トランスデューサ２００と前記第１の液室部材２０と前記第２の液室部材３０とで作られる、液室６０は、幅（図において左右方向）０．４５０ｍｍ、長さ（図において紙面と直交する方向）２．０００ｍｍという形状で、０．５０８ｍｍというピッチ（５０ＤＰＩ）でアレイ方向に複数並んでいる。
圧電トランスデューサ２００は、チタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）のセラミックス材料からなる圧電セラミックス材料からなり、圧電・電歪効果を有する複数層（実施形態では３層）の圧電セラミックス層２１０と、該圧電セラミックス層２１０の面に沿う方向に間隔をおき、且つ圧電セラミックス層の厚さ方向に間隔をおいて配置された複数の電極２３０、２４５、２４０、２２０、２３０とを備える。
【００５０】
図９に示すように、前記複数の電極のうち厚さ方向に間隔をおいた一部の複数の電極からなる第１群の電極２３０、２４５間に挟まれた前記圧電セラミックス層２１０を第１の領域２７０と称する。そして、第１の領域２７０の両側に位置し、前記第１群の電極２３０、２４５の両端部分と、その部分から前記圧電セラミックス層の面に沿う方向に間隔をおいた複数の電極２４０、２４０と（両者で第２群の電極を構成する）の間に挟まれた一対の領域を、第２の領域２８０、２８０と称する。また、一対の最外層の圧電セラミックス層２１０、２１０の外面にて少なくとも前記第２の領域２８０を挟んで対向するように第３群の電極２２０、２２５を備える。
【００５１】
前記圧電トランスデューサ２００における第１の領域２７０は液室６０の中央部に位置し、前記第１の領域２７０の左右に隣接する第２の領域２８０、２８０は液室６０の両端部に位置する。第１群の電極２３０、２４５はどちらも第１の領域２７０の中央付近に配置されており、電極２４０は、隣接する液室６０の隔壁６１上に配置されている。なお、前記第３群の電極２２０、２２５のうち液室６０と対面する側の電極２２５は、液室６０に接する面（図９において、下面）の全域に渡って配置され、他方の電極２２０はその反対の面（図９において、上面）に液室６０に対応する位置にのみ配置され、隣り合う電極２２０間は絶縁されている。
【００５２】
前記圧電セラミックス層２１０の１層の厚さは０．０１５ｍｍであり、各電極２３０、２４０、２４５をその積層界面に挟みながら３層積層されており、圧電トランスデューサ２００は厚さ０．０４５ｍｍとなっている。前記各電極２３０、２４０、２４５はＡｇ−Ｐｄ系の金属材料からなり、厚さは約０．００２ｍｍである。前記第１群の電極２３０、２４５の幅（図において左右方向）は、約０．０２０ｍｍ、電極２４０の幅は約０．０５８ｍｍである。
【００５３】
図９に示すように、前記第１の領域２７０の領域内での分極方向は、実線矢印２５０で示すように、積層方向と一致している。また、各第２の領域２８０、２８０の領域内での分極方向は、実線矢印２６０で示すように、前記圧電セラミックス層２１０の厚さ方向と直交する方向であって前記電極２４０、２４０と第１群の電極２３０、２４５が対向する方向と平行で互いに対称方向に分極する。
【００５４】
前記圧電トランスデューサ２００は、以下の製造方法によって製造される。
【００５５】
先ず、図１０に示すように、圧電セラミックス層２１０を形成するためのグリーンシート３枚のうち２枚の上側表面に、分割された電極２３０、２４０、２４５をスクリーン印刷により形成する。それらを積層した上面に電極のないグリーンシートを積層して、全体を加熱プレスし、脱脂、焼結等の必要な処理を施し圧電トランスデューサ２００を得る。
【００５６】
かくして得られた圧電トランスデューサ２００を、１３０℃程度のシリコンオイルなどの絶縁オイルが満たされた図示しないオイルバス中に浸し、電極２４０、２４５の間に、図示しない外部電極を介して図示しない分極電源により２．５ｋV/mm程度の電界を印加する。具体的には電極２４０は正電圧を印加し、電極２４５と電極２３０は接地することで、第２の領域２８０に分極処理を施す。このような分極処理により図１０に示すように、圧電セラミックス層２１０は、実線矢印２６０で示すように、左右両側の電極２４０、２４０からその間に挟まれた第１群の電極２４５、２３０に向かう方向（図中、左右方向）に分極される。
【００５７】
再び圧電トランスデューサ２００を、１３０℃程度のシリコンオイルなどの絶縁オイルが満たされた図示しないオイルバス中に浸し、図１１に示すように第１群の電極２４５と電極２３０との間に、図示しない外部電極を介して図示しない分極電源により２．５ｋV/mm程度の電界を印加する。具体的には電極２４５は接地し、電極２３０には正電圧を印加することで第１の領域２７０内の分極処理を施す。このとき、電極２４０は電気的にはどこにも接続しない状態とする。このような分極処理により図１１に示すように、電極２４５と電極２３０との間は、実線矢印２５０で示すように、積層方向と一致し、且つ接地した電極２４５に向かう方向に分極される。
【００５８】
次に、図１２に示すように、圧電トランスデューサ１００の上面と下面とに第３群の電極２２０、２２５をそれぞれスクリーン印刷やスパッタなどの手法により形成する。外部正電極２２０はアレイ方向において前記電極２４０に対応する部分には、形成しない。
【００５９】
前記第１群の電極２４５、２３０の間に挟まれた部分が、前述した第１の領域２７０となり、この第１の領域２７０に隣接して、前記第１群の電極２４５、２３０と電極２４０とで挟まれた部分が、前述した第２の領域２８０となる。
【００６０】
このようにして得られた圧電トランスデューサ２００に前記第１の液室部材２０や前記第２の液室部材３０および前記ノズルプレート４０を一体的に組み付けることで、図９に示すような前記液滴噴射装置２０１が構成される。
【００６１】
以上のように構成された液滴噴射装置２０１の動作について説明する。図１３に示すように、初期状態においては、全ての電極２３０、２４０、２４５および外部電極２２０、２２５は全て接地されている。また、液室６０内は液体にて満たされている。
【００６２】
所定の印字データに従って、液室６０ａに連通するノズル５０ａから液滴を噴射する場合には、図１４に示すように前記液室６０ａに対応する外部電極２２０ａと第１群の電極のうちの電極２３０ａに駆動電圧（例えば１５Ｖ）が印加され、その他の電極２４０、２４５は接地（ＧＮＤ）する。このように、前記第１群の電極２３０ａ、２４５間に駆動電圧を印加することにより、前記液室６０ａに対応する第１の領域２７０ａの電極２３０ａと電極２４５ａ間に、破線矢印２５１で示す分極方向２５０と同一方向の駆動電界が生じ、第３群の電極２２０ａ、２２５間に駆動電圧を印加することにより、両第２の領域２８０、２８０で、破線矢印２６１で示す分極方向２６０と垂直な方向の駆動電界が生じる。
【００６３】
従って、前記液室６０ａに対応する第１の領域２７０ａは分極方向２５０と同一方向の駆動電界２５１によって、その圧電縦効果の変位により、図１４中上下方向に第１領域２７０の中央部の厚さが増大するように変形し、第２の領域２８０ａ、２８０ｂは分極方向２６０に垂直な駆動電界２６１によって、その圧電厚みすべり効果の変位により、図１４において、第１の領域２７０側が下方に偏倚するように傾斜状に変形をする。
【００６４】
即ち、圧電トランスデューサ２００は、液室６０ａに対応する部分で、図１４に示すように、液室６０ａの容積を減少させる方向に、局所変形をする。これにより、液室６０ａ内の圧力が増大する。そのとき比較的高い圧力が液室６０ａに連通するノズル５０ａ付近の部分に生じて、液滴７０がそのノズル５０ａから噴射される。次いで、前記液室６０ａに対応する外部電極２２０ａと内部正電極層２３０ａに印加されている電圧を０（Ｖ）に戻すと、図１３に示す初期状態に戻り、前記圧電トランスデューサ２００が局所変形前の状態に戻り、液室６０ａ内の液体に加えられていた圧力下がり、図示しない液体供給部から液体が供給される。
【００６５】
このように、本実施例の液滴噴射装置２０１においては、第１の領域２７０と第２の領域２８０とが隣接されていて、第１の領域２７０では圧電セラミックス層の厚さ方向に分極され、第２の領域２８０では電極２４０、２４０から第１の領域２７０に向かうように分極されており、駆動電圧を印加する時に、第３群の電極のうちの一方の電極２２０と第１群の電極のうちの一方の電極２３０とに正極の電圧を印加する（その他の電極は接地する）ことで、前記第１の領域２７０には圧電縦効果の変形が生じと共にその両側の前記一対の第２の領域２８０、２８０には厚みすべり効果の変形が生じるから、液室６０の左右両側の隔壁６１、６１側から液室６０の中央側に向かって各第２の領域２８０、２８０が液室６０ａの容積を減少させるように傾斜状に偏倚し、且つ第１の領域２７０では圧電セラミックス層１１０の層厚さが増大して、同じく液室６０の容積を減少させる。
【００６６】
このように、各第２の領域２８０における厚みすべり効果の変形を、第１の領域２７０における圧電縦効果の変形に邪魔されることがなく並列的に発生させることができ、圧電縦効果の変形も直接的に外部に表せ易くなり、前記液室６０からの液滴噴射を、従来に比べて低い駆動電圧で達成させることができる。
【００６７】
また、本実施例の液滴噴射装置２０１においては、駆動電圧を印加した時に、第１の領域２７０と第２の領域２８０とが隣接されていて、前記第１の領域２７０は圧電縦効果の変形、前記第２の領域２８０は厚みすべり効果の変形をし、助け合って液室６０の容積を変化させるため、図１６に示した従来例の液滴噴射装置４０１と比べても、液室６０に対する体積変化はほぼ同じである。従って、本実施例の液滴噴射装置２０１においては従来例に比べて駆動電圧は約１／２に低減することができるのである。
【００６８】
図１５は、前記第２実施形態の変形例を示し、５層の圧電セラミックス層３１０に対して、その積層方向に対向して配置する第１群の電極３４５ａ、３３０ａ、３４５ｂ、３４０ｂの４層に形成する。同様に、電極３４０も４層とし、最外層に外部電極３２０、３２５を形成する。前記第１群の各電極間に挟まれる圧電セラミックス層３１０での分極方向２５０（図１５において実線で示す）は、積層方向において交互に逆向きである。
【００６９】
一対の第２の領域３８０、３８０での分極は、電極３４０から第１の領域３７０の方向に互いに対向するように、圧電セラミックス層３１０の面に沿う方向と平行状（図１５において実線で示す方向２６０）となる。製造方法等は前記第２実施形態のものと同じであるので詳細な説明は省略する。
【００７０】
所定の印字データに従って、液室６０に連通するノズル５０から液滴を噴射する場合には、図１５に示すように前記液室６０に対応する外部電極３２０と第１群の電極のうちの１つおきの電極３３０ａ、３３０ｂに駆動電圧（例えば１５Ｖ）が印加され、その他の電極３４０、３４５ａ、３４５ｂ、３２５は接地（ＧＮＤ）する。このように、前記第１群の電極２３０、２４５間に駆動電圧を印加することにより、前記液室６０に対応する第１の領域２７０の電極３３０ａと電極３４５ａ間、電極３３０ａと電極３４５ｂ間、電極３４５ｂと電極３３０ｂ間に、それぞれ分極方向２５０と同一方向の破線矢印２５１で示す駆動電界が生じ、外部電極３２０、３２５間に駆動電圧を印加することにより、両第２の領域３８０、３８０間で、分極方向２６０と垂直な方向の破線矢印２６１で示す駆動電界が生じる。この例では、前記第２実施形態と積層数が異なるだけで、同様に動作し、第１の領域３７０の駆動電圧を低減することが可能である。
