JP5012625B2

JP5012625B2 - 液体移送装置及び圧電アクチュエータ

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Publication number: JP5012625B2
Application number: JP2008095731A
Authority: JP
Inventors: 正友小島; 祥嗣森田; 圭司蔵
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2008-04-02
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2028-04-02
Also published as: JP2009172997A

Description

本発明は、液体を移送する液体移送装置及び圧電アクチュエータに関する。

特許文献１に記載のインクジェットヘッドにおいては、複数の圧力室を覆うようにステンレス鋼等の金属材料からなる振動板が配置されており、振動板の上面に圧電層が形成されており、圧電層の上面に複数の圧力室に対応して個別電極が配置されている。そして、個別電極と共通電極としての振動板との間に電圧を印加することにより、圧電層のこれらの電極に挟まれた部分に厚み方向の電界が発生し、圧電層及び振動板の圧力室に対向する部分が圧力室側に凸となるように変形する。これにより、圧力室の容積が減少して圧力室内のインクの圧力が上昇し、圧力室に連通するノズルからインクが吐出される。

特開２００６−３２７０３１号公報

ここで、特許文献１に記載のインクジェットヘッドを製造する際、例えば振動板と圧電層とを熱硬化性接着剤によって接合する場合などには、振動板と圧電層とを接合するときに振動板及び圧電層を加熱する。しかしながら、振動板がステンレス鋼など圧電層を構成する圧電材料よりも線膨張係数の大きい材料により構成されている場合には、加熱後、常温に戻したときに、振動板と圧電層との線膨張係数の違いから、圧電層に面方向の圧縮歪みが生じることになる。圧電層においては、このような圧縮歪みが生じていると圧電特性が低下してしまい、上述したように個別電極と共通電極との間に電圧を印加したときの振動板及び圧電層の変形量が小さくなり、ノズルからのインクの吐出量が減少してしまう。

本発明の目的は、圧電層の圧縮歪みによって液体の移送量が減少しない液体移送装置、及び、圧電層の圧縮歪みによって圧電特性が低下しない圧電アクチュエータを提供することである。

本発明の液体移送装置は、圧力室を含む液体を移送するための液体移送流路が形成された流路ユニットと、前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータと、その圧電アクチュエータに電圧を印加する電圧印加手段と、その電圧印加手段を制御する制御手段とを備えた液体移送装置であって、前記圧電アクチュエータは、前記圧力室を覆うように前記流路ユニットに接合された振動板と、前記振動板の前記圧力室と反対側に配置された１又は複数の圧電層と、前記１又は複数の圧電層のいずれかの面に配置されており、少なくとも前記圧力室と対向する第１電極と、前記１又は複数の圧電層のいずれかの面のうち、前記第１電極が配置されているのとは異なる面に、前記第１電極と対向する領域を占めるように配置された第２電極と、前記１又は複数の圧電層のいずれかの面に、前記振動板と前記１又は複数の圧電層との積層方向から見て、少なくとも前記第１電極を挟む位置に配置された第３電極と、前記１又は複数の圧電層のいずれかの面のうち、前記第３電極が配置されているのとは異なる面における、前記第３電極と対向する領域に配置された第４電極と、を有するとともに、前記振動板と前記１又は複数の圧電層とが同じ圧電材料からなるものであり、前記流路ユニットは、その少なくとも前記振動板と接合されている部分が、前記振動板、及び、前記１又は複数の圧電層よりも線膨張係数が大きい材料からなるものであり、前記電圧印加手段は、前記第１電極と前記第２電極との間、及び、前記第３電極と前記第４電極との間に電圧を印加するものであり、前記制御手段は、前記第１電極と前記第２電極との間に印加する電圧を変化させて前記振動板及び前記圧電層の前記圧力室と対向する部分を変形させることによって前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧力付与動作が行われるとともに、少なくとも前記圧力付与動作が行われている間は、前記第３電極と前記第４電極との間に所定の一定電圧が印加され続けるように前記電圧印加手段を制御する（請求項１）。

これによると、圧力付与動作が行われている間は、第３電極と第４電極との間に所定の一定電圧が印加され続けるので、この間、圧電層の第３電極及び第４電極に対向する部分が圧電層の面方向（圧電層の厚み方向と直交する方向）に収縮し、これに伴って圧電層の第１電極及び第２電極と対向する部分が圧電層の面方向の両側に引っ張られることになる。これにより、圧電層の第１電極及び第２電極に対向する部分の圧縮歪みが緩和され、圧電層及び振動板の変形量が小さくなってしまうのを防止することができ、液体の移送量が低下してしまうのを防止することができる。

本発明の液体移送装置は、圧力室を含む液体を移送するための液体移送流路が形成された流路ユニットと、前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータと、その圧電アクチュエータに電圧を印加する電圧印加手段と、その電圧印加手段を制御する制御手段とを備えた液体移送装置であって、前記圧電アクチュエータは、前記圧力室を覆うように前記流路ユニットに接合された振動板と、前記振動板の前記圧力室と反対側に配置された１又は複数の圧電層と、前記１又は複数の圧電層のいずれかの面に配置されており、少なくとも前記圧力室と対向する第１電極と、前記１又は複数の圧電層のいずれかの面のうち、前記第１電極が配置されているのとは異なる面に、前記第１電極と対向する領域を占めるように配置された第２電極と、前記１又は複数の圧電層のいずれかの面に、前記振動板と前記１又は複数の圧電層との積層方向から見て、少なくとも前記第１電極を挟む位置に配置された第３電極と、前記１又は複数の圧電層のいずれかの面のうち、前記第３電極が配置されているのとは異なる面における、前記第３電極と対向する領域に配置された第４電極と、を有するとともに、前記振動板は、前記圧電層よりも線膨張係数が大きい材料から構成されるものであり、前記電圧印加手段は、前記第１電極と前記第２電極との間、及び、前記第３電極と前記第４電極との間に電圧を印加するものであり、前記制御手段は、前記第１電極と前記第２電極との間に印加する電圧を変化させて前記振動板及び前記圧電層の前記圧力室と対向する部分を変形させることによって前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧力付与動作が行われるとともに、少なくとも前記圧力付与動作が行われている間は、前記第３電極と前記第４電極との間に所定の一定電圧が印加され続けるように前記電圧印加手段を制御する（請求項２）。

これによると、圧力付与動作が行われている間は、第３電極と第４電極との間に所定の一定電圧が印加され続けるので、この間、圧電層の第３電極及び第４電極に対向する部分が圧電層の面方向（圧電層の厚み方向と直交する方向）に収縮し、これに伴って圧電層の第１電極及び第２電極と対向する部分が圧電層の面方向両側に引っ張られることになる。これにより、圧電層の第１電極及び第２電極に対向する部分の圧縮歪みが緩和され、圧電層及び振動板の変形量が小さくなってしまうのを防止することができ、液体の移送量が低下してしまうのを防止することができる。

また、本発明の液体移送装置においては、前記圧力室を複数備えているとともに、これら複数の圧力室に対応して前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極及び前記第４電極を複数備えており、前記第３電極同士及び前記第４電極同士の少なくともいずれか一方が、前記圧電層上で互いに接続されていることが好ましい（請求項３）。

これによると、第３電極同士及び第４電極同士の少なくとも一方が、圧電層上で互いに接続されているので、複数の第３電極及び複数の第４電極の少なくとも一方に接続される外部の配線を電極毎に個別に設ける必要がなく、第３電極及び第４電極に接続される配線の構成が簡単になる。

また、本発明の液体移送装置においては、前記振動板と前記１又は複数の圧電層との積層方向から見て、前記第３電極が前記第１電極を取り囲むように配置されているとともに、前記第４電極が前記第２電極を取り囲むように配置されていることが好ましい（請求項４）。

これによると、圧電層の第１電極及び第２電極に対向する部分が圧電層の面内における複数の異なる方向に引っ張られることになるため、圧電層の第１電極及び第２電極に対向する部分の圧縮歪みを十分に緩和することができる。

また、本発明の液体移送装置においては、前記制御手段は、前記液体移送流路において液体の移送を行うことを指示する液体移送指令の入力に応じて、前記第３電極と前記第４電極との間に前記一定電圧が印加され始めるように前記電圧印加手段を制御することが好ましい（請求項５）。

これによると、外部から液体移送指令が入力されたときに第３電極と第４電極との間に所定の一定電圧が印加され始めるので、不要なときに第３電極と第４電極との間に電圧が印加されて圧電アクチュエータに不具合が発生してしまうのを防止することができる。

また、本発明の液体移送装置においては、前記第１電極と前記第３電極とが、前記１又は複数の圧電層の同じ面に配置されているとともに、前記第２電極と前記第４電極とが、前記１又は複数の圧電層の同じ面に配置されていることが好ましい（請求項６）。

