特許文献2の構成においても、内側の圧力室と外側の圧力室とで、圧電体の圧電特性が異なるという問題は生じ得る。尚、この圧電特性の差は、特許文献1に開示されている、電極ペーストの焼成によって生じる残留応力の差の他にも、個別電極の周囲の電極配置の違いに起因する、圧力室周囲の圧電体の厚みの差や剛性の差などによっても生じる。
上記の問題を解消するには、特許文献1のように、外側の圧力室と対向する個別電極よりもさらに外側に、ノズルからの液体吐出に寄与しないダミー電極を設けることが効果的である。また、特許文献2では、圧電体の、個別電極と第1共通電極とに挟まれる部分と、個別電極と第2共通電極とに挟まれる部分とに、それぞれ圧電変形が生じる。そのため、それぞれ圧電変形が生じる上記2種類の圧電体部分の両方について、内側の圧力室と外側の圧力室とで圧電特性を同じにしておきたい。そのためには、圧電体の、個別電極が形成された部分とダミー電極が形成された部分とで、個別電極、第1共通電極、及び、第2共通電極の3種類の電極の構成を極力同じにするのがよい。即ち、複数の個別電極だけでなく、ダミー電極に対しても、第1共通電極と第2共通電極がそれぞれ対向していることが好ましい。
ところで、一般に、焼成された圧電体は脆性材料であり、流路ユニットへ接合する際などに、圧電体にクラックが生じることがある。例えば、圧電体の接合時に、この圧電体と流路ユニットとの間に異物が挟まれている場合には、異物が接触する部分において圧電体に応力集中が生じてクラックが発生しうる。また、焼成によって圧電体の端部に反りが生じることがあるが、このような圧電体を流路ユニットに押し付けて接合したときに、前記の反りが矯正される際に圧電体の端部にクラックが生じることもある。
圧電体にクラックが生じると、その部分においてマイグレーションが進行しやすくなるなど圧電体の絶縁特性が大きく低下する。また、圧電体に絶縁破壊が生じて放電が起こる虞もある。上記のように、ダミー電極と、第1共通電極及び第2共通電極とが対向している構成において、圧電体のダミー電極が設けられている部分にクラックが生じると、この部分において第1共通電極と第2共通電極との間に短絡等が生じて両者が導通する虞がある。また、第1共通電極と第2共通電極は、常に、互いに異なる電位に維持されている。そのため、圧電アクチュエータが駆動されていない場合においても、第1共通電極と第2共通電極との間で、漏れ電流が流れてしまうことになる。従って、圧電体のダミー電極が設けられている部分は、液体を吐出させるための部分ではないにもかかわらず、製造時にこの部分にクラックが生じたものは廃棄せざるを得なくなり、歩留まりが低下する。
本発明の目的は、圧電体のダミー電極が配置された部分にクラックが生じても、2種類の共通電極間の導通が防止される、液体吐出装置を提供することである。
課題を解決するための手段及び発明の効果
第1の発明の液体吐出装置は、複数のノズル、及び、これら複数のノズルに連通する複数の圧力室が形成された流路構造体と、前記複数の圧力室を覆うように前記流路構造体に接合された圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータを駆動する駆動部と、を備え、
前記圧電アクチュエータは、前記複数の圧力室にわたって平面的に配置された圧電体と、前記圧電体に、所定の個別電極配置面に沿って前記複数の圧力室にそれぞれ対応して設けられた複数の個別電極と、前記圧電体に、前記個別電極配置面とは異なる第1の共通電極配置面に沿って設けられ、前記複数の個別電極と共通に対向する第1共通電極と、同じく前記圧電体に、前記個別電極配置面とは異なる第2の共通電極配置面に沿って設けられ、前記複数の個別電極と共通に対向する第2共通電極と、を有し、
前記駆動部は、前記複数の個別電極の電位をそれぞれ変化させる一方で、前記第1共通電極の電位を第1電位に維持し、且つ、前記第2共通電極の電位を前記第1電位とは異なる第2電位に維持し、
さらに、前記圧電体には、前記個別電極配置面内の、前記複数の個別電極と前記圧電体の外縁との間の位置に配置されたダミー電極と、前記第1の共通電極配置面内の、前記ダミー電極と対向する位置に配置された第1電極部分と、前記第2の共通電極配置面内の、前記ダミー電極と対向する位置に配置された第2電極部分と、が設けられ、前記第1共通電極と前記第1電極部分の電極間と、前記第2共通電極と前記第2電極部分の電極間の、少なくとも一方の電極間が分断されて導通していないことを特徴とするものである。
本発明では、圧電体には、複数の個別電極と同一平面上の、複数の個別電極と圧電体との外縁との間の位置にダミー電極が設けられている。また、圧電体には、第1共通電極と同一平面上にあって、且つ、ダミー電極と対向する第1電極部分と、第2共通電極と同一平面上にあって、且つ、ダミー電極と対向する第2電極部分とが設けられている。この構成により、圧電体の外縁に近い外側の圧力室と、それよりも内側の圧力室の間で、圧力室の周囲の電極構成をほぼ等しくすることができるため、外側の圧力室と内側の圧力室とで、圧電体の圧電特性を近づけることができる。
さらに、本発明では、第1電極部分と第2電極部分の少なくとも一方は、対応する共通電極とは導通していない。そのため、圧電体の、ダミー電極が設けられた部分においてクラックが生じて、万が一、第1電極部分と第2電極部分との間が電気的に導通したとしても、異なる電位にそれぞれ維持される第1共通電極と第2共通電極との間が短絡するわけではない。従って、圧電体の、ダミー電極が設けられた部分において、2種類の共通電極間の導通が防止される。