【００７１】
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において数々の変形を加えることもできる。例えば、インク室のアレイ方向の幅、配置のピッチ、圧電トランスデューサである積層圧電素子の積層枚数、内部電極層の幅、配置位置など必要に応じて変形することができる。そして、圧電セラミックス層をさらに薄く多数枚で構成して、第１群の電極と第２群の一方の電極（図１の場合２４０）とを異なる層間に交互に配置しても良い。
【００７２】
【発明の効果】
上述したように、請求項１に記載の発明の圧電トランスデューサは、複数の圧電セラミックス層と、該圧電セラミックス層の面に沿う方向に間隔をおき、且つ圧電セラミックス層の厚さ方向に間隔をおいて配置された複数の電極とを備え、前記複数の電極のうち厚さ方向に間隔をおいた一部の複数の電極からなる第１群の電極間に挟まれた前記圧電セラミックス層の第１の領域と、該第１の領域の両側に位置し、前記第１群の電極の前記厚さ方向の両端の電極と実質的に同平面に位置する電極を含み、且つ前記圧電セラミックス層の面に沿う方向に間隔をおいた複数の電極からなる第２群の電極間に挟まれた前記圧電セラミックス層の一対の第２の領域とを備え、前記第１の領域及び第２の領域を、それぞれ前記圧電セラミックス層の厚さ方向に分極してなり、前記一対の第２の領域をそれぞれ圧電厚みすべり効果により前記第１の領域全体を一方に偏倚させるように傾斜変位させるように該各第２の領域にそれぞれ分極方向とほぼ直交する方向する駆動電界を生じさせる駆動電圧を前記第２群の電極に印加し、かつ前記第１の領域を圧電縦効果により圧電セラミックス層の厚さが増大する方向に変位させるように該第１の領域にその分極方向と平行に駆動電界を生じさせる駆動電圧を前記第１群の電極に印加する電圧印加手段を備えたものである。
【００７３】
このような構成の圧電トランスデューサによれば、一対の第２の領域の厚みすべり効果により山形に変形した圧電セラミックス層の頂部において、第１の領域が圧電縦効果の変位をすることでさらに大きな変形をし、駆動電界を印加する電極層間の距離が短くなっても、必要な変形量が得られるため、駆動電圧が低減できるという効果がある。
【００７４】
従って、電源やドライバ基板などのコストが低減でき、また分極の劣化も抑えられるため寿命が長くなるという効果がある。また、低電圧で効率よく大きな変位を実現することができる。
【００７５】
そして、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の圧電トランスデューサにおいて、前記第１群の電極は、前記厚さ方向両端の電極の間に奇数個の電極を含み、前記第１の領域は、第１群の電極の間に前記厚さ方向において相互に反対方向に分極された偶数個の部分を含み、前記第１群の電極の少なくとも前記厚さ方向両端の電極において、前記第２の領域と隣接する部分は、前記第２の領域を挟む前記第２群の電極の一方の電極を兼ねることを特徴とするものであるから、第１の領域と第２の領域とを交互に形成したとき、前記兼用する電極により、各隣接する領域の配置間隔を短くして、圧電トランスデューサのサイズを小型化できるという効果を奏する。
【００７６】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の圧電トランスデューサにおいて、前記第２の領域を挟む前記第２群の電極の一方の電極は、前記第１群の電極の前記厚さ方向両端の電極において前記第２の領域と隣接する両部分とその間に位置する電極とからなり、前記第２群の電極の他方の電極は、それらと間隔をおいて対向する複数の電極からなることを特徴とするものであるから、請求項２の電極を兼用する構成を利用してさらに第２群の電極数を増やし、圧電トランスデューサの厚さ方向のほぼ全体にわたって駆動電界を発生し、効率よく圧電厚みすべり効果の変形をすることができる。
【００７７】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の圧電トランスデューサにおいて、前記圧電セラミックス層は４層以上に積層され、前記第１群の電極の前記厚さ方向両端の電極及びその間の電極は、圧電セラミックス層の厚さ方向中央に対して対称に層間に配置され、前記第２群の電極は、各圧電セラミックス層の間に位置することを特徴とするものであるから、第１群の電極間への駆動電圧の印加により、第１の領域を圧電セラミックス層の厚さ方向が増大する方向への駆動電界の形成が効率良く行え、且つ、電極の間に電圧をかけたとき、外部へ放電することなく、圧電セラミックス層に面方向の電圧を印加し、第２の領域での圧電厚みすべり効果の変位を効率よく発生させることができるという効果を奏する。
【００７８】
他方、請求項５に記載の発明の圧電トランスデューサは、複数の圧電セラミックス層と、該圧電セラミックス層の面に沿う方向に間隔をおき、且つ圧電セラミックス層の厚さ方向に間隔をおいて配置された複数の電極とを備え、前記複数の電極のうち厚さ方向に間隔をおいた一部の複数の電極からなる第１群の電極間に挟まれた前記圧電セラミックス層の第１の領域と、該第１の領域の両側に位置し、前記第１群の電極の前記厚さ方向両端の電極と実質的に同平面に位置する電極を含み、且つ前記圧電セラミックス層の面に沿う方向に間隔をおいた複数の電極からなる第２群の電極間に挟まれた前記圧電セラミックス層の一対の第２の領域とを備え、該一対の第２の領域を、前記圧電セラミックス層の厚さ方向と直交する方向であって前記第２群の電極が対向する方向と平行で互いに対称方向に分極する一方、前記第１の領域を、前記圧電セラミックス層の厚さ方向に分極してなり、一対の最外層の圧電セラミックス層の外面にて少なくとも前記第２の領域を挟んで対向するように第３群の電極を備え、前記一対の第２の領域をそれぞれ圧電厚みすべり効果の変位をさせるように該各第２の領域にそれぞれ分極方向と直交する駆動電界を生じさせる駆動電圧を前記第３群の電極に印加する第１の電圧印加手段と、前記変位した両第２の領域間で、前記第１の領域に圧電縦効果の変位をさせるように該第１の領域に分極方向と平行に駆動電界を生じさせる駆動電圧を前記第１群の電極に印加する第２の電圧印加手段とを備えたものである。
【００７９】
従って、前記第１群内の電極と第２群の電極とに同時に駆動電圧を印加させると、一対の第２の領域にそれぞれ分極方向とほぼ直交する電界を生じさせて該各第２の領域を圧電厚みすべり効果の変位をさせ、かつ、該変位した両第２の領域間で、前記第１の領域に圧電縦効果の変位をさせることができ、低電圧で圧電トランスデューサの変位を効率良く且つ大きく実現させることができるという効果を奏する。
【００８０】
そして、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の圧電トランスデューサにおいて、前記第１群の電極の前記第２の領域と隣接する部分は、該第２の領域を挟む前記第２群の電極の一方の電極を兼ね、前記第２群の電極の他方の電極との間に分極用電圧を印加して前記第２の領域を分極するために使用されることを特徴とするものである。従って、第１の領域と第２の領域とを隣接形成したとき、前記兼用する電極により、各隣接する領域の配置間隔を短くして、圧電トランスデューサのサイズを小型化できると共に、兼用の電極に分極用電圧を印加することで、第１の領域と第２の領域とを同時に分極させることができるという効果を奏する。
【００８１】
そして、請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の圧電トランスデューサにおいて、前記圧電セラミックス層は、少なくとも３層積層され、前記第１群の電極および第２群の電極は、圧電セラミックス層の間に位置することを特徴とするものであるから、これにより、電極間に電圧をかけたとき、外部へ放電することなく、圧電セラミックス層に面方向の電圧を印加し、圧電厚みすべり効果の変位を効率よく発生させることができるという効果を奏する。
【００８２】
請求項８に記載の発明の液滴噴射装置は、請求項１から請求項７のいずれかの圧電トランスデューサを複数の液室に跨って配置し、選択的に各液室の容積を変化させることにより該液室内の液体を噴射する液滴噴射装置であって、前記各液室のほぼ中央位置に、前記圧電トランスデューサの第１の領域を対応させて配置し、各液室のほぼ中央よりも両端寄りに、前記圧電トランスデューサの第２の領域を対応させて配置したことを特徴とするものである。
【００８３】
このような構成のインク噴射装置によれば、液室に対応する圧電トランスデューサの部分をその中央部において対称に液室に対して効率よく変位させ、液室の容積を変化させることにより、低電圧の駆動電圧の印加にて効率良く液滴を噴射できる液滴噴射装置を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態の液滴噴射装置を示す断面図である。
【図２】 第１実施形態の液滴噴射装置に係る圧電トランスデューサの製造工程を示し、各グリーンシートの表面の電極層を示す斜視図である。
【図３】 グリーンシートの積層状態を示す斜視図である。
【図４】 第１の分極工程を示す断面図である。
【図５】 第２の分極工程を示す断面図である。
【図６】 分極電極の除去工程を示す断面図である。
【図７】 第１実施形態の液滴噴射装置の動作を説明する図であり、初期の状態を示す断面図である。
【図８】 第１実施形態の液滴噴射装置の動作を説明する図であり、圧電トランスデューサが局所変形し、液滴が噴射した状態を示す断面図である。
【図９】 本発明の第２実施形態の液滴噴射装置を示す断面図である。
【図１０】 第２実施形態の液滴噴射装置に係る圧電トランスデューサの製造工程を示す図であり、第１の分極工程を示す断面図である。
【図１１】 第２の分極工程を示す断面図である。
【図１２】 外部電極の形成工程を示す断面図である。
【図１３】 第２実施形態の液滴噴射装置の動作を説明する図であり、初期の状態を示す断面図である。
【図１４】 第２実施形態の液滴噴射装置の動作を説明する図であり
圧電トランスデューサが局所変形し、液滴が噴射した状態を示す断面図である。
【図１５】 第２実施形態の変形例の液滴噴射装置の動作を説明する図であり、圧電トランスデューサが局所変形し、液滴が噴射した状態を示す断面図である。
【図１６】 従来例の液滴噴射装置の動作を説明する図であり、圧電トランスデューサが局所変形している状態を示す断面図である。
【図１７】 上記従来例の液滴噴射装置の動作を説明する図であり、液滴が噴射した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
４０ ノズルプレート
５０ ノズル
６０ 液室
１００ 圧電トランスデューサ
１０１ 液滴噴射装置
１１０ 圧電セラミックス層
１２０、１３０、１４５ 第１群の電極
１４０ 電極
１５０ 第１の領域の分極方向
１６０ 第２の領域の分極方向
１５１ 第１の領域の駆動電界方向
１６１ 第２の領域の駆動電界方向
１７０ 第１の領域
１８０ 第２の領域
