JP4682603B2 - 液体移送装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体を移送する液体移送装置に関する。

被記録媒体にインクを吐出するインクジェットヘッドなどの液体移送装置は、一般的に、液体に対して移送エネルギーを付与するアクチュエータを有する。例えば、特許文献１には、主にインクジェットヘッドに用いられる圧電アクチュエータが記載されている。この特許文献１に記載の圧電アクチュエータは、積層状の複数枚の圧電シート（圧電材料グリーンシート）を有し、これら複数枚の圧電シートの間には、共通電極と信号印加電極とが交互に配置されている。さらに、複数枚の圧電シートは溝により分割されており、複数枚の圧電シートの間に交互に配置された共通電極及び信号印加電極を内部に含む複数の駆動柱（圧電素子）と、これら複数枚の駆動柱の間に、駆動柱を取り囲むように配置された複数枚の支持柱とが形成されている。複数の駆動柱は、インクジェットヘッドの複数の圧力室を覆う振動板の表面に、複数の圧力室に夫々対応して配置される。

そして、ある駆動柱の信号印加電極に駆動信号が印加されたときには、駆動柱内の信号印加電極と共通電極との間に挟まれた圧電シートの部分がその厚み方向に伸長し、その圧電シートの変形に起因して振動板が振動することから、圧力室内のインクに圧力が付与されてノズルからインクが吐出される。ここで、駆動柱を取り囲むように複数の支持柱が配置されており、１つの駆動柱が変形したときに生じる反力が支持柱により受け止められるため、支持柱がない場合に比べて、駆動信号が印加されて変形した駆動柱以外の他の駆動柱が変形してしまう現象（いわゆる、クロストーク）が抑制されることになる。

特開平１１−２２７１８９号公報（図７、図１１）

複数の駆動柱の間に配置された複数の支持柱だけで、駆動柱の変形に伴って生じる反力を確実に受け止めてクロストークを抑制するには、前述の特許文献１に記載されているように、複数のノズルに１対１で対応する複数の駆動柱を夫々取り囲むように複数の支持柱が設けられていることが好ましい。ところが、近年、記録画像の高品質化及び印字速度の高速化の要求に応えるために、１つのインクジェットヘッドに設けられるノズルの数は増加する傾向にある。このような場合に、多数のノズルに１対１で対応する多数の駆動柱を取り囲むように支持柱が設けられていると、多数の駆動柱を高密度に配置することができなくなり、ヘッドが大型化してしまう。

本発明の目的は、複数の圧力室内の液体に圧力を付与する複数の圧電素子を高密度に配置することが可能で、且つ、圧電素子の変形時に生じるクロストークを確実に抑制できる液体移送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の発明の液体移送装置は、平面に沿って配置された複数の圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、前記複数の圧力室の容積を選択的に変化させる圧電アクチュエータとを備えた液体移送装置であって、前記圧電アクチュエータは、前記複数の圧力室を覆う振動板と、この振動板の前記圧力室と反対側の面の、前記平面に直交する方向から見て、前記複数の圧力室と重なる領域に夫々配置された複数の圧電素子と、これら複数の圧電素子の各々において、互いに対向するように設けられた第１電極及び第２電極を有し、前記複数の圧電素子の前記振動板と反対側の部分に連結された天井部と、この天井部と連結され、且つ、前記流路ユニットの、前記平面に直交する方向から見て前記複数の圧力室が配置された領域よりも外側の領域に、少なくとも前記複数の圧力室が配置された領域を挟むように配置された第１支持部と、同じく前記天井部と連結され、且つ、前記振動板の前記圧力室と反対側の面の、前記平面に直交する方向から見て前記複数の圧力室を隔てる隔壁部と重なる領域に配置された第２支持部とを備え、前記複数の圧力室は、前記平面に平行な所定の一方向に沿って複数列に配列されるとともに、前記第２支持部は複数列の圧力室列の間に配置され、さらに、前記第２支持部は、この第２支持部に近接する４つの前記圧力室の重心を頂点とする四角形の重心を含む領域に配置されていることを特徴とするものである。

