JP6224499B2 - 圧電素子およびそれを用いた液体吐出ヘッド、ならびに記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧電基板およびそれを用いた圧電素子、液体吐出ヘッド、ならびに記録装置に関する。

従来、印刷用ヘッドとして、例えば、液体を記録媒体上に吐出することによって、各種の印刷を行なうインクジェットヘッド（液体吐出ヘッド）が知られている。インクジェットヘッドを、マニホールドおよびマニホールドから複数の液体加圧室をそれぞれ介して繋がる複数の液体吐出孔を有した流路部材と、複数の液体加圧室にそれぞれ重なるように設けられた、複数の個別電極と複数の個別電極に対向している共通電極とそれらに挟まれている圧電セラミック層とを含む複数の変位素子を有する圧電アクチュエータユニットと、を積層して構成したものが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。この液体吐出ヘッドでは、複数の液体吐出孔にそれぞれ繋がった液体加圧室がマトリックス状に配置され、それを覆うように設けられた圧電アクチュエータユニットの変位素子を圧電体の変形により変位させることで、各液体吐出孔からインクを吐出させ、主走査方向に６００ｄｐｉの解像度で印刷が可能とされている。

特開２００８−２００９０２号公報

特許文献１に記載されているような液体吐出ヘッドでは、変位素子の変位量が小さく、液体の吐出量が少なかったり、吐出速度が低いなどの問題があった。

したがって、本発明の目的は、変位量を大きくできる圧電基板、およびそれを用いた圧電素子、液体吐出ヘッド、ならびに記録装置を提供することにある。

本発明の圧電素子は、複数の圧電体層と複数の電極層とが交互に積層されている圧電基板と、該圧電基板が備えている第１主面および第２主面のうちの該第２主面側に積層されている支持部材とを含んでいる圧電素子であって、該圧電基板は、前記第１主面側に配置されている、少なくとも２層の前記電極層と該２層の電極層に挟まれている前記圧電体層とを含んでいる第１圧電部と、前記第２主面側に配置されている、少なくとも２層の前記電極層と該２層の電極層に挟まれている前記圧電体層とを含んでいる第２圧電部とを備えており、前記圧電基板を平面視したとき、前記第２圧電部は、前記第１圧電部を囲むように配置されており、前記支持部材は開口を備えており、該開口は、前記第１圧電部および前記第２圧電部と重なるように配置されており、前記第２圧電部の外周部において、前記第２圧電部と前記開口の外周を構成している支持板開口縁部とが重なっている第２オーバーラップ領域が存在することを特徴とする。

本発明の液体吐出ヘッドは、前記圧電素子を複数備えており、前記支持部材が、前記基板側に複数の開口を備えており、該複数の開口は、それぞれ複数の前記第１および第２圧電部と重なるように配置されており、前記支持部材が、複数の前記開口からそれぞれ繋がっている複数の吐出孔を備えていることを特徴とする。

本発明の喜六装置は、前記液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、前記液体吐出ヘッドを制御する制御部を備えていることを特徴とする。

本発明の圧電素子によれば、第２オーバーラップ領域が存在することにより、圧電素子の変位量を大きくできる。

（ａ）は、本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッドを含む記録装置の側面図であり、（ｂ）は平面図である。 （ａ）は、図１の液体吐出ヘッドの要部であるヘッド本体の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）から第２流路部材を除いた平面図である。 図２（ｂ）の一部の拡大平面図である。 図２（ｂ）の一部の拡大平面図である。 （ａ）は、図４のＶ−Ｖ線に沿った部分縦断面図あり、（ｂ）は、図２（ａ）のヘッド本体の部分縦断面図ある。 （ａ）は、図５（ａ）の要部の拡大縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の平面図である。 第１オーバーラップ領域の幅Ｗ１と体積変位量の関係を表したグラフである。 （ａ）、（ｂ）は、第２オーバーラップ領域の幅Ｗ２と体積変位量の関係を表したグラフである。

図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッド２を含む記録装置である（カラーインクジェット）プリンタ１の概略の側面図であり、図１（ｂ）は、概略の平面図である。プリンタ１は、記録媒体である印刷用紙Ｐを搬送ローラ８０ａから搬送ローラ８０ｂへと搬送することにより、印刷用紙Ｐを液体吐出ヘッド２に対して相対的に移動させる。制御部８８は、画像や文字のデータに基づいて、液体吐出ヘッド２を制御して、記録媒体Ｐに向けて液体を吐出させ、印刷用紙Ｐに液滴を着弾させて、印刷用紙Ｐに印刷などの記録を行なう。

本実施形態では、液体吐出ヘッド２はプリンタ１に対して固定されており、プリンタ１はいわゆるラインプリンタとなっている。本発明の記録装置の他の実施形態としては、液体吐出ヘッド２を、印刷用紙Ｐの搬送方向に交差する方向、例えば、ほぼ直交する方向に往復させるなどして移動させる動作と、印刷用紙Ｐの搬送を交互に行なう、いわゆるシリアルプリンタが挙げられる。

プリンタ１には、印刷用紙Ｐとほぼ平行するように平板状の（ヘッド搭載）フレーム７０が固定されている。フレーム７０には図示しない２０個の孔が設けられており、２０個の液体吐出ヘッド２がそれぞれの孔の部分に搭載されていて、液体吐出ヘッド２の、液体を吐出する部位が印刷用紙Ｐに面するようになっている。液体吐出ヘッド２と印刷用紙Ｐとの間の距離は、例えば０．５〜２０ｍｍ程度とされる。５つの液体吐出ヘッド２は、１つのヘッド群７２を構成しており、プリンタ１は、４つのヘッド群７２を有している。

液体吐出ヘッド２は、図１（ａ）の手前から奥へ向かう方向、図１（ｂ）の上下方向に細長い長尺形状を有している。この長い方向を長手方向と呼ぶことがある。１つのヘッド群７２内において、３つの液体吐出ヘッド２は、印刷用紙Ｐの搬送方向に交差する方向、例えば、ほぼ直交する方向に沿って並んでおり、他の２つの液体吐出ヘッド２は搬送方向に沿ってずれた位置で、３つ液体吐出ヘッド２の間にそれぞれ一つずつ並んでいる。液体吐出ヘッド２は、各液体吐出ヘッド２で印刷可能な範囲が、印刷用紙Ｐの幅方向に（印刷用紙Ｐの搬送方向に交差する方向に）繋がるように、あるいは端が重複するように配置されており、印刷用紙Ｐの幅方向に隙間のない印刷が可能になっている。

４つのヘッド群７２は、記録用紙Ｐの搬送方向に沿って配置されている。各液体吐出ヘッド２には、図示しない液体タンクから液体（インク）が供給される。１つのヘッド群７２に属する液体吐出ヘッド２には、同じ色のインクが供給されるようになっており、４つのヘッド群で４色のインクが印刷できる。各ヘッド群７２から吐出されるインクの色は、例えば、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）である。このようなインクを、制御部８８で制御して印刷すれば、カラー画像が印刷できる。

プリンタ１に搭載される液体吐出ヘッド２の個数は、単色で、１つの液体吐出ヘッド２で印刷可能な範囲を印刷するのなら１つでもよい。ヘッドの群７２に含まれる液体吐出ヘッド２の個数や、ヘッド群７２の個数は、印刷する対象や印刷条件により適宜変更できる。例えば、さらに多色の印刷をするためにヘッドの群７２の個数を増やしてもよい。また、同色で印刷するヘッド群７２を複数配置して、搬送方向に交互に印刷することで、印刷速度（搬送速度）を速くすることができる。また、同色で印刷するヘッド群７２を複数準備して、搬送方向と交差する方向にずらして配置して、印刷用紙Ｐの幅方向の解像度を高くしてもよい。

