JP5392187B2 - 圧電アクチュエータ及び液体噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧電アクチュエータ及びこの圧電アクチュエータを有する液体噴射装置に関する。

特許文献１の図６７に記載の圧電アクチュエータにおいては、２枚の圧電層（圧電材料層）が互いに積層されており、上側の圧電層の上面（第１層）、２つの圧電層の間（第２層）、及び、下側の圧電層の下面（第３層）の厚み方向における異なる位置に、それぞれ、複数の個別電極、第２の共通定電位電極、及び、第１の共通定電位電極が配置されている。

そして、第１の共通定電位電極は、複数の個別電極の配列方向と直交する方向の両端部に引き出されており、その両端部の中央においてスルーホールを介して、上側の圧電層の上面（表面）の両端部に配置された接続端子に接続されており、グランド電位に保持される。また、第２の共通定電位電極も、複数の個別電極の配列方向と直交する方向の両端部に引き出されており、その両端部の中央の両側においてスルーホールを介して、上側の圧電層の表面の両端部に配置された接続端子に接続されており、所定の正の電位に保持される。このとき、第１の共通定電位電極と第２の共通定電位電極は、上側の圧電層の表面の両端部の縁に沿って交互に並んで近接配置されている。

特開２００９−９６１７３号公報（図６７）

しかしながら、特許文献１に記載の圧電アクチュエータのように、互いに異なる定電位に保持される第１の共通定電位電極に接続された接続端子と第２の共通定電位電極に接続された接続端子を、圧電層の表面の同一面内における同じ端側で近接配置すると、圧電層の表面において、第１の共通定電位電極と第２の共通定電位電極の間の電位差により、接続端子間でマイグレーションが生じたり、例えば高湿環境などの水蒸気の多い環境で接続端子間にまたがって水滴が付着すると、接続端子同士が水滴を介して導通し、圧電アクチュエータが絶縁破壊したりしてしまうことがあった。そこで、本発明の発明者らは、互いに異なる定電位に保持されている定電位電極に接続される接続端子を、圧電層の表面の一方端部とこの端部と反対の他方端部にそれぞれ分けて配置することを考えた。

一方、駆動素子の数を増やす必要がある場合に、１つの圧電アクチュエータ内の個別電極を増やして、駆動素子を増やすのではなく、上述したような圧電アクチュエータを１つのアクチュエータユニットとして、このようなアクチュエータユニットを複数並べて、駆動素子の数を増やした圧電アクチュエータを用いることがある。このとき、アクチュエータユニットを同じ向きで並べると、１つのアクチュエータユニットの第１の共通定電位電極に接続される接続端子と、このアクチュエータユニットに隣接する他のアクチュエータユニットの第２の共通定電位電極に接続される接続端子が、隣接して配置されることになり、互いに異なる電位に保持され、隣接するアクチュエータ間にマイグレーションが生じたり、アクチュエータユニットが絶縁破壊してしまう。

そこで、本発明の目的は、アクチュエータユニットの配置構成により、隣接する２つのアクチュエータユニットの間におけるマイグレーションや絶縁破壊を防止した圧電アクチュエータ及び液体噴射装置を提供することである。

本発明の圧電アクチュエータは、基材に接合された複数のアクチュエータユニットからなる圧電アクチュエータであって、各アクチュエータユニットは、厚み方向に積層された複数の圧電層からなる圧電体と、前記圧電体の前記厚み方向における所定の位置に配置された複数の個別電極と、前記圧電体の前記厚み方向における前記個別電極とは異なる位置に配置され、前記複数の個別電極の一部分とそれぞれ対向する複数の第１電極部分と、前記複数の第１電極部分と接続され、前記圧電層の面と平行な一方向における前記圧電層の第１端側まで引き出された第１引き出し部分を有し、所定の第１電位に保持される第１共通電極と、前記圧電体の表面に配置され、前記第１引き出し部分の前記第１端側と接続され、前記表面の前記第１端側の縁に沿って延在した第１表面電極と、前記圧電体の前記厚み方向における前記個別電極とは異なる位置に配置され、前記複数の第１電極部分が対向する部分とは異なる前記複数の個別電極の一部分とそれぞれ対向する複数の第２電極部分と、前記複数の第２電極部分と接続され、前記一方向における前記圧電層の前記第１端と反対の第２端側まで引き出された第２引き出し部分を有し、前記第１電位とは異なる第２電位に保持される第２共通電極と、前記圧電体の前記表面に配置され、前記第２引き出し部分の前記第２端側と接続され、前記表面の前記第２端側の縁に沿って延在した第２表面電極と、を備えており、複数の前記アクチュエータユニットは、前記一方向に沿って並んでおり、且つ、前記第１表面電極が延在する前記第１端同士または前記第２表面電極が延在する前記第２端同士が隣接するように前記基材上に配置されている。

本発明の圧電アクチュエータによると、各アクチュエータユニットにおいて、圧電体の表面の、一方向における第１端側の縁に沿って第１表面電極が延在し、第１端と反対の第２端側の縁に沿って第２表面電極が延在している。そして、複数のアクチュエータユニットを基材上に一方向に沿って並べるときには、複数のアクチュエータユニットを第１表面電極が延在する第１端同士または第２表面電極が延在する第２端同士が隣接するように配置している。これにより、一方向に関して隣接する２つのアクチュエータユニットにおいて、同一面内に配置され、一方のアクチュエータユニットと他方のアクチュエータユニットの一方向に関して隣接する表面電極同士が同じ電位となり、これら２つの表面電極間の電位差によるマイグレーションやアクチュエータユニットの絶縁破壊を防止することができる。

