JP6205976B2 - 液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット式記録ヘッドなどの液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置
に関し、特に、圧力室の一部を区画するダイヤフラム部を圧電振動子によって変位させる
ことでノズルから液体を噴射させる液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置に関するもの
である。

液体噴射装置は液体を液滴として噴射可能な液体噴射ヘッドを備え、この液体噴射ヘッ
ドから各種の液体を噴射する装置である。この液体噴射装置の代表的なものとして、例え
ば、インクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッドという）を備え、この記録ヘッドか
ら液体状のインクをインク滴として噴射させて記録を行うインクジェット式記録装置（プ
リンター）等の画像記録装置を挙げることができる。また、近年においては、この画像記
録装置に限らず、ディスプレイ製造装置などの各種の製造装置にも応用されている。

従来のインクジェット式記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドと称する。）には、複数の
圧電振動子を固定板に接合して有する振動子ユニットと、この振動子ユニットを収納可能
な収容空部を形成した樹脂製のケースと、このケース先端部に接合される流路ユニットと
を備えた構成を採るものがある（例えば、特許文献１又は特許文献２参照）。そして、流
路ユニットにおける圧力室の一部を区画する振動板を圧電振動子によって変位させること
で圧力室の容積を変動させ、これにより圧力室内のインクに圧力変動を生じさせてノズル
からインクを噴射させる。

上記の圧電振動子は、圧電体層に電極を形成したものを複数積層して形成されている。
圧電体層の間に形成された電極は内部電極（個別内部電極、共通内部電極）として機能す
る。また、圧電振動子の外表面には、内部電極と導通される外部電極（個別外部電極、共
通外部電極）がスパッタリング法等により形成されている。そして、プリンター本体側か
らの駆動信号が配線部材を通じて外部電極に印加されると、内部電極同士の間あるいは外
部電極と内部電極との間に挟まれた圧電体層（活性部）に電界が付与されて、当該圧電体
層が変形することで圧電振動子が伸縮する。

また、振動板は、圧力室の開口面を封止する可撓性フィルムと、この可撓性フィルム上
に設けられた島部と、から構成されるダイヤフラム部を有している。島部は、圧電振動子
の先端部が接合される部分であり、一般的に、略直方体状に形成された金属製のブロック
から成る。この島部の周りの可撓性フィルムが弾性膜部として機能する。そして、圧電振
動子が伸縮変位すると、これに伴って島部が圧力室から離隔する側に変位し、或いは、島
部が圧力室内に近接する側に変位することで、圧力室の容積が変動する。この圧力室の容
積の変動により圧力室内のインクに圧力変動が生じ、この圧力変動を利用してノズルから
インクが噴射されるように構成されている。なお、上記の特許文献１には、圧電体層と電
極の積層方向の片側の面の基端側に接合されている固定板が圧電振動子の変位を拘束する
ことによる不具合、具体的には、上記積層方向における固定板側とは反対側の部分が、固
定板側よりも大きく変位する（特に収縮させる際に大きく縮む）ことを抑制するために、
固定板側とは反対側の変位を抑える構成が開示されている。また、上記特許文献２には、
振動板の島部（アイランド部）に接合された圧電振動子が駆動することによる弾性膜（薄
肉部）の疲労破壊およびキャビテーションを抑制する構成が開示されている。

特開２００１−３４７６６０号公報 特開平０６−３２０７２５号公報

これらの圧電振動子では、圧電体層と電極の積層方向の両側の面にそれぞれ外部電極が
形成されている。一方、これらの圧電振動子は、圧電体層と電極の積層方向の両側に位置
する圧電体層の厚みが、積層方向の間に位置する圧電体層と比べて、個々の圧電振動子の
間でバラツキが大きく、また、同じ圧電振動子の一端の側と他端の側の間においても、バ
ラツキが大きい。この厚みのバラツキは、当該部位の圧電振動子の能動的な変位量のバラ
ツキとなって現れ、インクの吐出特性に悪影響を与える。
このため、積層方向の両側の面にそれぞれ外部電極を形成しない圧電振動子もある。こ
の圧電振動子は、積層方向の両側に位置する圧電体層にそれぞれ電界が付与されず、当該
部位は能動的に変位しないため、厚みのバラツキが当該部位の変位量のバラツキとなって
現れにくくなり、インクの吐出特性への影響が少ない。しかし一方、能動的に変位しない
不活性部が増加するため、圧電振動子として変位量が低下する。

なお、このような問題は、インクを噴射するインクジェット式記録ヘッドを搭載したイ
ンクジェット式記録装置だけではなく、インク以外の液体を噴射する他の液体噴射ヘッド
を搭載した液体噴射装置においても同様に存在する。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧電振動子の変
位量を向上させるとともに当該圧電振動子を用いて吐出特性を向上させることが可能な液
体噴射ヘッド、および、液体噴射装置を提供することにある。

