JP7707002B2 - 液体吐出ヘッド - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、液体吐出ヘッドに関する。

インクジェットヘッドにおいて、ＰＺＴ等の圧電体を用いたインクジェットヘッドが種々製品化されている。例えば、ベース部材上に接合した積層型圧電部材をダイシングによって溝を形成し、１つの圧電部材に対して所要数の圧電柱を所定の間隔で櫛歯状に形成した圧電アクチュエータを用い、駆動圧電柱の上端面を振動板に接合し圧力室内のインクに振動を与え、圧力室から連通するノズルよりインク滴を吐出させるインクジェットヘッドがある。圧電柱として、駆動波形を与えて駆動させる駆動圧電柱と、駆動波形を与えないで単なる支柱として使用する非駆動圧電柱が交互に並んでいる。

このような液体吐出ヘッドにおいて、小さい駆動電圧で液体吐出性能を確保することが求められている。

特登５６６８３８２号公報 特開２０１７－１５９５６１号公報

本発明が解決しようとする課題は、小さい駆動電圧で液体吐出性能を確保できる液体吐出ヘッドを提供することである。

一実施形態にかかる液体吐出ヘッドは、複数の圧力室と、振動板と、駆動圧電素子と、補助圧電素子と、駆動部と、を備える。振動板は、複数の前記圧力室に対向配置され、変形により前記圧力室を変形させる。駆動圧電素子は、前記振動板の、前記圧力室に対向する位置に接合される。補助圧電素子は、複数の前記駆動圧電素子の間に配されるとともに複数の前記圧力室の間に配される壁部に対応する位置に設けられ、前記振動板に接合される。駆動部は、前記駆動圧電素子のうち駆動対象の前記駆動圧電素子に駆動電圧を印加して前記駆動圧電素子を変形させる際に、複数の前記補助圧電素子に、前記駆動圧電素子の変形と逆方向に前記補助圧電素子を変形させる補助電圧を印加する。前記補助電圧は前記補助圧電素子の分極方向への電圧が、逆方向の電圧よりも大きく、前記駆動電圧は前記駆動圧電素子の分極方向への電圧が、逆方向の電圧よりも大きい。

第１実施形態に係るインクジェットヘッドの一部の構成を示す断面図。 同インクジェットヘッドの一部の構成を示す斜視図。 同インクジェットヘッドの一部の構成を示す断面図。 同インクジェットヘッドの動作を示す説明図。 第１実施形態に係るインクジェット記録装置の概略構成を示す説明図。 比較例にかかるインクジェットヘッドの構成及び配線を示す説明図。 比較例にかかるインクジェットヘッドの動作を示す説明図。

以下に、第１実施形態に係る液体吐出ヘッドであるインクジェットヘッド１及び液体吐出装置であるインクジェット記録装置１００について、図１乃至図５を参照して説明する。図１は、インクジェットヘッド１の一部の概略構成を示す断面図であり、図２はインクジェットヘッド１の一部の概略構成を示す斜視図である。図３はインクジェットヘッドの一部の構成を示す断面図であり、図４はインクジェットヘッドの動作を示す説明図である。図５はインクジェット記録装置１００の概略構成を示す説明図である。図中矢印Ｘ，Ｙ，Ｚは互いに直交する３方向をそれぞれ示す。各図において説明のため、適宜構成を拡大、縮小または省略して示す。

図１乃至図４に示すように、インクジェットヘッド１は、ベース１０と、圧電部材２０と、振動板３０と、マニホールド４０と、複数のノズル５１を有するノズルプレート５０と、フレーム６０と、ＦＰＣ７０と、を備える。

圧電部材２０は、複数の圧電素子として、駆動圧電素子２３と、補助圧電素子２４と、を交互に備える。圧電部材２０は、複数の溝２２によって一方側が複数に分割される。すなわち、圧電部材２０は、一端側が例えばダイシング加工などで溝が形成されることにより複数に分割され、他端側が連結し、図中Ｘで示す第３方向に沿って駆動圧電素子２３と補助圧電素子２４とが溝２２を挟んで交互に並列配置される。圧電部材２０は、例えばベース１０の第１方向の一方側の端部に配置され、ベース１０に接合される。複数の圧電部材は厚さ方向が第１方向に沿って積層され、互いに接着層を介して接着されている。なお、圧電部材２０は製造過程において分極されている。

駆動圧電素子２３及び補助圧電２４は、アクチュエータであり、図中Ｚ方向で示す第１方向に沿って積層される複数枚の圧電体層２１１と、ダミー層２１２と、各圧電体層の主面に形成される内部電極２２１，２２２と、外部電極２２３，２２４と、を備える。なお、一例として、駆動圧電素子２３と補助圧電素子２４は同じ構成とする。