さらに、色の付いたインクを印刷する以外に、印刷用紙Ｐの表面処理をするために、コーティング剤などの液体を印刷してもよい。

プリンタ１は、記録媒体である印刷用紙Ｐに印刷を行なう。印刷用紙Ｐは、給紙ローラ８０ａに巻き取られた状態になっており、２つのガイドローラ８２ａの間を通った後、フレーム７０に搭載されている液体吐出ヘッド２の下側を通り、その後２つの搬送ローラ８２ｂの間を通り、最終的に回収ローラ８０ｂに回収される。印刷する際には、搬送ローラ８２ｂを回転させることで印刷用紙Ｐは、一定速度で搬送され、液体吐出ヘッド２によって印刷される。回収ローラ８０ｂは、搬送ローラ８２ｂから送り出された印刷用紙Ｐを巻き取る。搬送速度は、例えば、５０ｍ／分とされる。各ローラは、制御部８８によって制御されてもよいし、人によって手動で操作されてもよい。

記録媒体は、印刷用紙Ｐ以外に、布などでもよい。また、プリンタ１を、印刷用紙Ｐの代わりに搬送ベルトを搬送する形態にし、記録媒体は、ロール状のもの以外に、搬送ベルト上に置かれた、枚葉紙や裁断された布、木材、タイルなどにしてもよい。さらに、液体吐出ヘッド２から導電性の粒子を含む液体を吐出するようにして、電子機器の配線パターンなどを印刷してもよい。またさらに、液体吐出ヘッド２から反応容器などに向けて所定量の液体の化学薬剤や化学薬剤を含んだ液体を吐出させて、反応させるなどして、化学薬品を作製してもよい。

また、プリンタ１に、位置センサ、速度センサ、温度センサなどを取り付け、制御部８８が、各センサからの情報から分かるプリンタ１各部の状態に応じて、プリンタ１の各部を制御してもよい。特に、液体吐出ヘッド２から吐出される液体の吐出特性（吐出量や吐出速度など）が外部の影響を受けるようであれば、液体吐出ヘッド２の温度や液体タンクの液体の温度、液体タンクの液体が液体吐出ヘッド２に加えている圧力に応じて、液体吐出ヘッド２において液体を吐出させる駆動信号を変えるようにしてもよい。

次に、本発明の一実施形態の液体吐出ヘッド２について説明する。図２（ａ）は、図１に示された液体吐出ヘッド２の要部であるヘッド本体２ａを示す平面図である。図２（ｂ）は、ヘッド本体２ａから第２流路部材６を除いた状態の平面図である。図３および図４は、図２（ｂ）の拡大平面図である。図５（ａ）は、図４のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図であり、図５（ｂ）は、ヘッド本体２の、第１共通供給流路２０の開口２０ａ付近における、第１共通供給流路２０に沿った部分縦断面図である。図６（ａ）は、図５（ａ）の要部の拡大縦断面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）の平面図である。

各図は、図面を分かり易くするために次のように描いている。図２〜４、および図６（ｂ）では、他のものの下方にあって破線で描くべき流路などを実線で描いている。図２（ａ）では、第１流路部材４内の流路については、ほとんど省略し、加圧室１０の配置のみを示している。図４では、後述の第１および第２オーバーラップ領域の幅が０（ゼロ）であるかのように描いている。

液体吐出ヘッド２は、ヘッド本体２ａ以外に、金属製の筐体や、ドライバＩＣ、配線基板などを含んでいてもよい。また、ヘッド本体２ａは、支持部材である第１流路部材４と、第１流路部材４に液体を供給する第２流路部材６と、加圧部である変位素子５０が作り込まれている圧電アクチュエータ基板４０とを含んでいる。ヘッド本体２ａは、一方方向に長い平板形状を有しており、その方向を長手方向と言うことがある。

ヘッド本体２ａを構成する第１流路部材４は、平板状の形状を有しており、その厚さは０．５〜２ｍｍ程度である。第１流路部材４の第１の主面である加圧室面４−１には、加圧室１０が平面方向に多数並んで配置されている。第１流路部材４の第２の主面である吐出孔面４−２には、液体が吐出される吐出孔８が平面方向に多数並んで配置されている。吐出孔８は加圧室１０と繋がっている。

第１流路部材４には、複数の第１共通供給流路（以下で第１供給流路と言うことがある）２０および複数の第１共通回収流路（以下で第１回収流路と言うことがある）２４が、第１方向に沿って伸びるように配置されている。また、第１供給流路２０と第１回収流路２４とは、第１方向と交差する方向である第２方向に交互に並んでいる。

第１供給流路２０の両側に沿って加圧室１０が並んでおり、片側１列ずつ、合計２列の加圧室列１１Ａを構成している。第１供給流路２０とその両側に並んでいる加圧室１０とは、個別供給流路１２を介して繋がっている。

第１回収流路２４の両側に沿って加圧室１０が並んでおり、片側１列ずつ、合計２列の加圧室列１１Ａを構成している。第１回収流路２２とその両側に並んでいる加圧室１０とは、個別回収流路である個別回収流路１４を介して繋がっている。

以上のような構成により、第１流路部材４においては、第１供給流路２０に供給された液体は、第１供給流路２０に沿って並んでいる加圧室１０に流れ込み、一部の液体は吐出孔８から吐出され、他の一部の液体は、加圧室１０に対して、第１供給流路２０と反対側に位置している第１回収流路２４に流れ込み、第１流路部材４から外部に排出される。

第１供給流路２０の両側に第１回収流路２４が、第１回収流路２４の両側に第１供給流路２０が配置されていることにより、１つの加圧室列１１Ａに対して、１つの第１供給流路２０および１つの第１回収流路２４が繋がっており、別の加圧室列１１Ａに対して、別の第１供給流路２０および別の第１回収流路２４が繋がっている場合と比較して、第１供給流路２０および第１回収流路２４の数を約半分位にできるので好ましい。第１供給流路２０および第１回収流路２４の数が少なくて済む分、加圧室１０の数を増やして高解像度化したり、第１供給流路２０や第１回収流路２４を太くして、吐出孔８からの吐出特性の差を小さくしたり、ヘッド本体２ａの平面方向の大きさを小さくすることができる。

第１供給流路２０に繋がっている個別供給流路１２の第１供給流路２０側の部分に加わる圧力は、圧力損失の影響で、第１供給流路２０内の個別供給流路１２の位置により変わる。第１回収流路２４に繋がっている個別回収流路１４側の部分に加わる圧力は、圧力損失の影響で、第１回収流路２４内の個別回収流路１４の位置により変わる。第１供給流路２０の外部への開口２０ａを第１方向の一方の端部に配置し、第１回収流路２４の外部への開口２４ａを第１方向の他方の端部に配置すれば、各個別供給流路１２および各個別回収流路１４の配置による圧力の差が打ち消されるように作用し、各吐出孔８に加わる圧力の差を小さくできる。なお、第１供給流路２０の開口２０ａ、および第１回収流路２４の開口２４ａはともに、加圧室面４−１に開口している。