これによると、第３電極と第４電極との間に電圧が印加されたときに、圧電層の第１圧電層と第２圧電層とに挟まれた部分が確実にその面方向に引っ張られて、圧電層のこの部分における圧縮歪みが緩和される。

このとき、前記電圧印加手段は、前記第１電極と前記第３電極、及び、前記第２電極と第４電極のいずれか一方を、常に所定の基準電位に保持するとともに他方の電位を変化させることによって、前記第１電極と前記第２電極との間、及び、前記第３電極と前記第４電極との間に電圧を印加するように構成されており、前記第１電極と前記第３電極、及び、前記第２電極と前記第４電極の前記一方が、前記圧電層上で互いに接続されていることが好ましい（請求項７）。

これによると、第１電極と第３電極、又は、第２電極と第４電極のいずれかに接続される配線の構成が簡単になる。

また、本発明の液体移送装置においては、複数の圧電層を備えており、これら複数の圧電層には、前記振動板の前記圧力室と反対側に配置された下部圧電層と、前記下部圧電層の前記圧力室と反対側に配置された中間圧電層と、前記中間圧電層の前記圧力室と反対側に配置された上部圧電層とが含まれており、前記第１電極が、前記中間圧電層と前記上部圧電層との間に、前記圧力室の中央部と対向するように配置されており、前記第２電極が、前記上部圧電層の前記中間圧電層と反対側に、前記第１電極と対向するとともに、前記複数の圧電層の面方向と平行な所定の一方向の両側に、前記第１電極よりも外側まで延びており、前記第３電極が、前記下部圧電層と前記中間圧電層との間に、前記第２電極における、前記第１電極よりも外側に延びた部分と対向するように配置されており、前記第４電極が、前記下部圧電層の前記中間圧電層と反対側に、前記第３電極と対向するように配置されており、前記制御手段は、前記第１電極及び前記第４電極が所定の第１電位に保持され、前記第３電極が前記第１電位とは異なる所定の第２電位に保持された状態で、前記第２電極の電位が、前記第１電位と前記第２電位との間で切り替わることによって前記圧力付与動作が行われるように、前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極及び前記第４電極の電位を制御することが好ましい（請求項８）。

これによると、このような構成の液体移送装置においても、圧力付与動作の間は、第３電極と第４電極との間に一定電圧が印加され続けるので、圧電層の第１電極及び第２電極と対向する部分がその面方向に引っ張られて、圧電層のこの部分における圧縮歪みが緩和される。

また、本発明の液体移送装置においては、複数の圧電層を備えており、前記第３電極及び前記第４電極が、これら複数の圧電層のうちの少なくとも一部の表面に、その積層方向に沿って交互に配置されていることが好ましい（請求項９）。

これによると、圧電層の第３電極と第４電極とに挟まれた部分の収縮力が大きくなるため、圧電層の第１電極及び第２電極と対向する部分をその面方向に引っ張る力が大きくなり、圧電層のこの部分における圧縮歪みを確実に緩和することができる。

本発明に係る圧電アクチュエータは、変形可能に構成された変形可能部を有する振動板と、前記振動板の一表面に配置された１又は複数の圧電層と、前記１又は複数の圧電層のいずれかの面に配置されており、少なくとも前記変形可能部と対向する第１電極と、前記１又は複数の圧電層のいずれかの面のうち、前記第１電極が配置されているのとは異なる面に、前記第１電極と対向する領域を占めるように配置された第２電極と、前記１又は複数の圧電層のいずれかの面に、前記振動板と前記１又は複数の圧電層との積層方向から見て、少なくとも前記第１電極を挟む位置に配置された第３電極と、前記１又は複数の圧電層のいずれかの面のうち、前記第３電極が配置されているのとは異なる面における、前記第３電極と対向する領域に配置された第４電極と、を有するとともに、前記振動板は、前記１又は複数の圧電層よりも線膨張係数が大きい材料から構成されるものであり、前記第１電極と前記第２電極との間に印加する電圧を変化させて前記振動板及び前記圧電層の前記変形可能部と対向する部分を変形させる圧力付与動作が行われるとともに、少なくとも前記圧力付与動作が行われている間は、前記第３電極と前記第４電極との間に所定の一定電圧が印加され続ける（請求項１０）。

本発明によれば、圧力付与動作が行われている間は、第３電極と第４電極との間に所定の一定電圧が印加され続けるので、この間、圧電層の第３電極及び第４電極に対向する部分が圧電層の面方向（圧電層の厚み方向と直交する方向）に収縮し、これに伴って圧電層の第１電極及び第２電極と対向する部分が圧電層の面方向の両側に引っ張られることになる。これにより、圧電層の第１電極及び第２電極に対向する部分の圧縮歪みが緩和され、圧電層及び振動板の変形量が小さくなってしまうのを防止することができ、液体の移送量が低下してしまうのを防止することができる。

（第１実施形態）
以下、本発明の好適な第１実施形態について説明する。

図１は、第１実施形態に係るプリンタの概略構成図である。図１に示すように、プリンタ１は、キャリッジ２、インクジェットヘッド３（液体移送装置）、用紙搬送ローラ４などを備えている。また、プリンタ１の動作は、制御装置１００（図６参照）によって制御されている。

キャリッジ２は、図１の左右方向（走査方向）に往復移動する。インクジェットヘッド３はキャリッジ２の下面に取り付けられており、後述するノズル１５（図２参照）からインクを吐出する。用紙搬送ローラ４は、記録用紙Ｐを図１の手前方向（紙送り方向）に搬送する。そして、プリンタ１においては、用紙搬送ローラ４により紙送り方向に搬送される記録用紙Ｐに、キャリッジ２とともに走査方向に往復移動するインクジェットヘッド３のノズル１５（図２参照）からインクを吐出することによって記録用紙Ｐに印刷を行う。

次に、インクジェットヘッド３について説明する。図２は図１のインクジェットヘッド３の平面図である。図３は図２の部分拡大図である。図４は図３のIＶ−IＶ線断面図である。図５は図３のＶ−Ｖ線断面図である。

図２〜図５に示すように、インクジェットヘッド３は、後述するマニホールド流路１１、圧力室１０、ノズル１５を含むインク流路が形成された流路ユニット３１と、流路ユニット３１の上面に配置された圧電アクチュエータ３２とを備えている。

流路ユニット３１は、上から順に、キャビティプレート２１、ベースプレート２２、マニホールドプレート２３及びノズルプレート２４の４枚のプレートが互いに積層されることによって構成されている。これら４枚のプレート２１〜２４のうち、ノズルプレート２４を除く３枚のプレート２１〜２３（少なくとも後述する振動板４１と接合されている部分）は、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３１６）のような金属材料など、後述する振動板４１及び圧電層４２を構成する圧電材料よりも線膨張係数が高い材料からなり、ノズルプレート２４は、ポリイミド等の合成樹脂からなる。あるいは、ノズルプレート２４も他の３枚のプレート２１〜２３と同様、金属材料によって構成されていてもよい。なお、後述する振動板４１及び圧電層４２を構成する圧電材料の線膨張係数が５．５［１０^−６／℃］程度であるのに対して、ＳＵＳ４３０及びＳＵＳ３１６の線膨張係数は、それぞれ、１０．４［１０^−６／℃］、１６．０［１０^−６／℃］程度となっている。

ノズルプレート２４には、複数のノズル１５が形成されている。複数のノズル１５は、紙送り方向（図２の上下方向）に沿って配列されてノズル列８を構成しており、このようなノズル列８が走査方向（図３の左右方向）に４列に配置されている。これら４つのノズル列８を構成するノズル１５からは、図２の左側のノズル列８を構成しているものから順に、ブラック、イエロー、シアン、マゼンタのインクが吐出される。

キャビティプレート２１には、複数のノズル１５に対応して複数の圧力室１０が形成されている。圧力室１０は走査方向を長手方向とする略楕円の平面形状を有しており、平面視で圧力室１０の左端部がノズル１５と重なるように配置されている。ベースプレート２２には、平面視で圧力室１０の長手方向の両端部に重なる位置に、それぞれ貫通孔１２、１３が形成されている。

マニホールドプレート２３には、４つのノズル列８に対応して紙送り方向に延びた４つのマニホールド流路１１が形成されている。各マニホールド流路１１は、平面視で、対応する圧力室１０の略右半分と重なっている。各マニホールド流路１１の図２の下端部にはそれぞれインク供給口９が設けられており、インク供給口９からマニホールド流路１１にインクが供給される。また、マニホールドプレート２３には、平面視で貫通孔１３とノズル１５とに重なる位置に、貫通孔１４が形成されている。