第2の発明の液体吐出装置は、前記第1の発明において、前記第1共通電極と前記第1電極部分の電極間と、前記第2共通電極と前記第2電極部分の電極間の、一方の電極間が分断される一方で、他方の電極間は導通していることを特徴とするものである。
共通電極の電位を安定させるためには、電極面積はできるだけ大きい方が望ましい。この観点から、ダミー電極と対向する第1電極部分と第2電極部分の一方の電極部分のみを、対応する共通電極と分断し、他方の電極部分については、対応する共通電極と導通させておくことが好ましい。
また、第1電極部分と第2電極部分が、対応する共通電極から分断されていると、その分断によって、圧電体の、個別電極が形成された部分とダミー電極が形成された部分とで、全体の電極構成が若干異なったものとなる。ダミー電極と対向する第1電極部分と第2電極部分の一方のみが、対応する共通電極から切り離されている方が、両方の電極部分が対応する共通電極からそれぞれ切り離されているよりも、前記の電極構成の違いは小さくなる。従って、本発明によれば、前記の電極構成の違いに起因する、外側の圧力室と内側の圧力室との間での圧電体の特性差が小さくなるという効果も得られる。
第3の発明の液体吐出装置は、前記第2の発明において、前記第1共通電極に印加される前記第1電位は、前記第2共通電極に印加される前記第2電位よりも高い電位であり、前記第1共通電極と前記第1電極部分の電極間が分断される一方で、前記第2共通電極と前記第2電極部分は導通していることを特徴とするものである。
第1電極部分と第2電極部分の何れを、対応する共通電極と分断するかに関して、本発明では、高い電位が印加される第1共通電極とこれに対応する第1電極部分とが分断される。これにより、高い電位が印加される第1共通電極とダミー電極とが短絡することが防止される。
第4の発明の液体吐出装置は、前記第3の発明において、前記圧電体の前記流路構造体とは反対側の面に、前記複数の個別電極と、前記ダミー電極と、前記第1共通電極に接続された第1接続端子と、前記第2共通電極に接続された第2接続端子と、が配置され、
前記駆動部は、前記圧電体の前記流路構造体とは反対側の面を覆うように配線部材を有し、前記配線部材と、前記複数の個別電極、前記第1接続端子、及び、前記第2接続端子とが接合され、前記第2接続端子は、前記複数の個別電極と前記圧電体の外縁との間に配置され、前記圧電体の前記流路構造体とは反対側の面に、前記配線部材の接合を補強するための複数の補強バンプが、前記圧電体の外縁に沿って配置されていることを特徴とするものである。
本発明では、圧電体の流路構造体と反対側の面に、複数の個別電極、第1共通電極に接続された第1接続端子、及び、第2共通電極に接続された第2接続端子が配置されている。また、前記の複数の個別電極、第1接続端子、及び、第2接続端子は、圧電体を覆うように配置された配線部材と接合される。さらに、圧電体と配線部材との間の接合を補強するために、圧電体の流路構造体と反対側の面には複数の補強バンプが設けられる。接合の補強、即ち、配線部材の剥離防止が目的であるから、複数の補強バンプは、圧電体の外縁に沿って配置される。
このとき、一部の補強バンプが、圧電体の外縁近くに位置する、ダミー電極及び第2接続端子とそれぞれ近接する可能性がある。これにより、ダミー電極が、補強バンプを介して第2接続端子と導通し、ダミー電極に第2電位が常時印加された状態となる場合も考えられる。このとき、第1電極部分が、高い電位の第1共通電極と導通していると、圧電体のダミー電極が形成された部分にクラックが生じて第1電極部分とダミー電極との間において短絡が発生した場合に、第1電極部分とダミー電極との間に漏れ電流が流れる虞がある。以上の理由から、第1電極部分と第1共通電極とが分断されていることが好ましい。
第5の発明の液体吐出装置は、前記第2の発明において、前記圧電体の厚み方向における、前記第1共通電極と前記第2共通電極のうちの一方の共通電極から前記圧電体の中立面まで距離が、前記第1共通電極と前記第2共通電極のうちの他方の共通電極から前記圧電体の中立面までの距離よりも小さく、前記一方の共通電極とこれに対応する前記第1電極部分又は前記第2電極部分の電極間が分断され、前記他方の共通電極とこれに対応する前記第1電極部分又は前記第2電極部分の電極間は導通していることを特徴とするものである。
第1電極部分又は第2電極部分が、対応する共通電極と分断されていると、その分断によって、圧電体の、個別電極が形成された部分とダミー電極が形成された部分とで、電極構成に若干違いが出る。そして、この電極構成の違いに起因して、外側の圧力室と内側の圧力室とで、圧電体に生じる残留応力に差が出る。ここで、上記の残留応力が、圧電体の中立面から離れている部分に生じていると、圧力室と対向する領域での圧電体の変位量に及ぼす影響が大きい。従って、第1共通電極と第2共通電極の間で、圧電体の中立面までの距離が異なる場合は、共通電極の分断が圧電体の変位に及ぼす影響を小さくするために、前記中立面までの距離が小さい共通電極が、これに対応する電極部分と分断されることが好ましい。
第6の発明の液体吐出装置は、前記第1〜第5の何れかの発明において、前記複数の個別電極は、前記個別電極配置面に平行な所定方向に沿って配列され、前記複数の個別電極の、前記所定方向における両側に、前記ダミー電極がそれぞれ配置されていることを特徴とするものである。
本発明では、所定方向に配置された複数の個別電極の、その配列方向の両側にダミー電極がそれぞれ配置されている。これにより、個別電極の配列方向において、両端に位置する圧力室と、それよりも内側に位置する圧力室との間で、圧電体の特性差を小さくすることができる。