この液体移送装置において、ある圧電素子の第１電極と第２電極の何れかに駆動電圧が印加されると、２つの電極に挟まれた圧電素子の部分にはその厚み方向に平行な電界が生じる。このとき、圧電素子は分極方向である厚み方向に伸び、その圧電素子の変形に起因して振動板も変形するため、圧力室内の液体に圧力が付与される。ここで、複数の圧電素子は、複数の圧力室を挟むようにして配置された第１支持部、及び、複数の圧電素子の間に配置された第２支持部と、天井部を介して連結されている。そのため、ある圧電素子が変形したときに振動板に生じる反力は、複数の圧電素子と連結された第１支持部及び第２支持部により確実に受け止められるため、隣接する圧電素子が反対側に変形しにくくなり、クロストークを効果的に低減することができる。また、複数の圧電素子が、第１支持部と第２支持部の両方により支持されるため、第２支持部を、圧電素子を取り囲むように多数配置する必要はなく、必要な領域にのみ第２支持部を配置することにより、複数の圧電素子を高密度に配置して液体移送装置を小型化しつつ、クロストークを確実に抑制することが可能になる。
また、圧力室の配列方向に関しては第２支持部を配置しないことにより圧力室の間隔を狭めてその高密度な配列を実現しつつ、第１支持部、及び、圧力室列の間に配置された第２支持部によりクロストークを確実に低減することができる。
さらに、４つの圧力室の重心を頂点とする四角形の重心を含む領域に配置された第２支持部により、４つの圧力室に夫々対向する４つの圧電素子が変形したときに生じる反力を受け止めてクロストークを効果的に低減できる。また、最低限の必要な領域にのみ第２支持部を配置することで、複数の圧電素子の高密度な配置を実現しつつ、クロストークを確実に抑制することが可能になる。

第２の発明の液体移送装置は、前記第１の発明において、前記第１支持部と前記第２支持部は、共に、前記振動板の前記圧力室と反対側の面に接合されていることを特徴とするものである。従って、複数の圧電素子、第１支持部、及び、第２支持部の厚さを等しくすることができ、これら複数の圧電素子、第１支持部、及び、第２支持部を比較的容易に形成することができる。また、複数の圧電素子、第１支持部、及び、第２支持部が、全て振動板の同一面に接合されるため、接合作業も容易になる。

第３の発明の液体移送装置は、前記第１又は第２の発明において、前記複数の圧電素子、前記第１支持部、及び、前記第２支持部が、同一の圧電材料で一体的に構成されていることを特徴とするものである。この場合には、複数の圧電素子、第１支持部、及び、第２支持部を形成することが容易になる。また、組み立て段階における位置合わせや振動板に対する接合作業なども容易になり、製造工程を短縮して製造コストを低減できる。

第４の発明の液体移送装置は、前記第１〜第３の何れかの発明において、前記圧電素子は、積層状の複数枚の圧電膜からなり、前記第１電極と前記第２電極は、前記複数枚の圧電膜の間に交互に配置されていることを特徴とするものである。この場合には、ある圧電素子の複数の第１電極と複数の第２電極の何れかに一方に駆動電圧が印加されると、２つの電極に挟まれた圧電膜は分極方向である厚み方向に伸びる。そして、複数枚の圧電膜の夫々が変形するため、圧電素子全体の変形量が大きくなり、圧力室内のインクに大きな圧力を付与することが可能である。

第５の発明の液体移送装置は、前記第４の発明において、前記第１支持部と前記第２支持部は、前記圧電素子と同様に、積層状の複数枚の圧電膜からなり、これら複数枚の圧電膜の間には、前記第１電極と厚みが等しい第１金属膜と前記第２電極と厚みが等しい第２金属膜とが交互に配置されていることを特徴とするものである。この場合には、第１金属膜と第２金属膜を内部に含む積層状の複数枚の圧電膜を部分的に除去することにより、複数の圧電素子、第１支持部、及び、第２支持部を同時に形成することができる。そして、このような簡単な工程で、複数の圧電素子、第１支持部、及び、第２支持部の厚さを全て等しくすることができる。

第６の発明の液体移送装置は、前記第１〜第５の何れかの発明において、前記第１支持部は、前記所定の一方向と平行に延在していることを特徴とするものである。従って、圧電素子の配列方向に延びる第１支持部と、圧力室列の間に配置された第２支持部とにより、複数の圧電素子がより確実に支持される。

第７の発明の液体移送装置は、前記第１〜第６の何れかの発明において、前記第２支持部は、前記所定の一方向と平行に延在していることを特徴とするものである。このように、第２支持部が配列方向に延在している場合には、複数の圧電素子がさらに確実に支持される。

第８の発明の液体移送装置は、前記第１〜第６の何れかの発明において、前記複数列の圧力室列は、これらの圧力室列に属する複数の圧力室が千鳥状となるように配列されており、前記第２支持部は、前記平面に直交する方向から見て略矩形状に形成され、その長手方向が前記所定の一方向から所定角度傾いた状態で配置されていることを特徴とするものである。この場合には、第２支持部を近接する４つの圧力室と干渉させることなく、この第２支持部の面積を広く確保することができ、クロストークの低減効果を高めることができる。

第９の発明の液体移送装置は、前記第１〜第８の何れかの発明において、前記複数の圧電素子は、少なくとも前記第２支持部に近接する隅部において面取りされていることを特徴とするものである。この場合には、第２支持部が配置可能な領域をより広く確保することができ、第２支持部の面積（複数の圧力室が配置された平面に直交する方向から見た面積）を大きくしてクロストークの低減効果を高めることができる。あるいは、圧電素子をより高密度に配置することが可能になる。