［適用例１］
本発明の適用例１に係る液体噴射ヘッドは、ノズルに連通する圧力室、該圧力室の一部を区画する振動板、および、該振動板を変位させる圧電振動子を備える液体噴射ヘッドであって、前記振動板は、圧電振動子の変位に応じて変位する領域であって圧力室毎に設けられた有効変位部を有し、前記圧電振動子は、電極と圧電体が交互に積層された積層構造を有し、該積層構造のうち、積層方向の一側の端の層が電極である一方、同方向の他側の端の層が圧電体であり、前記有効変位部に対し、前記積層方向の他側に偏って前記圧電振動子が配置され、前記振動板は、前記有効変位部において圧力室とは反対側に設けられ、前記圧電振動子の一端部が接合される島部を有し，該島部は、前記有効変位部の前記積層方向における中心部に設けられ、該島部と前記圧電振動子との接合部より前記積層方向の両側に延びる島部の延出部分の長さが、他側よりも一側において長く、前記島部における前記他側の延出部分の積層方向に交差する方向の幅が、他の部分の幅よりも広い液体噴射ヘッドである。
上記構成によれば、積層構造のうち積層方向の一側の端の層には電極が形成される一方で同方向の他側の端の層には電極が形成されない構成とすることで、一側の端の層の変位量を大きくすることができるとともに、その変位量を他側の端の層の変位量よりも必ず大きくすることができる。両側の端の層にそれぞれ電極が形成される構成と比較して、個々の圧電振動子の間で、また、同じ圧電振動子の一端の側と他端の側の間においても、他側の端の層から一側の端の層にかけた変位量の大小関係、すなわち、他側の端の層から一側の端の層にかけて変位量が大きくなる関係が常に保たれる。そして、有効変位部に対し、積層方向の他側に偏って圧電振動子が配置されることで、圧電振動子が駆動する際に、有効変位部における積層方向における中心から両側の各領域を可及的に均等に変位させることができる。その結果、圧電振動子の駆動時の変位をより効果的に圧力変動に変換させることが可能となる。そして、圧電振動子の駆動により圧力室の容積を効率良く安定して変動させることができるので、ノズルから噴射される液体の量のばらつきや飛翔方向のばらつきなど、圧電振動子の変位の偏りに起因する不具合を低減することが可能となる。
また、島部の幅が相対的に狭い部分に変位量が相対的に大きい圧電振動子の一側の部分が配置され、島部の幅が相対的に広い部分に変位量が相対的に小さい圧電振動子の他側の部分が配置される。そして、島部の幅が広い幅広部は、幅が狭い幅狭部と比較して有効変位部におけるより広範囲の部分を変位させるので、圧電振動子が駆動する際に、有効変位部における積層方向における中心から両側の各領域の変位量をより一層均一化させることができる。その結果、より圧力室の容積を効率良く安定して変動させることができる。
［適用例２］
さらに、前記有効変位部に対する前記島部の積層方向における寸法の比が０．８５以上であることを特徴とする適用例１に記載の液体噴射ヘッドである。
この構成によれば、圧電振動子の変位を圧力室の容積変動に効率良く変換することができる。
［適用例３］
さらに、前記圧電振動子の他側の面における前記島部との接合側とは反対側に寄せて固定板が接合されたことを特徴とする適用例１から適用例２の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドである。
［適用例４］
本発明の適用例４に係る液体噴射ヘッドは、ノズルに連通する圧力室、該圧力室の一部を区画する振動板、および、該振動板を変位させる圧電振動子を備える液体噴射ヘッドであって、前記振動板は、圧電振動子の変位に応じて変位する領域であって圧力室毎に設けられた有効変位部と、該有効変位部において圧力室とは反対側に設けられ、前記圧電振動子の一端部が接合される島部と、を有し、前記圧電振動子は、電極と圧電体が交互に積層された積層構造を有し、該積層構造のうち、積層方向の一側の端の層が電極である一方、同方向の他側の端の層が圧電体であり、前記有効変位部に対し、前記積層方向の他側に偏って前記島部が配置され、前記圧電振動子は、前記有効変位部の前記積層方向における中心部に設けられ、該圧電振動子と前記島部との接合部より前記積層方向の両側に延びる島部の延出部分の長さが、一側よりも他側において長い液体噴射ヘッドである。
上記構成によれば、積層構造のうち積層方向の一側の端の層には電極が形成される一方で同方向の他側の端の層には電極が形成されない構成とすることで、一側の端の層の変位量を大きくすることができるとともに、その変位量を他側の端の層の変位量よりも必ず大きくすることができる。両側の端の層にそれぞれ電極が形成される構成と比較して、個々の圧電振動子の間で、また、同じ圧電振動子の一端の側と他端の側の間においても、他側の端の層から一側の端の層にかけた変位量の大小関係、すなわち、他側の端の層から一側の端の層にかけて変位量が大きくなる関係が常に保たれる。そして、有効変位部に対し、積層方向の他側に偏って島部が配置されることで、圧電振動子が駆動する際に、有効変位部における積層方向における中心から両側の各領域を、島部を介して可及的に均等に変位させることができる。その結果、圧電振動子の駆動時の変位をより効果的に圧力変動に変換させることが可能となる。そして、圧電振動子の駆動により圧力室の容積を効率良く安定して変動させることができるので、ノズルから噴射される液体の量のばらつきや飛翔方向のばらつきなど、圧電振動子の変位の偏りに起因する不具合を低減することが可能となる。
［適用例５］
さらに、適用例１から適用例４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを備えることを特徴とする液体噴射装置である。
本発明の別の液体噴射ヘッドは、上記目的を達成するために提案されたものであり、ノズルに連通する圧力室、該圧力室の一部を区画する振動板、および、該振動板を変位させる圧電振動子を備える液体噴射ヘッドであって、前記振動板は、圧電振動子の変位に応じて変位する領域であって圧力室毎に設けられた有効変位部を有し、前記圧電振動子は、電極と圧電体が交互に積層された積層構造を有し、該積層構造のうち積層方向の一側の端の層が電極である一方、同方向の他側の端の層が圧電体であり、前記有効変位部に対し、前記積層方向の他側に偏って前記圧電振動子が配置されたことを特徴とする。

上記構成によれば、積層構造のうち積層方向の一側の端の層には電極が形成される一方
で同方向の他側の端の層には電極が形成されない構成とすることで、一側の端の層の変位
量を大きくすることができるとともに、その変位量を他側の端の層の変位量よりも必ず大
きくすることができる。両側の端の層にそれぞれ電極が形成される構成と比較して、個々
の圧電振動子の間で、また、同じ圧電振動子の一端の側と他端の側の間においても、他側
の端の層から一側の端の層にかけた変位量の大小関係、すなわち、他側の端の層から一側
の端の層にかけて変位量が大きくなる関係が常に保たれる。そして、有効変位部に対し、
積層方向の他側に偏って圧電振動子が配置されることで、圧電振動子が駆動する際に、有
効変位部における積層方向における中心から両側の各領域を可及的に均等に変位させるこ
とができる。その結果、圧電振動子の駆動時の変位をより効果的に圧力変動に変換させる
ことが可能となる。そして、圧電振動子の駆動により圧力室の容積を効率良く安定して変
動させることができるので、ノズルから噴射される液体の量のばらつきや飛翔方向のばら
つきなど、圧電振動子の変位の偏りに起因する不具合を低減することが可能となる。