次に、本発明の実施の形態について説明する。本実施形態は、液体吐出装置としてのインクジェットプリンタに本発明を適用した一例である。図1は、本実施形態に係るインクジェットプリンタの概略平面図である。尚、以下では、図1の紙面手前側を上方、紙面向こう側を下方と定義して、適宜、「上」「下」の方向語を使用して説明する。図1に示すように、インクジェットプリンタ1は、プラテン2と、キャリッジ3と、インクジェットヘッド4と、搬送機構5等を備えている。
プラテン2の上面には、被記録媒体である記録用紙100が載置される。プラテン2の上方には、図1に示す走査方向に沿って平行に延びる2本のガイドレール10,11が設けられている。キャリッジ3は、2本のガイドレール10,11に取り付けられている。また、キャリッジ3には無端ベルト14が連結されている。キャリッジ駆動モータ15によって無端ベルト14が駆動されることで、キャリッジ3は2本のガイドレール10,11にガイドされながら走査方向に往復移動する。
インクジェットヘッド4はキャリッジ3に搭載されており、キャリッジ3とともに走査方向に移動する。インクジェットヘッド4の、図1における紙面向こう側の面である下面には、搬送方向に沿って4列に配列された複数のノズル25が形成されている。尚、インクジェットヘッド4の構成の詳細については後述する。
プリンタ1のプリンタ本体1aにはカートリッジホルダ9が設けられている。カートリッジホルダ9には、ブラック、イエロー、シアン及びマゼンタの、4色のインクがそれぞれ貯留された4つのインクカートリッジ17が装着される。キャリッジ3に搭載されたインクジェットヘッド4とカートリッジホルダ9は、図示しないチューブによって接続されている。4つのインクカートリッジ17にそれぞれ貯留された4色のインクは、チューブを介してインクジェットヘッド4に供給される。インクジェットヘッド4は、キャリッジ3と一体的に走査方向に移動しつつ、複数のノズル25から、プラテン2に載置された記録用紙100に対して4色のインクを吐出する。
搬送機構5は、搬送方向にプラテン2を挟むように配置された2つの搬送ローラ18,19を有する。2つの搬送ローラ18,19は、図示しないモータによって同期して駆動される。搬送機構5は、2つの搬送ローラ18,19によって、プラテン2に載置された記録用紙100を搬送方向に搬送する。
(インクジェットヘッド)
次に、インクジェットヘッド4について説明する。図2は、インクジェットヘッドの平面図である。図3は、図2のIII-III線断面図である。図4は、図2のIV-IV線断面図である。尚、図2、図3では、図面をわかりやすくするため、圧電アクチュエータ21に接続されるCOF63を二点鎖線で概略的に示している。また、図4では、図3においては示されている、圧力室26よりも下側の流路構造の図示が省略されている。図2〜図4に示すように、インクジェットヘッド4は、流路ユニット20と圧電アクチュエータ21を備えている。流路ユニット20は、それぞれ流路形成孔が形成された7枚のプレート31〜37が互いに積層されることによって形成されている。これら7枚のプレート31〜37が積層されたときにそれぞれの流路形成孔が連通することによって、流路ユニット20には、以下に述べるようなインク流路が形成されている。
(流路ユニット)
図2に示すように、流路ユニット20の上面には、4つのインクカートリッジ17(図1参照)と接続される4つのインク供給孔23が形成されている。流路ユニット20の内部には、4つのインク供給孔23にそれぞれ接続された4本のマニホールド24が形成されている。4本のマニホールド24には、4つのインクカートリッジの4色のインクがそれぞれ供給される。また、4本のマニホールド24は、それぞれ搬送方向に延在している。
また、流路ユニット20は、最下層のプレート37に形成された複数のノズル25と、最上層のプレート31に形成された複数の圧力室26を有する。図2に示すように、流路ユニット20の下面(図3の紙面向こう側の面)において、複数のノズル25は搬送方向に沿って配列され、4本のマニホールド24にそれぞれ対応した4列のノズル列を構成している。各圧力室26は、略矩形の平面形状を有する孔である。複数の圧力室26は、流路ユニット20の上面に沿って平面的に配置されている。流路ユニット20の上面に接合される圧電アクチュエータ21によって、複数の圧力室26は上方から覆われている。また、複数の圧力室26は、4本のマニホールド24、及び、4列のノズル列に対応して、4列に配列されている。各圧力室26は、対応するマニホールド24と絞り流路27を介して連通している。一方で、各圧力室26は、対応するノズル25と連通流路28を介して連通している。以上より、図3に示すように、流路ユニット20には、マニホールド24から分岐して、絞り流路27、圧力室26、及び、連通流路28を経てノズル25に至る、個別インク流路が複数形成されている。
(圧電アクチュエータ)
圧電アクチュエータ21は、流路ユニット20の上面に、複数の圧力室26を覆うように接合されている。圧電アクチュエータ21は、3枚の圧電層41〜43からなる圧電体40と、複数の個別電極44、第1共通電極45、及び、第2共通電極46を備えている。図5は、圧電体の3枚の圧電層のそれぞれについての上面図であり、(a)は最上層の圧電層、(b)は中間層の圧電層、(c)は最下層の圧電層をそれぞれ示す。尚、図5(a)〜(c)には、ノズル25及び圧力室26と、個別電極44、第1共通電極45、及び、第2共通電極46との位置関係がわかりやすくなるように、複数のノズル25と複数の圧力室26がそれぞれ破線で示されている。
