JP7415737B2 - 圧電アクチュエータ - Google Patents

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Description

本発明は、圧電層と電極層とを備えた圧電アクチュエータに関する。
特許文献1には、圧電層と、圧電層上に配置された電極層(駆動電極、高電位電極及び低電位電極)とを備えた圧電アクチュエータが示されている。特許文献1(図10、図11)において、中間層に設けられた高電位電極の連結部と、最下層に設けられた低電位電極の連結部とは、それぞれ左右方向(第2方向)に延び、かつ、左右方向に隙間をあけて並んでいる。
特開2018-034474号公報
圧電アクチュエータの焼成工程において、電極層が設けられた部分に熱収縮が生じることが知られている。ここで、上記2つの連結部(第1延在部分及び第2延在部分)は、それぞれ、前後方向(第3方向)に延びる複数の分岐部分(複数のVCOM電極を導通させる連結部、複数のグランド電極を導通させる連結部)に電荷を供給するため、大きな電流が流れる。そのため、上記2つの連結部(第1延在部分及び第2延在部分)は、抵抗を下げるために幅を大きくする必要があり、熱収縮による変形量が大きくなる。一方、上記2つの連結部(第1延在部分及び第2延在部分)の隙間では熱収縮が生じないことから、当該隙間に局所的な折れ曲がりが生じ得る。
さらに、上記のような折れ曲がりが生じた圧電アクチュエータを流路部材等に接着する際には、折れ曲がり部分に、平坦にしようとする応力が集中し、圧電アクチュエータが破損し得る。また、折れ曲がりが解消されないまま、圧電アクチュエータを流路部材等に接着すると、接着不良となり得る。
本発明の目的は、局所的な折れ曲がりを抑制できる圧電アクチュエータを提供することにある。
本発明の第1観点に係る圧電アクチュエータは、第1面及び第2面を有する圧電層であって、前記第1面及び前記第2面は前記圧電層の厚み方向に沿った第1方向に互いに離隔した圧電層と、前記圧電層の前記第1面に配置された第1電極層と、前記圧電層の前記第2面に配置された第2電極層と、を備え、前記第1電極層は、前記第1方向と直交する第2方向に延びる第1延在部分、及び、前記第1延在部分から分岐し、前記第1方向と直交しかつ前記第2方向と交差する第3方向に延びる複数の第1分岐部分を含む、第1電極部を有し、前記第2電極層は、前記第2方向に延びる第2延在部分、及び、前記第2延在部分から分岐し、前記第3方向に延びる複数の第2分岐部分を含む、第2電極部を有し、前記第2方向において、前記第1延在部分の前記第2方向の一端と、前記第2延在部分の前記第2方向の他端との間に、前記第1延在部分の前記第2方向の他端、及び、前記第2延在部分の前記第2方向の一端が位置し、前記第2方向において、前記第1延在部分の前記他端と、前記第2延在部分の前記一端との間に、隙間があり、前記第2方向において前記第1延在部分の前記他端と前記第2延在部分の前記一端とに跨り、前記隙間と前記第1方向に重なる部分を有する導電部であって、前記第1電極層を構成する少なくとも1つの第1導電部材と、前記第2電極層を構成し、前記第1導電部材と前記第1方向に部分的に重なる少なくとも1つの第2導電部材とを含む、導電部をさらに備えたことを特徴とする。
本発明の第2観点に係る圧電アクチュエータは、第1面及び第2面を有する圧電層であって、前記第1面及び前記第2面は前記圧電層の厚み方向に沿った第1方向に互いに離隔した圧電層と、前記圧電層の前記第1面に配置された第1電極層と、前記圧電層の前記第2面に配置された第2電極層と、を備え、前記第1電極層は、前記第1方向と直交する第2方向に延びる第1延在部分、及び、前記第1延在部分から分岐し、前記第1方向と直交しかつ前記第2方向と交差する第3方向に延びる複数の第1分岐部分を含む、第1電極部と、前記第2方向に延びる第2延在部分、及び、前記第2延在部分から分岐し、前記第3方向に延びる複数の第2分岐部分を含む、第2電極部と、を有し、前記第2方向において、前記第1延在部分の前記第2方向の一端と、前記第2延在部分の前記第2方向の他端との間に、前記第1延在部分の前記第2方向の他端、及び、前記第2延在部分の前記第2方向の一端が位置し、前記第2方向において、前記第1延在部分の前記他端と、前記第2延在部分の前記一端との間に、隙間があり、前記第2方向において前記第1延在部分の前記他端と前記第2延在部分の前記一端とに跨り、前記隙間と前記第1方向に重なる部分を有する導電部であって、前記第2電極層を構成する少なくとも1つの導電部材を含む、導電部をさらに備えたことを特徴とする。
本発明によれば、導電部を設けたことで、第1延在部分と第2延在部分との隙間に熱収縮が生じない部分がなくなる。これにより、局所的な折れ曲がりを抑制できる。
本発明の第1実施形態に係る圧電アクチュエータを含むプリンタの全体構成図である。 図1のヘッドの平面図である。 図2の領域IIIの拡大図である。 図3のIV-IV線に沿った断面図である。 図3のV-V線に沿った断面図である。 図5の断面におけるアクチュエータ部の動作を示す図である。 図2の圧電アクチュエータを構成する3つの圧電層のうち、最も上方の圧電層の上面を示す平面図である。 図2の圧電アクチュエータを構成する3つの圧電層のうち、中間の圧電層の上面を示す平面図である。 図2の圧電アクチュエータを構成する3つの圧電層のうち、最も下方の圧電層の上面を示す平面図である。 (a)は、図8に示す領域XAの拡大図である。(b)は、図9に示す領域XBの拡大図である。(c)は、領域XAと領域XBとにおける電極の配置態様を示す図である。 図10(c)のXI-XI線に沿った断面図である。 本発明の第2実施形態に係る圧電アクチュエータを示す図11相当の図である。
