JP6187104B2 - 液体吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出装置に関する。

液体吐出装置として、ノズルから記録用紙にインクを吐出して画像を記録するインクジェットヘッドが知られている。特許文献１に記載のインクジェットヘッドは、複数のノズルおよび複数の圧力室が形成された流路形成体と、複数の圧力室を覆うように流路形成体の上側に設けられた圧電アクチュエータとを有する。

圧電アクチュエータは、３枚の圧電層と、複数の個別電極と、第１共通電極と、第２共通電極とを有する。これら３枚の圧電層は、上側から、第１圧電層、第２圧電層、第３圧電層の順に積層されている。

複数の個別電極は、最上層の第１圧電層の上面に配置されている。各個別電極は、圧力室のほぼ全域と対向している。各個別電極は、個別端子を有し、各個別端子は、バンプを介してＣＯＦと接続されている。ＣＯＦに実装されたドライバＩＣにより、各個別電極の電位が、駆動電位とグランド電位との間で切り換えられる。

第１共通電極は、最上層の第１圧電層と中間層の第２圧電層との間に配置されている。第１共通電極は、各圧力室に対して、その中央部と対向している。第１共通電極は、常時、上述した駆動電位に保持されている。

第２共通電極は、中間層の第２圧電層と最下層の第３圧電層との間に配置されている。第２共通電極は、各圧力室に対して、圧力室の配列方向における両端部と対向している。また、第２共通電極の一部は、各個別端子と、第１圧電層および第２圧電層を挟んで対向している。第２共通電極は、常時、グランド電位に保持されている。

最上層の第１圧電層の、個別電極と第１共通電極とに挟まれた部分は、厚み方向に分極された第１活性部となっている。また、中間層の第２圧電層と最下層の第３圧電層の、個別電極と第２共通電極とに挟まれた部分は、同じく厚み方向に分極された第２活性部となっている。ドライバＩＣによって、個別電極の電位が駆動電位とグランド電位との間で切り換えられる。これにより、第１活性部と第２活性部とがそれぞれ変形することで圧力室の容積が変化し、圧力室内に圧力波が発生することによって、ノズルからインクが吐出される。

特開２０１０−１２９８７３号公報（図５）

特許文献１に記載の圧電アクチュエータでは、第１共通電極は、１枚の圧電層を挟んで個別電極と対向しているが、第２共通電極は、２枚の圧電層を挟んで個別電極と対向している。ここで、活性部の変形効率を高め、インクを効率よく吐出させるという観点からは、同じ電圧でも各活性部に高い電界を作用させることができる構成が望まれる。従って、第２共通電極を、第１共通電極と同じ位置に形成して個別電極に近づけ、第２活性部の厚みを第１活性部と同じにすることが好ましい。

しかしながら、第２共通電極を個別電極に近づけた場合、個別電極の個別端子と第２共通電極との距離が近くなる。ここで、個別端子には、ＣＯＦが押し付けられて接合される。その際、押圧力によって、個別端子の直下の圧電層にクラックが生じることがある。１枚の圧電層のみを挟んで、複数の個別端子と第２共通電極とが対向する構成の場合、クラックの発生により、個別端子と第２共通電極との間で絶縁不良などによるショートが生じるおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、活性部の変形効率を向上させつつ、配線部材と接続される接続部直下での電極間のショートを防止できる、液体吐出装置を提供することである。

第１の発明の液体吐出装置は、ノズル及びこのノズルに連通する圧力室を含む液体流路が形成された流路構造体と、前記圧力室を覆うように流路構造体に設けられた圧電アクチュエータと、を備え、前記圧電アクチュエータは、互いに積層された第１圧電層および第２圧電層と、前記第１圧電層の前記第２圧電層と反対側の面の前記圧力室と対向する位置に配置された領域を有する第１電極と、前記第１圧電層と前記第２圧電層との間に配置され、前記第１圧電層を挟んで前記第１電極の一部分と対向する領域を有する第２電極と、同じく前記第１圧電層と前記第２圧電層との間に配置され、前記第１圧電層を挟んで前記第１電極の前記一部分とは異なる部分と対向する領域を有する第３電極と、前記第２圧電層の前記第２電極および前記第３電極と反対側の面に配置された第４電極と、を有し、前記第１電極は、配線部材が接続される接続部を有し、前記圧電層の積層方向から見て、前記接続部は、前記第２電極と重ならず、前記積層方向から見て、前記第２電極と前記第４電極とが一部分で重なっており、前記第２圧電層は、当該第２圧電層に形成されたスルーホール内に充填された導電部を有し、前記第４電極と前記第２電極とが前記導電部を介して接続されていることを特徴とするものである。

本発明では、第１電極にそれぞれ対向する第２電極と第３電極とが、共に、第１圧電層と第２圧電層との間に配置されている。すなわち、第２電極および第３電極は、１枚の圧電層のみを挟んで第１電極と対向している。従って、特許文献１に記載の従来構成と比べて、両方の電極が、第１電極に近づいた構成となっている。これにより、第１電極と第２電極との間の圧電層部分と、第１電極と第３電極との間の圧電層部分（上記圧電層部分をそれぞれ活性部と称す）とを、それぞれ薄くすることができる。これにより、上述した２つの活性部に高い電界を作用させることができるため、活性部の変形効率を向上させることができる。

また、第２電極は、第１電極の、配線部材が接続される接続部と重なっていない。従って、接続部の直下において、接続部と第２電極との間でショートが生じることはない。

また、第２電極よりも第１電極から離れた位置に第４電極が配置され、第２電極と第４電極とは、導電部を介して導通している。従って、第４電極によって、第２電極への電位の付与が可能となる。