そして、流路ユニット３１においては、マニホールド流路１１が貫通孔１２を介して圧力室１０に連通し、圧力室１０はさらに貫通孔１３、１４を介してノズル１５に連通する。このように流路ユニット３１には、マニホールド流路１１の出口から圧力室１０を経てノズル１５に至る複数の個別インク流路が形成されている。なお、これら複数の個別インク流路とマニホールド流路１１を合わせたインク流路が本発明に係る液体移送流路に相当する。

圧電アクチュエータ３２は、振動板４１、圧電層４２、個別電極４３、補助電極４４及び共通電極４５を有している。振動板４１は、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との混晶であるチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料からなり、複数の圧力室１０を覆うように、流路ユニット３１の上面に熱硬化性接着剤などによって接合されている。

圧電層４２は、振動板４１と同じ圧電材料からなり、振動板４１の上面（圧力室１０と反対側、一表面）に、複数の圧力室にまたがって連続的に形成されている。また、圧電層４２は予めその厚み方向に分極されている。ここで、圧電層４２及び上述した振動板４１は、例えば、電極４３〜４５が形成された圧電材料のグリーンシートを積層させてから、これらの積層体を焼成することによって形成され、振動板４１をキャビティプレート２１の上面に接合する際には、焼成された振動板４１と圧電層４２との積層体を、熱硬化性樹脂等によりキャビティプレート２１の上面に接合する。

複数の個別電極４３（第１電極）は、圧電層４２の上面（圧電層のいずれかの面）に、複数の圧力室１０に対応して形成されている。個別電極４３は、平面視で、圧力室１０よりも一回り小さい略楕円形状を有しており、圧力室１０の略中央部に重なる（少なくとも圧力室１０と対向する）ように配置されている。個別電極４３の図３における略左端部は図中左方に圧力室１０と対向しない位置まで延びており、その先端部が、接続端子４３ａとなっている。接続端子４３ａは、図示しないフレキシブル配線基板（ＦＰＣ）を介して後述するドライバＩＣ５０（図６参照、電圧印加手段）に接続されており、ドライバＩＣ５０が個別電極４３の電位を変化させる。

補助電極４４（第３電極）は、圧電層４２の上面（圧電層のいずれかの面のうち、個別電極４３が配置されているのと同じ面）に、平面視で個別電極４３の接続端子４３ａを除くほぼ全周を取り囲むように（少なくとも電極４３を挟むように）配置されており、平面視で、その幅方向に関する内側の略半分が圧力室１０と重なっており、外側の略半分が圧力室１０の壁と重なっている。また、紙送り方向に隣接する補助電極４４同士は、これらの補助電極４４の間において紙送り方向に延びた接続部４６を介して互いに接続されている。

さらに、各ノズル列８を構成するノズル１５に対応する圧力室１０のうち、図２において最も上方に配置されたものに対応するに対応する４つの補助電極４４同士が、これら４つの補助電極４４から図２の上方に延びているとともに、その上端部において走査方向に延びた配線４７を介して互いに接続されている。これにより、複数の補助電極４４全てが圧電層４２の上面において（圧電層４２上で）互いに接続されていることになる。

また、配線４７の図２における右上端部には接続端子４７ａが設けられている。接続端子４７ａには、図示しないＦＰＣを介して後述するドライバＩＣ５０（図６参照）が接続されており、ドライバＩＣ５０が複数の補助電極４４の電位を変化させる。ここで、上述したように、複数の補助電極４４同士が互いに接続されているため、１つの接続端子４７ａとＦＰＣの配線とを接続することにより、複数の補助電極４４をドライバＩＣ５０に接続することができる。これにより、複数の補助電極４４とドライバＩＣ５０とを別々に接続する場合よりもＦＰＣの配線の構成が簡単になる。

共通電極４５は、圧電層４２の下面（圧電層のいずれかの面のうち、個別電極４３及び補助電極４４が配置されているのとは異なる面）のほぼ全域にわたって連続的に形成されている。共通電極４５は、図示しない位置においてＦＰＣを介してドライバＩＣ５０（図６参照）に接続されており、ドライバＩＣ５０により常にグランド電位（基準電位）に保持されている。なお、共通電極４５のうち、平面視で個別電極４３と重なる部分（個別電極４３と対向する領域を占める部分）が、本発明に係る第２電極に相当し、平面視で補助電極４４と重なり（補助電極４４と対向し）、本発明に係る第２電極を取り囲んでいる部分が、本発明に係る第４電極に相当する。すなわち、共通電極４５は、本発明に本発明に係る第２電極同士、及び、第４電極同士がそれぞれ圧電層４２の下面（圧電層４２上）で互いに接続されているとともに、第２電極と第４電極とが圧電層４２の同じ面に配置されており、第２電極と第４電極とが圧電層４２の下面（圧電層４２上）で互いに接続されているものである。

そして、ドライバＩＣ５０は、上述したように、共通電極４５をグランド電位に保持するとともに、個別電極４３及び補助電極４４に電位を変化させることにより、個別電極４３と共通電極４５との間（第１電極と第３電極との間）、及び、補助電極４４と共通電極４５との間（第２電極と第４電極との間）に電圧を印加する。

次に、制御装置１００について説明する。図６は制御装置１００の機能ブロック図である。制御装置１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などからなり、これらが図６に示すように、印刷信号受信部１１１、キャリッジ制御部１１２、用紙搬送制御部１１３及びヘッド制御部１１４として動作する。

印刷信号受信部１１１は、ＰＣなど外部から入力された印刷信号を受信する。ここで印刷信号とは、印刷を行うことを指示する印刷指令（液体移送指令）の信号、印刷を行う画像データの信号などのことである。キャリッジ制御部１１２は、印刷を行う際などのキャリッジ２の動作を制御する。用紙搬送制御部１１３は、印刷を行う際などの用紙搬送ローラ４の動作を制御する。ヘッド制御部１１４は、個別電極４３及び補助電極４４の電位を変化させるとともに、共通電極４５をグランド電位に保持するドライバＩＣ５０の動作を制御する。

次に、プリンタ１の動作について説明する。図７は、プリンタ１の動作の流れを示すフローチャートである。

プリンタ１においては、個別電極４３、補助電極４４及び共通電極４５は全て予めグランド電位に保持されている。そして、図７に示すように、印刷信号受信部１１１により外部から印刷信号が受信されるまで待機しており（ステップＳ１０１：ＮＯ、以下、単にＳ１０１などとする）、印刷信号が受信されたときに（液体移送指令の入力に応じて）（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、補助電極４４の電位を変化させて、補助電極４４と共通電極４５との間（第２電極と第４電極との間）に所定の一定電圧を印加する（Ｓ１０２）。

これにより、圧電層４２の補助電極４４と共通電極４５とに挟まれた部分に厚み方向の電界が発生し、この電界の方向は圧電層４２の分極方向と一致しているので、圧電層４２のこの部分は分極方向と直交する面方向（厚み方向と直交する方向）に収縮する。これに伴って、圧電層４２の平面視で補助電極４４の内側に配置された個別電極４３に対向する部分が平面視で圧力室１０の外側に向かって圧電層４２の面方向に平行な全方向（圧電層４２の面内における複数の異なる方向）に引っ張られ、圧電層４２の個別電極４３と対向する部分の後述する圧縮歪みが緩和される。

そして、上記Ｓ１０２の後、以下に説明する印刷動作を開始する（Ｓ１０３）。あるいは、上記Ｓ１０２の補助電極４４と共通電極４５との間への一定電圧の印加と同時に上記Ｓ１０３の印刷動作を開始してもよい。

上記Ｓ１０３における印刷動作について説明する。上記Ｓ１０３においては、印刷信号受信部１１１において受信された印刷信号に応じて、キャリッジ制御部１１２、用紙搬送制御部１１３が、それぞれ、キャリッジ２及び用紙搬送ローラ４の動作を制御するとともに、ヘッド制御部１１４がドライバＩＣ５０を制御して、インクを吐出するノズル１５に対応する個別電極４３の電位を変化させて、個別電極４３と共通電極４５との間に電圧を印加する。

すると、圧電層４２の電圧が印加された個別電極４３と共通電極４５との間の部分に、圧電層４２の分極方向と平行な厚み方向の電界が発生し、圧電層４２のこの部分が分極方向と直交する面方向（厚み方向と直交する方向）に収縮する。これに伴って、圧電層４２及び振動板４１の対応する圧力室１０に対向する部分が全体として圧力室１０側に凸となるように変形して、圧力室１０の容積が減少する。これにより、圧力室１０内のインクの圧力が増加して、圧力室１０に連通するノズル１５からインクが吐出される。なお、個別電極４３と共通電極４５との間に電圧を印加して振動板４１及び圧電層４２の圧力室１０と対向する部分を変形させることによって圧力室１０内のインクに圧力を付与する上記動作が、本発明に係る圧力付与動作及び変形動作に相当する。また、上記圧力付与動作（変形動作）の際に変形する、振動板４１の圧力室１０に対向する部分が、本発明に係る変形可能部に相当する。