吐出しない状態では、吐出孔８には液体のメニスカスが保持されている。吐出孔８において液体の圧力が負圧（液体を第１流路部材４に引き込もうとする状態）になっていることで、液体の表面張力とつり合ってメニスカスが保持できる。正圧が大きくなれば、液体はあふれ出し、負圧が大きくなれば、液体が第１流路部材４内に引き込まれてしまい、液体が吐出可能な状態を維持できない。そのため、第１供給流路２０から第１回収流路２４に液体を流した際における、吐出孔８での液体の圧力の差が大きくなり過ぎないようにする必要がある。

加圧室１０は、加圧室面４−１に面して配置されており、変位素子５０からの圧力を受ける加圧室本体１０ａと、加圧室本体１０ａの下から吐出孔面４−２に開口している吐出孔８に繋がる部分流路であるディセンダ１０ｂとを含んだ中空の領域である。加圧室本体１０ａは、直円柱形状であり、平面形状は円形状である。平面形状が円形状であることにより変位素子５０が同じ力で変形させた場合の変位量、および変位により生じる加圧室１０の体積変化を大きくできる。ディセンダ１０ｂは、直径が加圧室本体１０ａより小さい直円柱形状であり、平面形状は円形状である。また、ディセンダ１０ｂは、加圧室面４−１から見たときに、加圧室本体１０ａ内に納まる位置に配置されている。ディセンダ１０ｂは、吐出孔８側に向かって断面積の小さくなる円錐形状や台形円錐形状でもよい。ディセンダ１０ｂの平面形状が加圧室本体１０ａより小さくなっているので、その分、第１供給流路２０および第１回収流路２４の幅を大きくでき、上述の圧力損失の差を小さくできる。

複数ある加圧室１０は、第１方向に沿った複数の加圧室列１１Ａを構成しているととも
に、第１方向と交差する方向である第２方向に沿った複数の加圧室行１１Ｂを構成している。各吐出孔８は、対応する加圧室１０の中心に位置している。複数ある吐出孔８も、加圧室１と同様に、第１方向に沿った複数の吐出孔列９Ａを構成しているとともに、第２方向に沿った複数の吐出孔行９Ｂを構成している。

本実施形態では、第１供給流路２０は５０本、第２供給流路２４は５１本であり、加圧室列１１Ａおよび吐出孔列９Ａは１００列ある。１つの加圧室列１１Ａには、１６個の加圧室１０が含まれており、１つの吐出孔列９Ａには、１６個の吐出孔８が含まれている。つまり、加圧室行１１Ｂは、１６行あり、吐出孔行９Ｂは、１６行ある。

なお、隣り合う加圧室列１１Ａにおいて、加圧室１０を第１方向にずらして千鳥状に配置すれば、隣り合う加圧室列１１Ａに属する加圧室１０の距離を大きくできるので好ましい。その場合、加圧室行１１Ｂは、３２行あり、吐出孔行９Ｂは、３２行になる。

第１方向と第２方向（ヘッド本体２ａの長手方向）とが成す角度は直角からずれている。このため、第１方向に沿って配置されている吐出孔列９Ａに属する吐出孔８同士は、その直角からのずれの分、第２方向にずれて配置される。そして、吐出孔列９Ａが第２方向に並んで配置されるので、異なる吐出孔列９Ａに属する吐出孔８は、その分、第２方向にずれて配置される。これらが合わさって、第１流路部材４の吐出孔８は、第２方向に一定間隔で並んで配置されており、これにより、吐出した液体により形成される画素で所定の範囲を埋めるように印刷ができる。

図３において、吐出孔８を第２方向と直交する方向に投影すると、仮想直線Ｒの範囲に３２個の吐出孔８が投影され、仮想直線Ｒ内で各吐出孔８は３６０ｄｐｉの間隔に並ぶ。これにより、仮想直線Ｒに直交する方向に印刷用紙Ｐを搬送して印刷すれば、３６０ｄｐｉの解像度で印刷できる。仮想直線Ｒ内に投影される吐出孔８は、１列の吐出孔列９Ａに属する吐出孔８すべて（１６個）と、その吐出孔列９Ａの両隣に位置する２つの吐出孔列９Ａに属する吐出孔８半分（８個）ずつである。各吐出孔行９Ｂでは、吐出孔８は、２２．５ｄｐｉの間隔で並んでいる。

１つの吐出孔列９Ａに属する吐出孔８の配置は、第１方向に沿って完全に一直線上に配置すれば、上述のように所定範囲を埋め尽くすように印刷が可能である。ただし、そのように配置した場合に、プリンタ１に液体吐出ヘッド２を設置する際に生じる第２方向と搬送方向とのずれにより、印刷精度に与える影響が大きくなる。そのため、上述の一直線上の吐出孔８の配置から、隣り合う吐出孔列９Ａの間で、吐出孔８を入れ替えて配置するのが好ましい。本実施形態では、吐出孔８を４個の組にして入れ替えている。そのため、１つの吐出孔列９Ａにおいて、第１方向の一端側から４つの吐出孔８が、一直線上に配置されており、続く８個の吐出孔８が先の４つの吐出孔８が並んでいる直線とはずれた別の一直線上に配置されており、続く４個の吐出孔８が先の８つの吐出孔８が並んでいる直線とはずれた別の一直線上に配置されている。

第１供給流路２０および第１回収流路２４は、吐出孔８が直線上に並んでいる範囲では、直線になっており、直線がずれる吐出孔８の間で平行にずれている。このずれる箇所が、第１供給流路２０および第１回収流路２４において、少ないので流路抵抗が小さくなっている。また、この平行にずれる部分は、加圧室１０と重ならない位置に配置されているので、加圧室１０毎に吐出特性の変動を小さくできる。

第２方向の両端に位置する加圧室列１１Ｂに属する加圧室１０は、ダミー加圧室である。ダミー加圧室に対する、第２方向の端側には第１供給流路２０もしくは第１回収流路２４が設けられる。配置される流路は、ダミー加圧室に対して第２方向の中央側に配置され
ているのが第１回収流路２４であれば、第１供給流路２０となり、ダミー加圧室に対して第２方向の中央側に配置されているのが第１供給流路２０であれば、第１回収流路２４となる。ダミー加圧室も、通常の加圧室１０と同様に、個別供給流路１２を介して第１供給流路２０と繋がっており、個別回収流路１４を介して第１回収流路２４と繋がっている。

第２方向の端に位置する共通流路（第１共通供給流路２０および第１共通回収流路２４のどちらであっても）は、供給もしくは回収する加圧室列１１Ａが１列になり、そのためその１列の加圧室列１１Ａに属する加圧室１０からの吐出の吐出特性が、他の加圧室１０からの吐出特性に対して変動するおそれがある。そこでその加圧室列１１Ａに属する加圧室１０は、印刷に使わないダミー加圧室とする。ダミー加圧室は、基本的な形状は通常の加圧室１０と同じであり、吐出孔面４−２側に吐出孔８を配置しなくてもよいし、してもよい。

上述のように、第２方向の両端に位置する加圧室列１１Ａに属する加圧室１０をダミー加圧室とすれば、第２方向の両端から２番に位置する加圧室列１１Ａに属する加圧室１０に液体を供給する第１供給流路２０が他の通常の第１供給流路２０と同様に、２列の加圧室列１１Ａに液体を供給するものになり、第２方向の両端から２番に位置する加圧室列１１Ａに属する加圧室１０の液体を回収する第１回収流路２４が他の通常の第１回収流路２４と同様に、２列の加圧室列１１Ａの液体を回収するものになるので、吐出特性の差が生じ難くなる。