１０３、１０４ 外部正電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電トランスデューサおよびそれを用いた液滴噴射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プリントヘッドに圧電式の液滴噴射装置を利用したものが従来から提案されている。これは、圧電トランスデューサの寸法変位によって液室の容積を変化させることにより、その容積減少時に液室内の液体をノズルから噴射し、容積増大時に液体供給口から液室内に液体を導入するようにしたもので、ドロップオンデマンド方式と呼ばれている。そして、このような噴射装置を多数互いに近接して配設し、所定の位置の噴射装置から液滴を噴射することにより、所望する文字や画像を形成するのである。
【０００３】
しかしながら従来の圧電式の液滴噴射装置は１つの噴射装置に１つの圧電トランスデューサが用いられていたため、高解像度で広い範囲の印字を行うために多数の噴射装置を密集して配置しようとすると、その構造が複雑で製造工数が多く、高価になるという問題と、上記圧電トランスデューサの寸法を加工の制約上あまり小さくできないため、１つ１つの噴射装置の小型化が困難で解像度が制限されるという問題があった。
【０００４】
これらの問題を解決するために近年、複数の液室に跨って設けられた単一の圧電トランスデューサの所定の噴射装置に対応する部位のみを局部的に変形させる圧電式の液滴噴射装置が提案されている。この種の圧電式のインク噴射装置としては、例えば特許第２９１３８０６号公報がある。
【０００５】
この従来技術の圧電の液滴噴射装置５０１は、図１６の断面図に示すように、噴射装置の液室の容積を変化させるための圧電セラミックス層５１０と内部電極層５３０、５４０とを積層してなる圧電トランスデューサ５００が、複数の液室６０に跨って設けられている。
【０００６】
前記圧電セラミックス層５１０は積層方向と同一方向である矢印５５０の方向に分極されている。そして、中央部内部極層５３０に対応する部分が前記液室６０の中央部に配置され、端部内部電極層５４０に対応する部分が前記液室６０の両端部に配置されている。
【０００７】
所定の印字データに従って、１つの液室６０ａから液滴を噴射する場合には、一対の端部内部電極層５４０ａ、５４０ｂと中央部内部電極層５３０ａとの間に駆動電圧が印加される。その場合、中央部内部電極層５３０ａは正電位とし、端部内部電極層５４０ａ、５４０ｂをグランド（接地）にすることにより、それらの間に位置する圧電セラミックス層５１０に分極方向と直角な方向（破線矢印５５１方向）に電界が印加され、その圧電セラミックス層５１０の両部分の左右対称な厚みすべり効果の寸法歪に従い、中央部内部電極層５３０ａに対応する部分が図の上方向に変位し、前記液室６０ａの容積を増加させる。そのときの液室６０ａの容積増加に伴って図示しない液体供給装置から液体が補充される。そして、図１７に示すように電圧の印加が遮断され変形が元の位置まで戻されると、液室６０ａの容積減少に伴って液室６０ａ内の液体（インク）がノズル５０ａから液滴（インク滴）５２０となって噴射される。
【０００８】
このような構成を持つ圧電アクチュエータを圧電トランスデューサとして用いた圧電式の液滴噴射装置であれば、製造も簡単であり、コストが安い、高い解像度が得られるという効果がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した圧電式の液滴噴射装置は、噴射される液滴の必要な体積と滴噴射速度が決まると、中央部内部電極層５３０と端部内部電極層５４０との間の距離により必要な駆動電圧が決まるため、駆動電圧をあまり低くできず、電源やドライバ基板などのコストが高くなるという欠点がある。また、駆動電圧が高すぎる場合には、駆動電圧方向と分極方向が直角であるために、分極の劣化が進み、液滴噴射装置としての寿命が短くなるという欠点がある。
【００１０】
また、駆動電圧を下げるために、例えば中央部内部電極層５３０と端部内部電極層５４０との間の距離を小さくした場合には、圧電トランスデューサ５００の局所変形する領域も少なくなり、液室６０の体積変化量も減少するために、結局駆動電圧を下げることができないという構成上の問題もある。
【００１１】
また、特開平１０−５８６７４号公報、特開平１０−５８６７５号公報には、上記圧電トランスデューサ５００に、圧電縦効果の変位をする圧電セラミックス層を積層して、上記の圧電厚みすべり効果の変位に圧電縦効果の変位を加え、大きな変位量を得ることが提案されている。しかし、各変位をする圧電セラミックス層を別々に設けて積層しているため、一方の圧電セラミックス層の変位した部分が他方の圧電セラミックス層の変位しない部分をそれぞれ押して全体としての変位を得ているために、効率が悪かった。
【００１２】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、駆動電圧を低減し、耐久性にすぐれ、電源やドライバ基板が低コストである圧電トランスデューサおよび液滴噴射装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明の圧電トランスデューサは、複数の圧電セラミックス層と、該圧電セラミックス層の面に沿う方向に間隔をおき、且つ圧電セラミックス層の厚さ方向に間隔をおいて配置された複数の電極とを備え、前記複数の電極のうち厚さ方向に間隔をおいた一部の複数の電極からなる第１群の電極間に挟まれた前記圧電セラミックス層の第１の領域と、該第１の領域の両側に位置し、前記第１群の電極の前記厚さ方向の両端の電極と実質的に同平面に位置する電極を含み、且つ前記圧電セラミックス層の面に沿う方向に間隔をおいた複数の電極からなる第２群の電極間に挟まれた前記圧電セラミックス層の一対の第２の領域とを備え、前記第１の領域及び第２の領域を、それぞれ前記圧電セラミックス層の厚さ方向に分極してなり、前記一対の第２の領域をそれぞれ圧電厚みすべり効果により前記第１の領域全体を一方に偏倚させるように傾斜変位させるように該各第２の領域にそれぞれ分極方向とほぼ直交する方向する駆動電界を生じさせる駆動電圧を前記第２群の電極に印加し、かつ前記第１の領域を圧電縦効果により圧電セラミックス層の厚さが増大する方向に変位させるように該第１の領域にその分極方向と平行に駆動電界を生じさせる駆動電圧を前記第１群の電極に印加する電圧印加手段を備えたものである。
【００１４】
そして、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の圧電トランスデューサにおいて、前記第１群の電極は、前記厚さ方向両端の電極の間に奇数個の電極を含み、前記第１の領域は、第１群の電極の間に前記厚さ方向において相互に反対方向に分極された偶数個の部分を含み、前記第１群の電極の少なくとも前記厚さ方向両端の電極において、前記第２の領域と隣接する部分は、前記第２の領域を挟む前記第２群の電極の一方の電極を兼ねることを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の圧電トランスデューサにおいて、前記第２の領域を挟む前記第２群の電極の一方の電極は、前記第１群の電極の前記厚さ方向両端の電極において前記第２の領域と隣接する両部分とその間に位置する電極とからなり、前記第２群の電極の他方の電極は、それらと間隔をおいて対向する複数の電極からなることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の圧電トランスデューサにおいて、前記圧電セラミックス層は４層以上に積層され、前記第１群の電極の前記厚さ方向両端の電極及びその間の電極は、圧電セラミックス層の厚さ方向中央に対して対称に層間に配置され、前記第２群の電極は、各圧電セラミックス層の間に位置することを特徴とするものである。
【００１７】
他方、請求項５に記載の発明の圧電トランスデューサは、複数の圧電セラミックス層と、該圧電セラミックス層の面に沿う方向に間隔をおき、且つ圧電セラミックス層の厚さ方向に間隔をおいて配置された複数の電極とを備え、前記複数の電極のうち厚さ方向に間隔をおいた一部の複数の電極からなる第１群の電極間に挟まれた前記圧電セラミックス層の第１の領域と、該第１の領域の両側に位置し、前記第１群の電極の前記厚さ方向両端の電極と実質的に同平面に位置する電極を含み、且つ前記圧電セラミックス層の面に沿う方向に間隔をおいた複数の電極からなる第２群の電極間に挟まれた前記圧電セラミックス層の一対の第２の領域とを備え、該一対の第２の領域を、前記圧電セラミックス層の厚さ方向と直交する方向であって前記第２群の電極が対向する方向と平行で互いに対称方向に分極する一方、前記第１の領域を、前記圧電セラミックス層の厚さ方向に分極してなり、一対の最外層の圧電セラミックス層の外面にて少なくとも前記第２の領域を挟んで対向するように第３群の電極を備え、前記一対の第２の領域をそれぞれ圧電厚みすべり効果の変位をさせるように該各第２の領域にそれぞれ分極方向と直交する駆動電界を生じさせる駆動電圧を前記第３群の電極に印加する第１の電圧印加手段と、前記変位した両第２の領域間で、前記第１の領域に圧電縦効果の変位をさせるように該第１の領域に分極方向と平行に駆動電界を生じさせる駆動電圧を前記第１群の電極に印加する第２の電圧印加手段とを備えたものである。
【００１８】
そして、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の圧電トランスデューサにおいて、前記第１群の電極の前記第２の領域と隣接する部分は、該第２の領域を挟む前記第２群の電極の一方の電極を兼ね、前記第２群の電極の他方の電極との間に分極用電圧を印加して前記第２の領域を分極するために使用されることを特徴とするものである。
【００１９】
そして、請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の圧電トランスデューサにおいて、前記圧電セラミックス層は、少なくとも３層積層され、前記第１群の電極および第２群の電極は、圧電セラミックス層の間に位置することを特徴とするものである。
【００２０】
請求項８に記載の発明の液滴噴射装置は、請求項１から請求項７のいずれかの圧電トランスデューサを複数の液室に跨って配置し、選択的に各液室の容積を変化させることにより該液室内の液体を噴射する液滴噴射装置であって、前記各液室のほぼ中央位置に、前記圧電トランスデューサの第１の領域を対応させて配置し、各液室のほぼ中央よりも両端寄りに、前記圧電トランスデューサの第２の領域を対応させて配置したことを特徴とするものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を具体化した実施の形態について図を参照しながら説明する。図１〜図８は第１実施形態を示し、複数のノズル５０の列方向（アレイ方向）の断面図である図１に示すように、液滴噴射装置１０１は、圧電トランスデューサ１００と、第１の液室部材２０と、第２の液室部材３０と液室６０毎にノズル５０を有するノズルプレート４０が積層して構成されている。
【００２２】
