JP4096721B2 - 圧電アクチュエータ、流体移送装置及びインクジェットヘッド - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電アクチュエータ、それを用いた流体移送装置及びインクジェットヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、紙等の記録媒体に記録を行う記録装置として、例えばインクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３１２８８５７号公報
【０００４】
このインクジェットヘッド４２０は、図２４に示すように、図示外の駆動回路で発生した駆動電圧により駆動される圧電アクチュエータプレート４２１と、インクが通るためのインク流路を形成するキャビティプレート４２２と、インクを噴射するノズル４２４を備えたノズルプレート４２３とがそれぞれ上部、中間部及び下部に位置するように積層されて構成されている。キャビティプレート４２２は、上下に積層された３枚の層４２２ａ〜４２２ｃから構成されており、上側の層４２２ａにはインクを収容するための圧力室４３０が、下側の層４２２ｃには圧力室にインクを供給するためのマニホールド（図示外）及び圧力室４３０をノズル４２４に連通する連通孔４３２が、中間部の層４２２ｂには圧力室４３０とマニホールドとを連通するための連通孔（図示外）及び圧力室４３０をノズル４２４に連通する連通孔４３１がそれぞれエッチング等によって形成されている。
【０００５】
また、圧電アクチュエータプレート４２１は、チタン酸ジルコン酸鉛（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、圧電効果を有する複数の圧電セラミックス層４４０と、その層間に複数の内部電極４４５，４４６，４４７，４４８，４４９，４５０とを備えている。内部電極４４５〜４５０は、それぞれ圧力室４３０の中央部に対応する部分に設けられており、内部電極４４５〜４５０に挟まれた圧電セラミックス層４４０の部分は、内部電極４４５〜４５０に電圧が印加されることによりそれぞれ積層方向に伸長する活性部４５５，４５６，４５７，４５８，４５９となっている。そして、図２５に示すように、圧電アクチュエータプレート４２１の任意の圧力室４３０ａに対応する内部電極４４５〜４５０に電圧を印加すると、活性部４５５〜４５９に分極方向と平行な電界が生じ、活性部４５５〜４５９が積層方向に伸長して、圧力室４３０ａ内のインクに噴射のための圧力が付与される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の技術では、図２５に示すように、電極４４５〜４５０の平面形状がほぼ圧力室４３０の平面形状と対応しており、さらに上記のように積層することによって、圧電材料４４０の電極間に配置される部分の面積が大きくなり、静電容量が増えるので、圧電アクチュエータを高速駆動するための電流が大きくなり、エネルギ効率が悪くなるという問題があった。
【０００７】
また、インクを噴射する動作をした活性部４５５〜４５９が下に凸に変形することの反作用によって、圧力室４３０間の隔壁４３０ｃの上方部分を支点Ｐ１として隣接する圧力室４３０ｂの上方の圧電アクチュエータプレート４２１部分が上に凸となるように湾曲し、また、それと共に隔壁４３０ｃも圧力室４３０ａに向け傾斜する力を受ける。このように、任意の圧力室４３０ａにおいてインクを噴射する動作をすると、隣接する圧力室４３０ｂも容積変化しインクに圧力変動が生じて、その圧力室４３０ｂからインクを噴射するときに、インク液滴の噴射速度や体積がばらつく、いわゆるクロストークが生じることがあった。そして、そのために、インクジェットヘッド４２０の印字品質が悪くなるという問題点があった。
【０００８】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、電極間に配置される圧電材料の面積を小さくしても圧電材料板に十分な変形量を付与することができ、アクチュエータの各圧力室に対応する部分の変形が、他の圧力室に対応する部分に影響を及ぼすのを防止し、印字品質を高くでき、エネルギ効率の良好な圧電アクチュエータ、流体移送装置及びインクジェットヘッドを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【００１３】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明の圧電アクチュエータは、板状体と、当該板状体を変形させるための電界を発生する複数の電極とを備え、前記板状体は、その面方向に対して実質的に直交する方向に変形する動作部分の略中央に対応する第１の部分と、その第１の部分の前記面方向両側に対称に位置する一対の第２の部分とを有し、前記第１の部分は、厚さ方向の一方に偏った部分を、前記面方向に伸長または収縮させるように前記電極を複数備え、前記一対の第２の部分は、厚さ方向の前記一方とは反対側に偏った部分を、それぞれ前記面方向に伸長または収縮させるように前記電極を複数備え、前記板状体において、少なくとも前記複数の電極によって電界が印加される部分が圧電材料からなり、前記第１の部分の電極間に発生した電界により、その第１の部分を前記板状体の面方向に対して実質的に直交する一方向へ凸に湾曲変形させ、前記第２の部分の電極間に発生した電界により、その第２の部分を前記板状体の面方向に対して実質的に直交する他方向へ凸に湾曲変形させることを特徴とする構成となっている。このようにすることで、一対の第２の部分とその間の第１の部分を湾曲変形させ、両者共同して動作部分全体を大きく湾曲変形させることができる。
【００１４】
また、請求項２に係る発明の圧電アクチュエータは、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記第１の部分及び第２の部分の各電極は、それぞれ前記厚さ方向に偏った部分を前記厚さ方向に挟むように対向配置され、その挟まれた各部分はそれぞれ、前記電極の対向方向に分極されており、前記第１の部分及び第２の部分の対向する前記電極間に発生した電界により、前記第１の部分において厚さ方向の一方に偏った部分を、前記面方向に伸長または収縮させ、前記第２の部分において厚さ方向の他方に偏った部分を、前記面方向に伸長または収縮させることを特徴とする構成となっている。このようにすることで、一対の第２の部分とその間の第１の部分の厚さ方向にそれぞれ反対側の部分を伸長または収縮させて、動作部分全体を大きく湾曲変形させることができる。
【００１５】
また、請求項３に係る発明の圧電アクチュエータは、請求項１または２に記載の発明の構成に加え、前記第１の部分及び第２の部分は、その両者にわたって延びる共通の電極を有し、前記第１の部分は、その共通の電極の一部と対向する他の電極を有し、また前記第２の部分は、その第１の部分の他の電極と前記面方向にずれた位置で前記共通の電極の他の部分と対向する他の電極を有することを特徴とする構成となっている。このようにすることで、共通の電極を境にして第１の部分が湾曲変形するとともにその両側で第２の部分が反対方向に湾曲変形して、動作部分全体を大きく湾曲変形させることができる。
【００１６】
また、請求項４に係る発明の圧電アクチュエータは、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記板状体は、第１の部分に対して一対の第２の部分の前記面方向外側に位置する部分において、固定部位に固定されていることを特徴とする構成となっている。このようにすることで、第２の部分の変形が最大となり、第１および第２の部分全体での大きな変形を得ることができる。
【００１７】
また、請求項５に係る発明の圧電アクチュエータは、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記板状体は、その厚さ方向にシート状圧電材料が積層して構成され、前記複数の電極は、そのシート状圧電材料の間に配置されていることを特徴とする構成となっている。このようにすることで、電界強度を大きくし、駆動のための電圧を下げることができる。
【００１８】
【００１９】
また、請求項６に係る発明の圧電アクチュエータは、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記板状体の第１の部分は、前記厚さ方向において湾曲変形方向に偏った位置に切欠きを有することを特徴とする構成となっている。このようにすることで、変形しやすくなり、第２の部分の変形に際して、第１の部分の抵抗を少なくし、全体としての変形量を大きくすることができる。
【００２０】
また、請求項７に係る発明の圧電アクチュエータは、請求項６に記載の発明の構成に加え、前記切欠きは、前記板状体の一方の表面に開放した形状であり、前記複数の電極のうち対向する一方の電極に電力を供給するための接続電極を内部に有することを特徴とする構成となっている。このようにすることで、電極の引き出しを簡単に行うことができる。
【００２１】
【００２２】
また、請求項８に係る発明の流体移送装置は、請求項１乃至７のいずれかに記載の圧電アクチュエータを備え、前記板状体の前記動作部分を含む部分は、その板状体の変形にともなって、流体収容室の容積を変化させ、当該流体収容室の流体を移送させることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項９に係る発明の流体移送装置は、請求項８に記載の発明の構成に加え、前記流体収容室は、複数個平面状に配置され、前記板状体はその複数個の流体収容室に跨って配置されるとともに、各流体収容室に対応して前記動作部分を複数個有することを特徴とする構成となっている。このようにすることで、各流体収容室の流体を個々に移送することができる。
【００２４】
また、請求項１０に係る発明の流体移送装置は、請求項９に記載の発明の構成に加え、前記複数個の流体収容室はその間を隔壁により隔てられ、前記板状体は、第１の部分に対して一対の第２の部分の前記面方向外側に位置する部分において、前記隔壁上に固定されていることを特徴とする構成となっている。このようにすることで、第２の部分の隔壁とは反対側における変形量を大きくし、それにともない流体収容室に対する第１の部分の変形量を大きくして、流体収容室を大きく容積変化させることができる。
【００２５】
また、請求項１１に係る発明の流体移送装置は、請求項８乃至１０のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記流体収容室は、流体を噴射するための噴射孔に連通していることを特徴とする構成となっている。このようにすることで、流体収容室から移送した流体を噴射孔から噴射することができる。
【００２６】
また、請求項１２に係る発明の流体移送装置は、請求項１１に記載の発明の構成に加え、前記動作部分は、前記流体収容室の容積を拡大する方向に変形し、その後、容積を縮小することで、前記流体を前記噴射孔から噴射することを特徴とする構成となっている。このようにすることで、流体収容室の容積を拡大した際に生じた流体の圧力変動を利用して流体を噴射孔から噴射することができる。
【００２７】
【００２８】
【００２９】
また、請求項１３に係る発明の流体移送装置は、請求項２に記載の圧電アクチュエータの前記動作部分を流体収容室と対向配置し、前記第１の部分の前記電極を前記流体収容室に近い側の偏った位置に配置し、前記第２の部分の前記電極を前記流体収容室から遠い側の偏った位置に配置し、それぞれ前記電界を発生する方向は分極方向と平行であって、前記電界が発生した部分を、それぞれ前記面方向に収縮させることにより、前記第１および第２の部分を流体収容室の容積を拡大する方向に変形し、その後、容積を縮小することで、当該流体収容室の流体を移送させることを特徴とする構成となっている。このようにすることで、請求項２に記載の圧電アクチュエータを用い、流体収容室に生じた流体の圧力変動を利用して流体を移送することができる。
【００３０】
また、請求項１４に係る発明の流体移送装置は、請求項２に記載の圧電アクチュエータの前記動作部分を流体収容室と対向配置し、前記第１の部分の前記電極を前記流体収容室から遠い側の偏った位置に配置し、前記第２の部分の前記電極を前記流体収容室に近い側の偏った位置に配置し、それぞれ前記電界を発生する方向は分極方向と平行であって、前記電界が発生した部分を、それぞれ前記面方向に収縮させることにより、前記第１および第２の部分を流体収容室の容積を縮小する方向に変形することで、当該流体収容室の流体を移送させることを特徴とする構成となっている。このようにすることで、請求項５に記載の圧電アクチュエータを用いて流体を移送することができる。
【００３１】
また、請求項１５に係る発明の流体移送装置は、請求項８に記載の発明の構成に加え、前記圧電アクチュエータは、厚さ方向に貫通する貫通孔を有し、前記流体収容室の容積変化によって、当該貫通孔をとおして流体収容室の流体を移送させることを特徴とする構成となっている。このようにすることで、流体収容室側の構成を簡略化して流体を移送させることができる。
【００３２】
また、請求項１６に係る発明のインクジェットヘッドは、請求項８乃至１５のいずれかに記載の流体移送装置を用い、前記流体収容室にインクを収容し、前記板状体の変形にともなって、前記噴射孔からインクを噴射することを特徴する構成となっている。このようにすることで、請求項１３乃至２２のいずれかに記載の流体移送装置を用い、流体収容室内のインクを噴射することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した第１の実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、図１を参照して、圧電アクチュエータを備えた流体移送装置の一例であるインクジェットヘッド１００を搭載したインクジェットプリンタ１０１の構造について説明する。図１は、インクジェットプリンタ１０１の要部の斜視図である。
【００３４】
図１に示すように、インクジェットプリンタ１０１は、被記録媒体である用紙１１１を搬送する用紙搬送手段としてのプラテンローラ１１０と、インクが充填されるインクカートリッジ１１６およびプラテンローラ１１０上にセットされる用紙１１１に印刷するためプラテンローラ１１０と対向する位置に配置されたインクジェットヘッド１００が搭載されるキャリッジ１１８とを備えている。プラテンローラ１１０は、軸１１２によりフレーム１１３に回転可能に取り付けられており、モータ１１４によって回転駆動される。キャリッジ１１８は、プラテンローラ１１０の軸線に平行に配設された２本のガイドロッド１２０に摺動可能に支持されるとともに、一対のプーリ１２２に巻きかけられたタイミングベルト１２４に接合されている。そして、一方のプーリ１２２がモータ１２３によって正逆回転駆動されることでキャリッジ１１８がプラテンローラ１１０に沿って往復移動されるようになっている。