以下の説明において、Z方向は鉛直方向であり、X方向及びY方向は水平方向である。X方向及びY方向は共にZ方向と直交する。X方向はY方向と直交する。Z方向は第1方向、X方向は第3方向、Y方向は第2方向に該当する。
<プリンタの全体構成>
先ず、図1を参照し、本発明の第1実施形態に係る圧電アクチュエータを含むプリンタ1の全体構成について説明する。
プリンタ1は、ヘッド3と、キャリッジ2と、2つの搬送ローラ対4とを備えている。
キャリッジ2は、Y方向に延びる2本のガイドレール5に支持され、ガイドレール5に沿ってY方向に移動可能である。
ヘッド3は、シリアル式であって、キャリッジ2に搭載され、キャリッジ2と共にY方向に移動可能である。ヘッド3の下面(Z方向において下方を向く面)には、複数のノズル15が形成されている。
2つの搬送ローラ対4は、X方向にキャリッジ2を挟んで配置されている。搬送ローラ対4が用紙Pを挟持した状態で回転することで、用紙PがX方向に沿った搬送方向に搬送される。
プリンタ1の制御部(図示略)は、キャリッジ2と共にヘッド3をY方向に移動させながらノズル15からインクを吐出させる吐出動作と、搬送ローラ対4によって用紙Pを搬送方向に所定量搬送する搬送動作とを、交互に行わせる。これにより、用紙Pに画像が記録される。
<ヘッドの構成>
ヘッド3は、図2に示すように、流路ユニット21と、圧電アクチュエータ22とを有する。
<流路ユニットの構成>
流路ユニット21は、図4に示すように、Z方向に積層された4枚のプレート31~34で構成されている。
プレート31には、複数の圧力室10が形成されている。プレート32には、圧力室10毎に、連通路12,13が形成されている。連通路12,13は、それぞれ、対応する圧力室10のY方向の一端及び他端とZ方向に重なっている。プレート33には、連通路13毎に、連通路14が形成されている。連通路14は、対応する連通路13とZ方向に重なっている。プレート33には、さらに、12本のマニホールド流路11が形成されている。マニホールド流路11は、X方向に配列された圧力室10の列10R(図2参照)毎に設けられている。各マニホールド流路11は、X方向に延び、対応する列10Rに属する複数の圧力室10と連通路12を介して連通している。プレート34には、複数のノズル15が形成されている。各ノズル15は、連通路14とZ方向に重なっている。
プレート31の上面において、圧電アクチュエータ22が配置されない領域に、4つのインク供給口8が形成されている(図2参照)。各インク供給口8は、インクカートリッジ(図示略)と連通し、かつ、3本のマニホールド流路11と連通している。インクカートリッジから各インク供給口8に供給されたインクは、3本のマニホールド流路11に供給される。各マニホールド流路11から、各列10Rに属する複数の圧力室10に、連通路12を介してインクが供給される。そして後述のように圧電アクチュエータ22が駆動することで、圧力室10内のインクに圧力が付与され、連通路13,14を通ってノズル15からインクが吐出される。
<圧電アクチュエータの構成>
圧電アクチュエータ22は、図4に示すように、流路ユニット21の上面に配置されている。圧電アクチュエータ22は、Z方向に積層された3つの圧電層41~43及びインク分離層44と、複数の駆動電極51と、高電位電極52と、低電位電極53とを有する。
インク分離層44は、プレート31の上面に配置され、プレート31に形成された全ての圧力室10を覆っている。インク分離層44は、例えば、ステンレス鋼等の金属材料、チタン酸ジルコン酸鉛等を主成分とする圧電材料、合成樹脂材料等からなる。
圧電層43は、インク分離層44の上面に配置されている。圧電層42は、圧電層43の上面に配置されている。圧電層41は、圧電層42の上面42mに配置されている。圧電層41~43は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛等を主成分とする圧電材料からなる。
複数の駆動電極51は、図3に示すように、圧電層41の上面に、圧力室10のそれぞれに対応して配置されている。各駆動電極51は、主部51aと、突出部51bとを有する。主部51aは、対応する圧力室10の略全域とZ方向に重なっている。突出部51bは、主部51aからY方向に突出し、対応する圧力室10とZ方向に重なっていない。突出部51bには、COF(Chip On Film)(図示略)の配線と電気的に接続される接点が設けられている。COFに実装されたドライバIC(図示略)は、制御部の制御により、COFの配線を介して各駆動電極51に対して個別に、高電位(VDD電位)及び低電位(GND電位)のいずれかを付与する。
図7に示すように、圧電層41の上面には、複数の駆動電極51に加え、2つの高電位端子54と、2つの低電位端子55とが配置されている。ドライバICは、制御部の制御により、COFの配線を介して、各高電位端子54に高電位(VDD電位)を付与し、各低電位端子55に低電位(GND電位)を付与する。
高電位電極52は、図4に示すように、圧電層42の上面42mに配置され、Z方向において圧電層41と圧電層42とに挟まれている。
高電位電極52は、図8に示すように、2つの第1延在部分521,522と、各第1延在部分521,522から分岐した複数の第1分岐部分523と、X方向に配列されかつ第1分岐部分523によって連結された複数の個別部52aと、第1延在部分521,522のそれぞれに接続する接続部分524,525とを含む。各個別部52aは、各圧力室10のX方向の中央部とZ方向に重なる(図5参照)。
第1延在部分521は、圧電層42のX方向の一端42aにおいて、圧電層42のY方向の一端42cから中央に向かって、Y方向に延びている。第1延在部分521は、Y方向の一端521a及び他端521bを有する。