第２の発明の液体吐出装置は、前記第１の発明において、前記流路構造体には、複数の前記ノズルと、これら複数のノズルにそれぞれ連通する複数の前記圧力室が配列され、前記圧力室の配列方向において、前記第１電極は、その両端部が前記第２電極と対向し、前記両端部の間の領域が前記第３電極と対向し、前記積層方向から見て、前記第２電極と前記第３電極との間には、前記圧力室の配列方向において、隙間が設けられていることを特徴とするものである。

第３の発明の液体吐出装置は、前記第１の発明において、前記流路構造体には、複数の前記ノズルと、これら複数のノズルにそれぞれ連通する複数の前記圧力室が配列され、前記圧力室の配列方向において、前記第１電極は、その両端部が前記第３電極と対向し、前記両端部の間の領域が前記第２電極と対向し、前記積層方向から見て、前記第２電極と前記第３電極との間には、前記圧力室の配列方向において、隙間が設けられていることを特徴とするものである。

第２の発明、または、第３の発明では、第１圧電層の圧力室と対向する部分のうちの、圧力室配列方向における中央部が、２種類の電極に挟まれた第１活性部となる。また、圧力室配列方向における両端部が、２種類の電極に挟まれた別の第２活性部となる。従って、第１、第２、第３電極に印加する電位を適宜設定することにより、圧力室の中央部と対向する第１活性部と、圧力室の両端部と対向する第２活性部とを、それぞれ変形させることができる。特に、圧力室の両端部と対向する第２活性部を変形させることにより、隣接する圧力室の間で、圧電層の変形が相互に干渉し合う現象（いわゆる、クロストーク）を防止することも可能となる。

なお、第２の発明では、第１圧電層と第２圧電層との間に配置されている２種類の電極のうち、圧力室の両端部と対向する電極が、その下に位置する第４電極と導通する第２電極となっている。一方、第３の発明では、圧力室の中央部と対向する電極が、第４電極と導通する第２電極となっている。

第４の発明の液体吐出装置は、前記第２又は３の発明において、前記第４電極は、複数の前記第２電極とそれぞれ対向する複数の第１部分と、前記複数の第１部分を互いに導通させる第２部分と、を有し、前記積層方向から見て、前記第２部分が、前記接続部と重なっていることを特徴とするものである。

本発明では、第４電極は、複数の第２電極とそれぞれ対向する複数の第１部分と、複数の第１部分を互いに導通させる第２部分と、を有する。従って、第４電極の複数の第１部分によって、複数の第２電極が、導通部を介して第１電極から離れた層にそれぞれ引き出されている。また、第４電極の第２部分によって複数の第２電極が互いに導通されている。

また、積層方向から見て、第２部分が、第１電極の接続部と重なっている。しかし、第２部分は、第２電極よりも第１電極から離れた位置にあるため、接続部の直下の第１圧電層においてクラックが生じたとしても、接続部と第２電極との間ではショートが生じにくい。

第５の発明の液体吐出装置は、前記第２〜４の何れかの発明において、前記積層方向から見て、前記第４電極は、前記隙間の領域において前記第１電極の少なくとも一部分と重なっていることを特徴とするものである。

本発明では、積層方向から見て、第４電極は、第２電極と第３電極との隙間の領域において第１電極の少なくとも一部分と重なっている。従って、第２電極と第３電極との隙間が形成されている圧電層部分が、第１電極と第４電極とに挟まれることになる。これにより、この圧電層部分にも電界を作用させて変形させることができる。

第６の発明の圧電アクチュエータは、互いに積層された第１圧電層及び第２圧電層と、前記第１圧電層の前記第２圧電層と反対側の面の前記圧力室と対向する領域を有する第１電極と、前記第１圧電層と前記第２圧電層との間に配置され、前記第１圧電層を挟んで前記第１電極の一部分と対向する領域を有する第２電極と、同じく前記第１圧電層と前記第２圧電層との間に配置され、前記第１圧電層を挟んで前記第１電極の前記一部分とは異なる部分と対向する領域を有する第３電極と、前記第２圧電層の前記第２電極及び前記第３電極と反対側の面に配置された第４電極と、を有し、前記第１電極は、配線部材が接続される接続部を有し、前記圧電層の積層方向から見て、前記接続部は、前記第２電極と重ならず、前記積層方向から見て、前記第２電極と前記第４電極とが一部分で重なっており、前記第２圧電層に形成されたスルーホール内に充填された導電部によって、前記第４電極における前記第２電極と重なった前記一部分と前記第２電極とが接続されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、第１の発明と同様に、活性部の変形効率を向上させつつ、配線部材と接続される接続部直下での電極間のショートを防止することができる。

本実施形態に係るインクジェットプリンタの概略構成を示す平面図である。 図１のインクジェットの平面図である。 圧電層が積層された圧電アクチュエータの各圧電層の平面図である。 図１のＡ部の拡大図である。 図４のＢ−Ｂ断面図である。 図４のＣ−Ｃ断面図である。 圧電アクチュエータの変形例を示す図３相当図である。 圧電アクチュエータの最下層の圧電層の変形例を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

本実施形態は、記録用紙にインクの液滴を吐出することによって画像などを印刷する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。インクジェットプリンタ１は、図１に示すように、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などを備える。なお、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。また、記録用紙Ｐの紙送り方向を「紙送り方向」、キャリッジ３の走査方向を「走査方向」とする。

プラテン２には、その上面に被記録媒体である記録用紙Ｐが載置される。キャリッジ３は、プラテン２と対向する領域において、２本のガイドレール８，９に沿って走査方向に往復移動可能に構成されている。また、キャリッジ３には、無端ベルト１０が連結されている。キャリッジ３は、キャリッジ駆動モータ１１によって無端ベルト１０が駆動されることにより、走査方向に移動する。