また、上記構成において、前記振動板は、前記有効変位部を挟んで圧力室とは反対側に
設けられ、前記圧電振動子の一端部が接合される島部を有し、
該島部は、前記有効変位部の前記積層方向における中心部に設けられ、
該島部と前記圧電振動子との接合部より前記積層方向の両側に延びる島部の延出部分の
長さが、他側よりも一側において長い構成を採用することが望ましい。

さらに、この構成において、前記島部における前記他側の延出部分の積層方向に交差す
る方向の幅が、他の部分の幅よりも広い構成を採用することが望ましい。

上記構成によれば、島部の幅が相対的に狭い部分に変位量が相対的に大きい圧電振動子
の一側の部分が配置され、島部の幅が相対的に広い部分に変位量が相対的に小さい圧電振
動子の他側の部分が配置される。そして、島部の幅が広い幅広部は、幅が狭い幅狭部と比
較して有効変位部におけるより広範囲の部分を変位させるので、圧電振動子が駆動する際
に、有効変位部における積層方向における中心から両側の各領域の変位量をより一層均一
化させることができる。その結果、より圧力室の容積を効率良く安定して変動させること
ができる。

また、上記構成において、前記有効変位部に対する前記島部の積層方向における寸法の
比が０．８５以上であることが望ましい。

この構成によれば、圧電振動子の変位を圧力室の容積変動に効率良く変換することがで
きる。

また、上記構成において、前記圧電振動子の他側の面における前記島部との接合側とは
反対側に寄せて固定板が接合された構成を採用することができる。

また、本発明の液体噴射ヘッドは、ノズルに連通する圧力室、該圧力室の一部を区画す
る振動板、および、該振動板を変位させる圧電振動子を備える液体噴射ヘッドであって、
前記振動板は、圧電振動子の変位に応じて変位する領域であって圧力室毎に設けられた
有効変位部と、該有効変位部を挟んで圧力室とは反対側に設けられ、前記圧電振動子の一
端部が接合される島部と、を有し、
前記圧電振動子は、電極と圧電体が交互に積層された積層構造を有し、
当該圧電振動子の前記積層方向の一側の端の層が電極である一方、同方向の他側の端の
層が圧電体であり、
前記有効変位部に対し、前記積層方向の他側に偏って前記島部が配置されたことを特徴
とする。

上記構成によれば、積層構造のうち積層方向の一側の端の層には電極が形成される一方
で同方向の他側の端の層には電極が形成されない構成とすることで、一側の端の層の変位
量を大きくすることができるとともに、その変位量を他側の端の層の変位量よりも必ず大
きくすることができる。両側の端の層にそれぞれ電極が形成される構成と比較して、個々
の圧電振動子の間で、また、同じ圧電振動子の一端の側と他端の側の間においても、他側
の端の層から一側の端の層にかけた変位量の大小関係、すなわち、他側の端の層から一側
の端の層にかけて変位量が大きくなる関係が常に保たれる。そして、有効変位部に対し、
積層方向の他側に偏って島部が配置されることで、圧電振動子が駆動する際に、有効変位
部における積層方向における中心から両側の各領域を、島部を介して可及的に均等に変位
させることができる。その結果、圧電振動子の駆動時の変位をより効果的に圧力変動に変
換させることが可能となる。そして、圧電振動子の駆動により圧力室の容積を効率良く安
定して変動させることができるので、ノズルから噴射される液体の量のばらつきや飛翔方
向のばらつきなど、圧電振動子の変位の偏りに起因する不具合を低減することが可能とな
る。

また、上記構成において、前記圧電振動子は、前記有効変位部の前記積層方向における
中心部に設けられ、
該圧電振動子と前記島部との接合部より前記積層方向の両側に延びる島部の延出部分の
長さが、一側よりも他側において長い構成を採用することが望ましい。

また、本発明の液体噴射装置は、上記何れかの構成の液体噴射ヘッドを備えることを特
徴とする。

プリンターの構成を説明する斜視図である。 記録ヘッドの要部断面図である。 振動子ユニットの構成を説明する斜視図である。 振動子ユニットの周辺の構成を説明する図である。 噴射駆動パルスの構成を説明する波形図である。 インクを噴射する際のダイヤフラム部の動きを説明する圧力室の短尺方向の断面図である。 インクを噴射する際のダイヤフラム部の動きを説明する圧力室の長手方向の断面図である。 第２実施形態における振動子ユニットの周辺の構成を説明する図である。 振動子ユニットの変形例を説明する断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述
べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の
範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に
限られるものではない。また、以下においては、本発明の液体噴射装置として、液体噴射
ヘッドの一種であるインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッド）を搭載したインク
ジェット式記録装置（以下、プリンター）を例に挙げて説明する。

図１はプリンター１の構成を示す斜視図である。このプリンター１は、記録ヘッド２が
取り付けられると共に、液体供給源の一種であるインクカートリッジ３が着脱可能に取り
付けられるキャリッジ４と、記録動作時の記録ヘッド２の下方に配設されたプラテン５と
、キャリッジ４を記録紙６（記録媒体および着弾対象の一種）の紙幅方向、即ち、主走査
方向に往復移動させるキャリッジ移動機構７と、主走査方向に直交する副走査方向に記録
紙６を搬送する紙送り機構８と、を備えて概略構成されている。

キャリッジ４は、主走査方向に架設されたガイドロッド９に軸支された状態で取り付け
られており、キャリッジ移動機構７の作動により、ガイドロッド９に沿って主走査方向に
移動するように構成されている。キャリッジ４の主走査方向の位置は、リニアエンコーダ
ー１０によって検出され、その検出信号、即ち、エンコーダーパルス（位置情報の一種）
がプリンター本体の制御部（図示せず）に送信される。リニアエンコーダー１０は位置情
報出力手段の一種であり、記録ヘッド２の走査位置に応じたエンコーダーパルスＥＰを、
主走査方向における位置情報として出力する。