また、前記複数のアクチュエータユニットは、前記複数の個別電極に対して前記第１引き出し部分と前記第２引き出し部分の引き出された端が互いに逆になった２種類のアクチュエータユニットからなり、前記２種類のアクチュエータユニットが、前記一方向に交互に並んでいることが好ましい。

１種類のアクチュエータユニットを用いて、複数のアクチュエータユニットを一方向に沿って並べるときに、第１表面電極が延在する第１端同士または第２表面電極が延在する第２端同士が隣接するように配置しようとすると、所定の向きのアクチュエータユニットとこのアクチュエータユニットの向きを１８０度回転させたアクチュエータユニットを一方向に沿って交互に並べることで実現可能となるが、これでは、複数の個別電極の配置が点対称ではないときに、所定の向きのアクチュエータユニットと１８０度回転させたアクチュエータユニットの間で個別電極の配置がずれて、複数のアクチュエータユニットの個別電極が所定の配置規則にしたがって配置されないことがある。そこで、複数のアクチュエータユニットを一方向に沿って並べるときに、第１表面電極が延在する第１端同士または第２表面電極が延在する第２端同士が隣接するように配置しながら、複数のアクチュエータユニットの個別電極を所定の配置規則にしたがって配置しようとしたときには、複数の個別電極に対して第１引き出し部分と第２引き出し部分の引き出された端が互いに逆になった２種類のアクチュエータユニットを用いることが有効である。

本発明の液体噴射装置は、液体を噴射する複数のノズルと、前記複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、前記流路ユニットに、前記圧力室を覆うように配置された請求項１または請求項２に記載の圧電アクチュエータと、を備えた液体噴射装置であって、前記複数の圧力室は、前記一方向に沿って並んでいる。

本発明の液体噴射装置によると、複数の圧力室の配列方向と、第１引き出し部分及び第２引き出し部分の引き出された方向が同じ方向である。したがって、流路ユニットの一方向に複数並べて配置された圧力室に対応して、複数のアクチュエータユニットを一方向に沿って並べる場合に本発明を適用することができる。

一方、別の観点では、本発明の液体噴射装置は、液体を噴射する複数のノズルと、前記複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、前記流路ユニットに、前記圧力室を覆うように配置された請求項１または請求項２に記載の圧電アクチュエータと、を備えた液体噴射装置であって、前記複数の圧力室は、前記圧電層の面と平行であり、且つ、前記一方向と直交する方向に沿って並んで列を形成しており、前記圧力室の列が、前記一方向に複数並んでいる。

本発明の液体噴射装置によると、圧力室の列の並び方向と、第１引き出し部分及び第２引き出し部分の引き出された方向が同じ方向である。したがって、流路ユニットの一方向に複数列並べて配置された圧力室の列に対応して、複数のアクチュエータユニットを一方向に沿って並べる場合に本発明を適用することができる。

また、前記第１電極部分と前記第２電極部分は、前記圧電体の前記厚み方向における互いに異なる位置に配置されており、前記一方向における前記第１端側よりも前記第２端側において、前記第１引き出し部分と前記第１電極部分の少なくともいずれか一方と接続され、前記圧電層の面と平行であり、且つ、前記一方向と直交する方向における前記圧電層の第３端側まで引き出された第３引き出し部分と、前記一方向における前記第２端側よりも前記第１端側において、前記第２引き出し部分と前記第２電極部分の少なくともいずれか一方と接続され、前記圧電層の面と平行であり、且つ、前記直交する方向における前記圧電層の前記第３端側と反対の第４端側まで引き出された第４引き出し部分と、をさらに備えており、前記第１表面電極は、さらに、前記第３引き出し部分の前記第３端側と接続され、前記圧電体の前記表面の前記第３端側の縁に沿って延在しており、前記第２表面電極は、さらに、前記第４引き出し部分の前記第４端側と接続され、前記圧電体の前記表面の前記第４端側の縁に沿って延在していることが好ましい。

仮に、第３引き出し部分がなく、第１電極部分を第１引き出し部分だけを介して第１表面電極と接続していると、第１引き出し部分において、第１表面電極と接続されている位置から離れるほど電位変動が生じやすい。その結果、複数の第１電極部分において、互いに異なる電位が付与されてしまう。そこで、本発明においては、第１引き出し部分が引き出された第１端よりも第２端側に第３引き出し部分を設けて、この第３引き出し部分を第１表面電極と接続している。これにより、全ての第１電極部分に対して電位変動が生じにくくなる。また、全ての第２電極部分に対しても、第４引き出し部分を設けているため、電位変動が生じにくくなる。

さらに、前記複数のアクチュエータユニットは、前記流路ユニット上に、前記一方向に沿って並んでいるとともに、さらに、前記直交する方向に沿って並んでおり、且つ、前記第１表面電極が延在する前記第３端同士または前記第２表面電極が延在する前記第４端同士が隣接するように配置されていることが好ましい。