第２方向の端から２番目に位置する吐出孔列９Ａに属する吐出孔８のうち、第２方向の端に近い８個の吐出孔８は、第２方向の関する間隔が３６０ｄｐｉとなっていないので、その位置には吐出孔８を設けず、対応する位置にある加圧室１０をダミー加圧室としてもよい。

第２流路部材６は、第１流路部材４の加圧室面４−１に接合されており、第１供給流路に液体を供給する第２共通供給流路（以下で、第２供給流路と言うことがある）２２と、第１回収流路の液体を回収する第２共通回収流路（以下で、第２回収流路と言うことがある）２６とを有している。第２流路部材６の厚さは、第１流路部材４よりも厚く、５〜３０ｍｍ低程度である。

第２流路部材６は、第１流路部材４の加圧室面４−１の圧電アクチュエータ基板４０が接続されていない領域で接合されている。より具体的には、圧電アクチュエータ基板４０を囲むように接合されている。このようにすることで、圧電アクチュエータ基板４０に、吐出した液体の一部がミストとなって付着するのを抑制できる。また、第１流路部材４を外周で固定することになるので、第１流路部材４が変位素子５０の駆動にともなって振動し、共振などが生じるのを抑制できる。

また、第２流路部材６には、貫通孔６ｃが上下に貫通している。貫通孔６ｃは、圧電アクチュエータ基板４０を駆動する駆動信号を伝達するＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）などの配線部材が通される。なお、貫通孔６ｃの第１流路部材４側は、短手方向の幅が広くなっている拡幅部６ｃａとなっており、圧電アクチュエータ基板４０から短手方向の両側に伸びる配線部材は、拡幅部６ｃａで曲げられて上方に向かい、貫通孔６を抜ける。なお、拡幅部６ｃａに広がる部分の凸部は、配線部材を傷つけるおそれがあるので、Ｒ形状にしておくのが好ましい。

第２供給流路２２を、第１流路部材４とは別の、第１流路部材４より厚い第２流路部材６に配置することで、第２供給流路２２の断面積を大きくすることができ、それにより第２供給流路２２と第１供給流路２０とが繋がっている位置の差による圧力損失の差を小さ
くできる。第２供給流路２２の流路抵抗（より正確には第２供給流路２２のうちで、第１供給流路２０と繋がっている範囲の流路抵抗）は、第１供給流路２０の１／１００以下にするのが好ましい。

第２回収流路２６を、第１流路部材４とは別の、第１流路部材４より厚い第２流路部材６に配置することで、第２回収流路２６の断面積を大きくすることができ、それにより第２回収流路２６と第１回収流路２４とが繋がっている位置の差による圧力損失の差を小さくできる。第２回収流路２６の流路抵抗（より正確には第２回収流路２６のうちで、第１回収流路２２と繋がっている範囲の流路抵抗）は、第１回収流路２４の１／１００以下にするのが好ましい。

第２供給流路２２を第２流路部材６の短手方向の一方の端に配置し、第２回収流路２６を第２流路部材６の短手方向の他方の端に配置し、それぞれの流路を該１流路部材４側に向かわせて、それぞれ第１供給流路２０および第１回収流路２４と繋げる構造にする。このようにすることで、第２供給流路２２および第２回収流路２６の断面積を大きく（つまり流路抵抗を小さく）できるともに、第２流路部材６で、第１流路部材４の外周を固定して剛性を高くし、さらに、配線部材の通る貫通孔６ｃを設けることができる。

第２流路部材６は、第２流路部材のプレート６ａと６ｂとが積層されて構成されている。プレート６ｂの上面には、第２供給流路２２のうち第２方向に伸びている流路抵抗の低い部分である第２供給流路本体２２ａとなる溝と、第２回収流路２６のうち第２方向に伸びている流路抵抗の低い部分である第２供給流路本体２６ａとなる溝が配置されている。

第２供給流路本体２２ａとなる溝から、下方（第１流路部材４の方向）に向かって複数の供給接続流路２２ｂが伸びており、加圧室面４−１上に開口している第１供給流路の開口２０ａに繋がっている。各供給接続流路２２ｂの間は仕切り６ｂａで区切られている（つまり、供給接続流路２２ｂの第１供給流路２０側は分岐している）。これにより、第２流路部材６と第１流路部材４との接続の剛性を高くできる。さらに、第２方向において、仕切り６ｂａの長さは、給接続流路２２ｂの長さより長くなっていることで、第２流路部材６と第１流路部材４との接続の剛性をより高くできる。

第２回収流路本体２６ａとなる溝から、下方（第１流路部材４の方向）に向かって複数の回収接続流路２６ｂが伸びており、加圧室面４−１上に開口している第１回収流路の開口２４ａに繋がっている。各回収接続流路２６ｂの間は仕切り６ｂｂで区切られている（つまり、回収接続流路２６ｂの第１回収流路２４側は分岐している）。これにより、第２流路部材６と第１流路部材４との接続の剛性を高くできる。さらに、第２方向において、仕切り６ｂｂの長さは、回収続流路２６ｂの長さより長くなっていることで、第２流路部材６と第１流路部材４との接続の剛性をより高くできる。

プレート６ａには、第２供給流路２２の第２の方向の両端それぞれに開口２２ｃ、２２ｄが設けられている。プレート６ａには、第２回収流路２６の第２の方向の両端それぞれに開口２６ｃ、２６ｄが設けられている。液体の入っていない液体吐出ヘッド２に液体を供給するとき、第２供給流路２２内の液体が外部に排出され易いように、一方の開口（例えば開口２２ｃ）から液体を供給し、第１流路部材４に液体を供給するとともに、空気および溢れた液体を他の開口（例えば２２ｄ）から排出することで、第１流路部材４に気体が入り込み難くできる。第２回収流路２６についても同様に、一方の開口（例えば開口２６ｃ）から、他方の開口（例えば開口２６ｄ）から排出するようにすればよい。

印刷をする際には、液体の供給および回収にはいくつかの方法がある。一つは、第２供給流路２２に供給した液体のすべてが、第１流路部材４に入り、さらに第２回収流路２６
入って外部に排出される。この際、第２回収流路２６へは外部から液体は供給されない。この場合さらに、２つの開口２２ｃ、２２ｄから液体を供給し、２つの開口２６ｃ、２６ｄから回収する方法と、開口２２ｃ、２２ｄのどちらか一方から液体を供給し、他方は閉じておき、開口２６ｃ、２６ｄのどちらか一方から液体を回収し、他方は閉じておく方法があり、さらに、この２つの組み合わせを逆にした方法がある。圧力損失による圧力の差を小さくするには、２つの開口から供給し、２つの開口から回収するのが好ましいが、液体を給排するチューブの接続は圧力の制御が煩雑になる。１つの開口から供給し、１つの開口から回収すると、接続や圧力の制御が簡単になる。その場合、供給と回収は、第２方向に関して反対側の位置にある開口を組にして行なえば、圧力損失の影響が相殺するようになるので好ましい。具体的には、開口２２ｃから供給し開口２６ｄから回収する、あるいは開口２２ｄから供給し開口２６ｃから回収するようにすればよい。

給排の他の方法は、第２供給流路２２の一方の開口（例えば２２ｃ）から液体を供給し、他方の開口（例えば２２ｄ）から回収し、第２回収流路２６の一方の開口（例えば２６ｄ）から液体を供給し、他方の開口（例えば２６ｃ）から回収する。それぞれの給排の圧力を調節して、第２供給流路２２の圧力が、第２回収流路２６の圧力より高くなるようにすれば、第１流路部材４に液体が流れるようになる。このようにすると、各吐出孔８のメニスカスに加わる圧力の差は一番小さくなる。