液室（インク室）６０は、第１の液室部材２０に穿設された貫通孔の上下を圧電トランスデューサ１００と第２の液室部材３０とで覆って作られ、幅（図において左右方向）０．４５０ｍｍ、長さ（図において紙面と直交する方向）２．０００ｍｍという形状で、０．５０８ｍｍというピッチ（５０ＤＰＩ）でアレイ方向（図において左右方向）に隔壁６１により隔てられて複数並んでいる。各液室６０は、長手方向の一端を、第２の液室部材３０に穿設された連通孔３１をとおってノズルプレート４０に穿設されたノズル５０と連通し、他端を、共通のインク供給源（図示せず）にそれぞれ接続している。
【００２３】
圧電トランスデューサ１００は、チタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）のセラミックス材料からなる圧電セラミックス材料からなり、圧電・電歪効果を有する複数（例えば４枚）の圧電セラミックス層１１０と、該圧電セラミックス層１１０の面に沿う方向に間隔をおき、且つ圧電セラミックス層１１０の厚さ方向に間隔をおいて配置された複数の電極（内部電極層）１２０、１３０、１４５、１４０とを備える。
【００２４】
図１に示すように、前記圧電セラミックス層の第１の領域１７０は、前記複数の電極のうち、圧電セラミックス層１１０の厚さ方向に間隔をおいた一部の複数の電極からなる第１群の電極１３０、１４５、１３０間に挟まれて形成されている。
【００２５】
他方、第２の領域１８０は前記第１の領域１７０の両側に位置する。一対の第２の領域１８０は、それぞれ前記セラミックス層の面に沿う方向に間隔をおいた複数の電極、すなわち第２群の電極に挟まれている。
【００２６】
第１群の電極（内部電極層）は、圧電セラミックス層１１０の積層方向の中央に挟まれて適宜間隔で配置された第１種電極１４５と、これら第１種電極１４５を圧電セラミックス層１１０を介して挟んで対向配置された第２種電極１３０、１３０とからなる。
【００２７】
第２の領域１８０を挟む第２群の電極（内部電極層）の一方の電極は、第１群の電極の第２種電極１３０、１３０の両端部分が兼用され、さらにその第２種電極１３０、１３０の間で第１種電極１４５と同一平面で間隔をおいて位置する電極１２０を含む。他方の電極は、それらの電極１３０、１４５と圧電セラミックス層の面に沿う方向に間隔をおいて各圧電セラミックス層間に挟んで配置した電極１４０からなる。つまり、第２群の各電極は、第１群の各電極と実質的に同平面に位置する。
【００２８】
第１群の電極の第２種電極１３０、１３０の幅内の圧電セラミックス層１１０の部分を第１の領域１７０と称し、該第１の領域１７０では、上下の第２種電極１３０、１３０から第１種電極１４５に向かう方向（図１の矢印１５０）に分極されている。つまり、第１の領域１７０における分極方向１５０は第２部電極１４５を上下から挟むように、対向している。
【００２９】
前記第２の領域１８０は、液室６０の両側部の上方に配置している。第２の領域１８０では、圧電セラミックス層１１０の積層方向において上方に向かう方向に分極されている。
【００３０】
従って、前記圧電トランスデューサ１００は、積層方向において、液室６０の中央部に位置する第１の領域１７０と、液室６０の両側部に位置し、前記第１の領域１７０の左右に隣接する第２の領域１８０という２つの領域からなる。前記第１の領域１７０の領域内での分極方向は、実線矢印１５０で示すように、積層方向と一致し、前記第１種電極１４５を介して１８０°反転している。また、第２の領域１８０の領域内での分極方向も、実線矢印１６０で示すように、積層方向と一致している。
【００３１】
前記圧電セラミックス層１１０の１層の厚さは０．０１５ｍｍであり、各電極１２０、１３０、１４０、１４５をその積層界面に挟みながら４層積層されており、圧電トランスデューサ１００は厚さ０．０６ｍｍとなっている。前記各電極１２０、１３０、１４０、１４５はＡｇ−Ｐｄ系の金属材料からなり、層の厚さは約０．００２ｍｍである。幅（図において左右方向）は、前記第２種電極１３０は約０．０２０ｍｍ、前記電極１２０と前記第１種電極１４５は約０．００５ｍｍ、前記第２群の電極１４０は約０．０５８ｍｍである。
【００３２】
前記圧電トランスデューサ１００は、以下の製造方法によって製造される。
【００３３】
先ず、圧電セラミックス層１１０を形成するためのグリーンシート１０を４枚用意し、下から第１番目及び第３番目のグリーンシート１０の上側表面には、分割された電極１４０、１３０、１４０をスクリーン印刷し、下から第２番面のグリーンシート１０の上側表面には、分割された電極１４０、１２０、１４５、１４０をスクリーン印刷によりそれぞれ形成し（図２参照）、全体を加熱プレスし、脱脂、焼結等の必要な手段を施したのちに、図３に示すように上下の外面全体に分極用電極１０３、１０４をそれぞれスクリーン印刷やスパッタなどの手法により形成し、圧電トランスデューサ１００を得る。
【００３４】
また、図３に示すように、前記各電極１２０、１３０、１４５、１４０を圧電セラミックス層１１０（グリーンシート１０）の表面の一端まで延長し、そのそれぞれの電極取り出し部（外部電極１０５、１０６、１０７）を圧電セラミックス層１１０の外周端面に形成する。その場合、各電極のグループごとに接続する外部電極は、銀ペースト等の印刷及び焼付け法やスパッタ法等の方法で形成する。例えば、上下３つの電極１４０の延長端部を外部電極１０５と接続し、上下２つの第２種電極１３０、１３０と一対の電極１２０、１２０とを外部電極１０６に接続し、第１種電極１４５のみを外部電極１０７と接続する（図３参照）。
【００３５】
かくして得られた圧電トランスデューサ１００を、１３０℃程度のシリコンオイルなどの絶縁オイルが満たされた図示しないオイルバス中に浸し、上下面の第１の分極用電極１０３と第２の分極用電極１０４の間に、図示しない分極電源により＋２．５ｋV/mm程度の電界を印加する。具体的には図４において、上側の第１の分極用電極１０３は接地（ＧＮＤ）し、図中、下側の第２の分極用電極１０４には正電圧を印加することで分極処理を施す。圧電セラミックス層１１０内の全ての電極１２０、１３０、１４０、１４５は、電気的にはどこにも接続しない状態とする。
【００３６】
このような分極処理により、図２に示すように、圧電セラミックス層１１０の前記第２の領域１８０、１８０には、実線矢印１６０で示すように、積層方向と一致する方向（図中、上方向）に分極される。
【００３７】
再び圧電トランスデューサ１００を、１３０℃程度のシリコンオイルなどの絶縁オイルが満たされた図示しないオイルバス中に浸し、図５に示すように、第１群の電極１３０、１４５間に、図示しない分極電源により２．５ｋV/mm程度の電界を印加する。具体的には図５において、第１群の電極のうち、第２種電極１３０には、正電圧を印加し、第１種電極１４５は接地（ＧＮＤ）することで分極処理を施す。同時に第１種電極１４５の両側を挟む位置の一対の電極１２０、１２０に正電圧を印加することで、第２種電極１３０と第１種電極１４５との間の電界（積層方向の電界）が第２の領域１８０側にもれず、先に分極処理したときに形成された分極１６０が劣化しないようにできる。このとき、電極１４０は電気的にはどこにも接続しない状態とする。
【００３８】
このような分極処理により、図５に示すように、第１の領域１７０のうち第２種電極１３０と第１種電極１４５間に、実線矢印１５０で示すように、当該第１種電極１４５を介して１８０°反転しながら、ほぼ積層方向と一致する方向に分極される。
【００３９】
次に、図６に示すように、圧電トランスデューサ１００の上下面の分極用電極１０３、１０４を研削により除去する。前記上下の第２種電極１３０、１３０を有する部分が、前述した第１の領域１７０となり、この第１の領域１７０とこれに隣接して前記電極１４０とで挟まれた部分が、前述した第２の領域１８０となる。
【００４０】
このようにして得られた圧電トランスデューサ１００に前記第１の液室部材２０や前記第２の液室部材３０および前記ノズルプレート４０を一体的に組み付けることで、図１に示すような前記液滴噴射装置１０１が構成される。
【００４１】
次に、以上のように構成された液滴噴射装置１０１の動作について説明する。図７に示すように、初期状態においては、全ての電極１２０、１３０、１４０、１４５は全て接地（ＧＮＤ）されている。また、液室６０内は液体にて満たされている。所定の印字データに従って、液室６０ａに連通するノズル５０ａから液滴を噴射する場合には、図８に示すように前記液室６０ａに対応する電極１２０ａ、１２０ｂ、１３０ａ、１３０ｂに駆動電圧（例えば＋１５Ｖ）が印加され、中央部の第１種電極１４５と、液室６０ａの両側の電極１４０、１４０は接地（ＧＮＤ）しておく。
【００４２】
前記の駆動電圧の印加により、前記液室６０ａに対応する第２の領域１８０ａ、１８０ｂには、図８に示すように、分極方向１６０と垂直な方向の破線矢印１６１で示す駆動電界が生じ、同時に前記液室６０ａに対応する第１の領域１７０ａにおける積層方向の両端側の第２種電極１３０ａ、１３０ｂと積層中央位置の第１種電極１４５ａとの間に分極方向１５０と同一方向の破線矢印１５１で示す駆動電界が生じる。
【００４３】
前記液室６０ａに対応する第１の領域１７０ａは分極方向１５０と同一方向の駆動電界１５１によって、圧電縦効果の変位により、図８において上下方向に伸長し、第２の領域１８０ａ、１８０ｂは分極方向１６０に垂直な駆動電界１６１によって、圧電厚みすべり効果の変位が発生し、図中、下方向へ平行四辺形状に変形をする。即ち、圧電トランスデューサ１００は、液室６０ａに対応する部分で、図６に示すように、液室６０ａの容積を減少させる方向に、局所変形をする。このとき液室６０ａ内の圧力が増大する。そのとき比較的高い圧力が液室６０ａに連通するノズル５０ａ付近の部分に生じて、液滴７０がそのノズル５０ａから噴射される。前記液室６０ａに対応する電極１２０ａ、１２０ｂ、１３０ａ、１３０ｂに印加されている電圧を０（Ｖ）に戻すと、図７に示すように、前記圧電トランスデューサ１００が局所変形前の状態に戻り、液室６０ａ内の液体に加えられていた圧力下がり、図示しない液体供給部から液体が供給される。
【００４４】
このように、本実施例の液滴噴射装置１０１においては、第１の領域１７０と第２の領域１８０とが隣接されていて、その両領域は共に圧電セラミックス層の厚さ方向に分極されているけれども、駆動電圧を印加する時に、第１の領域１７０に属する第１群の電極のうち第２種電極１３０、１３０が第１の領域１７０及び第２の領域１８０に対する駆動電圧の印加のための兼用電極となり、これらの第２種電極１３０、１３０と電極１２０、１２０に正極の電圧を印加する（その他の電極は接地する）ことで、前記第１の領域１７０には圧電縦効果の変形が生じると共にその両側の前記一対の第２の領域１８０、１８０には厚みすべり効果の変形が生じるから、液室６０の左右両側の隔壁６１、６１側から液室６０の中央側に向かって各第２の領域１８０、１８０が液室６０の容積を減少させるように傾斜状に偏倚し、且つ第１の領域１７０では圧電セラミックス層１１０の層厚さが増大して、同じく液室６０の容積を減少させるように収縮変形する。
【００４５】
これにより、本実施形態の液滴噴射装置１０１では駆動電圧の印加により、直ちに液室６０ａ内の液がノズル５０ａから液滴７０が噴射される。
【００４６】
そして、第１の領域１７０における第１群の電極のうち、第２種電極１３０、１３０及び電極１２０、１２０は、駆動電圧を印加するとき、前記第１の領域１７０及び第２の領域１８０、１８０に対するそれぞれの一方の電極を兼用し、且つ電界１６１及び１５１の発生領域を隔絶することになるので、各第２の領域１８０における厚みすべり効果の変形が、第１の領域１７０における圧電縦効果の変形に邪魔されることがなく並列的に発生させることができ、圧電縦効果の変形も直接的に外部に表せ易くなり、前記液室６０からの液滴噴射を、従来に比べて低い駆動電圧で達成させることができる。
