JP5402476B2

JP5402476B2 - 液滴吐出装置

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Publication number: JP5402476B2
Application number: JP2009226796A
Authority: JP
Inventors: 孝正臼井; 恭裕関口; 祥嗣森田
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2029-09-30
Also published as: US8474953B2; JP2011073267A; US20110074885A1

Description

本発明は、インクジェットプリンタなどの液滴吐出装置に関するものである。

従来、液滴吐出装置の１つとして、複数のノズルに圧力室を連通させる流路が形成されたキャビティユニット（流路ユニット）に、前記各圧力室内のインクを選択的に吐出させるための圧電アクチュエータが接合されたインクジェットヘッドと、前記圧電アクチュエータに電圧を印加する電圧印加手段とを備えたインクジェットプリンタが知られている。そして、前述したような圧電アクチュエータとしては、積層型の縦効果アクチュエータを用いるものや、ユニモルフアクチュエータを用いるものが知られている。

そのようなインクジェットプリンタのインクジェットヘッドにおいて、ノズル数を増加させて記録の高画質・高品質を確保するために、圧力室の高密度化の要求がある。圧力室を高密度化して配列すると、隣接する圧力室間の距離が短くなるので、駆動時に、隣接する圧力室への影響、いわゆるクロストークの問題が生じる。

そこで、出願人は、圧力室を高密度化しても、個別電極の数、つまり信号線の数を増やすことなく、クロストークを抑制することができる液滴吐出装置を先に提案している。すなわち、複数の圧力室が複数列となるように規則的に形成されたキャビティユニットに、前記各圧力室内の液体を選択的に吐出させるための圧電アクチュエータが接合された液滴吐出ヘッドと、前記圧電アクチュエータに印加する電圧印加手段とを備える液滴吐出装置であって、前記圧電アクチュエータは、前記圧力室の中央部分に対応する第１の活性部と、前記圧力室の前記中央部分よりも外周側の部分に対応する第２の活性部と、前記第１の活性部に対応する領域と前記第２の活性部に対応する領域に跨ってこれらの領域をともに占めるように形成された個別電極と、前記第１の活性部に対応する領域を占める第１の定電位電極と、前記第２の活性部に対応する領域を占める第２の定電位電極とを備える液滴吐出装置を先に提案している（特許文献１参照）。

そして、そのような液滴吐出装置の圧電アクチュエータにおいては、前記圧力室の複数列に対応して配列されている前記各個別電極に配線部材の配線（信号線）を接続するために各個別電極に接続電極部（引き出し電極部）を設ける必要があるが、圧電アクチュエータのコンパクト化の観点から、前記個別電極の接続電極部は、同じ列に属する前記各個別電極については同一側に配置され、隣の列に属する前記各個別電極とは反対側に配置されている。

さらに圧電アクチュエータについて研究を進めたところ、前記キャビティユニットと前記圧電アクチュエータとが積層されている方向から見て、圧力室以外の部位において、第１および第２の定電位電極部が重なっていると、異物が噛み込んでクラックが入ったりして、電源とグランドとの間に短絡が生じて耐圧が下がり、また、変形により応力が作用することで、応力負担が大きく、破壊に至るおそれがあることが判明した。そのため、第１および第２の定電位電極部を共に櫛歯形状とし、互いに重ならないようにすることとした。つまり、異物が噛み混むおそれのある部分では、前記キャビティユニットと前記圧電アクチュエータとが積層されている方向から見て、第１および第２の定電位電極が重ならないように櫛歯形状にしているのである。

また、前記各個別電極の接続電極部は圧力室以外の部位に形成することになるので、前記キャビティユニットと前記圧電アクチュエータとが積層されている方向から見て、前記
接続電極部は、内部電極となる第１の定電位電極あるいは第２の定電位電極と重ねる必要が生じる。そのような接続電極部には、駆動信号を入力するためのフレキシブル配線板の接続端子との接続が容易となるように、銀（Ａｇ）のバンプを設けるようにしている。一方、内部電極となる第１及び第２の定電位電極は銀（Ａｇ）とパラジウム（Ｐｄ）との混合物としている。そして、一般に、銀（Ａｇ）はマイグレーションしやすい材質であるが、前記重ねることになる内部電極の電位が、個別電極よりも高く維持されるものであれば、マイグレーションの懸念がなくなるという知見に基づき、個別電極より高い定電位あるいは同電位が付与される第１の定電位電極に、前記キャビティユニットと前記圧電アクチュエータとが積層されている方向から見て、前記接続電極部を重ねるようにしていた。