これによると、各アクチュエータユニットにおいて、圧電体の表面の、一方向と直交する方向における第３端側の縁に沿って第１表面電極が延在し、第３端と反対の第４端側の縁に沿って第２表面電極が延在している。そして、複数のアクチュエータユニットを流路ユニット上に直交する方向に沿って並べるときには、第１表面電極が延在する第３端同士または第２表面電極が延在する第４端同士が隣接するように配置している。これにより、一方向と直交する方向に関して隣接する２つのアクチュエータユニットにおいて、同一面内に配置され、一方のアクチュエータユニットと他方のアクチュエータユニットの直交する方向に関して隣接する表面電極同士が同じ電位となり、これら２つの表面電極間の電位差によるマイグレーションやアクチュエータユニットの絶縁破壊を防止することができる。

一方向に関して隣接する２つのアクチュエータユニットにおいて、同一面内に配置され、一方のアクチュエータユニットと他方のアクチュエータユニットの一方向に関して隣接する表面電極同士が同じ電位となり、これら２つの表面電極間の電位差によるマイグレーションやアクチュエータユニットの絶縁破壊を防止することができる。

本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。 第１アクチュエータユニットの平面図である。 第１アクチュエータユニットを構成する各圧電層の平面図である。 図４（ａ）〜（ｃ）の部分拡大図である。 図５のＡ−Ａ線断面図である。 図５のＢ−Ｂ線断面図である。 第１アクチュエータユニットの縦断面図であり、（ａ）は図３のＣ−Ｃ線断面図であり、（ｂ）は図３のＤ−Ｄ線断面図である。 変形例１の図２相当の図である。

以下、本発明の好適な実施形態について説明する。図１は、本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（液体噴射装置）、用紙搬送ローラ４などを備えている。

キャリッジ２は、ガイド軸５に沿って走査方向（図１の左右方向）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の下面に配置されており、その下面に形成された複数のノズル１５（図６参照）からインクを噴射する。用紙搬送ローラ４は、記録用紙Ｐを紙送り方向（図１の手前方向）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が紙送り方向に搬送する記録用紙Ｐに、インクジェットヘッド３がキャリッジ２とともに走査方向に往復移動しながらインクを噴射することによって、記録用紙Ｐに所望の画像や文字などを印刷する。

次に、インクジェットヘッド３について詳細に説明する。図２は、インクジェットヘッドの平面図である。図３は、第１アクチュエータユニットの平面図である。図４は、第１アクチュエータユニットを構成する各圧電層の平面図であり、（ａ）が圧電層４２の上面、（ｂ）が圧電層４１の上面、（ｃ）が圧電層４０の上面をそれぞれ示している。図５は、図４（ａ）〜（ｃ）の部分拡大図である。図６は、図５のＡ−Ａ線断面図である。図７は、図５のＢ−Ｂ線断面図である。図８は、第１アクチュエータユニットの縦断面図であり、（ａ）が図３のＣ−Ｃ線断面図であり、（ｂ）が図３のＤ−Ｄ線断面図をそれぞれ示している。

なお、図面を分かりやすくするため、図３においては、後述するスルーホール５１〜５４を大きく図示している。また、図３においては、後述する流路ユニット３１の圧力室１０及びノズル１５を除くインク流路の図示を省略している。また、図２〜図５においては、図面上で表面に露出する電極にハッチングを付している。そして、同じハッチングを付している電極は、同電位となっている。また、図７においては、流路ユニット３１の圧力室１０が形成されたプレート２１よりも下層のプレート２２〜２７の図示を省略している。

図２〜図８に示すように、インクジェットヘッド３は、流路ユニット３１と圧電アクチュエータ３２とを有している。詳しくは後述するが、インクジェットヘッド３は、１つの流路ユニット３１の上面に、複数のアクチュエータユニット８０からなる圧電アクチュエータ３２が配置された構成となっている。

次に、流路ユニット３１について説明する。まず、１つのアクチュエータユニット８０に対応する部分の流路ユニット３１の構成について説明し、その後、流路ユニット３１全体の構成について説明する。図６に示すように、流路ユニット３１は、複数のプレート２１〜２７が互いに積層されることによって形成されており、その内部には、インク供給口９からインクが供給されるマニホールド流路１１、及び、マニホールド流路１１の出口からアパーチャ流路１２を経て圧力室１０に至り、さらに、圧力室１０からディセンダ流路１４を経てノズル１５に至る複数の個別インク流路を有するインク流路が形成されている。

図３に示すように、複数の圧力室１０は、走査方向（図３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３の上下方向）に沿って所定間隔で配列されて１つの圧力室列８を構成している。そして、圧力室列８は、走査方向に４列配列されている。また、複数のノズル１５も、複数の圧力室１０と同様に配置されている。

そして、これら４つの圧力室列８を構成するノズル１５からは、図３の右側に配置されているものから順に、ブラック、イエロー、シアン、マゼンタのインクを噴射する。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。

図２に示すように、流路ユニット３１は、上述したような１つのアクチュエータユニット８０に対応する部分が紙送り方向に沿って３つ並んでおり、その列が紙送り方向に関してずれながら走査方向に３列配列されている。紙送り方向に関して隣接する２つのアクチュエータユニット８０において、隣接する側の端部まで圧力室１０が形成されていないため、２つのアクチュエータユニット８０が隣接する部分において、圧力室１０の配列間隔が広くなっているが、上述したように、１つのアクチュエータユニット８０に対応する部分が紙送り方向に沿って３つ並んでおり、その列が紙送り方向に関してずれながら走査方向に３列配列されていることで、圧力室１０の配列間隔が広くなった部分には、他の列の圧力室１０が配置されていることで、結果的に、紙送り方向において所定の配列間隔で圧力室１０が配置されている。これにより、圧力室１０に連通するノズル１５も同様に、紙送り方向において所定の配列間隔で配置されている。