第１０の発明の液体移送装置は、前記第１〜第９の何れかの発明において、前記流路ユニットは、前記複数の圧力室に亙って延在し、且つ、前記複数の圧力室に連通する共通液室を有し、前記第２支持部は、前記平面と直交する方向から見て、前記共通液室が形成されていない領域に配置されていることを特徴とするものである。このように、第２支持部が、流路ユニットの、共通液室が形成されていない剛性の高い部分に配置されているため、圧電素子が変形したときの反力を第２支持部により効果的に受け止めることができる。

本発明の実施の形態について説明する。本実施形態は、液体移送装置として、ノズルから記録用紙に対してインクを吐出するインクジェットヘッドに本発明を適用した一例である。
まず、インクジェットヘッド１を備えたインクジェットプリンタ１００について簡単に説明する。図１に示すように、インクジェットプリンタ１００は、図１の左右方向に移動可能なキャリッジ１０１と、このキャリッジ１０１に設けられて記録用紙Ｐに対してインクを噴射するシリアル式のインクジェットヘッド１と、記録用紙Ｐを図１の前方へ搬送する搬送ローラ１０２等を備えている。インクジェットヘッド１は、キャリッジ１０１と一体的に左右方向（走査方向）へ移動して、その下面のインク吐出面に形成されたノズル２０（図２、図３及び図６参照）の出射口から記録用紙Ｐに対してインクを噴射する。そして、インクジェットヘッド１により記録された記録用紙Ｐは、搬送ローラ１０２により前方（紙送り方向）へ排出される。

次に、インクジェットヘッド１について図２〜図７を参照して詳細に説明する。
図２〜図７に示すように、インクジェットヘッド１は、その内部にインク流路が形成された流路ユニット２と、この流路ユニット２の上側に配置された圧電アクチュエータ３とを備えている。尚、図２はインクジェットヘッド１の平面図、図３は図２のインクジェットヘッド１の振動板３０から下側の部分の平面図、図４は圧電アクチュエータ３の主要部の斜視図、図５は圧電アクチュエータ３の積層体４１の平面図、図６は図２のVI-VI線断面図、図７は図２のVII-VII線断面図を夫々示す。

まず、流路ユニット２について説明する。図６、図７に示すように、流路ユニット２はキャビティプレート１０、ベースプレート１１、マニホールドプレート１２、及びノズルプレート１３を備えており、これら４枚のプレート１０〜１３が積層状態で接合されている。このうち、キャビティプレート１０、ベースプレート１１及びマニホールドプレート１２はステンレス鋼製の板であり、これら３枚のプレート１０〜１２に、後述するマニホールド１７や圧力室１４等のインク流路をエッチングにより容易に形成することができるようになっている。また、ノズルプレート１３は、例えば、ポリイミド等の高分子合成樹脂材料により形成され、マニホールドプレート１２の下面に接着される。あるいは、このノズルプレート１３も、３枚のプレート１０〜１２と同様にステンレス鋼等の金属材料で形成されていてもよい。

図２、図３、図６、及び、図７に示すように、キャビティプレート１０には、平面に沿って配列された複数の圧力室１４が形成されており、これら複数の圧力室１４は隔壁部１０ａにより互いに隔てられている。また、複数の圧力室１４は、後述の振動板３０側（図６の上方）へ開口している。さらに、複数の圧力室１４は、紙送り方向（図２の上下方向）に３列に配列されている。尚、３つの圧力室１４の列に夫々属する圧力室１４は、隣接する列に属する圧力室１４に対して図２の上下方向に少しずれるように千鳥状に配置されている。各圧力室１４は、平面視で走査方向（図２の左右方向）に長い、略楕円形状に形成されている。

ベースプレート１１の平面視で圧力室１４の長手方向両端部に重なる位置には、夫々連通孔１５，１６が形成されている。また、マニホールドプレート１２には、圧力室１４の配列方向である紙送り方向（図２の上下方向）に延び、平面視で圧力室１４の図２における左右何れか一方の端部と重なるマニホールド１７（共通液室）が形成されている。尚、図２、図３に示すように、マニホールド１７の圧力室１４の配列方向に延びる部分には、平面視で、図２の上下方向に配列された圧力室１４の間の領域に入り込むようにマニホールド１７の内側へ突出する凸部１７ａが形成されている。このマニホールド１７には、インクタンク（図示省略）から、後述の振動板３０に形成されたインク供給口１８を介してインクが供給される。また、平面視で圧力室１４のマニホールド１７と反対側の端部と重なる位置には、連通孔１９も形成されている。さらに、ノズルプレート１３には、平面視で複数の連通孔１９に夫々重なる位置に、複数のノズル２０が夫々形成されている。ノズル２０は、例えば、ポリイミド等の高分子合成樹脂の基板にエキシマレーザー加工を施すことにより形成される。