【００３５】
用紙１１１は、インクジェットプリンタ１０１の側方に設けられた給紙カセット（図示外）から給紙され、インクジェットヘッド１００とプラテンローラ１１０との間に搬送されて、インクジェットヘッド１００から噴射されるインクにより所定の印刷がなされ、その後、排紙される。尚、図１において、用紙１１１の給紙機構および排紙機構の図示を省略している。
【００３６】
次に、図２〜図７を参照して、第１の実施の形態の圧電アクチュエータ５０を備えたインクジェットヘッド１００の構造について説明する。図２は、インクジェットヘッド１００の分解斜視図である。図３は、キャビティプレート１０の分解斜視図である。図４は、図２に示す１点鎖線Ａ−Ａ’における矢視方向からみたキャビティプレート１０の要部を拡大した分解断面斜視図である。図５は、図２に示す１点鎖線Ｂ−Ｂ’における矢視方向からみた圧電アクチュエータ５０の要部を拡大した分解断面斜視図である。図６は、図２に示す１点鎖線Ｃ−Ｃ’における矢視方向からみたキャビティプレート１０および圧電アクチュエータ５０の部分断面図である。図７は、図２に示す１点鎖線Ｄ−Ｄ’における矢視方向からみたキャビティプレート１０および圧電アクチュエータ５０の部分断面図である。
【００３７】
図２に示すように、インクジェットヘッド１００は、複数枚の積層型のキャビティプレート１０と、キャビティプレート１０に対して接着剤または接着シートを介して接着・積層されるプレート型の圧電アクチュエータ５０と、その上面に、外部機器との電気的接続を行うためのフレキシブルフラットケーブル４０とが接着剤にて重ね接合されて構成されており、最下層のキャビティプレート１０の下面側に開口されたノズル１５（図３参照）から下向きにインクが噴射するようになっている。
【００３８】
次に、図３に示すように、キャビティプレート１０は、ノズルプレート１１と、二枚のマニホールドプレート１２と、スペーサプレート１３と、ベースプレート１４との五枚の薄い金属板をそれぞれ接着剤にて重ね積層した構造となっている。これらの各プレート１１〜１４は、例えば４２％ニッケル合金鋼板（４２合金）製で、５０μm〜１５０μm程度の厚さを有している。
【００３９】
また、図４，図６，図７に示すように、ベースプレート１４には、長手方向の中心線１４ａ，１４ｂに対して直交する方向に延びる細幅の複数の圧力室１６が千鳥状配列で穿設されている。各圧力室１６の間は隔壁１４ｃによって隔てられている。また、各圧力室１６に対応して、それぞれの圧力室１６よりもベースプレート１４の短手方向の両端側の位置にインク供給孔１６ｂがそれぞれ穿設されており、その間に凹設された絞り部１６ｄによって、各圧力室１６と各インク供給孔１６ｂとがそれぞれ接続されている。各インク供給孔１６ｂは、スペーサプレート１３の短手方向における左右両側部位に穿設された各インク供給孔１８を介して、マニホールドプレート１２における共通インク室１２ａに連通している。ここで、各絞り部１６ｄにおけるインクが流れる方向と直交する断面積は、各圧力室１６における断面積より小さい構造となっている。これは、絞り部１６ｄの断面積を小さくすることにより、流路抵抗を増すためである。また、各圧力室１６の一端部１６ａは、ノズルプレート１１における千鳥状配列のノズル１５に、スペーサプレート１３および二枚のマニホールドプレート１２に、同じく千鳥状配列で穿設されている微小径の貫通孔１７を介して連通している。尚、圧力室１６が、本発明における「流体収容室」である。
【００４０】
そして、図３，図６，図７に示すように、ベースプレート１４およびスペーサプレート１３には、インクカートリッジ１１６からインクをマニホールドプレート１２における共通インク室１２ａに供給するためのインク供給孔１９ａ，１９ｂが、それぞれ穿設されている。二枚のマニホールドプレート１２には、ノズルプレート１１における複数のノズル１５のなす列を挟み、共通インク室１２ａが長手方向に沿って２つ設けられている。共通インク室１２ａは各マニホールドプレート１２に貫通して形成されている。この共通インク室１２ａは、ベースプレート１４における複数の圧力室１６がなす面と平行な面内に位置し、かつ、この複数の圧力室１６よりも、ノズルプレート１１側に、複数のノズル１５がなす列方向に長く延びるように、二枚のマニホールドプレート１２に設けられている。
【００４１】
また、共通インク室１２ａは、インク供給孔１９ａ，１９ｂから離れた端部（Ｃ部）において、インク供給孔１９ａ，１９ｂから離れる方向に、その断面積が一定割合で減少する形状である。これは、共通インク室１２ａの端部（Ｃ部）に溜まりやすい残留気泡を排出しやすいようにするためである。この共通インク室１２ａは、二枚のマニホールドプレート１２に対するノズルプレート１１およびスペーサプレート１３の積層により密閉される構造になっている。
【００４２】
ノズルプレート１１には、微小径、例えば２５μｍ程度の複数のインク噴射用のノズル１５が、ノズルプレート１１における長手方向の中心線１１ａ，１１ｂに沿って、微小ピッチＰの間隔で千鳥状配列で穿設されている。そして、それぞれのノズル１５は、マニホールドプレート１２の貫通孔１７のそれぞれに対応している。尚、ノズル１５が、本発明における「噴射孔」である。
【００４３】
次に、図５〜図７に示すように、圧電アクチュエータ５０は、チタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）の圧電セラミックス材料からなる６枚の圧電シート５１，５２，５３，５４，５５，５６を積層した構造である。これら圧電シート５４〜５６の各上面には、後述する各電極が、例えば導電性ペースト材料を使用したスクリーン印刷または導電材料の蒸着により形成される。尚、圧電シート５１〜５６からなる集合体が、本発明における「板状体」である。
【００４４】
圧電シート５４，５６の上面には、キャビティプレート１０における各圧力室１６毎に対応した複数の駆動電極２４が、キャビティプレート１０の平面方向における各圧力室１６の面積分をそれぞれ覆うように、圧電シート５４，５６の長手方向に対して直交する方向に延びる電極として千鳥状配列に設けられている。この各駆動電極２４は、それぞれ対応した圧力室１６の外周部分に沿って配置されるように環状に形成されており、各駆動電極２４の一端から延設された配線部２４ａは、圧電アクチュエータ５０の表裏面５０ａ，５０ｂと直交する長手方向の左右側面５０ｃにそれぞれ露出するように形成されている。
【００４５】
また、圧電シート５３，５５の上面には、複数の圧力室１６に対して共通な接地電極としての複数のコモン電極２５が、それぞれ駆動電極２４と対応する位置に、同様に千鳥状配列に設けられている。この各コモン電極２５は駆動電極２４と同形状を有しており、それぞれのコモン電極２５の一端から延設された配線部２５ａが、圧電シート５３，５５の長手方向の中央部分に延びる共通配線部２５ｂにそれぞれ接続されている。そして、共通配線部２５ｂの両端は、圧電シート５３，５５の長手方向の両縁端に沿って延設された共通配線部２５ｃに接続され、この共通配線部２５ｃの両端は、各駆動電極２４の配線部２４ａと同様、左右側面５０ｃに露出するように形成されている。
【００４６】
尚、電極２８，２９は、いわゆる捨てパターンの電極で、圧電シート５３〜５６の長手方向の両端に沿って各配線部２４ａ，２５ａに対応する位置にそれぞれ設けられている。
【００４７】
また、圧電アクチュエータ５０の左右側面５０ｃには、各駆動電極２４の配線部２４ａに対応する第１の凹み溝３０と、コモン電極２５の共通配線部２５ｃの両端に対応する第２の凹み溝３１とが、圧電シート５１〜５６の積層方向に延びるようにそれぞれ設けられている。各第１の凹み溝３０内には、各駆動電極２４と各捨てパターンの電極２９とをそれぞれ電気的に接続する側面電極（図示外）が形成されている。同様に、第２の凹み溝３１内には、各コモン電極２５と各捨てパターンの電極２８とをそれぞれ電気的に接続する側面電極（図示外）が形成されている。そして、図２に示すように、圧電アクチュエータ５０の上面（積層された圧電シート５６側）の上面には絶縁シート２３が接着され、各側面電極がその絶縁シートの上面に設けられた電極２６，２７にそれぞれ接続される。すなわち、各駆動電極２４は各電極２６に、また、各コモン電極２５は電極２７にそれぞれ電気的に接続される。そして、各電極２６，２７が、フレキシブルフラットケーブル４０のそれぞれ対応する接点（図示外）に接続される。尚、上記電極の引き出し方法のほか、圧電シートを積層方向に貫通する電気的なスルーホールを用いることもできる。
【００４８】
駆動電極２４を有する圧電シート５４，５６と、コモン電極２５を有する圧電シート５３，５５は交互に積層され、それらの圧力室１６側にはさらに電極のないシート５１，５２が積層されて一体に焼成されている。そして、公知のようにコモン電極２５をグランド（ＧＮＤ）に接続し、駆動電極２４に分極用の高い正電圧を、電極２６，２７を介して印加することで、圧電シート５４，５５，５６の積層方向において電極２４，２５間に挟まれた部分は、駆動電極２４からコモン電極２５に向かう方向Ｐに分極されている（図８参照）。
【００４９】
圧電アクチュエータ５０の電極２４，２５は、平面方向からみて、図６、図７に示すように、圧力室１６の外周に沿って環状に位置する。この圧電アクチュエータ５０において、平面方向からみて電極２４，２５を有する部分を本発明における「第２の部分」Ｓとし、第２の部分Ｓに囲まれる部分を本発明における「第１の部分」Ｆとする。つまり、断面方向において第１の部分Ｆの両側に一対（実際には環状に連続しているが）の第２の部分Ｓが位置している。電極２４，２５は、各第２の部分Ｓの厚さ方向において圧力室１６から遠い側に偏って位置している。圧電シート５４，５５，５６の積層方向において電極２４，２５間に挟まれた部分は電圧の印加によって圧電効果の変形をする圧力発生部を構成し、第１の部分Ｆと第２の部分Ｓは、その圧力発生部の変形にもとづいて変形する１つの動作部分を構成する。
【００５０】
圧電アクチュエータ５０は、１つの第１の部分Ｆとその両側の第２の部分Ｓからなる動作部分を圧力室１６に対応させてキャビティプレート１０と接合される。このとき、第１の部分Ｆに対して第２の部分Ｓの外側（つまり隣接する動作部分間）の下面部分が圧力室１６間の隔壁１４ｃ上に固着される。隔壁１４ｃは本発明の「固定部位」を構成する。
【００５１】
図６に示すように、初期状態において、駆動電極２４とコモン電極２５とはいずれもグランド（ＧＮＤ）に接続されており、すなわちその電位は０Ｖとなっている。また、共通インク室１２ａから供給されたインクで、圧力室１６からノズル１５の先端までインクで満たされている。
【００５２】
次に、図９に示すように、所定の印刷データに基づいて、１つの圧力室１６に連通するノズル１５からインクを噴射する場合には、その圧力室１６に対応する部分の圧力発生部に駆動電圧が印加される。すなわち、コモン電極２５をグランド（ＧＮＤ）に接続したまま、駆動電極２４に、例えば２０Ｖの駆動電圧が印加される。このとき、各駆動電極２４と各コモン電極２５との間の圧電シート５４〜５６の各部分は、図８に示すように、各分極方向Ｐと電界方向Ｅとが一致しているため、圧電縦効果によって分極方向Ｐに伸びようとするが、分極方向の厚さよりもそれと直交する面方向の寸法の方が十分に大きいため、圧電横効果によって面方向Ｈに大きく収縮する。
【００５３】
しかし、圧力発生部が面方向Ｈに収縮する一方、それと積層方向に隣接する圧電シート５１〜５３は電極に挟まれていないので変形せず、図９に示すように、第２の部分Ｓは全体として、圧力発生部側を凹として湾曲することになる。このとき、第２の部分Ｓは一方の外側を隔壁１４ｃに固定されているので、第２の部分Ｓの湾曲は、第１の部分Ｆ側においてキャビティプレート１０から離れる方向に大きく生じる。また、１つの圧力室１６においてその外周寄りの一対の第２の部分Ｓの湾曲はその中央に対して対称に生じるので、第１の部分Ｆは、第２の部分Ｓの湾曲によって圧電アクチュエータの面方向に対して実質的に直交する方向に押し上げられながらその押し上げ方向に凸をなして湾曲する。つまり、第２の部分Ｓ、第１の部分Ｆともに、圧力室１６の容積を増大する方向に湾曲する。その結果、圧力室１６の内圧が減少して負圧となるため、共通インク室１２ａから圧力室１６にインクが供給される。
【００５４】
このとき、圧力室１６内では圧力波が発生する。そして、公知のように、圧力室１６内で発生した圧力波が圧力室１６の長手方向に片道伝搬する時間経過すると、圧力室１６内の圧力が正に転ずるので、このタイミングに合わせて駆動電極２４に印加されている電圧を解除し、０Ｖに戻す。すると、図１０に示すように、圧電アクチュエータ５０の圧力発生部が変形前の状態に戻り、第１および第２の部分Ｆ，Ｓも、もとの平坦な状態に弾性復帰する。
【００５５】
このとき、正に転じた圧力波による圧力と、圧電アクチュエータ５０の復帰による圧力とが合成されることによって、比較的高い圧力が圧力室１６に連通するノズル１５付近に生じて、インク液滴１５０がノズル１５から噴射される。本実施の形態のインクジェットヘッド１００では、このような、いわゆる引き打ちを行うことが可能である。尚、上記の第１の実施の形態の圧電アクチュエータ５０を構成する６枚の圧電シート５１，５２，５３，５４，５５，５６の内のキャビティプレート１０側から三枚の圧電シート５４，５５，５６は、圧電材料でなく、例えば、金属でも良い。
【００５６】
次に、図１１を参照して、第２の実施の形態の圧電アクチュエータ５０を備えたインクジェットヘッド１００について説明する。尚、この実施の形態のインクジェットヘッド１００のキャビティプレート１０の構造は、第１の実施の形態において説明したものと同様である。
【００５７】
圧電アクチュエータ５０は、前記実施の形態と同様に圧力室１６に対応して第１の部分Ｆと一対の第２の部分Ｓを有する。この実施の形態においては、第２の部分Ｓは、圧電アクチュエータの厚さ方向において圧力室寄りの圧電シート５１〜５３間に電極２４，２５を有する。コモン電極２５は、圧力室１６の外周に沿って圧電シートの積層方向に各層間に配置されている。駆動電極２４は、そのコモン電極２５から内側に面方向に間隔をおいて、圧電シートの積層方向に各層間に配置されている。圧電シートの分極は、駆動電極２４に高い正電圧を印加し、コモン電極２５をグランド（ＧＮＤ）に接続することで、圧電シートの面方向Ｐに行われる。
【００５８】