そして、流路ユニット３１には、圧力室の列（ノズル１５の列）ごとに、インク供給口９が形成されている。つまり、１２列の圧力室の列に対応して、１２個のインク供給口９が形成されている。これにより、インク供給口９から圧力室１０に連通するマニホールド流路１１への流路構成が簡単になる。なお、圧力室の列（ノズル１５の列）ごとにインク供給口９を形成せずに、各インク色ごとに計４つのインク供給口９を形成してもよい。

次に、圧電アクチュエータ３２について説明する。図２に示すように、圧電アクチュエータ３２は、後述する、第１表面電極と第２表面電極に対して、複数の個別電極４５から引き出された部分に位置する接続端子４５ａの引き出された方向が互いに逆になった２種類の第１アクチュエータユニット８０ａと第２アクチュエータユニット８０ｂとからなる。そして、第１アクチュエータユニット８０ａと第２アクチュエータユニット８０ｂは、紙送り方向に交互に並んでアクチュエータユニット列８１を構成しており、このように交互に並んだアクチュエータユニット列８１が走査方向に３列配列されている。

３列のアクチュエータユニット列８１のうち、走査方向における右端と左端の２列は、紙送り方向に、第１アクチュエータユニット８０ａ、第２アクチュエータユニット８０ｂ、第１アクチュエータユニット８０ａの順に配置されている。一方、走査方向における中央のアクチュエータユニット列８１は、紙送り方向に、第２アクチュエータユニット８０ｂ、第１アクチュエータユニット８０ａ、第２アクチュエータユニット８０ｂの順に配置されている。このように、流路ユニット３１を構成し、アクチュエータユニット８０を紙送り方向に沿って並べることで、１列のノズル１５の数が増え、印刷の高速化が可能となる。

次に、第１アクチュエータユニット８０ａについて説明する。図３〜図８に示すように、第１アクチュエータユニット８０ａは、圧電層４０〜４２、複数の個別電極４５、第１共通電極４３、第１表面電極４７、第２共通電極４４及び第２表面電極４８を有している。

圧電層４０〜４２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、互いに積層された状態で、複数の圧力室１０を覆うように、流路ユニット３１の上面に接着剤を介して接合されている。ここで、圧電層４０〜４２のうち、圧電層４０は振動板として機能するものである。なお、本実施形態では、圧電層４０〜４２の積層体が、本発明に係る圧電体に相当する。

第１共通電極４３は、複数の第１電極部分４３ａと、第１引き出し部分４３ｂと、第３引き出し部分４３ｃとを有しており、圧電層４０と圧電層４１との間に配置されている。

複数の第１電極部分４３ａは、それぞれ、圧力室１０の紙送り方向に関する両端部と対向するように配置されている。第１引き出し部分４３ｂは、４つの圧力室列８に対して個別に設けられており、各圧力室列８を構成する圧力室１０に対応する第１電極部分４３ａの図４（ｃ）における左端部同士を互いに接続しており、複数の第１電極部分４３ａが配置された領域を越えて、図４（ｃ）における上端側（第１端側）まで紙送り方向に引き出されている。第３引き出し部分４３ｃは、４つの第１引き出し部分４３ｂの図４（ｃ）における下端部（第１端側とは反対の第２端側）を互いに接続しており、複数の第１電極部分４３ａが配置された領域を越えて、図４（ｃ）における左端側（第３端側）まで走査方向に引き出されている。

なお、本実施形態では、１列の圧力室列８に属する圧力室１０の数が、圧力室列８の列数よりも多くなっている。そのため、第１引き出し部分４３ｂが、圧電層４０の走査方向に沿った方向ではなく、紙送り方向に沿った方向に引き出されていることで、この第１引き出し部分４３ｂの総引き出し距離が短くなり、第１引き出し部分４３ｂの引き回しを容易にすることができる。これは、後述する第２引き出し部分４４ｂについても同様である。

第１表面電極４７は、圧電層４２の上面（表面）に配置されており、圧電層４２の表面の第１端側の縁に沿って延在しており、平面視で第１引き出し部分４３ｂの第１端側と重なっている。圧電層４２の、平面視で第１表面電極４７と第１引き出し部分４３ｂの第１端側が重なる部分には、内部に金属などの導電材料が充填されたスルーホール５１が形成されている。そして、第１表面電極４７と第１引き出し部分４３ｂは、スルーホール５１を介して導通している。

第１表面電極４７は、さらに、圧電層４２の表面の第３端側の縁に沿って延在しており、平面視で第３引き出し部分４３ｃの第３端側と重なっている。圧電層４２の、平面視で第１表面電極４７と第３引き出し部分４３ｃの第３端側が重なる部分には、スルーホール５２が形成されている。そして、第１表面電極４７と第３引き出し部分４３ｃは、スルーホール５２を介して導通している。このように、第１表面電極４７は、圧電層４２の表面において、Ｌ字状に形成されており、第１引き出し部分４３ｂ及び第３引き出し部分４３ｃを介して複数の第１電極部分４３ａと接続されている。