そして、図６に示すように、マニホールド１７は連通孔１５を介して圧力室１４に連通し、さらに、圧力室１４は、連通孔１６，１９を介してノズル２０に連通している。このように、流路ユニット２内には、マニホールド１７から圧力室１４を経てノズル２０に至る個別インク流路２１が形成されている。

次に、圧電アクチュエータ３について説明する。図２〜図７に示すように、圧電アクチュエータ３は、上方へ開口した複数の圧力室１４を覆う振動板３０と、この振動板３０の上面の複数の圧力室１４と対向する位置に夫々配置された複数の圧電素子４２を有し、複数の圧電シート４０ａ，４０ｂ（圧電膜）からなる積層体４１とを備えている。

振動板３０は、平面視矩形状の板であり、例えば、ステンレス鋼等の鉄系合金、銅系合金、ニッケル系合金、あるいは、チタン系合金などの金属材料、シリコン、ガラス材料、アルミナやジルコニア等のセラミックス材料、あるいは、ポリイミド等の合成樹脂材料などからなる。この振動板３０は、複数の圧力室１４を覆うようにキャビティプレート１０の上面に接合されている。

振動板３０の上面には、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性の圧電材料からなる複数枚の圧電シート４０ａ，４０ｂの積層体４１が配設されている。積層体４１は、積層状の複数枚の圧電シート４０ａと、これら複数枚の圧電シート４０ａの上面に積層し、且つ、これら複数枚の圧電シート４０ａよりも厚い１枚の圧電シート４０ｂで構成されている。積層状の複数枚の圧電シート４０ａの間には、複数の個別電極３２（第１電極）と複数の共通電極３４（第２電極）が交互に配置されており、個別電極３２と共通電極３４は互いに対向している。尚、後述するように、複数の個別電極３２は、ドライバＩＣ（図示省略）から駆動電圧が供給される電極であり、複数の共通電極３４は、常に共通のグランド電位に保持されている電極である。積層体４１は、例えば、ＰＺＴのグリーンシートの表面に導電性ペーストをスクリーン印刷等により塗布して個別電極３２と共通電極３４とを形成したものを複数枚積層し、高温（例えば、１０００℃程度）で焼成することにより得られる。また、積層体４１を構成する圧電シート４０ａ，４０ｂは夫々その厚み方向に分極されている。尚、図６、図７に示すように、積層体４１は、その最上層の圧電シート４０ｂの上面において金属製のフレーム４６と接着されており、このフレーム４６により積層体４１は上方から支持されている。

また、図６、図７に示すように、積層体４１の下側部分には圧電シート４０ａの面に沿って溝４１ａが形成されており、この溝４１ａにより積層体４１の下側部分が分割されて、複数の圧力室１４に夫々対向する複数の圧電素子４２、これら複数の圧電素子４２の外側に位置する１対の第１支持部４３、及び、複数の圧電素子４２の間に位置する複数の第２支持部４４が、夫々下方突出状に形成されている。そして、これら複数の圧電素子４２、１対の第１支持部４３、及び、複数の第２支持部４４の厚さはほぼ同じである。また、複数の圧電素子４２、１対の第１支持部４３、及び、複数の第２支持部４４は、それらの上端部（圧力室１４と反対側の部分）において、圧電シートからなり水平に広がる平板状の天井部４５により互いに連結されて、一体化された構造となっている。尚、複数の圧電素子４２、１対の第１支持部４３、及び、複数の第２支持部４４は、振動板３０の上面にエポキシ系の接着剤などで接着されている。

各圧電素子４２は、圧力室１４と同様に走査方向（図２の左右方向）に長い略矩形状の平面形状を有し、さらに、その４つの隅部が夫々面取りされた形状に形成されている。そして、複数の圧電素子４２は、振動板３０の上面の、対応する圧力室１４の中央部と平面視で重なる領域に夫々配置されており、複数の圧力室１４と同様に紙送り方向（図２の上下方向）に平行に３列に配列されている。

各圧電素子４２の複数の個別電極３２は図６の右方に引き出されており、これら複数の個別電極３２は、圧電素子４２の図６における右側の側面部に形成された第１側面電極３５と夫々接続されている。一方、各圧電素子４２の複数の共通電極３４は図６の左方に引き出されており、これら複数の共通電極３４は、圧電素子４２の図６における左側の側面部に形成された第２側面電極３６と夫々接続されている。これら第１側面電極３５及び第２側面電極３６は、例えば、スパッタ法や蒸着法等により圧電素子４２の側面部に導電材料を堆積させることにより形成することができる。また、第１側面電極３５及び第２側面電極３６は、フレキシブルプリント配線板（Flexible Printed Circuit：ＦＰＣ）等の可撓性を有する配線部材（図示省略）を介してドライバＩＣ（図示省略）に接続されている。そして、複数の個別電極３２には、第１側面電極３５及び配線部材を介してドライバＩＣから駆動電圧が印加される。また、共通電極３４は、第２側面電極３６及びドライバＩＣを介してグランド電位に保持されている。