【００４７】
つまり、図１６、図１７に示した従来例の液滴噴射装置４０１と比べて、分極方向と垂直に駆動電界が印加される電極１２０、１３０と電極１４０間（第２の領域１８０）の圧電セラミックス層１１０の表面に沿う距離が１／２以下の短い距離にでき、第１の領域１７０と一対の第２の領域１８０、１８の両変位の協働により、液室６０の容積を変化させるため、前記従来例の液滴噴射装置４０１と比べても、液室６０に対する体積変化はほぼ同じである。従って、本実施例の液滴噴射装置１０１においては従来例に比べて駆動電圧は約１／２に低減することができるのである。
【００４８】
なお、第１群の電極における複数層の圧電セラミックス層１１０の厚さ方向の両端の電極である第２種電極１３０、１３０の間の中央側の圧電セラミックス層１１０の表面に沿って配置される電極１２０、１２０及び第１種電極１４５を奇数層にわたって配置すると、前記圧電セラミックス層１１０の厚さ方向の両端の電極である第２種電極１３０、１３０に同じ極性の分極用電圧を印加すれば、その間に互いに反対向きの積層方向の分極電界を形成し易くなり、且つ駆動用電圧を印加する際に、電極１４０の積層方向のもののすべてをそれと反対の極性にすればよいので、構成が簡単になる。
【００４９】
次に、本発明を具体化した第２実施例について図９〜１５を参照して説明する。図９にそのアレイ方向の断面図を示すように、液滴噴射装置２０１は、圧電トランスデューサ２００と、第１の液室部材２０と、第２の液室部材３０とノズル５０を有するノズルプレート４０で構成されている。
前記圧電トランスデューサ２００と前記第１の液室部材２０と前記第２の液室部材３０とで作られる、液室６０は、幅（図において左右方向）０．４５０ｍｍ、長さ（図において紙面と直交する方向）２．０００ｍｍという形状で、０．５０８ｍｍというピッチ（５０ＤＰＩ）でアレイ方向に複数並んでいる。
圧電トランスデューサ２００は、チタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）のセラミックス材料からなる圧電セラミックス材料からなり、圧電・電歪効果を有する複数層（実施形態では３層）の圧電セラミックス層２１０と、該圧電セラミックス層２１０の面に沿う方向に間隔をおき、且つ圧電セラミックス層の厚さ方向に間隔をおいて配置された複数の電極２３０、２４５、２４０、２２０、２３０とを備える。
【００５０】
図９に示すように、前記複数の電極のうち厚さ方向に間隔をおいた一部の複数の電極からなる第１群の電極２３０、２４５間に挟まれた前記圧電セラミックス層２１０を第１の領域２７０と称する。そして、第１の領域２７０の両側に位置し、前記第１群の電極２３０、２４５の両端部分と、その部分から前記圧電セラミックス層の面に沿う方向に間隔をおいた複数の電極２４０、２４０と（両者で第２群の電極を構成する）の間に挟まれた一対の領域を、第２の領域２８０、２８０と称する。また、一対の最外層の圧電セラミックス層２１０、２１０の外面にて少なくとも前記第２の領域２８０を挟んで対向するように第３群の電極２２０、２２５を備える。
【００５１】
前記圧電トランスデューサ２００における第１の領域２７０は液室６０の中央部に位置し、前記第１の領域２７０の左右に隣接する第２の領域２８０、２８０は液室６０の両端部に位置する。第１群の電極２３０、２４５はどちらも第１の領域２７０の中央付近に配置されており、電極２４０は、隣接する液室６０の隔壁６１上に配置されている。なお、前記第３群の電極２２０、２２５のうち液室６０と対面する側の電極２２５は、液室６０に接する面（図９において、下面）の全域に渡って配置され、他方の電極２２０はその反対の面（図９において、上面）に液室６０に対応する位置にのみ配置され、隣り合う電極２２０間は絶縁されている。
【００５２】
前記圧電セラミックス層２１０の１層の厚さは０．０１５ｍｍであり、各電極２３０、２４０、２４５をその積層界面に挟みながら３層積層されており、圧電トランスデューサ２００は厚さ０．０４５ｍｍとなっている。前記各電極２３０、２４０、２４５はＡｇ−Ｐｄ系の金属材料からなり、厚さは約０．００２ｍｍである。前記第１群の電極２３０、２４５の幅（図において左右方向）は、約０．０２０ｍｍ、電極２４０の幅は約０．０５８ｍｍである。
【００５３】
図９に示すように、前記第１の領域２７０の領域内での分極方向は、実線矢印２５０で示すように、積層方向と一致している。また、各第２の領域２８０、２８０の領域内での分極方向は、実線矢印２６０で示すように、前記圧電セラミックス層２１０の厚さ方向と直交する方向であって前記電極２４０、２４０と第１群の電極２３０、２４５が対向する方向と平行で互いに対称方向に分極する。
【００５４】
前記圧電トランスデューサ２００は、以下の製造方法によって製造される。
【００５５】
先ず、図１０に示すように、圧電セラミックス層２１０を形成するためのグリーンシート３枚のうち２枚の上側表面に、分割された電極２３０、２４０、２４５をスクリーン印刷により形成する。それらを積層した上面に電極のないグリーンシートを積層して、全体を加熱プレスし、脱脂、焼結等の必要な処理を施し圧電トランスデューサ２００を得る。
【００５６】
かくして得られた圧電トランスデューサ２００を、１３０℃程度のシリコンオイルなどの絶縁オイルが満たされた図示しないオイルバス中に浸し、電極２４０、２４５の間に、図示しない外部電極を介して図示しない分極電源により２．５ｋV/mm程度の電界を印加する。具体的には電極２４０は正電圧を印加し、電極２４５と電極２３０は接地することで、第２の領域２８０に分極処理を施す。このような分極処理により図１０に示すように、圧電セラミックス層２１０は、実線矢印２６０で示すように、左右両側の電極２４０、２４０からその間に挟まれた第１群の電極２４５、２３０に向かう方向（図中、左右方向）に分極される。
【００５７】
再び圧電トランスデューサ２００を、１３０℃程度のシリコンオイルなどの絶縁オイルが満たされた図示しないオイルバス中に浸し、図１１に示すように第１群の電極２４５と電極２３０との間に、図示しない外部電極を介して図示しない分極電源により２．５ｋV/mm程度の電界を印加する。具体的には電極２４５は接地し、電極２３０には正電圧を印加することで第１の領域２７０内の分極処理を施す。このとき、電極２４０は電気的にはどこにも接続しない状態とする。このような分極処理により図１１に示すように、電極２４５と電極２３０との間は、実線矢印２５０で示すように、積層方向と一致し、且つ接地した電極２４５に向かう方向に分極される。
【００５８】
次に、図１２に示すように、圧電トランスデューサ１００の上面と下面とに第３群の電極２２０、２２５をそれぞれスクリーン印刷やスパッタなどの手法により形成する。外部正電極２２０はアレイ方向において前記電極２４０に対応する部分には、形成しない。
【００５９】
前記第１群の電極２４５、２３０の間に挟まれた部分が、前述した第１の領域２７０となり、この第１の領域２７０に隣接して、前記第１群の電極２４５、２３０と電極２４０とで挟まれた部分が、前述した第２の領域２８０となる。
【００６０】
このようにして得られた圧電トランスデューサ２００に前記第１の液室部材２０や前記第２の液室部材３０および前記ノズルプレート４０を一体的に組み付けることで、図９に示すような前記液滴噴射装置２０１が構成される。
【００６１】
以上のように構成された液滴噴射装置２０１の動作について説明する。図１３に示すように、初期状態においては、全ての電極２３０、２４０、２４５および外部電極２２０、２２５は全て接地されている。また、液室６０内は液体にて満たされている。
【００６２】
所定の印字データに従って、液室６０ａに連通するノズル５０ａから液滴を噴射する場合には、図１４に示すように前記液室６０ａに対応する外部電極２２０ａと第１群の電極のうちの電極２３０ａに駆動電圧（例えば１５Ｖ）が印加され、その他の電極２４０、２４５は接地（ＧＮＤ）する。このように、前記第１群の電極２３０ａ、２４５間に駆動電圧を印加することにより、前記液室６０ａに対応する第１の領域２７０ａの電極２３０ａと電極２４５ａ間に、破線矢印２５１で示す分極方向２５０と同一方向の駆動電界が生じ、第３群の電極２２０ａ、２２５間に駆動電圧を印加することにより、両第２の領域２８０、２８０で、破線矢印２６１で示す分極方向２６０と垂直な方向の駆動電界が生じる。
【００６３】
従って、前記液室６０ａに対応する第１の領域２７０ａは分極方向２５０と同一方向の駆動電界２５１によって、その圧電縦効果の変位により、図１４中上下方向に第１領域２７０の中央部の厚さが増大するように変形し、第２の領域２８０ａ、２８０ｂは分極方向２６０に垂直な駆動電界２６１によって、その圧電厚みすべり効果の変位により、図１４において、第１の領域２７０側が下方に偏倚するように傾斜状に変形をする。
【００６４】
即ち、圧電トランスデューサ２００は、液室６０ａに対応する部分で、図１４に示すように、液室６０ａの容積を減少させる方向に、局所変形をする。これにより、液室６０ａ内の圧力が増大する。そのとき比較的高い圧力が液室６０ａに連通するノズル５０ａ付近の部分に生じて、液滴７０がそのノズル５０ａから噴射される。次いで、前記液室６０ａに対応する外部電極２２０ａと内部正電極層２３０ａに印加されている電圧を０（Ｖ）に戻すと、図１３に示す初期状態に戻り、前記圧電トランスデューサ２００が局所変形前の状態に戻り、液室６０ａ内の液体に加えられていた圧力下がり、図示しない液体供給部から液体が供給される。
【００６５】
このように、本実施例の液滴噴射装置２０１においては、第１の領域２７０と第２の領域２８０とが隣接されていて、第１の領域２７０では圧電セラミックス層の厚さ方向に分極され、第２の領域２８０では電極２４０、２４０から第１の領域２７０に向かうように分極されており、駆動電圧を印加する時に、第３群の電極のうちの一方の電極２２０と第１群の電極のうちの一方の電極２３０とに正極の電圧を印加する（その他の電極は接地する）ことで、前記第１の領域２７０には圧電縦効果の変形が生じと共にその両側の前記一対の第２の領域２８０、２８０には厚みすべり効果の変形が生じるから、液室６０の左右両側の隔壁６１、６１側から液室６０の中央側に向かって各第２の領域２８０、２８０が液室６０ａの容積を減少させるように傾斜状に偏倚し、且つ第１の領域２７０では圧電セラミックス層１１０の層厚さが増大して、同じく液室６０の容積を減少させる。
【００６６】
このように、各第２の領域２８０における厚みすべり効果の変形を、第１の領域２７０における圧電縦効果の変形に邪魔されることがなく並列的に発生させることができ、圧電縦効果の変形も直接的に外部に表せ易くなり、前記液室６０からの液滴噴射を、従来に比べて低い駆動電圧で達成させることができる。
【００６７】
また、本実施例の液滴噴射装置２０１においては、駆動電圧を印加した時に、第１の領域２７０と第２の領域２８０とが隣接されていて、前記第１の領域２７０は圧電縦効果の変形、前記第２の領域２８０は厚みすべり効果の変形をし、助け合って液室６０の容積を変化させるため、図１６に示した従来例の液滴噴射装置４０１と比べても、液室６０に対する体積変化はほぼ同じである。従って、本実施例の液滴噴射装置２０１においては従来例に比べて駆動電圧は約１／２に低減することができるのである。