そして、第１引き出し部分４３ｂと第３引き出し部分４３ｃは、平面視で複数の個別電極４５が配置された領域と重なる領域から離れた端部に引き出されて、第１表面電極４７と接続されているため、圧電層４２の複数の個別電極４５が配置された領域から離れた端部に大きな表面積で確保して第１表面電極４７を形成することができる。この第１表面電極４７は、間隔をあけて配置されたランド５５を介して、圧電アクチュエータ３２の上面に配置されるＣＯＦ（Chip On Film）７０に接続されている。

第２共通電極４４は、複数の第２電極部分４４ａと、第２引き出し部分４４ｂ、第４引き出し部分４４ｃとを有しており、圧電層４１と圧電層４２との間に配置されている。

複数の第２電極部分４４ａは、略矩形の平面形状を有しており、圧力室１０の略中央部と対向するように配置されている。第２引き出し部分４４ｂは、４つの圧力室列８に対して個別に設けられており、各圧力室列８を構成する圧力室１０に対応する第２電極部分４４ａの図３における右端部同士を互いに接続しており、複数の第２電極部分４４ａが配置された領域を越えて、図４（ｂ）における下端側（第２端側）まで紙送り方向に引き出されている。第４引き出し部分４４ｃは、第１表面電極４７の紙送り方向に沿った部分よりも第２端側において、４つの第２引き出し部分４４ｂの図４（ｂ）における上端部（第１端側）を互いに接続しており、複数の第２電極部分４４ａが配置された領域を越えて、図４（ｂ）における右端側（第４端側）まで走査方向に引き出されている。

第２表面電極４８は、圧電層４２の上面（表面）に配置されており、第３引き出し部分４３ｃよりも第２端側において、圧電層４２の表面の第２端側の縁に沿って延在しており、平面視で第２引き出し部分４４ｂの第２端側と重なっている。圧電層４２の、平面視で第２表面電極４８と第２引き出し部分４４ｂの第２端側が重なる部分には、スルーホール５３が形成されている。そして、第２表面電極４８と第２引き出し部分４４ｂは、スルーホール５３を介して導通している。

第２表面電極４８は、さらに、圧電層４２の表面の第４端側の縁に沿って延在しており、平面視で第４引き出し部分４４ｃの第４端側と重なっている。圧電層４２の、平面視で第２表面電極４８と第４引き出し部分４４ｃの第４端側が重なる部分には、スルーホール５４が形成されている。そして、第２表面電極４８と第４引き出し部分４４ｃは、スルーホール５４を介して導通している。このように、第２表面電極４８は、圧電層４２の表面において、第１表面電極４７と点対称にＬ字状に形成されており、第２引き出し部分４４ｂ及び第４引き出し部分４４ｃを介して複数の第２電極部分４４ａと接続されている。

そして、第２引き出し部分４４ｂと第４引き出し部分４４ｃは、平面視で圧電層４１の複数の個別電極４５が配置された領域と重なる領域から離れた端部に引き出されて、第２表面電極４８と接続されているため、圧電層４２の複数の個別電極４５が配置された領域から離れた端部に大きな表面積で確保して第２表面電極４８を形成することができる。そして、第２表面電極４８は、間隔をあけて配置されたランド５６を介して、圧電アクチュエータ３２の上面に配置されるＣＯＦ７０に接続されている。

なお、本実施の形態では、上述したように、ランド５５、５６は４つずつ設けられているが、４つのランド５５及び３つのランド５６は、それぞれ、同じ役割を果たすものであるため、ランド５５、５６はそれぞれ最低１つずつあればよい。

複数の個別電極４５は、それぞれ、略矩形の平面形状を有しており、圧電層４２の上面の複数の圧力室１０と対向するように配置されている。そして、個別電極４５は、平面視で、その紙送り方向に関する両端部において第１電極部分４３ａと重なるとともに、その紙送り方向に関する略中央部において第２電極部分４４ａと重なっている。すなわち、個別電極４５は、その一部が第１電極部分４３ａと対向し、別の一部が第２電極部分４４ａと対向している。

また、各個別電極４５は、圧力室１０と対向しない部分まで延びており、この部分が接続端子４５ａとなっている。接続端子４５ａは、ランド５７を介してＣＯＦ７０と接続されている（図６参照）。

次に、第２アクチュエータユニット８０ｂについて簡単に説明する。第２アクチュエータユニット８０ｂは、第１アクチュエータユニット８０ａと同様に複数の個別電極４５を配置した上で、第１表面電極４７と第２表面電極４８の配置、第１引き出し部分４３ｂと第２引き出し部分４４ｂの引き出された端、及び、第３引き出し部分４３ｃと第４引き出し部分４４ｃの引き出された端を互いに逆にしたものである。第２アクチュエータユニット８０ｂにおいて、表面電極と共通電極の接続構成については、第１アクチュエータユニット８０ａと実質的に同様であるため、その説明を省略する。

圧電アクチュエータ３２は、上述したような第１アクチュエータユニット８０ａと第２アクチュエータユニット８０ｂが、第１表面電極４７が延在する第１端同士または第２表面電極４８が延在する前記第２端同士が隣接するように流路ユニット３１上に紙送り方向に沿って配置され、且つ、第１表面電極４７が延在する第３端同士または第２表面電極４８が延在する第４端同士が隣接するように走査方向に沿って配置されて構成されている。