ここで、前述したように、振動板４１とキャビティプレート２１とが熱硬化性接着剤によって接合されているため、両者を接合する際には、熱硬化性接着剤を塗布するとともに振動板４１及び圧電層４２の積層体と流路ユニット３１（キャビティプレート２１）とを位置合わせして配置した後に、加熱を行う。したがって、加熱後、常温に戻したときに、両者の線膨張係数の違いから振動板４１及びその上面に配置された圧電層４２には面方向に圧縮歪みが生じる。このため、補助電極４４が設けられていない場合には、圧電層４２の圧電特性が低下しており、圧電層４２及び振動板４１の変形量が小さく、ノズル１５から吐出されるインクの量が少なくなってしまう虞がある。

しかしながら、第１実施形態では、個別電極４３と共通電極４５との間に電圧が印加される前に、上記Ｓ１０２において補助電極４４と共通電極４５との間に一定電圧が印加された状態となっており、前述したように、圧電層４２の平面視で補助電極４４の内側に配置された個別電極４３に対向する部分が平面視で圧力室１０の外側に向かって圧電層４２の面方向に引っ張られているため、圧電層４２の個別電極４３と共通電極４５との間に挟まれた部分の上記圧縮歪みが緩和されている。したがって、圧電層４２及び振動板４１の変形量が小さくなってしまうのが防止され、その結果、ノズル１５からのインクの吐出量が低下してしまうのが防止される。

さらに、第１実施形態では、補助電極４４が個別電極４３を取り囲むように配置されているため、圧電層４２の個別電極４３と対向する部分は、圧電層４２の面方向に平行な全方向に引っ張られることになり、圧電層４２の個別電極４３に対向する部分の圧縮歪みを十分に緩和することができる。

そして、印刷信号が受信されている間（Ｓ１０４：ＮＯ）、補助電極４４と共通電極４５との間に電圧が印加された状態で上記Ｓ１０３の印刷動作を継続し、印刷信号が受信されなくなった後（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、所定時間だけ待機し（Ｓ１０５：ＮＯ）、所定時間が経過したときに（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、インクジェットヘッド３から記録用紙Ｐへのインクの吐出が全て完了したと判断して、ドライバＩＣ５０による補助電極４４の電位をグランド電位に戻すことによって、補助電極４４と共通電極４５との間の電圧の印加を解除し（Ｓ１０６）、動作を終了する。

ここで、第１実施形態では、補助電極４４と共通電極４５との間に常に一定電圧を印加し続けることはせず、印刷信号受信部１１１において印刷信号が受信されたときに、補助電極４４と共通電極４５との間に一定電圧を印加し始め、印刷信号が受信されなくなってから所定時間経過した後に、補助電極４４と共通電極４５との間への一定電圧の印加を解除している。すなわち、本発明に係る圧力付与動作を含む印刷動作が行われている期間は、補助電極４４と共通電極４５との間に一定電圧を印加し続け、それ以外のときには、補助電極４４をグランド電位に保持して補助電極４４と共通電極４５との間に一定電圧を印加しないようにしている。これは、補助電極４４と共通電極４５との間に一定電圧を印加する際の補助電極４４の電位によって圧電アクチュエータ３２に不具合が生じてしまうのを防止するためである。

以上に説明した第１実施形態によると、補助電極４４と共通電極４５との間に一定電圧を印加して、圧電層４２の補助電極４４と共通電極４５とに挟まれた部分を圧電層４２の面方向に収縮させることによって、圧電層４２の平面視で補助電極４４の内側に配置された個別電極４３に対向する部分が平面視で圧力室１０の外側に向かって圧電層４２の面方向に引っ張られた状態で、個別電極４３と共通電極４５との間に電圧を印加して圧電層４２及び振動板４１の圧力室１０に対向する部分を変形させることによってノズル１５からインクを吐出させている。したがって、圧電層４２及び振動板４１を変形させる際には、圧電層４２の個別電極４３と共通電極４５との間に挟まれた部分の、キャビティプレート２１と振動板４１との線膨張係数の差によって生じる圧電層４２の圧縮歪みが緩和されており、圧電層４２及び振動板４１の変形量が小さくなってしまうのが防止される。これにより、ノズル１５からのインクの吐出量が低下してしまうのを防止することができる。

さらに、補助電極４４が個別電極４３を取り囲むように配置されているため、圧電層４２の個別電極４３と対向する部分は、圧電層４２の面方向に平行な全方向に引っ張られることになり、圧電層４２の個別電極４３に対向する部分の圧縮歪みを十分に緩和することができる。

また、複数の補助電極４４同士が互いに接続されているため、複数の補助電極４４とＦＰＣとを１箇所において接続することができ、複数の補助電極を別々にＦＰＣに接続する場合と比較して、ＦＰＣの配線の構成が簡単になる。

また、圧電層４２の下面のほぼ全域に共通電極４５を形成することによって、本発明に係る第２電極及び第４電極を形成することができるので、第２電極及び第４電極を容易に形成することができる。

また、印刷動作を行うときにのみ、補助電極４４の電位を変化させて補助電極４４と共通電極４５との間に一定電圧を印加し、それ以外のときには、補助電極４４をグランド電位に保持することにより、補助電極４４の電位によって圧電アクチュエータ３２に不具合が生じてしまうのを防止することができる。

次に、第１実施形態に種々の変更を加えた変形例について説明する。ただし、第１実施形態と同様の構成を有するものについては同じ符号を付し、適宜その説明を省略する。

一変形例では、図８に示すように、振動板６１がステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３１６）など圧電層４２よりも線膨張係数が大きい導電性材料によって構成されており、振動板６１と圧電層４２とが熱硬化性接着剤などによって接合されている。また、導電性材料からなる振動板６１が共通電極（第２電極及び第４電極）を兼ねており、常にグランド電位に保持されている（変形例１）。

この場合でも、振動板６１と圧電層４２を接合する際に加熱を行った後、常温に戻すと、両者の線膨張係数の違いから、圧電層４２には圧電層４２の面方向の圧縮歪みが生じ、圧電層４２の個別電極４３と対向する部分における圧電特性が低下してしまう。しかしながら、この場合でも、印刷動作を行う前に、補助電極４４と振動板６１の間に一定電圧を印加することにより、圧電層４２の補助電極４４と振動板６１とに挟まれた部分が収縮し、これに伴って、圧電層４２の個別電極４３に対向する部分が圧力室１０の外側に向かって圧電層４２の面方向に引っ張られて、この部分における圧電層４２の圧縮歪みが緩和される。

別の一変形例では、図９に示すように、圧電層４２の下面の個別電極４３と対向する領域に電極７１（第２電極）が形成されており、圧電層４２の下面の補助電極４４と対向する領域に電極７２（第４電極）が形成されている（変形例２）。

この場合には、個別電極４３と電極７１との間に電圧を印加することによって、第１実施形態の場合と同様、圧電層４２及び振動板４１の圧力室１０と対向する部分を変形させて、ノズル１５からインクを吐出することができる。また、補助電極４４と電極７２との間に一定電圧を印加することによって、第１実施形態の場合と同様、圧電層４２の補助電極４４と電極７２とに挟まれた部分が収縮し、これに伴って、圧電層４２の個別電極４３と対向する部分が圧力室１０の外側に向かって圧電層４２の面方向に引っ張られて、圧電層４２のこの部分における圧縮歪みが緩和される。

なお、変形例２の場合には、電極７１同士及び電極７２同士が、互いに接続されていてもよいし、互いに接続されていなくてもよい。さらに、電極７１同士及び電極７２同士が互いに接続されていない場合には、第１実施形態とは逆に、個別電極４３をグランド電位に保持しておき、電極７１の電位を変化させて個別電極４３と電極７１との間に電圧を印加してもよく、補助電極４４をグランド電位に保持しておき、電極７２の電位を変化させて補助電極４４と電極７２との間に電圧を印加してもよい。

さらに、個別電極４３をグランド電位に保持しておく場合には、個別電極４３同士が圧電層４２上で互いに接続されていてもよく、さらには、個別電極４３及び補助電極４４の両方をグランド電位に保持しておく場合には、個別電極４３と補助電極４４とが圧電層４２上で互いに接続されていてもよい。この場合には、個別電極４３及び補助電極４４に接続されるＦＰＣの配線が簡単になる。