キャリッジ４の移動範囲内における記録領域よりも外側の端部領域には、キャリッジの
走査の基点となるホームポジションが設定されている。本実施形態におけるホームポジシ
ョンには、記録ヘッド２のノズル形成面（ノズルプレート２４：図２、図４等参照）を封
止するキャッピング部材１１と、ノズル形成面を払拭するためのワイパー部材１２とが配
置されている。そして、プリンター１は、このホームポジションから反対側の端部へ向け
てキャリッジ４が移動する往動時と、反対側の端部からホームポジション側にキャリッジ
４が戻る復動時との双方向で記録紙６上に文字や画像等を記録する所謂双方向記録が可能
に構成されている。

図２は、記録ヘッド２の構成を説明する要部断面図である。また、図３は、振動子ユニ
ット１６の構成を説明する斜視図、図４は、振動子ユニット１６の周辺の構成を説明する
図である。なお、図４（ａ）は、振動子ユニット１６および流路ユニット１７の要部断面
図であり、ケース１５の図示は省略されている。また、図４（ｂ）は、振動板２５のダイ
ヤフラム部３３を垂直方向の上方（振動子ユニット１６側）から観た平面図であり、圧電
振動子２０の一つ分に対応する構成が示されている。

本実施形態における記録ヘッド２は、ケース１５と、このケース１５内に収納される振
動子ユニット１６と、ケース１５の底面（先端面）に接合される流路ユニット１７等を備
えている。上記のケース１５は、例えば、エポキシ系樹脂により作製され、その内部には
振動子ユニット１６を収納するための収納空部１８が形成されている。振動子ユニット１
６は、複数の圧電振動子２０と、この圧電振動子２０が接合される金属製の固定板２１と
、圧電振動子２０に駆動信号等を供給するためのフレキシブルケーブル２２とを備えてい
る。圧電振動子２０は、圧電体と電極とが交互に積層された積層型であって、積層方向（
電界方向）に直交する方向に圧電定数Ｄ３１で規定される変位量で伸縮可能（電界横効果
型）な縦振動モードの圧電振動子である。

この圧電振動子２０は、ジルコニアやチタン酸ジルコン酸鉛等の圧電体４１の表面に内
部電極材３９，４０を形成（印刷）したものを圧電体４１と電極３９，４０とが交互に層
状に配置されるように複数積層する工程と、積層構造の圧電板を焼成する工程と、焼成後
の圧電板の外表面にスパッタリング法などにより外部電極４２，４３を形成する工程と、
外部電極４２，４３が形成された圧電板を櫛歯状に切り分ける工程と、を経て製造される
。そして、切り分けられた櫛歯の一つ一つが圧力室２８毎に対応した圧電振動子２０とし
て機能する。ここで、上記の製造工程において、焼成後の圧電板の反りをラップ処理によ
り研磨して平坦にする。ラップ処理は削り量のばらつきが大きいので、焼成後の圧電板の
最表面には削り代を大きくとる必要があるとともに、ラップ処理後の厚みのばらつきも大
きく、特に積層構造における端の層の厚みにばらつきが生じ易い。このため、積層方向の
両側の端の層に電極が形成される構成では、両側の電極の厚さがばらつくので、振動子ユ
ニットとしての特性が安定しにくい。また、圧電体４１の各層の厚さをできるだけ均一と
なるように管理して焼成後の圧電板の反りを可及的に抑制しラップ処理を伴わない方法が
ある。しかし、製造の過程の洗浄工程や切り分ける工程を経て、積層構造における端の層
の厚みにばらつきが生じ易いので、振動子ユニットとしての特性に影響する。本実施形態
における振動子ユニット１６では、これらの課題が解決されている。この点については後
述する。

本実施形態における圧電振動子２０は、共通内部電極３９と個別内部電極４０とで、圧
電体４１を挟んで交互に積層して形成されている。ここで、共通内部電極３９は、全ての
圧電振動子２０に共通な電極であり、接地電位あるいはバイアス電位が印加される電極で
ある。また、個別内部電極４０は、印加される駆動信号の駆動パルスＤＰ（図５参照。）
に応じて電位が変動する電極である。そして、本実施形態では、圧電振動子２０における
振動子先端（島部３５と接合される側）から振動子長手方向（積層方向とは直交する方向
）の３分の２程度までの部分が自由端部２０ａとなっている。また、圧電振動子２０にお
ける残りの部分、即ち、自由端部２０ａの基端から振動子基端までの部分が基端部２０ｂ
となっている。

個別外部電極４３は、積層方向の一側面である配線接続面（図４における左側面）にお
ける自由端部２０ａと基端部２０ｂとの境界部分から自由端部２０ａの先端面に渡って連
続的に形成されている。この個別外部電極４３は、自由端部２０ａの先端面において個別
内部電極４０と導通されている。また、この個別外部電極４３には、フレキシブルケーブ
ル２２の個別配線電極２２ａが電気的に接続される。したがって、個別外部電極４３は、
フレキシブルケーブル２２の個別配線電極２２ａと各個別内部電極４０とを導通させる。
これに対し、共通外部電極４２は、配線接続面の自由端部２０ａと基端部２０ｂとの境界
部分から圧電振動子２０の先端面とは反対側の基端面に渡って一連に形成された電極であ
り、当該基端面において共通内部電極３９と導通されている。この共通外部電極４２には
、フレキシブルケーブル２２の共通配線電極２２ｂが電気的に接続される。したがって、
共通外部電極４２は、フレキシブルケーブル２２の共通配線電極２２ｂと共通内部電極３
９とを導通させる。

配線接続面における個別外部電極４３と共通外部電極４２とは、圧電振動子２０の列設
方向に沿って設けられたスリット４４（電極材がスリット状に除去された部分）によって
互いに分断されて電気的に絶縁されている。このように、圧電振動子２０において積層方
向の一側面の端の層は電極４２，４３となっている一方で、積層方向の他側面（固定板２
１の接合面）には電極材が形成されておらず、圧電体４１（４１ｓ）が、端の層として露
出されている。そして、この他側面における基端部２０ｂ側に固定板２１が接合されてい
る。したがって、圧電振動子２０は、所謂片持ち梁の状態で固定板２１に支持されている
。なお、積層方向の両側の端の層の表面に保護膜が形成される場合もある。