具体的には、図８（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように形成していた。すなわち、キャビティユニット１１１と圧電アクチュエータ１２２とが積層されている方向Ｚから見たとき、圧電アクチュエータ１１２の第１層（圧電材料層１１２ａの上面）に各圧力室１１４Ａａの第１の活性部Ｓ１１に対応して個別電極１２１が形成されている。第２層（圧電材料層１１２ａの下面）に、第１の活性部Ｓ１１それぞれに対応する第１の定電位枝電極部１２２Ａと各第１定電位枝電極部１２２Ａが接続されノズル列方向Ｘに延びる第１の定電位幹電極部１２２Ｂとにより櫛歯形状となっている第１の定電位電極１２２が形成されている。そして、第３層（圧電材料層１１２ｂの下面）に、第２の活性部Ｓ１２それぞれに対応して形成された複数の第２の定電位枝電極部１２３Ａと各第２の定電位枝電極部１２３Ａが接続されノズル列方向Ｘに延びる第２の定電位幹電極部１２３Ｂとにより櫛歯形状となっている第２の定電位電極１２３が形成されている。そして、第１の定電位幹電極部１２２Ｂと第２の定電位幹電極部１２３Ｂとが、ノズル列方向Ｘに直交する方向Ｙにおいて交互に配置されている。そして、キャビティユニット１１１と圧電アクチュエータ１１２とが積層されている方向Ｚから見て、第１の定電位電極１２２の第１の定電位幹電極部１２２Ｂに、フレキシブル配線板の接続端子と接続される個別電極１２１の接続電極部１２１ａが重なるようになっている。なお、下側にノズルプレート（図示せず）が設けられる積層体１１４の上側にトッププレート１１５が接合されて、キャビティユニット１１１とされる。また、図８（ｃ）における矢符は分極方向を示す。

特開２００９−０９６１７３号公報

前述したような構造のインクジェットヘッドでは、キャビティユニット１１１上に圧電アクチュエータ１１２を接合して形成するので、それらがずれて接合される場合がある。

具体的には、キャビティユニット１１１に対して圧電アクチュエータ１１２が圧力室１１４Ａａの列方向Ｘに直交する方向Ｙにおけるズレ量が、図９（ａ）に示すように０の場合には、圧力室１１４Ａａの前記方向Ｙの中央位置に第２の活性部となる変形領域（破線Ｌ１１，Ｌ１２参照）が位置し、前記ズレ量がマイナス側（図９（ａ）において下側）であってもプラス側（図９（ａ）において上側）であっても、図９（ｂ）（ｃ）に示すように、前記列間の桁部に近づき、前記桁部の変形により引き上げ効果を高める。

そして、個別電極１２１に第２の電位を付与して下に凸（圧力室１１４Ａａ側に凸）とする場合には、図１０（ａ）に示すように、ズレがない位置を基準としてプラス側に一定量ずれたときに、変位体積のピークが生じ、変位体積の変化がプラス側とマイナス側で非対称となる。一方、第１の電位を付与して上に凸とする場合には、図１０（ｂ）に示すように、変位体積の変化はズレ量０を中心にして、ほぼ対称となる。

ところで、個別電極１２１に第１の電位を付与して上に凸とした場合の変位体積と、第２の電位を付与して下に凸としたときの変位体積との和が、インクを吐出するための圧力室の体積変化となる。その体積の変化は、図１０（ｃ）に示すように、プラス側とマイナス側とで、変位体積が非対称である、下に凸の場合の影響が残る。
そのため、前述したように、個別電極の接続電極部は、同じ列に属する前記各個別電極については同一側に配置され、隣の列に属する前記各個別電極とは反対側に配置されている場合には、圧力室の列方向に直交する方向において、ある列に属する圧力室についてプラス側にずれていると、隣の列に属する圧力室については、逆にマイナス側にずれていることになり、ズレ量がマイナス側であるかプラス側であるかによって、変位体積が増える列と減る列が生じて、列によって液滴速度や体積の差がより顕著になるという課題がある。

そこで、発明者は、各種検討を重ねたところ、前述した場合とは逆に、前記キャビティユニットと前記圧電アクチュエータとが積層されている方向から見て、前記個別電極の接続電極部が、前記第２の定電位電極の第２の定電位幹電極部に重なるように構成すれば、個別電極に第１の電位を付与して上に凸とした場合の変位体積と、第２の電位を付与して下に凸としたときの変位体積の和である圧力室の容積の変化が、ズレ量が０を基準として、マイナス側とプラス側とで変位体積がほぼ対称となり（図６（ｃ）参照）、前記ズレによる影響を低減できることを見出し、本発明をなすに至った。

この発明は、個別電極の接続電極部の配置を工夫することで、圧電アクチュエータとキャビティユニットとの接合にずれが生じても、列間における圧力室の変位体積の差を低減することができる液滴吐出装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、複数の圧力室が複数列となるように規則的に形成されたキャビティユニットに、前記各圧力室内の液体を選択的に吐出させるための圧電アクチュエータが接合された液滴吐出ヘッドと、前記圧電アクチュエータに電圧を印加する電圧印加手段と
を備える液滴吐出装置であって、前記圧電アクチュエータは、前記各圧力室の中央部分に対応する複数の第１の活性部と、前記各圧力室の前記中央部分よりも外周側の部分に対応する複数の第２の活性部と、前記各圧力室の第１および第２の活性部に対応する領域に対応して形成され、配線部材の接続端子が接続される接続電極部を有し、第１の定電位と第１の定電位よりも小さい電位である第２の定電位が選択的に付与される個別電極と、前記各第１の活性部に対応して形成された複数の第１の定電位枝電極部と前記各第１の定電位枝電極部が接続される第１の定電位幹電極部とを有する櫛歯形状で、前記第１の定電位が付与される第１の定電位電極と、前記各第２の活性部に対応して形成された複数の第２の定電位枝電極部と前記各第２の定電位枝電極部が接続される第２の定電位幹電極部とを有する櫛歯形状で、前記第２の定電位が付与される第２の定電位電極とを備え、前記キャビティユニットと前記圧電アクチュエータとが積層されている方向から見て、前記個別電極の接続電極部が、前記第２の定電位電極の第２の定電位幹電極部に重なるように構成され、前記圧力室の複数列に対応して配列されている前記各個別電極の接続電極部は、同じ列に属する前記各個別電極については同一側に配置され、隣の列に属する前記各個別電極とは反対側に配置されていることを特徴とする。