第1延在部分522は、圧電層42のX方向の他端42bにおいて、圧電層42のY方向の他端42dから中央に向かって、Y方向に延びている。第1延在部分522は、Y方向の一端522a及び他端522bを有する。
第1延在部分521の他端521b、及び、第1延在部分522の他端522bは、それぞれ、X方向において第1分岐部分523が延びる側とは反対側に、切欠きNを有する。第1延在部分521,522は、それぞれ、切欠きNを除いた幅広部521x,522xと、切欠きNにより形成された幅狭部521y,522yとを有する。幅狭部521y,522yは、幅広部521x,522xよりもX方向の長さが短い。
第1延在部分521から、3つの第1分岐部分523が、圧電層42のX方向の一端42aから他端42bに向かって、X方向に延びている。第1延在部分522から、4つの第1分岐部分523が、圧電層41のX方向の他端42bから一端42aに向かって、X方向に延びている。即ち、第1延在部分521から第1分岐部分523が延びる方向と、第1延在部分522から第1分岐部分523が延びる方向とは、互いに逆である。
接続部分524は、圧電層42のY方向の一端42cにおいて、圧電層42のX方向の一端42aから中央に向かって、X方向に延びている。接続部分524は、第1延在部分521のY方向の一端521a、及び、第1延在部分521から分岐した複数の第1分岐部分523のうちY方向において一端42cに最も近い第1分岐部分523に接続している。
接続部分525は、圧電層42のY方向の他端42dにおいて、圧電層42のX方向の他端42bから中央に向かって、X方向に延びている。接続部分525は、第1延在部分522のY方向の一端522a、及び、第1延在部分522から分岐した複数の第1分岐部分523のうちY方向において他端42dに最も近い第1分岐部分523に接続している。
接続部分524,525は、それぞれ、圧電層41に形成された貫通孔41x(図7参照)を介して、高電位端子54と電気的に接続されている。したがって、接続部分524,525を含む高電位電極52は、高電位端子54と電気的に接続されている。
圧電層42の上面42mには、高電位電極52に加え、2つの接続電極56と、2つの電極61と、複数の電極62とが配置されている。
2つの接続電極56のうち、一方は、圧電層42のY方向の一端42cにおいて、接続部分524とX方向に並び、X方向に延びている。2つの接続電極56のうち、他方は、圧電層42のY方向の他端42dにおいて、接続部分525とX方向に並び、X方向に延びている。2つの接続電極56は、それぞれ、圧電層41に形成された貫通孔41y(図7参照)を介して、低電位端子55と電気的に接続されている。
2つの電極61のうち、一方は、圧電層42のX方向の一端42aにおいて、第1延在部分521に設けられた切欠きN内に配置されている。2つの電極61のうち、他方は、圧電層42のX方向の他端42bにおいて、第1延在部分522に設けられた切欠きN内に配置されている。電極61は、本発明の「第1重複部分」に該当し、幅狭部521y,522yとX方向に重なりかつ幅広部521x,522xとY方向に重なる。
複数の電極62は、圧電層42のX方向の一端42a及び他端42bのそれぞれにおいて、Y方向に互いに間隔をあけて配置されている。また、複数の電極62は、圧電層42のX方向の一端42a及び他端42bのそれぞれにおいて、第1延在部分521,522及び電極61と共にY方向に並び、Y方向において第1延在部分521,522及び電極61と間隔をあけて配置されている。
電極61,62は、高電位端子54及び低電位端子55のいずれとも電気的に接続されず、ドライバICから電荷が付与されない。
低電位電極53は、図4に示すように、圧電層43の上面に配置され、Z方向において圧電層42と圧電層43とに挟まれている。
低電位電極53は、図9に示すように、2つの第2延在部分531,532と、各第2延在部分531,532から分岐した複数の第2分岐部分533と、X方向に配列されかつ第2分岐部分533によって連結された複数の個別部53aと、第2延在部分531,532のそれぞれに接続する接続部分534,535とを含む。X方向に配列された複数の個別部53aのうち、X方向の一端及び他端に位置する個別部53aを除き、各個別部53aは、X方向に互いに隣接する2つの圧力室10に跨り、当該2つの圧力室10とZ方向に重なる部分を有する(図5参照)。上記X方向の一端及び他端に位置する個別部53aは、1つの圧力室10とZ方向に重なる部分を有する。各圧力室10のX方向の一端及び他端とZ方向に重なる領域と、X方向に互いに隣接する2つの圧力室10の間とZ方向に重なる領域とに、個別部53aが配置されている。
第2延在部分531は、圧電層43のX方向の一端43aにおいて、圧電層43のY方向の略中央から他端43dに向かって、Y方向に延びている。第2延在部分531は、Y方向の一端531a及び他端531bを有する。
第2延在部分532は、圧電層43のX方向の他端43bにおいて、圧電層43のY方向の略中央から一端43cに向かって、Y方向に延びている。第2延在部分532は、Y方向の一端532a及び他端532bを有する。
Y方向において、第1延在部分521のY方向の一端521aと、第2延在部分531のY方向の他端531bとの間に、第1延在部分521のY方向の他端521b、及び、第2延在部分531のY方向の一端531aが位置する。Y方向において、第1延在部分522のY方向の一端522aと、第2延在部分532のY方向の他端532bとの間に、第1延在部分522のY方向の他端522b、及び、第2延在部分532のY方向の一端532aが位置する(図8及び図9参照)。
