JP4563786B2

JP4563786B2 - 液体吐出装置およびその駆動方法

Info

Publication number: JP4563786B2
Application number: JP2004351721A
Authority: JP
Inventors: 千歳植木; 慎石倉
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-12-03
Filing date: 2004-12-03
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2024-12-03
Also published as: JP2006166529A

Description

本発明は、圧電素子の変形によって撓み変形する圧電アクチュエータを用いた液体吐出装置と、液体吐出装置の駆動方法とに関するものである。

近年、インクジェットプリンタやインクジェットプロッタ等の、インクジェット記録方式を利用した記録装置が、コンシューマ向けの小型プリンタ等だけでなく、例えば、電子回路の形成や液晶ディスプレイ用のカラーフィルタの製造、有機ＥＬディスプレイの製造といった工業用途にも、広く利用されている。
インクジェット記録方式の記録装置においては、インクジェットヘッドを主走査方向に移動させると共に、記録紙や基板等を、上記主走査方向と交差する副走査方向に移動させながら、記録情報に応じてインクジェットヘッドを駆動させて、当該インクジェットヘッドのノズルの開口から断続的にインク滴を吐出させることにより記録が行われる。例えば、小型プリンタの場合は、記録紙等の表面に文字や画像が記録され、工業用の記録装置の場合は、基板等の表面に電子回路、液晶ディスプレイのカラーフィルタ、有機ＥＬディスプレイの発光セル等が形成される。

ノズルの開口からインク滴を吐出させるためには、当該ノズルと連通する、内部にインクが充填される加圧室の容積を所定のタイミングで増減させることで、ノズル内に形成されるインクの液面のメニスカス（ノズルにおいて露出したインクの自由表面）を振動させてインク滴を発生させると共に、インク滴発生時のインクの運動エネルギーによって、ノズルの開口から吐出させることが行われる。

また、加圧室の容積を増減させる手段としては、圧電素子と、振動板とを含み、電界の印加によって圧電素子が変形して振動板が撓むことで、加圧室の容積を増減させる圧電アクチュエータや、加圧室内のインクを加熱して気化させることによって、加圧室内に気泡を発生させることで、その容積を増減させるヒータ等が一般に用いられる。しかし、工業用途では、水性のインクだけでなく、有機溶媒を用いたインクも使用されることから、上記手段としては、噴射できるインクの種類に制限がなく、しかも、耐久性にも優れた圧電アクチュエータの活用が注目されている。また、圧電アクチュエータとしては、圧電セラミックからなり、その厚み方向に電界を印加することで、面方向に収縮する圧電セラミック層を、圧電素子として、振動板や電極層と積層した積層構造を有する平板状のものが、好適に使用される。

平板状の圧電アクチュエータの例としては、例えば、図４に示す構造のものが挙げられる。図の例の圧電アクチュエータ９２は、ノズル９１ｂと連通した、図では一つしか示していないが、複数の加圧室９１ａを有する基板９１の、加圧室９１ａが開口された側の面上に、当該開口を塞ぐように順に積層された、第４圧電体層９２ｄ、コモン電極９３ｂ、第３圧電体層９２ｃ、第２圧電体層９２ｂ、コモン電極９３ａ、第１圧電体層９２ａ、および表面電極９４を備えている。

上記各層のうち、第１圧電体層９２ａ〜第４圧電体層９２ｄは、いずれも、圧電セラミックによって、基板９１上に形成した全ての加圧室９１ａに亘る大きさの層状に形成され、このうち、第１圧電体層９２ａが圧電素子として機能し、他の圧電体層９２ｂ〜９２ｄは、いずれも振動板として機能する。また、コモン電極９３ａ、９３ｂは、各圧電体層９２ａ〜９２ｄと同様に、基板９１上に形成した全ての加圧室９１ａに亘る大きさに形成されており、一方、表面電極９４は、各加圧室９１ａごとに、分離させて形成されている。また、表面電極９４は、加圧室９１ａの開口の平面形状とほぼ相似形状に形成された駆動電極９４ａと、この駆動電極９４ａの外周縁の一部から、加圧室９１ａの開口に対応する領域の外まで延設されたランド電極９４ｂとを備えている。

そして、例えば、第１圧電体操９２ａが、その厚み方向に電界を印加した際に面方向に収縮する横振動モードの圧電体の層であるとき、コモン電極９３ａ、９３ｂを互いに短絡した状態で、当該コモン電極９３ａ、９３ｂと表面電極９４との間に電位差を生じさせて、第１圧電体層９２ａに対して、その厚み方向に電界を印加すると、当該第１圧電体層９２ａの、コモン電極９３ａと、表面電極９４のうち駆動電極９４ａとで挟まれた領域（以下「収縮領域」とする）が面方向に収縮し、それに伴って、圧電アクチュエータ９２の、上記収縮領域に対応する領域（図中に一点鎖線で囲んだ領域、以下「撓み変形領域」とする）Ｂが、加圧室９１ａの内方へ突出するように撓み変形して、加圧室９１ａに連通したノズル９１ｂからインク滴が吐出される（特許文献１参照）。
特開２００４−１１４３０８号公報（請求項１、第００１０欄、図５、図６）

特許文献１に記載された圧電アクチュエータ９２のうち、第１〜第４圧電体層９２ａ〜９２ｄと、コモン電極９３ａ、９３ｂとは、各圧電体層９２ａ〜９２ｄのもとになる圧電体のグリーンシートと、コモン電極９３ａ、９３ｂのもとになる導電ペーストの層との積層体を、同時に焼結することで形成される。その際に、上記各層が、積層方向に対して上下対称に配置されていることから、第１〜第４圧電体層９２ａ〜９２ｄを形成する圧電体セラミックと、コモン電極９３ａ、９３ｂを形成する金属との熱膨張係数の違いによる反り変形の発生を抑制し、焼成後の寸法精度を向上すると共に、コモン電極９３ａ、９３ｂを形成する金属によって、圧電アクチュエータ９２の靭性を向上できるという利点がある。

しかし、上記の圧電アクチュエータ９２においては、４層の圧電体層９２ａ〜９２ｄのうちわずか１層の、第１圧電体層９２ａしか圧電素子として機能しかないため、撓み変形領域Ｂの撓み変形量が小さいという問題がある。また、上記の圧電アクチュエータ９２を用いて、ノズルからインク滴を吐出させるために、撓み変形領域Ｂを繰り返し撓み変形させると、圧電素子としての第１圧電体層９２ａの圧電特性が徐々に劣化して、撓み変形領域Ｂの撓み変形量がさらに小さくなるという問題もある。

本発明の目的は、撓み変形領域の撓み変形量が大きい上、撓み変形を繰り返しても撓み変形量の減少量が小さい圧電アクチュエータを用いた、常に安定した吐出特性を有する液体吐出装置と、当該液体吐出装置を駆動させる駆動方法とを提供することにある。