このように駆動電極２４とコモン電極２５とが配置された圧電アクチュエータ５０では、インクジェットプリンタ１０１の印刷時において、前記実施の形態と同様に、初期状態では駆動電極２４とコモン電極２５とはいずれもグランド（ＧＮＤ）に接続されている。そして、所定の印刷データに基づいて、１つの圧力室１６に連通するノズル１５からインクを噴射する場合に、コモン電極２５をグランド（ＧＮＤ）に接続したまま、駆動電極２４に駆動電圧が印加されると、内側の駆動電極２４から外側のコモン電極２５方向に分極方向Ｐと一致する電界Ｅが発生し、圧電縦効果によって圧電アクチュエータ５０の面方向に配置された駆動電極２４とコモン電極２５との間の距離が伸びる。
【００５９】
このとき、電極の配置されていない圧電シート５４〜５６には変形が生じず、面方向に伸びようとする圧電シート５１〜５３との間でユニモルフ的な変形が発生する。すなわち、第２の部分Ｓにおいて、圧電シート５４〜５６側を内側方向とする湾曲が発生する。しかし、前記実施の形態と同様に、圧力室１６の外周部分が固定されているので、第２の部分Ｓは、圧力室１６の略中央側が上向きに大きく変形することになり、それにともない第１の部分Ｆも圧力室１６から離れる方向に上向きに湾曲する。そして、駆動電極２４に印加されている電圧が解除されると圧電アクチュエータ５０がもとの平坦な状態に弾性復帰し、圧力室１６内のインクに圧力が加えられることによってインクがノズル１５から噴射される。
【００６０】
次に、図１２を参照して、第３の実施の形態の圧電アクチュエータ５０を備えたインクジェットヘッド１００について説明する。本実施の形態の圧電アクチュエータ５０は、第１の実施の形態の圧電アクチュエータ５０の構成に加え、第１の部分Ｆには、厚さ方向において湾曲変形方向に偏った位置、すなわち圧力室１６とは反対側の面に、切欠き５７が形成されている。そして、この切欠き５７の内面および圧電アクチュエータ５０の表面に連続して導電材料を蒸着する等して接続電極５８が形成されている。駆動電極２４またはコモン電極２５のいずれか一方から延びる配線がこの接続電極５８に接続され、接続電極５８を介して外部電源と接続される。
【００６１】
この切欠き５７によって、第１の部分Ｆの厚みが圧力室１６寄りの部分のみとなって、第１の部分Ｆにおける剛性が低下する。つまり第２の部分Ｓが変形によって第１の部分Ｆを湾曲させる際の抵抗が小さくなり、第２の部分Ｓの変形量が大きくなるとともに第１の部分Ｆの変形量も大きくなり、圧力室１６の容積変化を大きくできる。尚、上記切欠きに代えて、第１の部分Ｆの一部に剛性の低い材料を使用したり、あるいは第１の部分Ｆの一部に中空の部分を形成することでも、上記のように圧電アクチュエータ５０を変形しやすくできる。
【００６２】
次に、図１３を参照して、第４の実施の形態の圧電アクチュエータ５０を備えたインクジェットヘッド１００について説明する。本実施の形態の圧電アクチュエータ５０は、第１の実施の形態の圧電アクチュエータ５０の構成に加え、第１の部分Ｆにはその圧電シート５１〜５６を貫通して微小径の貫通孔５０ｄが穿設されている。そして、ノズルプレート１１は、圧電アクチュエータ５０の圧力室１６とは反対側の表面５０ａ側に接着され、各圧力室１６に接続されているそれぞれの貫通孔５０ｄに対応する位置に、ノズル１５がそれぞれ穿設され、各圧力室１６と連通されている。
【００６３】
本実施の形態では、圧電アクチュエータ５０に電圧が印加された場合の圧電アクチュエータ５０の変形動作については第１の実施の形態と同様であり、これと接合されているノズルプレート１１のノズル１５の開口部分もその変形にともなって変形し、圧力室１６の容積を増大させる。そして、圧電アクチュエータ５０が復帰することで、インクに圧力が加えられ、貫通孔５０ｄを通ってノズル１５からインクが噴射される。
【００６４】
図１４は、第５の実施の形態を示すもので、基本的には第１の実施の形態と同様の構造を有するものであるが、電極２４，２５の幅を変えている。すなわち、図面において上、つまり湾曲変形の内側に近い電極２４，２５ほど面方向の幅Ｗ１を大きく、図面において下、つまり湾曲変形の外側の電極２４，２５ほど面方向の幅Ｗ２を小さくしている。圧力室１６に対して電極２４，２５の外周側を厚さ方向（積層方向）に並んで配置し、圧力室１６の内側方向に電極２４，２５の先端を階段状に配列している。
【００６５】
湾曲変形の内側に近い圧力発生部ほど面方向の収縮力を大きくする必要があるが、湾曲変形の外側に近い圧力発生部では収縮力は小さくてもよいので、このようにすることで、湾曲変形量を維持しながら、電極の全体の面積を小さくして静電容量をより一層小さくし、電流量を下げることができる。
【００６６】
次に、本発明の第６の実施の形態について、図１５乃至図１９を参照して説明する。図１５は、インクジェットヘッド３０１を、圧力室の長手方向と略平行に切断した断面図であり、図１６は、インクジェットヘッド３０１を、圧力室の配列方向に沿って切断した断面図であり、図１７は、図１６に示す圧電アクチュエータプレート３０５と圧力室３１０の一部分の拡大図である。図１５及び図１６に示すように、インクジェットヘッド３０１では、図６で説明した実施の形態と同様に圧電アクチュエータ３０６と、キャビティプレート３０７とからなる。
【００６７】
キャビティプレート３０７は、図６で説明したキャビティプレート１０と基本的には同様の構造であるが、最上部の第１の層３０７ａがベースプレート１４に、第２の層３０７ｂがスペーサプレート１５に、第３の層３０７ｃが２枚のマニホールドプレート１２，１２にそれぞれ対応する。第１の層３０７ａには、隔壁３１０ｃによって隔てられた複数の圧力室３１０が形成され、第３の層３０７ｃには、マニホールド流路すなわち共通インク室３１５が形成されている。各圧力室３１０は、第２の層３０７ｂに設けられたインク供給孔３１２によって共通インク室３１５に接続され、また、第２の層３０７ｂ及び第３の層３０７ｃに設けられた貫通孔３１１によって最下層のノズルプレート３０８のノズル３０９にそれぞれ接続されている。これら各室及び孔は、キャビティプレート１０のそれと同様に機能する。
【００６８】
圧電アクチュエータ３０６は、図６で説明した圧電アクチュエータ５０と基本的には同様に複数の圧電シート３０６ａ〜３０６ｆ間に後述する各電極３２６〜３４０を挟んで積層した構造である。
【００６９】
本実施の形態では、圧電アクチュエータ３０６において各圧力室３１０の周辺部分（図１５で圧力室３１０の長手方向両端部分及び図１６で圧力室３１０の左右両端部分からなる環状の部分）に対応する部分（以下、「第２の部分」という。）３０５ｂに、電極３２７，３２８，３２６がその第１〜第４層３０６ａ〜３０６ｄの間に挟まれて設けられている。電極３２７，３２８は圧力室３１０の周辺に沿って環状をなしている。また、第２の部分３０５ｂに囲まれる各圧力室３１０の中央部分に対応する圧電アクチュエータ３０６の部分（以下、「第１の部分」という。）３０５ａに、電極３２６，３２９，３３０がその第３〜第６層３０６ｃ〜３０６ｆの間に挟まれて設けられている。圧電アクチュエータ３０６は、第１の部分３０５ａに対して第２の部分３０５ｂの外側の部分で圧力室３１０間の隔壁３１０ｃに固着されている。
【００７０】
第１の部分３０５ａの電極３２６，３２９，３３０は、圧電シート３０６ａ〜３０６ｃの積層方向に相互に対向した第１の電極グループ３３１を構成し、第２の部分３０５ｂの電極３２７，３２８，３２６は、圧電シート３０６ｄ〜３０６ｆの積層方向に相互に対向した第２の電極グループ３３３を構成している。電極３２６は、第１の部分と第２の部分との両方に渡って延び、第１及び第２の電極グループ３３１，３３３に共通の共通電極として設けられている。
【００７１】
電極３２６〜３３０に挟まれる圧電シート３０６ｂ〜３０６ｅの部分は、電極３２６〜３３０を図１７に示すように積層方向に交互に正電源（＋）とグランド（Ｇ）とに接続し、公知のように分極用の高電圧を印加することで、積層方向に交互の向き（矢印ｄ方向）に分極される。そして、電極３２６〜３３０に挟まれた部分は、駆動電圧の印加によって変形する活性部３３７〜３４０を構成する。これにより、第１の部分３０５ａは、圧電アクチュエータ３０６の圧力室３１０側に活性部３３９，３４０を有し、圧力室と反対側に不活性な層３０６ａ〜３０６ｃを有している。また、第２の部分３０５ｂは、圧電アクチュエータ３０６の圧力室３１０と反対側に活性部３３７，３３８を有し、圧力室側に不活性な層３０６ｄ〜３０６ｆを有している。
【００７２】
そして、電極３２６〜３３０を図１７に示すように分極時と同様に積層方向に交互に正電源（＋）とグランド（Ｇ）とに接続し、分極時よりも低い駆動電圧を印加すると、活性部３３７〜３４０に分極方向ｄと平行な電界が生じ、活性部３３７〜３４０が積層方向と直交する方向、つまり各層の面と平行な方向に収縮する。一方、各部分３０５ａ，３０５ｂにおいて不活性な層は収縮しないので、第１の部分３０５ａは、上方へ凸となるように湾曲すると共に、第２の部分３０５ｂは、下へ凸となるように湾曲する。その結果、圧力室３１０は、図１８に示すように容積を広げ、共通インク室３１５からインクを吸引する。その後、各電極への電圧の印加を停止すると、圧電アクチュエータ３０６は、図１６に示すように平坦な状態に復帰し、その復帰動作により、圧力室３１０内のインクに圧力を付与し、ノズル３０９からインク液滴を噴射する。尚、活性部３３７〜３４０は、上記収縮動作と同時に、分極方向ｄと平行な方向に伸長するが、圧電シートの積層数が少ないので、収縮量に比して伸長量はごく僅かであり、インクの噴射動作にはほとんど影響しない。
【００７３】
上記実施の形態において、仮に第２の部分３０５ｂに電極３２７，３２８が存在しない場合、図１９に示すように、第１の部分３０５ａの電極３２６，３２９，３３０への電圧の印加のみで圧力室３１０ａの上方に対応する圧電アクチュエータ３０６の部分が一様に凸に湾曲することになり、従来の技術において説明したと同様に、その反作用で隔壁３１０ｃの上方の位置を支点Ｐ１として、隣接する圧力室３１０ｂに対応する圧電アクチュエータ３０６の部分が下方に凸に湾曲する。また、それに伴い圧力室間の隔壁３１０ｃも傾斜する。つまり、クロストークを生じることになる。
【００７４】
しかし、上記実施の形態では、凸に湾曲した第１の部分３０５ａの両側で、それとは反対方向に第２の部分３０５ｂが凸に湾曲することで、第１の部分３０５ａの変形に伴う反作用がほぼ打ち消され、隣接する圧力室３１０ｂに対応する圧電アクチュエータ３０６の部分、及び圧力室間の隔壁３１０ｃへの影響が抑えられる。従って、隣接する圧力室へのクロストークが少なくなり、噴射するインク液滴の速度や体積がほぼ均一になり、印字品質が向上する。
【００７５】
図２０、図２１は第７の実施の形態を示すものである。この実施の形態においては、第１の部分３０５ａの電極３７０，３７１，３７２を、圧力室３１０とは反対側寄りの圧電アクチュエータ３０６の層間に配置し、第２の部分３０５ｂの電極３７２，３７３，３７４を、圧力室３１０寄りの圧電アクチュエータ３０６の層間に配置している。つまり、前記第６の実施の形態とは、圧電アクチュエータ３０６を上下逆にしたものである。この場合、電極３７０〜３７４に電圧を印加すると、図２１に示すように、圧電アクチュエータ３０６が圧力室３１０側に湾曲するように、第１及び第２の部分がそれぞれ前記第６の実施の形態と上下逆であるが同様に変形し、インクに噴射圧力を付与する。
【００７６】
また、図２２は、第８の実施の形態を示すものである。この実施の形態において、圧電アクチュエータ３９２は、２層の圧電シート３９３ａ，３９３ｂから構成される。両層間に共通の電極３９５が第１の部分３９２ａと第２の部分３９２ｂとに渡って配置され、一方の層３９３ｂの第１の部分３９２ａの外面に、共通の電極３９５の中央と対向する電極３９６が、他一方の層３９３ａの第２の部分３９２ｂの外面に、共通の電極３９５の周辺部と対向する電極３９４が設けられている。第１の部分３９２ａの電極３９５，３９６間に挟まれる層の部分３９９、及び第２の部分３９２ｂの電極３９４，３９５間に挟まれる層の部分３９７，３９８が、それぞれ第６の実施の形態と同様に分極されている。
【００７７】
そして、電極３９５と３９６との間、及び電極３９４と３９５との間に、駆動電圧を印加することで、各部分において電極間に挟まれた部分が層の積層方向と直交する方向に収縮し、電極間に挟まれていない部分が収縮しないから、第１の部分が凸に湾曲すると同時にその両側で第２の部分が反対方向に凸に湾曲することは、第６の実施の形態と同様である。図２２の構成では、第６の実施の形態と同様に、圧力室３１０の容積を拡大してから圧電アクチュエータ３９２が復帰してインクを噴射するが、第７の実施の形態と同様に圧力室３１０の容積を縮小してインクを噴射するように構成することもできる。
【００７８】
第６から第８の実施の形態は、第１から第５の実施形態に比して、第１の部分の電極が追加されているから、その分だけ、静電容量が増加するが、図２４で説明した構成に比して第１の部分及び第２の部分の不活性部分に電極がない分だけ静電容量を減少させ、電流量を下げることができる。
【００７９】
次に、図２３を参照して、第９の実施の形態の圧電アクチュエータ５０を備えたインクジェットヘッド１００について説明する。尚、この実施の形態のインクジェットヘッド１００のキャビティプレート１０の構造は、第１及び第２の実施の形態において説明したものと同様である。
【００８０】
この第９の実施の形態の圧電アクチュエータ５０は、前記実施の形態と同様に圧力室１６に対応して第１の部分Ｆと一対の第２の部分Ｓとを有する。この第９の実施の形態においては、第１の部分Ｆは、圧電アクチュエータの厚さ方向において圧力室１６から外側寄りの圧電シート５４〜５６間に電極２４，２５を有する。また、第２の部分Ｓは、圧電アクチュエータの厚さ方向において圧力室寄りの圧電シート５１〜５３間に電極２４，２５を有する。
【００８１】
また、第１の部分Ｆにおいては、駆動電極２４は、圧力室１６の中央に対向する位置の圧電シート５４，５５，５６の各層間に配置され、また、コモン電極２５は、その駆動電極２４の圧電シートの面方向両側に間隔をおいて各々配置されている。この第９の実施の形態の圧電アクチュエータ５０の第１の部分Ｆにおいては、圧電シート５４，５５，５６の分極は、駆動電極２４に高い正電圧を印加し、駆動電極２４を挟んで配置されている一対のコモン電極２５をグランド（ＧＮＤ）に接続することで、図２３に示すＰ２方向に行われる。
【００８２】
また、第２の部分Ｓにおいては、駆動電極２４は、圧力室１６の外周に沿って圧電シート５１，５２，５３の積層方向に各層間に配置されている。コモン電極２５は、その駆動電極２４から内側（圧力室１６の中心方向側）に面方向に間隔をおいて、圧電シート５１，５２，５３の積層方向に各層間に配置されている。圧電シート５１，５２，５３の分極は、駆動電極２４に高い正電圧を印加し、コモン電極２５をグランド（ＧＮＤ）に接続することで、圧電シートの面方向Ｐ１に行われる。