第2延在部分531から、4つの第2分岐部分533が、圧電層43のX方向の一端43aから他端43bに向かって、X方向に延びている。第2延在部分532から、3つの第2分岐部分533が、圧電層43のX方向の他端43bから一端43aに向かって、X方向に延びている。即ち、第2延在部分531から第2分岐部分533が延びる方向と、第2延在部分532から第2分岐部分533が延びる方向とは、互いに逆である。
なお、第2延在部分531から分岐した4つの第2分岐部分533のうち、Y方向において一端43cに最も近い第2分岐部分533と、第2延在部分532から分岐した3つの第2分岐部分533のうち、Y方向において一端43cに最も近い第2分岐部分533とは、同じである。当該第2分岐部分533のX方向の一端は第2延在部分531と接続し、当該第2分岐部分533のX方向の他端は第2延在部分532と接続している。
接続部分534は、圧電層43のY方向の他端43dにおいて、圧電層43のX方向の一端43aから中央に向かって、X方向に延びている。接続部分534は、第2延在部分531のY方向の他端531bに接続している。
接続部分535は、圧電層43のY方向の一端43cにおいて、圧電層43のX方向の他端43bから中央に向かって、X方向に延びている。接続部分535は、第2延在部分532のY方向の他端532bに接続している。
接続部分534,535は、それぞれ、圧電層42に形成された貫通孔42y(図8参照)を介して、接続電極56と電気的に接続されている。接続電極56は、上述のように、圧電層41に形成された貫通孔41y(図7参照)を介して、低電位端子55と電気的に接続されている。したがって、接続部分534,535を含む低電位電極53は、低電位端子55と電気的に接続されている。
圧電層43の上面には、低電位電極53に加え、接続電極57,58と、2つの電極63とが配置されている。
接続電極57は、圧電層43のX方向の一端43aにおいて、圧電層43のY方向の一端43cから中央に向かって、Y方向に延びる部分57aと、圧電層43のY方向の一端43cにおいて、圧電層43のX方向の一端43aから中央に向かって、X方向に延びる部分57bとを有する。接続電極58は、圧電層43のX方向の他端43bにおいて、圧電層43のY方向の他端43dから中央に向かって、Y方向に延びる部分58aと、圧電層43のY方向の他端43dにおいて、圧電層43のX方向の他端43bから中央に向かって、X方向に延びる部分58bとを有する。
接続電極57,58は、それぞれ、圧電層42に形成された貫通孔42x(図8参照)を介して、高電位電極52の接続部分524,525と電気的に接続されている。接続部分524,525は、上述のように、圧電層41に形成された貫通孔41x(図7参照)を介して、高電位端子54と電気的に接続されている。したがって、接続電極57,58は、高電位端子54と電気的に接続されている。
高電位電極52の接続部分524,525の下方に、接続部分524,525と電気的に接続される接続電極57,58を設けたことで、ドライバICから高電位端子54に付与された電荷を、高電位電極52に分配する経路を増やすことができ、電気的な信頼性を向上させることができる。
2つの電極63のうち、一方は、圧電層43のX方向の一端43aにおいて、第2延在部分531とY方向に並び、Y方向に第2延在部分531と間隔をあけて配置されている。2つの電極63のうち、他方は、圧電層43のX方向の他端43bにおいて、第2延在部分532とY方向に並び、Y方向に第2延在部分532と間隔をあけて配置されている。Y方向において、第2延在部分531,532と、接続電極57,58の上記部分57a,58aとの間に、電極63が配置されている。各電極63は、第2延在部分531,532の一端531a,532aからのY方向の距離が、第2延在部分531,532の他端531b,532bからのY方向の距離よりも小さい。
2つの電極63は、高電位端子54及び低電位端子55のいずれとも電気的に接続されず、ドライバICから電荷が付与されない。
<アクチュエータ部>
図5に示すように、圧電層41のうち、Z方向において駆動電極51と高電位電極52の個別部52aとに挟まれた部分を、第1活性部91という。圧電層42,43のうち、Z方向において駆動電極51と低電位電極53の個別部53aとに挟まれた部分を、第2活性部92という。第1活性部91は主に上向きに分極され、第2活性部92は主に下向きに分極されている。圧電アクチュエータ22は、圧力室10毎に、1つの第1活性部91と2つの第2活性部92とから構成されるアクチュエータ部90を有する。
ここで、図6を参照し、あるノズル15からインクを吐出させる際の、当該ノズル15に対応するアクチュエータ部90の動作について説明する。
プリンタ1が記録動作を開始する前は、図6(a)に示すように、各駆動電極51に低電位(GND電位)が付与されている。このとき、駆動電極51と高電位電極52との電位差によって、第1活性部91にその分極方向に等しい上向きの電界が生じ、第1活性部91が面方向(X方向及びY方向に沿った方向)に収縮している。これにより、圧電層41~43及びインク分離層44からなる積層体における圧力室10とZ方向に重なる部分が、圧力室10に向かって(下向きに)凸となるように撓んでいる。このとき圧力室10は、上記積層体がフラットな場合と比べ、容積が小さくなっている。
プリンタ1が記録動作を開始し、あるノズル15からインクが吐出させる際には、先ず、図6(b)に示すように、当該ノズル15に対応する駆動電極51の電位が低電位(GND電位)から高電位(VDD電位)に切り替えられる。このとき、駆動電極51と高電位電極52との電位差がなくなることで、第1活性部91の収縮が解消される。一方、駆動電極51と低電位電極53との電位差が生じることで、第2活性部92にその分極方向に等しい下向きの電界が生じ、第2活性部92が面方向に収縮する。ただし、第2活性部92は、クロストーク(ある圧力室10におけるアクチュエータ部90の変形に伴う圧力変動が、当該圧力室10にX方向に隣接する別の圧力室10に伝わる現象)を抑制する機能を有するものであり、アクチュエータ部90の変形にほとんど寄与しない。つまり、このとき上記積層体は、圧力室10とZ方向に重なる部分が圧力室10から離れる方向に(上向きに)凸となるように撓まず、フラットな状態となる。これにより、圧力室10の容積は、図6(a)に比べて大きくなる。