【００６８】
図１５は、前記第２実施形態の変形例を示し、５層の圧電セラミックス層３１０に対して、その積層方向に対向して配置する第１群の電極３４５ａ、３３０ａ、３４５ｂ、３４０ｂの４層に形成する。同様に、電極３４０も４層とし、最外層に外部電極３２０、３２５を形成する。前記第１群の各電極間に挟まれる圧電セラミックス層３１０での分極方向２５０（図１５において実線で示す）は、積層方向において交互に逆向きである。
【００６９】
一対の第２の領域３８０、３８０での分極は、電極３４０から第１の領域３７０の方向に互いに対向するように、圧電セラミックス層３１０の面に沿う方向と平行状（図１５において実線で示す方向２６０）となる。製造方法等は前記第２実施形態のものと同じであるので詳細な説明は省略する。
【００７０】
所定の印字データに従って、液室６０に連通するノズル５０から液滴を噴射する場合には、図１５に示すように前記液室６０に対応する外部電極３２０と第１群の電極のうちの１つおきの電極３３０ａ、３３０ｂに駆動電圧（例えば１５Ｖ）が印加され、その他の電極３４０、３４５ａ、３４５ｂ、３２５は接地（ＧＮＤ）する。このように、前記第１群の電極２３０、２４５間に駆動電圧を印加することにより、前記液室６０に対応する第１の領域２７０の電極３３０ａと電極３４５ａ間、電極３３０ａと電極３４５ｂ間、電極３４５ｂと電極３３０ｂ間に、それぞれ分極方向２５０と同一方向の破線矢印２５１で示す駆動電界が生じ、外部電極３２０、３２５間に駆動電圧を印加することにより、両第２の領域３８０、３８０間で、分極方向２６０と垂直な方向の破線矢印２６１で示す駆動電界が生じる。この例では、前記第２実施形態と積層数が異なるだけで、同様に動作し、第１の領域３７０の駆動電圧を低減することが可能である。
【００７１】
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において数々の変形を加えることもできる。例えば、インク室のアレイ方向の幅、配置のピッチ、圧電トランスデューサである積層圧電素子の積層枚数、内部電極層の幅、配置位置など必要に応じて変形することができる。そして、圧電セラミックス層をさらに薄く多数枚で構成して、第１群の電極と第２群の一方の電極（図１の場合２４０）とを異なる層間に交互に配置しても良い。
【００７２】
【発明の効果】
上述したように、請求項１に記載の発明の圧電トランスデューサは、複数の圧電セラミックス層と、該圧電セラミックス層の面に沿う方向に間隔をおき、且つ圧電セラミックス層の厚さ方向に間隔をおいて配置された複数の電極とを備え、前記複数の電極のうち厚さ方向に間隔をおいた一部の複数の電極からなる第１群の電極間に挟まれた前記圧電セラミックス層の第１の領域と、該第１の領域の両側に位置し、前記第１群の電極の前記厚さ方向の両端の電極と実質的に同平面に位置する電極を含み、且つ前記圧電セラミックス層の面に沿う方向に間隔をおいた複数の電極からなる第２群の電極間に挟まれた前記圧電セラミックス層の一対の第２の領域とを備え、前記第１の領域及び第２の領域を、それぞれ前記圧電セラミックス層の厚さ方向に分極してなり、前記一対の第２の領域をそれぞれ圧電厚みすべり効果により前記第１の領域全体を一方に偏倚させるように傾斜変位させるように該各第２の領域にそれぞれ分極方向とほぼ直交する方向する駆動電界を生じさせる駆動電圧を前記第２群の電極に印加し、かつ前記第１の領域を圧電縦効果により圧電セラミックス層の厚さが増大する方向に変位させるように該第１の領域にその分極方向と平行に駆動電界を生じさせる駆動電圧を前記第１群の電極に印加する電圧印加手段を備えたものである。
【００７３】
このような構成の圧電トランスデューサによれば、一対の第２の領域の厚みすべり効果により山形に変形した圧電セラミックス層の頂部において、第１の領域が圧電縦効果の変位をすることでさらに大きな変形をし、駆動電界を印加する電極層間の距離が短くなっても、必要な変形量が得られるため、駆動電圧が低減できるという効果がある。
【００７４】
従って、電源やドライバ基板などのコストが低減でき、また分極の劣化も抑えられるため寿命が長くなるという効果がある。また、低電圧で効率よく大きな変位を実現することができる。
【００７５】
そして、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の圧電トランスデューサにおいて、前記第１群の電極は、前記厚さ方向両端の電極の間に奇数個の電極を含み、前記第１の領域は、第１群の電極の間に前記厚さ方向において相互に反対方向に分極された偶数個の部分を含み、前記第１群の電極の少なくとも前記厚さ方向両端の電極において、前記第２の領域と隣接する部分は、前記第２の領域を挟む前記第２群の電極の一方の電極を兼ねることを特徴とするものであるから、第１の領域と第２の領域とを交互に形成したとき、前記兼用する電極により、各隣接する領域の配置間隔を短くして、圧電トランスデューサのサイズを小型化できるという効果を奏する。
【００７６】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の圧電トランスデューサにおいて、前記第２の領域を挟む前記第２群の電極の一方の電極は、前記第１群の電極の前記厚さ方向両端の電極において前記第２の領域と隣接する両部分とその間に位置する電極とからなり、前記第２群の電極の他方の電極は、それらと間隔をおいて対向する複数の電極からなることを特徴とするものであるから、請求項２の電極を兼用する構成を利用してさらに第２群の電極数を増やし、圧電トランスデューサの厚さ方向のほぼ全体にわたって駆動電界を発生し、効率よく圧電厚みすべり効果の変形をすることができる。
【００７７】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の圧電トランスデューサにおいて、前記圧電セラミックス層は４層以上に積層され、前記第１群の電極の前記厚さ方向両端の電極及びその間の電極は、圧電セラミックス層の厚さ方向中央に対して対称に層間に配置され、前記第２群の電極は、各圧電セラミックス層の間に位置することを特徴とするものであるから、第１群の電極間への駆動電圧の印加により、第１の領域を圧電セラミックス層の厚さ方向が増大する方向への駆動電界の形成が効率良く行え、且つ、電極の間に電圧をかけたとき、外部へ放電することなく、圧電セラミックス層に面方向の電圧を印加し、第２の領域での圧電厚みすべり効果の変位を効率よく発生させることができるという効果を奏する。
【００７８】
他方、請求項５に記載の発明の圧電トランスデューサは、複数の圧電セラミックス層と、該圧電セラミックス層の面に沿う方向に間隔をおき、且つ圧電セラミックス層の厚さ方向に間隔をおいて配置された複数の電極とを備え、前記複数の電極のうち厚さ方向に間隔をおいた一部の複数の電極からなる第１群の電極間に挟まれた前記圧電セラミックス層の第１の領域と、該第１の領域の両側に位置し、前記第１群の電極の前記厚さ方向両端の電極と実質的に同平面に位置する電極を含み、且つ前記圧電セラミックス層の面に沿う方向に間隔をおいた複数の電極からなる第２群の電極間に挟まれた前記圧電セラミックス層の一対の第２の領域とを備え、該一対の第２の領域を、前記圧電セラミックス層の厚さ方向と直交する方向であって前記第２群の電極が対向する方向と平行で互いに対称方向に分極する一方、前記第１の領域を、前記圧電セラミックス層の厚さ方向に分極してなり、一対の最外層の圧電セラミックス層の外面にて少なくとも前記第２の領域を挟んで対向するように第３群の電極を備え、前記一対の第２の領域をそれぞれ圧電厚みすべり効果の変位をさせるように該各第２の領域にそれぞれ分極方向と直交する駆動電界を生じさせる駆動電圧を前記第３群の電極に印加する第１の電圧印加手段と、前記変位した両第２の領域間で、前記第１の領域に圧電縦効果の変位をさせるように該第１の領域に分極方向と平行に駆動電界を生じさせる駆動電圧を前記第１群の電極に印加する第２の電圧印加手段とを備えたものである。
【００７９】
従って、前記第１群内の電極と第２群の電極とに同時に駆動電圧を印加させると、一対の第２の領域にそれぞれ分極方向とほぼ直交する電界を生じさせて該各第２の領域を圧電厚みすべり効果の変位をさせ、かつ、該変位した両第２の領域間で、前記第１の領域に圧電縦効果の変位をさせることができ、低電圧で圧電トランスデューサの変位を効率良く且つ大きく実現させることができるという効果を奏する。
【００８０】
そして、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の圧電トランスデューサにおいて、前記第１群の電極の前記第２の領域と隣接する部分は、該第２の領域を挟む前記第２群の電極の一方の電極を兼ね、前記第２群の電極の他方の電極との間に分極用電圧を印加して前記第２の領域を分極するために使用されることを特徴とするものである。従って、第１の領域と第２の領域とを隣接形成したとき、前記兼用する電極により、各隣接する領域の配置間隔を短くして、圧電トランスデューサのサイズを小型化できると共に、兼用の電極に分極用電圧を印加することで、第１の領域と第２の領域とを同時に分極させることができるという効果を奏する。
【００８１】
そして、請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の圧電トランスデューサにおいて、前記圧電セラミックス層は、少なくとも３層積層され、前記第１群の電極および第２群の電極は、圧電セラミックス層の間に位置することを特徴とするものであるから、これにより、電極間に電圧をかけたとき、外部へ放電することなく、圧電セラミックス層に面方向の電圧を印加し、圧電厚みすべり効果の変位を効率よく発生させることができるという効果を奏する。
【００８２】
請求項８に記載の発明の液滴噴射装置は、請求項１から請求項７のいずれかの圧電トランスデューサを複数の液室に跨って配置し、選択的に各液室の容積を変化させることにより該液室内の液体を噴射する液滴噴射装置であって、前記各液室のほぼ中央位置に、前記圧電トランスデューサの第１の領域を対応させて配置し、各液室のほぼ中央よりも両端寄りに、前記圧電トランスデューサの第２の領域を対応させて配置したことを特徴とするものである。
【００８３】
このような構成のインク噴射装置によれば、液室に対応する圧電トランスデューサの部分をその中央部において対称に液室に対して効率よく変位させ、液室の容積を変化させることにより、低電圧の駆動電圧の印加にて効率良く液滴を噴射できる液滴噴射装置を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態の液滴噴射装置を示す断面図である。
【図２】 第１実施形態の液滴噴射装置に係る圧電トランスデューサの製造工程を示し、各グリーンシートの表面の電極層を示す斜視図である。
【図３】 グリーンシートの積層状態を示す斜視図である。
【図４】 第１の分極工程を示す断面図である。
【図５】 第２の分極工程を示す断面図である。
【図６】 分極電極の除去工程を示す断面図である。