自由端部２０ａには、圧電体４１が共通内部電極３９と個別内部電極４０若しくは個別
外部電極４３とで挟まれた活性部Ａが形成されている。これらの内部電極３９，４０に電
位差を与えると、活性部Ａの圧電体４１が変形し、自由端部２０ａが振動子長手方向に変
位して伸縮する。一方、自由端部２０ａの他側面の端の層は圧電体４１ｓとなっており、
この圧電体４１ｓには電界が付与されない。このため、当該部分は、圧電振動子２０の駆
動時に変位しない不活性部Ｂとなる。なお、図４においては、この圧電体４１ｓを含めて
、圧電体４１の積層方向の両側が共通内部電極３９と個別内部電極４０若しくは個別外部
電極４３とで挟まれていない不活性部Ｂをハッチングで示している。

圧電振動子２０の駆動時において、不活性部Ｂの一部である他側面の端の層の圧電体４
１ｓが、当該圧電振動子２０の伸縮変位を規制するため、当該駆動時の圧電振動子２０の
変位量（絶対値）に関し、一側では比較的大きいのに対し、他側（圧電体４１ｓ側）にか
けて小さくなる。この構成の圧電振動子２０は、他側の面に外部電極が形成される（他側
面の端の層が外部電極である）従来構成の圧電振動子と比較して、一側では同様な比較的
大きい変位量を得ることができるとともに、一側の変位量を他側の変位量よりも必ず大き
く、換言すると安定的に大きくすることができる。そのため、圧電体層の厚みのバラツキ
があったとしても、個々の圧電振動子の間で、また、同じ圧電振動子の一端の側と他端の
側の間においても、他側の端の層から一側の端の層にかけた変位量の大小関係、すなわち
、他側の端の層から一側の端の層にかけて変位量が大きくなる関係が常に保たれるので、
安定的な変位動作の特性（変位量の特性）を得ることができる。特に固定板２１が接合さ
れる他側とは反対側の一側において必ず（安定的に）大きい変位量が得られる。したがっ
て、この特性を適切に利用すれば、圧力室２８の容積をより効率良く変動させることがで
きる。この点ついては後述する。
なお、このように、圧電振動子２０の積層方向の他側面に外部電極が形成されていない
ことに関し、電極は高価なレアメタルが使用されるため、その分、コストを抑えることも
できる。また、外部電極は製造の過程でスポットと呼ばれる不良、或いは、切り分ける際
に生じるバリ等による圧電振動子間のショートが発生する虞があるが、他側面に外部電極
が形成されないことから、当該不良のリスクを低減することもでき、歩留まりを向上させ
ることもできる。

流路ユニット１７は、流路形成基板２３の一方の面にノズルプレート２４が接合される
と共に、流路形成基板２３の他方の面に、振動板２５が接合されて構成されている。この
流路ユニット１７には、リザーバー２６（共通液室）と、インク供給口２７と、圧力室２
８と、ノズル連通口２９と、ノズル３０とが設けられている。そして、インク供給口２７
から圧力室２８及びノズル連通口２９を経てノズル３０に至る一連のインク流路（液体流
路）が、各ノズル３０に対応して形成されている。圧力室２８は、後述するノズル列方向
に直交する方向に細長い空部となっており、その上面（振動板２５が接合される側の面）
は開口している。圧力室２８の長手方向一端部は、流路形成基板２３の厚さ方向を貫通す
るノズル連通口２９を通じてノズル３０と連通する一方、長手方向他端部は、インク供給
口２７を通じてリザーバー２６と連通している。この圧力室２８の上部開口は、振動板２
５によって封止される。そして、この封止状態における圧力室２８の上部開口には、後述
するダイヤフラム部３３が配置される。

上記ノズルプレート２４は、ドット形成密度に対応したピッチ（例えば１８０ｄｐｉ）
で複数のノズル３０が列状に穿設されたステンレス等の金属製の薄いプレートである。こ
のノズルプレート２４には、ノズル３０を列設してノズル列（ノズル群）が複数設けられ
ており、１つのノズル列は、例えば１８０個のノズル３０によって構成される。なお、ノ
ズルプレート２４は、シリコン単結晶基板等の他の素材によって作製される場合もある。

上記振動板２５は、支持板３１の表面に可撓性フィルム３２が積層された二重構造とな
っている。本実施形態においては、ステンレス鋼等の金属板から成る支持板３１の表面に
樹脂フィルムが可撓性フィルム３２としてラミネートされた複合板材によって振動板２５
が構成されている。この振動板２５において、流路形成基板２３の各圧力室２８に対応す
る部分には、圧力室２８の容積を変化させるダイヤフラム部３３が形成されている。また
、この振動板２５において、流路形成基板２３のリザーバー２６に対応する部分には、当
該リザーバー２６を封止するコンプライアンス部３４が設けられている。このコンプライ
アンス部３４は、リザーバー２６の開口面に対向する領域の支持板３１を、エッチング加
工等によって除去して当該部分を可撓性フィルム３２のみとすることにより作製される。
そして、コンプライアンス部３４は、リザーバー２６に貯留された液体の圧力変動を吸収
するダンパーとして機能する。

上記のダイヤフラム部３３は、コンプライアンス部３４と同様に、エッチング加工によ
って支持板３１を部分的に除去することで作製される。即ち、このダイヤフラム部３３は
、圧電振動子２０の先端面が接合される島部３５と、この島部３５の周囲を囲む可撓性フ
ィルム３２のみから成る弾性膜部３６と、からなる。弾性膜部３６は、圧力室２８の形成
範囲に渡って島部３５となる部分を残した状態で支持板３１が除去された部分である。こ
のダイヤフラム部３３のうち、圧力室２８の上部開口を封止する部分であって、圧電振動
子２０の伸縮変位に応じて実際に変位する部分（島部３５とその周囲の弾性膜部３６を含
む部分）が、有効変位部である。この有効変位部の圧電体と電極の積層方向（以下、単に
積層方向と言う）の寸法をＬ１、島部３５の同方向における寸法をＬ２としたとき、Ｌ２
／Ｌ１≧０．８５に設定されている（但し、Ｌ２／Ｌ１は１未満）。これにより、圧電振
動子２０の変位を圧力室２８の容積変動に効率良く変換することができる。この島部３５
は、圧力室２８とは有効変位部の弾性膜部３６を間に挟んで反対側に配置されている。圧
電振動子２０は、この島部３５を介してダイヤフラム部３３すなわち有効変位部を変位さ
せることができる。