別の一変形例では、図１０に示すように、圧電層４２の上面に、平面視で個別電極４３を取り囲む領域に加え、紙送り方向に隣接する圧力室１０の間の領域のほぼ全域にわたって電極８４が配置されている（変形例３）。なお、変形例３における電極８４は、本発明に係る複数の第３電極が互いに接続されるとともに一体となったものである。

この場合には、電極８４が紙送り方向に隣接する圧力室１０の間の領域のほぼ全域にわたって配置されているため、電極８４と共通電極４５との間に電圧が印加されたときに、圧電層４２が広い範囲にわたって圧電層４２の面方向に収縮し、これに伴って、圧電層４２の個別電極４３に対向する部分が圧力室１０の外側に向かって圧電層４２の面方向に大きく引っ張られる。したがって、振動板４１と圧電層４２との線膨張係数の差が大きく、圧電層４２に生じる圧縮歪みが大きい場合であっても、圧電層４２の個別電極４３と対向する部分の圧縮歪みを十分に緩和することができる。

また、第１実施形態では、補助電極４４が個別電極４３を取り囲むように配置されていたがこれには限られない。別の一変形例では、図１１に示すように、個別電極４３の紙送り方向に関する両側に補助電極９４が配置されている（変形例４）。すなわち、平面視で補助電極９４が個別電極４３を挟むように配置されている。

この場合でも、補助電極９４と共通電極４５との間に電圧を印加することにより、圧電層４２の補助電極９４と共通電極４５とに挟まれた部分が収縮し、これに伴って、圧電層４２の補助電極９４に挟まれた個別電極４３と対向する部分が紙送り方向の両側に（圧電層４２の面方向に）引っ張られ、圧電層４２の個別電極４３に対向する部分の圧縮歪みが緩和される。

また、第１実施形態では、補助電極４４同士が接続部４６及び配線４７を介して互いに接続されていたが、補助電極４４同士が接続されておらず、別々にドライバＩＣ５０に接続されていてもよい。

また、第１実施形態では、上記Ｓ１０３（図７参照）印刷動作が行われている期間だけ、補助電極４４と共通電極４５との間に電圧を印加していたが、印刷動作が行われている期間だけでなく、プリンタ１の電源がＯＮになっている期間は、常に補助電極４４と共通電極４５との間に電圧が印加されていてもよい。

また、第１実施形態では、流路ユニット３１を構成するプレート２１〜２４のうち、プレート２１〜２３がステンレス鋼によって構成されていたが、少なくとも振動板４１と接合されるキャビティプレート２１がステンレス鋼など、圧電材料よりも線膨張係数が大きい材料により構成されていればよい。

さらには、変形例１の場合のように、振動板６１がステンレスなど、圧電材料よりも線膨張係数が大きい材料により構成されている場合には、流路ユニット３１を構成するプレート２１〜２４が全て合成樹脂材料などによって構成されていてもよい。

また、第１実施形態では、補助電極４４が、平面視でその幅方向に関する内側の略半分が圧力室１０と重なっており、外側の略半分が圧力室１０を画定する壁と重なっていたが、これには限られず、平面視で補助電極の全体が圧力室１０と重なっていてもよく、平面視で補助電極の全体が圧力室１０を画定する壁に対向していてもよい。

補助電極の全体が圧力室１０と重なっている場合には、圧電層４２の補助電極と共通電極４５との間に挟まれた部分に、流路ユニット３１に固定された部分がないので、圧電層４２の補助電極と共通電極４５との間に挟まれた部分の収縮によって、圧電層４２の個別電極４３に対向する部分が大きく引っ張られ、圧電層４２の個別電極４３に対向する部分の圧縮歪みが大きく緩和される。ただし、この場合には、補助電極の面積が大きすぎると、圧電層４２の上面の圧力室１０に対向する部分のうち補助電極が占める割合が大きくなるため、その分だけ個別電極４３の面積が小さくなり、その結果、個別電極４３と共通電極４５との間に電圧を印加したときの振動板４１及び圧電層４２の変形量が小さくなってしまう。

一方、補助電極の全体が圧力室１０を画定する壁と重なっている場合には、圧電層４２上面の圧力室１０に対向する部分に補助電極が配置されていないため、個別電極４３が小さくなってしまうことはない。ただし、この場合には、圧電層４２の補助電極と共通電極４５とに挟まれた部分が全て流路ユニット３１（キャビティプレート２１）に固定されているため、補助電極と共通電極４５と間に一定電圧を印加したときの、圧電層４２の補助電極と共通電極４５とに挟まれた部分の収縮量が小さくなり、これに伴って、圧電層４２の個別電極４３に対向する部分が引っ張られる量が小さくなる。したがって、補助電極の面積が小さいと、圧電層４２の圧縮歪みの緩和効果を十分に得ることができなくなってしまう。

また、第１実施形態では、１層の圧電層４２のみを備えており、個別電極４３と補助電極４４とがともに圧電層４２の上面に配置されており、本発明に係る第２電極と第４電極とが一体となった共通電極４５が圧電層４２と振動板４１との間に配置されていたが、これには限られず、互いに積層された複数の圧電層を備えており、第１電極と第３電極とが複数の圧電層の互いに異なる面に配置されていてもよい。あるいは、第２電極と第４電極とがこれら複数の圧電層の互いに異なる面に配置されていてもよい。

この場合でも、第３電極と第４電極との間に一定電圧が印加されて、圧電層の第３電極と第４電極とに挟まれた部分がその面方向に収縮することにより、第１電極と第２電極とに挟まれた部分を含む、複数の圧電層の圧力室１０と対向する部分がその面方向に圧力室１０の外側に向かって引っ張られる。これにより、圧電層の第１電極と第２電極とに挟まれた部分の圧縮歪みが緩和され、第１電極と第２電極との間の電圧を変化させて圧電アクチュエータを駆動したときの圧電層の第１電極と第２電極とに挟まれた部分の変形量が小さくなってしまうのが抑制される。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態について説明する。ただし、第２実施形態は、インクジェットヘッドの構造が第１実施形態と異なるだけであるので、以下では、この部分についての説明を行い、第１実施形態と同様の構成については、適宜その説明を省略する。

図１２は、第２実施形態に係るインクジェットヘッドの平面図である。図１３は図１２の部分拡大図である。図１４（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、図１３における、後述する振動板２４１、圧電層２４２〜２４４の上面を示した図である。図１５は、図１３のＸＶ−ＸＶ線断面図である。図１６は、図１３のＸＶＩ−ＸＶＩ線断面図である。

なお、図面を分かりやすくするため、図１２〜図１４においては、後述する流路ユニット２３１の圧力室２１０及びノズル２１５除くインク流路の図示を省略し、図１２においては、圧電アクチュエータ２３２の電極２４５〜２４７の図示を省略している。また、図１３においては、点線で図示すべき電極２４６、２４７を、それぞれ二点鎖線及び一点鎖線で図示している。さらに、図１４においては、それぞれ、後述する電極２４３〜２４５にハッチングを付している。また、図１６においては、流路ユニット２３１の圧力室２１０よりも下の部分の図示を省略している。

第２実施形態に係るインクジェットヘッド２０３も、第１実施形態に係るインクジェットヘッド３（図１参照）と同様、プリンタ１（図１参照）に用いられるものである。図１２〜図１６に示すように、インクジェットヘッド２０３は、流路ユニット２３１と圧電アクチュエータ２３２とを備えている。流路ユニット２３１は、複数のプレート２２１〜２２７が互いに積層されることによって、インク供給口２０９からインクが供給されるマニホールド流路２１１、及び、マニホールド流路２１１の出口からアパーチャ流路２１２を経て圧力室２１０に至り、さらに、圧力室２１０からディセンダ流路２１４を経てノズル２１５に至る複数の個別インク流路を有するインク流路（液体移送流路）が形成されている。そして、後述するように、圧電アクチュエータ２３２により、圧力室２１０内のインクに圧力が付与されると、圧力室２１０に連通するノズル２１５からインクが吐出される。

なお、プレート２２１〜２２７のうち、ノズル２１５が形成されたプレート２２７を除く６枚のプレート２２１〜２２６は、例えば、ＳＵＳ４３０（線膨張係数１０．４［１０^−６／℃］程度）、ＳＵＳ３１６（線膨張係数１６．０［１０^−６／℃］程度）のようなステンレス鋼など、後述する振動板２４１及び圧電層２４２〜２４４を構成する圧電材料よりも線膨張係数の大きい金属材料からなり、プレート２２７はポリイミドなどの合成樹脂材料からなる。あるいは、プレート２２７も他のプレート２２６と同様、金属材料からなるものであってもよい。