圧電体40を構成する3枚の圧電層41〜43は、それぞれ、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る。圧電層41〜43は、互いに積層された状態で、複数の圧力室26を覆うように流路ユニット20の上面に平面的に配置されている。
図3〜図5に示すように、3種類の電極44,45,46は、互いに異なる平面上に配置されている。具体的には、複数の個別電極44は、最上層の圧電層41の上面に配置されている。第1共通電極45は、最上層の圧電層41と中間層の圧電層42との間に配置されている。第2共通電極46は、中間層の圧電層42と最下層の圧電層43との間に配置されている。3種類の電極44,45,46には、COF63を含む後述の駆動部61によって所定の電位が印加される。
複数の個別電極44は、複数の圧力室26に対応して搬送方向に沿って配列され、4列の個別電極列を構成している。各個別電極44は、圧力室26と同じく略矩形の平面形状を有し、対応する圧力室26の全域と対向している。各個別電極44には、後述するCOF63との電気的接続のための個別端子44aが設けられている。個別端子44aは、圧電層41の上面において、個別電極44から、圧力室26と対向しない領域まで走査方向に沿って引き出されている。
第1共通電極45は、複数の圧力室26にそれぞれ対応した複数の第1定電位電極部45aと、複数の第1定電位電極部45aを互いに導通させる第1接続部45bを有する。各第1定電位電極部45aは矩形の平面形状を有し、対応する圧力室26の、搬送方向における中央部と対向している。尚、複数の第1定電位電極部45aも、個別電極44と同様に、複数の圧力室26に対応して4列に配列されている。第1共通電極45の電位は、後述する駆動部61により、所定の駆動電位に維持される。
第2共通電極46は、複数の圧力室26にそれぞれ対応した複数の第2定電位電極部46aと、複数の第2定電位電極部46aを互いに導通させる第2接続部46bを有する。各第2定電位電極部46aはU字形の平面形状を有し、圧力室26の搬送方向における両端部と対向している。尚、複数の第2定電位電極部46aも、個別電極44と同様に、複数の圧力室26に対応して4列に配列されている。第2共通電極46は、後述する駆動部61により、第1共通電極45よりも低い電位に維持される。本実施形態では、特に、第2共通電極46の電位がグランド電位である例を挙げるが、グランド電位以外の電位であっても勿論構わない。
図4に示すように、圧力室26の全域を覆う個別電極44は、搬送方向における中央部において、第1定電位電極部45aと対向する。つまり、最上層の圧電層41の、圧力室26の中央部と対向する部分が、個別電極44と第1定電位電極部45aに挟まれている。以下、圧電層41の、個別電極44と第1定電位電極部45aに挟まれた上記部分を第1活性部R1と呼ぶ。第1活性部R1は、圧電体40の厚み方向に分極されている。
また、個別電極44は、搬送方向における両端部において、第2定電位電極部46aと対向する。つまり、上側2枚の圧電層41,42の、圧力室26の搬送方向両端部と対向する部分が、個別電極44と第2定電位電極部46aに挟まれている。以下、圧電層41,42の、個別電極44と第2定電位電極部46aに挟まれた上記部分を第2活性部R2と呼ぶ。第2活性部R2も、第1活性部R1と同様、圧電体40の厚み方向に分極されている。
図2、図5(a)に示すように、最上層の圧電層41の上面には、第1共通電極45用の第1接続端子47と、第2共通電極46用の第2接続端子48が設けられている。第1接続端子47と第2接続端子48は、圧電層41の上面において、複数の個別電極44が配置された中央領域と、圧電体40の図中左側の外縁40bとの間に配置されている。さらに、第1接続端子47は、圧電層41の搬送方向下流側の隅部(図2の左下の隅部)近くに配置され、第2接続端子48は、圧電層41の搬送方向上流側の隅部(図2の左上の隅部)近くに配置されている。
第1接続端子47は、圧電層41に形成された複数のスルーホール50を介して第1共通電極45の第1接続部45bと導通している。第2接続端子48は、圧電層41に形成された複数のスルーホール51、及び、圧電層42に形成された複数のスルーホール52を介して、第2共通電極46の第2接続部46aと導通している。
図2、図5(a)に示すように、最上層の圧電層41の上面に配置された、複数の個別電極44の個別端子44a、第1接続端子47、及び、第2接続端子48には、後述するCOF63との接続のための接続バンプ57,58,59がそれぞれ設けられている。また、圧電層41の上面には、圧電体40の外縁40a〜40dに沿って、複数の補強バンプ60が設けられている。接続バンプ57,58,59及び補強バンプ60は、共に、導電性材料で形成されている。複数の補強バンプ60は、後述するCOF63と圧電アクチュエータ21との接合を補強して、COF63の剥離を防止するためのものである。尚、図2に示すように、圧電体40の、搬送方向上流側の外縁40aにおいては他の外縁40b,40c,40dと比べて、補強バンプ60が密に配置されている。この理由は、COF63が、圧電アクチュエータ21から、搬送方向上流側に引き出されており、搬送方向上流側の外縁40aにおいてもっとも剥離しやすいからである。
尚、第1共通電極45に接続される第1接続端子47は、補強バンプ60が密に配置される、圧電体40の搬送方向上流側には配置されない方がよい。補強バンプ60は、スクリーン印刷で形成したときの位置ズレや、COF63の接合時の変形等によって、圧電体40の外縁から一部がはみ出して、流路ユニット20に接触する場合がある。これは、補強バンプ60が密に配置されている箇所で特に起こりやすいと言える。一方で、流路ユニット20は、インクの電位安定化等の目的で、アーススプリングなどによってグランド電位に保持されている。ところで、後述するように、COF63に実装されたドライバIC62から、第1接続端子47を介して、第1共通電極45に常時、駆動電位が印加される。そのため、駆動電位が印加されている第1接続端子47が、補強バンプ60が密に配置されている箇所に近いと、第1接続端子47が、補強バンプ60を介して、流路ユニット20と導通する虞がある。この場合、第1接続端子47から流路ユニット20へ、常時電流が流れて電力を無駄に消費することになるし、また、第1共通電極45に所望の電位を印加できなくなる。この点、第2接続端子48は、後述するドライバIC62によって、グランド電位が印加される。そのため、第2接続端子48が、補強バンプ60を介して、流路ユニット20と導通したとしても、特段の問題は生じない。
圧電アクチュエータ21は、上記の個別電極44、第1共通電極45、及び、第2共通電極46の他に、さらに、ノズル25からのインクの吐出には直接寄与しない、複数のダミー電極54、複数の第1電極部分55、及び、複数の第2電極部分56を有する。
複数のダミー電極54は、最上層の圧電層41の上面、即ち、複数の個別電極44と同じ平面内において、複数の個別電極44と圧電体40の外縁との間に配置されている。詳細には、図2、図5(a)に示すように、最上層の圧電層41の上面の、1列の個別電極列の搬送方向上流側と下流側に、2つのダミー電極54がそれぞれ配置されている。つまり、複数の個別電極44と圧電体40の搬送方向上流側の外縁40aとの間に、4列の個別電極列に対応した4つのダミー電極54が配置されている。また、複数の個別電極44と圧電体40の搬送方向下流側の外縁40dとの間にも、4列の個別電極列に対応した4つのダミー電極54が配置されている。尚、ダミー電極54は、搬送方向に配列された複数の圧力室26のうちの列端に位置する圧力室26よりも外側に位置しており、圧力室26とは対向していない。また、ダミー電極54には、個別電極44とは違って接続バンプ57は設けられておらず、ダミー電極54は、後述するCOF63と接続されない。
各ダミー電極54は、個別電極44と同一の平面形状を有する。また、搬送方向において隣接する2つの個別電極44の間隔と、列端に位置する個別電極44とダミー電極54との間隔も同じである。
複数の第1電極部分55は、2枚の圧電層41,42の間、即ち、第1共通電極45と同じ平面内において、複数のダミー電極54とそれぞれ対向するように配置されている。各第1電極部分55は、第1共通電極45の第1定電位電極部45aと同様に、矩形の平面形状を有し、ダミー電極54の搬送方向における中央部と対向している。尚、図5(b)に示すように、複数の第1電極部分55と第1共通電極45の第1接続部45bとの間は分断されており、複数の第1電極部分55と第1共通電極45は導通していない。
複数の第2電極部分56は、2枚の圧電層42,43の間、即ち、第2共通電極46と同じ平面内において、複数のダミー電極54とそれぞれ対向するように配置されている。各第2電極部分56は、第2共通電極46の第1定電位電極部46aと同様に、U字状の平面形状を有し、ダミー電極54の搬送方向における両端部と対向している。尚、複数の第2電極部分56は、第2共通電極46の第2接続部46bと接続されている。つまり、複数の第2電極部分56は、第2共通電極46と導通している。
次に、上記構成を有する圧電アクチュエータ21の製造方法について少し説明しておく。まず、3枚の圧電層41〜43となる3枚のグリーンシートを準備する。1枚のグリーンシートには、個別電極44及びダミー電極54を含む導電パターンを形成する。また別の1枚のグリーンシートには、第1共通電極45及び第1電極部分55を含む導電パターンを形成する。さらに残りの1枚のグリーンシートには、第2共通電極46及び第2電極部分56を含む導電パターンを形成する。導電パターンの形成は、スクリーン印刷などの公知の方法を用いて形成する。そして、導電パターンが形成された3枚のグリーンシートを積層してから、所定温度で所定時間加熱することにより焼成する。このようにして得た圧電体40を、流路ユニット20の上面に、熱硬化性接着剤を用いて貼り付ける。
ここで、上記の焼成時に、圧電層41〜43と導電パターンとの間の熱膨張係数の差により、焼成後の圧電体40には残留応力が生じる。このとき、複数の個別電極44が配置された領域と圧電体40の外縁40a,40dとの間に、ダミー電極54がないと、圧電体40の外縁40a,40dに近い外側の圧力室26と、それよりも内側の圧力室26との間で、圧力室26の周囲の電極構成の違いによって、第1活性部R1及び第2活性部R2の残留応力に差が生じる。しかし、本実施形態では、圧電体40に、ダミー電極54と、このダミー電極54に対向する第1電極部分55及び第2電極部分56が設けられていることにより、外側の圧力室26と内側の圧力室26とで、周囲の電極構成がほぼ等しくなる。従って、配列方向両端に位置する外側の圧力室26と、これよりも内側の圧力室26とで、第1活性部R1及び第2活性部R2の圧電特性を近づけることができる。
また、特にスクリーン印刷を用いて、圧電体40となるグリーンシートに導電パターンを形成する場合、その導電パターンのうちの、印刷開始直後に形成される、圧電体40の外縁に近い部分にかすれが生じることがある。この点、本実施形態では、圧電体40の外縁40a,40dに近い部分に配置されるダミー電極54(及び、これに対向する第1電極部分55,第2電極部分56)は、圧力室26と対向しない電極、即ち、インクの吐出に寄与しない電極である。従って、導電パターンに印刷のかすれが生じたとしても、インクの吐出に用いる個別電極44、及び、第1定電位電極部45a、第2定電位電極部46aにはかすれが生じることはない。
尚、圧電体40の側面において第1共通電極45と第2共通電極46とが露出して短絡等が生じることを防止するために、第1共通電極45と第2共通電極46の外縁と、圧電体40の外縁との間の距離はある程度確保されていることが望ましい。しかし、その場合、圧電体40の外周部では、圧電層41,42の間に導電パターンが介在しないことから、圧電体40の外周部においてクラックが生じやすくなる。本実施形態では、上記の圧電体40の外周部に、インクの吐出に寄与しないダミー電極54、第1電極部分55、及び、第2電極部分56が配置されていることから、仮に、圧電体40の外周部にクラックが生じても、特段の問題は生じない。
(駆動部)
圧電アクチュエータ21を駆動する駆動部61について説明する。図6は、駆動部の概略構成図である。図6に示すように、駆動部61は、ドライバIC62が実装されたCOF(Chip On Film)63を有する。
COF63の一端部は、プリンタ1の制御基板64と接続されている。尚、図6では、COF63が制御基板64に直接接続されているが、他の中継用の基板、あるいは、他のフレキシブル配線部材等を介して、COF63が制御基板64と接続されてもよい。また、COF63の他端部は、図2、図3に示すように、圧電アクチュエータ21を上方から覆うように配置される。そして、圧電体40の上面の複数の個別電極44の個別端子44a、第1共通電極45用の第1接続端子47、及び、第2共通電極46用の第2接続端子48が、接続バンプ57,58,59を介して、COF63に形成された配線65(65a,65b,65c)と電気的に接続される。このとき、COF63が、接続バンプ57,58,59に加えて、さらに、複数の補強バンプ60を介して圧電体40の上面と接合されることで、COF63の剥離が防止される。また、本実施形態では、図2に示すように、圧電体40の上面に接合されたCOF63は、圧電体40から搬送方向上流側に引き出される。そのため、COF63には、圧電体40の搬送方向上流側端部との接合部において、剥離する方向に大きな外力が作用しやすくなるため、圧電体40の搬送方向上流側の外縁40aに沿って、補強バンプ60が密に設けられている。
制御基板64には、図示しない電源装置と接続されている。COF63に実装されたドライバIC62は、配線65b,65cを介して、制御基板64の高電位ライン(Vh)及びグランドライン(GND)とそれぞれ接続されている。高電位ラインは所定の駆動電位に維持され、一方、グランドラインはグランド電位に維持されている。ドライバICは、複数の個別電極44のそれぞれに印加する電位を、複数の配線65aを介して、上記の駆動電位とグランド電位との間で切り換える。
また、圧電アクチュエータ21の第1共通電極45は、COF63の配線65bによって高電位ライン(Vh)と直接接続されている。これにより、第1共通電極45には、駆動電位が常に印加される。一方、圧電アクチュエータ21の第2共通電極46は、COF63の配線65cによってグランドライン(GND)と直接接続されている。これにより、第2共通電極46は、常にグランド電位に維持される。
次に、ドライバIC62によって個別電極44の電位が切り換えられたときの、圧電アクチュエータ21の動作について、図4を参照して説明する。
個別電極44の電位がグランド電位である状態では、個別電極44と第1共通電極45の第1定電位電極部45aとの間に電位差が生じて、第1活性部R1に、第1定電位電極部45aから個別電極44に向かう、厚み方向の電界が作用する。このとき、第1活性部R1に作用する電界の方向と分極方向とが平行となることから、第1活性部R1が厚み方向に延びて面方向に収縮する。圧力室26の中央部と対向する第1活性部R1の収縮により、圧電体40が圧力室26側に凸となるように撓んだ状態となる。尚、このとき、個別電極44と第2共通電極46の第2定電位電極部46aとの間には電位差が生じないことから、第2活性部R2には面方向の収縮は生じていない。
この状態から、個別電極44の電位が駆動電位に切り換えられると、個別電極44と第1定電位電極部45aとの間に電位差がなくなり、第1活性部R1の収縮が解消される。これにより、圧電体40がほぼ平坦な状態となり、上記の個別電極44に駆動電位が印加されている場合と比べて圧力室26の容積が増加する。尚、個別電極44と第2定電位電極部46aとの間においては逆に電位差が発生し、第2活性部R2には、個別電極44から第2定電位電極部46aに向かう電界が作用する。この電界の方向は第2活性部R2の分極方向と平行となることから、第2活性部R2は面方向に収縮することになる。
このように、個別電極44の電位を駆動電位とグランド電位との間で切り換えると、圧力室26と対向する領域において圧電体40が上下に変位するため圧力室26の容積が変化する。この容積変化によって、圧力室26内のインクに圧力(吐出エネルギー)が付与され、圧力室26に連通するノズル25からインクが吐出される。
また、個別電極44の電位がグランド電位から駆動電位に切り換えられて、第1活性部R1の収縮が解消するときに、第2活性部R2は逆に面方向に収縮する。つまり、第1活性部R1の収縮解消による伸びと、第2活性部R2の収縮とが相殺される。逆に、個別電極44の電位が駆動電位からグランド電位に切り換えられる場合では、第1活性部R1の収縮と、第2活性部R2の収縮解消による伸びとが相殺される。つまり、個別電極44の電位が変化したときの、圧電体40の、1つの圧力室26を覆う部分全体で、面方向の収縮量の変化が小さく抑えられる。これにより、ある圧力室26における圧電体40の変形が、隣接する別の圧力室26に伝わる現象、いわゆるクロストークが抑制される。
ところで、本実施形態の圧電アクチュエータ21では、第1共通電極45の電位が駆動電位に維持され、第2共通電極46の電位がグランド電位に維持される。つまり、第1共通電極45と第2共通電極46との間には、常に、電位差が生じている。
また、圧電アクチュエータ21を流路ユニット20に接合する際などに、圧電体40にクラックが生じる虞がある。例えば、接合時に、圧電体40と流路ユニット20との間に異物が挟まれていると、異物が接触する部分において圧電体40に応力集中が生じてクラックが発生しうる。また、焼成によって圧電体40の端部に反りが生じることがあるが、このような圧電体40を流路ユニット20に押し付けて接合したときに、前記の反りが矯正される際に圧電体40の端部にクラックが生じることもある。特に、圧電体40の、ダミー電極54が設けられている部分は、圧電体40の外縁40a,40dに近い部分であり、接合時に反りが矯正されたときにクラックが発生しやすい部分と言える。このように、圧電体40にクラックが生じると、圧電体40の絶縁特性が大きく低下して、第1共通電極45と第2共通電極46との間で短絡等が生じる虞がある。すると、圧電アクチュエータ21が駆動されていないときも含め、漏れ電流が流れてしまう虞がある。
この点、本実施形態の圧電アクチュエータ21においては、ダミー電極54と対向する、第1電極部分55は、第1共通電極45とは分断されている。つまり、第1電極部分55は、第1共通電極45とは導通しておらず、駆動電位は印加されない。従って、圧電体40の、ダミー電極54が形成された部分においてクラックが生じて、万が一、第1電極部分55と第2電極部分56との間が電気的に導通したとしても、第1共通電極45と第2共通電極46との間が短絡するわけではない。つまり、圧電体40の、ダミー電極54が形成された部分においてクラックが生じても、2種類の共通電極45,46間が導通することが防止される。
尚、第1電極部分55と第1共通電極45の電極間が分断されるだけでなく、第2電極部分56と第2共通電極46の電極間が分断されてもよい。但し、複数の個別電極44と対向する共通電極の電位を安定させるためには、共通電極の電極面積はできるだけ大きい方が望ましい。この観点から、ダミー電極54と対向する第1電極部分55と第2電極部分56の、一方の電極部分のみを対応する共通電極と分断し、他方の電極部分については、対応する共通電極と導通させておくことが好ましい。
また、第1電極部分55及び第2共通電極46が、対応する共通電極45,46と分断されていると、分断されている分だけ、ダミー電極54と対向する電極面積が少し減る。従って、圧電体40の、個別電極44が形成された部分とダミー電極54が形成された部分とで、若干ながら電極構成が異なることになる。そのため、ダミー電極54と対向する第1電極部分55と第2電極部分56の一方のみが、対応する共通電極から切り離されている方が、第1電極部分55と第2電極部分56の両方が、対応する共通電極からそれぞれ切り離されているよりも、前記の電極構成の違いは小さくなる。つまり、第1電極部分55と第2電極部分56の一方のみが、対応する共通電極と分断された構成を採用することで、圧電体40の外縁40a、40dに近い外側の圧力室26と内側の圧力室26との間での、圧電体40の残留応力の差に起因する、活性部R1,R2の特性差を小さくすることができる。
また、本実施形態では、特に、高い電位が印加される第1共通電極45と第1電極部分55との間が分断されている。このように、第1電極部分55と第1共通電極45とが分断されていれば、高電位の第1共通電極45とダミー電極54の間で短絡が生じることも防止される。特に、ダミー電極54が、周囲から孤立した電極パターンではなく、他の導電パターンと導通して所定の電位が印加されうる場合には、第1共通電極45とダミー電極54との間の短絡が問題となる。その一例を以下に挙げる。
本実施形態では、圧電体40の上面に、複数の個別電極44、第1共通電極45に接続された第1接続端子47、及び、第2共通電極46に接続された第2接続端子48が配置されている。また、前記の複数の個別電極44、第1接続端子47、及び、第2接続端子48は、圧電体40を覆うように配置されたCOF63と接続バンプ57,58,59によって接合される。さらに、圧電体40とCOF63との間の接合を補強するために、圧電体40の上面には複数の補強バンプ60が設けられる。複数の補強バンプ60は、圧電体40の外縁40a〜40dに沿って配置される。
COF63は、圧電体40に押し付けられて接合されるため、複数の接続バンプ57,58,59及び複数の補強バンプ60はある程度押し潰されることになる。ここで、図2の左上の隅に位置する一部の補強バンプ60aは、同じく圧電体40の外縁40a,40bの近くに位置する、ダミー電極54及び第2接続端子48とそれぞれ近接している。そのため、この一部の補強バンプ60aが押し潰されたときに、ダミー電極54が、補強バンプ60aを介して第2接続端子48と導通し、ダミー電極54の電位がグランド電位となることが考えられる。ここで、第1電極部分55が、駆動電位が印加される第1共通電極45と導通していると、圧電体40の、ダミー電極54の直下の部分にクラックが生じて第1電極部分55とダミー電極54との間に短絡が生じたときに、第1電極部分55とダミー電極54との間に漏れ電流が流れる虞がある。従って、第1電極部分55と第1共通電極45とが分断されていることが好ましい。これにより、圧電体40の、ダミー電極54が配置された部分にクラックが生じても、ダミー電極54と第1共通電極55の間の導通が防止される。
以上説明した実施形態において、インクジェットヘッド4が本発明の「液体吐出装置」に相当する。流路ユニット20が、本発明の「流路構造体」に相当する。COF63が、本発明の「配線部材」に相当する。また、個別電極44が配置された圧電層41の上面が、「個別電極配置面」に相当する。第1共通電極45が配置された、圧電層41,42の間の平面が、「第1の共通電極配置面」に相当する。第2共通電極46が配置された、圧電層42,43の間の平面が、「第2の共通電極配置面」に相当する。また、駆動電位Vhが、本発明の「第1電位」に相当する。グランド電位が、本発明の「第2電位」に相当する。
次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
1]前記実施形態では、第1電極部分55と、高い電位が印加される第1共通電極45の電極間が分断されていたが、第2電極部分56と、低い電位の第2共通電極46の電極間が分断されていてもよい。
例えば、第2電極部分56とダミー電極54の間の圧電層41、42の電界強度が、第1電極部分55とダミー電極54の間の圧電層41の電界強度よりも高くなる場合は、第2電極部分56が、第2共通電極46と分断されていることが望ましい。例えば、ダミー電極54に、第2共通電極46の電位よりも、第1共通電極45の電位に近い電位が常時印加されるような場合である。
また、第1共通電極45と第2共通電極46の何れを対応する共通電極から分断するかについて、前記の共通電極の電位とは別の条件に基づいて決定されてもよい。以下にその一例を挙げる。
第1電極部分55又は第2電極部分56が、対応する共通電極と分断されていると、圧電体40の、個別電極44が配置された部分とダミー電極54が配置された部分とで、電極構成が若干異なることにより、圧電体40の外縁に近い外側の圧力室26と内側の圧力室26とで、圧電体40に生じる残留応力に差が出る。また、上記の残留応力が、圧電体40の中立面から離れている部分に生じていると、圧力室26と対向する領域における圧電体40の上下方向の変位量に及ぼす影響が大きい。従って、第1共通電極45と第2共通電極46の間で、圧電体40の中立面Pまでの距離が異なる場合は、共通電極の分断が圧電体40の変位に及ぼす影響を小さくするために、前記中立面Pまでの距離が小さい共通電極と、これに対応する電極部分の電極間が分断されることが好ましい。
例えば、図7の圧電体40は、厚みが等しい4枚の圧電層41,42,43,70の積層体である。この構成の場合、圧電体40の中立面Pは、2層目の圧電層42と3層目の圧電層43の間に位置する。一方で、第1共通電極45は圧電層41,42の間に配置され、第2共通電極46は圧電層42,43の間に配置されている。従って、第2共通電極46は、圧電体40の中立面Pに沿って配置されている。即ち、圧電体40の厚み方向における、第2共通電極46から前記中立面Pまでの距離が、第1共通電極45から前記中立面Pまでの距離よりも小さくなる。この場合は、中立面Pまでの距離が小さい第2共通電極46と第2電極部分56の電極間が分断され、第1共通電極45と第1電極部分55の電極間は導通した構成とすることが好ましい。
2]ダミー電極54は、ノズル25からのインクの吐出に寄与しない電極であればよく、前記実施形態の構成には限定されない。
前記実施形態では、ダミー電極54は、圧電体40の圧力室26とは対向しない領域に設けられているが、ダミー電極54が圧力室と対向してもよい。但し、この場合、ダミー電極54と対向する圧力室は、インクの吐出には寄与しない、いわゆる、ダミー圧力室である必要がある。ダミー圧力室としては様々なものがあるが、例えば、インクを吐出するノズル25とは連通しない圧力室、インクが供給されない圧力室、あるいは、インクが吐出されないように工夫されたダミーノズルと連通する圧力室などが挙げられる。
また、前記実施形態では、ダミー電極54が駆動部61のCOF63と電気的に接続されていないが、ダミー電極54がCOF63と接続されていてもよい。例えば、ダミー電極54が、COF63を介してグランド電位に維持されていてもよい。また、ダミー電極54がインクの吐出に寄与する圧力室26とは対向していないことから、ドライバIC62によって、個別電極44と同じようにダミー電極54の電位が切り換えられても問題ない。
ダミー電極54は、複数の個別電極44と圧電体40の外縁との間の、適宜の位置に配置することができる。例えば、複数のダミー電極54が、複数の個別電極44を取り囲むように配置されてもよい。
3]圧電アクチュエータ21の個別電極44、第1共通電極45、及び、第2共通電極46の配置は、前記実施形態のものには限られない。以下、電極配置の変更例をいくつか挙げる。例えば、図8に示すように、第1共通電極45を挟むように配置される、個別電極44と第2共通電極46の上下配置が逆であってもよい。また、前記実施形態の図4の構成に対して、第1共通電極45と、この第1共通電極45よりも低い電位が印加される第2共通電極46の位置が、上下逆であってもよい。また、図9に示すように、第1共通電極45と第2共通電極46とが、同一平面上に配置されてもよい。
以上、説明した前記実施形態及びその変更形態は、本発明を、印刷用紙にインクを吐出して画像等を印刷するインクジェットプリンタに適用したものであるが、画像等の印刷以外の様々な用途で使用される液体吐出装置においても本発明は適用されうる。例えば、基板に導電性の液体を噴射して、基板表面に導電パターンを形成する液体吐出装置にも、本発明を適用することは可能である。