請求項１記載の発明は、
(A) 液体が充てんされる加圧室と、上記加圧室に連通し、上記加圧室に液体が充てんされることで、内部にメニスカスが形成されるノズルとを、複数個ずつ有する基板と、
(B) 振動板と、第１圧電変換層と、第２圧電変換層とをこの順に配設した平板状に形成されると共に、上記基板の、各上記加圧室に対応する位置に、個別に撓み変形する撓み変形領域を有し、上記第１圧電変換層に、電界の印加によって面方向に収縮する複数の第１収縮領域を設けると共に、上記第２圧電変換層の、上記第１収縮領域と面方向に重なる位置に、面方向の投影面積が上記第１収縮領域よりも小さく、上記第１収縮領域とは独立して電界の印加が可能であり、電界の印加によって面方向に収縮する複数の第２収縮領域をそれぞれ設けて、上記第１および第２収縮領域に対応する領域を、当該領域の収縮によって上記振動板側の表面が厚み方向に突出するように撓み変形される撓み変形領域とした圧電アクチュエータと、
を、上記圧電アクチュエータの上記振動板を、上記基板の複数の上記加圧室を覆うように積層してなり、上記圧電アクチュエータの任意の上記撓み変形領域を上記加圧室の内方へ撓み変形させることで、当該撓み変形領域に対応する上記加圧室の容積を変化させて、上記加圧室内の液体を、上記ノズルを通して液滴として吐出させることを特徴とする液体吐出装置である。

請求項２記載の発明は、上記圧電アクチュエータは、上記振動板と、第１電極層と、上記第１圧電変換層と、第２電極層と、上記第２圧電変換層と、第３電極層とを、この順に積層して形成されると共に、上記第３電極層の、面方向の投影面積を、上記第１および第２電極層より小さくすることで、上記第２収縮領域の、面方向の投影面積を、上記第１収縮領域より小さくした請求項１記載の液体吐出装置である。

請求項３記載の発明は、上記圧電アクチュエータは、上記振動板、上記第１圧電変換層、および上記第２圧電変換層のもとになる圧電体のグリーンシートと、上記第１および第２電極層のもとになる導電ペーストの層との積層体を、同時に焼結して形成される請求項２記載の液体吐出装置である。

請求項４記載の発明は、
(A) 液体が充てんされる加圧室と、上記加圧室に連通し、上記加圧室に液体が充てんされることで、内部にメニスカスが形成されるノズルとを、複数個ずつ有する基板と、
(B) 振動板と、第１圧電変換層と、第２圧電変換層とをこの順に配設した平板状に形成されると共に、上記基板の、各上記加圧室に対応する位置に、個別に撓み変形する撓み変形領域を有し、上記第１圧電変換層に、電界の印加によって面方向に収縮する複数の第１収縮領域を設けると共に、上記第２圧電変換層の、上記第１収縮領域と面方向に重なる位置に、面方向の投影面積が上記第１収縮領域よりも小さく、上記第１収縮領域とは独立して電界の印加が可能であり、電界の印加によって面方向に収縮する複数の第２収縮領域をそれぞれ設けて、上記第１および第２収縮領域に対応する領域を、当該領域の収縮によって上記振動板側の表面が厚み方向に突出するように撓み変形される撓み変形領域とした圧電アクチュエータと、
を、上記圧電アクチュエータの上記振動板を、上記基板の複数の上記加圧室を覆うように積層してなり、上記圧電アクチュエータの任意の上記撓み変形領域を上記加圧室の内方へ撓み変形させることで、当該撓み変形領域に対応する上記加圧室の容積を変化させて、上記加圧室内の液体を、上記ノズルを通して液滴として吐出させる液体吐出装置を駆動させる方法であって、待機時に、上記圧電アクチュエータの全ての上記撓み変形領域に対応する上記第１および第２収縮領域を、いずれも収縮させることで、上記圧電アクチュエータの、全ての上記撓み変形領域を上記加圧室の内方へ撓み変形させて、上記加圧室の容積を減少させた状態を維持しておき、液滴の吐出時に、上記第１収縮領域の収縮を維持した状態で、
(1) 液滴を吐出させる上記加圧室に対応した上記第２収縮領域の収縮を解除することで、当該撓み変形領域の撓み変形を解除して、当該加圧室の容積を増加させて、上記ノズル内のメニスカスを当該加圧室の側へ引き込んだ後、
(2) 再び、当該第２収縮領域を収縮させて、当該撓み変形領域を当該加圧室の内方へ撓み変形させることで、当該加圧室の容積を減少させて、液滴を吐出させることを特徴とする液体吐出装置の駆動方法である。

請求項５記載の発明は、
(A) 液体が充てんされる加圧室と、上記加圧室に連通し、上記加圧室に液体が充てんされることで、内部にメニスカスが形成されるノズルとを、複数個ずつ有する基板と、
(B) 振動板と、第１圧電変換層と、第２圧電変換層とをこの順に配設した平板状に形成されると共に、上記基板の、各上記加圧室に対応する位置に、個別に撓み変形する撓み変形領域を有し、上記第１圧電変換層に、電界の印加によって面方向に収縮する複数の第１収縮領域を設けると共に、上記第２圧電変換層の、上記第１収縮領域と面方向に重なる位置に、面方向の投影面積が上記第１収縮領域よりも小さく、上記第１収縮領域とは独立して電界の印加が可能であり、電界の印加によって面方向に収縮する複数の第２収縮領域をそれぞれ設けて、上記第１および第２収縮領域に対応する領域を、当該領域の収縮によって上記振動板側の表面が厚み方向に突出するように撓み変形される撓み変形領域とした圧電アクチュエータと、
を、上記圧電アクチュエータの上記振動板を、上記基板の複数の上記加圧室を覆うように積層してなり、上記圧電アクチュエータの任意の上記撓み変形領域を上記加圧室の内方へ撓み変形させることで、当該撓み変形領域に対応する上記加圧室の容積を変化させて、上記加圧室内の液体を、上記ノズルを通して液滴として吐出させる液体吐出装置を駆動させる方法であって、待機時には、上記圧電アクチュエータの全ての上記撓み変形領域に対応する上記第１収縮領域を、いずれも収縮させると共に、全ての上記撓み変形領域に対応する上記第２収縮領域を、いずれも収縮させないことで、全ての上記撓み変形領域の撓み変形を解除して、上記加圧室の容積を増加させた状態を維持しておき、液滴の吐出時に、上記第１収縮領域の収縮を維持した状態で、液滴を吐出させる上記加圧室に対応した上記第２収縮領域を収縮させて、当該撓み変形領域を当該加圧室の内方へ撓み変形させることで、当該加圧室の容積を減少させて、液滴を吐出させることを特徴とする液体吐出装置の駆動方法である。

請求項１記載の発明においては、振動板上に積層した第１および第２圧電変換層に、それぞれ、電界の印加によって面方向に収縮する第１および第２収縮領域を設けて、両圧電セラミック層を、ともに圧電素子として機能させているため、圧電アクチュエータの撓み変形量を、これまでよりも大きくすることができる。
また、上記第２収縮領域の、面方向の投影面積を、第１収縮領域よりも小さくしているため、撓み変形領域を繰り返し撓み変形させても、第１および第２圧電変換層の圧電特性が徐々に劣化して、撓み変形領域の撓み変形量が小さくなるのを防止することができる。発明者の検討によると、前記図４に示す従来の圧電アクチュエータ９２において、撓み変形領域Ｂの撓み変形を繰り返した際に、圧電素子としての第１圧電体層９２ａの圧電特性が徐々に劣化するのは、圧電アクチュエータ９２の、駆動電極９４ａの平面形状によって規定される撓み変形領域Ｂの撓み変形時に、当該撓み変形領域Ｂと、その外側の、撓み変形しない領域との境界部に引張応力が集中することが繰り返される結果、第１圧電体層９２ａに残留応力が蓄積されるためである。