複数の圧力室２１０は、走査方向（図１３の左右方向）を長手方向とする略楕円の平面形状を有しており、紙送り方向（図１３の上下方向）に沿って配列されて１つの圧力室列２０８を構成している。そして、このような圧力室列２０８が、走査方向に２列に配列されることによって１つの圧力室群２０７を構成している。さらに、このような圧力室群２０７が走査方向に沿って５つ配列されている。ここで、１つの圧力室群２０７に含まれる２列の圧力室列２０８を構成する圧力室２１０同士は、紙送り方向に関して互いにずれて配置されている。また、複数のノズル２１５も、複数の圧力室２１０と同様に配置されている。

そして、これら５つの圧力室群２０７のうち、図１３の右側の２つを構成する圧力室２１０に対応するノズル２１５からはブラックのインクが吐出され、図１３の左側の３つを構成する圧力室２１０に対応するノズル２１５からは、図１３の右側に配列されているものから順に、イエロー、シアン、マゼンタのインクが吐出される。なお、インク流路の他の部分の構成については、従来のものと同様であるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。

圧電アクチュエータ２３２は、振動板２４１、圧電層２４２〜２４４及び電極２４５〜２４８を備えている。振動板２４１は、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との混晶であるチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする、プレート２２１〜２２６よりも線膨張係数の小さい圧電材料（線膨張係数５．５［１０^−６／℃］程度）からなり、複数の圧力室２１０を覆うように、流路ユニット２３１を構成するプレート２２１の上面に、例えば熱硬化性の接着剤などによって接合されている。

圧電層２４２〜２４４は、振動板２４１と同様の圧電材料からなり、互いに積層されて振動板２４１の上面に配置されている。より詳細には、圧電層２４２（下部圧電層）が、振動板２４１の上面（圧力室２１０と反対側）に配置されており、圧電層２４３（中間圧電層）が、圧電層２４２の上面（圧力室２１０と反対側）に配置されており、圧電層２４４（上部圧電層）が、圧電層２４３の上面（圧力室２１０と反対側）に配置されている。

電極２４７は、圧電層２４３と圧電層２４４との間に配置されており、複数の対向部２４７ａ（第１電極）と複数の接続部２４７ｂとを備えている。複数の対向部２４７ａは、それぞれ、走査方向（図１３の左右方向）に延びており、複数の圧力室２１０の紙送り方向（図１３の上下方向）に関する略中央部と対向するように配置されている。複数の接続部２４７ｃは、平面視で隣接する圧力室群２０７の間と対向する部分を紙送り方向に延びており、その走査方向の両側に位置する複数の対向部２４７ａの端部同士を互いに接続している。電極２４７は、図示しないＦＰＣを介してドライバＩＣ５０（図６参照）に接続されており、ドライバＩＣ５０により常にグランド電位に保持されている。ここで、第２実施形態においては、接続部２４７ｃにより複数の対向部２４７ａ同士が互いに接続されているので、ＦＰＣを複数の対向部２４７ａに個別に接続する必要がなく、ＦＰＣの配線が簡単になる。

電極２４８（第２電極）は、圧電層２４４の上面（圧電層２４３と反対側）に、複数の圧力室２１０に対応して複数配置されている。これら複数の電極２４８は、略矩形の平面形状を有しており、それぞれ、圧力室２１０のほぼ全域と対向するように配置されている。これにより、電極２４８は、その略中央部において対向部２４７ａと対向しているとともに、紙送り方向（図１４の上下方向、圧電層の面方向に平行な所定の一方向）の両側に、対向部２４７ａよりも外側まで延びている。また、電極２４８の、走査方向に関する一方の端部（ノズル２１５と反対側の端部）の一部分は、走査方向に圧力室２１０と対向しない部分まで延びており、図示しないＦＰＣに接続される接続端子２４８ａとなっている。そして、電極２４８は、ＦＰＣを介してドライバＩＣ５０に接続されており、電極２４８には、ドライバＩＣ５０により、グランド電位及び所定の電位（例えば、２０Ｖ程度）のいずれかの電位が選択的に付与される。

電極２４６は、圧電層２４２と圧電層２４３との間に、そのほぼ全域にまたがって配置されているとともに、圧力室２１０の略中央部と対向する部分に抜きパターン２４６ａが形成されている。なお、第２実施形態では、電極２４６のうち、紙送り方向に関して抜きパターン２４６ａの両側に位置する部分（電極２４８の対向部２４７ａよりも外側にはみ出した部分と対向する部分）が、本発明に係る第３電極に相当し、電極２４６のこの部分は、振動板２４１及び圧電層２４２〜２４４の積層方向から見て、対向部２４７ａを挟んでいる。

このように、第２実施形態においては、電極２４６を圧電層２４２と圧電層２４３との間のほぼ全域にまたがるように配置するとともに電極２４６に抜きパターン２４６ａを形成することにより、互いに接続された複数の第３電極を容易に形成することができる。また、電極２４６は、図示しないＦＰＣを介してドライバＩＣ５０に接続されており、ドライバＩＣ５０により常にグランド電位とは異なる所定の電位（例えば２０Ｖ程度）に保持されている。このとき、電極２４６が、互いに接続された本発明に係る複数の第３電極が互いに接続されて一体となったものであるので、複数の第３電極に別々にＦＰＣの配線を接続する必要がなく、ＦＰＣの配線が簡単になる。

電極２４５は、振動板２４１と圧電層２４２との間（圧電層２４２の圧電層２４３と反対側）に、そのほぼ全域にまたがって配置されている。なお、第２実施形態においては、電極２４５のうち電極２４６の上記第３電極に相当する部分と対向する部分が、本発明に係る第４電極に相当する。そして、振動板２４１と圧電層２４２との間にそのほぼ全域にまたがるように電極２４５を配置することにより、互いに接続された複数の第４電極を容易に形成することができる。また、電極２４５は図示しないＦＰＣを介してドライバＩＣ５０に接続されており、ドライバＩＣ５０により常にグランド電位に保持されている。このとき、電極２４５は、互いに接続された本発明に係る複数の第４電極が互いに接続されて一体となったものであるので、複数の第４電極に別々にＦＰＣの配線を接続する必要がなく、ＦＰＣの配線が簡単になる。

また、圧電アクチュエータ２３２においては、圧電層２４４の対向部２４７ａと電極２４８とに挟まれた部分（活性部Ｒ１）が、その厚み方向の下向きに分極されており、圧電層２４３、２４４の電極２４６と電極２４８とに挟まれた部分（活性部Ｒ２）が、その厚み方向の上向きに分極されており、圧電層２４３の電極２４５と電極２４６とに挟まれた部分（圧縮歪み緩和部Ｒ３）が、その厚み方向の下向きに分極されている。

次に、圧電アクチュエータ２３２の動作について説明する。圧電アクチュエータ２３２がノズル２１５からインクを吐出させる動作を行う前の待機状態においては、前述したように、電極２４５、２４７が常にグランド電位に保持され、電極２４６が常に上記所定の電位（例えば、２０Ｖ）に保持されているとともに、複数の電極２４８の電位が予め上記所定の電位に保持されている。この状態では、電極２４８が電極２４７よりも高電位となっているとともに、電極２４８と電極２４６とが同電位となっている。

これにより、電極２４８と電極２４７との間の電位差が生じ、活性部Ｒ１にはその分極方向と同じ方向の電界が発生する。これにより、活性部Ｒ１がこの電界と直交する面方向に収縮する。これによりいわゆるユニモルフ変形が生じ、圧電層２４２〜２４４及び振動板２４１の圧力室２１０と対向する部分が全体として圧力室２１０に向かって凸となるように変形する。この状態では、圧電層２４２〜２４４及び振動板２４１が変形していない状態と比較して、圧力室２１０の容積が小さくなっている。

そして、インクを吐出させるべく圧電アクチュエータ２３２を駆動させる際には、インクを吐出させるノズル２１５に対応する電極２４８の電位を、一旦、グランド電位に切り替え、所定時間経過後、上記所定の電位に戻す（第１電極と第２電極との間に印加する電圧を変化させる）。電極２４８の電位をグランド電位に切り替えると、電極２４８が電極２４７と同電位となるとともに、電極２４６よりも低電位となる。これにより、活性部Ｒ１の上記収縮が元に戻り、これと同時に、電極２４８と電極２４６との間に電位差が生じ、活性部Ｒ２にはその分極方向と同じ上向きの電界が発生し、活性部Ｒ２がその面方向に収縮する。これにより圧電層２４２〜２４４及び振動板２４１が全体として、圧力室２１０と反対側に凸となるように変形し、圧力室２１０の容積が増加する。

この後、電極２４８の電位を上記所定の電位に戻すと、前述したのと同様、圧電層２４２〜２４４及び振動板２４１の圧力室２１０と対向する部分が全体として圧力室２１０に向かって凸となるように変形し、圧力室２１０の容積が小さくなる。これにより、圧力室２１０内のインクの圧力が上昇し（圧力室２１０内のインクに圧力が付与され）、圧力室２１０に連通するノズル２１５からインクが吐出される。