なお、図４（ｂ）においては、ダイヤフラム部３３の弾性膜部３６に相当する部分を白
抜きの長方形状で示しているが、有効変位部は圧力室２６の開口形状に応じて定まるため
、必ずしも平面視で長方形状の領域とはならず、例えば、圧力室２６の開口形状が平行四
辺形状を呈する場合には、当該形状に倣って平行四辺形状の領域となる。また、図４（ｂ
）においては、有効変位部の中心（上記積層方向の中心）をＣ１としている。同様に、圧
電振動子２０の中心（上記積層方向の中心）をＣ２としている。

そして、本実施形態における記録ヘッド２は、ダイヤフラム部３３（有効変位部）に対
して圧電振動子２０が偏心する状態で当該圧電振動子２０の先端面が島部３５に接合され
ている点に特徴を有している。より具体的には、有効変位部の中心Ｃ１に対し、圧電振動
子２０の中心Ｃ２が積層方向の他側、すなわち、不活性部Ｂである端の層の圧電体４１ｓ
側に偏心して圧電振動子２０が配置されている。これに対し、島部３５の積層方向の中心
は、有効変位部の中心Ｃ１と概ね一致している。すなわち、島部３５は、有効変位部の中
心部に配置されている。このため、当該島部３５に圧電振動子２０の先端面が接合された
状態では、島部３５と圧電振動子２０との接合部より積層方向の両側に延びる島部３５の
延出部分の長さが、他側よりも一側において長くなっている。すなわち、一側（ノズル連
通口２９側）の延出部分の長さをＬ３、他側（インク供給口２７側）の長さをＬ４とした
とき、Ｌ３＞Ｌ４となっている。このように、圧電振動子２０を有効変位部に対して積層
方向の他側に偏心させることにより、変位量が相対的に大きい自由端部２０ａの一側の部
分が有効変位部の中心Ｃ１により近い位置に配置されるので、圧電振動子２０が駆動する
際に、有効変位部における積層方向における中心Ｃ１から両側の各領域を可及的に均等に
変位させることができる。つまり、圧電振動子２０が駆動する際に、有効変位部における
積層方向における中心Ｃ１から一側において当該有効変位部が変位することで変化した圧
力室２８の容積と、同じく中心Ｃ１から他側において当該有効変位部が変位することで変
化した圧力室２８の容積とが同程度に揃う。

すなわち、有効変位部の中心Ｃ１と圧電振動子２０の中心Ｃ２とを一致させた場合には
、有効変位部における中心Ｃ１から一側の領域の変位が相対的に大きくなる一方で、有効
変位部における中心Ｃ１から他側の領域の変位が相対的に小さくなってしまう。これに対
し、圧電振動子２０を有効変位部に対して積層方向の他側に偏心させることにより、有効
変位部における中心Ｃ１から他側の領域の変位を前者の場合よりも大きくすることができ
るので、有効変位部における中心Ｃ１から両側の変位を均一化させることが可能となる。
つまり、これらの変位により中心Ｃ１から両側で生じる圧力室２８の容積の変化量を均一
化させることが可能となる。換言すると、中心Ｃ１から両側において圧力室２８内のイン
クに生じさせる圧力変動の度合いを揃えることができる。その結果、ノズル３０から噴射
されるインクの量のばらつきや飛翔方向のばらつきなど、圧電振動子２０の変位の偏りに
起因する不具合を低減しつつ、所定の電位を印加したときの絶対変位量が大きい圧電振動
子２０の特長を効果的に利用することが可能となり、効率良く安定して圧力室２８の容積
を変動させることができる。

また、図４（ｂ）に示すように、本実施形態における島部２５の長手方向（すなわち、
圧電振動子２０の積層方向）の他側の幅（積層方向に直交する方向の寸法）Ｗ１は、同方
向の一側の幅Ｗ２よりも広くなっている。より具体的には、圧電振動子２０が接合された
状態において、当該圧電振動子の中心Ｃ２よりも積層方向における他側の部分が、他の部
分（幅狭部３５ｎ）より拡幅した幅広部３５ｗとなっている。なお、この幅広部３５ｗの
幅Ｗ１は、有効変位部の幅よりも狭く設定されている。

島部３５に対して圧電振動子２０が位置決めされた状態（すなわち、上述したように、
有効変位部に対して偏心した状態）では、相対的に変位量が大きい圧電振動子２０（自由
端部２０ａ）の一側の部分が島部３５の幅狭部３５ｎに配置され、相対的に変位量が小さ
い圧電振動子２０の他側の不活性部Ｂ（圧電体４１ｓ）が島部３５の幅広部３５ｗに配置
される。幅広部３５ｗは、幅狭部３５ｎと比較してより広範囲の弾性膜３６を変位させる
ので、圧電振動子２０が駆動する際に、有効変位部における積層方向における中心Ｃ１か
ら両側の各領域の変位量をより一層均一化させることができる。その結果、より効率良く
安定して圧力室２８の容積を変動させることができる。