ＣＯＦ７０は、樹脂からなる可撓性の基板と、基板上に形成され、ランド５５〜５７と接続される接続端子と、その接続端子から延びた配線と、それぞれの配線に接続されるドライバＩＣを有している。なお、接続端子、配線、ドライバＩＣの図示は省略している。そして、ＣＯＦ７０は、各アクチュエータユニット８０に対して個別に接続されており、配線は、アクチュエータユニットの走査方向に向かって延びて配置されている。なお、ＣＯＦ７０は、各アクチュエータユニット８０に個別に接続されるものに限られず、複数のアクチュエータユニット８０に対して１つのＣＯＦ７０を接続させてもよい。

そして、上述したような構成を有する圧電アクチュエータ３２においては、ＣＯＦ７０上に実装されたドライバＩＣにより、第１電極部分４３ａがグランド電位（第１電位）に保持され、第２電極部分４４ａがグランド電位とは異なる所定の駆動電位（例えば２０Ｖ、第２電位）に保持される。さらに、ドライバＩＣにより、複数の個別電極４５には、グランド電位及び駆動電位のいずれかが選択的に付与される。

また、図７に示すように、このような構成を有する圧電アクチュエータ３２においては、個別電極４５と第２電極部分４４ａとに挟まれた部分（活性部Ｒ１）が、その厚み方向に分極されている。また、圧電層４１、４２の、個別電極４５と第１電極部分４３ａとに挟まれた部分（活性部Ｒ２）は、活性部Ｒ１と同様に、その厚み方向に分極されている。

ここで、圧電アクチュエータ３２の動作について説明する。圧電アクチュエータ３２がインクを噴射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、第１電極部分４３ａ及び第２電極部分４４ａが、それぞれ、常にグランド電位及び駆動電位に保持されているとともに、個別電極４５の電位が予めグランド電位に保持されている。

そのため、個別電極４５と第２電極部分４４ａとの間の電位差が生じ、活性部Ｒ１にはその分極方向と平行な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方向、すなわち、厚み方向と直交する面方向に収縮し、いわゆるユニモルフ変形が生じ、圧電層４１、４２、及び、振動板としての圧電層４０の圧力室１０と対向する部分が全体として圧力室１０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４０〜４２が変形していない場合と比較して、圧力室１０の容積が小さくなっている。

そして、インクを噴射させるべく圧電アクチュエータ３２を駆動させる際には、ある個別電極４５の電位を、一旦、駆動電位に切り替え、所定時間経過後、グランド電位に戻す。個別電極４５の電位を駆動電位に切り替えると、活性部Ｒ１の上記収縮が元に戻ると同時に、個別電極４５と第１電極部分４３ａとの間の電位差により、活性部Ｒ２にその分極方向と平行な方向の電界が発生することで、活性部Ｒ２がその面方向に収縮する。これにより圧電層４１、４２、及び、振動板としての圧電層４０の圧力室１０と対向する部分が全体として、圧力室１０と反対側に凸となるように変形し、圧力室１０の容積が増加する。

この後、個別電極４５の電位をグランド電位に戻すと、活性部Ｒ２の収縮が元に戻るとともに活性部Ｒ１がその面方向に収縮して、前述したのと同様、圧電層４０〜４２の圧力室１０と対向する部分が全体として圧力室１０に向かって凸となるように変形し、圧力室１０の容積が小さくなる。これにより、圧力室１０内のインクの圧力が上昇し、圧力室１０に連通するノズル１５からインクが噴射される。

また、圧電アクチュエータ３２をこのように駆動した場合には、圧電層４１、４２の変形時に、活性部Ｒ１の収縮と活性部Ｒ２の伸長とが互いに吸収しあい、活性部Ｒ１の伸長と活性部Ｒ２の収縮とが互いに吸収しあうため、圧電層４１、４２のある圧力室１０と対向する部分の変形が、別の圧力室１０と対向する部分に伝達して、当該部分の変形に影響を与えるいわゆるクロストークを防止することができる。

本実施形態における圧電アクチュエータ３２によると、第１アクチュエータユニット８０ａと第２アクチュエータユニット８０ｂを、第１表面電極４７が延在する第１端同士または第２表面電極４８が延在する第２端同士が隣接するように紙送り方向に沿って交互に配置し、且つ、第１表面電極４７が延在する第３端同士または第２表面電極４８が延在する第４端同士が隣接するように走査方向に沿って配置している。これにより、紙送り方向及び走査方向に関して隣接する第１アクチュエータユニット８０ａと第２アクチュエータユニット８０ｂにおいて、同一面内に配置され、第１アクチュエータユニット８０ａと第２アクチュエータユニット８０ｂの紙送り方向及び走査方向に関して隣接する表面電極同士が同じ電位となり、これら２つの表面電極間の電位差によるマイグレーションやアクチュエータユニット８０の絶縁破壊を防止することができる。

また、１種類のアクチュエータユニット８０を用いて、複数のアクチュエータユニット８０を、第１表面電極４７が延在する第１端同士または第２表面電極４８が延在する第２端同士が隣接するように紙送り方向に沿って交互に配置し、且つ、第１表面電極４７が延在する第３端同士または第２表面電極４８が延在する第４端同士が隣接するように走査方向に沿って配置しようとすると、所定の向きのアクチュエータユニット８０とこのアクチュエータユニット８０の向きを１８０度回転させたアクチュエータユニット８０を交互に並べることで実現可能となるが、これでは、複数の個別電極４５の配置が点対称ではないときに、複数のアクチュエータユニット８０の個別電極４５が所定の配置規則にしたがって配置されない。そこで、本実施形態のように、複数の個別電極４５に対して第１引き出し部分４３ｂと第２引き出し部分４４ｂの引き出された端が互いに逆になった２種類の第１アクチュエータユニット８０ａと第２アクチュエータユニット８０ｂを用いることで、複数のアクチュエータユニット８０の個別電極４５を所定の配置規則にしたがって配置しやすくなる。