そして、ある圧電素子４２の複数の個別電極３２に対して、第１側面電極３５及び配線部材を介してドライバＩＣから駆動電圧が印加されると、個別電極３２とグランド電位に保持された共通電極３４との間に電位差が生じる。このとき、個別電極３２と共通電極３４との間に挟まれた圧電シート４０ａにその分極方向である厚み方向と平行な方向の電界が生じるため、圧電縦効果により圧電シート４０ａが厚み方向に伸びる。そして、圧力室１４内の容積が減少することから、圧力室１４内のインクに圧力が付与されて、圧力室１４に連通するノズル２０からインクの液滴が吐出される。尚、圧電素子４２は複数枚の圧電シート４０ａからなり、駆動時にはこれら複数枚の圧電シート４０ａの夫々が厚み方向に伸びるため、圧電素子４２全体の変形量は大きくなり、１回の駆動で圧力室１４内のインクに大きな圧力を付与することが可能である。

ところで、ある圧電素子４２が圧電シート４０ａの厚み方向に伸びて振動板３０を圧力室１４側に押圧したときには、振動板３０に生じた反力及び圧力室１４内のインクからの反力により、天井部４５が圧力室１４と反対側に凸となるように撓み、このように変形する天井部４５に引っ張られて、振動板３０の、隣接する別の圧電素子４２に対応する部分が圧力室１４と反対側に凸となる方向に変位してしまう、いわゆる、クロストークが生じる。そして、このクロストークが生じると、同時に駆動された圧電素子４２の数によって振動板３０の変形量が変化してしまうため、ノズル２０から吐出されるインクの液滴体積や液滴速度等のインクの吐出特性がばらついてしまい、印字品質が低下することになる。

そこで、本実施形態の圧電アクチュエータ３は、ある圧電素子４２の内部の個別電極３２に駆動電圧が印加されて圧電シート４０ａが厚み方向に変形したときに、天井部４５を介して複数の圧電素子４２に連結された、１対の第１支持部４３及び複数の第２支持部４４により、圧電素子４２の変形に伴って振動板３０に生じる反力及び圧力室１４内のインクからの反力を受け止めて、クロストークを抑制するように構成されている。

図２、図４、図５に示すように、第１支持部４３は、振動板３０の上面の、平面視で複数の圧力室１４が配置された領域よりも左右方向外側の領域において、複数の圧電素子４２を左右両側から挟むように１対配置されている。また、１対の第１支持部４３は夫々圧電素子４２の配列方向（紙送り方向：図２の上下方向）に平行に延びている。そして、これら１対の第１支持部４３は、複数の圧電素子４２を左右両側から支持している。

図２、図４、図５、図７に示すように、複数の第２支持部４４は、振動板３０の上面の、平面視で隔壁部１０ａと重なる領域で、且つ、図２の上下方向に配列された圧電素子４２の列の間の領域に、その配列方向と平行に配列されている。第２支持部４４は矩形の平面形状を有し、最も近接する４つの圧力室１４（図２に示す、４つの圧力室１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）に囲まれた領域ごとに配置されている。ここで、第２支持部４４は、４つの圧力室１４の重心（Ｇａ，Ｇｂ，Ｇｃ，Ｇｄ）を頂点とする、図２の２点鎖線で示された平行四辺形の重心Ｇ（平行四辺形の２本の対角線の交点）を含む領域に配置されている。そのため、４つの圧力室１４に夫々対応する４つの圧電素子４２が夫々駆動されたときに振動板３０に生じる反力を、第２支持部４４により効果的に受け止めることができる。

また、４つの圧力室１４ａ〜１４ｄのうち、図２の左側の列に属する圧力室１４ａ，１４ｂと、右側の列に属する圧力室１４ｃ，１４ｄとでは、図２の上下方向の位置が少しずれていることから、４つの圧力室１４ａ〜１４ｄに囲まれる領域は、やや菱形に似た形状になっている。ここで、第２支持部４４により反力を確実に受け止めるには、第２支持部４４の面積（上方からの投影面積）はできるだけ大きいことが好ましい。そのため、４つの圧力室１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの間の領域において、第２支持部４４が極力大きな面積を占有するように、第２支持部４４は、その長手方向が、配列方向から所定角度傾いた状態で配置されている。さらに、前述したように、各圧電素子４２は、その４つの隅部が面取りされていることから、４つの圧力室１４に夫々対応する４つの圧電素子４２に囲まれた領域が広くなっている。つまり、第２支持部４４を配置することのできる領域が広がるため、第２支持部４４の面積を大きくしてクロストークの低減効果をさらに高めることができる。あるいは、反力を確実に受け止めるのに必要な大きさの第２支持部４４を配置しつつ、圧電素子４２と第２支持部４４との間をさらに狭くすることができるため、複数の圧電素子４２を高密度に配置することが可能になる。