これに対し、請求項１記載の発明においては、第２収縮領域の、面方向の投影面積を、第１収縮領域よりも小さくしていることから、両収縮領域を収縮させることで、圧電アクチュエータの撓み変形領域を撓み変形させると、
(a) 第１収縮領域の外側、すなわち撓み変形領域の外側であって、第１および第２収縮領域の収縮によって撓み変形しない領域と、
(b) 第２収縮領域の平面形状に対応する、第１および第２収縮領域が共に収縮して大きく撓み変形される領域と、
の間に、
(c) 第２収縮領域の外側で、かつ第１収縮領域内であって、第１収縮領域のみが収縮して、上記(b)の領域よりも撓み変形量が小さい領域、
が形成されるため、上記(a)の領域と(b)の領域との境界部に引張応力が集中するのを緩和することができる。そのため、撓み変形領域の撓み変形を繰り返した際に、圧電素子としての第１および第２圧電変換層に残留応力が蓄積されて、その圧電特性が徐々に劣化するのを防止することができる。

したがって、請求項１記載の発明によれば、撓み変形領域の撓み変形量が大きい上、撓み変形を繰り返しても撓み変形量の減少量が小さい圧電アクチュエータを用いた、常に安定した吐出特性を有する液体吐出装置を提供することが可能となる。
請求項２記載の発明によれば、第２収縮領域の、面方向の投影面積を、第２圧電変換層を挟み、当該第２圧電変換層に駆動（収縮）のための電界を印加するための第２および第３電極層のうち、第３電極層の、面方向の投影面積を、第１および第２電極層より小さくするという簡単な構成で、第１収縮領域より小さくすることができる。

また、請求項２記載の発明によれば、第２電極層を、第１電極層と共に第１圧電変換層に電界を印加して収縮させるための電極と、第３電極層と共に第２圧電変換層に電界を印加して収縮させるための電極をと兼ねさせているため、圧電アクチュエータの全体の層数を減らして、構造を簡略化することもできる。
請求項３記載の発明によれば、振動板、第１圧電変換層、および第２圧電変換層のもとになる圧電体のグリーンシートと、第１および第２電極層のもとになる導電ペーストの層との積層体を、同時に焼結するだけで、上記の各層を一度に形成すると共に、積層させ、一体化することができる。しかも、上記各層を、積層方向に対して上下対照に配置していることから、振動板、第１圧電変換層、および第２圧電変換層を形成する圧電体セラミックと、第１および第２電極層を形成する金属との熱膨張係数の違いによる反り変形の発生を抑制し、焼成後の寸法精度を向上すると共に、第１および第２電極層を形成する金属によって、圧電アクチュエータの靭性を向上させることもできる。

請求項４記載の発明によれば、いわゆる、引き打ち式の駆動方法によって、ノズルから液滴を吐出させることができる。また、請求項５記載の発明によれば、いわゆる押し打ち式の駆動方法によって、ノズルから液滴を吐出させることができる。また、上記両駆動方法によれば、圧電アクチュエータの駆動時に、第１収縮領域を、常時、面方向に収縮させた状態を維持しつつ、第２収縮領域の収縮とその解除とを任意の順序で行わせることで、撓み変形領域を撓み変形させ、また撓み変形を解除させていることから、前記(a)の領域と(b)の領域との境界部に引張応力が集中するのをより一層、良好に緩和して、第１および第２圧電変換層に残留応力が蓄積されて、その圧電特性が徐々に劣化するのを防止することができる。

以下に、本発明を、インクジェットプリンタやインクジェットプロッタ等の記録装置に組み込まれるインクジェットヘッドに適用した場合を例に挙げて説明する。
〈インクジェットヘッド〉
図１(a)は、この例のインクジェットヘッドの一部を拡大した断面図である。また、図１(b)は、上記例のインクジェットヘッドのうち、圧電アクチュエータ２の最表面に形成される、１つの第３電極層２７を拡大した平面図である。

図１(a)を参照して、この例のインクジェットヘッドは、図においてその上面側に、インクを充てんするための加圧室１１が、図では一つしか記載していないが、面方向に複数個、所定のドットピッチで配列された、平板状の基板１と、この基板１の上面に、加圧室１１を閉じるように積層された圧電アクチュエータ２と、圧電アクチュエータ２を撓み変形させるための駆動回路３と、駆動回路３を制御して圧電アクチュエータ２を撓み変形させるための制御手段４とを備えている。

このうち、各加圧室１１には、それぞれ、基板１の、圧電アクチュエータ２を積層した側と反対側である、図において下側の面１ａに達する、インク滴吐出のためのノズル１２が連通されている。また、図示していないが、各加圧室には、それぞれ、インクジェットプリンタのインク補給部からインクを供給するための共通供給路が、供給口を介して連通されている。

圧電アクチュエータ２は、基板１上に、この順に積層された、いずれも複数個の加圧室１１を覆う大きさを有する、振動板としての平板状の圧電セラミック層２１と、第１電極層２２と、第１圧電変換層としての、平板状の２層の圧電セラミック層２３、２４と、第２電極層２５と、第２圧電変換層としての、平板状の圧電セラミック層２６と、そして、それぞれの加圧室１１に対応して分離形成した複数個の第３電極層２７とを有する。

このうち、第１電極層２２は、基板１の一端面１ｂに対応する、圧電アクチュエータ２の一端面２ａまで達するように形成されていると共に、上記一端面２ａに形成された端面導電層２２ｂを介して、圧電アクチュエータ２の最表面である圧電セラミック層２６の表面に、第３電極層２７と接触しないように離間させて形成されたランド電極２２ａと電気的に接続されている。

また、第２電極層２５は、上記端面導電層２２ａと接触するのを防止するため、一端面２ａまで達しないように形成されていると共に、圧電セラミック層２６に形成したスルーホール２６ａ内に充てんした導電体２５ｂを介して、圧電アクチュエータ２の最表面である圧電セラミック層２６の表面に、ランド電極２２ａおよび第３電極層２７と接触しないように離間させて形成されたランド電極２５ａと電気的に接続されている。

さらに、第３電極層２７は、図１(b)に示すように、加圧室１１の開口１１ａの平面形状とほぼ相似形状で、かつ、その面方向の投影面積が開口１１ａより小さい平面形状に形成されていると共に、その外周縁の全周に亘って、開口１１ａの周縁部とほぼ一定の間隔をあけて配設された駆動電極２７ａと、この駆動電極２７ａの外周縁のうち、１つの角部から、開口１１ａに対応する領域の外側まで延設されたランド電極２７ｂとを備えている。