上述の２つの方法を組み合わせて、第２供給流路２２に対して給排を行なって、第２回収流路２６からは回収だけにしてもよい。逆に、第２供給流路２２に対しては供給だけを行ない、第２回収流路２６には給排を行なってもよい。

またさらに、以上で説明した供給と回収の関係を逆にしてもよい。例えば、第２回収流路２６の２つの開口２６ｃ、２６ｄの両方から液体を供給し、第２回収流路２２の２つの開口２２ｃ、２２ｄの両方から液体を回収してもよい。

第２供給流路２２および第２回収流路２６には、ダンパを設けて、液体の吐出量の変動に対して液体の供給、あるいは排出が安定するようにしてもよい。また、第２供給流路２２および第２回収流路２６内に、フィルタを設けることにより、異物や気泡が、第１流路部材４に入り込み難くしてもよい。

第１流路部材４の上面である加圧室面４−１には、変位素子５０を含む圧電アクチュエータ基板４０が接合されており、各変位素子５０が加圧室１０上に位置するように配置されている。圧電アクチュエータ基板４０は、加圧室１０によって形成された加圧室群とほぼ同一の形状の領域を占有している。また、各加圧室１０の開口は、流路部材４の加圧室面４−１に圧電アクチュエータ基板４０が接合されることで閉塞される。圧電アクチュエータ基板４０は、ヘッド本体２ａと同じ方向に長い長方形状である。また、圧電アクチュエータ基板４０には、各変位素子５０に信号を供給するためのＦＰＣなどの信号伝達部が接続されている。第２流路部材６には、中央で、上下に貫通している貫通孔６ｃがあり、信号伝達部は貫通孔６ｃを通って制御部８８と電気的に繋がれる。信号伝達部は、圧電アクチュエータ基板４０の一方の長辺の端から他方の長辺の端に向かうように短手方向に伸びる形状にし、信号伝達部に配置される配線が短手方向に沿って伸び、長手方向に並ぶようにすれば、配線間の距離をとりやすくなり、好ましい。

圧電アクチュエータ基板４０の上面である第１主面４０−１における各加圧室１０に対向する位置には第１個別電極４４がそれぞれ配置されている。また、圧電アクチュエータ基板４０の下面である第２主面４０−２における各加圧室１０に対向する位置には第２個別電極４５がそれぞれ配置されている。これらの電極については後で詳述する。

流路部材４は、複数のプレートが積層された積層構造を有している。これらのプレートは、流路部材４の上面から順に、キャビティプレート４ａ、供給プレート４ｂ、マニホールドプレート４ｃ〜ｅ、回収プレート４ｆおよびノズルプレート４ｇである。これらのプレートには多数の孔や溝が形成されている。孔や溝は、例えば、各プレートを金属で作製し、エッチングで形成できる。各プレートの厚さは１０〜３００μｍ程度であることにより、形成する孔の形成精度を高くできる。マニホールドプレート４ｃ〜ｅは、同じ形状をしており、１枚のプレートで構成してもよいが、孔を精度よく形成するため、３枚のプレートで構成している。各プレートは、これらの孔が互いに連通してマニホールド５などの流路を構成するように、位置合わせして積層されている。

平板状の流路部材４の加圧室面４−１には、加圧室本体１０ａが開口しており、圧電アクチュエータ基板４０が接合されている。また、加圧室面４−１には、第１供給流路２０に液体を供給する開口２０ａ、および第１回収流路２４から液体を回収する開口２４ａが開口している。流路部材４の、加圧室面４−１と反対側の面である吐出孔面４−２には吐出孔８が開口している。

液体を吐出する構造としては、加圧室１０と吐出孔８とがある。加圧室１０は、変位素子５０に面している加圧室本体１０ａと、加圧室本体１０ａより断面積が小さいディセンダ１０ｂから成っている。加圧室本体１０ａは、キャビティプレート４ａに形成されており、ディセンダ１０ｂは、プレート４ｂ〜ｆに形成された孔が重ねられ、さらにノズルプレート４ｇで（吐出孔８以外の部分を）塞がれて成っている。

加圧室本体１０ａには、個別供給流路１２が繋がっており、個別供給流路１２は、第１供給流路２０に繋がっている。個別供給流路１２は供給プレート４ｂを貫通する円形状の孔であり、液体は上下方向に流れる。第１供給流路２０はプレート４ｃ〜ｈに形成された孔が重ねられ、さらに上側を供給プレート４ｂで、下側をノズルプレート４ｇで塞がれて成っている。

ディセンダ１０ｂには、個別回収流路１４が繋がっており、個別回収流路１４は、第１回収流路２４に繋がっている。個別回収流路１４は回収プレート４ｆを貫通している貫通溝であり、液体は溝に沿って流れる。第１回収流路２４はプレート４ｃ〜ｈに形成された孔が重ねられ、さらに上側を供給プレート４ｂで、下側をノズルプレート４ｇで塞がれて成っている。

液体の流れについて、まとめると、第２供給流路２２に供給された液体は、第１供給流路２０および個別供給流路１２を順に通って加圧室１０に入り、一部の液体は吐出孔８から吐出される。吐出されなかった液体は、個別回収流路１４を通って、第１回収流路２４に入った後、第２回収流路に入り、ヘッド本体２の外部に排出される。

圧電アクチュエータ基板４０は、圧電体である２枚の圧電セラミック層４０ａ、４０ｂからなる積層構造を有している。これらの圧電セラミック層４０ａ、４０ｂはそれぞれ２０μｍ程度の厚さを有している。すなわち、圧電アクチュエータ基板４０の圧電セラミック層４０ａの上面から圧電セラミック層４０ｂの下面までの厚さは４０μｍ程度である。圧電セラミック層４０ａと圧電セラミック層４０ｂの厚さの比は、３：７〜７：３、好ましく４：６〜６：４にされる。圧電セラミック層４０ａ、４０ｂのいずれの層も複数の加圧室１０を跨ぐように延在している。これらの圧電セラミック層４０ａ、４０ｂは、例えば、強誘電性を有する、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系、ＮａＮｂＯ_３系、ＢａＴｉＯ_３系、（ＢｉＮａ）ＮｂＯ_３系、ＢｉＮａＮｂ_５Ｏ_１５系などのセラミックス材料からなる。

圧電アクチュエータ基板４０は、Ａｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる共通電極４２およびＡｕ系などの金属材料からなる第１個別電極４４、第２個別電極４５を有している。共通電極４２の厚さは２μｍ程度であり、第１個別電極４４、第２個別電極４５の厚さは、１μｍ程度である。

第１個別電極４４は、圧電アクチュエータ基板４０の上面である第１主面４０−１に配置されている。第１個別電極４４は、平面形状が加圧室本体１０ａより一回り小さく、加圧室本体１０ａとほぼ相似な形状を有している第１個別電極本体４４ａと、第１個別電極本体４４ａから引き出されている第１引出電極４４ｂとを含んでいる。第１引出電極４４ｂの一端の、加圧室１０と対向する領域外に引き出された部分には、接続電極４６が形成されている。接続電極４６は例えばガラスフリットを含む銀−パラジウムからなり、厚さが１５μｍ程度で凸状に形成されている。また、接続電極４６は、信号伝達部６０に設けられた電極と電気的に接合されている。