尚、図２に示すように、その配列方向に対して傾いた第２支持部４４は、平面視で、図２の上下方向に配列された２つの圧力室１４の間に部分的に入り込むように配置されているが、前述したように、マニホールドプレート１７の、２つの圧力室１４の間の領域には、マニホールド１７の内側へ突出する凸部１７ａが形成されているため、平面視で、第２支持部４４とマニホールド１７とが重なっていない。つまり、マニホールド１７が形成されていない、流路ユニット２の剛性の高い部分に、第２支持部４４が配置されているため、圧電素子４２が変形したときの反力を第２支持部４４により効果的に受け止めることができる。

このように、複数の圧電素子４２が、左右両側から１対の第１支持部４３により支持され、それに加えて、複数の圧電素子４２の間においても複数の第２支持部４４により支持されている。また、これら複数の圧電素子４２、１対の第１支持部４３、及び、複数の第２支持部４４の厚さはほぼ同じである。そのため、圧電素子４２が変形して振動板３０を押圧するときに生じる反力が、１対の第１支持部４３及び複数の第２支持部４４により確実に受け止められる。従って、駆動された圧電素子４２に隣接する別の圧電素子４２がその反力の影響を受けにくくなり、クロストークが効果的に抑制されることになる。

また、１対の第１支持部４３と複数の第２支持部４４とにより複数の圧電素子４２が支持されることから、第２支持部４４は、圧電素子４２を取り囲むように配置されている必要はなく、最低限必要な領域にのみ配置されていればよい。即ち、図２に示すように、図２の上下方向に配列されている圧電素子４２の間に第２支持部４４が配置されていなくても、１対の第１支持部４３と、圧電素子４２の列間に配列された複数の第２支持部４４で十分に複数の圧電素子４２を安定的に支持することができる。つまり、配列方向の間隔を小さくして複数の圧電素子４２を高密度に配置することができるため、インクジェットヘッド１の小型化と、クロストークの確実な低減の両方を実現することが可能になる。

ここで、複数の圧電素子４２、１対の第１支持部４３、及び、複数の第２支持部４４を有する積層体４１の製造工程及び組付工程の一例を、図８を参照して説明する。まず、複数枚のＰＺＴのグリーンシートの表面に、スクリーン印刷等により個別電極３２及び共通電極３４となる金属膜を夫々パターニングした後、これらのグリーンシートを高温で焼成して、複数枚の圧電シート４０ａを作製する。また、別のＰＺＴのグリーンシートを高温で焼成して、圧電シート４０ａよりも厚い１枚の圧電シート４０ｂを作製する。そして、図８（ａ）に示すように、複数枚の圧電シート４０ａを、個別電極３２と共通電極３４が交互に位置するように積層させ、さらに、その上に圧電シート４０ｂを積層させる。

次に、図８（ｂ）に示すように、積層状の複数枚の圧電シート４０ａ，４０ｂを下方から部分的に除去して溝４１ａを形成し、この溝４１ａにより、天井部４５により連結された、複数の圧電素子４２、１対の第１支持部４３、及び、複数の第２支持部４４を分割形成する。ここで、溝４１ａは、例えば、最下層の圧電シート４０ａの下面にレジストをパターニングしてから、砥粒を衝突させてレジストが形成されていない部分を削り取る、マイクロパウダー加工により形成することができる。また、超音波加工、あるいは、ダイサー等により形成することも可能である。そして、図８（ｃ）に示すように、複数の圧電素子４２、１対の第１支持部４３、及び、複数の第２支持部４４を有する積層体４１を振動板３０の上面に配置して、接着剤等により接合する。

このように、ほぼ等しい厚さを有する、複数の圧電素子４２、１対の第１支持部４３、及び、複数の第２支持部４４が、天井部４５により連結されて一体化した構造を有する積層体４１を、簡単な方法で製造することができる。また、図８（ｃ）に示す、積層体４１の振動板３０に対する位置合わせ、及び、接合作業も容易になる。従って、製造工程を短縮してインクジェットヘッド１の製造コストを低減することができる。

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、前記実施形態と同じ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］第１支持部の形状は、前記実施形態のものに限られない。例えば、図９に示すように、インクジェットヘッド１Ａにおいて、第１支持部４３Ａが、複数の圧電素子４２（複数の圧力室１４）を完全に取り囲むように配置されていてもよい（変更形態１）。この場合には、複数の圧電素子４２がより第１支持部４３によりさらに安定的に支持されるため、クロストークをより効果的に低減できる。

２］また、第１支持部が、圧電素子４２の配列方向に連続して延在している必要は必ずしもなく、例えば、図１０に示すように、インクジェットヘッド１Ｂにおいて、第１支持部４３Ｂが圧電素子４２の配列方向に複数個に分断されていてもよい（変更形態２）。

３］さらに、第１支持部は、振動板の上面に接合されている必要は特になく、例えば、図１１、図１２に示すように、インクジェットヘッド１Ｃにおいて、第１支持部４３Ｃが、振動板３０Ａから左右にはみ出して、流路ユニット２のキャビティプレート１０の上面に接合されていてもよい（変更形態３）。