さらに、第１電極部分４３ａは、第１引き出し部分４３ｂに加えて、第１引き出し部分４３ｂが引き出された第１端よりも第２端側の第３引き出し部分４３ｃを介して、第１表面電極４７と接続されている。これにより、全ての第１電極部分４３ａに対して電位変動が生じにくくなる。また、第２電極部分４４ａは、第２引き出し部分４４ｂに加えて、第２引き出し部分４４ｂが引き出された第２側よりも第１側の第４引き出し部分４４ｃを介して、第２表面電極４８と接続されている。これにより、全ての第２電極部分４４ａに対して電位変動が生じにくくなる。

また、第１共通電極４３と第２共通電極４４は、圧電層４０〜４２の厚み方向に関する異なる位置に配置されている。そのため、１つのアクチュエータユニット８０内における同一面内に異なる電位の共通電極が近接配置されることによるマイグレーションやアクチュエータユニット８０の絶縁破壊を防止することができる。

次に、本実施の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、本実施の形態と同様の構成を有するものについては、適宜その説明を省略する。

上述した実施形態においては、インクジェットヘッド３の圧電アクチュエータ３２は、複数のアクチュエータユニット８０が紙送り方向及び走査方向に並んで構成されていたが、紙送り方向にだけ、または、走査方向にだけ並んで構成されていてもよい。例えば、図９に示すように、インクジェットヘッド１０３の圧電アクチュエータ１３２は、複数のアクチュエータユニット１８０が紙送り方向にだけ並んで構成されていてもよい。このとき、第１表面電極１４７と第２表面電極１４８は、上述した実施形態のようにＬ字状に限らず、紙送り方向の端部にだけ形成されていてもよい。そして、このようなインクジェットヘッド１０３を用いて、記録用紙Ｐに印刷する場合には、紙送り方向に隣接する２つのアクチュエータユニット１８０の間のノズル１５が配置されていない領域については、１パス後に記録用紙Ｐを紙送り方向にずらして、重ねうちすることで補間することができる。

また、上述した実施形態においては、第１表面電極４７は、紙送り方向の端部の縁に沿った部分と走査方向の端部の縁に沿った部分とが接続されていたが、これらの部分は圧電層４２上で接続されていなくても、ＣＯＦ７０上やその他の部分で接続されていればよい。第２表面電極４８についても同様である。

さらに、上述した実施形態においては、第１共通電極４３と第２共通電極４４は、積層された圧電層４０〜４２の厚み方向に関する異なる位置に配置されていたが、重ならないように同一平面内に配置されていてもよい。

また、上述した実施形態においては、アクチュエータユニットは、３層の圧電層で構成されていたが、圧電層の層の数はこれに限定されるものではなく、１層であっても、複数の層であってもよい。

また、上述した実施形態においては、第１引き出し部分４３ｂと第２引き出し部分４４ｂは、圧力室列８の配列方向と同じ紙送り方向に引き出されていたが、圧力室列８の配列方向と直交する走査方向に引き出されてもよい。

さらに、上述した実施形態においては、第３引き出し部分４３ｃは、第１引き出し部分４３ｂと接続されていたが、第１電極部分４３ａと接続されていてもよいし、第１引き出し部分４３ｂと第１電極部分４３ａのどちらとも接続されていてもよい。また、第３引き出し部分４３ｃは、複数本引き出されていてもよい。同様に、第４引き出し部分４４ｃは、第２引き出し部分４４ｂと接続されていたが、第２電極部分４４ａと接続されていてもよいし、第２引き出し部分４４ｂと第２電極部分４４ａのどちらとも接続されていてもよい。また、第４引き出し部分４４ｃは、複数本引き出されていてもよい。

また、複数の第１引き出し部分４３ｂは、圧電層４０上において、第２端側において第３引き出し部分４３ｃと接続されるのに加えて、第１端側においても走査方向に延在した部分によって接続されていてもよい。加えて、この延在した部分と第３引き出し部分４３ｃが接続されていてもよい。これにより、第１電極部分４３ａと第１表面電極４７を接続する部分の表面積が大きくなり、第１電極部分４３ａの電位変動が生じにくくなる。また、複数の第２引き出し部分４４ｂは、圧電層４１上において、第１端側において第４引き出し部分４４ｃと接続されるのに加えて、第２端側においても走査方向に延在した部分によって接続されていてもよい。加えて、この延在した部分と第４引き出し部分４４ｃが接続されていてもよい。これにより、第２電極部分４４ａと第２表面電極４８を接続する部分の表面積が大きくなり、第２電極部分４４ａの電位変動が生じにくくなる。

さらに、上述した実施形態においては、複数の個別電極４５の平面配置が異なる２種類の第１アクチュエータユニット８０ａと第２アクチュエータユニット８０ｂを交互に並べて、圧電アクチュエータ３２を構成していたが、１種類のアクチュエータユニット８０を用いて、向きを変えないアクチュエータユニット８０と１８０度回転させたアクチュエータユニット８０を交互に並べて、圧電アクチュエータ３２を構成してもよい。