第２個別電極４５は、圧電アクチュエータ基板４０の下面である第２主面４０−２に配置されている。第２個別電極４５は、平面形状が環状である第２個別電極本体４５ａと、第２個別電極本体４５ａから引き出されている第２引出電極４５ｂとを含んでいる。第２個別電極本体４５ａは、第１個別電極本体４４ａを囲んで配置されている。必ずしも完全に囲んでいる必要はなく、第１個別電極本体４４ａの面積重心から見て、７５％以上が囲まれていればよい。９０％以上が囲まれているのがより好ましく、完全に囲まれているのが特に好ましい。なお、図６（ｂ）では、第２個別引出電極４５ｂと第１引出電極４４ｂとは、重なって同じ位置に示されている。

第１引出電極４４ｂと、第２引出電極４５ｂとは、圧電セラミック層４０ａ、４０ｂを貫通している貫通導体４８で電気的に接続されている。なお、共通電極４２は、貫通導体４８が貫通する部分には形成されていない。

また、圧電アクチュエータ基板４０の上面には、共通電極用表面電極（不図示）が形成されている。共通電極用表面電極と共通電極４２とは、圧電セラミック層４０ａに配置された、図示しない貫通導体を通じて、電気的に接続されている。

詳細は後述するが、第１個別電極４４および第２個別電極４５には、制御部８８から信号伝達部を通じて駆動信号が供給される。駆動信号は、印刷媒体Ｐの搬送速度と同期して一定の周期で供給される。

共通電極４２は、圧電セラミック層４０ａと圧電セラミック層４０ｂとの間の領域に面方向のほぼ全面にわたって形成されている。すなわち、共通電極４２は、圧電アクチュエータ基板４０に対向する領域内のすべての加圧室１０を覆うように延在している。共通電極４２は、圧電セラミック層４０ａ上に第１個別電極からなる電極群を避ける位置に形成されている共通電極用表面電極に、圧電セラミック層４０ａを貫通して形成されたビアホールを介して繋がっていて、接地され、グランド電位に保持されている。共通電極用表面電極は、多数の第１個別電極と同様に、制御部８８と直接あるいは間接的に接続されている。

圧電セラミック層４０ａの第１個別電極本体４４ａと共通電極４２とに挟まれている部分は、厚さ方向に分極されており、第１個別電極本体４４ａに電圧を印加すると変形する。対向して配置されている第１個別電極本体４４ａおよび共通電極４２と、それらに挟まれている圧電セラミック層４０ａとを第１圧電部Ａと呼ぶ。

圧電セラミック層４０ｂの第２個別電極本体４５ａと共通電極４２とに挟まれている部
分は、厚さ方向に分極されており、第２個別電極本体４５ａに電圧を印加すると変形する。対向して配置されている第２個別電極本体４５ａおよび共通電極４２と、それらに挟まれている圧電セラミック層４０ｂを第２圧電部Ｂと呼ぶ。

第２圧電部Ｂの分極方向を第１圧電部Ａの分極方向と逆にしておき（図６（ａ）中の矢印は分極方向を表す）、第１個別電極本体４４ａおよび第２個別電極本体４５ａに同じ電圧を加える。分極方向と同じ方向に電界を加えれば、第１圧電部Ａと第２圧電部Ｂとは圧電効果により歪む活性部として働き、平面方向に縮む。変位素子５０のその他の部分の圧電セラミック層４０ａ、４０ｂは、第１個別電極本体４４ａおよび第２個別電極本体４５ａに電圧を加えても直接電界が生じない非活性部であり、自発的に変形はせず、活性部の変形を規制しようとする。この結果、変位素子５０は加圧室１０側に変位する。

なお、第２圧電部Ｂの分極方向と第１圧電部Ａの分極方向とを同じ向きにしておき、第１個別電極本体４４ａと第２個別電極本体４５ａとに逆の電圧を加えてもよい。ただし、加える電圧を１種類にした方が、制御が簡単になるので、分極方向は逆にするのが好ましい。

第２個別電極４５毎に電圧を加えるかどうかを変えられるようにするには、例えば、圧電アクチュエータ基板４０と流路部材４とを接着する接着剤で、絶縁すればよい。また、駆動毎に、すべての第２個別電極本体４５ａに同じ電圧を加え、すなわちすべての第２圧電部Ｂを圧電変形させ、吐出させる変位素子５０の第１圧電部Ａにのみ電圧を加えて圧電変形するようにしてもよい。その際、駆動信号は、第２圧電部Ｂの変形だけでは吐出が起こらず、第２圧電部Ｂと第１圧電部Ａとが両方変形した際に、吐出するようにしたものを用いる。このようにすれば、第２個別電極本体４５ａに加える電圧の制御が簡単にできる。

本実施形態では、第１圧電部Ａおよび第２圧電部Ｂは、２層の電極層とそれらに挟まれた１層の圧電体層（圧電セラミック層）から成っているが、それぞれ、複数の電極層と複数の圧電体層とが交互に積層されて成っていてもよい。

続いて、液体の吐出動作について、説明する。制御部８８からの制御でドライバＩＣなどを介して、第１個別電極４４および第２個別電極４５に供給される駆動信号により、変位素子５０が駆動（変位）させられる。本実施形態では、様々な駆動信号で液体を吐出させることができるが、ここでは、いわゆる引き打ち駆動方法について説明する。

あらかじめ第１個別電極４４および第２個別電極４５を共通電極４２より高い電位（以下高電位と称す）にしておき、吐出要求がある毎に第１個別電極４４および第２個別電極４５を共通電極４２と一旦同じ電位（以下低電位と称す）とし、その後所定のタイミングで再び高電位とする。これにより、第１個別電極４４および第２個別電極４５が低電位になるタイミングで、圧電セラミック層４０ａ、４０ｂが元の（平らな）形状に戻り（始め）、加圧室１０の容積が初期状態（両電極の電位が異なる状態）と比較して増加する。これにより、加圧室１０内の液体に負圧が与えられる。そうすると、加圧室１０内の液体が固有振動周期で振動し始める。具体的には、最初、加圧室１０の体積が増加し始め、負圧は徐々に小さくなっていく。次いで加圧室１０の体積は最大になり、圧力はほぼゼロとなる。次いで加圧室１０の体積は減少し始め、圧力は高くなっていく。その後、圧力がほぼ最大になるタイミングで、第１個別電極４４および第２個別電極４５を高電位にする。そうすると最初に加えた振動と、次に加えた振動とが重なり、より大きい圧力が液体に加わる。この圧力がディセンダ内を伝搬し、吐出孔８から液体を吐出させる。

つまり、高電位を基準として、一定期間低電位とするパルスの駆動信号を第１個別電極
４４および第２個別電極４５に供給することで、液滴を吐出できる。このパルス幅は、加圧室１０の液体の固有振動周期の半分の時間であるＡＬ（Acoustic Length）とすると、
原理的には、液体の吐出速度および吐出量を最大にできる。加圧室１０の液体の固有振動周期は、液体の物性、加圧室１０の形状の影響が大きいが、それ以外に、圧電アクチュエータ基板４０の物性や、加圧室１０に繋がっている流路の特性からの影響も受ける。

なお、パルス幅は、吐出される液滴を１つにまとめるようにするなど、他に考慮する要因もあるため、実際は、０．５ＡＬ〜１．５ＡＬ程度の値にされる。また、パルス幅は、ＡＬから外れた値にすることで、吐出量を少なくすることができるため、吐出量を少なくするためにＡＬから外れた値にされる。