そして、図１(a)に示すように、上記各ランド電極２２ａ、２５ａ、２７ｂ上に、それぞれ予備はんだ層５１〜５３を形成した上に、図示しないフレキシブル基板の端子部等を接合することで、図中に実線で示すように、圧電アクチュエータ２と、駆動回路３とが電気的に接続される。
駆動回路３を動作させて、圧電アクチュエータ２を構成する前記各部のうち、第１電極層２２と、第２電極層２５との間に電位差を生じさせる、つまり、第１圧電変換層としての圧電セラミック層２３、２４の厚み方向に電界を印加すると、両電極層２２、２５が、上で説明したように、圧電セラミック層２３、２４と共に、複数個の加圧室１１を覆う大きさに形成されることから、圧電セラミック層２３、２４は、そのほぼ全面に亘って面方向に収縮しようとする。しかし、圧電セラミック層２３、２４は、第１電極層２２と、振動板２１とを介して基板１に固定されていることから、圧電セラミック層２３、２４が収縮する領域、すなわち、第１圧電変換層の第１収縮領域Ｃ１の平面形状は、実質的に、図１(b)に破線で示す、基板１に固定されていない加圧室１１の開口１１ａの平面形状とほぼ等しい平面形状に規定される。そして、圧電アクチュエータ２の撓み変形領域Ｂは、この第１収縮領域Ｃ１の平面形状と等しい平面形状に規定される。

一方、駆動回路３を動作させて、第２電極層２５と、第３電極層２７との間に電位差を生じさせることで、厚み方向に電界を印加した際に、第２圧電変換層としての圧電セラミック層２６が収縮する領域、つまり、第２圧電変換層の第２収縮領域Ｃ２は、図１(b)に示すように、上記第１収縮領域Ｃ１よりも面方向の投影面積が小さい、第３電極層２７のうち駆動電極２７ａの平面形状によって規定される。

そのため、第１および第２電極層２２、２５を介して、圧電セラミック層２３、２４に電界を印加して、両圧電セラミック層２３、２４上に規定される第１収縮領域Ｃ１を面方向に収縮させると共に、第２および第３電極層２５、２７を介して、圧電セラミック層２６に電界を印加して、圧電セラミック層２６上に規定される第２収縮領域Ｃ２を面方向に収縮させた場合には、撓み変形領域Ｂの撓み量を、従来に比べて大きくすることができる。

それと共に、
(a) 第１収縮領域Ｃ１の外側、すなわち撓み変形領域Ｂの外側であって、第１および第２収縮領域Ｃ１、Ｃ２の収縮によって撓み変形しない領域と、
(b) 第２収縮領域Ｃ２の平面形状に対応する、第１および第２収縮領域Ｃ１、Ｃ２が共に収縮して大きく撓み変形される領域と、
の間に、
(c) 第２収縮領域Ｃ２の外側で、かつ第１収縮領域Ｃ１内であって、第１収縮領域Ｃ１のみが収縮して、上記(b)の領域よりも撓み変形量が小さい領域、
を形成して、上記(a)の領域と(b)の領域との境界部に引張応力が集中するのを緩和することができる。したがって、撓み変形領域Ｂの撓み変形を繰り返した際に、第１および第２圧電変換層としての圧電セラミック層２３、２４、２６に残留応力が蓄積されて、その圧電特性が徐々に劣化するのを防止することが可能となる。

また、この例では、先に説明したように、第３電極層２７のうち駆動電極２７ａの、面方向の投影面積を、第１および第２電極層２２、２５より小さくするという簡単な構成で、第２収縮領域Ｃ２の、面方向の投影面積を、第１収縮領域Ｃ１より小さくできるという利点もある。
さらに、この例では、第２電極層２５を、第１電極層２２と共に、第１圧電変換層としての圧電セラミック層２３、２４に電界を印加して、第１収縮領域Ｃ１を面方向に収縮させるための電極と、第３電極層２７と共に、第２圧電変換層としての圧電セラミック層２６に電界を印加して、第２収縮領域Ｃ２を面方向に収縮させるための電極をと兼ねさせているため、圧電アクチュエータ２の全体の層数を減らして、構造を簡略化できるという利点もある。

上記のうち基板１は、金属製の板材や、セラミック製の板材等を用いて形成される。例えば金属製の基板１は、圧延法等によって所定の厚みに形成された板材をエッチング加工して、加圧室１１とノズル１２とを形成することによって作製される。かかる基板１を形成する金属材料としては、例えば、Ｆｅ−Ｃｒ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金、ＷＣ−ＴｉＣ計合金等が挙げられ、中でもインクに対する耐食性と、加工性とを考慮すると、Ｆｅ−Ｎｉ系合金が好ましい。

また、圧電アクチュエータ２のうち、圧電セラミック層２１、２３、２４、２６は、例えば、圧電体のグリーンシートを焼成したり、圧電材料の焼結体を薄板状に研磨したりして形成される。圧電セラミック層２１、２３、２４、２６を構成する圧電セラミックとしては、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）や、当該ＰＺＴにランタン、バリウム、ニオブ、亜鉛、ニッケル、マンガンなどの酸化物の１種または２種以上を添加したもの、例えばＰＬＺＴなどの、ＰＺＴ系の圧電材料を挙げることができる。また、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ）、ニッケルニオブ酸鉛（ＰＮＮ）、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、チタン酸鉛、チタン酸バリウムなどを主要成分とするものを挙げることもできる。圧電体のグリーンシートは、焼成によって上記いずれかの圧電材料となる化合物を含んでいる。

また、圧電セラミック層２１、２３、２４、２６と、第１および第２電極層２２、２５とは、圧電セラミック層２１、２３、２４、２６のもとになる圧電体のグリーンシートと、両電極層２２、２５のもとになる導電ペーストの層との積層体を、同時に焼結して形成されるのが好ましい。これにより、上記各層の積層体を製造する工程を簡略化することができる。また、上記各層を、積層方向に対して上下対照に配置して、圧電セラミック層２１、２３、２４、２６を形成する圧電体セラミックと、第１および第２電極層２２、２５を形成する金属との熱膨張係数の違いによる反り変形の発生を抑制すると共に、焼成後の寸法精度を向上し、さらには、第１および第２電極層２２、２５を形成する金属によって、圧電アクチュエータ２の靭性を向上させることができる。

両電極層２２、２５を形成する金属としては、例えば、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｎｉ等の金属単体、もしくはこれらの金属を含む合金が挙げられ、特にＡｇ−Ｐｄ系合金が好ましい。両電極層２２、２５は、上で説明したように、上記金属や合金の粉末を含む導電性のペーストを、圧電セラミック層２１、２３、２４、２６のもとになる圧電体のグリーンシートと同時に焼結して形成されるのが好ましく、その厚みは、十分な導電性を確保しつつ、圧電アクチュエータ２の変形を妨げない範囲として０．５〜８μｍであるのが好ましく、１〜３μｍであるのがさらに好ましい。