また、上述したようにして圧電アクチュエータ２３２を駆動させる場合、電極２４８の電位を所定の電位からグランド電位に切り替えたときには、活性部Ｒ１が収縮した状態から収縮前の状態に伸長すると同時に、活性部Ｒ２が収縮するため、活性部Ｒ１の伸長が活性部Ｒ２の収縮に一部吸収される。一方、電極２４８の電位をグランド電位から所定の電位に戻したときには、活性部Ｒ１が収縮するとともに、活性部Ｒ２が収縮前の状態まで伸長するため、活性部Ｒ１の収縮が活性部Ｒ２の伸長によって一部吸収される。

以上のことから、圧電層２４４及び圧電層２４３の圧力室２１０と対向する部分の変形が、他の圧力室２１０と対向する部分に伝達して当該他の圧力室２１０に連通するノズル２１５からのインクの吐出特性が変動してしまう、いわゆるクロストークが抑制される。

ここで、前述したように、振動板２４１と流路ユニット２３１（プレート２２１）とを熱硬化性の接着剤により接合する際にはこれらを加熱することになるが、流路ユニット２３１を構成するプレート２２１が、振動板２４１及び圧電層２４２〜２４４よりも線膨張係数が大きい材料からなるため、加熱後、常温に戻ると、両者の線膨張係数の違いにより、振動板２４１及び圧電層２４２〜２４４には、その面方向に圧縮歪みが生じる。そして、圧電層２４２〜２４４にこのような圧縮歪みが生じると、上述したようにして圧電アクチュエータ２３２を駆動したときの、活性部Ｒ１、Ｒ２の変形量が小さくなり、ノズル２１５からのインクの吐出特性が低下してしまう虞がある。

しかしながら、第２実施形態では、圧電層２４２が圧縮歪み緩和部Ｒ３においてその厚み方向の下向きに分極されており、上述した待機状態にあるとき、及び、ノズル２１５からインクを吐出するときには（少なくとも圧力付与動作（変形動作）が行われている間は）、電極２４５がグランド電位に保持され続けているとともに、電極２４６が常に所定の電位に保持され続けており、これらの電極の間に一定電圧が印加され続けるため、圧縮歪み緩和部Ｒ３には、電極２４５と電極２４６との間の電位差によってその分極方向と同じ厚み方向の下向きの電界が発生しており、圧縮歪み緩和部Ｒ３は、その面方向に収縮している。

この収縮により、圧電層２４２の圧力室２１０と対向する部分が、圧電層２４２の上面に接合された圧電層２４３、２４４の圧力室２１０と対向する部分とともに、圧力室２１０の外側に向かって引っ張られ、活性部Ｒ１の圧縮歪みが緩和される。これにより、圧電アクチュエータ２３２を駆動したときの、活性部Ｒ１の変形量の低下が抑制される。

以上に説明した第２実施形態によると、圧電層２４２が圧縮歪み緩和部Ｒ３においてその厚み方向の下向きに分極されており、電極２４５がグランド電位に保持されているとともに、電極２４６が常に所定の電位に保持されているため、圧縮歪み緩和部Ｒ３には、電極２４５と電極２４６との間の電位差によってその分極方向と同じ厚み方向の下向きの電界が発生しており、圧縮歪み緩和部Ｒ３は、その面方向に収縮している。

また、複数の対向部２４７ａ同士が接続部２４７ｃによって互いに接続されているので、ＦＰＣを複数の対向部２４７ａに対して別々に接続する必要がなく、ＦＰＣの配線を簡単にすることができる。

また、圧電層２４２と圧電層２４３との間に複数の第３電極が互いに接続されて一体となった電極２４６が形成されているので、ＦＰＣの配線を複数の第３電極に別々に接続する必要がなく、ＦＰＣの配線が簡単になる。

また、振動板２４１と圧電層２４２との間に複数の第４電極が互いに接続されて一体となった電極２４５が形成されているので、ＦＰＣの配線を複数の第４電極に別々に接続する必要がなく、ＦＰＣの配線が簡単になる。

次に、第２実施形態に種々の変更を加えた変形例について説明する。ただし、第２実施形態と同様の構成を有するものについては同じ符号を付し、適宜その説明を省略する。

一変形例では、図１７、図１８に示すように、電極２４７（図１４参照）の代わりに、圧電層２４３と圧電層２４４との間に電極２５７が配置されている。電極２５７は、複数の対向部２５７ａと複数の接続部２５７ｂとを有している。対向部２５７ａは、対向部２４７ａ（図１４参照）と同様、走査方向（図１７の左右方向）に延びており、紙送り方向（図１７の上下方向）に関する圧力室２１０の略中央部と対向するように配置されている。複数の接続部２５７ｂは、全ての隣接する圧力室列２０８の間と対向する部分において紙送り方向に延びており、その走査方向に関する両側に配置された対向部２５７ａ同士を互いに接続させている（変形例５）。

この場合でも、図１６相当の断面図は、第２実施形態の場合と同様であり（図１６において２４７の符号を２５７の符号に変更したものであり）、第２実施形態のインクジェットヘッドと同様にして駆動させることができる。さらに、第２実施形態と同様、圧縮歪み緩和部Ｒ３がその面方向に収縮することにより、活性部Ｒ１の圧縮歪みを緩和することができる。

別の一変形例では、図１９に示すように、圧電層２４２の厚みが第２実施形態の場合よりも薄く、圧電層２４２と振動板２４１との間に、圧電層２４２とほぼ同じ厚みを有する２つの圧電層２６１、２６２が積層されている。また、圧電層２６１と圧電層２６２との間には、電極２４６とほぼ同じ平面形状を有しており、常に上記所定の電位に保持された電極２６３（第３電極）が配置されており、圧電層２６２と振動板２４１との間には、電極２４５とほぼ同じ平面形状を有しており、常にグランド電位に保持された電極２６４（第４電極）が配置されている。すなわち、複数の圧電層２４２〜２４４、２６１、２６２のうちの一部（圧電層２４２、２６１、２６２）の表面に、第３電極（電極２４６、２６３）及び第４電極（２４５、２６４）がその積層方向に沿って交互に配置されている。さらに、圧電層２６１の電極２４５と電極２６３とに挟まれた部分（圧縮歪み緩和部Ｒ４）はその厚み方向の上向きに分極されており、圧電層２６２の電極２６３と電極２６４とに挟まれた部分（圧縮歪み緩和部Ｒ５）はその厚み方向の下向きに分極されている（変形例６）。

この場合には、第２実施形態と同様、電極２４５と電極２４６との間に一定電圧が印加されることにより発生した電界によって圧縮歪み緩和部Ｒ３がその面方向に収縮するのに加え、電極２４５と電極２６３との間に一定電圧が印加されることにより発生した電界によって圧縮歪み緩和部Ｒ４その面方向に収縮するとともに、電極２６３と電極２６４との間に一定電圧が印加されることにより発生した電界によって圧縮歪み緩和部Ｒ５がその面方向に収縮する。

これにより、第２実施形態の場合と同様、活性部Ｒ１の圧縮歪みが緩和され、圧電アクチュエータ２３２を駆動したときの活性部Ｒ１の変形量の低下が抑制される。さらに、変形例６においては、圧電層２４２、２６１、２６２の厚みが、それぞれ第２実施形態の場合の圧電層２４２の厚みよりも薄いため、圧縮歪み緩和部Ｒ３〜Ｒ５に発生する電界が大きくなり、圧縮歪み緩和部Ｒ３〜Ｒ５の収縮量も大きくなる。したがって、活性部Ｒ１の圧縮歪みを効果的に緩和することができる。

また、第２実施形態においても、上述の変形例１と同様、振動板２４１がＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３１６のような圧電材料よりも線膨張係数の大きい導電性材料からなるものであり、振動板２４１が電極２４５を兼ねるものであってもよい。

また、以上では、本発明をノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドに適用した例について説明したが、インク以外の液体を吐出するあるいは液体を移送する液体移送装置に本発明を適用することも可能である。さらには、種々の装置の駆動部を駆動するための圧電アクチュエータに本発明を適用することも可能である。

本発明における第１実施形態に係るプリンタの概略構成図である。図１のインクジェットヘッドの平面図である。図２の部分拡大図である。図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。図３のＶ−Ｖ線断面図である。制御装置の機能ブロック図である。プリンタの動作の流れを示すフローチャートである。変形例１の図５相当の図である。変形例２の図５相当の図である。変形例３の図３相当の図である。変形例４の図３相当の図である。本発明における第２実施形態に係るインクジェットヘッドの平面図である。図１２の部分拡大図である。図１３における、振動板、下部圧電層、中間圧電層及び上部圧電層の上面の状態を示した図である。図１３のＸＶ−ＸＶ線断面図である。図１３のＸＶＩ−ＸＶＩ線断面図である。変形例５の図１３相当の図である。変形例５の図１４相当の図である。変形例６の図１６相当の図である。