【００８３】
このように駆動電極２４とコモン電極２５とが配置された圧電アクチュエータ５０では、インクジェットプリンタ１０１の印刷時において、前記実施の形態と同様に、初期状態では駆動電極２４とコモン電極２５とはいずれもグランド（ＧＮＤ）に接続されている。そして、所定の印刷データに基づいて、１つの圧力室１６に連通するノズル１５からインクを噴射する場合に、コモン電極２５をグランド（ＧＮＤ）に接続したまま、駆動電極２４に駆動電圧が印加されると、第１及び第２の部分Ｆ，Ｓにおいてそれぞれ駆動電極２４からコモン電極２５方向に分極方向Ｐ１，Ｐ２と一致する電界Ｅが発生し、圧電縦効果によって圧電アクチュエータ５０の面方向に配置された駆動電極２４とコモン電極２５との間の距離が伸びる。
【００８４】
このとき、一対の第２の部分Ｓは、第２の実施の形態（図１１）と同様に、圧電シート５４〜５６側を内側方向とする湾曲を生じ、第１の部分Ｆを圧力室１６から離れる方向に持ち上げる。同時に第１の部分Ｆも圧力室１６側を内側として、圧力室１６からさらに離れる方向に湾曲する。そして前記実施の形態と同様に、第２の部分の外周が、隔壁１４ｃ上に固定されているので、圧力室１６の容積が拡大される。その後、駆動電極２４に印加されている電圧が解除されると圧電アクチュエータ５０がもとの平坦な状態に弾性復帰し、圧力室１６内のインクに圧力が加えられることによってインクがノズル１５から噴射される。
【００８５】
尚、本発明は、各種の変形が可能なことはいうまでもない。例えば、駆動電極２４，コモン電極２５，電極３２７，３２８，３７３，３７４，３９４の形状は環状でなくともよく、平行する２本の線状として配置したり、あるいはこれらの電極のうち圧電シートをはさんで対向する電極の一方を圧電シートの全面にわたって平面状に設けてもよい。また、圧力発生部によって湾曲変形される圧電アクチュエータの部分に対応する圧力室の位置は、その略中央部分でなくともよく、圧力室内のインクに圧力を加えられる位置であればよい。
【００８６】
また、本圧電アクチュエータ５０は、インクジェットヘッドだけでなく、各種の流体を移送するためにも利用できることはいうまでもない。さらに、各実施の形態では、圧力室（流体収容室）の容積を拡大した後復帰させてインク（流体）に圧力を与えるようにしているが、容積を縮小することで圧力を与えるようにすることもできる。その際、例えば、キャビティプレート１０に対して圧電アクチュエータ５０を図において上下逆に設置することによって、容積を縮小することができる。また、各実施の形態において、圧電材料の伸長動作を収縮動作に変え、容積を縮小するようにすることもできる。
【００８７】
【発明の効果】
【００８８】
【００８９】
【００９０】
以上説明したように、請求項１に係る発明の圧電アクチュエータでは、第１の部分が一方向へ凸に湾曲変形し、その両側に位置する一対の第２の部分がそれぞれ他方向へ凸に湾曲変形するので、動作部分全体を大きく湾曲変形させることができる。
【００９１】
また、請求項２に係る発明の圧電アクチュエータでは、請求項１に記載の発明の効果に加え、第１の部分及び第２の部分の対向する電極間に発生した電界により、前記第１の部分において厚さ方向の一方に偏った部分を、前記面方向に伸長または収縮させ、前記第２の部分において厚さ方向の他方に偏った部分を、前記面方向に伸長または収縮させるので、第１の部分及び第２の部分の湾曲変形を容易に実現でき、上記のように動作部分全体を大きく湾曲変形させることができる。
【００９２】
また、請求項３に係る発明の圧電アクチュエータは、請求項１または２に記載の発明の効果に加え、第１の部分及び第２の部分にわたって延びる共通の電極を有しているので、より簡単な構成で第１の部分及び第２の部分の湾曲変形を実現できる。
【００９３】
また、請求項４に係る発明の圧電アクチュエータでは、請求項１乃至３のいずれかに係る発明の効果に加え、第１の部分に対して一対の第２の部分の面方向外側に位置する部分において、板状体を固定部位に固定するので、第２の部分の湾曲変形が最大となり、第１および第２の部分全体として大きな変形量を得ることができる。
【００９４】
また、請求項５に係る発明の圧電アクチュエータでは、請求項１乃至４のいずれかに係る発明の効果に加え、板状体は、その厚さ方向にシート状圧電材料を積層し、その間に複数の電極を配置することができる。従って、電界強度が大きくなるので、駆動電圧を下げることができる。
【００９５】
【００９６】
また、請求項６に係る発明の圧電アクチュエータでは、請求項１乃至５のいずれかに係る発明の効果に加え、第１の部分は、厚さ方向において湾曲変形方向に偏った位置に切欠きを有するので、第２の部分の変形に際して第１の部分の抵抗を少なくし、全体としての変形を大きくすることができる。
【００９７】
また、請求項７に係る発明の圧電アクチュエータでは、請求項６に係る発明の効果に加え、切欠きの内部に、複数の電極のうち対向する一方の電極の接続電極を有するので、板状体からの電極の引き出しを簡単に行うことができる。
【００９８】
【００９９】
また、請求項８に係る発明の流体移送装置では、請求項１乃至７のいずれかに係る発明の効果に加え、上記圧電アクチュエータを用いて流体収容室の容積を変化させて流体に圧力を加え、流体収容室の流体を移送させることができる。
【０１００】
また、請求項９に係る発明の流体移送装置では、請求項８に係る発明の効果に加え、複数個平面状に配置された流体収容室に跨って配置された板状体が、各流体収容室に対応してその動作部分を複数個有するので、各流体収容室の流体を個々に移送することができる。
【０１０１】
また、請求項１０に係る発明の流体移送装置では、請求項９に係る発明の効果に加え、板状体を、第１の部分に対して一対の第２の部分の面方向外側に位置する部分において、複数個の流体収容室をそれぞれ隔てる隔壁上に固定するので、第２の部分の隔壁とは反対側における変形量が大きくなり、それにともない流体収容室に対する第１の部分の変形量も大きくなって、全体として流体収容室を大きく容積変化させることができる。特に請求項４に係る発明においてこの構成を採ることで、第１の部分の両側で第２の部分がそれと反対側に湾曲することで、第１の部分の変形にともなう反作用がほぼ打ち消されて隣接する流体収容室に対し圧電アクチュエータが湾曲変形することが抑えられる。つまり、隣接する流体収容室へのクロストークを少なくすることができる。
【０１０２】
また、請求項１１に係る発明の流体移送装置では、請求項８乃至１０のいずれかに係る発明の効果に加え、流体収容室を噴射孔と連通させることで、流体収容室に収容される流体を噴射孔から噴射させることができる。
【０１０３】
また、請求項１２に係る発明の流体移送装置では、請求項１１に係る発明の効果に加え、動作部分が、流体収容室の容積を拡大する方向に変形し、その後、容積を縮小することで、流体を噴射孔から噴射するので、流体収容室の容積を拡大した際に生じた流体の圧力変化を利用して流体を噴射孔から効率をよく噴射することができる。
【０１０４】
【０１０５】
【０１０６】
また、請求項１３に係る発明の流体移送装置では、請求項２に記載の圧電アクチュエータを用い、第１および第２の部分を流体収容室の容積を拡大する方向に変形し、その後、容積を縮小することで、効率よく流体を移送させることができ、しかも流体収容室を拡大する場合のみ圧電アクチュエータに電圧を印加して流体を移送できるので、安全性を高くし、エネルギ効率をよくすることができる。
【０１０７】
また、請求項１４に係る発明の流体移送装置では、請求項２に記載の圧電アクチュエータを用い、第１および第２の部分を流体収容室の容積を縮小する方向に変形することで、流体を移送させるので、流体収容室を縮小する場合のみ圧電アクチュエータに電圧を印加して流体を移送できるので、安全性を高くし、エネルギ効率をよくすることができる。
【０１０８】
また、請求項１５に係る発明の流体移送装置では、請求項８に係る発明の効果に加え、圧電アクチュエータは、厚さ方向に貫通する貫通孔を有し、流体収容室を容積変化させることによって、当該貫通孔をとおして流体収容室の流体を移送させるので、流体収容室側の構成を簡略化して流体を移送させることができる。
【０１０９】
請求項１６に係る発明のインクジェットヘッドでは、請求項８乃至１５のいずれかに記載の流体移送装置を用い、小型でエネルギ効率のよいインクジェットヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、インクジェットプリンタ１０１の要部の斜視図である。
【図２】図２は、インクジェットヘッド１００の分解斜視図である。
【図３】図３は、キャビティプレート１０の分解斜視図である。
【図４】図４は、図２に示す１点鎖線Ａ−Ａ’における矢視方向からみたキャビティプレート１０の要部を拡大した分解断面斜視図である。
【図５】図５は、図２に示す１点鎖線Ｂ−Ｂ’における矢視方向からみた圧電アクチュエータ５０の要部を拡大した分解断面斜視図である。
【図６】図６は、図２に示す１点鎖線Ｃ−Ｃ’における矢視方向からみたインクジェットヘッド１００の部分断面図である。
【図７】図７は、図２に示す１点鎖線Ｄ−Ｄ’における矢視方向からみたインクジェットヘッド１００の部分断面図である。
【図８】図８は、圧電アクチュエータ５０の一部拡大断面図である。
【図９】図９は、圧電アクチュエータ５０に電圧を印加した場合の図６相当断面図である。
【図１０】図１０は、圧電アクチュエータ５０への電圧の印加を終了した場合の図６相当断面図である。
【図１１】図１１は、第２の実施の形態のインクジェットヘッド１００の部分断面図である。
【図１２】図１２は、第３の実施の形態のインクジェットヘッド１００の部分断面図である。
【図１３】図１３は、第４の実施の形態のインクジェットヘッド１００の部分断面図である。
【図１４】図１４は、第５の実施の形態のインクジェットヘッド１００の部分断面図である。
【図１５】 図１５は、第６の実施の形態のインクジェットヘッド３０１の圧力室３１０の長手方向に略平行な断面図である。
【図１６】 図１６は、第６の実施の形態のインクジェットヘッド３０１の圧力室３１０の配列方向に沿った断面図である。
【図１７】 図１７は、図１６に示す圧電アクチュエータプレート３０５と圧力室３１０の一部分の拡大図である。
【図１８】 図１８は、図１６の圧電アクチュエータプレート３０５が変形した状態を示す断面図である。
【図１９】 図１９は、図１８の動作を説明するための参考図である。
【図２０】 図２０は、第７の実施の形態のインクジェットヘッドの断面図である。
【図２１】 図２１は、図２０の圧電アクチュエータプレート３０５が変形した状態を示す断面図である。
【図２２】 図２２は、第８の実施の形態をインクジェットヘッドの断面図である。
【図２３】 図２３は、第９の実施の形態のインクジェットヘッド１００の部分断面図である。
【図２４】 図２４は、従来のインクジェットヘッド４２０の断面図である。
【図２５】 図２５は、図２４の圧電アクチュエータプレート４２１が変形した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１４ｃ 隔壁
１５ ノズル
１６ 圧力室
２４ 駆動電極
２５ コモン電極
５０ 圧電アクチュエータ
５１〜５６ 圧電シート
５７ 切欠き
１００ インクジェットヘッド
Ｆ 第１の部分
Ｓ 第２の部分
３０１ インクジェットヘッド
３０５ 圧電アクチュエータプレート
３０５ａ 第１の部分
３０５ｂ 第２の部分
３０６ 圧電アクチュエータ
３０６ａ 第１層
３０６ｂ 第２層
３０６ｃ 第３層
３０６ｄ 第４層
３０６ｅ 第５層
３０６ｆ 第６層
３０７ キャビティプレート
３０８ ノズルプレート
３０９ ノズル
３１０ 圧力室
３１０ｃ 隔壁
３２６，３２７，３２８，３２９，３３０ 電極
３３１ 第１の電極グループ
３３３ 第２の電極グループ
３３７，３３８，３３９，３４０ 活性部
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電アクチュエータ、それを用いた流体移送装置及びインクジェットヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、紙等の記録媒体に記録を行う記録装置として、例えばインクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３１２８８５７号公報
【０００４】
このインクジェットヘッド４２０は、図２４に示すように、図示外の駆動回路で発生した駆動電圧により駆動される圧電アクチュエータプレート４２１と、インクが通るためのインク流路を形成するキャビティプレート４２２と、インクを噴射するノズル４２４を備えたノズルプレート４２３とがそれぞれ上部、中間部及び下部に位置するように積層されて構成されている。キャビティプレート４２２は、上下に積層された３枚の層４２２ａ〜４２２ｃから構成されており、上側の層４２２ａにはインクを収容するための圧力室４３０が、下側の層４２２ｃには圧力室にインクを供給するためのマニホールド（図示外）及び圧力室４３０をノズル４２４に連通する連通孔４３２が、中間部の層４２２ｂには圧力室４３０とマニホールドとを連通するための連通孔（図示外）及び圧力室４３０をノズル４２４に連通する連通孔４３１がそれぞれエッチング等によって形成されている。
【０００５】
また、圧電アクチュエータプレート４２１は、チタン酸ジルコン酸鉛（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、圧電効果を有する複数の圧電セラミックス層４４０と、その層間に複数の内部電極４４５，４４６，４４７，４４８，４４９，４５０とを備えている。内部電極４４５〜４５０は、それぞれ圧力室４３０の中央部に対応する部分に設けられており、内部電極４４５〜４５０に挟まれた圧電セラミックス層４４０の部分は、内部電極４４５〜４５０に電圧が印加されることによりそれぞれ積層方向に伸長する活性部４５５，４５６，４５７，４５８，４５９となっている。そして、図２５に示すように、圧電アクチュエータプレート４２１の任意の圧力室４３０ａに対応する内部電極４４５〜４５０に電圧を印加すると、活性部４５５〜４５９に分極方向と平行な電界が生じ、活性部４５５〜４５９が積層方向に伸長して、圧力室４３０ａ内のインクに噴射のための圧力が付与される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の技術では、図２５に示すように、電極４４５〜４５０の平面形状がほぼ圧力室４３０の平面形状と対応しており、さらに上記のように積層することによって、圧電材料４４０の電極間に配置される部分の面積が大きくなり、静電容量が増えるので、圧電アクチュエータを高速駆動するための電流が大きくなり、エネルギ効率が悪くなるという問題があった。