その後、図6(a)に示すように、当該ノズル15に対応する駆動電極51の電位が高電位(VDD電位)から低電位(GND電位)に切り替えられる。このとき、駆動電極51と低電位電極53との電位差がなくなることで、第2活性部92の収縮が解消される。一方、駆動電極51と高電位電極52との電位差が生じることで、第1活性部91にその分極方向に等しい上向きの電界が生じ、第1活性部91が面方向に収縮する。これにより、上記積層体における圧力室10とZ方向に重なる部分が、圧力室10に向かって(下向きに)凸となるように撓む。このとき、圧力室10の容積が大きく減少することで、圧力室10内のインクに大きな圧力が付与され、ノズル15からインクが吐出される。
<本発明の特徴>
本実施形態において、圧電層42が、本発明の「圧電層」に該当し、上面(第1面)42m及び下面(第2面)42nを有する(図4及び図5参照)。上面42m及び下面42nは、圧電層42の厚み方向に沿ったZ方向に互いに離隔している。
圧電層42の上面42mに配置された、高電位電極52、接続電極56及び電極61,62が、第1電極層71を構成する(図8参照)。高電位電極52が、本発明の「第1電極部」に該当する。
圧電層43の上面(かつ、圧電層42の下面42n:図4及び図5参照)に配置された、低電位電極53、接続電極57及び電極63が、第2電極層72を構成する(図9参照)。低電位電極53が、本発明の「第2電極部」に該当する。
第1電極層71を構成する各電極と、第2電極層72を構成する各電極と、圧電層41の上面に配置された複数の駆動電極51、高電位端子54及び低電位端子55とは、互いに同じ材料(例えば、銀、ニッケル、金等)からなる。
ここで、図10及び図11を参照し、第1延在部分521と第2延在部分531との配置態様等について説明する。なお、以下の説明は、第1延在部分521及び第2延在部分531とこれらの周囲に配置された電極61~63等についての説明であるが、第1延在部分522及び第2延在部分532とこれらの周囲に配置された電極61~63等についても該当する。
図10(a)に示すように、複数の第1分岐部分523は、Y方向において第1延在部分521の他端521bに最も近い最端第1分岐部分523Xと、Y方向において第1延在部分521の他端521bに2番目に近い順端第1分岐部分523Yとを含む。最端第1分岐部分523Xは、幅狭部521y及び電極61とX方向に重なる。順端第1分岐部分523Yは、幅広部521xとX方向に重なり、幅狭部521y及び電極61とX方向に重ならない。Y方向において、順端第1分岐部分523YのY方向の一端523aと、最端第1分岐部分523XのY方向の他端523bとの間に、順端第1分岐部分523YのY方向の他端523b、及び、最端第1分岐部分523XのY方向の一端523aが位置する。
電極61及び幅狭部521yは、Y方向において、順端第1分岐部分523Yの一端523aと、第2延在部分531の一端531a(図10(b)参照)との間に位置する。さらに、本実施形態において、電極61及び幅狭部521yは、順端第1分岐部分523YとX方向に重ならず、Y方向において、順端第1分岐部分523Yの他端523bと、第2延在部分531の一端531a(図10(b)参照)との間に位置する。また本実施形態において、電極61は、第1延在部分521の切欠きN内に収まっており、Y方向において第1延在部分521の他端521bより外側に突出していない。
図10(b)に示すように、複数の第2分岐部分533は、Y方向において第2延在部分531の一端531aに最も近い最端第2分岐部分533Xを含む。最端第2分岐部分533Xは、Y方向の一端533a及び他端533bを有する。一端533aは、第2延在部分531の一端531aと、Y方向において同じ位置にある。
電極63は、Y方向において、第1延在部分521の一端521a(図8参照)と、最端第2分岐部分533Xの他端533bとの間に位置する。さらに、本実施形態において、電極63は、最端第2分岐部分533XとX方向に重ならず、Y方向において、第1延在部分521の一端521a(図8参照)と、最端第2分岐部分533Xの一端533aとの間に位置する。
図10(c)に示すように、電極63は、幅狭部521y及び電極61とZ方向に重なる。つまり、電極63は、本発明の「第2重複部分」に該当する。
図11に示すように、Y方向において、第1延在部分521の他端521bと、第2延在部分531の一端531aとの間には、隙間Sがある。換言すると、第1延在部分521と第2延在部分531とは、隙間Sを介して、Y方向に並んでいる。
ここで、本実施形態では、Y方向において第1延在部分521の他端521bと第2延在部分531の一端531aとに跨り、隙間SとZ方向に重なる部分を有する、導電部80が設けられている。
導電部80は、第1導電部材(複数の電極62のうち、Y方向において他端521bに最も近い電極62X)と、第2導電部材(電極63)とを含む。
電極62Xは、電極63とZ方向に重なる部分62Aと、第2延在部分531とZ方向に重なる部分62Cと、電極63及び第2延在部分531のいずれともZ方向に重ならない部分62Bとを有する。Y方向において、部分62Aと部分62Cとの間に、部分62Bが位置する。
電極63は、第1延在部分521とZ方向に重なる部分63Aと、電極62XとZ方向に重なる部分63Cと、第1延在部分521及び電極62XのいずれともZ方向に重ならない部分63Bとを有する。Y方向において、部分63Aと部分63Cとの間に、部分63Bが位置する。