また、第３電極層２７を形成する金属としては、上記と同様の金属または合金が挙げられ、特に電気抵抗および耐食性等を考慮するとＡｕが好ましい。第３電極層２７の厚みは、０．５〜５μｍであるのが好ましく、０．５〜２μｍであるのがさらに好ましい。第３電極層２７は、例えば、上記Ａｕ等の導電性に優れた金属の粉末を含む導電性のペーストを、圧電セラミック層２６の表面に、スクリーン印刷法などの印刷法によって所定の形状に印刷して形成したり、上記金属からなる薄板を、圧電セラミック層２６の表面に、例えば接着剤を用いて接着して一体化したのち、フォトリソグラフ法を利用したエッチングなどによって所定の形状に形成したり、あるいは圧電セラミック層２６の表面に、フォトリソグラフ法などを利用して、所定の形状の開口部を有するめっきレジスト層を形成し、上記金属を湿式または乾式めっきしたのち、レジスト層を除去して所定の形状に形成したりすることができる。

ランド電極２２ａ、２５ａや、端面導電層２２ｂについても、第３電極層２７と同様にして形成することができる。また、スルーホール２６ａ内に充てんした導電体２５ｂは、あらかじめグリーンシートの段階で形成したスルーホール２６ａに、両電極層２２、２５を形成するのと同様の導電性のペーストを充てんして、グリーンシートと同時に焼結して形成したり、グリーンシートの段階で形成したスルーホール２６ａ内に、焼成後に、第３電極層２７の形成と同様の方法で形成したりすることができる。

圧電アクチュエータ２の総厚みは、駆動回路３から駆動電圧が印加された際に良好に変形させることを考慮すると、１００μｍ以下、好ましくは８０μｍ以下、より好ましくは６５μｍ以下、特に５０μｍ以下であるのが良い。また、十分な機械的強度を付与し、取り扱い時および駆動時に破損するの防止することを考慮すると、２０μｍ以上であるのが良い。

基板１と圧電アクチュエータ２とは、例えば接着剤の層（図示せず）を介して接着して一体化することができる。接着剤としては、従来公知の種々の接着剤が挙げられるが、インクジェットヘッドの耐熱性や、インクに対する耐性を向上することを考慮すると、熱硬化温度が１００〜２５０℃であるエポキシ樹脂系、フェノール樹脂系、ポリフェニレンエーテル樹脂系等の、熱硬化性の接着剤を使用するのが好ましい。これら接着剤の層を介して、基板１と圧電アクチュエータ２とを積層して、接着剤の熱硬化温度まで加熱することによって、インクジェットヘッドが製造される。

図２(a)(b)は、上記圧電アクチュエータ２を駆動するための駆動回路３のうち、電源の切替部を簡略化して示す回路図である。両図を参照して、駆動回路３は、電源Ｖ_Pを第２電極層２５に常時、接続すると共に、スイッチング素子ＳＷを介して、第３電極層２７に接続し、かつ、接地ＧＮＤを第１電極層２２に常時、接続すると共に、スイッチング素子ＳＷを介して、第３電極層２７に接続して構成されている。図の切替部は、複数の第３電極層２７ごとに設けられている。また、駆動回路３は制御手段４に接続されている。

制御手段４は、記録時には、例えば、ホストコンピュータから送信された文字や画像等の記録情報をもとに、駆動回路３の、全ての第３電極層２７に対応する切替部を動作させて、電源Ｖ_Pと接地ＧＮＤとの間に所定の電位差を生じさせることで、第１および第２電極層２２、２５を介して、圧電セラミック層２３、２４に電界を印加して、第１収縮領域Ｃ１を面方向に収縮させた状態を維持しながら、任意の第３電極層２７に対応した切替部のスイッチング素子ＳＷを所定のタイミングで切り替えさせる。

そうすると、スイッチング素子ＳＷが切り替えられた第３電極層２７に対応した撓み変形領域Ｂを、
(i) 図２(a)に示すように、第３電極層２７が接地ＧＮＤに接続されて、当該第３電極層２７と、電源Ｖ_Pに繋がれた第２電極層２５との間に電位差が生じ、それによって、圧電セラミック層２６に電界が印加されて第２収縮領域Ｃ２が収縮されることで、加圧室１１の内方へ突出するように撓み変形した状態と、
(ii) 図２(b)に示すように、第３電極層２７が電源Ｖ_Pに接続されて、当該第３電極層２７と、第２電極層２５とが同電位とされ、それによって、圧電セラミック層２６への電界の印加が解除されて第２収縮領域Ｃ２の収縮が解除されることで、撓み変形が解除された状態、
の２状態間で変形させることによって、その撓み変形領域Ｂに対応した加圧室１１の容積を増減させて、ノズル１２から、インク滴を吐出させて記録を行うことができる。

詳しくは、ノズル１２内にインクの液面のメニスカスが形成された状態で、圧電アクチュエータ２の撓み変形領域Ｂを、上記２状態間で変形させて、加圧室１１の容積を所定のタイミングで増減させる。そうすると、供給口、加圧室１１、およびノズル１２内のインクが振動を起こし、それに伴ってメニスカスが振動する。そして、振動の速度が結果的にノズル１２の外方へ向かうことによって、メニスカスが外部へと柱状に押し出される。この押し出されたインクは、その形状からインク柱と呼ばれる。

振動の速度は、やがてノズル１２の内方向へ向かうが、インク柱はそのまま外方向に運動を続けるため、メニスカスから切り離される。そして、切り離されたインク柱は１〜２滴程度のインク滴にまとまり、それが記録紙等の方向に飛翔して、当該記録紙等の表面にドットを形成する。そして、このドットの集合によって、記録紙等の表面に、文字や画像等が記録される。

なお、駆動回路３の切替部は、図３(a)(b)に示すように、電源Ｖ_Pを第１電極層２２に常時、接続すると共に、スイッチング素子ＳＷを介して、第３電極層２７に接続し、かつ、接地ＧＮＤを第２電極層２５に常時、接続すると共に、スイッチング素子ＳＷを介して、第３電極層２７に接続した構成としてもよい。
制御手段４は、記録時には、例えば、ホストコンピュータから送信された文字や画像等の記録情報をもとに、駆動回路３の、全ての第３電極層２７に対応する切替部を動作させて、電源Ｖ_Pと接地ＧＮＤとの間に所定の電位差を生じさせることで、第１および第２電極層２２、２５を介して、圧電セラミック層２３、２４に電界を印加して、第１収縮領域Ｃ１を面方向に収縮させた状態を維持しながら、任意の第３電極層２７に対応した切替部のスイッチング素子ＳＷを所定のタイミングで切り替えさせる。

そうすると、スイッチング素子ＳＷが切り替えられた第３電極層２７に対応した撓み変形領域Ｂを、
(i) 図３(a)に示すように、第３電極層２７が電源Ｖ_Pに接続されて、当該第３電極層２７と、接地ＧＮＤに繋がれた第２電極層２５との間に電位差が生じ、それによって、圧電セラミック層２６に電界が印加されて第２収縮領域Ｃ２が収縮されることで、加圧室１１の内方へ突出するように撓み変形した状態と、
(ii) 図３(b)に示すように、第３電極層２７が接地ＧＮＤに接続されて、当該第３電極層２７と、第２電極層２５とが同電位とされ、それによって、圧電セラミック層２６への電界の印加が解除されて第２収縮領域Ｃ２の収縮が解除されることで、撓み変形が解除された状態、
の２状態間で変形させることによって、その撓み変形領域Ｂに対応した加圧室１１の容積を増減させて、ノズル１２から、インク滴を吐出させて記録を行うことができる。