【０００７】
また、インクを噴射する動作をした活性部４５５〜４５９が下に凸に変形することの反作用によって、圧力室４３０間の隔壁４３０ｃの上方部分を支点Ｐ１として隣接する圧力室４３０ｂの上方の圧電アクチュエータプレート４２１部分が上に凸となるように湾曲し、また、それと共に隔壁４３０ｃも圧力室４３０ａに向け傾斜する力を受ける。このように、任意の圧力室４３０ａにおいてインクを噴射する動作をすると、隣接する圧力室４３０ｂも容積変化しインクに圧力変動が生じて、その圧力室４３０ｂからインクを噴射するときに、インク液滴の噴射速度や体積がばらつく、いわゆるクロストークが生じることがあった。そして、そのために、インクジェットヘッド４２０の印字品質が悪くなるという問題点があった。
【０００８】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、電極間に配置される圧電材料の面積を小さくしても圧電材料板に十分な変形量を付与することができ、アクチュエータの各圧力室に対応する部分の変形が、他の圧力室に対応する部分に影響を及ぼすのを防止し、印字品質を高くでき、エネルギ効率の良好な圧電アクチュエータ、流体移送装置及びインクジェットヘッドを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【００１３】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明の圧電アクチュエータは、板状体と、当該板状体を変形させるための電界を発生する複数の電極とを備え、前記板状体は、その面方向に対して実質的に直交する方向に変形する動作部分の略中央に対応する第１の部分と、その第１の部分の前記面方向両側に対称に位置する一対の第２の部分とを有し、前記第１の部分は、厚さ方向の一方に偏った部分を、前記面方向に伸長または収縮させるように前記電極を複数備え、前記一対の第２の部分は、厚さ方向の前記一方とは反対側に偏った部分を、それぞれ前記面方向に伸長または収縮させるように前記電極を複数備え、前記板状体において、少なくとも前記複数の電極によって電界が印加される部分が圧電材料からなり、前記第１の部分の電極間に発生した電界により、その第１の部分を前記板状体の面方向に対して実質的に直交する一方向へ凸に湾曲変形させ、前記第２の部分の電極間に発生した電界により、その第２の部分を前記板状体の面方向に対して実質的に直交する他方向へ凸に湾曲変形させることを特徴とする構成となっている。このようにすることで、一対の第２の部分とその間の第１の部分を湾曲変形させ、両者共同して動作部分全体を大きく湾曲変形させることができる。
【００１４】
また、請求項２に係る発明の圧電アクチュエータは、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記第１の部分及び第２の部分の各電極は、それぞれ前記厚さ方向に偏った部分を前記厚さ方向に挟むように対向配置され、その挟まれた各部分はそれぞれ、前記電極の対向方向に分極されており、前記第１の部分及び第２の部分の対向する前記電極間に発生した電界により、前記第１の部分において厚さ方向の一方に偏った部分を、前記面方向に伸長または収縮させ、前記第２の部分において厚さ方向の他方に偏った部分を、前記面方向に伸長または収縮させることを特徴とする構成となっている。このようにすることで、一対の第２の部分とその間の第１の部分の厚さ方向にそれぞれ反対側の部分を伸長または収縮させて、動作部分全体を大きく湾曲変形させることができる。
【００１５】
また、請求項３に係る発明の圧電アクチュエータは、請求項１または２に記載の発明の構成に加え、前記第１の部分及び第２の部分は、その両者にわたって延びる共通の電極を有し、前記第１の部分は、その共通の電極の一部と対向する他の電極を有し、また前記第２の部分は、その第１の部分の他の電極と前記面方向にずれた位置で前記共通の電極の他の部分と対向する他の電極を有することを特徴とする構成となっている。このようにすることで、共通の電極を境にして第１の部分が湾曲変形するとともにその両側で第２の部分が反対方向に湾曲変形して、動作部分全体を大きく湾曲変形させることができる。
【００１６】
また、請求項４に係る発明の圧電アクチュエータは、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記板状体は、第１の部分に対して一対の第２の部分の前記面方向外側に位置する部分において、固定部位に固定されていることを特徴とする構成となっている。このようにすることで、第２の部分の変形が最大となり、第１および第２の部分全体での大きな変形を得ることができる。
【００１７】
また、請求項５に係る発明の圧電アクチュエータは、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記板状体は、その厚さ方向にシート状圧電材料が積層して構成され、前記複数の電極は、そのシート状圧電材料の間に配置されていることを特徴とする構成となっている。このようにすることで、電界強度を大きくし、駆動のための電圧を下げることができる。
【００１８】
【００１９】
また、請求項６に係る発明の圧電アクチュエータは、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記板状体の第１の部分は、前記厚さ方向において湾曲変形方向に偏った位置に切欠きを有することを特徴とする構成となっている。このようにすることで、変形しやすくなり、第２の部分の変形に際して、第１の部分の抵抗を少なくし、全体としての変形量を大きくすることができる。
【００２０】
また、請求項７に係る発明の圧電アクチュエータは、請求項６に記載の発明の構成に加え、前記切欠きは、前記板状体の一方の表面に開放した形状であり、前記複数の電極のうち対向する一方の電極に電力を供給するための接続電極を内部に有することを特徴とする構成となっている。このようにすることで、電極の引き出しを簡単に行うことができる。
【００２１】
【００２２】
また、請求項８に係る発明の流体移送装置は、請求項１乃至７のいずれかに記載の圧電アクチュエータを備え、前記板状体の前記動作部分を含む部分は、その板状体の変形にともなって、流体収容室の容積を変化させ、当該流体収容室の流体を移送させることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項９に係る発明の流体移送装置は、請求項８に記載の発明の構成に加え、前記流体収容室は、複数個平面状に配置され、前記板状体はその複数個の流体収容室に跨って配置されるとともに、各流体収容室に対応して前記動作部分を複数個有することを特徴とする構成となっている。このようにすることで、各流体収容室の流体を個々に移送することができる。
【００２４】
また、請求項１０に係る発明の流体移送装置は、請求項９に記載の発明の構成に加え、前記複数個の流体収容室はその間を隔壁により隔てられ、前記板状体は、第１の部分に対して一対の第２の部分の前記面方向外側に位置する部分において、前記隔壁上に固定されていることを特徴とする構成となっている。このようにすることで、第２の部分の隔壁とは反対側における変形量を大きくし、それにともない流体収容室に対する第１の部分の変形量を大きくして、流体収容室を大きく容積変化させることができる。
【００２５】
また、請求項１１に係る発明の流体移送装置は、請求項８乃至１０のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記流体収容室は、流体を噴射するための噴射孔に連通していることを特徴とする構成となっている。このようにすることで、流体収容室から移送した流体を噴射孔から噴射することができる。
【００２６】
また、請求項１２に係る発明の流体移送装置は、請求項１１に記載の発明の構成に加え、前記動作部分は、前記流体収容室の容積を拡大する方向に変形し、その後、容積を縮小することで、前記流体を前記噴射孔から噴射することを特徴とする構成となっている。このようにすることで、流体収容室の容積を拡大した際に生じた流体の圧力変動を利用して流体を噴射孔から噴射することができる。
【００２７】
【００２８】
【００２９】
また、請求項１３に係る発明の流体移送装置は、請求項２に記載の圧電アクチュエータの前記動作部分を流体収容室と対向配置し、前記第１の部分の前記電極を前記流体収容室に近い側の偏った位置に配置し、前記第２の部分の前記電極を前記流体収容室から遠い側の偏った位置に配置し、それぞれ前記電界を発生する方向は分極方向と平行であって、前記電界が発生した部分を、それぞれ前記面方向に収縮させることにより、前記第１および第２の部分を流体収容室の容積を拡大する方向に変形し、その後、容積を縮小することで、当該流体収容室の流体を移送させることを特徴とする構成となっている。このようにすることで、請求項２に記載の圧電アクチュエータを用い、流体収容室に生じた流体の圧力変動を利用して流体を移送することができる。
【００３０】
また、請求項１４に係る発明の流体移送装置は、請求項２に記載の圧電アクチュエータの前記動作部分を流体収容室と対向配置し、前記第１の部分の前記電極を前記流体収容室から遠い側の偏った位置に配置し、前記第２の部分の前記電極を前記流体収容室に近い側の偏った位置に配置し、それぞれ前記電界を発生する方向は分極方向と平行であって、前記電界が発生した部分を、それぞれ前記面方向に収縮させることにより、前記第１および第２の部分を流体収容室の容積を縮小する方向に変形することで、当該流体収容室の流体を移送させることを特徴とする構成となっている。このようにすることで、請求項５に記載の圧電アクチュエータを用いて流体を移送することができる。
【００３１】
また、請求項１５に係る発明の流体移送装置は、請求項８に記載の発明の構成に加え、前記圧電アクチュエータは、厚さ方向に貫通する貫通孔を有し、前記流体収容室の容積変化によって、当該貫通孔をとおして流体収容室の流体を移送させることを特徴とする構成となっている。このようにすることで、流体収容室側の構成を簡略化して流体を移送させることができる。
【００３２】
また、請求項１６に係る発明のインクジェットヘッドは、請求項８乃至１５のいずれかに記載の流体移送装置を用い、前記流体収容室にインクを収容し、前記板状体の変形にともなって、前記噴射孔からインクを噴射することを特徴する構成となっている。このようにすることで、請求項１３乃至２２のいずれかに記載の流体移送装置を用い、流体収容室内のインクを噴射することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した第１の実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、図１を参照して、圧電アクチュエータを備えた流体移送装置の一例であるインクジェットヘッド１００を搭載したインクジェットプリンタ１０１の構造について説明する。図１は、インクジェットプリンタ１０１の要部の斜視図である。
【００３４】
図１に示すように、インクジェットプリンタ１０１は、被記録媒体である用紙１１１を搬送する用紙搬送手段としてのプラテンローラ１１０と、インクが充填されるインクカートリッジ１１６およびプラテンローラ１１０上にセットされる用紙１１１に印刷するためプラテンローラ１１０と対向する位置に配置されたインクジェットヘッド１００が搭載されるキャリッジ１１８とを備えている。プラテンローラ１１０は、軸１１２によりフレーム１１３に回転可能に取り付けられており、モータ１１４によって回転駆動される。キャリッジ１１８は、プラテンローラ１１０の軸線に平行に配設された２本のガイドロッド１２０に摺動可能に支持されるとともに、一対のプーリ１２２に巻きかけられたタイミングベルト１２４に接合されている。そして、一方のプーリ１２２がモータ１２３によって正逆回転駆動されることでキャリッジ１１８がプラテンローラ１１０に沿って往復移動されるようになっている。
【００３５】
用紙１１１は、インクジェットプリンタ１０１の側方に設けられた給紙カセット（図示外）から給紙され、インクジェットヘッド１００とプラテンローラ１１０との間に搬送されて、インクジェットヘッド１００から噴射されるインクにより所定の印刷がなされ、その後、排紙される。尚、図１において、用紙１１１の給紙機構および排紙機構の図示を省略している。
【００３６】
次に、図２〜図７を参照して、第１の実施の形態の圧電アクチュエータ５０を備えたインクジェットヘッド１００の構造について説明する。図２は、インクジェットヘッド１００の分解斜視図である。図３は、キャビティプレート１０の分解斜視図である。図４は、図２に示す１点鎖線Ａ−Ａ’における矢視方向からみたキャビティプレート１０の要部を拡大した分解断面斜視図である。図５は、図２に示す１点鎖線Ｂ−Ｂ’における矢視方向からみた圧電アクチュエータ５０の要部を拡大した分解断面斜視図である。図６は、図２に示す１点鎖線Ｃ−Ｃ’における矢視方向からみたキャビティプレート１０および圧電アクチュエータ５０の部分断面図である。図７は、図２に示す１点鎖線Ｄ−Ｄ’における矢視方向からみたキャビティプレート１０および圧電アクチュエータ５０の部分断面図である。
【００３７】
図２に示すように、インクジェットヘッド１００は、複数枚の積層型のキャビティプレート１０と、キャビティプレート１０に対して接着剤または接着シートを介して接着・積層されるプレート型の圧電アクチュエータ５０と、その上面に、外部機器との電気的接続を行うためのフレキシブルフラットケーブル４０とが接着剤にて重ね接合されて構成されており、最下層のキャビティプレート１０の下面側に開口されたノズル１５（図３参照）から下向きにインクが噴射するようになっている。
【００３８】
次に、図３に示すように、キャビティプレート１０は、ノズルプレート１１と、二枚のマニホールドプレート１２と、スペーサプレート１３と、ベースプレート１４との五枚の薄い金属板をそれぞれ接着剤にて重ね積層した構造となっている。これらの各プレート１１〜１４は、例えば４２％ニッケル合金鋼板（４２合金）製で、５０μm〜１５０μm程度の厚さを有している。
【００３９】