このようにすれば、個別電極に第１の電位を付与した場合の変位体積と、第２の電位を付与したときの変位体積の和が圧力室の容積の変化が、圧力室の列方向に直交する方向におけるズレ量が０のときをピークとしてほぼ対称になるので、キャビティユニットに対する圧電アクチュエータの接合が、前記圧力室の列方向に直交する方向においてマイナス側にずれてもプラス側にずれても、圧力室の容積変化が、前記圧力室の列間でばらつくのを回避できる。

この場合には、請求項２に記載のように、前記第１の定電位電極を挟んで上側および下側の圧電材料層が設けられ、前記上側の圧電材料層の上面に前記個別電極が、前記下側の圧電材料層の下面に前記第２の定電位電極がそれぞれ形成されている構成とすることができる。

このようにすれば、上側及び下側圧電材料層を挟んで個別電極の接続電極部と第２の定電位電極が重なるので、電極間の距離が長くなり、静電容量が小さくなるので、消費電力が小さくする上で有利である。

また、請求項３に記載のように、前記隣り合う２つの列に属する前記各個別電極は、隣の列が配置されている側とは反対側に前記接続電極部が配置され、前記接続電極部に接続される前記配線部材の配線は、前記隣り合う２つの列の間に対応して配置され、各列に属する接続電極部に接続される前記配線は、前記個別電極の列方向において、互いに反対方向に引き出されている構成とすることができる。

このようにすれば、各引き出し方向に引き出される配線の数を半分にすることができるので、列ごとの配線が容易となる。

請求項４に記載のように、前記同じ列に属する個別電極の接続電極部に接続される配線部材の配線は、前記引き出し側に位置する前記接続電極部に接続されるものほど、前記接続電極部が設けられている側に位置していることが望ましい。

このようにすれば、前記引き出し側に位置する前記接続電極部に接続されるものほど、前記接続電極部が設けられている側に位置しているので、少ないスペースにバランスよく配線を配列することができる。

本発明は、上記のように構成したから、個別電極に第１の電位を付与した場合の変位体積と、第２の電位を付与したときの変位体積の和である圧力室の容積変化を、圧力室の列方向に直交する方向におけるズレ量が０のときを基準としてマイナス側とプラス側とでほぼ対称にすることができ、マイナス側にずれてもプラス側にずれても、圧力室の容積変化が、圧力室の列間でばらつくのを回避することが可能になる。

図１（ａ）は本発明にかかるインクジェットプリンタ（液滴吐出装置）の概略構成を示す概略構成図、図１（ｂ）は本発明にかかるキャビティユニット、圧電アクチュエータ及びフレキシブル配線板（ＣＯＰ）の関係を示す説明図である。キャビティユニットの上側に圧電アクチュエータを貼り付けた状態を示す斜視図である。キャビティユニットを、構成要素である各プレートに分解し、それらをトッププレートと共に示す図である。図４（ａ）はキャビティユニットと前記圧電アクチュエータとが積層されている方向から見た、前記圧電アクチュエータについて各電極の位置関係を示す説明図、図４（ｂ）は前記圧電アクチュエータの各圧電材料層における電極の配置の説明図、図４（ｃ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。個別電極の接続電極部に対する配線の説明図である。図４に示す圧電アクチュエータについて、（ａ）は圧力室の列方向に直交する方向におけるズレ量が０である場合の図、（ｂ）は前記ズレ量がマイナス側である場合の図、（ｃ）は前記ズレ量がプラス側である場合の図である。（ａ）は下に凸時における変位体積と前記ズレ量との関係を示す図、（ｂ）は上に凸時における変位体積と前記ズレ量との関係を示す図、（ｃ）は圧力室の変位体積の変化と前記ズレ量との関係を示す図である。（ａ）（ｂ）は従来の圧電アクチュエータについて、図４（ａ）（ｂ）と同様の図、図８（ｃ）は図８（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。図８に示す圧電アクチュエータについて、（ａ）は圧力室の列方向に直交する方向におけるズレ量が０である場合の図、（ｂ）は前記ズレ量がマイナス側である場合の図、（ｃ）は前記ズレ量がプラス側である場合の図である。（ａ）は下に凸時における変位体積と前記ズレ量との関係を示す図、（ｂ）は上に凸時における変位体積と前記ズレ量との関係を示す図、（ｃ）は圧力室の変位体積の変化と前記ズレ量との関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。