また、以上では、ノズルからインクを噴射するインクジェットヘッドの圧電アクチュエータに本発明を適用した例について説明したが、これには限られず、インクジェットヘッド以外の種々の装置に用いられる、個別電極と互いに異なる電位に保持された２種類の共通電極とを有する圧電アクチュエータ、及び、このような圧電アクチュエータを有する液体噴射装置に本発明を適用することも可能である。

１ プリンタ
３ インクジェットヘッド
３１ 流路ユニット
３２ 圧電アクチュエータ
４０、４１、４２ 圧電層
４３ 第１共通電極
４３ａ 第１電極部分
４３ｂ 第１引き出し部分
４４ 第２共通電極
４４ａ 第２電極部分
４４ｂ 第２引き出し部分
４５ 個別電極
４７ 第１表面電極
４８ 第２表面電極
８０ アクチュエータユニット
８０ａ 第１アクチュエータユニット
８０ｂ 第２アクチュエータユニット

Claims (6)

1. 基材に接合された複数のアクチュエータユニットからなる圧電アクチュエータであって、
   各アクチュエータユニットは、
   厚み方向に積層された複数の圧電層からなる圧電体と、
   前記圧電体の前記厚み方向における所定の位置に配置された複数の個別電極と、
   前記圧電体の前記厚み方向における前記個別電極とは異なる位置に配置され、前記複数の個別電極の一部分とそれぞれ対向する複数の第１電極部分と、前記複数の第１電極部分と接続され、前記圧電層の面と平行な一方向における前記圧電層の第１端側まで引き出された第１引き出し部分を有し、所定の第１電位に保持される第１共通電極と、
   前記圧電体の表面に配置され、前記第１引き出し部分の前記第１端側と接続され、前記表面の前記第１端側の縁に沿って延在した第１表面電極と、
   前記圧電体の前記厚み方向における前記個別電極とは異なる位置に配置され、前記複数の第１電極部分が対向する部分とは異なる前記複数の個別電極の一部分とそれぞれ対向する複数の第２電極部分と、前記複数の第２電極部分と接続され、前記一方向における前記圧電層の前記第１端と反対の第２端側まで引き出された第２引き出し部分を有し、前記第１電位とは異なる第２電位に保持される第２共通電極と、
   前記圧電体の前記表面に配置され、前記第２引き出し部分の前記第２端側と接続され、前記表面の前記第２端側の縁に沿って延在した第２表面電極と、を備えており、
   複数の前記アクチュエータユニットは、前記一方向に沿って並んでおり、且つ、前記第１表面電極が延在する前記第１端同士または前記第２表面電極が延在する前記第２端同士が隣接するように前記基材上に配置されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
2. 前記複数のアクチュエータユニットは、前記複数の個別電極に対して前記第１引き出し部分と前記第２引き出し部分の引き出された端が互いに逆になった２種類のアクチュエータユニットからなり、
   前記２種類のアクチュエータユニットが、前記一方向に交互に並んでい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。
3. 液体を噴射する複数のノズルと、前記複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、
   前記流路ユニットに、前記圧力室を覆うように配置された請求項１または請求項２に記載の圧電アクチュエータと、を備えた液体噴射装置であって、
   前記複数の圧力室は、前記一方向に沿って並んでいることを特徴とする液体噴射装置。
4. 液体を噴射する複数のノズルと、前記複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、
   前記流路ユニットに、前記圧力室を覆うように配置された請求項１または請求項２に記載の圧電アクチュエータと、を備えた液体噴射装置であって、
   前記複数の圧力室は、前記圧電層の面と平行であり、且つ、前記一方向と直交する方向に沿って並んで列を形成しており、
   前記圧力室の列が、前記一方向に複数並んでいることを特徴とする液体噴射装置。
5. 前記第１電極部分と前記第２電極部分は、前記圧電体の前記厚み方向における互いに異なる位置に配置されており、
   前記一方向における前記第１端側よりも前記第２端側において、前記第１引き出し部分と前記第１電極部分の少なくともいずれか一方と接続され、前記圧電層の面と平行であり、且つ、前記一方向と直交する方向における前記圧電層の第３端側まで引き出された第３引き出し部分と、
   前記一方向における前記第２端側よりも前記第１端側において、前記第２引き出し部分と前記第２電極部分の少なくともいずれか一方と接続され、前記圧電層の面と平行であり、且つ、前記直交する方向における前記圧電層の前記第３端側と反対の第４端側まで引き出された第４引き出し部分と、をさらに備えており、
   前記第１表面電極は、さらに、前記第３引き出し部分の前記第３端側と接続され、前記圧電体の前記表面の前記第３端側の縁に沿って延在しており、
   前記第２表面電極は、さらに、前記第４引き出し部分の前記第４端側と接続され、前記圧電体の前記表面の前記第４端側の縁に沿って延在していることを特徴とする請求項３または４に記載の液体噴射装置。
6. 前記複数のアクチュエータユニットは、前記流路ユニット上に、前記一方向に沿って並んでいるとともに、さらに、前記直交する方向に沿って並んでおり、且つ、前記第１表面電極が延在する前記第３端同士または前記第２表面電極が延在する前記第４端同士が隣接するように配置されていることを特徴とする請求項５に記載の液体噴射装置。

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