圧電体層２１１は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）系、または無鉛のＫＮＮ（ニオブ酸ナトリウムカリウム）系等の圧電材料から薄板状に構成される。複数の圧電体層２１１は厚さ方向が積層方向に沿って積層され、互いに接着層を介して接着されている。

内部電極２２１、２２２は銀パラジウムなどの焼成可能な導電性材料で所定形状に構成される導電膜である。内部電極２２１、２２２は各圧電体層２１１の主面の所定領域に形成される。内部電極２２１，２２２は、互いに異なる極である。例えば一方の内部電極２２１は図中Ｙ方向で示す第２方向において圧電体層２１１の一方の端部に至り、他方の端部には至らない領域に形成される。第２方向は積層方向である第１方向に直交する方向である。他方の内部電極２２２は、図中Ｙ方向で示す第２方向において圧電体層２１１の一方の端部には至らず、他方の端部に至る領域に形成される。内部電極２２１，２２２は圧電素子２３，２４の側面に形成される外部電極２２３，２２４にそれぞれ接続される。

外部電極２２３，２２４は、圧電素子２３，２４の側面部に形成され、内部電極２２１，２２２の端部を集めて構成される。例えば外部電極２２３，２２４は、積層方向と直交する第２方向における一方の端面と他方の端面とに、それぞれ形成される。外部電極２２３，２２４はメッキ法やスパッタ法など既知の方法で、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕなどにより成膜されている。外部電極２２３と外部電極２２４とは例えば異なる極であり、外部電極２２３と外部電極２２４とが異なる側面部にそれぞれ配置されている。あるいは、外部電極２２３と２２４が同じ側面部の異なる領域に取り回されていてもよい。

本実施形態において一例として外部電極２２３を個別電極、外部電極２２４を共通電極とする。複数の圧電素子２３，２４の個別電極となる外部電極２２３は、電極層が溝によって分割され、互いに独立して配置される。共通電極となる外部電極２２４は、電極層が溝よりもベース１０側の領域で互いに連結され、例えば接地される。

個別電極となる外部電極２２３は例えばＦＰＣ７０に接続され、各種配線を介して、駆動ＩＣ等の実装部品に接続される。

例えば、個々の外部電極２２３、２２４は、配線により駆動ＩＣを介して、駆動部としての制御部１１６の駆動回路１１６１に接続され、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）による制御によって駆動制御可能に構成される。

ダミー層２１２は、圧電体層２１１と同材料である。ダミー層２１２は電極を片側にしか有さず、電界がかからないので変形しない。すなわち、ダミー層２１２は圧電体としては機能せず、圧電部材２０をベース１０に固定するベースとなり、あるいは組立中や組立後の精度を出すために研磨する研磨代となる。

一例として、各圧電素子２３，２４は、圧電体層２１１の積層数を５０層以下、各層の厚さを１０μｍ～４０μｍ、厚さと総積層数の積を１０００μｍ未満とする。

圧電素子２３，２４は、外部電極２２３，２２４を介して内部電極２２１，２２２に電圧が印加されることで、圧電体層２１１の積層方向に沿って縦振動する。例えばここで言う縦振動とは「圧電定数ｄ３３で定義される厚み方向の振動」である。なお本実施形態においては一例として図２に示すように、１つおきに配される複数の駆動圧電素子２３が振動板３０を挟んで圧力室３１に対応して配置され、残りの補助圧電素子２４は振動板３０を挟んで隔壁部４２に対向する位置に配置される。

振動板３０は、例えば厚さ方向が積層方向である第１方向に沿って配され、第１方向と直交する面方向に延出するプレート部３０１を有する。振動板３０は、複数の圧電素子２３，２４の積層方向の一方側、すなわちノズルプレート５０側の面に接合される。振動板３０は例えば変形可能に構成されたプレート部３０１の、圧電部材２０の駆動圧電素子２３及び補助圧電素子２４と接合される面に、例えば突起状の複数の接合部を備え、接合部において圧電素子２３，２４に接着されていてもよい。

プレート部３０１は例えば金属板であり、各圧力室３１に対向するとともに個別に変位可能な複数の振動部位を有し、複数の振動部位が一体に連なって形成される。例えばプレート部３０１は１枚の平板状に構成され、各圧電素子２３，２４に接合された領域がそれぞれ個別に変位する振動部位を構成する。なお、プレート部３０１は、複数の振動部位が、変位しやすいように、振動部位と隣接する部位あるいは互いに隣接する振動部位間に、折り目や段差が形成されていてもよい。振動板３０は、駆動圧電素子２３，補助圧電素子２４の伸長と圧縮によって、当該圧電素子２３，２４に対向配置された部位が変位することで、変形する。