符号の説明

３インクジェットヘッド
１０圧力室
３１流路ユニット
３２圧電アクチュエータ
４１振動板
４２圧電層
４３個別電極
４４補助電極
４５共通電極
４６接続部
４７配線
５０ドライバＩＣ
６１振動板
７１電極
７２電極
８４電極
９４電極
１００制御装置
２０３インクジェットヘッド
２１０圧力室
２４１振動板
２４２〜２４４圧電層
２４５〜２４８電極
２６１、２６２圧電層
２６３、２６４電極

Claims

圧力室を含む液体を移送するための液体移送流路が形成された流路ユニットと、
前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータと、
その圧電アクチュエータに電圧を印加する電圧印加手段と、
その電圧印加手段を制御する制御手段とを備えた液体移送装置であって、
前記圧電アクチュエータは、
前記圧力室を覆うように前記流路ユニットに接合された振動板と、
前記振動板の前記圧力室と反対側に配置された１又は複数の圧電層と、
前記１又は複数の圧電層のいずれかの面に配置されており、少なくとも前記圧力室と対向する第１電極と、
前記１又は複数の圧電層のいずれかの面のうち、前記第１電極が配置されているのとは異なる面に、前記第１電極と対向する領域を占めるように配置された第２電極と、
前記１又は複数の圧電層のいずれかの面に、前記振動板と前記１又は複数の圧電層との積層方向から見て、少なくとも前記第１電極を挟む位置に配置された第３電極と、
前記１又は複数の圧電層のいずれかの面のうち、前記第３電極が配置されているのとは異なる面における、前記第３電極と対向する領域に配置された第４電極と、を有するとともに、
前記振動板と前記１又は複数の圧電層とが同じ圧電材料からなるものであり、
前記流路ユニットは、その少なくとも前記振動板と接合されている部分が、前記振動板、及び、前記１又は複数の圧電層よりも線膨張係数が大きい材料からなるものであり、
前記電圧印加手段は、前記第１電極と前記第２電極との間、及び、前記第３電極と前記第４電極との間に電圧を印加するものであり、
前記制御手段は、前記第１電極と前記第２電極との間に印加する電圧を変化させて前記振動板及び前記圧電層の前記圧力室と対向する部分を変形させることによって前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧力付与動作が行われるとともに、少なくとも前記圧力付与動作が行われている間は、前記第３電極と前記第４電極との間に所定の一定電圧が印加され続けるように前記電圧印加手段を制御することを特徴とする液体移送装置。
圧力室を含む液体を移送するための液体移送流路が形成された流路ユニットと、
前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータと、
その圧電アクチュエータに電圧を印加する電圧印加手段と、
その電圧印加手段を制御する制御手段とを備えた液体移送装置であって、
前記圧電アクチュエータは、
前記圧力室を覆うように前記流路ユニットに接合された振動板と、
前記振動板の前記圧力室と反対側に配置された１又は複数の圧電層と、
前記１又は複数の圧電層のいずれかの面に配置されており、少なくとも前記圧力室と対向する第１電極と、
前記１又は複数の圧電層のいずれかの面のうち、前記第１電極が配置されているのとは異なる面に、前記第１電極と対向する領域を占めるように配置された第２電極と、
前記１又は複数の圧電層のいずれかの面に、前記振動板と前記１又は複数の圧電層との積層方向から見て、少なくとも前記第１電極を挟む位置に配置された第３電極と、
前記１又は複数の圧電層のいずれかの面のうち、前記第３電極が配置されているのとは異なる面における、前記第３電極と対向する領域に配置された第４電極と、を有するとともに、
前記振動板は、前記圧電層よりも線膨張係数が大きい材料から構成されるものであり、
前記電圧印加手段は、前記第１電極と前記第２電極との間、及び、前記第３電極と前記第４電極との間に電圧を印加するものであり、
前記制御手段は、前記第１電極と前記第２電極との間に印加する電圧を変化させて前記振動板及び前記圧電層の前記圧力室と対向する部分を変形させることによって前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧力付与動作が行われるとともに、少なくとも前記圧力付与動作が行われている間は、前記第３電極と前記第４電極との間に所定の一定電圧が印加され続けるように前記電圧印加手段を制御することを特徴とする液体移送装置。
前記圧力室を複数備えているとともに、これら複数の圧力室に対応して前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極及び前記第４電極を複数備えており、
前記第３電極同士及び前記第４電極同士の少なくともいずれか一方が、前記圧電層上で互いに接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体移送装置。
前記振動板と前記１又は複数の圧電層との積層方向から見て、前記第３電極が前記第１電極を取り囲むように配置されているとともに、前記第４電極が前記第２電極を取り囲むように配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液体移送装置。
前記制御手段は、前記液体移送流路において液体の移送を行うことを指示する液体移送指令の入力に応じて、前記第３電極と前記第４電極との間に前記一定電圧が印加され始めるように前記電圧印加手段を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液体移送装置。
前記第１電極と前記第３電極とが、前記１又は複数の圧電層の同じ面に配置されているとともに、
前記第２電極と前記第４電極とが、前記１又は複数の圧電層の同じ面に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液体移送装置。
前記電圧印加手段は、前記第１電極と前記第３電極、及び、前記第２電極と第４電極のいずれか一方を、常に所定の基準電位に保持するとともに他方の電位を変化させることによって、前記第１電極と前記第２電極との間、及び、前記第３電極と前記第４電極との間に電圧を印加するように構成されており、
前記第１電極と前記第３電極、及び、前記第２電極と前記第４電極の前記一方が、前記圧電層上で互いに接続されていることを特徴とする請求項６に記載の液体移送装置。
複数の圧電層を備えており、これら複数の圧電層には、
前記振動板の前記圧力室と反対側に配置された下部圧電層と、
前記下部圧電層の前記圧力室と反対側に配置された中間圧電層と、
前記中間圧電層の前記圧力室と反対側に配置された上部圧電層とが含まれており、
前記第１電極が、前記中間圧電層と前記上部圧電層との間に、前記圧力室の中央部と対向するように配置されており、
前記第２電極が、前記上部圧電層の前記中間圧電層と反対側に、前記第１電極と対向するとともに、前記複数の圧電層の面方向と平行な所定の一方向の両側に、前記第１電極よりも外側まで延びており、
前記第３電極が、前記下部圧電層と前記中間圧電層との間に、前記第２電極における、前記第１電極よりも外側に延びた部分と対向するように配置されており、
前記第４電極が、前記下部圧電層の前記中間圧電層と反対側に、前記第３電極と対向するように配置されており、
前記制御手段は、前記第１電極及び前記第４電極が所定の第１電位に保持され、前記第３電極が前記第１電位とは異なる所定の第２電位に保持された状態で、前記第２電極の電位が、前記第１電位と前記第２電位との間で切り替わることによって前記圧力付与動作が行われるように、前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極及び前記第４電極の電位を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液体移送装置。
複数の圧電層を備えており、前記第３電極及び前記第４電極が、これら複数の圧電層のうちの少なくとも一部の表面に、その積層方向に沿って交互に配置されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の液体移送装置。
変形可能に構成された変形可能部を有する振動板と、
前記振動板の一表面に配置された１又は複数の圧電層と、
前記１又は複数の圧電層のいずれかの面に配置されており、少なくとも前記変形可能部と対向する第１電極と、
前記１又は複数の圧電層のいずれかの面のうち、前記第１電極が配置されているのとは異なる面に、前記第１電極と対向する領域を占めるように配置された第２電極と、
前記１又は複数の圧電層のいずれかの面に、前記振動板と前記１又は複数の圧電層との積層方向から見て、少なくとも前記第１電極を挟む位置に配置された第３電極と、
前記１又は複数の圧電層のいずれかの面のうち、前記第３電極が配置されているのとは異なる面における、前記第３電極と対向する領域に配置された第４電極と、を有するとともに、
前記振動板は、前記１又は複数の圧電層よりも線膨張係数が大きい材料から構成されるものであり、
前記第１電極と前記第２電極との間に印加する電圧を変化させて前記振動板及び前記圧電層の前記変形可能部と対向する部分を変形させる圧力付与動作が行われるとともに、少なくとも前記圧力付与動作が行われている間は、前記第３電極と前記第４電極との間に所定の一定電圧が印加され続けることを特徴とする圧電アクチュエータ。