本実施形態では、圧電アクチュエータ基板４０を平面視したとき、第１圧電部Ａと第２圧電部Ｂとが重なっている第１オーバーラップ領域、および第２圧電部Ｂと加圧室１０となる開口の外周を構成している支持板開口縁部Ｃとが重なっている第２オーバーラップ領域が存在することにより変位量が大きくなっている。

まず、変位素子５０の基本的な構成について説明する。変位素子５０は、支持部材（流路部材）４の開口（加圧室）１０に面しており、開口１０の外周を構成している開口縁部Ｃで、変位素子５０の外側の位置を規制されている。第１圧電部Ａは、電圧が加わると平面方向に収縮し、第１圧電部Ａが積層されている圧電セラミック層４０ｂよりも平面方向の大きさが小さくなるので、開口１０側に凸形状に湾曲する。第２圧電部Ｂは、電圧が加わると平面方向に収縮し、第２圧電部Ｂが積層されている圧電セラミック層４０ａよりも平面方向の大きさが小さくなるので、開口１０とは反対側に凸形状になる。第２圧電部Ｂの外側は、開口縁部Ｃで位置が規制されているため、第２圧電部Ｂの内側は、第１圧電部Ａを開口１０側に押し出すように湾曲する。これら第１圧電部Ａと第２圧電部Ｂとの湾曲が合わさって、変位素子５０が変位する。

開口１０の平面形状は、任意であるが、基本的には凹んだところのない凸形状にされる。具体的に、円形状、楕円形状、凸多角形状などである。変位量を大きくするためには、円形状に近い形状であるのが好ましく、変位量に関して言えば、円形状が最適である。

第１圧電部Ａは、開口１０のほぼ中心に位置し（開口１０の面積重心が第１圧電部Ａ内にある）、第１圧電部Ａの面積は、開口１０の面積に対して、５０％〜７０％であれば、変位量を大きくできる。面積比は、特に５５％〜６５％であるのが好ましい。

続いて、第１オーバーラップ領域について説明する。第１オーバーラップ領域は、第１圧電部Ａの外周部において、第１圧電部Ａと第２圧電部Ｂとが重なっている領域である。なお、第１引出電極４５ｂと共通電極４２とが重なっている部分は、第１圧電部Ａには含まれず、第１オーバーラップ領域にも含まれない。

第１オーバーラップ領域は、第１圧電部Ａを囲むように配置されている。必ずしも完全に囲んでいる必要はなく、第１個別電極本体４４ａの面積重心から見て、７５％以上が囲まれていればよい。９０％以上が囲まれているのがより好ましく、完全に囲まれているのが特に好ましい。また、第１オーバーラップ領域は、設計上離れて配置されていた第１圧電部Ａと第１圧電部Ｂとがずれて重なったものではなく、重なるように設計されたものである。

第１オーバーラップ領域が存在すると、変位量は大きくなる。これは、次のような理由によると考えられる。第１オーバーラップ領域は、第１圧電部Ａを囲んでいる環状の領域なので、第１オーバーラップ領域が平面方向に収縮すると、環の直径を小さくするように
力が働く。これは第１圧電部Ａを外側から圧縮し、第１圧電部Ａの平面方向の大きさを小さくする。そうすると第１圧電部Ａの湾曲は大きくなり、より開口１０側に変位することになる。

ただし、第１オーバーラップ領域の面積が大きくなり過ぎると、変位量は逆に小さくなってしまう。理由は、第１オーバーラップ領域の面積が大きくなることで、その分変位素子５０の開口１０の直径方向の長さが短くなるように働くので、その影響の方が大きくなるからではないかと考えられる。そのため、第１オーバーラップ領域の（平均の）幅Ｗ１［μｍ］は、第１圧電部Ａの面積と同じ面積の円の直径の６％以下にする。

図７は、図６（ａ）、（ｂ）に示した変位素子５０についてシミュレーションを行なった結果から得られた第１オーバーラップ領域の幅Ｗ１と体積変位量（変位素子５０の変位により変わる加圧室１０の体積）との関係のグラフである。

シミュレーションでは、支持部材４は、ヤング率２００ＧＰａ、厚さ５０μｍ、開口１０の直径１ｍｍとし、圧電セラミック層４０ａ、４０ｂは、ヤング率８０ＧＰａ、それぞれの厚さは２２μｍ、圧電アチュエータ基板４０の厚さ（圧電セラミック層４０ａの上面から圧電セラミック層４０ｂの下面まで）４５μｍ（すなわち共通電極４２の厚さ１μｍ）、第１圧電部Ａの直径７７５μｍ（これにより第１圧電部Ａの面積は、開口１０の面積の６０％となっている）として、第１オーバーラップ領域の幅Ｗ１［μｍ］を変えている。ここでは後述の第２オーバーラップ領域は存在しない（Ｗ２＝０μｍ）である。ただし、シミュレーションでは、第１引出電極４４ｂおよび第２引出電極がない状態で行なった。グラフでは、第１オーバーラップ領域が存在しない場合、便宜上、第１圧電部Ａと第２圧電部Ｂとの間の距離の分、Ｗ１が負であるとしている。

Ｗ１が大きくなると体積変位量が大きくなっており、グラフから、Ｗ１が０μｍであるときの体積変位量に対して、０μｍ＜Ｗ１≦５０μｍの範囲で体積変位量が大きくなっている。これは第１圧電部Ａの直径との比で表せば、０％より大きく、６．４％以下である。体積変位量をＷ１＝２０μｍ付近で最大になり、第１圧電部Ａの直径との比で表したときの第１オーバーラップ領域の幅は、１％〜５％がより好ましく、２％〜４％が特に好ましいる。

体積変位量を大きくできるＷ１の範囲については、厚さ方向、平面方向に大きさが変わっても、相互に影響を及ぼしあう割合は変わらないので、第１圧電部Ａの直径との比で表せば、対象となるものの形状、大きさによらず、上述範囲となると考えられる。このことは、シミュレーションでも確認された。

続いて、第２オーバーラップ領域について説明する。第２オーバーラップ領域は、第２圧電部Ｂの外周部において、第２圧電部Ｂと支持板開口縁部Ｃとが重なっている領域である。

第２オーバーラップ領域は、第２圧電部Ｂを囲むように配置されている。必ずしも完全に囲んでいる必要はなく、第２個別電極本体４５ａの面積重心から見て、７５％以上が囲まれていればよい。９０％以上が囲まれているのがより好ましく、完全に囲まれているのが特に好ましい。また、第２オーバーラップ領域は、設計上離れて配置されていた第２圧電部Ｂと支持板開口縁部Ｃとがずれて重なったものではなく、重なるように設計されたものである。

第２オーバーラップ領域が存在すると、変位量は大きくなる。これは、次のような理由ではないかと考えられる。第２オーバーラップ領域では、第２圧電部Ｂが平面方向に収縮
することで、支持板開口縁部Ｃの上で、圧電アクチュエータ基板４０が開口１０の側に折れ曲がるように変形し、開口１０上の圧電アクチュエータ基板４０全体を開口１０側に押し込むように変形させるので、これにより、変位量が大きくなる。また、第１オーバーラップ領域で説明したのと同様に、環状の第２オーバーラップ領域の直径が小さくなることにより生じる効果も加わっている可能性もある。第２オーバーラップ領域の幅が大きくなった場合、第１オーバーラップ領域の場合と異なり、第２オーバーラップ領域がない場合より変位量が小さくなることはない。これは、第２オーバーラップ領域が支持部材４と接合されている部分の上の領域であり、第２オーバーラップ領域の第２圧電部Ｂの幅が大きくなって、開口１０上の圧電アクチュエータ基板４０を引き延ばすように（その結果変位量を少なくなるように）働こうとしても、支持部材４によりその動きが規制されるので、支持板開口縁部Ｃの上で、圧電アクチュエータ基板４０を屈曲させる影響の方が大きい状態を維持するのではないかと考えられる。