４］前記実施形態では、複数の第２支持部４４が圧電素子４２の列の間に配列されているが（図２参照）、図１３に示すように、インクジェットヘッド１Ｄにおいて、第２支持部４４Ｄが、圧電素子４２の列の間において、その配列方向と平行に延在していてもよい（変更形態４）。この場合には、前記実施形態の第２支持部４４のように離散的に配置されている場合と比べて、複数の圧電素子４２がより確実に支持される。

５］前記実施形態では、積層体４１を作製する際に、グリーンシートの表面の圧電素子４２を形成する部分にのみ個別電極３２及び共通電極３４のパターンをスクリーン印刷等により形成しているが（図８（ａ）参照）、図１４に示すように、グリーンシートの表面に金属膜を全面的に形成してから、積層状の圧電シート４０ａ，４０ｂに溝４１ａを形成するようにしてもよい（変更形態５）。

具体的には、図１５に示すように、個別電極３２のパターンが形成される圧電シート４０ａには、圧電素子４２に対応する部分の長手方向における一端部（図１５においては左端部）を含み紙送り方向（図１５の上下方向）に延在する非成膜領域５２ａを除いた全ての領域に第１金属膜５２を形成する。一方、図１６に示すように、共通電極３４のパターンが形成される圧電シート４０ａには、圧電素子４２に対応する部分の長手方向における一端部（図１６においては右端部）を含み紙送り方向（図１６の上下方向）に延在する非成膜領域５４ａを除いた全ての領域に第２金属膜５４を形成する。そして、第１金属膜５２が形成された図１５の圧電シート４０ａと、第２金属膜５４が形成された図１６の圧電シート４０ａとを、交互に積層させた状態で、圧電素子４２、第１支持部４３Ｅ、及び、第２支持部４４Ｅを形成する。すると、圧電素子４２には、第１金属膜５２からなる個別電極３２が圧電素子４２の右側面にのみ露出した状態で形成される。また、圧電素子４２には第２金属膜５４からなる共通電極３４が圧電素子４２の左側面にのみ露出した状態で形成される。

また、第１金属膜５２及び第２金属膜５４は、圧電シート４０ａの、第１支持部４３Ｅ及び第２支持部４３Ｅに対応する領域にも形成されていることから、第１支持部４３Ｅ及び第２支持部４４Ｅは、個別電極３２と同じ厚さの第１金属膜５２と、共通電極３４と同じ厚さの第２金属膜５４を内部に含むことになるため、圧電素子４２、第１支持部、及び、第２支持部４４Ｅの厚さを全て等しくすることができる。

６］複数の圧電素子、第１支持部、及び、第２支持部が、同じ圧電材料により一体的に構成されている必要は必ずしもない。例えば、図１７に示すように、複数枚の圧電シート６０からなる圧電素子４２Ｆの上端面に金属製のフレーム６１が接合されており、このフレーム６１に、隔壁部１０ａと重なる領域に配置される第２支持部４４Ｆが下方突出状に形成されていてもよい（変更形態６）。また、図１８に示すように、圧電素子４２Ｇと第２支持部４４Ｇが、振動板３０の面に平行な方向に積層した複数枚の圧電シート７０により形成され、圧電素子４２Ｇと第２支持部４４Ｇの上端面に、金属製のフレーム６２が接合されていてもよい。これらの場合でも、圧電素子４２Ｆ，４２Ｇが変形するときの反力が第２支持部４４Ｆ，４４Ｇにより受け止められるため、クロストークを低減できる。

７］図１９に示すように、圧電素子４２Ｈが１層の圧電層８０で構成されていてもよい（変更形態８）。この場合には、個別電極７２が圧電素子４２Ｈの一方の面（図１９では下面）に配置され、共通電極７４が圧電素子４２Ｈの他方の面（図１９では上面）に配置されることになる。また、第１支持部（図示省略）及び第２支持部４４Ｈも圧電素子４２Ｈと同様に１層の圧電層８０で形成されて、天井部４５Ｈで連結されていてもよいし、あるいは、圧電素子４２Ｈとは別の部材で形成されていてもよい。尚、図１９のように、個別電極７２が圧電素子４２Ｈの下面に配置される場合には、複数の個別電極７２を互いに絶縁するために、振動板３０は、少なくともその上面において絶縁性を有する必要がある。また、個別電極７２が圧電素子４２Ｈの上面に配置される場合には、振動板３０を導電性を有する材料で形成することにより、振動板３０が共通電極を兼ねるように構成することもできる。

８］以上説明した前記実施形態及びその変更形態は、液体移送装置として、ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドに本発明を適用した一例であるが、インク以外の液体に圧力を付与して液体を移送する他の液体移送装置に本発明を適用することもできる。