インクジェットヘッド４は、キャリッジ３に取り付けられており、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は、インクジェットプリンタ１に装着された４色（ブラック（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ））のインクカートリッジ１２ｋ，１２ｙ，１２ｃ，１２ｍと、チューブ（不図示）によって接続されている。

また、インクジェットヘッド４の下面には、複数のノズル１３が形成されている。複数のノズル１３は、紙送り方向に沿って配列されており、走査方向に並ぶ４列のノズル列４４ｋ，４４ｙ，４４ｃ，４４ｍを構成している。４列のノズル列４４ｋ，４４ｙ，４４ｃ，４４ｍには、４つのインクカートリッジ１２ｋ，１２ｙ，１２ｃ，１２ｍから図示しない４本のチューブを介して４色のインクがそれぞれ供給される。なお、“ｋ”、“ｙ”、“ｃ”、“ｍ”は、それぞれ、ブラック、イエロー、シアン、マゼンタにそれぞれ対応している。ブラック以外の、イエロー、シアン、マゼンタの３色のインクを、特に、カラーインクと称する。インクジェットヘッド４は、プラテン２に載置された記録用紙Ｐに対して、４列のノズル列４４ｋ，４４ｙ，４４ｃ，４４ｍから４色のインクをそれぞれ吐出させる。なお、インクジェットヘッド４の具体的な構成については、後で詳述する。

搬送機構５は、紙送り方向にプラテン２を挟むように配置された２つの搬送ローラ４１，４２を有する。２つの搬送ローラ４１，４２は、搬送モータ（不図示）によって駆動される。搬送機構５は、２つの搬送ローラ４１，４２により、プラテン２の上面に載置された記録用紙Ｐを紙送り方向に搬送する。

次に、インクジェットヘッド４の具体的な構成について説明する。インクジェットヘッド４は、図２〜図６に示すように、流路ユニット２０と、圧電アクチュエータ３０とを備えている。なお、図２では、圧電アクチュエータ３０の上面に配置されるＣＯＦ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｆｉｌｍ）５２とＣＯＦ５２に実装されるドライバＩＣ４３とを２点鎖線にて示している。

まず、流路ユニット２０（本発明の流路構造体）について説明する。図５に示すように、流路ユニット２０は、それぞれに流路形成孔が形成されたプレート２１〜２５が互いに積層されることによって形成されている。プレート２１〜２５は、下側から、プレート２１、プレート２２、プレート２３、プレート２４、プレート２５の順に積層されている。プレート２１〜２５は、例えば、ステンレス鋼などの金属材料からなる。プレート２１〜２５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る。

図２に示すように、流路ユニット２０の最上層のプレート２５には、４つのインクカートリッジ１２ｋ，１２ｙ，１２ｃ，１２ｍ（図１参照）と接続される４つのインク供給孔１４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１４にそれぞれ接続された４本のマニホールド１５が形成されている。４本のマニホールド１５には、４つのインク供給孔１４を介して、４つのインクカートリッジ１２ｋ，１２ｙ，１２ｃ，１２ｍの４色のインクがそれぞれ供給される。４本のマニホールド１５は、それぞれ紙送り方向に延在している。

図５に示すように、流路ユニット２０は、最下層のプレート２１に形成された複数のノズル１３と、最上層のプレート２５に形成された複数の圧力室１６とを有する。図２に示すように、流路ユニット２０の下面において、複数のノズル１３は、紙送り方向に沿って配列され、４本のマニホールド１５にそれぞれ対応した４列のノズル列４４ｋ，４４ｙ，４４ｃ，４４ｍを構成している。各圧力室１６は、走査方向に長い、略矩形の平面形状を有する孔である。

複数の圧力室１６は、図５に示すように、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３０によって上方から覆われている。複数の圧力室１６は、図２に示すように、４本のマニホールド１５、及び、４列のノズル列４４ｋ，４４ｙ，４４ｃ，４４ｍに対応して、４列配列されている。各圧力室１６は、図５に示すように、走査方向において、一端部がマニホールド１５と連通し、他端部がノズル１３と連通している

これにより、流路ユニット２０には、マニホールド１５から分岐して、圧力室１６を通ってノズル１３に至る、複数の個別インク流路が形成されている。

次に、圧電アクチュエータ３０について説明する。圧電アクチュエータ３０は、図５に示すように、流路ユニット２０の上面に、複数の圧力室１６を覆うように接合されている。また、図６に示すように、圧電アクチュエータ３０は、インク封止膜３４と、圧電体３１〜３３と、複数の個別電極１７と、複数の高電位電極２６と、複数の低電位電極４５などを有している。

インク封止膜３４は、図５に示すように、インク透過性の低い材料、例えば、ステンレス鋼などの金属材料で形成された薄い膜である。インク封止膜３４は、複数の圧力室１６を覆うように、流路ユニット２０の上面に接合されている。

圧電層３１〜３３は、インク封止膜３４の上面に配置されている。圧電層３１〜３３は、上側から、圧電層３１、圧電層３２、圧電層３３の順に積層されている。圧電層３１〜３３は、例えば、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。

複数の個別電極１７（本発明の第１電極）は、図３（ａ）、図４〜図６に示すように、圧電層３１の上面に配置されている。各個別電極１７は、各圧力室１６のほぼ全域と対向する。複数の個別電極１７は、複数の圧力室１６に対応して紙送り方向に配列されている。複数の個別電極１７は、走査方向に４列配列されている。各個別電極１７は、走査方向一端部（図中右側の端部）に個別端子１８を有する。各個別端子１８は、圧力室よりも外側（図中右側）に配置されている。個別端子１８には、金などの導電性材料からなるバンプ１９が設けられている。このバンプ１９には、図２に示すように、配線部材であるＣＯＦ５２が押し付けられて接合される。これにより、各個別端子１８は、バンプ１９を介して、ＣＯＦ５２に形成された配線と電気的に接続されている。