また、図４，図６，図７に示すように、ベースプレート１４には、長手方向の中心線１４ａ，１４ｂに対して直交する方向に延びる細幅の複数の圧力室１６が千鳥状配列で穿設されている。各圧力室１６の間は隔壁１４ｃによって隔てられている。また、各圧力室１６に対応して、それぞれの圧力室１６よりもベースプレート１４の短手方向の両端側の位置にインク供給孔１６ｂがそれぞれ穿設されており、その間に凹設された絞り部１６ｄによって、各圧力室１６と各インク供給孔１６ｂとがそれぞれ接続されている。各インク供給孔１６ｂは、スペーサプレート１３の短手方向における左右両側部位に穿設された各インク供給孔１８を介して、マニホールドプレート１２における共通インク室１２ａに連通している。ここで、各絞り部１６ｄにおけるインクが流れる方向と直交する断面積は、各圧力室１６における断面積より小さい構造となっている。これは、絞り部１６ｄの断面積を小さくすることにより、流路抵抗を増すためである。また、各圧力室１６の一端部１６ａは、ノズルプレート１１における千鳥状配列のノズル１５に、スペーサプレート１３および二枚のマニホールドプレート１２に、同じく千鳥状配列で穿設されている微小径の貫通孔１７を介して連通している。尚、圧力室１６が、本発明における「流体収容室」である。
【００４０】
そして、図３，図６，図７に示すように、ベースプレート１４およびスペーサプレート１３には、インクカートリッジ１１６からインクをマニホールドプレート１２における共通インク室１２ａに供給するためのインク供給孔１９ａ，１９ｂが、それぞれ穿設されている。二枚のマニホールドプレート１２には、ノズルプレート１１における複数のノズル１５のなす列を挟み、共通インク室１２ａが長手方向に沿って２つ設けられている。共通インク室１２ａは各マニホールドプレート１２に貫通して形成されている。この共通インク室１２ａは、ベースプレート１４における複数の圧力室１６がなす面と平行な面内に位置し、かつ、この複数の圧力室１６よりも、ノズルプレート１１側に、複数のノズル１５がなす列方向に長く延びるように、二枚のマニホールドプレート１２に設けられている。
【００４１】
また、共通インク室１２ａは、インク供給孔１９ａ，１９ｂから離れた端部（Ｃ部）において、インク供給孔１９ａ，１９ｂから離れる方向に、その断面積が一定割合で減少する形状である。これは、共通インク室１２ａの端部（Ｃ部）に溜まりやすい残留気泡を排出しやすいようにするためである。この共通インク室１２ａは、二枚のマニホールドプレート１２に対するノズルプレート１１およびスペーサプレート１３の積層により密閉される構造になっている。
【００４２】
ノズルプレート１１には、微小径、例えば２５μｍ程度の複数のインク噴射用のノズル１５が、ノズルプレート１１における長手方向の中心線１１ａ，１１ｂに沿って、微小ピッチＰの間隔で千鳥状配列で穿設されている。そして、それぞれのノズル１５は、マニホールドプレート１２の貫通孔１７のそれぞれに対応している。尚、ノズル１５が、本発明における「噴射孔」である。
【００４３】
次に、図５〜図７に示すように、圧電アクチュエータ５０は、チタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）の圧電セラミックス材料からなる６枚の圧電シート５１，５２，５３，５４，５５，５６を積層した構造である。これら圧電シート５４〜５６の各上面には、後述する各電極が、例えば導電性ペースト材料を使用したスクリーン印刷または導電材料の蒸着により形成される。尚、圧電シート５１〜５６からなる集合体が、本発明における「板状体」である。
【００４４】
圧電シート５４，５６の上面には、キャビティプレート１０における各圧力室１６毎に対応した複数の駆動電極２４が、キャビティプレート１０の平面方向における各圧力室１６の面積分をそれぞれ覆うように、圧電シート５４，５６の長手方向に対して直交する方向に延びる電極として千鳥状配列に設けられている。この各駆動電極２４は、それぞれ対応した圧力室１６の外周部分に沿って配置されるように環状に形成されており、各駆動電極２４の一端から延設された配線部２４ａは、圧電アクチュエータ５０の表裏面５０ａ，５０ｂと直交する長手方向の左右側面５０ｃにそれぞれ露出するように形成されている。
【００４５】
また、圧電シート５３，５５の上面には、複数の圧力室１６に対して共通な接地電極としての複数のコモン電極２５が、それぞれ駆動電極２４と対応する位置に、同様に千鳥状配列に設けられている。この各コモン電極２５は駆動電極２４と同形状を有しており、それぞれのコモン電極２５の一端から延設された配線部２５ａが、圧電シート５３，５５の長手方向の中央部分に延びる共通配線部２５ｂにそれぞれ接続されている。そして、共通配線部２５ｂの両端は、圧電シート５３，５５の長手方向の両縁端に沿って延設された共通配線部２５ｃに接続され、この共通配線部２５ｃの両端は、各駆動電極２４の配線部２４ａと同様、左右側面５０ｃに露出するように形成されている。
【００４６】
尚、電極２８，２９は、いわゆる捨てパターンの電極で、圧電シート５３〜５６の長手方向の両端に沿って各配線部２４ａ，２５ａに対応する位置にそれぞれ設けられている。
【００４７】
また、圧電アクチュエータ５０の左右側面５０ｃには、各駆動電極２４の配線部２４ａに対応する第１の凹み溝３０と、コモン電極２５の共通配線部２５ｃの両端に対応する第２の凹み溝３１とが、圧電シート５１〜５６の積層方向に延びるようにそれぞれ設けられている。各第１の凹み溝３０内には、各駆動電極２４と各捨てパターンの電極２９とをそれぞれ電気的に接続する側面電極（図示外）が形成されている。同様に、第２の凹み溝３１内には、各コモン電極２５と各捨てパターンの電極２８とをそれぞれ電気的に接続する側面電極（図示外）が形成されている。そして、図２に示すように、圧電アクチュエータ５０の上面（積層された圧電シート５６側）の上面には絶縁シート２３が接着され、各側面電極がその絶縁シートの上面に設けられた電極２６，２７にそれぞれ接続される。すなわち、各駆動電極２４は各電極２６に、また、各コモン電極２５は電極２７にそれぞれ電気的に接続される。そして、各電極２６，２７が、フレキシブルフラットケーブル４０のそれぞれ対応する接点（図示外）に接続される。尚、上記電極の引き出し方法のほか、圧電シートを積層方向に貫通する電気的なスルーホールを用いることもできる。
【００４８】
駆動電極２４を有する圧電シート５４，５６と、コモン電極２５を有する圧電シート５３，５５は交互に積層され、それらの圧力室１６側にはさらに電極のないシート５１，５２が積層されて一体に焼成されている。そして、公知のようにコモン電極２５をグランド（ＧＮＤ）に接続し、駆動電極２４に分極用の高い正電圧を、電極２６，２７を介して印加することで、圧電シート５４，５５，５６の積層方向において電極２４，２５間に挟まれた部分は、駆動電極２４からコモン電極２５に向かう方向Ｐに分極されている（図８参照）。
【００４９】
圧電アクチュエータ５０の電極２４，２５は、平面方向からみて、図６、図７に示すように、圧力室１６の外周に沿って環状に位置する。この圧電アクチュエータ５０において、平面方向からみて電極２４，２５を有する部分を本発明における「第２の部分」Ｓとし、第２の部分Ｓに囲まれる部分を本発明における「第１の部分」Ｆとする。つまり、断面方向において第１の部分Ｆの両側に一対（実際には環状に連続しているが）の第２の部分Ｓが位置している。電極２４，２５は、各第２の部分Ｓの厚さ方向において圧力室１６から遠い側に偏って位置している。圧電シート５４，５５，５６の積層方向において電極２４，２５間に挟まれた部分は電圧の印加によって圧電効果の変形をする圧力発生部を構成し、第１の部分Ｆと第２の部分Ｓは、その圧力発生部の変形にもとづいて変形する１つの動作部分を構成する。
【００５０】
圧電アクチュエータ５０は、１つの第１の部分Ｆとその両側の第２の部分Ｓからなる動作部分を圧力室１６に対応させてキャビティプレート１０と接合される。このとき、第１の部分Ｆに対して第２の部分Ｓの外側（つまり隣接する動作部分間）の下面部分が圧力室１６間の隔壁１４ｃ上に固着される。隔壁１４ｃは本発明の「固定部位」を構成する。
【００５１】
図６に示すように、初期状態において、駆動電極２４とコモン電極２５とはいずれもグランド（ＧＮＤ）に接続されており、すなわちその電位は０Ｖとなっている。また、共通インク室１２ａから供給されたインクで、圧力室１６からノズル１５の先端までインクで満たされている。
【００５２】
次に、図９に示すように、所定の印刷データに基づいて、１つの圧力室１６に連通するノズル１５からインクを噴射する場合には、その圧力室１６に対応する部分の圧力発生部に駆動電圧が印加される。すなわち、コモン電極２５をグランド（ＧＮＤ）に接続したまま、駆動電極２４に、例えば２０Ｖの駆動電圧が印加される。このとき、各駆動電極２４と各コモン電極２５との間の圧電シート５４〜５６の各部分は、図８に示すように、各分極方向Ｐと電界方向Ｅとが一致しているため、圧電縦効果によって分極方向Ｐに伸びようとするが、分極方向の厚さよりもそれと直交する面方向の寸法の方が十分に大きいため、圧電横効果によって面方向Ｈに大きく収縮する。
【００５３】
しかし、圧力発生部が面方向Ｈに収縮する一方、それと積層方向に隣接する圧電シート５１〜５３は電極に挟まれていないので変形せず、図９に示すように、第２の部分Ｓは全体として、圧力発生部側を凹として湾曲することになる。このとき、第２の部分Ｓは一方の外側を隔壁１４ｃに固定されているので、第２の部分Ｓの湾曲は、第１の部分Ｆ側においてキャビティプレート１０から離れる方向に大きく生じる。また、１つの圧力室１６においてその外周寄りの一対の第２の部分Ｓの湾曲はその中央に対して対称に生じるので、第１の部分Ｆは、第２の部分Ｓの湾曲によって圧電アクチュエータの面方向に対して実質的に直交する方向に押し上げられながらその押し上げ方向に凸をなして湾曲する。つまり、第２の部分Ｓ、第１の部分Ｆともに、圧力室１６の容積を増大する方向に湾曲する。その結果、圧力室１６の内圧が減少して負圧となるため、共通インク室１２ａから圧力室１６にインクが供給される。
【００５４】
このとき、圧力室１６内では圧力波が発生する。そして、公知のように、圧力室１６内で発生した圧力波が圧力室１６の長手方向に片道伝搬する時間経過すると、圧力室１６内の圧力が正に転ずるので、このタイミングに合わせて駆動電極２４に印加されている電圧を解除し、０Ｖに戻す。すると、図１０に示すように、圧電アクチュエータ５０の圧力発生部が変形前の状態に戻り、第１および第２の部分Ｆ，Ｓも、もとの平坦な状態に弾性復帰する。
【００５５】
このとき、正に転じた圧力波による圧力と、圧電アクチュエータ５０の復帰による圧力とが合成されることによって、比較的高い圧力が圧力室１６に連通するノズル１５付近に生じて、インク液滴１５０がノズル１５から噴射される。本実施の形態のインクジェットヘッド１００では、このような、いわゆる引き打ちを行うことが可能である。尚、上記の第１の実施の形態の圧電アクチュエータ５０を構成する６枚の圧電シート５１，５２，５３，５４，５５，５６の内のキャビティプレート１０側から三枚の圧電シート５４，５５，５６は、圧電材料でなく、例えば、金属でも良い。
【００５６】
次に、図１１を参照して、第２の実施の形態の圧電アクチュエータ５０を備えたインクジェットヘッド１００について説明する。尚、この実施の形態のインクジェットヘッド１００のキャビティプレート１０の構造は、第１の実施の形態において説明したものと同様である。
【００５７】
圧電アクチュエータ５０は、前記実施の形態と同様に圧力室１６に対応して第１の部分Ｆと一対の第２の部分Ｓを有する。この実施の形態においては、第２の部分Ｓは、圧電アクチュエータの厚さ方向において圧力室寄りの圧電シート５１〜５３間に電極２４，２５を有する。コモン電極２５は、圧力室１６の外周に沿って圧電シートの積層方向に各層間に配置されている。駆動電極２４は、そのコモン電極２５から内側に面方向に間隔をおいて、圧電シートの積層方向に各層間に配置されている。圧電シートの分極は、駆動電極２４に高い正電圧を印加し、コモン電極２５をグランド（ＧＮＤ）に接続することで、圧電シートの面方向Ｐに行われる。
【００５８】
このように駆動電極２４とコモン電極２５とが配置された圧電アクチュエータ５０では、インクジェットプリンタ１０１の印刷時において、前記実施の形態と同様に、初期状態では駆動電極２４とコモン電極２５とはいずれもグランド（ＧＮＤ）に接続されている。そして、所定の印刷データに基づいて、１つの圧力室１６に連通するノズル１５からインクを噴射する場合に、コモン電極２５をグランド（ＧＮＤ）に接続したまま、駆動電極２４に駆動電圧が印加されると、内側の駆動電極２４から外側のコモン電極２５方向に分極方向Ｐと一致する電界Ｅが発生し、圧電縦効果によって圧電アクチュエータ５０の面方向に配置された駆動電極２４とコモン電極２５との間の距離が伸びる。
【００５９】
このとき、電極の配置されていない圧電シート５４〜５６には変形が生じず、面方向に伸びようとする圧電シート５１〜５３との間でユニモルフ的な変形が発生する。すなわち、第２の部分Ｓにおいて、圧電シート５４〜５６側を内側方向とする湾曲が発生する。しかし、前記実施の形態と同様に、圧力室１６の外周部分が固定されているので、第２の部分Ｓは、圧力室１６の略中央側が上向きに大きく変形することになり、それにともない第１の部分Ｆも圧力室１６から離れる方向に上向きに湾曲する。そして、駆動電極２４に印加されている電圧が解除されると圧電アクチュエータ５０がもとの平坦な状態に弾性復帰し、圧力室１６内のインクに圧力が加えられることによってインクがノズル１５から噴射される。
【００６０】
次に、図１２を参照して、第３の実施の形態の圧電アクチュエータ５０を備えたインクジェットヘッド１００について説明する。本実施の形態の圧電アクチュエータ５０は、第１の実施の形態の圧電アクチュエータ５０の構成に加え、第１の部分Ｆには、厚さ方向において湾曲変形方向に偏った位置、すなわち圧力室１６とは反対側の面に、切欠き５７が形成されている。そして、この切欠き５７の内面および圧電アクチュエータ５０の表面に連続して導電材料を蒸着する等して接続電極５８が形成されている。駆動電極２４またはコモン電極２５のいずれか一方から延びる配線がこの接続電極５８に接続され、接続電極５８を介して外部電源と接続される。
【００６１】
この切欠き５７によって、第１の部分Ｆの厚みが圧力室１６寄りの部分のみとなって、第１の部分Ｆにおける剛性が低下する。つまり第２の部分Ｓが変形によって第１の部分Ｆを湾曲させる際の抵抗が小さくなり、第２の部分Ｓの変形量が大きくなるとともに第１の部分Ｆの変形量も大きくなり、圧力室１６の容積変化を大きくできる。尚、上記切欠きに代えて、第１の部分Ｆの一部に剛性の低い材料を使用したり、あるいは第１の部分Ｆの一部に中空の部分を形成することでも、上記のように圧電アクチュエータ５０を変形しやすくできる。
【００６２】
次に、図１３を参照して、第４の実施の形態の圧電アクチュエータ５０を備えたインクジェットヘッド１００について説明する。本実施の形態の圧電アクチュエータ５０は、第１の実施の形態の圧電アクチュエータ５０の構成に加え、第１の部分Ｆにはその圧電シート５１〜５６を貫通して微小径の貫通孔５０ｄが穿設されている。そして、ノズルプレート１１は、圧電アクチュエータ５０の圧力室１６とは反対側の表面５０ａ側に接着され、各圧力室１６に接続されているそれぞれの貫通孔５０ｄに対応する位置に、ノズル１５がそれぞれ穿設され、各圧力室１６と連通されている。