振動板３０は、圧電素子２３，２４の一方側の端面に接合される。一例として、本実施形態において、振動板３０の第１方向一方側の主面において第２方向の両端の領域はマニホールド４０に接合される。インクジェットヘッド１の第２方向における中央部において、振動板３０のマニホールド４０との間にはインクが収容可能な圧力室３１及びガイド流路３４が形成される。振動板３０の、第１方向の他方側の主面は、一端側の領域が圧電素子２３，２４に接合され、第２方向における他端側の所定の領域がフレーム６０に接合される。振動板３０の第１方向他方側の主面とフレーム６０との間にはインクが収容可能な共通室３２が形成される。すなわち、振動板３０は一方側の面が圧電素子２３，２４に、他方側が圧力室３１、隔壁部４２、及びガイド流路３４に、それぞれ面している。

振動板３０は、厚さ方向に貫通するとともに圧力室３１と共通室３２とを連通させる開口部３３を有する。振動板３０の第１方向における一方側に圧力室３１が形成され、振動板３０の第１方向における他方側に、共通室３２が形成される。共通室３２は第３方向に延出するとともに、第３方向に並ぶ複数の圧力室３１に連通する。振動板３０は、圧電素子２３，２４の変形に伴って変形することにより、圧力室３１の容積を変化させる。

マニホールド４０は、振動板３０の一方側に接合される。マニホールド４０は、ノズルプレート５０と振動板３０との間に配され、隔壁部４２によって隔てられる複数の圧力室３１と、複数の圧力室３１から開口部３３に向けて第２方向に延びるとともに隔壁部４２によって隔てられるガイド流路３４と、を有する所定のインク流路３５が形成される。マニホールド４０は、振動板３０の外縁部に接合される枠状部４１と、複数のインク流路３５を隔てる複数の隔壁部４２と、ガイド流路３４を形成するガイド壁４３と、を備える。

また、第３方向に並列する複数の圧力室３１は、隔壁部４２によって隔てられる。すなわち、圧力室３１の第３方向の両側は隔壁部４２によって構成される。各圧力室３１は、第１方向一方側に配されるノズルプレート５０に形成されたノズル５１に連通する。また、圧力室３１は、ノズルプレート５０の反対側が振動板３０によって塞がれる。

複数の圧力室３１は、ガイド流路３４及び開口部３３を介して共通室３２に連通する。圧力室３１は共通室３２からガイド流路３４を経て供給される液体を保有し、圧力室３１の一部を形成する振動板３０の振動によって変形することで、ノズル５１から液体を吐出する。

隔壁部４２は、第３方向に並ぶ複数の圧力室３１間を隔てるとともに、及び第３方向２並ぶ複数のガイド流路３４間を隔て、圧力室３１及びガイド流路３４の両側部を構成する壁部材である。隔壁部４２は振動板３０を介して、補助圧電素子２４に対向配置され、補助圧電素子２４によって支持される。

ノズルプレート５０は、例えばＳＵＳ・Ｎｉなどの金属やポリイミドなどの樹脂材料からなる厚さ１０μｍ～１００μｍ程度の方形の板状に構成される。ノズルプレート５０は圧力室３１の一方側の開口を覆うように、マニホールド４０の一方側に配置されている。ノズルプレート５０には、厚さ方向に貫通する複数のノズル５１が形成される。ノズル５１は第３方向に沿って並び、ノズル列が形成される。各ノズル５１は、複数の圧力室３１に対応する位置にそれぞれ設けられている。

フレーム６０は振動板３０の第１方向における他方側に配置される。フレーム６０は、振動板３０との間に共通室３２を形成する。共通室３２は、フレーム６０の内側に形成され、振動板３０に設けられた開口部３３及びガイド流路３４を通じて圧力室３１に連通する。

ＦＰＣ７０は、個別電極に接続される。ＦＰＣ７０は、ベース層７１と、電極層７２と、ハンダメッキ層７３と、接着層７４と、絶縁カバー層７５と、を備える。

ＦＰＣ７０は、圧電素子２３，２４の接合面２７に、ハンダメッキ層７３が形成された第１領域を対向して位置合わせして加熱して、ハンダメッキ層７３のハンダを溶融させることで、外部電極２２３に電気的及び機械的に接続される。

以上のように構成されたインクジェットヘッド１において、ノズルプレート５０とフレーム６０と、マニホールド４０と、振動板３０とによって、ノズル５１に連通する複数の圧力室３１と、複数のガイド流路３４と、複数の圧力室３１に連通する共通室３２と、を有するインク流路３５が形成される。例えば共通室３２はカートリッジに連通し、インクが共通室３２を通じて各圧力室３１へ供給される。全ての圧電素子２３，２４は配線により電圧が印加可能に接続されている。インクジェットヘッド１において、制御部１１６が、駆動ＩＣ１１６１により電極２２１，２２２に駆動電圧及び補助電圧を印加すると、駆動圧電素子２３及び補助圧電素子２４が積層方向、すなわち各圧電体層２１１の厚さ方向に振動する。つまり、駆動圧電素子２３及び補助圧電素子２４は縦振動する。