図８（ａ）、（ｂ）は、第１オーバーラップ領域を評価したのと同様に、第２オーバーラップ領域の幅Ｗ２［μｍ］と体積変位量との関係をシミュレーションで評価した結果である。第１オーバーラップ領域の評価と異なるパラメータは次の通りである。第１オーバーラップ領域は存在しない（Ｗ１＝０μｍ）。図８（ａ）のグラフでは、開口１０の直径は、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍの３種類とし、第１圧電部Ａの直径は、それぞれ開口１０の面積の６０％となるようにした。図８（ｂ）のグラフでは、圧電アクチュエータ基板の厚さ、３０μｍ、４５μｍ、９０μｍとした。また、各モデルで体積変位量が大きく異なるので、グラフには、それぞれの体積変位量の最大値で割って規格化したものをプロットした。

図８（ａ）から、体積変位量のピークは、Ｗ２が５０〜１００μｍの範囲内であり、開口の１０の大きさにあまり影響を受けないことが分かる。また、Ｗ２が３００μｍ以上になると体積変位量はほぼ一定になることが分かる。このときの体積変位量は、第２オーバーラップ領域がない、すなわちＷ２＝０μｍの場合の体積変位量よりも大きく、第２オーバーラップ領域が大きい場合でも、体積変位量を大きくする効果があることが分かる。

図８（ｂ）から、体積変位量のピークとなるＷ２の値は、圧電アクチュエータ基板４０の厚さが厚くなっていくにしたがって大きくなっている。圧電アクチュエータ基板４０の厚さが厚くなっていくほど、支持板開口縁部Ｃの上で圧電アクチュエータ基板４０を開口１０の側に折れ曲げるのに力が必要なため、体積変位量のピークとなるＷ２の値は、圧電アクチュエータ基板４０の厚さにほぼ比例するのではないかと考えられる。

以上の結果から、まずＷ２を圧電アクチュエータ基板４０の厚さ以上にすることで、変位量をより大きくできる。より具体的には、Ｗ２＝０μｍである場合に対するＷ２の変位量が最大になる値である場合の変位量の向上を１００％とすると、上述の範囲では４０％以上の向上となる。さらにＷ２が、圧電アクチュエータ基板４０の厚さの４倍以下であれば、Ｗ２の値が大きくて、変位量が一定なる領域よりも大きな変位量とすることができる。

そして、第１オーバーラップ領域、第２オーバーラップ領域の両方が存在すると、変位量をより大きくできる。なお、第１オーバーラップ領域、第２オーバーラップ領域のいずれについても、圧電体として一般的なものを用い、支持部材４として一般的な金属を用いれば、上述と同様の傾向になると考えられる。

１・・・プリンタ
２・・・液体吐出ヘッド
２ａ・・・ヘッド本体
４・・・（第１）流路部材、支持部材
４ａ〜ｇ・・・（第１流路部材の）プレート
４−１・・・加圧室面
４−２・・・吐出孔面
６・・・第２流路部材
６ａ、６ｂ・・・（第２流路部材の）プレート
６ｂａ、６ｂｂ・・・仕切り
６ｃ・・・（第２流路部材の）貫通孔
６ｃａ・・・貫通孔の拡幅部
８・・・吐出孔
９Ａ・・・吐出孔列
９Ｂ・・・吐出孔行
１０・・・加圧室
１０ａ・・・加圧室本体、開口
１０ｂ・・・ディセンダ（部分流路）
１１Ａ・・・加圧室列
１１Ｂ・・・加圧室行
１２・・・個別供給流路
１４・・・個別回収流路
２０・・・第１（共通）供給流路
２０ａ・・・（第１共通供給流路の）開口
２２・・・第２（共通）供給流路
２２ａ・・・第２共通供給流路本体
２２ｂ・・・供給接続流路
２２ｃ、２２ｄ・・・（第２共通供給流路の）開口
２４・・・第１（共通）回収流路
２４ａ・・・（第１共通回収流路の）開口
２６・・・第２（共通）回収流路
２６ａ・・・第２共通回収流路本体
２６ｂ・・・回収接続流路
２６ｃａ６ｄ・・・（第２共通回収流路の）開口
４０・・・圧電アクチュエータ基板
４０ａ・・・圧電セラミック層
４０ｂ・・・圧電セラミック層
４０−１・・・第１主面
４０−２・・・第２主面
４２・・・共通電極
４４・・・第１個別電極
４４ａ・・・第１個別電極本体
４４ｂ・・・第１引出電極
４５・・・第２個別電極
４５ａ・・・第２個別電極本体
４５ｂ・・・第２引出電極
４６・・・接続電極
４８・・・貫通電極
５０・・・変位素子（加圧部）
６０・・・信号伝達部
７０・・・（ヘッド搭載）フレーム
７２・・・ヘッド群
８０ａ・・・給紙ローラ
８０ｂ・・・回収ローラ
８２ａ・・・ガイドローラ
８２ｂ・・・搬送ローラ
８８・・・制御部
Ａ・・・第１圧電部
Ｂ・・・第２圧電部
Ｃ・・・（支持部材の）開口縁部
Ｐ・・・印刷用紙

Claims (6)

1. 複数の圧電体層と複数の電極層とが交互に積層されている圧電基板と、該圧電基板が備えている第１主面および第２主面のうちの該第２主面側に積層されている支持部材とを含んでいる圧電素子であって、
   該圧電基板は、
   前記第１主面側に配置されている、少なくとも２層の前記電極層と該２層の電極層に挟まれている前記圧電体層とを含んでいる第１圧電部と、
   前記第２主面側に配置されている、少なくとも２層の前記電極層と該２層の電極層に挟まれている前記圧電体層とを含んでいる第２圧電部とを備えており、
   前記圧電基板を平面視したとき、
   前記第２圧電部は、前記第１圧電部を囲むように配置されており、
   前記支持部材は開口を備えており、該開口は、前記第１圧電部および前記第２圧電部と重なるように配置されており、
   前記第２圧電部の外周部において、前記第２圧電部と前記開口の外周を構成している支持板開口縁部とが重なっている第２オーバーラップ領域が存在することを特徴とする圧電素子。
2. 前記第２オーバーラップ領域の幅が、前記圧電基板の厚さ以上であることを特徴とする請求項１に記載の圧電素子。
3. 前記第２オーバーラップ領域の幅が、前記圧電基板の厚さの４倍以下であることを特徴とする請求項２に記載の圧電素子。
4. 前記圧電基板を平面視したとき、
   前記第１圧電部の外周部において、前記第１圧電部と前記第２圧電部とが重なっている第１オーバーラップ領域が存在しており、該第１オーバーラップ領域の幅が、前記第１圧電部の面積と同じ面積の円の直径の６％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧電素子。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の圧電素子を複数備えており、前記支持部材が、前記基板側に複数の開口を備えており、該複数の開口は、それぞれ複数の前記第１および第２圧電部と重なるように配置されており、前記支持部材が、複数の前記開口からそれぞれ繋がっている複数の吐出孔を備えていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
6. 請求項５に記載の液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、前記液体吐出ヘッドを制御する制御部を備えていることを特徴とする記録装置。

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