【００６３】
本実施の形態では、圧電アクチュエータ５０に電圧が印加された場合の圧電アクチュエータ５０の変形動作については第１の実施の形態と同様であり、これと接合されているノズルプレート１１のノズル１５の開口部分もその変形にともなって変形し、圧力室１６の容積を増大させる。そして、圧電アクチュエータ５０が復帰することで、インクに圧力が加えられ、貫通孔５０ｄを通ってノズル１５からインクが噴射される。
【００６４】
図１４は、第５の実施の形態を示すもので、基本的には第１の実施の形態と同様の構造を有するものであるが、電極２４，２５の幅を変えている。すなわち、図面において上、つまり湾曲変形の内側に近い電極２４，２５ほど面方向の幅Ｗ１を大きく、図面において下、つまり湾曲変形の外側の電極２４，２５ほど面方向の幅Ｗ２を小さくしている。圧力室１６に対して電極２４，２５の外周側を厚さ方向（積層方向）に並んで配置し、圧力室１６の内側方向に電極２４，２５の先端を階段状に配列している。
【００６５】
湾曲変形の内側に近い圧力発生部ほど面方向の収縮力を大きくする必要があるが、湾曲変形の外側に近い圧力発生部では収縮力は小さくてもよいので、このようにすることで、湾曲変形量を維持しながら、電極の全体の面積を小さくして静電容量をより一層小さくし、電流量を下げることができる。
【００６６】
次に、本発明の第６の実施の形態について、図１５乃至図１９を参照して説明する。図１５は、インクジェットヘッド３０１を、圧力室の長手方向と略平行に切断した断面図であり、図１６は、インクジェットヘッド３０１を、圧力室の配列方向に沿って切断した断面図であり、図１７は、図１６に示す圧電アクチュエータプレート３０５と圧力室３１０の一部分の拡大図である。図１５及び図１６に示すように、インクジェットヘッド３０１では、図６で説明した実施の形態と同様に圧電アクチュエータ３０６と、キャビティプレート３０７とからなる。
【００６７】
キャビティプレート３０７は、図６で説明したキャビティプレート１０と基本的には同様の構造であるが、最上部の第１の層３０７ａがベースプレート１４に、第２の層３０７ｂがスペーサプレート１５に、第３の層３０７ｃが２枚のマニホールドプレート１２，１２にそれぞれ対応する。第１の層３０７ａには、隔壁３１０ｃによって隔てられた複数の圧力室３１０が形成され、第３の層３０７ｃには、マニホールド流路すなわち共通インク室３１５が形成されている。各圧力室３１０は、第２の層３０７ｂに設けられたインク供給孔３１２によって共通インク室３１５に接続され、また、第２の層３０７ｂ及び第３の層３０７ｃに設けられた貫通孔３１１によって最下層のノズルプレート３０８のノズル３０９にそれぞれ接続されている。これら各室及び孔は、キャビティプレート１０のそれと同様に機能する。
【００６８】
圧電アクチュエータ３０６は、図６で説明した圧電アクチュエータ５０と基本的には同様に複数の圧電シート３０６ａ〜３０６ｆ間に後述する各電極３２６〜３４０を挟んで積層した構造である。
【００６９】
本実施の形態では、圧電アクチュエータ３０６において各圧力室３１０の周辺部分（図１５で圧力室３１０の長手方向両端部分及び図１６で圧力室３１０の左右両端部分からなる環状の部分）に対応する部分（以下、「第２の部分」という。）３０５ｂに、電極３２７，３２８，３２６がその第１〜第４層３０６ａ〜３０６ｄの間に挟まれて設けられている。電極３２７，３２８は圧力室３１０の周辺に沿って環状をなしている。また、第２の部分３０５ｂに囲まれる各圧力室３１０の中央部分に対応する圧電アクチュエータ３０６の部分（以下、「第１の部分」という。）３０５ａに、電極３２６，３２９，３３０がその第３〜第６層３０６ｃ〜３０６ｆの間に挟まれて設けられている。圧電アクチュエータ３０６は、第１の部分３０５ａに対して第２の部分３０５ｂの外側の部分で圧力室３１０間の隔壁３１０ｃに固着されている。
【００７０】
第１の部分３０５ａの電極３２６，３２９，３３０は、圧電シート３０６ａ〜３０６ｃの積層方向に相互に対向した第１の電極グループ３３１を構成し、第２の部分３０５ｂの電極３２７，３２８，３２６は、圧電シート３０６ｄ〜３０６ｆの積層方向に相互に対向した第２の電極グループ３３３を構成している。電極３２６は、第１の部分と第２の部分との両方に渡って延び、第１及び第２の電極グループ３３１，３３３に共通の共通電極として設けられている。
【００７１】
電極３２６〜３３０に挟まれる圧電シート３０６ｂ〜３０６ｅの部分は、電極３２６〜３３０を図１７に示すように積層方向に交互に正電源（＋）とグランド（Ｇ）とに接続し、公知のように分極用の高電圧を印加することで、積層方向に交互の向き（矢印ｄ方向）に分極される。そして、電極３２６〜３３０に挟まれた部分は、駆動電圧の印加によって変形する活性部３３７〜３４０を構成する。これにより、第１の部分３０５ａは、圧電アクチュエータ３０６の圧力室３１０側に活性部３３９，３４０を有し、圧力室と反対側に不活性な層３０６ａ〜３０６ｃを有している。また、第２の部分３０５ｂは、圧電アクチュエータ３０６の圧力室３１０と反対側に活性部３３７，３３８を有し、圧力室側に不活性な層３０６ｄ〜３０６ｆを有している。
【００７２】
そして、電極３２６〜３３０を図１７に示すように分極時と同様に積層方向に交互に正電源（＋）とグランド（Ｇ）とに接続し、分極時よりも低い駆動電圧を印加すると、活性部３３７〜３４０に分極方向ｄと平行な電界が生じ、活性部３３７〜３４０が積層方向と直交する方向、つまり各層の面と平行な方向に収縮する。一方、各部分３０５ａ，３０５ｂにおいて不活性な層は収縮しないので、第１の部分３０５ａは、上方へ凸となるように湾曲すると共に、第２の部分３０５ｂは、下へ凸となるように湾曲する。その結果、圧力室３１０は、図１８に示すように容積を広げ、共通インク室３１５からインクを吸引する。その後、各電極への電圧の印加を停止すると、圧電アクチュエータ３０６は、図１６に示すように平坦な状態に復帰し、その復帰動作により、圧力室３１０内のインクに圧力を付与し、ノズル３０９からインク液滴を噴射する。尚、活性部３３７〜３４０は、上記収縮動作と同時に、分極方向ｄと平行な方向に伸長するが、圧電シートの積層数が少ないので、収縮量に比して伸長量はごく僅かであり、インクの噴射動作にはほとんど影響しない。
【００７３】
上記実施の形態において、仮に第２の部分３０５ｂに電極３２７，３２８が存在しない場合、図１９に示すように、第１の部分３０５ａの電極３２６，３２９，３３０への電圧の印加のみで圧力室３１０ａの上方に対応する圧電アクチュエータ３０６の部分が一様に凸に湾曲することになり、従来の技術において説明したと同様に、その反作用で隔壁３１０ｃの上方の位置を支点Ｐ１として、隣接する圧力室３１０ｂに対応する圧電アクチュエータ３０６の部分が下方に凸に湾曲する。また、それに伴い圧力室間の隔壁３１０ｃも傾斜する。つまり、クロストークを生じることになる。
【００７４】
しかし、上記実施の形態では、凸に湾曲した第１の部分３０５ａの両側で、それとは反対方向に第２の部分３０５ｂが凸に湾曲することで、第１の部分３０５ａの変形に伴う反作用がほぼ打ち消され、隣接する圧力室３１０ｂに対応する圧電アクチュエータ３０６の部分、及び圧力室間の隔壁３１０ｃへの影響が抑えられる。従って、隣接する圧力室へのクロストークが少なくなり、噴射するインク液滴の速度や体積がほぼ均一になり、印字品質が向上する。
【００７５】
図２０、図２１は第７の実施の形態を示すものである。この実施の形態においては、第１の部分３０５ａの電極３７０，３７１，３７２を、圧力室３１０とは反対側寄りの圧電アクチュエータ３０６の層間に配置し、第２の部分３０５ｂの電極３７２，３７３，３７４を、圧力室３１０寄りの圧電アクチュエータ３０６の層間に配置している。つまり、前記第６の実施の形態とは、圧電アクチュエータ３０６を上下逆にしたものである。この場合、電極３７０〜３７４に電圧を印加すると、図２１に示すように、圧電アクチュエータ３０６が圧力室３１０側に湾曲するように、第１及び第２の部分がそれぞれ前記第６の実施の形態と上下逆であるが同様に変形し、インクに噴射圧力を付与する。
【００７６】
また、図２２は、第８の実施の形態を示すものである。この実施の形態において、圧電アクチュエータ３９２は、２層の圧電シート３９３ａ，３９３ｂから構成される。両層間に共通の電極３９５が第１の部分３９２ａと第２の部分３９２ｂとに渡って配置され、一方の層３９３ｂの第１の部分３９２ａの外面に、共通の電極３９５の中央と対向する電極３９６が、他一方の層３９３ａの第２の部分３９２ｂの外面に、共通の電極３９５の周辺部と対向する電極３９４が設けられている。第１の部分３９２ａの電極３９５，３９６間に挟まれる層の部分３９９、及び第２の部分３９２ｂの電極３９４，３９５間に挟まれる層の部分３９７，３９８が、それぞれ第６の実施の形態と同様に分極されている。
【００７７】
そして、電極３９５と３９６との間、及び電極３９４と３９５との間に、駆動電圧を印加することで、各部分において電極間に挟まれた部分が層の積層方向と直交する方向に収縮し、電極間に挟まれていない部分が収縮しないから、第１の部分が凸に湾曲すると同時にその両側で第２の部分が反対方向に凸に湾曲することは、第６の実施の形態と同様である。図２２の構成では、第６の実施の形態と同様に、圧力室３１０の容積を拡大してから圧電アクチュエータ３９２が復帰してインクを噴射するが、第７の実施の形態と同様に圧力室３１０の容積を縮小してインクを噴射するように構成することもできる。
【００７８】
第６から第８の実施の形態は、第１から第５の実施形態に比して、第１の部分の電極が追加されているから、その分だけ、静電容量が増加するが、図２４で説明した構成に比して第１の部分及び第２の部分の不活性部分に電極がない分だけ静電容量を減少させ、電流量を下げることができる。
【００７９】
次に、図２３を参照して、第９の実施の形態の圧電アクチュエータ５０を備えたインクジェットヘッド１００について説明する。尚、この実施の形態のインクジェットヘッド１００のキャビティプレート１０の構造は、第１及び第２の実施の形態において説明したものと同様である。
【００８０】
この第９の実施の形態の圧電アクチュエータ５０は、前記実施の形態と同様に圧力室１６に対応して第１の部分Ｆと一対の第２の部分Ｓとを有する。この第９の実施の形態においては、第１の部分Ｆは、圧電アクチュエータの厚さ方向において圧力室１６から外側寄りの圧電シート５４〜５６間に電極２４，２５を有する。また、第２の部分Ｓは、圧電アクチュエータの厚さ方向において圧力室寄りの圧電シート５１〜５３間に電極２４，２５を有する。
【００８１】
また、第１の部分Ｆにおいては、駆動電極２４は、圧力室１６の中央に対向する位置の圧電シート５４，５５，５６の各層間に配置され、また、コモン電極２５は、その駆動電極２４の圧電シートの面方向両側に間隔をおいて各々配置されている。この第９の実施の形態の圧電アクチュエータ５０の第１の部分Ｆにおいては、圧電シート５４，５５，５６の分極は、駆動電極２４に高い正電圧を印加し、駆動電極２４を挟んで配置されている一対のコモン電極２５をグランド（ＧＮＤ）に接続することで、図２３に示すＰ２方向に行われる。
【００８２】
また、第２の部分Ｓにおいては、駆動電極２４は、圧力室１６の外周に沿って圧電シート５１，５２，５３の積層方向に各層間に配置されている。コモン電極２５は、その駆動電極２４から内側（圧力室１６の中心方向側）に面方向に間隔をおいて、圧電シート５１，５２，５３の積層方向に各層間に配置されている。圧電シート５１，５２，５３の分極は、駆動電極２４に高い正電圧を印加し、コモン電極２５をグランド（ＧＮＤ）に接続することで、圧電シートの面方向Ｐ１に行われる。
【００８３】
このように駆動電極２４とコモン電極２５とが配置された圧電アクチュエータ５０では、インクジェットプリンタ１０１の印刷時において、前記実施の形態と同様に、初期状態では駆動電極２４とコモン電極２５とはいずれもグランド（ＧＮＤ）に接続されている。そして、所定の印刷データに基づいて、１つの圧力室１６に連通するノズル１５からインクを噴射する場合に、コモン電極２５をグランド（ＧＮＤ）に接続したまま、駆動電極２４に駆動電圧が印加されると、第１及び第２の部分Ｆ，Ｓにおいてそれぞれ駆動電極２４からコモン電極２５方向に分極方向Ｐ１，Ｐ２と一致する電界Ｅが発生し、圧電縦効果によって圧電アクチュエータ５０の面方向に配置された駆動電極２４とコモン電極２５との間の距離が伸びる。
【００８４】
このとき、一対の第２の部分Ｓは、第２の実施の形態（図１１）と同様に、圧電シート５４〜５６側を内側方向とする湾曲を生じ、第１の部分Ｆを圧力室１６から離れる方向に持ち上げる。同時に第１の部分Ｆも圧力室１６側を内側として、圧力室１６からさらに離れる方向に湾曲する。そして前記実施の形態と同様に、第２の部分の外周が、隔壁１４ｃ上に固定されているので、圧力室１６の容積が拡大される。その後、駆動電極２４に印加されている電圧が解除されると圧電アクチュエータ５０がもとの平坦な状態に弾性復帰し、圧力室１６内のインクに圧力が加えられることによってインクがノズル１５から噴射される。
【００８５】
尚、本発明は、各種の変形が可能なことはいうまでもない。例えば、駆動電極２４，コモン電極２５，電極３２７，３２８，３７３，３７４，３９４の形状は環状でなくともよく、平行する２本の線状として配置したり、あるいはこれらの電極のうち圧電シートをはさんで対向する電極の一方を圧電シートの全面にわたって平面状に設けてもよい。また、圧力発生部によって湾曲変形される圧電アクチュエータの部分に対応する圧力室の位置は、その略中央部分でなくともよく、圧力室内のインクに圧力を加えられる位置であればよい。
【００８６】
また、本圧電アクチュエータ５０は、インクジェットヘッドだけでなく、各種の流体を移送するためにも利用できることはいうまでもない。さらに、各実施の形態では、圧力室（流体収容室）の容積を拡大した後復帰させてインク（流体）に圧力を与えるようにしているが、容積を縮小することで圧力を与えるようにすることもできる。その際、例えば、キャビティプレート１０に対して圧電アクチュエータ５０を図において上下逆に設置することによって、容積を縮小することができる。また、各実施の形態において、圧電材料の伸長動作を収縮動作に変え、容積を縮小するようにすることもできる。
【００８７】
【発明の効果】
【００８８】
【００８９】
【００９０】
以上説明したように、請求項１に係る発明の圧電アクチュエータでは、第１の部分が一方向へ凸に湾曲変形し、その両側に位置する一対の第２の部分がそれぞれ他方向へ凸に湾曲変形するので、動作部分全体を大きく湾曲変形させることができる。
【００９１】
また、請求項２に係る発明の圧電アクチュエータでは、請求項１に記載の発明の効果に加え、第１の部分及び第２の部分の対向する電極間に発生した電界により、前記第１の部分において厚さ方向の一方に偏った部分を、前記面方向に伸長または収縮させ、前記第２の部分において厚さ方向の他方に偏った部分を、前記面方向に伸長または収縮させるので、第１の部分及び第２の部分の湾曲変形を容易に実現でき、上記のように動作部分全体を大きく湾曲変形させることができる。
【００９２】
また、請求項３に係る発明の圧電アクチュエータは、請求項１または２に記載の発明の効果に加え、第１の部分及び第２の部分にわたって延びる共通の電極を有しているので、より簡単な構成で第１の部分及び第２の部分の湾曲変形を実現できる。
【００９３】
また、請求項４に係る発明の圧電アクチュエータでは、請求項１乃至３のいずれかに係る発明の効果に加え、第１の部分に対して一対の第２の部分の面方向外側に位置する部分において、板状体を固定部位に固定するので、第２の部分の湾曲変形が最大となり、第１および第２の部分全体として大きな変形量を得ることができる。
【００９４】
また、請求項５に係る発明の圧電アクチュエータでは、請求項１乃至４のいずれかに係る発明の効果に加え、板状体は、その厚さ方向にシート状圧電材料を積層し、その間に複数の電極を配置することができる。従って、電界強度が大きくなるので、駆動電圧を下げることができる。
【００９５】
【００９６】
また、請求項６に係る発明の圧電アクチュエータでは、請求項１乃至５のいずれかに係る発明の効果に加え、第１の部分は、厚さ方向において湾曲変形方向に偏った位置に切欠きを有するので、第２の部分の変形に際して第１の部分の抵抗を少なくし、全体としての変形を大きくすることができる。
【００９７】
また、請求項７に係る発明の圧電アクチュエータでは、請求項６に係る発明の効果に加え、切欠きの内部に、複数の電極のうち対向する一方の電極の接続電極を有するので、板状体からの電極の引き出しを簡単に行うことができる。
【００９８】
【００９９】
また、請求項８に係る発明の流体移送装置では、請求項１乃至７のいずれかに係る発明の効果に加え、上記圧電アクチュエータを用いて流体収容室の容積を変化させて流体に圧力を加え、流体収容室の流体を移送させることができる。
【０１００】
また、請求項９に係る発明の流体移送装置では、請求項８に係る発明の効果に加え、複数個平面状に配置された流体収容室に跨って配置された板状体が、各流体収容室に対応してその動作部分を複数個有するので、各流体収容室の流体を個々に移送することができる。
【０１０１】
また、請求項１０に係る発明の流体移送装置では、請求項９に係る発明の効果に加え、板状体を、第１の部分に対して一対の第２の部分の面方向外側に位置する部分において、複数個の流体収容室をそれぞれ隔てる隔壁上に固定するので、第２の部分の隔壁とは反対側における変形量が大きくなり、それにともない流体収容室に対する第１の部分の変形量も大きくなって、全体として流体収容室を大きく容積変化させることができる。特に請求項４に係る発明においてこの構成を採ることで、第１の部分の両側で第２の部分がそれと反対側に湾曲することで、第１の部分の変形にともなう反作用がほぼ打ち消されて隣接する流体収容室に対し圧電アクチュエータが湾曲変形することが抑えられる。つまり、隣接する流体収容室へのクロストークを少なくすることができる。
【０１０２】
また、請求項１１に係る発明の流体移送装置では、請求項８乃至１０のいずれかに係る発明の効果に加え、流体収容室を噴射孔と連通させることで、流体収容室に収容される流体を噴射孔から噴射させることができる。
【０１０３】
また、請求項１２に係る発明の流体移送装置では、請求項１１に係る発明の効果に加え、動作部分が、流体収容室の容積を拡大する方向に変形し、その後、容積を縮小することで、流体を噴射孔から噴射するので、流体収容室の容積を拡大した際に生じた流体の圧力変化を利用して流体を噴射孔から効率をよく噴射することができる。
【０１０４】
【０１０５】
【０１０６】
また、請求項１３に係る発明の流体移送装置では、請求項２に記載の圧電アクチュエータを用い、第１および第２の部分を流体収容室の容積を拡大する方向に変形し、その後、容積を縮小することで、効率よく流体を移送させることができ、しかも流体収容室を拡大する場合のみ圧電アクチュエータに電圧を印加して流体を移送できるので、安全性を高くし、エネルギ効率をよくすることができる。
【０１０７】
また、請求項１４に係る発明の流体移送装置では、請求項２に記載の圧電アクチュエータを用い、第１および第２の部分を流体収容室の容積を縮小する方向に変形することで、流体を移送させるので、流体収容室を縮小する場合のみ圧電アクチュエータに電圧を印加して流体を移送できるので、安全性を高くし、エネルギ効率をよくすることができる。
【０１０８】
また、請求項１５に係る発明の流体移送装置では、請求項８に係る発明の効果に加え、圧電アクチュエータは、厚さ方向に貫通する貫通孔を有し、流体収容室を容積変化させることによって、当該貫通孔をとおして流体収容室の流体を移送させるので、流体収容室側の構成を簡略化して流体を移送させることができる。
【０１０９】
請求項１６に係る発明のインクジェットヘッドでは、請求項８乃至１５のいずれかに記載の流体移送装置を用い、小型でエネルギ効率のよいインクジェットヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、インクジェットプリンタ１０１の要部の斜視図である。
【図２】図２は、インクジェットヘッド１００の分解斜視図である。
【図３】図３は、キャビティプレート１０の分解斜視図である。
【図４】図４は、図２に示す１点鎖線Ａ−Ａ’における矢視方向からみたキャビティプレート１０の要部を拡大した分解断面斜視図である。
【図５】図５は、図２に示す１点鎖線Ｂ−Ｂ’における矢視方向からみた圧電アクチュエータ５０の要部を拡大した分解断面斜視図である。
【図６】図６は、図２に示す１点鎖線Ｃ−Ｃ’における矢視方向からみたインクジェットヘッド１００の部分断面図である。
【図７】図７は、図２に示す１点鎖線Ｄ−Ｄ’における矢視方向からみたインクジェットヘッド１００の部分断面図である。
【図８】図８は、圧電アクチュエータ５０の一部拡大断面図である。
【図９】図９は、圧電アクチュエータ５０に電圧を印加した場合の図６相当断面図である。
【図１０】図１０は、圧電アクチュエータ５０への電圧の印加を終了した場合の図６相当断面図である。
【図１１】図１１は、第２の実施の形態のインクジェットヘッド１００の部分断面図である。
【図１２】図１２は、第３の実施の形態のインクジェットヘッド１００の部分断面図である。
【図１３】図１３は、第４の実施の形態のインクジェットヘッド１００の部分断面図である。
【図１４】図１４は、第５の実施の形態のインクジェットヘッド１００の部分断面図である。
【図１５】 図１５は、第６の実施の形態のインクジェットヘッド３０１の圧力室３１０の長手方向に略平行な断面図である。
【図１６】 図１６は、第６の実施の形態のインクジェットヘッド３０１の圧力室３１０の配列方向に沿った断面図である。
【図１７】 図１７は、図１６に示す圧電アクチュエータプレート３０５と圧力室３１０の一部分の拡大図である。
【図１８】 図１８は、図１６の圧電アクチュエータプレート３０５が変形した状態を示す断面図である。
【図１９】 図１９は、図１８の動作を説明するための参考図である。
【図２０】 図２０は、第７の実施の形態のインクジェットヘッドの断面図である。
【図２１】 図２１は、図２０の圧電アクチュエータプレート３０５が変形した状態を示す断面図である。
【図２２】 図２２は、第８の実施の形態をインクジェットヘッドの断面図である。
【図２３】 図２３は、第９の実施の形態のインクジェットヘッド１００の部分断面図である。
【図２４】 図２４は、従来のインクジェットヘッド４２０の断面図である。
【図２５】 図２５は、図２４の圧電アクチュエータプレート４２１が変形した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１４ｃ 隔壁
１５ ノズル
１６ 圧力室
２４ 駆動電極
２５ コモン電極
５０ 圧電アクチュエータ
５１〜５６ 圧電シート
５７ 切欠き
１００ インクジェットヘッド
Ｆ 第１の部分
Ｓ 第２の部分
３０１ インクジェットヘッド
３０５ 圧電アクチュエータプレート
３０５ａ 第１の部分
３０５ｂ 第２の部分
３０６ 圧電アクチュエータ
３０６ａ 第１層
３０６ｂ 第２層
３０６ｃ 第３層
３０６ｄ 第４層
３０６ｅ 第５層
３０６ｆ 第６層
３０７ キャビティプレート
３０８ ノズルプレート
３０９ ノズル
３１０ 圧力室
３１０ｃ 隔壁
３２６，３２７，３２８，３２９，３３０ 電極
３３１ 第１の電極グループ
３３３ 第２の電極グループ
３３７，３３８，３３９，３４０ 活性部
Claims (16)
- 板状体と、
当該板状体を変形させるための電界を発生する複数の電極と
を備え、
前記板状体は、その面方向に対して実質的に直交する方向に変形する動作部分の略中央に対応する第１の部分と、その第１の部分の前記面方向両側に対称に位置する一対の第２の部分とを有し、
前記第１の部分は、厚さ方向の一方に偏った部分を、前記面方向に伸長または収縮させるように前記電極を複数備え、
前記一対の第２の部分は、厚さ方向の前記一方とは反対側に偏った部分を、それぞれ前記面方向に伸長または収縮させるように前記電極を複数備え、
前記板状体において、少なくとも前記複数の電極によって電界が印加される部分が圧電材料からなり、
前記第１の部分の電極間に発生した電界により、その第１の部分を前記板状体の面方向に対して実質的に直交する一方向へ凸に湾曲変形させ、前記第２の部分の電極間に発生した電界により、その第２の部分を前記板状体の面方向に対して実質的に直交する他方向へ凸に湾曲変形させることを特徴とする圧電アクチュエータ。 - 前記第１の部分及び第２の部分の各電極は、それぞれ前記厚さ方向に偏った部分を前記厚さ方向に挟むように対向配置され、
その挟まれた各部分はそれぞれ、前記電極の対向方向に分極されており、
前記第１の部分及び第２の部分の対向する前記電極間に発生した電界により、前記第１の部分において厚さ方向の一方に偏った部分を、前記面方向に伸長または収縮させ、前記第２の部分において厚さ方向の他方に偏った部分を、前記面方向に伸長または収縮させることを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。 - 前記第１の部分及び第２の部分は、その両者にわたって延びる共通の電極を有し、前記第１の部分は、その共通の電極の一部と対向する他の電極を有し、また前記第２の部分は、その第１の部分の他の電極と前記面方向にずれた位置で前記共通の電極の他の部分と対向する他の電極を有することを特徴とする請求項１または２に記載の圧電アクチュエータ。
- 前記板状体は、第１の部分に対して一対の第２の部分の前記面方向外側に位置する部分において、固定部位に固定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
- 前記板状体は、その厚さ方向にシート状圧電材料が積層して構成され、前記複数の電極は、そのシート状圧電材料の間に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
- 前記板状体の第１の部分は、前記厚さ方向において湾曲変形方向に偏った位置に切欠きを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
- 前記切欠きは、前記板状体の一方の表面に開放した形状であり、前記複数の電極のうち対向する一方の電極に電力を供給するための接続電極を内部に有することを特徴とする請求項６に記載の圧電アクチュエータ。
- 請求項１乃至７のいずれかに記載の圧電アクチュエータを備え、前記板状体の前記動作部分を含む部分は、その板状体の変形にともなって、流体収容室の容積を変化させ、当該流体収容室の流体を移送させることを特徴とする流体移送装置。
- 前記流体収容室は、複数個平面状に配置され、前記板状体はその複数個の流体収容室に跨って配置されるとともに、各流体収容室に対応して前記動作部分を複数個有することを特徴とする請求項８に記載の流体移送装置。
- 前記複数個の流体収容室はその間を隔壁により隔てられ、前記板状体は、第１の部分に対して一対の第２の部分の前記面方向外側に位置する部分において、前記隔壁上に固定されていることを特徴とする請求項９に記載の流体移送装置。
- 前記流体収容室は、流体を噴射するための噴射孔に連通していることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載の流体移送装置。
- 前記動作部分は、前記流体収容室の容積を拡大する方向に変形し、その後、容積を縮小することで、前記流体を前記噴射孔から噴射することを特徴とする請求項１１に記載の流体移送装置。
- 請求項２に記載の圧電アクチュエータの前記動作部分を流体収容室と対向配置し、前記第１の部分の前記電極を前記流体収容室に近い側の偏った位置に配置し、前記第２の部分の前記電極を前記流体収容室から遠い側の偏った位置に配置し、それぞれ前記電界を発生する方向は分極方向と平行であって、前記電界が発生した部分を、それぞれ前記面方向に収縮させることにより、前記第１および第２の部分を流体収容室の容積を拡大する方向に変形し、その後、容積を縮小することで、当該流体収容室の流体を移送させることを特徴とする流体移送装置。
- 請求項２に記載の圧電アクチュエータの前記動作部分を流体収容室と対向配置し、前記第１の部分の前記電極を前記流体収容室から遠い側の偏った位置に配置し、前記第２の部分の前記電極を前記流体収容室に近い側の偏った位置に配置し、それぞれ前記電界を発生する方向は分極方向と平行であって、前記電界が発生した部分を、それぞれ前記面方向に収縮させることにより、前記第１および第２の部分を流体収容室の容積を縮小する方向に変形することで、当該流体収容室の流体を移送させることを特徴とする流体移送装置。
- 前記圧電アクチュエータは、厚さ方向に貫通する貫通孔を有し、前記流体収容室の容積変化によって、当該貫通孔をとおして流体収容室の流体を移送させることを特徴とする請求項８に記載の流体移送装置。
- 請求項８乃至１５のいずれかに記載の流体移送装置を用い、前記流体収容室にインクを収容し、前記板状体の変形にともなって、前記噴射孔からインクを噴射することを特徴するインクジェットヘッド。
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