電極62Xの部分62A,62B及び電極63の部分63B,63Cは、それぞれ、隙間SとZ方向に重なる。電極63は、隙間SとZ方向に重なる領域において、電極62XとZ方向に部分的に重なる(部分62A,63C参照)。
電極63は、Y方向において第1延在部分521の他端521bと電極62Xとに跨っている。電極62Xは、Y方向において電極63と第2延在部分531の一端531aとに跨っている。電極62X及び電極63は、協働して、Y方向において第1延在部分521の他端521bと第2延在部分531の一端531aとに跨っている。
以上に述べたように、本実施形態によれば、第1延在部分521と第2延在部分531とが異なる層にある場合において、第1延在部分521と第2延在部分531との隙間Sに、第1延在部分521と同じ層に配置された電極62Xと、第2延在部分531と同じ層に配置され電極63とを含む、導電部80を設けている(図11参照)。これにより、第1延在部分521と第2延在部分531との隙間Sに、熱収縮が生じない部分がなくなる。これにより、局所的な折れ曲がりを抑制できる。ひいては、隙間Sに近いアクチュエータ部90(図6参照)と隙間Sから離れたアクチュエータ部90とで変形特性が異なり、インクの吐出特性にばらつきが生じる、という問題をも抑制できる。
第1延在部分521の他端521bに、幅狭部521yが設けられている(図10(a)参照)。第1延在部分521のY方向の長さが長いと、第1延在部分521の熱収縮が大きくなり、第1延在部分521が設けられた部分の熱収縮と、導電部80が設けられた隙間Sの熱収縮とに大きな差が生じ、折れ曲がりが生じ易くなる。この点、本構成では、第1延在部分521の他端521bに幅狭部521yを設けたことで、幅狭部521y以外の部分(切欠きNが形成された部分)において、第1延在部分521のY方向の長さが短くなり、熱収縮を低減できる(ひいては、隙間Sの熱収縮との差を低減し、折れ曲がりを抑制できる)。
また、第1延在部分521が配置された圧電層42の上面42mに、幅狭部521y,522yとX方向に重なりかつ幅広部521x,522xとY方向に重なる、電極61が設けられている(図10(a)参照)。さらに、圧電層42の下層に、幅狭部521y及び電極61とZ方向に重なる、電極63が設けられている(図10(b),(c)参照)。幅狭部521yを設けたことで、切欠きN部分の剛性が低下し得るが、本構成では、電極61を設け、さらに下層に電極63を設けたことで、切欠きN部分の剛性の低下を抑制できる。
Y方向において、順端第1分岐部分523Yの一端523aと、第2延在部分531の一端531a(図10(b)参照)との間に、幅狭部521y及び電極61が位置する(図10(a)参照)。つまり、順端第1分岐部分523Yの一端523aよりも、図10(a)において右側に、幅狭部521y及び電極61が位置する。この場合、第1延在部分521から順端第1分岐部分523Yへの電力供給が、幅狭部521yを設けたことで損なわれる問題を抑制できる。
さらに、本実施形態において、順端第1分岐部分523Yは、幅広部521xとX方向に重なり、幅狭部521yとX方向に重ならない(図10(a)参照)。換言すると、順端第1分岐部分523Yの他端523bよりも、図10(a)において右側に、幅狭部521y及び電極61が位置する。この場合、第1延在部分521における順端第1分岐部分523Yとの境界部分の幅が狭くならないため、第1延在部分521から順端第1分岐部分523Yへの電力供給が損なわれる問題を、より確実に抑制できる。
Y方向において、第1延在部分521の一端521a(図8参照)と、最端第2分岐部分533Xの他端533bとの間に、電極63が位置する(図10(b)参照)。つまり、最端第2分岐部分533Xの他端533bよりも、図10(b)において左側に、電極63が位置する。仮に、第2延在部分531の一端531aに、最端第2分岐部分533XとX方向に全体的に重なる切欠きが設けられ、当該切欠き内に、最端第2分岐部分533XとX方向に全体的に重なるように電極63が配置されると、第2延在部分531における最端第2分岐部分533Xとの境界部分の幅が狭くなり、第2延在部分531から最端第2分岐部分533Xへの電力供給が損なわれ得る。この点、本構成では、最端第2分岐部分533Xの他端533bよりも、図10(b)において左側に、電極63が位置することで、第2延在部分531から最端第2分岐部分533Xへの電力供給が損なわれる問題を抑制できる。
さらに、本実施形態において、Y方向において、第1延在部分521の一端521a(図8参照)と、最端第2分岐部分533Xの一端533aとの間に、電極63が位置する(図10(b)参照)。つまり、電極63は、最端第2分岐部分533XとX方向に重ならない。この場合、第2延在部分531における最端第2分岐部分533Xとの境界部分の幅が狭くならないため、第2延在部分531から最端第2分岐部分533Xへの電力供給が損なわれる問題を、より確実に抑制できる。
高電位電極52、低電位電極53、及び、導電部80を構成する電極62X,63は、互いに同じ材料からなる。この場合、製造が容易である。また、同じ材料のため、熱収縮率が揃い、熱収縮差に起因した反り等の問題を軽減できる。
高電位電極52及び低電位電極53は、高電位端子54及び低電位端子55とそれぞれ電気的に接続されるのに対し、導電部80を構成する電極62X,63は、高電位端子54及び低電位端子55のいずれとも電気的に接続されない。導電部80を構成する電極62X,63が、高電位端子54及び低電位端子55のいずれかと電気的に接続されると、絶縁破壊が生じ得る。この点、本構成では、導電部80を構成する電極62X,63が、高電位端子54及び低電位端子55のいずれとも電気的に接続されないため、絶縁破壊を抑制できる。