【図７】 第１実施形態の液滴噴射装置の動作を説明する図であり、初期の状態を示す断面図である。
【図８】 第１実施形態の液滴噴射装置の動作を説明する図であり、圧電トランスデューサが局所変形し、液滴が噴射した状態を示す断面図である。
【図９】 本発明の第２実施形態の液滴噴射装置を示す断面図である。
【図１０】 第２実施形態の液滴噴射装置に係る圧電トランスデューサの製造工程を示す図であり、第１の分極工程を示す断面図である。
【図１１】 第２の分極工程を示す断面図である。
【図１２】 外部電極の形成工程を示す断面図である。
【図１３】 第２実施形態の液滴噴射装置の動作を説明する図であり、初期の状態を示す断面図である。
【図１４】 第２実施形態の液滴噴射装置の動作を説明する図であり
圧電トランスデューサが局所変形し、液滴が噴射した状態を示す断面図である。
【図１５】 第２実施形態の変形例の液滴噴射装置の動作を説明する図であり、圧電トランスデューサが局所変形し、液滴が噴射した状態を示す断面図である。
【図１６】 従来例の液滴噴射装置の動作を説明する図であり、圧電トランスデューサが局所変形している状態を示す断面図である。
【図１７】 上記従来例の液滴噴射装置の動作を説明する図であり、液滴が噴射した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
４０ ノズルプレート
５０ ノズル
６０ 液室
１００ 圧電トランスデューサ
１０１ 液滴噴射装置
１１０ 圧電セラミックス層
１２０、１３０、１４５ 第１群の電極
１４０ 電極
１５０ 第１の領域の分極方向
１６０ 第２の領域の分極方向
１５１ 第１の領域の駆動電界方向
１６１ 第２の領域の駆動電界方向
１７０ 第１の領域
１８０ 第２の領域
１０３、１０４ 外部正電極
Claims (8)
- 複数の圧電セラミックス層と、該圧電セラミックス層の面に沿う方向に間隔をおき、且つ圧電セラミックス層の厚さ方向に間隔をおいて配置された複数の電極とを備え、
前記複数の電極のうち厚さ方向に間隔をおいた一部の複数の電極からなる第１群の電極間に挟まれた前記圧電セラミックス層の第１の領域と、
該第１の領域の両側に位置し、前記第１群の電極の前記厚さ方向の両端の電極と実質的に同平面に位置する電極を含み、且つ前記圧電セラミックス層の面に沿う方向に間隔をおいた複数の電極からなる第２群の電極間に挟まれた前記圧電セラミックス層の一対の第２の領域とを備え、
前記第１の領域及び第２の領域を、それぞれ前記圧電セラミックス層の厚さ方向に分極してなり、
前記一対の第２の領域をそれぞれ圧電厚みすべり効果により前記第１の領域全体を一方に偏倚させるように傾斜変位させるように該各第２の領域にそれぞれ分極方向とほぼ直交する方向する駆動電界を生じさせる駆動電圧を前記第２群の電極に印加し、かつ前記第１の領域を圧電縦効果により圧電セラミックス層の厚さが増大する方向に変位させるように該第１の領域にその分極方向と平行に駆動電界を生じさせる駆動電圧を前記第１群の電極に印加する電圧印加手段を備えたことを特徴とする圧電トランスデューサ。 - 前記第１群の電極は、前記厚さ方向両端の電極の間に奇数個の電極を含み、前記第１の領域は、第１群の電極の間に前記厚さ方向において相互に反対方向に分極された偶数個の部分を含み、
前記第１群の電極の少なくとも前記厚さ方向両端の電極において、前記第２の領域と隣接する部分は、前記第２の領域を挟む前記第２群の電極の一方の電極を兼ねることを特徴とする請求項１に記載の圧電トランスデューサ。 - 前記第２の領域を挟む前記第２群の電極の一方の電極は、前記第１群の電極の前記厚さ方向両端の電極において前記第２の領域と隣接する両部分とその間に位置する電極とからなり、前記第２群の電極の他方の電極は、それらと間隔をおいて対向する複数の電極からなることを特徴とする請求項２に記載の圧電トランスデューサ。
- 前記圧電セラミックス層は４層以上に積層され、
前記第１群の電極の前記厚さ方向両端の電極及びその間の電極は、圧電セラミックス層の厚さ方向中央に対して対称に層間に配置され、
前記第２群の電極は、各圧電セラミックス層の間に位置することを特徴とする請求項２に記載の圧電トランスデューサ。 - 複数の圧電セラミックス層と、該圧電セラミックス層の面に沿う方向に間隔をおき、且つ圧電セラミックス層の厚さ方向に間隔をおいて配置された複数の電極とを備え、
前記複数の電極のうち厚さ方向に間隔をおいた一部の複数の電極からなる第１群の電極間に挟まれた前記圧電セラミックス層の第１の領域と、
該第１の領域の両側に位置し、前記第１群の電極の前記厚さ方向両端の電極と実質的に同平面に位置する電極を含み、且つ前記圧電セラミックス層の面に沿う方向に間隔をおいた複数の電極からなる第２群の電極間に挟まれた前記圧電セラミックス層の一対の第２の領域とを備え、
該一対の第２の領域を、前記圧電セラミックス層の厚さ方向と直交する方向であって前記第２群の電極が対向する方向と平行で互いに対称方向に分極する一方、
前記第１の領域を、前記圧電セラミックス層の厚さ方向に分極してなり、
一対の最外層の圧電セラミックス層の外面にて少なくとも前記第２の領域を挟んで対向するように第３群の電極を備え、
前記一対の第２の領域をそれぞれ圧電厚みすべり効果の変位をさせるように該各第２の 領域にそれぞれ分極方向と直交する駆動電界を生じさせる駆動電圧を前記第３群の電極に印加する第１の電圧印加手段と、
前記変位した両第２の領域間で、前記第１の領域に圧電縦効果の変位をさせるように該第１の領域に分極方向と平行に駆動電界を生じさせる駆動電圧を前記第１群の電極に印加する第２の電圧印加手段とを備えたことを特徴とする圧電トランスデューサ。 - 前記第１群の電極の前記第２の領域と隣接する部分は、該第２の領域を挟む前記第２群の電極の一方の電極を兼ね、前記第２群の電極の他方の電極との間に分極用電圧を印加して前記第２の領域を分極するために使用されることを特徴とする請求項５に記載の圧電トランスデューサ。
- 前記圧電セラミックス層は、少なくとも３層積層され、
前記第１群の電極および第２群の電極は、圧電セラミックス層の間に位置することを特徴とする請求項５に記載の圧電トランスデューサ。 - 請求項１から請求項７のいずれかの圧電トランスデューサを複数の液室に跨って配置し、選択的に各液室の容積を変化させることにより該液室内の液体を噴射する液滴噴射装置において、
前記各液室のほぼ中央位置に、前記圧電トランスデューサの第１の領域を対応させて配置し、各液室のほぼ中央よりも両端寄りに、前記圧電トランスデューサの第２の領域を対応させて配置したことを特徴とする液滴噴射装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002021922A JP3801057B2 (ja) | 2002-01-30 | 2002-01-30 | 圧電トランスデューサおよびそれを用いた液滴噴射装置 |
| US10/334,422 US6863383B2 (en) | 2002-01-30 | 2002-12-30 | Piezoelectric transducer and ink ejector using the piezoelectric transducer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002021922A JP3801057B2 (ja) | 2002-01-30 | 2002-01-30 | 圧電トランスデューサおよびそれを用いた液滴噴射装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003224312A JP2003224312A (ja) | 2003-08-08 |
| JP3801057B2 true JP3801057B2 (ja) | 2006-07-26 |
Family
ID=27606331
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002021922A Expired - Fee Related JP3801057B2 (ja) | 2002-01-30 | 2002-01-30 | 圧電トランスデューサおよびそれを用いた液滴噴射装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6863383B2 (ja) |
| JP (1) | JP3801057B2 (ja) |
Families Citing this family (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10202996A1 (de) * | 2002-01-26 | 2003-08-14 | Eppendorf Ag | Piezoelektrisch steuerbare Mikrofluidaktorik |
| CN100399597C (zh) * | 2002-12-03 | 2008-07-02 | 松下电器产业株式会社 | 薄膜压电体元件和其制造方法以及使用其的驱动器 |
| US7125107B2 (en) * | 2003-06-30 | 2006-10-24 | Kyocera Corporation | Method for driving piezoelectric ink jet head |
| JP4715128B2 (ja) * | 2004-08-19 | 2011-07-06 | 株式会社村田製作所 | 圧電素子の製造方法 |
| US7466067B2 (en) * | 2004-11-01 | 2008-12-16 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Piezoelectric actuator, method for producing piezoelectric actuator, liquid transporting apparatus, and method for producing liquid transporting apparatus |
| JP2006229058A (ja) | 2005-02-18 | 2006-08-31 | Fuji Photo Film Co Ltd | 圧電アクチュエータ、液滴吐出装置及び製造方法 |
| JP5162871B2 (ja) * | 2006-09-27 | 2013-03-13 | ブラザー工業株式会社 | 液滴吐出装置用ヘッドの駆動方法および液滴吐出装置用ヘッド |
| US7695117B2 (en) * | 2006-09-29 | 2010-04-13 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Piezoelectric actuator, liquid transporting apparatus which includes piezoelectric actuator, and method of manufacturing piezoelectric actuator |
| JP4404105B2 (ja) | 2007-03-30 | 2010-01-27 | ブラザー工業株式会社 | 圧電アクチュエータ、及び、この圧電アクチュエータを備えた液体噴射装置 |