〈インクジェットヘッドの駆動方法〉
圧電アクチュエータ２の撓み変形領域Ｂを撓み変形させてインク滴を吐出させる駆動方法としては、いわゆる引き打ち式の駆動方法と、押し打ち式の駆動方法とがある。
このうち、引き打ち式の駆動方法においては、待機時に、駆動回路３の全ての切替部のスイッチング素子ＳＷを図２(a)または図３(a)の状態として、第１収縮領域Ｃ１と第２収縮領域Ｃ２とを共に収縮させて、圧電アクチュエータ２上の全ての撓み変形領域Ｂを加圧室１１の内方へ突出するように撓み変形させた状態を維持することで、全ての加圧室１１の容積を減少させた状態を維持しておく。

記録を行うに際して、ノズル１２からインク滴を吐出させる加圧室１１においては、
(1) その加圧室１１に対応する切替部のスイッチング素子ＳＷを、図２(b)または図３(b)の状態に切り替えて、第１収縮領域Ｃ１の収縮を維持しつつ、第２収縮領域Ｃ２の収縮を解除することで、撓み変形領域Ｂの撓み変形を解除し、それによって加圧室１１の容積を増加させて、ノズル１２内のメニスカスを加圧室１１の側へ引き込んだ後、
(2) 再び、スイッチング素子ＳＷを図２(a)または図３(a)の状態に切り替えて、第２収縮領域Ｃ２を収縮させて、撓み変形領域Ｂを加圧室１１の内方へ撓み変形させることで、加圧室１１の容積を減少させることで、
ノズル１２内のメニスカスを振動させて、前記のメカニズムによってインク滴を発生させると共に、ノズル１２から吐出させる。また、この間、インク滴を吐出させない加圧室１１においては、スイッチング素子ＳＷを、図２(a)または図３(a)の状態で維持して、第１および第２収縮領域Ｃ１、Ｃ２の収縮による、撓み変形領域Ｂの撓み変形を維持し続ける。そうすると、上記(1)(2)の操作を行った加圧室１１に対応するノズル１２のみから選択的にインク滴を吐出させて、記録を行うことができる。

一方、押し打ち式の駆動方法においては、待機時には、駆動回路３の全ての切替部のスイッチング素子ＳＷを図２(b)または図３(b)の状態として、第１収縮領域Ｃ１を、常時、面方向に収縮させると共に、第２収縮領域Ｃ２の収縮を解除して、撓み変形領域Ｂの撓み変形を解除した状態を維持することで、加圧室１１の容積を平常の状態に維持しておく。
記録を行うに際して、ノズル１２からインク滴を吐出させる加圧室１１においては、その加圧室１１に対応する切替部のスイッチング素子ＳＷを、図２(a)または図３(a)の状態に切り替えて、第１収縮領域Ｃ１の収縮を維持しつつ、さらに第２収縮領域Ｃ２を収縮させることで、撓み変形領域Ｂを加圧室１１の内方へ撓み変形させ、それによって、加圧室１１の容積を減少させてインク滴を発生させる。

また、この間、インク滴を吐出させない加圧室１１においては、スイッチング素子ＳＷを、図２(b)または図３(b)の状態で維持して、第１収縮領域Ｃ１を収縮させながら、第２収縮領域Ｃ２の収縮を解除して、撓み変形領域Ｂの撓み変形を解除した状態を維持し続ける。そうすると、上の操作を行った加圧室１１に対応するノズル１２のみから選択的にインク滴を吐出させて、記録を行うことができる。ドットの形成後は、任意の時点で、全ての加圧室１１に対応する切替部のスイッチング素子ＳＷを図２(b)または図３(b)の状態に切り替えて、第１収縮領域Ｃ１を収縮させると共に、第２収縮領域Ｃ２の収縮を解除した状態とすることにより、待機状態に復帰させることができる。

上記引き打ち式、および押し打ち式の駆動方法によれば、このいずれの場合にも、第１収縮領域Ｃ１を、常時、面方向に収縮させた状態を維持しつつ、第２収縮領域Ｃ２の収縮とその解除とを行わせることで、撓み変形領域Ｂを撓み変形させ、また撓み変形を解除させていることから、前記(a)の領域と(b)の領域との境界部に引張応力が集中するのをより一層、良好に緩和して、第１および第２圧電変換層として機能する圧電セラミック層２３、２４、２６に残留応力が蓄積されて、その圧電特性が徐々に劣化するのを防止することができる。

実施例１：
（圧電アクチュエータの作製）
粒径０．５〜３．０μｍのチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電セラミック粉体に対して、アクリル系樹脂エマルションと、純水とを配合し、平均粒径１０ｍｍのナイロンボールと共に、ボールミルを用いて３０時間、混合してスラリーを調製した。

次に、このスラリーを用いて、引き上げ法によって、厚み３０μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム上に、圧電セラミック層２１、２２、２４、２６のもとになる、厚み３５〜３７μｍのグリーンシートを形成した。
次に、このグリーンシートを、ＰＥＴフィルムと共に、縦５０ｍｍ×横５０ｍｍの正方形に裁断したものを４枚、用意し、そのうち、圧電セラミック層２１、２４のもとになる２枚のグリーンシートの、露出した表面のほぼ全面に、第１および第２電極層２２、２５のもとになる金属ペーストを、スクリーン印刷法によって印刷した後、４枚のグリーンシートを、防爆型の乾燥機を用いて、５０℃で２０分間、乾燥させた。なお、金属ペーストとしては、共に平均粒径が２〜４μｍである銀粉末とパラジウム粉末とを、重量比で７：３の割合で配合したものを用いた。また、圧電セラミック層２６のもとになる１枚のグリーンシートには、第２電極層２５への配線のためのスルーホール２６ａを形成した。

次に、乾燥させた４枚のグリーンシートのうち中間の２枚からＰＥＴフィルムを剥離して、４枚のグリーンシートを、図１(a)の順に位置合わせしながら重ね合わせた後、その厚み方向に５ＭＰａの圧力をかけながら、６０℃で６０秒間、保持して熱圧着させ、次いで、両端のグリーンシートからＰＥＴフィルムを剥離すると共に、スルーホールに、上記と同じ金属ペーストを充てんして積層体を作製した。

次に、この積層体を、乾燥機中で、１００℃から昇温を開始して、毎時８℃の昇温速度で、２５時間かけて３００℃まで昇温させて脱脂した後、室温まで冷却した。そして、さらに焼成炉中で、ピーク温度１１００℃で２時間、焼成して、圧電セラミック層２１、第１電極層２２、圧電セラミック層２３、圧電セラミック層２４、第２電極層２５および圧電セラミック層２６の積層体を得た。各圧電セラミック層２１、２３、２４、２６の厚みは、いずれも２０μｍであった。