本発明に係るインクジェットプリンタ１は、図１（ａ）に示すように、インクカートリッジ（図示せず）が搭載されるキャリッジ２の下面に、記録用紙Ｐ（記録媒体）に記録するためのインクジェットヘッド３（液滴吐出ヘッド）が設けられている。キャリッジ２は、プリンタフレーム４内に設けられるキャリッジ軸５とガイド板（図示せず）とによって支持され、記録用紙Ｐの搬送方向Ａと直交する方向Ｂにおいて往復移動する構成とされている。図示しない給紙部からＡ方向に搬送される記録用紙Ｐは、プラテンローラ（図示せず）とインクジェットヘッド３との間に導入されて、インクジェットヘッド３から記録用紙Ｐに向けて吐出されるインクにより所定の記録がなされ、その後排紙ローラ６にて排紙される。

また、図１（ｂ）に示すように、インクジェットヘッド３は、複数の圧力室１４Ａａが複数列に規則的に形成されたキャビティユニット１１の上側に、各圧力室１４Ａａ内のインクを選択的に吐出させるための圧電アクチュエータ１２が接合され、圧電アクチュエータ１２の上面に駆動信号を供給するフレキシブル配線板１３（信号線）が設けられている。

キャビティユニット１１は、図２に示すように、複数枚のプレート部材からなる積層体１４を含む。その積層体１４の上側には、トッププレート１５が設けられる一方、下側には、ノズル穴１６ａを有するノズルプレート１６及びノズル穴１６ａに対応して貫通穴１７ａを有するスペーサプレート１７を貼り合わせてなるプレートアッセンブリ１８が一体に貼り付けられている。そして、トッププレート１５の上側に、各圧力室１４Ａａ内のインク（液体）を選択的に吐出させるための圧電アクチュエータ１２が接合されている。また、キャビティユニット１１の開孔１１ａには、インク内に含有される塵埃などを捕獲するためのフィルタ１９が設けられている。ノズルプレート１６は、キャビティプレート１４Ａの１つの圧力室１４Ａａについて、１つのノズル穴１６ａがそれぞれ設けられた合成樹脂（例えば、ポリイミド樹脂）のプレートである。なお、ノズルプレート１６は金属プレートとしてもよい。

積層体１４は、図３に示すように、上側から順にキャビティプレート１４Ａ、ベースプレート１４Ｂ、アパチャープレート１４Ｃ、２枚のマニホールドプレート１４Ｄ，１４Ｅ、及びダンパープレート１４Ｆがそれぞれ重ねられて接合されたものである。これら６枚のプレート１４Ａ〜１４Ｆは、各ノズル穴１６ａ毎に個別にインク流路が形成されるように、互いに位置合わせして積層されている。ここで、キャビティプレート１４Ａは、複数の圧力室１４Ａａとして機能する開口が、ノズル列に対応して規則的に形成された金属プレートである。ベースプレート１４Ｂは、マニホールド１４Ｄａ，１４Ｅａ（共通インク
室）から各圧力室１４Ａａへの連通穴１４Ｂａ及び各圧力室１４Ａａから各ノズル穴１６ａへの連通穴１４Ｂｂがそれぞれ設けられた金属プレートである。アパチャープレート１４Ｃには、それの上面に、各圧力室１４Ａａとマニホールド１４Ｄａ，１４Ｅａとを連通する連通路２１が凹部通路として形成されるとともに、マニホールド１４Ｄａ，１４Ｅａ（共通インク室）から各圧力室１４Ａａへの連通穴１４Ｃａ及び各圧力室１４Ａａからノズル穴１６ａへの連通穴１４Ｃｂがそれぞれ設けられた金属プレートである。マニホールドプレート１４Ｄ，１４Ｅは、マニホールド１４Ｄａ，１４Ｅａに加えて、各圧力室１４Ａａから各ノズル穴１６ａへの連通穴１４Ｄｂ，１４Ｅｂがそれぞれ設けられた金属プレートである。ダンパープレート１４Ｆは、下面に凹部として形成されるダンパー室１４Ｆａのほか、各圧力室１４Ａａを各ノズル穴１６ａに連通する連通穴１４Ｆｂが設けられた金属プレートである。

このように、キャビティユニット１１は、複数のノズル穴１６ａ、複数のノズル穴１６ａの各々に連通する複数の圧力室１４Ａａ及びこの圧力室１４Ａａに供給するインクを一時的に貯留するマニホールド１４Ｄａ，１４Ｅａを含む構成とされる。

圧電アクチュエータ１２は、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、複数層の圧電材料層１２ａ，１２ｂ，１２ｃを積層して形成されている。圧電材料層１２ａ〜１２ｃは、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料（圧電シート）からなり、その厚み方向において分極している。なお、図４（ｃ）における矢符は分極方向を示す。

第１の定電位電極２２を挟んで上側および下側の圧電材料層１２ａ，１２ｂが設けられ、上側の圧電材料層１２ａの上面に各圧力室１４Ａａ毎に設けられる個別電極２１が、下側の圧電材料層１２ｂの下面に第２の定電位電極２３がそれぞれ形成されている。なお、電極２１，２２，２３は、Ａｇ−Ｐｄ系等の金属材料からなる。

そして、圧電アクチュエータ１２は、キャビティユニット１１と圧電アクチュエータ１２とが積層されている方向（積層方向）から見たとき、各圧力室１４Ａａの中央部分に対応する部位に、個別電極２１と第１の定電位電極２２との間に圧電材料層１２ａが挟まれる部分を有する(第１の活性部Ｓ１）。そして、圧力室１４Ａａの中央部分よりも外周側
の部分（具体的には左右部分）に対応する部位に、個別電極２１と第２の定電位電極２３との間に圧電材料層１２ａ，１２ｂが挟まれる部分を有する（第２の活性部Ｓ２）。よって、個別電極２１は、各圧力室１４Ａａの第１の活性部Ｓ１に対応する領域と第２の活性部Ｓ２に対応する領域とに対応してこれらの領域をともに占めるように形成されていることになる。ここで、圧力室１４Ａａの中央部分とは、ノズル穴１６ａが配列されているノズル列方向Ｘにおける中央部分である。

第２の活性部Ｓ２は、ノズル列方向Ｘにおいて隣り合う圧力室１４Ａａを仕切る壁である桁部１４Ａｂに対応する領域と、圧力室１４Ａａの外周縁よりも内側部分（中央部分側）に対応する領域とを占めるように形成されている。つまり、第２の定電位枝電極２３Ａは、桁部１４Ａｂに対応する領域を含めて圧力室１４Ａａのノズル列方向側部に対応する領域まで延び、圧力室１４Ａａのノズル列方向において隣り合う２つの圧力室１４Ａａ，１４Ａａについて共有される。

各個別電極２１は接続電極部２１ａを有し、この接続電極部２１ａに、配線部材であるフレキシブル配線板１３の接続端子（図示せず）が接続され、このフレキシブル配線板１３（信号線）を通じて、駆動信号を供給するドライバＩＣ９０（図１（ｂ）参照）が電気的に接続される。なお、接続電極部２１ａにバンプ（Ａｇ）が付され、このバンプを利用してフレキシブル配線板１３の接続端子が接続される。

このドライバＩＣ９０及びフレキシブル配線板１３によって、圧電アクチュエータ１２の第１の活性部Ｓ１及び第２の活性部Ｓ２に駆動電圧を印加する電圧印加手段が構成される。つまり、圧力室１４Ａａの容積を変化させるために、個別電極２１には、フレキシブル配線板１３を通じて、第１の定電位（この実施の形態では、正の定電位、例えば２０Ｖ）及びこの第１の定電位よりも小さい定電位である第２の定電位（この実施の形態ではグランド電位）が選択的に付与される。また、第１の定電位電極２２には、第１の定電位（正の定電位、例えば２０Ｖ）が常時付与され、第２の定電位電極２３には、第２の定電位（グランド電位）が常時付与される。

これにより、個別電極２１に第１の定電位が付与されるときには、第２の活性部Ｓ２には電圧が印加されるが、第１の活性部Ｓ１には電圧が印加されず、一方、個別電極２１に第２の定電位が付与されるときには、第１の活性部Ｓ１には電圧が印加されるが、第２の活性部Ｓ２に電圧が印加されないことになる。

このように、圧電アクチュエータ１２は、各圧力室１４Ａａに対応する個別電極２１を有し、この個別電極２１に、駆動信号として、第１の定電位（正の定電位）と第２の定電位（グランド電位）とが選択的に付与されることで、後述するように圧力室１４Ａａの容積を変化させてノズル穴１６ａからインクを吐出させるようになっている。

続いて、図４（ａ）（ｂ）に沿って、キャビティユニット１１と圧電アクチュエータ１２とが積層されている方向から見たときの電極２１，２２，２３の具体的な配置について説明する。

各個別電極２１は、圧電材料層１２ａの上面側（第１層）に各圧力室１４Ａａに対応してノズル列方向において一定ピッチで形成されている。そして、隣り合う個別電極２１は、ノズル列方向において半ピッチずれて形成され、それらの列の間であって後述する第２の定電位幹電極部２３Ｂが形成される側において、各個別電極２１の、フレキシブル配線板１３の接続端子（図示せず）が接続される接続電極部２１ａが千鳥状に形成されている。

第１の定電位電極２２は、圧電材料層１２ａの下面側（第２層）に各圧力室１４Ａａの第１の活性部Ｓ１それぞれに対応して第１の定電位枝電極部２２Ａがノズル列方向において一定ピッチで形成され、それらの一端部が、ノズル列方向Ｘに延びている第１の定電位幹電極部２２Ｂに接続されることで、櫛歯形状となっている。

圧電材料層１２ｂの下面側（第３層）には、複数の圧力室１４Ａａの第２の活性部Ｓ２それぞれに対応して複数の第２の定電位枝電極部２３Ａがノズル列方向Ｘにおいて一定ピッチで形成され、それらの一端部が、ノズル列方向Ｘに延びる第２の定電位幹電極部２３Ｂに接続されることで、第１の定電位電極２２と同様に、第２の定電位電極２３も櫛歯形状に形成されている。

このように、キャビティユニット１１と圧電アクチュエータ１２とが積層されている方向Ｚから見たとき、第１および第２の定電位電極２２，２３を共に櫛歯形状とし、第１の定電位枝電極部２２Ａと第２の定電位枝電極部２３Ａとをノズル列方向Ｘにおいて交互に配置し、かつ第１の定電位幹電極部２２Ｂと第２の定電位幹電極部２３Ｂとをノズル列方向Ｘに直交する方向Ｙにおいて交互に配置することで、第１の定電位電極２２と第２の定電位電極２３とが互いに重ならないように形成されている。これにより、異物が噛み混むおそれのある部分では、キャビティユニット１１と圧電アクチュエータ１２とが積層されている方向から見て、第１および第２の定電位電極２２，２３が重ならないようになり、
前述したような異物の噛み込みを原因とする破壊を防止するようになっている。

また、個別電極２１の接続電極部２１ａは、キャビティユニット１１と圧電アクチュエータ１２とが積層されている方向Ｚから見て、第２の定電位電極２３の第２の定電位幹電極部２３Ｂに重なっている。

そして、圧力室１４Ａａの複数列に対応して配列されている各個別電極２１の接続電極部２１ａは、同じ列に属する各個別電極２１については同一側に配置され、隣の列に属する各個別電極２１とは反対側に配置されている。

このように、隣り合う２つの列に属する各個別電極２１の接続電極部２１ａは、同じ列に属する各個別電極２１については同一側に配置され、隣の列に属する各個別電極２１とは反対側に配置することで、図５に示すように、前記接続電極部に接続されるフレキシブル配線板１３の配線１３ａは、前記隣り合う２つの列の間に対応して配置し、各列に属する接続電極部２１ａに接続される前記配線は、前記個別電極の列方向において、互いに反対方向に引き出されている。これにより、各引き出し方向に引き出される配線の数を半分にし、列ごとの配線が容易となるようにしている。

しかも、前記同じ列に属する個別電極２１の接続電極部２１ａに接続されるフレキシブル配線板１３の配線は、前記引き出し側に位置する接続電極部２１ａに接続されるものほど、接続電極部２１ａが設けられている側に位置しているので、少ないスペースにバランスよく配線を配列することができる。

なお、第１の活性部Ｓ１は、個別電極２１に第２の定電位が付与され第１の定電位電極２２に第１の定電位が付与されて変形するときに印加される電圧の方向と同じ方向（分極方向）に分極されている。一方、第２の活性部Ｓ２は、個別電極２１に第１の定電位が付与され第２の定電位電極２３に第２の定電位が付与されて変形するときに印加される電圧の方向と同じ方向に分極されている。つまり、電圧が印加される方向と分極方向が同じである。ここで、駆動時において電極間に印加される電圧は、分極時に印加される電圧よりも小さく、電極間に繰り返し電圧を印加することによる劣化を抑制するようになっているのはいうまでもない。

前述したように電極２１，２２，２３や接続電極部２１ａを配置して圧電アクチュエータ１２を形成することで、キャビティユニット１１に圧電アクチュエータ１２を接合する際に、それらに個別電極２１の列方向（圧力室の列方向）に直交する方向におけるズレが生じたとしても、個別電極２１の列方向（圧力室の列方向）におけるズレ量が０のときを基準にしてマイナス側とプラス側とでほぼ対称になるので、前記接合がマイナス側にずれてもプラス側にずれても、圧力室の容積変化（下に凸時の変位体積と上に凸時の変位体積との和）が、個別電極２１の列間でばらつくのを回避できる。

つまり、圧力室の列方向に直交する方向のズレ量が０の場合には、図６（ａ）に示すように圧力室１４Ａａの方向Ｙの中央位置に第２の活性部となる変形領域（破線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３参照）が位置し、前記ズレ量がマイナス側である場合には、図６（ｂ）に示すように、前記変形領域が前記列間の桁部の上に位置するため、引き上げ効果が大きく、変位体積が増大する。一方、前記ズレ量がプラス側である場合には、図６（ｃ）に示すように、前記変形領域が圧力室１４Ａａの上に位置するため、引き上げ効果が小さく、変位体積が減少する。

よって、変位体積の変化は、個別電極２１に第２の電位を付与する下方に凸の場合は、図７（ａ）に示すようになる一方、個別電極２１に第１の電位を付与する上方に凸の場合
は、図７（ｂ）に示すように、右下がりになるが、それらを組み合わせてなる圧力室１４Ａａの容積変化は、図７（ｃ）に示すように、ズレ量が０のときを基準にして、プラス側とマイナス側とでほぼ対称になる。

よって、前述したように隣り合う２列についての各個別電極２１の接続電極部２１ａは、同じ列に属する各個別電極２１については同一側に配置され、隣の列に属する各個別電極２１とは反対側に配置されているものにおいて、キャビティユニット１１と圧電アクチュエータ１２とが積層されている方向から見て、個別電極２１の接続電極部２１ａが、第２の定電位電極２２の第２の定電位幹電極部２２Ｂに重なるように構成することで、列方向Ｘに直交するＹ方向にずれが生じても、一方の列に属するものがプレス側にずれれば、他方の列に属するものは同じ量だけマイナス側にずれ、変位体積は同じになるので、結果として、各列においてバラツキが少なくなり、液滴速度や圧力室の体積差の影響をあまり受けなくなる。

続いて、前述したように電極２１，２２，２３を配置した圧電アクチュエータの動作について説明する。

まず、前記電圧印加手段により、個別電極２１に第２の定電位（グランド電位）を付与する、第１の活性部Ｓ１への電圧の非印加時（待機時）では、第１の活性部Ｓ１は、分極方向と同じ方向に電圧が印加され、圧電横効果により、圧力室１４Ａａに向かう積層方向Ｚに伸張し、その積層方向Ｚと直交するノズル列方向Ｘに収縮して、圧力室１４Ａａ内の方向へ突出変形する状態となる。一方、トッププレート１５は、電界の影響を受けないため自発的には縮まないので、上側に位置する圧電材料層１２ｃと下側に位置するトッププレート１５との間で分極方向と垂直な方向への歪みに差を生じる。このことと、トッププレート１５がキャビティプレート１４Ａに固定されていることとが相俟って、圧電材料層１２ｃ及びトッププレート１５は圧力室１４Ａａ側に凸となるように変形し（ユニモルフ変形）、待機状態となる。このとき、第２の活性部Ｓ２は電圧の非印加状態となるので、積層方向Ｚ及びノズル列方向Ｘにおいて伸縮しない、変形しない状態になる。また、個別電極２１の接続電極部２１ａと第２の定電位電極２２とによって挟まれる部分も電圧が印加されず、変形しないので、第１の活性部Ｓ１の、圧力室１４Ａａ内の方向へ突出変形を阻害することがない。

それから、個別電極２１に一旦第１の電位（正の電位）を付与し第２の定電位（グランド電位）に戻る、第１の活性部Ｓ１への電圧の印加時（駆動時、すなわちインク吐出時）には、まず、第１の電位（正の電位）を付与することで、第１の活性部Ｓ１は、積層方向Ｚ及びノズル列方向Ｘにおいて伸縮しない、変形しない状態となる。このとき、第２の活性部Ｓ２は、電圧印加状態となり、圧力室１４Ａａに向かう積層方向Ｚに伸張し、その積層方向Ｚと直交するノズル列方向Ｘに収縮しようとするので、拘束プレートとしてのトッププレート１５の働きによって、ノズル列方向側部に位置する第２の活性部Ｓ２が、圧力室１４Ａａから離れる方向に反るように変形する。この第２の活性部Ｓ２の変形が、圧力室１４Ａａの容積変化を大きくするのに寄与し、マニホールド１４Ｄａ，１４Ｅａから圧力室１４Ａａにインクを多く吸い込むのに貢献する（引き上げ効果）。また、個別電極２１の接続電極部２１ａと第２の定電位電極２３（第２の定電位幹電極部２３Ｂ）とによって挟まれる部分にも電圧が印加され、かつ接続電極部２１ａが桁部１４Ａｃにて拘束されていることから、この部分が上に引き上げられ、第２の活性部Ｓ２の前記引き上げ効果を助長することになり、圧力室１４Ａａの変形効率を高めることになる。

その後、第２の定電位（グランド電位）に戻ることで、前述した待機状態になる場合と同様に、第１の活性部Ｓ１は、分極方向と同じ方向に電圧が印加され、圧電横効果により、圧力室１４Ａａに向かう積層方向Ｚに伸張し、その積層方向Ｚと直交するノズル列方向
Ｘに収縮して、圧力室１４Ａａ内の方向へ突出変形する状態となる。一方、トッププレート１５は、電界の影響を受けないため自発的には縮まないので、上側に位置する圧電材料層１２ｃと下側に位置するトッププレート１５との間で分極方向と垂直な方向への歪みに差を生じる。このことと、トッププレート１５がキャビティプレート１４Ａに固定されていることとが相俟って、圧電材料層１２ｃ及びトッププレート１５は圧力室１４Ａａ側に凸となるように変形しようとする（ユニモルフ変形）。このため、圧力室１４Ａａの容積が大きい状態から小さい状態に変化して、インクの圧力が上昇し、ノズル穴１６ａからインクが吐出される。

このとき、第２の活性部Ｓ２は電圧の非印加状態となるので、積層方向Ｚ及びノズル列方向Ｘにおいて伸縮しない、変形しない状態に戻ることになる。

このように、第１の活性部Ｓ１が、圧力室１４Ａａの方向へ突出変形する際には、第２の活性部Ｓ２は変形しない状態に戻るので、第１の活性部Ｓ１の変形の影響が第２の活性部Ｓ２によってキャンセルされ、隣の圧力室１４Ａａにはほとんど及ばず、クロストークが抑制される。つまり、第１の活性部Ｓ１に対する電圧の印加と非印加との切替えによる第１の活性部Ｓ１の変形が、隣接する圧力室１４Ａａに伝播するのを抑制するように、第２の活性部Ｓ２に対する電圧の印加と非印加が切り替えられる。

このような第１の活性部Ｓ１及び第２の活性部Ｓ２の変形により、インクの吐出動作が繰り返され、各吐出動作において、圧力室１４Ａａの容積変化を大きくして吐出効率を高めると共に、クロストークが抑制される。それに加えて、個別電極２１の接続電極部２１ａが、キャビティユニット１１と圧電アクチュエータ１２とが積層されている方向から見て、第２の定電位電極２３の第２の定電位幹電極部２３Ｂに重なるようにしているので、圧力室１４Ａａの変形効率が高められる。

また、従来のように圧電材料層１２ａのみを挟んで個別電極１２１の接続電極部１２１ａと第１の定電位電極１２２が重なる場合（図８参照）に比べて、圧電材料層１２ａ，１２ｂを挟んで個別電極２１の接続電極部２１ａと第２の定電位電極２３が重なる場合は、２つの圧電層１２ａ、１２ｂを挟み電極２１，２３間の距離が２倍になるので、静電容量が小さくなり、消費電力が小さくなるという利点もある。また、個別電極２１の接続電極部２１ａと第２の定電位電極２３との間に電圧を印加される駆動時には、接続電極部２１ａの電位が第２の定電位電極２３の電位よりも高くなるときがあるが、その時間は、接続電極部２１ａの電位と第２の定電位電極２３の電位とが同電位になる待機時間よりもずっと短いし、接続電極部２１ａと第２の定電位電極２３との間の距離が長くなるので、マイグレーションの懸念も大きく低減される。

前述したほか、本発明は、次のように変更して実施することもできる。

(i)前記実施の形態では、第１の定電位を正の定電位、第２の定電位をグランド電位と
しているが、本発明はこれに制限されるものではない。つまり、第２の定電位は、第１の定電位よりも小さい電位であれば、同様に圧電アクチュエータは動作するので、グランド電位に制限されない。

(ii)前記実施の形態では、第２の活性部Ｓ２が、ノズル列方向Ｘにおける圧力室１４Ａａの中央部分よりも外周側の部分に対応する領域と、桁部１４Ａｂに対応する領域との間に跨って配置されているが、第２の定電位電極２３Ａを、圧力室１４Ａａに対応する領域と関係なく、桁部１４Ａｂに対応する領域のみに設け、第２の活性部が、桁部１４Ａｂに対応する領域にしか存在しないように構成することができる。この場合には、第２の活性部に対し電圧が印加されて第２の活性部が変形しても、第２の活性部は圧力室１４Ａａの
容積の拡大には寄与しないが、クロストークの抑制効果は発揮される。

(iii)本発明は、液滴吐出ヘッドがインクジェットヘッドである場合に限定されるもの
ではなく、着色液を微小液滴として塗布、あるいは導電液を吐出して配線パターンを形成するなどの他の液滴吐出ヘッドにも適用することができる。

(iv)被液滴吐出媒体としては印刷用紙だけでなく、樹脂、布などの各種のものを用いることができ、また吐出される液体としてはインクだけでなく、着色液、機能液などの各種のものを用いることができる。

１インクジェットプリンタ（液滴吐出装置）
３インクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）
１１キャビティユニット
１２圧電アクチュエータ
１２ａ，１２ｂ圧電材料層
１３フレキシブル配線板
１３ａ配線
２１個別電極
２１ａ接続電極部
２２第１の定電位電極
２２Ａ第１の定電位枝電極
２２Ｂ第１の定電位幹電極
２３第２の定電位電極
２３Ａ第２の定電位枝電極
２３Ｂ第２の定電位幹電極

Claims

複数の圧力室が複数列となるように規則的に形成されたキャビティユニットに、前記各圧力室内の液体を選択的に吐出させるための圧電アクチュエータが接合された液滴吐出ヘッドと、
前記圧電アクチュエータに電圧を印加する電圧印加手段と
を備える液滴吐出装置であって、
前記圧電アクチュエータは、
前記各圧力室の中央部分に対応する複数の第１の活性部と、
前記各圧力室の前記中央部分よりも外周側の部分に対応する複数の第２の活性部と、
前記各圧力室の第１および第２の活性部に対応する領域に対応して形成され、配線部材の接続端子が接続される接続電極部を有し、第１の定電位と第１の定電位よりも小さい電位である第２の定電位が選択的に付与される個別電極と、
前記各第１の活性部に対応して形成された複数の第１の定電位枝電極部と前記各第１の定電位枝電極部が接続される第１の定電位幹電極部とを有する櫛歯形状で、前記第１の定電位が付与される第１の定電位電極と、
前記各第２の活性部に対応して形成された複数の第２の定電位枝電極部と前記各第２の定電位枝電極部が接続される第２の定電位幹電極部とを有する櫛歯形状で、前記第２の定電位が付与される第２の定電位電極とを備え、
前記キャビティユニットと前記圧電アクチュエータとが積層されている方向から見て、前記個別電極の接続電極部が、前記第２の定電位電極の第２の定電位幹電極部に重なるように構成され、
前記圧力室の複数列に対応して配列されている前記各個別電極の接続電極部は、同じ列に属する前記各個別電極については同一側に配置され、隣の列に属する前記各個別電極とは反対側に配置されていることを特徴とする液滴吐出装置。
前記第１の定電位電極を挟んで上側および下側の圧電材料層が設けられ、前記上側の圧電材料層の上面に前記個別電極が、前記下側の圧電材料層の下面に前記第２の定電位電極がそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出装置。
前記隣り合う２つの列に属する前記各個別電極は、隣の列が配置されている側とは反対側に前記接続電極部が配置され、前記接続電極部に接続される前記配線部材の配線は、前記隣り合う２つの列の間に対応して配置され、各列に属する接続電極部に接続される前記配線は、前記個別電極の列方向において、互いに反対方向に引き出されていることを特徴とする請求項１又は２の液滴吐出装置。
前記同じ列に属する個別電極の接続電極部に接続される配線部材の配線は、前記引き出し側に位置する前記接続電極部に接続されるものほど、前記接続電極部が設けられている側に位置していることを特徴とする請求項３記載の液滴吐出装置。