図５は、ノズル３０からインクを噴射させるべく圧電振動子２０を駆動させる噴射駆動
パルスＤＰの構成の一例を示す波形図である。なお、図５において、縦軸は電位であり、
横軸は時間である。また、噴射駆動パルスＤＰは、基準電位（中間電位）Ｖｂから最大電
位（最大電圧）Ｖｍａｘまでプラス側に電位が変化して圧力室２８を膨張させる膨張要素
ｐ１と、最大電位Ｖｍａｘを一定時間維持する膨張維持要素ｐ２と、最大電位Ｖｍａｘか
ら最小電位（最小電圧）Ｖｍｉｎまでマイナス側に電位が変化して圧力室２８を急激に収
縮させる収縮要素ｐ３と、最小電位Ｖｍｉｎを一定時間維持する収縮維持（制振ホールド
）要素ｐ４と、最小電位Ｖｍｉｎから基準電位Ｖｂまで電位が復帰する復帰要素ｐ５と、
を含んでいる。

図６は、圧電振動子２０を駆動してノズル３０からインクを噴射する際のダイヤフラム
部３３（有効変位部）の動きを説明する圧力室２８の短尺方向（積層方向に直交する方向
）の断面図である。また、図７は、同様にインクを噴射する際のダイヤフラム部３３（有
効変位部）の動きを説明する圧力室２８の長手方向（積層方向）の断面図である。

噴射駆動パルスＤＰが圧電振動子２０に印加されると次のように作用する。なお、圧電
振動子２０の印加電位が、噴射駆動パルスＤＰの始端および終端の電位である基準電位Ｖ
ｂであるとき、図６（ａ）および図７（ａ）に示すように、島部３５の位置は、圧力室２
８の開口部近傍に位置する。そして、噴射駆動パルスＤＰが圧電振動子２０に印加される
と、まず、膨張要素ｐ１により圧電振動子２０が、積層方向に直交する方向に収縮する。
島部３５の周囲（有効変位部内）は弾性膜部３６であるため、この弾性膜部３６の変形に
より圧電振動子２０の伸縮に伴う島部３５の変位（有効変位部の変位）が許容される。す
なわち、図６（ｂ）および図７（ｂ）に示すように、圧電振動子２０が収縮すると、これ
に伴って島部３５が圧力室２８から離隔する側（ノズルプレート２４とは反対側）に向け
て変位する。ここで、圧電振動子２０が有効変位部に対して他側に偏心して配置されてい
ることにより、圧電振動子２０の積層方向の変位量のばらつきが相殺されて、有効変位部
を可及的に均一に変位させることができる。そして、この変位により圧力室２８が基準電
位Ｖｂに対応する基準容積から最大電位Ｖｍａｘに対応する最大容積まで膨張する。この
圧力室２８の膨張により、ノズル３０に露出しているメニスカスが圧力室側に向けて引き
込まれる。

上記の圧力室２８の膨張状態は、膨張維持要素ｐ２の印加期間中に亘って一定に維持さ
れる。この間、圧電振動子２０は収縮状態を維持するので、島部３５もその場に留まる。
膨張維持要素ｐ２の後に続いて収縮要素ｐ３が圧電振動子２０に印加されると、当該圧電
振動子２０が最大限あるいは最大限近くまで伸長する。この際も、圧電振動子２０が有効
変位部に対して他側に偏心して配置されていることにより、有効変位部を可及的に均一に
変位させることができる。これに伴い、図６（ｃ）および図７（ｃ）に示すように、島部
３５は、圧力室２８に近接する側（ノズルプレート２４側）に向けて急激に変位する。こ
れにより、圧力室２８が上記最大容積から最小電位Ｖｍｉｎに対応する最小容積まで急激
に収縮する。この圧力室２８の急激な収縮によって圧力室２８内のインクが加圧され、こ
れにより、ノズル３０からは数ｐｌ〜数十ｐｌのインクが噴射される。この圧力室２８の
収縮状態は、収縮維持要素ｐ４の印加期間に亘って短時間維持される。この間、圧電振動
子２０は伸長状態を維持するので、島部３５もその場に留まる。その後、制振要素ｐ５が
圧電振動子２０に印加されて、当該圧電振動子２０が収縮する。これに伴い、島部３５は
、基準電位Ｖｂに対応する定常位置まで変位する。これにより、圧力室２８が基準容積ま
で復帰する。

このように本発明に係る記録ヘッド２では、積層構造のうち積層方向の一側の端の層に
は外部電極が形成される一方で同方向の他側の端の層には電極が形成されない構成の圧電
振動子２０を採用することで、両側の端の層にそれぞれ電極が形成される従来の構成と比
較して、一側では同様な比較的大きい変位量を得ることができるとともに、一側の変位量
を他側の変位量よりも必ず大きく、換言すると安定的に大きくすることができる。このよ
うな圧電振動子２０の特性・特長を適切に利用すべく、ダイヤフラム部３３の有効変位部
に対して圧電振動子２０が、不活性部Ｂである圧電体４１ｓ側（他側）に偏心する状態で
配置されているので、当該圧電振動子２０が駆動する際に、有効変位部における積層方向
における中心Ｃ１から両側の各領域を可及的に均等に変位させることができる。これによ
り、圧電振動子２０の伸縮変位を圧力室２８の容積変動に効率良く変換することができる
。その結果、ノズル３０から噴射されるインクの量のばらつきや飛翔方向のばらつきなど
、圧電振動子２０の変位の偏りに起因する不具合を低減しつつ、所定の電位を印加したと
きの絶対変位量が大きい圧電振動子２０の特長を、効果的に利用することが可能となり、
効率良く安定して圧力室２８の容積を変動させることが可能となる。
そして、上記記録ヘッド２を搭載するプリンター１では、吐出特性と変位量の向上が可
能となる。

なお、本発明は、上記した各実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記
載に基づいて種々の変形が可能である。