複数の高電位電極２６（本発明の第３電極）は、図３（ｂ）、図５、図６に示すように、圧電層３１と圧電層３２との間に配置されている。各高電位電極２６は、矩形の平面形状を有する。各高電位電極２６は、図４に示すように、各個別電極１５の紙送り方向中央部と対向するように配置されている。複数の高電位電極２６は、図３（ｂ）に示すように、複数の個別電極１７に対応して紙送り方向に配列されている。複数の高電位電極２６は、走査方向に４列配置されている。列ごとに配列された複数の高電位電極２６は、それらの走査方向一端部（図中左側の端部）で、紙送り方向に延びる高電位電極導通部２７ａと導通している。従って、高電位電極導通部２７ａは、各個別電極１７の走査方向一端部（図中右側の端部）に形成された個別端子１８とは対向しない。４列の高電位電極２６の列にそれぞれ対応した４本の高電位電極導通部２７ａは、紙送り方向一端部（図中下側の端部）において、走査方向に延びる接続部２７ｂと導通している。４本の高電位電極導通部２７ａと接続部２７ｂとから導通部２７が形成されている。

また、圧電層３１には、その内部に、金属などの導電材料が充填されたスルーホール２８が形成されている。スルーホール２８は、圧電層３１の角部（図中左下の角部）に形成されている。スルーホール２８によって、圧電層３１と圧電層３２との間に配置された導通部２７の接続部２７ｂの走査方向一端部（図中左側の端部）と、図３（ａ）に示すように、最上層の圧電層３１の上面に配置された接続端子２９とが接続されている。接続端子２９は、最上層の圧電層３１の上面の角部（図中左下の角部）に設けられている。さらに、この接続端子２９には、バンプ５１が設けられている。このバンプ５１には、図２に示すように、ＣＯＦ５２が押し付けられて接合されている。これにより、接続端子２９は、バンプ５１を介して、ＣＯＦ５２に形成された配線と電気的に接続されている。

複数の低電位電極４５（本発明の第２電極）は、図３（ｂ）、図６に示すように、圧電層３１と圧電層３２との間に配置されている。各低電位電極４５は、矩形の平面形状を有する。各低電位電極４５は、図４に示すように、紙送り方向において、隣接する２つの圧力室１６の端部間に跨って配置されている。これにより、１つの個別電極１７の、配列方向両端部が、２つの低電位電極４５とそれぞれ対向した構成となっている。各低電位電極４５は、紙送り方向において、隣接する圧力室１６の間の領域に配置されている。従って、各低電位電極４５は、各個別電極１７の、圧力室１６よりも外側（図中右側）に配置された個別端子１８と対向しない。複数の低電位電極４５は、図３（ｂ）に示すように、複数の個別電極１５に対応して紙送り方向に配列されている。複数の低電位電極４５は、走査方向に４列配置されている。低電位電極４５は、紙送り方向において、圧力室１６の中央部と対向する高電位電極２６との間で、隙間を空けて交互に配置されている。従って、低電位電極４５と高電位電極２６とは導通していない。

複数の低電位電極４５は、その配置平面内で、互いに分離して配置されている。複数の低電位電極４５を互いに導通させ、且つ、最上層の圧電層３１の上面に引き出すための構成について、以下、詳細に説明する。

圧電層３２と圧電層３３との間には、図３（ｃ）に示すように、導通用電極４７（本発明の第４電極）が配置されている。導通用電極４７は、複数の低電位電極４５の直下にそれぞれ配置された複数の第１部分４７ａと、複数の第１部分４７ａを互いに導通させる第２部分４７ｂとを有する。

複数の第１部分４７ａは、複数の低電位電極４５に対応して紙送り方向に配列されている。複数の第１部分４７ａは、走査方向に４列配列されている。各第１部分４７ａの紙送り方向の幅は、図４、図６に示すように、圧電層３１〜３３の厚み方向から見て、各低電位電極４５の紙送り方向の幅より広く、各高電位電極２６と各電位電極４５との隙間の領域と重なっている。また、各第１部分４７ａの走査方向の長さは、各高電位電極２６の走査方向の長さと略等しい。なお、各第１部分４７ａの走査方向の長さは、後述するスルーホール４６と接続可能な範囲内において、適宜変更して構わない。

第２部分４７ｂは、複数の第１部分導通部４７ｂ１と、接続部４７ｂ２とを有する。列ごとに配列された複数の第１部分４７ａは、それらの走査方向一端部（図中右側の端部）で、紙送り方向に延びる第１部分導通部４７ｂ１と導通している。従って、各個別電極１７の個別端子１８と導通用電極４７の第２部分４７ｂ（第１部分導通部４７ｂ１）とは、圧電層３２、３３を挟んで対向する。すなわち、導電用電極４７の第２部分４７ｂは、厚さ方向において、高電位電極２６よりもバンプ１９から離れた位置に配置されている。４列の第１部分４７ｂの列にそれぞれ対応した４本の第１部分導通部４７ｂ１は、紙送り方向一端部（図中上側の端部）において、走査方向に延びる接続部４７ｂ２と導通している。

また、圧電層３２には、図３（ｂ）に示すように、その内部に金属などの導電材料が充填された複数のスルーホール４６が形成されている。各スルーホール４６は、圧電層３１〜３３の厚み方向から見て、紙送り方向で隣り合う圧力室１６間に形成されている。各スルーホール４６は、圧電層３１〜３３の厚み方向から見て、各低電位電極４５の紙送り方向略中央部、且つ、各第１部分４７ａの紙送り方向略中央部に配置されている。各スルーホール４６によって、各低電位電極４５と各第１部分４７ａとが接続されている。これにより、導通用電極４７の複数の第１部分４７ａによって、複数の低電位電極４５が、複数の個別電極４７から２枚の圧電層３１，３２を隔てた、圧電層３２と圧電層３３との間にそれぞれ引き出されている。なお、各スルーホール４６の走査方向の配置は、各低電位電極４５と各第１部分４７ａとが接続可能な範囲内において、適宜変更して構わない。

また、圧電層３１および圧電層３２には、その内部に金属などの導電材料が充填され、それらを連通するスルーホール４８が形成されている。スルーホール４８は、圧電層３１，３２の角部（図中左上の角部）に形成されている。このスルーホール４８によって、圧電層３２と圧電層３３との間に配置された導通用電極４７の第２部分４７ｂ（接続部４７ｂ２の走査方向一端部（図中左側の端部））と、最上層の圧電層３１の上面に配置された接続端子４９とが接続されている。接続端子４９は、最上層の圧電層３１の上面の角部（図中左上の角部）に設けられている。さらに、この接続端子４９には、バンプ５０が設けられている。このバンプ５０には、図２に示すように、ＣＯＦ５２が押し付けられて接合されている。これにより、接続端子４９は、バンプ５０を介して、ＣＯＦ５２に形成された配線と電気的に接続されている。

次に、ＣＯＦ５２と、上述した個別電極１７、高電位電極２６および低電位電極４５との接続について説明する。

個別電極１７は、図２に示すように、ＣＯＦ５２上の配線（不図示）を介して、ドライバＩＣ４３と接続されている。ドライバＩＣ４３は、インクジェットプリンタ１の制御基板（不図示）から送られた制御信号に基づいて、各個別電極１７の電位を、駆動電位とグランド電位との間で切り換える。なお、駆動電位とは、グランド電位よりも高い電位である。

複数の高電位電極２６は、ＣＯＦ５２上の高電位配線（不図示）と接続される。高電位配線（不図示）は、電源装置（不図示）と接続されており、常に、前述した駆動電位に保持されている。これにより、複数の高電位電極２６は、常時、駆動電位に保持されている。複数の低電位電極４５は、ＣＯＦ５２上のグランド線（不図示）と接続され、常時、グランド電位に保持されている。

また、図６に示すように、最上層の第１圧電層の、個別電極１７と高電位電極２６とに挟まれた部分（第１活性部Ｒ１）は、厚み方向上向きに分極している。また、中間層の第２圧電層と最下層の第３圧電層の、個別電極１７と低電位電極４５とに挟まれた部分（第２活性部Ｒ２）は、厚み方向下向きに分極している。

次に、圧電アクチュエータ３０の駆動動作について説明する。上述したように、複数の低電位電極４５は、グランド電位に保持されている。複数の高電位電極２６は、駆動電位に保持されている。この状態で、ドライバＩＣ４３によって、ある個別電極１７の電位が、駆動電位からグランド電位に切り換えられたとする。このとき、複数の個別電極１７と複数の高電位電極２６との間には電位差が生じるため、第１活性部Ｒ１に、その厚み方向上向きの電界が作用する。また、第１活性部Ｒ１の分極方向も厚み方向上向きである。従って、第１活性部Ｒ１は、圧電層３１〜３３の面方向に収縮する。このように、圧力室１６の紙送り方向中央部に位置する第１活性部Ｒ１が収縮することによって、３枚の圧電層３１〜３３は、全体として圧力室１６側に凸となるようにそれぞれ変形する。

その後、ドライバＩＣ４３によって、複数の個別電極１７の電位が、グランド電位から駆動電位に切り替えられると、第１活性部Ｒ１には電界が作用しなくなる。従って、その収縮変形は、解除される。一方、個別電極１７と低電位電極４５との間には電位差が生じるため、第２活性部Ｒ２に、その厚み方向下向きの電界が作用する。また、第２活性部Ｒ２の分極方向も厚み方向下向きである。従って、第２活性部Ｒ２は、圧電層３１〜３３の面方向に収縮する。このように、圧力室１６の紙送り方向両端部に位置する第２活性部Ｒ２がそれぞれ収縮することによって、３枚の圧電層３１〜３３は、全体として圧力室１６と逆側に凸となるようにそれぞれ変形する。

また、このとき、図６に示すように、各高電位電極２６と各電位電極４５との隙間の領域において、導通用電極４７の各第１部分４７ａと各個別電極１７とに挟まれた圧電層３１，３２にも、電位差が生じる。従って、この部分にも、その厚み方向下向きの電界が作用する。また、この部分の分極方向も厚み方向下向きである。従って、上述した第２活性部Ｒ２に加えて、この部分にも電界を作用させて圧電層３１〜３３の面方向に収縮させることができる。

以上のように、各個別電極１７の電位が切り換えられることによって、各圧力室１６の容積が変化する。これにより、圧力室１６内に圧力波が発生し、圧力室１６と連通するノズル１６からインクが吐出される。

また、個別電極１７がグランド電位であるときには、第１活性部Ｒ１が面方向に収縮する一方で、第２活性部Ｒ２は収縮していない。この状態から、個別電極１７が駆動電位に切り換えられると、第１活性部Ｒ１が収縮状態から元に戻る一方で、第２活性部Ｒ２、および、各高電位電極２６と各電位電極４５との隙間の領域において、導通用電極４７の各第１部分４７ａと各個別電極４７とに挟まれた圧電層３１，３２は、逆に収縮して、第１活性部Ｒ１の伸張（収縮解除）分を吸収する。つまり、個別電極１７の電位が切り換えられる前後で、圧力室１６を覆う圧電層３１〜３３の面方向における収縮量は、大きく変化しない。従って、隣接する圧力室１６の一方で圧電層３１〜３３に変形が生じても、その変形が他方の圧力室１６の変形に及ぼす影響が小さくなる。すなわち、クロストークが抑制される。

（作用・効果）
本実施形態では、複数の高電位電極２６と複数の低電位電極４５とが、共に、圧電層３１と圧電層３２との間に配置されている。すなわち、複数の高電位電極２６と複数の低電位電極４５とは、１枚の圧電層３１のみを挟んで複数の個別電極４７とそれぞれ対向している。従って、特許文献１に記載の従来構成と比べて、高電位電極２６と低電位電極４５とが、個別電極１７に近づいた構成となっている。これにより、個別電極１７と高電位電極２６との間の第１活性部Ｒ１と、個別電極１７と低電位電極４５との間の第２活性部Ｒ２とを、それぞれ薄くすることができる。これにより、第１活性部Ｒ１および第２活性部Ｒ２に高い電界を作用させることができるため、各活性部の変形効率を向上させることができる。

また、複数の高電位電極２６は、それらの走査方向一端部（図中左側の端部）で、紙送り方向に延びる高電位電極導通部２７ａと導通している。従って、各個別電極１７の、走査方向一端部（図中右側の端部）に形成された個別端子１８と、高電位電極導通部２７ａとは対向しない。また、各低電位電極４５は、紙送り方向において、隣接する圧力室１６の間の領域に配置されている。従って、圧力室１６よりも外側（図中右側）に配置された個別端子１８と各低電位電極４５とは、対向しない。よって、ＣＯＦ５２が押し付けられて接合されるバンプ１９が形成された各個別端子１８の直下において、個別端子１８と、高電位電極２６および低電位電極４５との間でショートが生じることはない。

また、導通用電極４７の第２部分４７ｂ（第１部分導通部４７ｂ１）は、各第１部分４７ａの走査方向一端部（図中右側の端部であって、個別電極１７の個別端子１８が設けられているのと同じ側）に配置されている。従って、個別端子１８と導通用電極４７の第２部分４７ｂとは、対向する。しかし、導通用電極４７は、複数の低電位電極４５よりも複数の個別電極１７から離れた位置にある。具体的には、複数の個別電極１７と導通用電極４７とは、２枚の圧電層３１，３２を隔てて配置されている。従って、個別端子１８の直下の圧電層３１にクラックが生じたとしても、さらに、その下に圧電層３２が配置されているため、クラックは、導通用電極４７まで到達しにくい。従って、各個別端子１８と複数の低電位電極４５との間ではショートが生じにくい。また、２枚の圧電層３１，３２にクラックが生じ、それが導通用電極４７まで到達したとしても、１枚の圧電層３１のみを隔てる場合に比べて、各個別端子１８と導通用電極４７との間の距離が大きいため、各個別端子１８と複数の低電位電極４５との間ではショートが生じにくい。

また、上述したように、インクを吐出させる際は、高電位電極２６を駆動電位に保持し、個別電極１７をグランド電位に切り替えることによって、高電位電極２６と個別電極１７との間の第１活性部Ｒ１に電圧を印加し、圧力室１６に対して凸となるように圧電アクチュエータ３０を変形させる。つまり、高電位電極２６を駆動電位に保持することができない場合、安定してインクを吐出させることができなくなってしまう。例えば、図７（ｂ）、図７（ｃ）に示すように、高電位電極２６を、圧電層３２に形成されたスルーホール５３を介して下層に引き出し、電源装置（不図示）と接続された導通用電極５４と導通させたとする。この場合、スルーホール５３が断線してしまうと、電源装置（不図示）と接続された導通用電極５４と高電位電極２６との導通が取れなくなり、第１活性部Ｒ１への電圧の付与が不可能となってしまうため、インクを吐出させることができなくなってしまう。

本実施形態では、圧力室１６の紙送り方向中央部に対向する高電位電極２６は、その面内で導通部２７によって導通され、その両側に配置された低電位電極４５は、スルーホール４６を介して下層に引き出されて導通されている。従って、高電位電極２６は、同じ面内に配置された導通部２７によって導通されているため、安定した駆動電位に保持される。従って、インクが吐出できなくなるという問題は生じない。また、本実施形態の電極構成によれば、低電位電極４５に接続されたスルーホール４６が断線した場合であっても、インク吐出への影響は小さい。

なお、本実施形態の圧電アクチュエータ３０は、未焼成のグリーンシートに、各種電極をスクリーン印刷などの方法で形成してから、高温で焼成することによって得ることができる。この方法で製造する場合、圧電層３１〜３３の各面において、電極材料が面方向に偏って存在していると、電極材料（金属）と圧電材料との線膨張係数の違いから、圧電層３１〜３３に反り、および、うねりが生じやすくなる。従って、電極が極力均一に配置されていることが望ましい。すなわち、圧電層３１〜３３の厚み方向から見て、複数の高電位電極２６および導通部２７と導通用電極２７との重なりを、できるだけ少なくすることが望ましい。

本実施形態では、高電位電極２６の導通部２７は、図３（ｂ）に示すように、各高電位電極２６の走査方向一端部（図中左側の端部）に配置されており、導通用電極４７の第２部分４７ｂ（第１部分導通部４７ｂ１）は、図３（ｃ）に示すように、各第１部分４７ａの走査方向一端部（図中右側の端部）に配置されている。また、各第１部分４７ａの走査方向の幅は、各高電位電極２６の走査方向の幅と略等しく、紙送り方向において、各第１部分４７ａと各高電位電極２６とが交互に配置されている。従って、複数の高電位電極４５および導通部２７と、導通用電極２７との重なりは小さく、圧電アクチュエータ３０に配置された各電極は、圧電アクチュエータ３０内で均一な配置となっている。これにより、焼成時の圧電アクチュエータ３０の反り、および、うねりを防止することができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態や実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。

本実施形態では、各個別電極１７に設けられた個別端子１８は、図５に示すように、各個別電極１７の走査方向一端部（図中右側の端部）に形成されているが、例えば、個別端子１８が、各個別電極１７の走査方向他端部（図中左側の端部）に形成されている場合、図７に示すように、複数の高電位電極４５を、スルーホール５３を介してそれぞれ下層に引き出し、導通用電極５４と導通させても構わない。

また、高電位電極４５および低電位電極２６の両方を、スルーホールを介して下層に引き出し、２つの導通用電極のそれぞれと導通させても構わない。また、スルーホール４６内は、導電材料のかわりに、圧電アクチュエータ３０が未焼成のグリーンシートに、各種電極をスクリーン印刷などの方法で形成する際に電極の一部がスルーホール内に流れ込むことで充填されてもよい。

また、導通用電極４７の形状は、本実施形態の限りではない。例えば、図８（ａ）に示すように、導通用電極５５は、第２部分５５ｂが、第１部分５５ａの走査方向一端部（図中左側の端部）に配置されていても構わない。この構成によれば、各個別端子１８と導通用電極５５の第２部分５５ｂとは、対向しない。

また、図８（ｂ）に示すように、圧電層３２と圧電層３３との間に、圧電層３３の上面すべてを覆うように導通用電極５６が配置されていても構わない。これにより、導通用電極の面積が小さい場合に比べて、その電位を安定させることができる。従って、導通用電極５６と導通する各低電位電極４５の電位も安定する。

また、高電位電極４５および低電位電極２６の配置は、本実施形態の限りではない。

また、本実施形態では、本発明における液体吐出装置を、インクジェットプリンタ１に対して適用する場合について記載したが、この限りではない。

１ インクジェットプリンタ
４ インクジェットヘッド
１６ 圧力室
１７ 個別電極
１９ バンプ
２０ 流路ユニット
２６ 高電位電極
２７ 導通部
２７ａ 高電位電極導通部
２７ｂ 接続部
３０ 圧電アクチュエータ
３１〜３３ 圧電体
４５ 低電位電極
４６ スルーホール
４７ 導通用電極
４７ａ 第１部分
４７ｂ 第２部分
４７ｂ１ 第１部分導通部
４７ｂ２ 接続部
５２ ＣＯＦ

Claims (8)

1. 複数のノズル及びこれら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構造体と、前記複数の圧力室を覆うように流路構造体に設けられた圧電アクチュエータと、を備え、
   前記圧電アクチュエータは、
   互いに積層された第１圧電層および第２圧電層と、
   前記第１圧電層の前記第２圧電層と反対側の面の前記複数の圧力室とそれぞれ対向する位置に配置された領域を有する複数の第１電極と、
   前記第１圧電層と前記第２圧電層との間に配置され、前記第１圧電層を挟んで前記複数の第１電極それぞれの一部分と対向する領域を有する複数の第２電極と、
   同じく前記第１圧電層と前記第２圧電層との間に配置され、前記第１圧電層を挟んで前記第１電極の前記一部分とは異なる部分と対向する領域を有する第３電極と、
   前記第２圧電層の前記第２電極および前記第３電極と反対側の面に配置された第４電極と、
   を有し、
   前記複数の第１電極は、配線部材が接続される接続部をそれぞれ有し、
   前記圧電層の積層方向から見て、前記接続部は、前記第２電極と重ならず、
   前記積層方向から見て、前記第２電極と前記第４電極とが一部分で重なっており、
   前記第２圧電層は、当該第２圧電層に形成された複数のスルーホール内に充填された導電部を有し、
   前記第４電極と前記第２電極とが前記導電部を介して接続され、
   前記第４電極は、前記複数の第２電極とそれぞれ対向する複数の第１部分と、
   前記複数の第１部分を互いに導通させる第２部分と、を有し、
   前記積層方向から見て、前記第２部分が、前記接続部と重なっていることを特徴とする液体吐出装置。
2. 前記流路構造体には、複数の前記ノズルと、これら複数のノズルにそれぞれ連通する複数の前記圧力室が配列され、
   前記圧力室の配列方向において、前記第１電極は、その両端部が前記第２電極と対向し、前記両端部の間の領域が前記第３電極と対向し、
   前記積層方向から見て、前記第２電極と前記第３電極との間には、前記圧力室の配列方向において、隙間が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記流路構造体には、複数の前記ノズルと、これら複数のノズルにそれぞれ連通する複数の前記圧力室が配列され、
   前記圧力室の配列方向において、前記第１電極は、その両端部が前記第３電極と対向し、前記両端部の間の領域が前記第２電極と対向し、
   前記積層方向から見て、前記第２電極と前記第３電極との間には、前記圧力室の配列方向において、隙間が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
4. ノズル及びこのノズルに連通する圧力室を含む液体流路が形成された流路構造体と、前記圧力室を覆うように流路構造体に設けられた圧電アクチュエータと、を備え、
   前記圧電アクチュエータは、
   互いに積層された第１圧電層および第２圧電層と、
   前記第１圧電層の前記第２圧電層と反対側の面の前記圧力室と対向する位置に配置された領域を有する第１電極と、
   前記第１圧電層と前記第２圧電層との間に配置され、前記第１圧電層を挟んで前記第１電極の一部分と対向する領域を有する第２電極と、
   同じく前記第１圧電層と前記第２圧電層との間に配置され、前記第１圧電層を挟んで前記第１電極の前記一部分とは異なる部分と対向する領域を有する第３電極と、
   前記第２圧電層の前記第２電極および前記第３電極と反対側の面に配置された第４電極と、
   を有し、
   前記第１電極は、配線部材が接続される接続部を有し、
   前記圧電層の積層方向から見て、前記接続部は、前記第２電極と重ならず、
   前記積層方向から見て、前記第２電極と前記第４電極とが一部分で重なっており、
   前記第２圧電層は、当該第２圧電層に形成されたスルーホール内に充填された導電部を有し、
   前記第４電極と前記第２電極とが前記導電部を介して接続され、
   前記流路構造体には、複数の前記ノズルと、これら複数のノズルにそれぞれ連通する複数の前記圧力室が配列され、
   前記圧力室の配列方向において、前記第１電極は、その両端部が前記第２電極と前記第３電極の一方と対向し、前記両端部の間の領域が前記第２電極と前記第３電極の他方と対向し、
   前記積層方向から見て、前記第２電極と前記第３電極との間には、前記圧力室の配列方向において、隙間が設けられ、
   前記積層方向から見て、前記第４電極は、前記隙間の領域において前記第１電極の少なくとも一部分と重なっていることを特徴とする液体吐出装置。
5. 互いに積層された第１圧電層および第２圧電層と、
   前記第１圧電層の前記第２圧電層と反対側の面に配置された第１電極と、
   前記第１圧電層と前記第２圧電層との間に配置され、前記第１圧電層を挟んで前記第１電極の一部分と対向する領域を有する第２電極と、
   同じく前記第１圧電層と前記第２圧電層との間に配置され、前記第１圧電層を挟んで前記第１電極の前記一部分とは異なる部分と対向する領域を有する第３電極と、
   前記第２圧電層の前記第２電極および前記第３電極と反対側の面に配置された第４電極と、
   を有し、
   前記第１電極は、配線部材が接続される接続部を有し、
   前記圧電層の積層方向から見て、前記接続部は、前記第２電極と重ならず、
   前記積層方向から見て、前記第２電極と前記第４電極とが一部分で重なっており、
   前記第２圧電層は、当該第２圧電層に形成されたスルーホール内に充填された導電部を有し、
   前記第４電極と前記第２電極とが前記導電部を介して接続され、
   前記積層方向から見て、前記接続部は、前記前記第３電極と重ならないことを特徴とする圧電アクチュエータ。
6. 前記第２電極と前記第３電極は、同一平面内に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の圧電アクチュエータ。
7. 互いに積層された第１圧電層および第２圧電層と、
   前記第１圧電層の前記第２圧電層と反対側の面に配置された複数の第１電極と、
   前記第１圧電層と前記第２圧電層との間に配置され、前記第１圧電層を挟んで前記複数の第１電極それぞれの一部分と対向する領域を有する複数の第２電極と、
   同じく前記第１圧電層と前記第２圧電層との間に配置され、前記第１圧電層を挟んで前記第１電極の前記一部分とは異なる部分と対向する領域を有する第３電極と、
   前記第２圧電層の前記第２電極および前記第３電極と反対側の面に配置された第４電極と、
   を有し、
   前記複数の第１電極は、配線部材が接続される接続部をそれぞれ有し、
   前記圧電層の積層方向から見て、前記接続部は、前記第２電極と重ならず、
   前記積層方向から見て、前記第２電極と前記第４電極とが一部分で重なっており、
   前記第２圧電層は、当該第２圧電層に形成された複数のスルーホール内に充填された導電部を有し、
   前記第４電極と前記第２電極とが前記導電部を介して接続され、
   前記第４電極は、前記複数の第２電極とそれぞれ対向する複数の第１部分を有し、
   前記複数のスルーホールは、前記積層方向から見て、前記複数の第１部分とそれぞれ重なっていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
8. 複数のノズル及びこれら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構造体と、前記複数の圧力室を覆うように流路構造体に設けられた圧電アクチュエータと、を備え、
   前記圧電アクチュエータは、
   互いに積層された第１圧電層および第２圧電層と、
   前記第１圧電層の前記第２圧電層と反対側の面の前記複数の圧力室とそれぞれ対向する位置に配置された領域を有する複数の第１電極と、
   前記第１圧電層と前記第２圧電層との間に配置され、前記第１圧電層を挟んで前記複数の第１電極それぞれの一部分と対向する領域を有する複数の第２電極と、
   同じく前記第１圧電層と前記第２圧電層との間に配置され、前記第１圧電層を挟んで前記第１電極の前記一部分とは異なる部分と対向する領域を有する第３電極と、
   前記第２圧電層の前記第２電極および前記第３電極と反対側の面に配置された第４電極と、
   を有し、
   前記複数の第１電極は、配線部材が接続される接続部をそれぞれ有し、
   前記圧電層の積層方向から見て、前記接続部は、前記第２電極と重ならず、
   前記積層方向から見て、前記第２電極と前記第４電極とが一部分で重なっており、
   前記第２圧電層は、当該第２圧電層に形成された複数のスルーホール内に充填された導電部を有し、
   前記第４電極と前記第２電極とが前記導電部を介して接続され、
   前記複数のスルーホールは、前記圧力室ごとに形成されていることを特徴とする液体吐出装置。

Images