<第2実施形態>
続いて、図12を参照し、本発明の第2実施形態に係る圧電アクチュエータについて説明する。
第1実施形態では、第1延在部分521を含む第1電極部と、第2延在部分531を含む第2電極部とが、異なる層にあるが、第2実施形態では、第1延在部分2521を含む第1電極部と、第2延在部分2531を含む第2電極部とが、同じ層にある。
具体的には、圧電層42の上面42mに、第1延在部分2521を含む第1電極部と、第2延在部分2531を含む第2電極部とが、配置されている。各延在部分2521,2531からは、第1実施形態と同様、複数の分岐部分が分岐している。
Y方向において、第1延在部分2521の他端2521bと、第2延在部分2531の一端2531aとの間には、隙間Sがある。換言すると、第1延在部分2521と第2延在部分2531とは、隙間Sを介して、Y方向に並んでいる。
ここで、本実施形態では、Y方向において第1延在部分2521の他端2521bと第2延在部分2531の一端2531aとに跨り、隙間SとZ方向に重なる部分を有する、導電部280が設けられている。導電部280は、導電部材(圧電層42の下面42nに配置された、電極260)で構成される。
電極260は、第1延在部分2521とZ方向に重なる部分260Aと、第2延在部分2531とZ方向に重なる部分260Cと、第1延在部分2521及び第2延在部分2531のいずれともZ方向に重ならない部分260Bとを有する。Y方向において、部分260Aと部分260Cとの間に、部分260Bが位置する。部分260Bは、隙間SとZ方向に重なる。このように、電極260は、Y方向において第1延在部分2521の他端2521bと第2延在部分2531の一端2531aとに跨り、隙間SとZ方向に重なる部分260Bを有する。
以上に述べたように、本実施形態によれば、第1延在部分2521と第2延在部分2531とが同じ層にある場合において、第1延在部分2521と第2延在部分2531との隙間Sに、第1延在部分2521及び第2延在部分2531が設けられた層とは異なる層に配置された、導電部280を設けている(図12参照)。この場合においても、第1実施形態と同様、第1延在部分2521と第2延在部分2531との隙間Sに、熱収縮が生じない部分がなくなる。これにより、局所的な折れ曲がりを抑制できる。ひいては、隙間Sに近いアクチュエータ部90(図6参照)と隙間Sから離れたアクチュエータ部90とで変形特性が異なり、インクの吐出特性にばらつきが生じる、という問題をも抑制できる。
<変形例>
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態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。
第1実施形態(図11)において、導電部80は、2つの導電部材(電極62A,63)で構成されるが、3以上の導電部材で構成されてもよい。
第2実施形態(図12)において、導電部280は、1つの導電部材(電極260)で構成されるが、複数の導電部材で構成されてもよい。導電部280が複数の導電部材で構成される場合、当該複数の導電部材は、第1実施形態(図11)の電極62A,63と同様、「第1電極層を構成する少なくとも1つの第1導電部材と、前記第2電極層を構成し、前記隙間と前記第1方向に重なる領域において前記第1導電部材と前記第1方向に部分的に重なる少なくとも1つの第2導電部材とを含む」ものであってよい。
第1実施形態(図10(a))において、順端第1分岐部分523Yは、幅広部521xとX方向に重なり、幅狭部521yとX方向に重ならないが、これに限定されない。例えば、順端第1分岐部分523Yは、幅狭部521yと部分的にX方向に重なってもよい。また、順端第1分岐部分523Yは、幅狭部521yの全体とX方向に重なってもよい。
第1実施形態(図10(b))において、電極63は、Y方向において、第1延在部分521の一端521a(図8参照)と、最端第2分岐部分533Xの一端533aとの間に位置するが、これに限定されない。例えば、第2延在部分531の一端531aに、最端第2分岐部分533XとX方向に重なる切欠きを設け、当該切欠き内に、電極63を配置してもよい。
第1重複部分(第1実施形態において、図10(a)に示す電極61)は、切欠きN部分の剛性低下を抑制する機能を有するが、さらに、導電部として機能してもよい。
第1電極部、第2電極部及び導電部は、互いに同じ材料からなることに限定されない。例えば、これらのうちの少なくとも1つが、他とは別の材料からなってもよい。
圧電アクチュエータを構成する圧電層の数は、上述の実施形態では3つであるが、これに限定されず、任意の数であってよい。
本発明は、プリンタに限定されず、ファクシミリ、コピー機、複合機等にも適用可能である。また、本発明は、画像の記録以外の用途で使用される液体吐出装置(例えば、基板に導電性の液体を吐出して導電パターンを形成する液体吐出装置)にも適用可能である。さらに、本発明に係る圧電アクチュエータは、液体吐出装置以外の任意の装置に適用可能である。
22 圧電アクチュエータ
42 圧電層
42m 上面(第1面)
42n 下面(第2面)
52 高電位電極(第1電極部)
521,522 第1延在部分
521x,522x 幅広部
521y,522y 幅狭部
523 第1分岐部分
523X 最端第1分岐部分
523Y 順端第1分岐部分
53 低電位電極(第2電極部)
531,532 第2延在部分
533 第2分岐部分
533X 最端第2分岐部分
54 高電位端子
55 低電位端子
61 電極(第1重複部分)
62X 電極(第1導電部)
63 電極(第2導電部,第2重複部分)
71 第1電極層