| JP4924335B2 (ja) | 2007-09-28 | 2012-04-25 | ブラザー工業株式会社 | 液体移送装置及び圧電アクチュエータ |
| JP5239282B2 (ja) * | 2007-09-29 | 2013-07-17 | ブラザー工業株式会社 | 液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッド |
| JP4915381B2 (ja) * | 2007-09-29 | 2012-04-11 | ブラザー工業株式会社 | 液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッド |
| US8132897B2 (en) | 2007-09-29 | 2012-03-13 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Liquid-droplet jetting apparatus and liquid-droplet jetting head |
| JP4577391B2 (ja) * | 2008-03-31 | 2010-11-10 | ブラザー工業株式会社 | 液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッド |
| JP4596030B2 (ja) * | 2008-03-31 | 2010-12-08 | ブラザー工業株式会社 | 圧電アクチュエータ及び液体移送装置、並びに、圧電アクチュエータの製造方法 |
| JP4915382B2 (ja) * | 2008-03-31 | 2012-04-11 | ブラザー工業株式会社 | 液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッド |
| JP2010069618A (ja) * | 2008-09-16 | 2010-04-02 | Brother Ind Ltd | 液体吐出ヘッド及び圧電アクチュエータ |
| JP5228842B2 (ja) * | 2008-11-27 | 2013-07-03 | ブラザー工業株式会社 | 圧電アクチュエータの製造方法 |
| JP4831186B2 (ja) * | 2009-03-05 | 2011-12-07 | ブラザー工業株式会社 | 液体移送装置の製造方法 |
| US8959733B2 (en) | 2009-03-05 | 2015-02-24 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing liquid transporting apparatus |
| JP5240001B2 (ja) * | 2009-03-30 | 2013-07-17 | ブラザー工業株式会社 | 圧電アクチュエータの製造方法、圧電アクチュエータ、及び、液体移送装置 |
| JP5564858B2 (ja) | 2009-08-31 | 2014-08-06 | ブラザー工業株式会社 | 圧電アクチュエータ |
| EP2655070B1 (en) | 2010-12-21 | 2015-02-25 | OCE-Technologies B.V. | Operating a piezoelectric actuator membrane of a pressure chamber |
| WO2012138328A1 (en) | 2011-04-05 | 2012-10-11 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Shear mode physical deformation of piezoelectric mechanism |
| US8760395B2 (en) | 2011-05-31 | 2014-06-24 | Microsoft Corporation | Gesture recognition techniques |
| JP6029497B2 (ja) * | 2013-03-12 | 2016-11-24 | エスアイアイ・プリンテック株式会社 | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 |
| JP6179244B2 (ja) * | 2013-07-30 | 2017-08-16 | ブラザー工業株式会社 | 液体吐出装置の製造方法、圧電アクチュエータの製造方法及び液体吐出装置 |
| JP7396824B2 (ja) * | 2019-07-02 | 2023-12-12 | 株式会社ディスコ | 超音波水噴射装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2913806B2 (ja) * | 1990-09-14 | 1999-06-28 | ブラザー工業株式会社 | 圧電式インクジェットプリンタヘッド |
| JP3290897B2 (ja) * | 1996-08-19 | 2002-06-10 | ブラザー工業株式会社 | インクジェットヘッド |
-
2002
- 2002-01-30 JP JP2002021922A patent/JP3801057B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2002-12-30 US US10/334,422 patent/US6863383B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003224312A (ja) | 2003-08-08 |
| US6863383B2 (en) | 2005-03-08 |
| US20030142173A1 (en) | 2003-07-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3801057B2 (ja) | 圧電トランスデューサおよびそれを用いた液滴噴射装置 | |
| JP2913806B2 (ja) | 圧電式インクジェットプリンタヘッド | |
| US5912526A (en) | Layered-type piezoelectric element and method for producing the layered-type piezoelectric element | |
| US20030107622A1 (en) | Piezoelectric actuator | |
| JP4576738B2 (ja) | 圧電トランスデューサおよび液滴噴射装置 | |
| US7434918B2 (en) | Liquid transporting apparatus and method for producing liquid transporting apparatus | |
| JP3249545B2 (ja) | 圧電式インクジェットプリンタヘッド | |
| JP3951933B2 (ja) | インクジェットヘッド及びこれを有するインクジェットプリンタ | |
| JP4042442B2 (ja) | 圧電トランスデューサおよび液滴噴射装置 | |
| US6783214B2 (en) | Inkjet head having a plurality of pressure chambers | |
| WO1995010416A1 (fr) | Tete a jet d'encre, son procede de production et procede de commande associe | |
| US7524041B2 (en) | Pressure producing apparatus | |
| JP2867437B2 (ja) | 圧電式インクジェットプリンタヘッド | |
| JP4135448B2 (ja) | 液滴噴射装置の製造方法 | |
| JP3128857B2 (ja) | 圧電式インクジェットプリンタヘッド | |
| JP4069356B2 (ja) | 圧電トランスデューサおよびそれを用いた液滴噴射装置 | |
| JP4603762B2 (ja) | インクジェットヘッドの製造方法 | |
| JP2003237078A (ja) | インクジェットヘッド | |
| JP4039095B2 (ja) | 圧電トランスデューサおよび液滴噴射装置 | |
| JP2637830B2 (ja) | インクジェット記録ヘッド | |
| JP4752831B2 (ja) | 圧電トランスデューサおよび液滴噴射装置 | |
| JP4888303B2 (ja) | 圧電トランスデューサの製造方法 | |
| JP2002355981A (ja) | 圧電トランスデューサおよび液滴噴射装置の製造方法 | |
| JP3266893B2 (ja) | 圧電式インクジェットプリンタヘッド | |
| JP2011235458A (ja) | インクジェット記録ヘッド及びその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040322 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20051114 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051129 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060123 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060411 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060424 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 3801057 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090512 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100512 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110512 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120512 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120512 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130512 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130512 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140512 Year of fee payment: 8 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |