JP4337833B2 - 液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置に関するものである。

例えば、インクジェットプリンタのような液滴吐出装置には、液滴を吐出するための液滴吐出ヘッドが備えられている。このような液滴吐出ヘッドとしては、例えば、ノズルに連通し、インクを収容するインク室と、このインク室の壁面を変形させる駆動用の圧電素子とを備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１の液滴吐出ヘッドでは、インク室の壁面の一部を振動板とし、この振動板に前述の駆動用の圧電素子が接合しているとともに、振動板の周囲に補助用の圧電素子が取り付けられている。駆動用の圧電素子および補助用の圧電素子は、それぞれ、圧電性を有する圧電体層と、この圧電体層を挟持する１対の電極層とを有し、振動板の厚さ方向に伸縮するようになっている。

特に、特許文献１では、駆動用の圧電素子における圧電体層の分極方向が、補助用の副圧電素子における圧電体層の分極方向と同方向となっている。また、駆動用の圧電素子と補助用の圧電素子とは、インク室と反対側で互いに連結されている。
そして、このような液滴吐出ヘッドにあっては、駆動用の圧電素子を伸縮させることにより、インク室の一部（振動板）を変位させる。これにより、インク室の容積を変化させて、ノズルからインク液滴が吐出される。このとき、駆動用の圧電素が伸張するときに、補助用の圧電素子は収縮し、駆動用の圧電素子が収縮するときに、補助用の圧電素子は伸張する。これにより、インク室の隔壁の剛性を向上させ、駆動用の圧電素子から振動板への駆動力を効率的に伝達させて、振動板の変位量の増大させることができる。その結果、液滴吐出ヘッドの省電力化を図ることができる。

しかしながら、特許文献１にかかる液滴吐出ヘッドにおいて、駆動用の圧電素子における圧電体層の分極方向が補助用の圧電素子における圧電体層の分極方向と同方向となっているので、前述したように駆動用の圧電素子および補助用の圧電素子を駆動するに際し、液滴吐出ヘッドの高コスト化を招いてしまう場合がある。具体的には、駆動用の圧電素子および補助用の圧電素子と駆動回路との間の配線が複雑になったり、駆動用の圧電素子および補助用の圧電素子をそれぞれ駆動するための別々の駆動信号（電圧）が必要となり駆動回路が複雑になったりしてしまう。

特開平５−３１８７２７号公報

本発明の目的は、省電力化および低コスト化を図ることができる液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置を提供することにある。

このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の液滴吐出ヘッドは、互いに隔壁を介して複数並設され、それぞれ、前記隔壁および振動板を含む部材により画成され、ノズルに連通するとともに液状材料を収容する収容室と、
各前記収容室の前記振動板の外面に接合された主圧電素子と、
各前記収容室の前記主圧電素子側にて各前記隔壁に対応する部位に接合された副圧電素子とを有し、
前記主圧電素子および前記副圧電素子のうち一方を伸張させたときに他方を収縮させるように構成され、
前記振動板を変位させることにより、前記収容室の容積を変化させて、前記ノズルから前記液状材料の液滴を吐出する液滴吐出ヘッドであって、
前記主圧電素子および前記副圧電素子は、それぞれ、圧電性を有する少なくとも１層の圧電体層と、該圧電体層を挟持する少なくとも１対の電極層とを有し、前記圧電体層と前記電極層とが前記振動板の厚さ方向に交互に積層され、
前記主圧電素子における前記収容室側から奇数番目の前記圧電体層の分極方向は、前記副圧電素子における前記収容室側から奇数番目の前記圧電体層の分極方向と反対であり、
前記主圧電素子と前記副圧電素子とのそれぞれに同電圧を印加したときに、前記副圧電素子の変位量は、前記主圧電素子の変位量よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする。
これにより、液滴吐出ヘッドの省電力化および低コスト化を図ることができる。
特に、本発明の液滴吐出ヘッドでは、前記主圧電素子と前記副圧電素子とのそれぞれに同電圧を印加したときに、前記副圧電素子の変位量は、前記主圧電素子の変位量よりも小さくなるように構成されているので、同電圧を用いて主圧電素子および副圧電素子を駆動しても、より確実に、安定した吐出を実現することができる。

本発明の液滴吐出ヘッドでは、前記主圧電素子および前記副圧電素子のそれぞれにおいて、前記圧電体層は複数設けられていることが好ましい。
これにより、駆動電圧を低減しつつ、主圧電素子および副圧電素子のそれぞれの変位量を大きくすることができる。
本発明の液滴吐出ヘッドでは、前記主圧電素子および前記副圧電素子のそれぞれにおいて、隣接する２つの前記圧電体層は、互いの分極方向が反対であることが好ましい。
これにより、より確実に、駆動電圧を低減しつつ、主圧電素子および副圧電素子のそれぞれの変位量を大きくすることができる。

本発明の液滴吐出ヘッドでは、前記副圧電素子の前記圧電体層の層数は、前記主圧電素子における前記圧電体層の層数よりも少ないことが好ましい。
これにより、同電圧を用いて主圧電素子および副圧電素子を駆動しても、より確実に、安定した吐出を実現することができる。
本発明の液滴吐出ヘッドでは、前記副圧電素子における隣接する前記電極層同士の重なり領域の面積は、前記主圧電素子における隣接する前記電極層同士の重なり領域の面積よりも小さいことが好ましい。
これにより、同電圧を用いて主圧電素子および副圧電素子を駆動しても、より確実に、安定した吐出を実現することができる。

本発明の液滴吐出ヘッドでは、互いに隣接する前記主圧電素子および前記副圧電素子は、前記収容室と反対側で互いに連結していることが好ましい。
これにより、主圧電素子の駆動力をより確実かつ効率的に収容室の壁面（振動板）に伝達して、収容室の容積変化量を大きくすることができる。その結果、より確実に、液滴吐出ヘッドの省電力化および低コスト化を図ることができる。

本発明の液滴吐出ヘッドでは、各前記収容室が長手形状をなしているとともに、複数の前記収容室がそれらの短手方向に並設されており、前記主圧電素子および前記副圧電素子は、それぞれ、前記収容室の長手方向において、一端から途中へ、前記収容室側から奇数番目の前記電極層が延在し、前記奇数番目の前記電極層と重なり領域をもつように、他端から途中へ、前記収容室側から偶数番目の前記電極層が延在していることが好ましい。
これにより、主圧電素子および副圧電素子のそれぞれの長手方向での両端に電圧を印加して駆動することができる。

本発明の液滴吐出ヘッドでは、前記収容室の長手方向において、前記主圧電素子および前記副圧電素子のそれぞれの一端にて各前記奇数番目の前記電極層に接続される第１の端子と、前記主圧電素子および前記副圧電素子のそれぞれの他端にて各前記偶数番目の前記電極層に接続される第２の端子とを有することが好ましい。
これにより、第１の端子と第２の端子との間に電圧を印加することにより、主圧電素子および副圧電素子のそれぞれを駆動することができる。

本発明の液滴吐出ヘッドでは、互いに隣接する前記主圧電素子および前記副圧電素子は、前記収容室と反対側で基板を介して互いに連結しており、前記第１の端子および前記第２の端子は、前記主圧電素子および前記副圧電素子のそれぞれから前記基板上へＬ字状に屈曲していることが好ましい。
これにより、主圧電素子の駆動力をより確実かつ効率的に収容室の壁面（振動板）に伝達して、収容室の容積変化量を大きくするとともに、基板上にて第１の端子と第２の端子とに電圧を印加することができる。

本発明の液滴吐出装置は、本発明の液滴吐出ヘッドを備えることを特徴とする。
これにより、低コストで、かつ、安定した吐出性能を有する液滴吐出装置を提供することができる。
本発明の液滴吐出装置では、前記主圧電素子および前記副圧電素子のそれぞれを駆動する駆動手段を有し、該駆動手段は、前記主圧電素子および前記副圧電素子のそれぞれに同一波形の電圧を同時に印加するように、前記主圧電素子および前記副圧電素子のそれぞれに接続されていることが好ましい。
これにより、安定した吐出を実現しつつ、より確実に、液滴吐出装置の低コスト化を図ることができる。

以下、本発明の液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置の実施形態を説明する。
まず、本発明の液滴吐出ヘッドの説明に先立ち、本発明の液滴吐出ヘッドを備える液滴吐出装置、すなわち本発明の液滴吐出装置を説明する。
＜液滴吐出装置＞
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる液滴吐出装置の概略構成を示す図、図２は、図１に示す液滴吐出装置の制御系の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、液滴吐出装置１は、液滴を吐出する複数の液滴吐出ヘッド２を搭載するキャリッジ１０５と、キャリッジ１０５を水平な一方向（以下、「Ｘ軸方向」と言う）に移動させるキャリッジ移動機構（移動手段）１０４と、液滴の付与の対象である基板１０を保持するステージ１０６と、ステージ１０６をＸ軸方向に垂直であって水平な方向（以下、「Ｙ軸方向」と言う）に移動させるステージ移動機構（移動手段）１０８と、制御手段１１２とを備えている。

また、液滴吐出装置１の近傍には、液状材料１１１を貯留するタンク１０１が設置されている。タンク１０１と、キャリッジ１０５とは、液状材料１１１を送液する流路となるチューブ１１０を介して接続されている。各タンク１０１に貯留された液状材料１１１は、例えば圧縮空気の力によって、各液滴吐出ヘッド２に送液（供給）される。
液状材料１１１としては、液滴吐出ヘッド２から吐出可能な粘度を有するものであれば特に限定されず、各種液状材料、溶液、溶解液、を用いることができる。また、液状材料１１１は、固体物質が分散していても全体として流動体であればよい。すなわち、液状材料１１１は、色要素膜の構成材料が溶媒中に溶解または分散されてなるものであって、溶液であっても分散液（サスペンションやエマルション）であってもよい。

キャリッジ移動機構１０４の作動は、制御手段１１２により制御される。本実施形態のキャリッジ移動機構１０４は、キャリッジ１０５をＺ軸方向（鉛直方向）に沿って移動させ、高さを調整する機能も有している。さらに、キャリッジ移動機構１０４は、Ｚ軸に平行な軸の回りでキャリッジ１０５を回転させる機能も有しており、これにより、キャリッジ１０５のＺ軸回りの角度を微調整することができる。

ステージ１０６は、Ｘ軸方向とＹ軸方向との双方に平行な平面を有する。また、ステージ１０６は、液滴の付与の対象である基板１０をその平面上に固定、または保持できるように構成されている。
ステージ移動機構１０８は、Ｘ軸方向およびＺ軸方向の双方に直交するＹ軸方向に沿ってステージ１０６を移動させ、その作動は、制御手段１１２により制御される。さらに、本実施形態のステージ移動機構１０８は、Ｚ軸に平行な軸の回りでステージ１０６を回転させる機能も有しており、これにより、ステージ１０６に載置された基板１０のＺ軸回りの傾斜を微調整して真っ直ぐになるように補正することができる。
上述のように、キャリッジ１０５は、キャリッジ移動機構１０４によってＸ軸方向に移動させられる。一方、ステージ１０６は、ステージ移動機構１０８によってＹ軸方向に移動させられる。つまり、キャリッジ移動機構１０４およびステージ移動機構１０８によって、ステージ１０６に対するキャリッジ１０５の相対位置が変わる。

図２に示すように、制御手段１１２は、入力バッファメモリ２００と、記憶手段２０２と、処理部２０４と、走査駆動部２０６と、ヘッド駆動部２０８と、キャリッジ位置検出手段３０２と、ステージ位置検出手段３０３とを備えている。
バッファメモリ２００と処理部２０４とは相互に通信可能に接続されている。処理部２０４と記憶手段２０２とは、相互に通信可能に接続されている。処理部２０４と走査駆動部２０６とは相互に通信可能に接続されている。処理部２０４とヘッド駆動部２０８とは相互に通信可能に接続されている。また、走査駆動部２０６は、キャリッジ移動機構１０４およびステージ移動機構１０８と相互に通信可能に接続されている。同様にヘッド駆動部２０８は、複数の液滴吐出ヘッド２のそれぞれと相互に通信可能に接続されている。

入力バッファメモリ２００は、図示しない外部情報処理装置から、液状材料１１１の液滴を吐出する位置に関するデータ、すなわち描画パターンデータを受け取る。入力バッファメモリ２００は、この描画パターンデータを処理部２０４に供給し、処理部２０４は、描画パターンデータを記憶手段２０２に格納する。記憶手段２０２は、ＲＡＭ、磁気記録媒体、光磁気記録媒体等で構成される。

キャリッジ位置検出手段３０２は、キャリッジ１０５、すなわち液滴吐出ヘッド２のＸ軸方向の位置（移動距離）を検出し、その検出信号を処理部２０４へ入力する。
ステージ位置検出手段３０３は、ステージ１０６、すなわち基体１０ＡのＹ軸方向の位置（移動距離）を検出し、その検出信号を処理部２０４へ入力する。
キャリッジ位置検出手段３０２、ステージ位置検出手段３０３は、例えばリニアエンコーダ、レーザー測長器等で構成される。

処理部２０４は、キャリッジ位置検出手段３０２およびステージ位置検出手段３０３の検出信号に基づき、走査駆動部２０６を介して、キャリッジ移動機構１０４およびステージ移動機構１０８の作動を制御（クローズドループ制御）し、キャリッジ１０５の位置と、基板１０の位置とを制御する。
さらに、処理部２０４は、ステージ移動機構１０８の作動を制御することにより、ステージ１０６すなわち基板１０の移動速度を制御する。

また、処理部２０４は、前記描画パターンデータに基づいて、吐出タイミング毎のノズル３２のオン・オフを指定する選択信号をヘッド駆動部２０８へ与える。ヘッド駆動部２０８は、前記選択信号に基づいて、液状材料１１１の吐出に必要な吐出信号を液滴吐出ヘッド２に与える。この結果、液滴吐出ヘッド２における対応するノズル３２から、液状材料１１１が液滴として吐出される。
制御手段１１２は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含んだコンピュータである。この場合には、制御手段１１２の上記機能は、コンピュータによって実行されるソフトウェアプログラムによって実現される。もちろん、制御手段１１２は、専用の回路（ハードウェア）であってもよい。

ここで、図３ないし図７に基づいて、本発明の液滴吐出ヘッドの一例として、液滴吐出ヘッド２を詳細に説明する。
図３は、図１に示す液滴吐出装置に備えられた液滴吐出ヘッドの概略構成を示す斜視図、図４は、図３に示す液滴吐出ヘッドの分解斜視図、図５は、図３におけるＡ−Ａ線断面図、図６は、図３に示す液滴吐出ヘッドに備えられた圧電素子の概略構成を示す斜視図、図７は、図３に示す液滴吐出ヘッドの動作を説明するための図である。

図３に示すように、液滴吐出ヘッド２は、互いに接合する２つの基板３、４を有し、これらの基板３、４の間に、液状材料（前述した液状材料１１１）の流路が形成されている。そして、基板４の前記流路と反対側には、主圧電素子５１および副圧電素子５２が取り付けられ、これらは、基板６により接合・固定されている。
より具体的に説明すると、図４に示すように、基板３の基板４側の面には、溝および凹部が形成され、これにより、基板３と基板４との間には、液状材料を収容する複数の収容室３１（キャビティ）と、各収容室３１から液状材料を吐出するノズル３２と、各収容室３１へ液状材料を供給するための液状材料を収容する１つの共通収容室３３（リザーバ）と、共通収容室３３から各収容室３１へ液状材料を供給するための供給路３４とが画成されている。

複数の収容室３１は、互いに隔壁３５を介して複数並設され、各収容室３１は、隔壁３５および振動板４１を含む部材により画成され、ノズル３２に連通するとともに液状材料を収容している。
より具体的に説明すると、各収容室３１は、平面視にて略短冊状をなしており、複数の収容室３１は、その短手方向に並設するように形成されている。そして、隣接する収容室３１同士は、隔壁３５によって隔てられている。

各収容室３１の長手方向での一端は、ノズル３２に連通している。一方、各収容室３１の長手方向での他端は、供給路３４を介して１つの共通収容室３３に連通している。これにより、共通収容室３３から供給路３４を介して各収容室３１へ液状材料を供給することができる。また、共通収容室３３は、図示しない供給部を通じて、前述したチューブ１１０から液状材料が供給されるようになっている。

このような各収容室３１の壁面の一部を構成する基板４の部分は、振動板４１として機能する。したがって、各振動板４１を変位（振動）させることにより、対応する収容室３１の容積を変化させて、ノズル３２から液滴を吐出することができる。
このような各振動板４１の収容室３１と反対側の面、すなわち、基板４の基板３と反対側の面における各収容室３１に対応する部位には、図４および図５に示すように、振動板４１の長手方向に沿って主圧電素子５１が接合されている。すなわち、各主圧電素子５１は、各収容室３１の振動板４１の外面に接合されている。

各圧電素子５１は、後述するように振動板４１の厚さ方向に伸縮するように構成されている。これにより、振動板４１を振動（変位）させる。
このような各主圧電素子５１には、前述したヘッド駆動部２０８に接続された第１の端子５４および第２の端子５５が取り付けられている。これにより、第１の端子５４および第２の端子５５を通じて主圧電素子５１に電圧を印加することにより、主圧電素子５１を伸縮させ、振動板４１を変位（振動）させることができる。

また、基板４の基板３と反対側の面における各隔壁３５に対応する部位には、各隔壁３５の長手方向に沿って副圧電素子５２が接合されている。すなわち、副圧電素子５２は、各収容室３１の主圧電素子５１側にて各隔壁３５に対応する部位に接合されている。
各副圧電素子５１は、後述するように基板４の厚さ方向に伸縮するように構成されている。そして、この各副圧電素子５１は、主圧電素子５１および副圧電素子５２のうち一方を伸張させたときに他方を収縮させるように駆動するものである。これにより、後述する基板６を基板４に対し固定するだけでなく、主圧電素子５１の伸縮動作による振動板４１の振動を最適化（クローストークの抑制や、振動板４１の変位量の増大など）することができる。

このような各副圧電素子５２には、前述したヘッド駆動部２０８に接続された第１の端子５４および第２の端子５５が取り付けられている。これにより、第１の端子５４および第２の端子５５を通じて副圧電素子５２に電圧を印加することにより、副圧電素子５２を駆動することができる。
このような主圧電素子５１および副圧電素子５２の基板４と反対側の面には、基板６が接合・固定されている。すなわち、基板６は、互いに隣接する主圧電素子５１および副圧電素子５２を収容室３１と反対側にて互いに連結している。このように互いに隣接する主圧電素子５１および副圧電素子５２が収容室３１と反対側で互いに連結していると、主圧電素子５１の駆動力をより確実かつ効率的に振動板４１に伝達して、収容室３１の容積変化量を大きくすることができる。その結果、より確実に、液滴吐出ヘッド２の省電力化および低コスト化を図ることができる。
そして、基板６上にて、前述した第１の端子５４および第２の端子５５への外部からのアクセスが可能となっている。

以下、主圧電素子５１および副圧電素子５２を詳細に説明する。
図６（ａ）に示すように、主圧電素子５１は、圧電性を有する複数の圧電体層５１１と、各圧電体層５１１を狭持する１対の電極層５１２、５１３とを有し、圧電体層５１１と電極層５１２、５１３とが振動板４１の厚さ方向に交互に積層されている。すなわち、主圧電素子５１は、図６にて上下方向に伸縮する積層型の圧電素子である。このような積層型の圧電素子である主圧電素子５１は、駆動電圧を低減しつつ、変位量を大きくすることができる。

複数の圧電体層５１１は、隣接する圧電体層５１１の分極方向が互いに反対方向となるように形成されている。すなわち、複数の圧電体層５１１のうちの基板４側から奇数番目の圧電体層５１１の分極方向は、偶数番目の圧電体層５１１の分極方向と反対方向となっている。これにより、より確実に、駆動電圧を低減しつつ、主圧電素子５１の変位量を大きくすることができる。なお、本明細書において、「分極方向」とは、圧電体層に電界も応力も加えない状態において、圧電体層の一方の面付近に正電荷、他方の面付近に負電荷が過剰に存在しているとき（自発分極または残留分極のとき）、圧電体層の負電荷が過剰に存在している面から、正電荷が過剰に存在している面へ向かう方向を言う。

圧電体層５１１の構成材料、すなわち圧電材料としては、特に限定されないが、例えば、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウム、チタン酸ジルコン酸鉛（PZT）、チタン酸バリウム、その他、各種のものが挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができるが、特に、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウムおよびチタン酸ジルコン酸鉛のうちの少なくとも１種を主とするものが好ましい。なお、後述する副圧電素子５２の圧電体層５２１に関しても同様である。

そして、各電極層５１２、５１３は、圧電体層５１１同士の間に介挿されている。また、隣接する２つの電極層５１２、５１３が重なり領域（活性領域）をもつように、これらのうち、一方が圧電体層５１１の長手方向の一端から途中まで延び、他方が圧電体層５１１の長手方向の他端から途中まで延びている。
言い換えすれば、収容室３１側から奇数番目の電極層５１２は、長手形状をなす主圧電素子５１の長手方向での一端から途中へ（図６にて左側から右側へ）延在し、一方、収容室３１側から偶数番目の電極層５１３は、電極層５１２と重なり領域をもつように、前記長手方向での他端から途中へ（図６にて右側から左側へ）延在している。これにより、主圧電素子５１の長手方向での両端に電圧を印加して駆動することができる。ここで、主圧電素子５１は、前記重なり領域にて圧電体層５１１に電圧が印加されることにより変位する。

また、電極層５１２には、主圧電素子５１の長手方向での一端にて第１の端子５４（図３参照）が接続されている。また、電極層５１３には、前記長手方向での他端にて第２の端子５５（図３参照）が接続されている。これにより、第１の端子５４と第２の端子５５との間に電圧を印加することにより、主圧電素子５１を駆動することができる。
このような第１の端子５４および第２の端子５５は、それぞれ、図３に示すように、主圧電素子５１の長手方向での端面から基板６上へＬ字状に屈曲している。これにより、主圧電素子５１の駆動力をより確実かつ効率的に収容室３１の壁面（振動板４１）に伝達して、収容室３１の容積変化量を大きくするとともに、基板６上にて第１の端子５４と第２の端子５５とに電圧を印加することができる。

図６（ｂ）に示すように、副圧電素子５２は、圧電性を有する複数の圧電体層５２１と、各圧電体層５２１を狭持する１対の電極層５２２、５２３とを有し、圧電体層５２１と電極層５２２、５２３とが振動板４１（基板４）の厚さ方向に交互に積層されている。すなわち、副圧電素子５２も、図６にて上下方向に伸縮する積層型の圧電素子である。このような積層型の圧電素子である副圧電素子５２は、駆動電圧を低減しつつ、変位量を大きくすることができる。

複数の圧電体層５２１は、隣接する圧電体層５２１の分極方向が互いに反対方向となるように形成されている。すなわち、複数の圧電体層５２１のうちの基板４側から奇数番目の圧電体層５２１の分極方向は、偶数番目の圧電体層５２１の分極方向と反対方向となっている。これにより、より確実に、駆動電圧を低減しつつ、副圧電素子５２の変位量を大きくすることができる。

特に、副圧電素子５２の奇数番目の圧電体層５２１の分極方向は、前述した主圧電素子５１の奇数番目の圧電体層５１１の分極方向と反対方向となっている。したがって、副圧電素子５２の偶数番目の圧電体層５２１の分極方向は、前述した圧電素子５１の偶数番目の圧電体層５１１の分極方向と反対方向となっている。これにより、主圧電素子５１に接続された第１の端子５４と、副圧電素子５２に接続された第１の端子５４とを共通電極とするとともに、主圧電素子５１に接続された第２の端子５５と、副圧電素子５２に接続された第２の端子５５とを共通電極としても、主圧電素子５１および副圧電素子５２のうちの一方を伸張させたときに他方を収縮させることができる。

このような主圧電素子５１および副圧電素子５２の形成方法としては、それぞれ、特に限定されないが、例えば、基板４上に圧電材料と電極材料を交互に成膜・積層し、この積層体に第１の端子５４および第２の端子５５を形成した後に、第１の端子５４と第２の端子５５との間にある値以上の電界を印加（すなわち分極処理）する方法が挙げられる。この場合、副圧電素子５１での分極処理を主圧電素子５１での分極処理と反対方向の分極処理とする（具体的には第１の端子５４と第２の端子５５との極性を反対にする）ことにより、前述したような分極方向をもつ主圧電素子５１および副圧電素子５２を得ることができる。

そして、各電極層５２２は、圧電体層５１１同士の間に介挿されている。また、隣接する２つの電極層５２２が重なり範囲をもつように、これらのうち、一方が圧電体層５１１の長手方向の一端から途中まで延び、他方が圧電体層５１１の長手方向の他端から途中まで延びている。
言い換えすれば、収容室３１側から奇数番目の電極層５２２は、長手形状をなす副圧電素子５２の長手方向での一端から途中へ（図６にて左側から右側へ）延在し、一方、収容室３１側から偶数番目の電極層５２３は、電極層５２２と重なり領域をもつように、前記長手方向での他端から途中へ（図６にて右側から左側へ）延在している。これにより、副圧電素子５２の長手方向での両端に電圧を印加して駆動することができる。ここで、副圧電素子５２は、前記重なり領域にて圧電体層５２１に電圧が印加されることにより変位する。なお、本実施形態では、副圧電素子５２における電極層５２２同士の重なり領域の面積は、主圧電素子５１における電極層５１２同士の重なり領域の面積とほぼ同じになっている。

本実施形態では、特に、圧電体層５２１の層数が、前述した主圧電素子５１の圧電体層５１１の層数よりも少なくなっている。これにより、主圧電素子５１と副圧電素子５２とのそれぞれに同電圧を印加しても、副圧電素子５２の変位量を主圧電素子の変位量よりも小さくすることができる。その結果、同電圧を用いて主圧電素子５１および副圧電素子５２Ａを駆動しても、不本意な振動を抑制しつつクローストークを確実に抑制し、より確実に、安定した吐出を実現することができる。特に、収容室３１の長手方向での不本意な撓みや変形を防止して、安定した吐出を実現することができる。

また、電極層５２２には、副圧電素子５２の長手方向での一端にて第１の端子５４（図３参照）が接続されている。また、電極層５２３には、前記長手方向での他端にて第２の端子５５（図３参照）が接続されている。これにより、第１の端子５４と第２の端子５５との間に電圧を印加することにより、副圧電素子５２を駆動することができる。
このような第１の端子５４および第２の端子５５は、それぞれ、図３に示すように、副圧電素子５２の長手方向での端面から基板６上へＬ字状に屈曲している。これにより、基板６上にて第１の端子５４と第２の端子５５とに電圧を印加して、副圧電素子５２を駆動することができる。

ここで、主圧電素子５１および副圧電素子５２の動作、すなわち液滴吐出装置１の動作を説明する。
主圧電素子５１とその両側に位置する２つの圧電素子５２とを１組とし、これらに同一波形の電圧を印加する。すなわち、主圧電素子５１に接続された第１の端子５４と、当該主圧電素子５１に隣接する１対の副圧電素子５２に接続された第１の端子５４とを共通電極とするとともに、当該主圧電素子５１に接続された第２の端子５５と、当該１対の副圧電素子５２に接続された第２の端子５５とを共通電極とし、同一波形の電圧を印加する。

すると、主圧電素子５１が伸張するときには、これに同期して副圧電素子５２が収縮し、主圧電素子５１が収縮するときには、これに同期して副圧電素子５１が伸張する。すなわち、主圧電素子５１および副圧電素子５２のうちの一方を伸張させたときに他方を収縮させる。
特に、本実施形態では、副圧電素子５２の圧電体層の積層数が主圧電素子５１の圧電体層の積層数よりも少なくなっているため、同一波形（同一電圧）の電圧を用いても、副圧電素子５２の変位量（伸縮幅）が主圧電素子５１の変位量（伸縮幅）よりも小さくなる。これにより、同一電圧を用いて主圧電素子５１および副圧電素子５２を駆動しても、副圧電素子５１が必要以上に変位するのを防止し、液滴吐出ヘッド２をより安定的に駆動することができる。より具体的には、クローストークの発生をより確実に防止するとともに、主圧電素子５１の駆動力を効果的に振動板４１へ伝達することができる。

以上説明したような液滴吐出装置１は、低コストで、かつ、安定した吐出性能を有する。特に、主圧電素子５１および副圧電素子５２のそれぞれを駆動するヘッド駆動部２０８（駆動手段）が、主圧電素子５１に印加する電圧およびその波形と、副圧電素子５２に印加する電圧およびその波形とを同一とし、これらの電圧を同時に印加することにより、安定した吐出を実現しつつ、より確実に、液滴吐出装置１の低コスト化を図ることができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置の第２実施形態について説明する。
図８は、本発明の第２実施形態にかかる主圧電素子および副圧電素子の概略構成を示す斜視図である。
本実施形態にかかる液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置は、副圧電素子の構成が異なる以外は、前述した第１実施形態にかかる液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置と同様である。

なお、以下の説明では、第２実施形態の液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置に関し、第１実施形態の液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。
本実施形態では、図８に示すように、副圧電素子５２Ａにおける隣接する電極層５２２Ａ、５２３Ａ同士の重なり領域（図８に示す活性領域）の面積が、主圧電素子５１における隣接する電極層５１２、５１３同士の重なり領域（図８に示す活性領域）の面積よりも小さくなっている。ここで、活性領域以外の領域（図８に示す不活性領域）では、圧電体層５２１Ａに電圧が印加されないので、変位を生じない。その結果、主圧電素子５１と副圧電素子５２Ａとのそれぞれに同電圧を印加したときに、副圧電素子５２Ａの変位量を主圧電素子５１の変位量よりも小さくすることができる。

このような構成によっても、同電圧を用いて主圧電素子５１および副圧電素子５２Ａを駆動し、より確実に、安定した吐出を実現することができる。
以上、本発明の液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置について、図示の各実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
また、本発明の液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置では、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。

また、例えば、本発明の液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置は、第１、２実施形態の任意の構成同士を組み合わせるようにしてもよい。
また、前述した実施形態では、主圧電素子や副圧電素子が積層型の圧電素子であるものを説明したが、主圧電素子や副圧電素子が単層の圧電体層を有する圧電素子であってもよい。すなわち、主圧電素子および副圧電素子は、それぞれ、圧電性を有する少なくとも１層の圧電体層と、圧電体層を挟持する少なくとも１対の電極層とを有し、圧電体層と電極層とが振動板４１の厚さ方向に交互に積層されているものであればよい。主圧電素子や副圧電素子が単層の圧電体層を有する圧電素子である場合、基板４を共通電極とすることができ、また、基板４と主圧電素子や副圧電素子との間に別途共通電極を設けることができる。

本発明の第１の実施形態にかかる液滴吐出装置の概略構成を示す図である。 図１に示す液滴吐出装置の制御系の構成を示すブロック図である。 図１に示す液滴吐出装置に備えられた液滴吐出ヘッドの一部の概略構成を示す斜視図である。 図３に示す液滴吐出ヘッドの分解斜視図である。 図３におけるＡ−Ａ線断面図である。 図３に示す液滴吐出ヘッドに備えられた圧電素子の概略構成を示す斜視図である。 図３に示す液滴吐出ヘッドの動作を説明するための図である。 本発明の第２実施形態にかかる液滴吐出ヘッドに備えられた圧電素子の概略構成を示す斜視図である。

符号の説明

１……液滴吐出装置 ２……液滴吐出ヘッド １０１……タンク １０４……キャリッジ移動機構 １０５……キャリッジ １０６……ステージ １０８……ステージ移動機構 １１０……チューブ １１１……液状材料 １１２……制御手段 ２００……バッファメモリ ２０２……記憶手段 ２０４……処理部 ２０６……走査駆動部 ２０８……ヘッド駆動部（駆動手段） １０、１０Ａ……基板 ３０２……キャリッジ位置検出手段 ３０３……ステージ位置検出手段 ３、４、６……基板 ３１……収容室 ３２……ノズル ３３……共通収容室 ３４……供給路 ３５……隔壁 ４１……振動板 ５１……主圧電素子 ５２、５２Ａ……副圧電素子 ５４……第１の端子 ５５……第２の端子 ５１１、５２１、５２１Ａ……圧電体層 ５１２、５１３、５２２、５２３、５２２Ａ……電極層

Claims (11)

1. 互いに隔壁を介して複数並設され、それぞれ、前記隔壁および振動板を含む部材により画成され、ノズルに連通するとともに液状材料を収容する収容室と、
   各前記収容室の前記振動板の外面に接合された主圧電素子と、
   各前記収容室の前記主圧電素子側にて各前記隔壁に対応する部位に接合された副圧電素子とを有し、
   前記主圧電素子および前記副圧電素子のうち一方を伸張させたときに他方を収縮させるように構成され、
   前記振動板を変位させることにより、前記収容室の容積を変化させて、前記ノズルから前記液状材料の液滴を吐出する液滴吐出ヘッドであって、
   前記主圧電素子および前記副圧電素子は、それぞれ、圧電性を有する少なくとも１層の圧電体層と、該圧電体層を挟持する少なくとも１対の電極層とを有し、前記圧電体層と前記電極層とが前記振動板の厚さ方向に交互に積層され、
   前記主圧電素子における前記収容室側から奇数番目の前記圧電体層の分極方向は、前記副圧電素子における前記収容室側から奇数番目の前記圧電体層の分極方向と反対であり、
   前記主圧電素子と前記副圧電素子とのそれぞれに同電圧を印加したときに、前記副圧電素子の変位量は、前記主圧電素子の変位量よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 前記主圧電素子および前記副圧電素子のそれぞれにおいて、前記圧電体層は複数設けられている請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
3. 前記主圧電素子および前記副圧電素子のそれぞれにおいて、隣接する２つの前記圧電体層は、互いの分極方向が反対である請求項２に記載の液滴吐出ヘッド。
4. 前記副圧電素子の前記圧電体層の層数は、前記主圧電素子における前記圧電体層の層数よりも少ない請求項１ないし３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
5. 前記副圧電素子における隣接する前記電極層同士の重なり領域の面積は、前記主圧電素子における隣接する前記電極層同士の重なり領域の面積よりも小さい請求項１ないし４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
6. 互いに隣接する前記主圧電素子および前記副圧電素子は、前記収容室と反対側で互いに連結している請求項１ないし５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
7. 各前記収容室が長手形状をなしているとともに、複数の前記収容室がそれらの短手方向に並設されており、前記主圧電素子および前記副圧電素子は、それぞれ、前記収容室の長手方向において、一端から途中へ、前記収容室側から奇数番目の前記電極層が延在し、前記奇数番目の前記電極層と重なり領域をもつように、他端から途中へ、前記収容室側から偶数番目の前記電極層が延在している請求項１ないし６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
8. 前記収容室の長手方向において、前記主圧電素子および前記副圧電素子のそれぞれの一端にて各前記奇数番目の前記電極層に接続される第１の端子と、前記主圧電素子および前記副圧電素子のそれぞれの他端にて各前記偶数番目の前記電極層に接続される第２の端子とを有する請求項７に記載の液滴吐出ヘッド。
9. 互いに隣接する前記主圧電素子および前記副圧電素子は、前記収容室と反対側で基板を介して互いに連結しており、前記第１の端子および前記第２の端子は、前記主圧電素子および前記副圧電素子のそれぞれから前記基板上へＬ字状に屈曲している請求項８に記載の液滴吐出ヘッド。
10. 請求項１ないし９のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを備えることを特徴とする液滴吐出装置。
11. 前記主圧電素子および前記副圧電素子のそれぞれを駆動する駆動手段を有し、該駆動手段は、前記主圧電素子および前記副圧電素子のそれぞれに同一波形の電圧を同時に印加するように、前記主圧電素子および前記副圧電素子のそれぞれに接続されている請求項１０に記載の液滴吐出装置。

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