次に、上記積層体のうち、圧電セラミック層２６の、露出した表面に、スクリーン印刷法によって、前記と同じ金属ペーストを用いて、複数個の第３電極層２７と、２つのランド電極２２ａ、２５ａに対応するパターンを印刷し、ピーク温度８５０℃で３０分間かけて連続炉中を通過させることで、金属ペーストを焼き付けて、複数個の第３電極層２７と、２つのランド電極２２ａ、２５ａとを形成した後、積層体を、ダイシングソーを用いて周辺をカットして、外形を、縦３３ｍｍ×横１２ｍｍの長方形に揃えた。第３電極層２７のパターンは、２５４μｍピッチで１列あたり９０個の第３電極層２７を、上記長方形の長さ方向に沿って２列、配列した。

しかる後、積層体の、ランド電極２２ａを形成した側の一端面２ａに、スパッタリング法によって、Ｐｄ、ＣｕおよびＡｕの各スパッタリング層を順に成膜して総厚み１μｍの端面導電層２２ｂを形成して圧電アクチュエータ２を作製した。
（圧電インクジェットヘッドの製造）
厚み１００μｍのステンレス箔を、金型プレスを用いて打ち抜き加工して、長さ２ｍｍ×幅０．１８ｍｍの加圧室１１が、前記個別電極層２５の形成ピッチに合わせて、９０個ずつ２列に配列された第１基板を作製した。また、厚み１００μｍのステンレス箔を、同じく金型プレスを用いて打ち抜き加工して、インクジェットプリンタのインク補給部から、各加圧室にインクを供給するための共通供給路と、加圧室１１とノズル１２とを繋ぐ流路とが、加圧室１１の配列に対応させて配列された第２基板を作製した。さらに、厚み４０μｍのステンレス箔をエッチング加工して、ノズル１２が、加圧室１１の配列に対応させて配列された第３基板を作製した。

そして、上記第１〜第３基板を、接着剤を用いて貼り合わせて基板１を作製し、この基板１と、先に作成した圧電アクチュエータ２とを、接着剤を用いて貼り合わせた後、圧電アクチュエータ２の表面側において、各第３電極層２７のランド電極２７ｂと、ランド電極２２ａ、２５ａの表面に、それぞれ予備はんだ層５１〜５３を形成した上に、駆動回路３に接続したフレキシブル基板の端子部を接合して、圧電インクジェットヘッドを製造した。
（圧電インクジェットヘッドの駆動試験Ｉ）
駆動電源３の切替部として、図２(a)(b)の構成のものを使用して、上記圧電インクジェットヘッドの圧電アクチュエータ２のうち、第１電極層２２を接地すると共に、第２電極層２５に、駆動電源３から、常時、Ｖ_P＝２０Ｖの電圧をかけて、圧電セラミック層２３、２４の第１収縮領域Ｃ１を面方向に収縮させた状態を維持しながら、先に説明した引き打ち式または押し打ち式の駆動方法の手順で、スイッチング素子ＳＷを切り替えることで、第３電極層２７を、第１電極層２２と同じ接地状態と、第２電極層２５と同じＶ_P＝２０Ｖの状態との間で切り替えて、圧電セラミック層２６の第２収縮領域Ｃ２を面方向に繰り返し収縮させることで、圧電アクチュエータ２の撓み変形領域Ｂを繰り返し駆動させた。駆動周波数（上記駆動を繰り返す間隔）は１３ｋＨｚに設定した。

そして、撓み変形領域Ｂを撓み変形させた状態での、厚み方向の変形量を、レーザードップラー振動計を用いて測定して、駆動を繰り返した際に、撓み変形領域Ｂの、厚み方向の変形量がどの程度、変化するかを、撓み変形の回数が１００億回になるまで追跡した。
（圧電インクジェットヘッドの駆動試験II）
駆動電源３の切替部として、図３(a)(b)の構成のものを使用して、上記圧電インクジェットヘッドの圧電アクチュエータ２のうち、第２電極層２５を接地すると共に、第１電極層２２に、駆動電源３から、常時、Ｖ_P＝２０Ｖの電圧をかけて、圧電セラミック層２３、２４の第１収縮領域Ｃ１を面方向に収縮させた状態を維持しながら、引き打ち式または押し打ち式の駆動方法の手順で、スイッチング素子ＳＷを切り替えることで、第３電極層２７を、第１電極層２２と同じＶ_P＝２０Ｖの状態と、第２電極層２５と同じ接地状態との間で切り替えて、圧電セラミック層２６の第２収縮領域Ｃ２を面方向に繰り返し収縮させることで、圧電アクチュエータ２の撓み変形領域Ｂを繰り返し駆動させた。駆動周波数は１３ｋＨｚに設定した。

そして、撓み変形領域Ｂを撓み変形させた状態での、厚み方向の変形量を、レーザードップラー振動計を用いて測定して、駆動を繰り返した際に、撓み変形領域Ｂの、厚み方向の変形量がどの程度、変化するかを、撓み変形の回数が１００億回になるまで追跡した。
（圧電インクジェットヘッドの駆動試験III）
特許文献１に記載された従来構造の圧電インクジェットヘッドを再現するために、第１電極層２２と第２電極層２５とを共に接地して、圧電セラミック層２３、２４の第１収縮領域Ｃ１の収縮を解除した状態を維持しながら、引き打ち式または押し打ち式の駆動方法の手順で、第３電極層２７を、Ｖ_P＝２０Ｖの状態と、第１および第２電極層２２、２５と同じ接地状態との間で切り替えて、圧電セラミック層２６の第２収縮領域Ｃ２を面方向に繰り返し収縮させることで、圧電アクチュエータ２の撓み変形領域Ｂを繰り返し駆動させた。駆動周波数は１３ｋＨｚに設定した。

そして、撓み変形領域Ｂを撓み変形させた状態での、厚み方向の変形量を、レーザードップラー振動計を用いて測定して、駆動を繰り返した際に、撓み変形領域Ｂの、厚み方向の変形量がどの程度、変化するかを、撓み変形の回数が１００億回になるまで追跡した。
結果を表１に示す。なお、表中の平均変位は、圧電アクチュエータ２の、９０個の個別電極層２５に対応する領域について、変位量を測定した結果の平均値であり、初期値比は、各駆動回数ごとの平均変位値が、初期の平均変位値からどの程度低下したかを百分率で表した値である。

表より、本発明の構成によれば、１００億回の撓み変形によっても、平均変位値の、初期値からの低下を、５％以内に抑えられることが判った。

同図(a)は、本発明の圧電アクチュエータの一例を装備した液体吐出装置としての、インクジェットヘッドの一部を拡大した断面図、同図(b)は、上記例のインクジェットヘッドのうち、圧電アクチュエータの最表面に形成される、１つの第３電極層を拡大した平面図である。同図(a)(b)はそれぞれ、圧電アクチュエータの駆動電源に含まれる切替部の構成を示す回路図である。同図(a)(b)はそれぞれ、圧電アクチュエータの駆動電源に含まれる切替部の、変形例の構成を示す回路図である。従来の圧電アクチュエータの一例を示す断面図である。