本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの概略斜視図である。 インクジェットヘッドの平面図である。 図２に示すインクジェットヘッドの振動板から下側の部分の平面図である。 圧電アクチュエータの主要部の斜視図である。 積層体４１の平面図である。 図２のVI-VI線断面図である。 図２のVII-VII線断面図である。 積層体の製造工程及び組付工程を示す図であり、（ａ）は圧電シートの積層工程、（ｂ）は溝形成工程、（ｃ）は組付工程を夫々示す。 変更形態１のインクジェットヘッドの平面図である。 変更形態２のインクジェットヘッドの平面図である。 変更形態３のインクジェットヘッドの平面図である。 図１１のXII-XII線断面図である。 変更形態４のインクジェットヘッドの平面図である。 変更形態５の図７相当の断面図である。 個別電極パターンが形成される圧電シートの平面図である。 共通電極パターンが形成される圧電シートの平面図である。 変更形態６の図７相当の断面図である。 変更形態７の図７相当の断面図である。 変更形態８の図７相当の断面図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ インクジェットヘッド
２ 流路ユニット
３ 圧電アクチュエータ
１０ａ 隔壁部
１４ 圧力室
１７ マニホールド
３０、３０Ａ 振動板
３２ 個別電極
３４ 共通電極
４０ａ，４０ｂ 圧電シート
４２，４２Ｆ，４２Ｇ，４２Ｈ 圧電素子
４３，４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ，４３Ｅ 第１支持部
４４，４４Ｄ，４４Ｅ，４４Ｆ，４４Ｇ，４４Ｈ 第２支持部
４５，４５Ｇ 天井部
５２ 第１金属膜
５４ 第２金属膜
６０ 圧電シート
７２ 個別電極
７４ 共通電極

Claims (10)

1. 平面に沿って配置された複数の圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、前記複数の圧力室の容積を選択的に変化させる圧電アクチュエータとを備えた液体移送装置であって、
   前記圧電アクチュエータは、
   前記複数の圧力室を覆う振動板と、
   この振動板の前記圧力室と反対側の面の、前記平面に直交する方向から見て、前記複数の圧力室と重なる領域に夫々配置された複数の圧電素子と、
   これら複数の圧電素子の各々において、互いに対向するように設けられた第１電極及び第２電極を有し、
   前記複数の圧電素子の前記振動板と反対側の部分に連結された天井部と、
   この天井部と連結され、且つ、前記流路ユニットの、前記平面に直交する方向から見て前記複数の圧力室が配置された領域よりも外側の領域に、少なくとも前記複数の圧力室が配置された領域を挟むように配置された第１支持部と、
   同じく前記天井部と連結され、且つ、前記振動板の前記圧力室と反対側の面の、前記平面に直交する方向から見て前記複数の圧力室を隔てる隔壁部と重なる領域に配置された第２支持部と、を備え、
   前記複数の圧力室は、前記平面に平行な所定の一方向に沿って複数列に配列されるとともに、前記第２支持部は複数列の圧力室列の間に配置され、
   さらに、前記第２支持部は、この第２支持部に近接する４つの前記圧力室の重心を頂点とする四角形の重心を含む領域に配置されていることを特徴とする液体移送装置。
2. 前記第１支持部と前記第２支持部は、共に、前記振動板の前記圧力室と反対側の面に接合されていることを特徴とする請求項１に記載の液体移送装置。
3. 前記複数の圧電素子、前記第１支持部、及び、前記第２支持部が、同一の圧電材料で一体的に構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体移送装置。
4. 前記圧電素子は、積層状の複数枚の圧電膜からなり、
   前記第１電極と前記第２電極は、前記複数枚の圧電膜の間に交互に配置されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の液体移送装置。
5. 前記第１支持部と前記第２支持部は、前記圧電素子と同様に、積層状の複数枚の圧電膜からなり、
   これら複数枚の圧電膜の間には、前記第１電極と厚みが等しい第１金属膜と前記第２電極と厚みが等しい第２金属膜とが交互に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の液体移送装置。
6. 前記第１支持部は、前記所定の一方向と平行に延在していることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の液体移送装置。
7. 前記第２支持部は、前記所定の一方向と平行に延在していることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の液体移送装置。
8. 前記複数列の圧力室列は、これらの圧力室列に属する複数の圧力室が千鳥状となるように配列されており、
   前記第２支持部は、前記平面に直交する方向から見て略矩形状に形成され、その長手方向が前記所定の一方向から所定角度傾いた状態で配置されていることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の液体移送装置。
9. 前記複数の圧電素子は、少なくとも前記第２支持部に近接する隅部において面取りされていることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の液体移送装置。
10. 前記流路ユニットは、前記複数の圧力室に亙って延在し、且つ、前記複数の圧力室に連通する共通液室を有し、
    前記第２支持部は、前記平面と直交する方向から見て、前記共通液室が形成されていない領域に配置されていることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の液体移送装置。
    

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