図８は、第２実施形態における振動子ユニット１６の周辺の構成を説明する図である。
上記の第１実施形態では、ダイヤフラム部３３の有効変位部に対して圧電振動子２０が偏
心する状態で当該圧電振動子２０の先端面が島部３５に接合されている構成を例示したが
、これには限られない。本実施形態における記録ヘッド２は、ダイヤフラム部３３の有効
変位部に対して島部３５が偏心する状態で配置されている点に特徴を有している。より具
体的には、有効変位部の積層方向の中心Ｃ１に対し、島部３５の積層方向の中心Ｃ３が積
層方向の他側、すなわち、圧電振動子２０の不活性部Ｂである端の層の圧電体４１ｓ側（
インク供給口２７側）に偏心して配置されている。これに対し、圧電振動子２０の積層方
向の中心Ｃ２は、有効変位部の中心Ｃ１と概ね一致する状態で配置されている。このため
、当該島部３５に圧電振動子２０の先端面が接合された状態では、島部３５と圧電振動子
２０との接合部より積層方向の両側に延びる島部３５の延出部分の長さが、一側よりも他
側において長くなっている。すなわち、一側の延出部分の長さＬ３および他側の長さＬ４
に関し、Ｌ３＜Ｌ４の関係となっている。また、本実施形態においても、島部２５の長手
方向（すなわち、圧電振動子２０の積層方向）の他側の幅（積層方向に直交する方向の寸
法）Ｗ１は、同方向の一側の幅Ｗ２よりも広くなっている。

本実施形態のように、島部３５を有効変位部に対して積層方向の他側に偏心させること
により、有効変位部における積層方向における中心Ｃ１から一側に配置される島部３５の
面積よりも中心Ｃ１から他側に配置される島部３５の面積の方が広くなる。このため、圧
電振動子２０が駆動する際に、有効変位部における積層方向における中心Ｃ１から両側の
各領域の変位量を均一化させることができる。その結果、ノズル３０から噴射されるイン
クの量のばらつきや飛翔方向のばらつきなど、圧電振動子２０の変位の偏りに起因する不
具合を低減しつつ、変位量が大きくとれる圧電振動子２０の特長を利用して圧力室２８の
容積を効率良く安定して変動させることが可能となる。なお、その他の構成については、
第１実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。

なお、上記各実施形態においては、島部３５の形状に関し、島部２５の長手方向の他側
の幅Ｗ１が同方向の一側の幅Ｗ２よりも広い形状である構成を例示したが、これには限ら
れず、一側と他側とで幅が一定の島部３５を採用することもできる。この場合においても
、有効変位領域に対し圧電振動子２０または島部３５が偏心して配置される構成とするこ
とで、圧電振動子２０が駆動する際に、有効変位領域における積層方向における中心Ｃ１
から両側の各領域の変位量を均一化させることができる。

また、振動子ユニット１６の構成に関し、圧電振動子２０の他側面（すなわち、圧電体
４１ｓ）における基端部２０ｂ側に固定板２１が接合された構成を例示したが、これには
限られない。例えば、図９に示す変形例の振動子ユニット１６′のように、圧電振動子２
０の基端面（島部３５と接合される先端面とは反対側の面）に固定板２１が接合された構
成においても本発明を適用することが可能である。また、圧電振動子２０の一側面（外部
電極が形成された側の面）に固定板２１が接合される構成においても同様である。

そして、以上では、液体噴射ヘッドの一種であるインクジェット式記録ヘッド２を例に
挙げて説明したが、本発明は、圧電振動子によって島部を変位させることで圧力室の容積
を変動させてノズルから液体を噴射する他の液体噴射ヘッドにも適用することができる。
例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターを製造するディスプレイ製造装置に搭載
される色材噴射ヘッド，有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイやＦＥＤ（面発
光ディスプレイ）等の電極を形成する電極製造装置に搭載される電極材噴射ヘッド等にも
適用することができる。

１…プリンター，２…記録ヘッド，１６…振動子ユニット，２０…圧電振動子，２１…
固定板，２５…振動板，２８…圧力室，３０…ノズル，３１…支持板，３２…弾性体膜，
３３…ダイヤフラム部，３５…島部，３６…薄肉弾性部，３９…共通内部電極，４０…個
別内部電極，４１，４１ｓ…圧電体３８，４２…共通外部電極，４３…個別外部電極，４
４…スリット

Claims (5)

1. ノズルに連通する圧力室、該圧力室の一部を区画する振動板、および、該振動板を変位させる圧電振動子を備える液体噴射ヘッドであって、
   前記振動板は、圧電振動子の変位に応じて変位する領域であって圧力室毎に設けられた有効変位部を有し、
   前記圧電振動子は、電極と圧電体が交互に積層された積層構造を有し、
   該積層構造のうち、積層方向の一側の端の層が電極である一方、同方向の他側の端の層が圧電体であり、
   前記有効変位部に対し、前記積層方向の他側に偏って前記圧電振動子が配置され、
   前記振動板は、前記有効変位部において圧力室とは反対側に設けられ、前記圧電振動子の一端部が接合される島部を有し，
   該島部は、前記有効変位部の前記積層方向における中心部に設けられ、
   該島部と前記圧電振動子との接合部より前記積層方向の両側に延びる島部の延出部分の長さが、他側よりも一側において長く、
   前記島部における前記他側の延出部分の積層方向に交差する方向の幅が、他の部分の幅よりも広い液体噴射ヘッド。
2. 前記有効変位部に対する前記島部の積層方向における寸法の比が０．８５以上であることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
3. 前記圧電振動子の他側の面における前記島部との接合側とは反対側に寄せて固定板が接合されたことを特徴とする請求項１から請求項２の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
4. ノズルに連通する圧力室、該圧力室の一部を区画する振動板、および、該振動板を変位させる圧電振動子を備える液体噴射ヘッドであって、
   前記振動板は、圧電振動子の変位に応じて変位する領域であって圧力室毎に設けられた有効変位部と、該有効変位部において圧力室とは反対側に設けられ、前記圧電振動子の一端部が接合される島部と、を有し、
   前記圧電振動子は、電極と圧電体が交互に積層された積層構造を有し、
   該積層構造のうち、積層方向の一側の端の層が電極である一方、同方向の他側の端の層が圧電体であり、
   前記有効変位部に対し、前記積層方向の他側に偏って前記島部が配置され、
   前記圧電振動子は、前記有効変位部の前記積層方向における中心部に設けられ、
   該圧電振動子と前記島部との接合部より前記積層方向の両側に延びる島部の延出部分の長さが、一側よりも他側において長い液体噴射ヘッド。
5. 請求項１から請求項４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを備えることを特徴とする液体噴射装置。

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