符号の説明

１１加圧室
１２ノズル
２圧電アクチュエータ
２１圧電セラミック層（振動板）
２２第１電極層
２３、２４圧電セラミック層（第１圧電変換層）
２５第２電極層
２６圧電セラミック層（第２圧電変換層）
２７第３電極層
３駆動電源
４制御手段
Ｃ１第１収縮領域
Ｃ２第２収縮領域
Ｂ撓み変形領域

Claims

(A) 液体が充てんされる加圧室と、上記加圧室に連通し、上記加圧室に液体が充てんされることで、内部にメニスカスが形成されるノズルとを、複数個ずつ有する基板と、
(B) 振動板と、第１圧電変換層と、第２圧電変換層とをこの順に配設した平板状に形成されると共に、上記基板の、各上記加圧室に対応する位置に、個別に撓み変形する撓み変形領域を有し、上記第１圧電変換層に、電界の印加によって面方向に収縮する複数の第１収縮領域を設けると共に、上記第２圧電変換層の、上記第１収縮領域と面方向に重なる位置に、面方向の投影面積が上記第１収縮領域よりも小さく、上記第１収縮領域とは独立して電界の印加が可能であり、電界の印加によって面方向に収縮する複数の第２収縮領域をそれぞれ設けて、上記第１および第２収縮領域に対応する領域を、当該領域の収縮によって上記振動板側の表面が厚み方向に突出するように撓み変形される撓み変形領域とした圧電アクチュエータと、
を、上記圧電アクチュエータの上記振動板を、上記基板の複数の上記加圧室を覆うように積層してなり、上記圧電アクチュエータの任意の上記撓み変形領域を上記加圧室の内方へ撓み変形させることで、当該撓み変形領域に対応する上記加圧室の容積を変化させて、上記加圧室内の液体を、上記ノズルを通して液滴として吐出させることを特徴とする液体吐出装置。
上記圧電アクチュエータは、上記振動板と、第１電極層と、上記第１圧電変換層と、第２電極層と、上記第２圧電変換層と、第３電極層とを、この順に積層して形成されると共に、上記第３電極層の、面方向の投影面積を、上記第１および第２電極層より小さくすることで、上記第２収縮領域の、面方向の投影面積を、上記第１収縮領域より小さくした請求項１記載の液体吐出装置。
上記圧電アクチュエータは、上記振動板、上記第１圧電変換層、および上記第２圧電変換層のもとになる圧電体のグリーンシートと、上記第１および第２電極層のもとになる導電ペーストの層との積層体を、同時に焼結して形成される請求項２記載の液体吐出装置。
(A) 液体が充てんされる加圧室と、上記加圧室に連通し、上記加圧室に液体が充てんされることで、内部にメニスカスが形成されるノズルとを、複数個ずつ有する基板と、
(B) 振動板と、第１圧電変換層と、第２圧電変換層とをこの順に配設した平板状に形成されると共に、上記基板の、各上記加圧室に対応する位置に、個別に撓み変形する撓み変形領域を有し、上記第１圧電変換層に、電界の印加によって面方向に収縮する複数の第１収縮領域を設けると共に、上記第２圧電変換層の、上記第１収縮領域と面方向に重なる位置に、面方向の投影面積が上記第１収縮領域よりも小さく、上記第１収縮領域とは独立して電界の印加が可能であり、電界の印加によって面方向に収縮する複数の第２収縮領域をそれぞれ設けて、上記第１および第２収縮領域に対応する領域を、当該領域の収縮によって上記振動板側の表面が厚み方向に突出するように撓み変形される撓み変形領域とした圧電アクチュエータと、
を、上記圧電アクチュエータの上記振動板を、上記基板の複数の上記加圧室を覆うように積層してなり、上記圧電アクチュエータの任意の上記撓み変形領域を上記加圧室の内方へ撓み変形させることで、当該撓み変形領域に対応する上記加圧室の容積を変化させて、上記加圧室内の液体を、上記ノズルを通して液滴として吐出させる液体吐出装置を駆動させる方法であって、待機時に、上記圧電アクチュエータの全ての上記撓み変形領域に対応する上記第１および第２収縮領域を、いずれも収縮させることで、上記圧電アクチュエータの、全ての上記撓み変形領域を上記加圧室の内方へ撓み変形させて、上記加圧室の容積を減少させた状態を維持しておき、液滴の吐出時に、上記第１収縮領域の収縮を維持した状態で、
(1) 液滴を吐出させる上記加圧室に対応した上記第２収縮領域の収縮を解除することで、当該撓み変形領域の撓み変形を解除して、当該加圧室の容積を増加させて、上記ノズル内のメニスカスを当該加圧室の側へ引き込んだ後、
(2) 再び、当該第２収縮領域を収縮させて、当該撓み変形領域を当該加圧室の内方へ撓み変形させることで、当該加圧室の容積を減少させて、液滴を吐出させることを特徴とする液体吐出装置の駆動方法。
(A) 液体が充てんされる加圧室と、上記加圧室に連通し、上記加圧室に液体が充てんされることで、内部にメニスカスが形成されるノズルとを、複数個ずつ有する基板と、
(B) 振動板と、第１圧電変換層と、第２圧電変換層とをこの順に配設した平板状に形成されると共に、上記基板の、各上記加圧室に対応する位置に、個別に撓み変形する撓み変形領域を有し、上記第１圧電変換層に、電界の印加によって面方向に収縮する複数の第１収縮領域を設けると共に、上記第２圧電変換層の、上記第１収縮領域と面方向に重なる位置に、面方向の投影面積が上記第１収縮領域よりも小さく、上記第１収縮領域とは独立して電界の印加が可能であり、電界の印加によって面方向に収縮する複数の第２収縮領域をそれぞれ設けて、上記第１および第２収縮領域に対応する領域を、当該領域の収縮によって上記振動板側の表面が厚み方向に突出するように撓み変形される撓み変形領域とした圧電アクチュエータと、
を、上記圧電アクチュエータの上記振動板を、上記基板の複数の上記加圧室を覆うように積層してなり、上記圧電アクチュエータの任意の上記撓み変形領域を上記加圧室の内方へ撓み変形させることで、当該撓み変形領域に対応する上記加圧室の容積を変化させて、上記加圧室内の液体を、上記ノズルを通して液滴として吐出させる液体吐出装置を駆動させる方法であって、待機時には、上記圧電アクチュエータの全ての上記撓み変形領域に対応する上記第１収縮領域を、いずれも収縮させると共に、全ての上記撓み変形領域に対応する上記第２収縮領域を、いずれも収縮させないことで、全ての上記撓み変形領域の撓み変形を解除して、上記加圧室の容積を増加させた状態を維持しておき、液滴の吐出時に、上記第１収縮領域の収縮を維持した状態で、液滴を吐出させる上記加圧室に対応した上記第２収縮領域を収縮させて、当該撓み変形領域を当該加圧室の内方へ撓み変形させることで、当該加圧室の容積を減少させて、液滴を吐出させることを特徴とする液体吐出装置の駆動方法。