72 第2電極層
80;280 導電部
260 電極(第2導電部)
S 隙間

Claims (9)

  1. 第1面及び第2面を有する圧電層であって、前記第1面及び前記第2面は前記圧電層の厚み方向に沿った第1方向に互いに離隔した圧電層と、
    前記圧電層の前記第1面に配置された第1電極層と、
    前記圧電層の前記第2面に配置された第2電極層と、を備え、
    前記第1電極層は、前記第1方向と直交する第2方向に延びる第1延在部分、及び、前記第1延在部分から分岐し、前記第1方向と直交しかつ前記第2方向と交差する第3方向に延びる複数の第1分岐部分を含む、第1電極部を有し、
    前記第2電極層は、前記第2方向に延びる第2延在部分、及び、前記第2延在部分から分岐し、前記第3方向に延びる複数の第2分岐部分を含む、第2電極部を有し、
    前記第2方向において、前記第1延在部分の前記第2方向の一端と、前記第2延在部分の前記第2方向の他端との間に、前記第1延在部分の前記第2方向の他端、及び、前記第2延在部分の前記第2方向の一端が位置し、
    前記第2方向において、前記第1延在部分の前記他端と、前記第2延在部分の前記一端との間に、隙間があり、
    前記第2方向において前記第1延在部分の前記他端と前記第2延在部分の前記一端とに跨り、前記隙間と前記第1方向に重なる部分を有する導電部であって、前記第1電極層を構成する少なくとも1つの第1導電部材と、前記第2電極層を構成し、前記隙間と前記第1方向に重なる領域において前記第1導電部材と前記第1方向に部分的に重なる少なくとも1つの第2導電部材とを含む、導電部をさらに備えたことを特徴とする、圧電アクチュエータ。
  2. 前記第1延在部分は、幅広部と、前記幅広部よりも前記第3方向の長さが短い幅狭部であって、前記他端に設けられた幅狭部と、を有し、
    前記第1電極層は、前記幅狭部と前記第3方向に重なりかつ前記幅広部と前記第2方向に重なる第1重複部分をさらに有し、
    前記第2導電部材は、前記幅狭部及び前記第1重複部分と前記第1方向に重なる第2重複部分を含むことを特徴とする、請求項1に記載の圧電アクチュエータ。
  3. 前記複数の第1分岐部分は、前記第2方向において前記第1延在部分の前記他端に最も近い最端第1分岐部分と、前記第2方向において前記第1延在部分の前記他端に2番目に近い順端第1分岐部分と、を含み、
    前記最端第1分岐部分は、前記幅狭部と前記第3方向に重なり、
    前記第2方向において、前記順端第1分岐部分の前記第2方向の一端と、前記最端第1分岐部分の前記第2方向の他端との間に、前記順端第1分岐部分の前記第2方向の他端、及び、前記最端第1分岐部分の前記第2方向の一端が位置し、
    前記第2方向において、前記順端第1分岐部分の前記一端と、前記第2延在部分の前記一端との間に、前記幅狭部及び前記第1重複部分が位置することを特徴とする、請求項2に記載の圧電アクチュエータ。
  4. 前記順端第1分岐部分は、前記幅広部と前記第3方向に重なり、前記幅狭部と前記第3方向に重ならないことを特徴とする、請求項3に記載の圧電アクチュエータ。
  5. 前記第2方向において、前記第1延在部分の前記一端と、前記複数の第2分岐部分のうち前記第2延在部分の前記一端に最も近い最端第2分岐部分の前記第2方向の他端との間に、前記最端第2分岐部分の前記第2方向の一端と、前記第2重複部分とが位置することを特徴とする、請求項2~4のいずれか1項に記載の圧電アクチュエータ。
  6. 前記第2方向において、前記第1延在部分の前記一端と、前記最端第2分岐部分の前記一端との間に、前記第2重複部分が位置す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. 前記第1電極部、前記第2電極部及び前記導電部は、互いに同じ材料からなることを特徴とする、請求項1~6のいずれか1項に記載の圧電アクチュエータ。
  8. 前記第1電極部は、高電位端子と電気的に接続される高電位電極であり、
    前記第2電極部は、低電位端子と電気的に接続される低電位電極であり、
    前記導電部は、前記高電位端子及び前記低電位端子のいずれとも電気的に接続されないことを特徴とする、請求項1~7のいずれか1項に記載の圧電アクチュエータ。
  9. 第1面及び第2面を有する圧電層であって、前記第1面及び前記第2面は前記圧電層の厚み方向に沿った第1方向に互いに離隔した圧電層と、
    前記圧電層の前記第1面に配置された第1電極層と、
    前記圧電層の前記第2面に配置された第2電極層と、を備え、
    前記第1電極層は、
    前記第1方向と直交する第2方向に延びる第1延在部分、及び、前記第1延在部分から分岐し、前記第1方向と直交しかつ前記第2方向と交差する第3方向に延びる複数の第1分岐部分を含む、第1電極部と、
    前記第2方向に延びる第2延在部分、及び、前記第2延在部分から分岐し、前記第3方向に延びる複数の第2分岐部分を含む、第2電極部と、を有し、
    前記第2方向において、前記第1延在部分の前記第2方向の一端と、前記第2延在部分の前記第2方向の他端との間に、前記第1延在部分の前記第2方向の他端、及び、前記第2延在部分の前記第2方向の一端が位置し、
    前記第2方向において、前記第1延在部分の前記他端と、前記第2延在部分の前記一端との間に、隙間があり、
    前記第2方向において前記第1延在部分の前記他端と前記第2延在部分の前記一端とに跨り、前記隙間と前記第1方向に重なる部分を有する導電部であって、前記第2電極層を構成する少なくとも1つの導電部材を含む、導電部をさらに備えたことを特徴とする、圧電アクチュエータ。
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