具体的には、制御部１１６は、駆動対象の駆動圧電素子２３の内部電極２２１，２２２に駆動電圧を印加して、駆動対象の駆動圧電素子２３を選択的に駆動する。また、制御部１１６は、駆動対象の駆動圧電素子２３に所定の駆動電圧を印加して駆動するのと同時に、全ての補助圧電素子２４に、駆動電圧と逆方向の補助電圧を印加することで、隔壁部４２に対応する全ての補助圧電素子２４を、駆動電圧素子２３の変形とは反対方向に変形させる。そして、駆動対象の駆動圧電素子２３と補助圧電素子２４とによる、引張方向の変形と圧縮方向の変形を組み合わせて、振動板３０を変形させ、圧力室３１の容積を変化させることで、共通室３２から液体を導き、ノズル５１から吐出させる。

以下、インクジェットヘッド１を備えるインクジェット記録装置１００の一例について、図７を参照して説明する。インクジェット記録装置１００は、筐体１１１と、媒体供給部１１２と、画像形成部１１３と、媒体排出部１１４と、搬送装置１１５と、制御部１１６と、を備える。

インクジェット記録装置１００は、媒体供給部１１２から画像形成部１１３を通って媒体排出部１１４に至る所定の搬送路Ａに沿って、吐出対象物である印刷媒体として例えば用紙Ｐを搬送しながらインク等の液体を吐出することで、用紙Ｐに画像形成処理を行う液体吐出装置である。

筐体１１１は、インクジェット記録装置１００の外郭を構成する。筐体１１１の所定箇所に、用紙Ｐを外部に排出する排出口を備える。

媒体供給部１１２は複数の給紙カセットを備え、各種サイズの用紙Ｐを複数枚積層して保持可能に構成される。

媒体排出部１１４は、排出口から排出される用紙Ｐを保持可能に構成された排紙トレイを備える。

画像形成部１１３は、用紙Ｐを支持する支持部１１７と、支持部１１７の上方に対向配置された複数のヘッドユニット１３０と、を備える。

支持部１１７は、画像形成を行う所定領域にループ状に備えられる搬送ベルト１１８と、搬送ベルト１１８を裏側から支持する支持プレート１１９と、搬送ベルト１１８の裏側に備えられた複数のベルトローラ１２０と、を備える。

支持部１１７は、画像形成の際に、搬送ベルト１１８の上面である保持面に用紙Ｐを支持するとともに、ベルトローラ１２０の回転によって所定のタイミングで搬送ベルト１１８を送ることにより、用紙Ｐを下流側へ搬送する。

ヘッドユニット１３０は、複数（４色）のインクジェットヘッド１と、各インクジェットヘッド１上にそれぞれ搭載された液体タンクとしてのインクタンク１３２と、インクジェットヘッド１とインクタンク１３２とを接続する接続流路１３３と、供給ポンプ１３４と、を備える。

本実施形態において、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの４色のインクジェットヘッド１と、これらの各色のインクをそれぞれ収容するインクタンク１３２を備える。インクタンク１３２は接続流路１３３によってインクジェットヘッド１に接続される。

また、インクタンク１３２には、図示しないポンプなどの負圧制御装置が連結される。そして、インクジェットヘッド１とインクタンク１３２との水頭値に対応して、負圧制御装置によりインクタンク１３２内を負圧制御することで、インクジェットヘッド１の各吐出ノズル２８に供給されたインクを所定形状のメニスカスに形成させている。

供給ポンプ１３４は、例えば圧電ポンプで構成される送液ポンプである。供給ポンプ１３４は、供給流路に設けられている。供給ポンプ１３４は、配線により制御部１１６の駆動回路１１６１に接続され、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）による制御によって制御可能に構成される。供給ポンプ１３４は、インクジェットヘッド１に液体を供給する。

搬送装置１１５は、媒体供給部１１２から画像形成部１１３を通って媒体排出部１１４に至る搬送路Ａに沿って、用紙Ｐを搬送する。搬送装置１１５は、搬送路Ａに沿って配置される複数のガイドプレート対１２１と、複数の搬送用ローラ１２２と、を備えている。

複数のガイドプレート対１２１は、それぞれ、搬送される用紙Ｐを挟んで対向配置される一対のプレート部材を備え、用紙Ｐを搬送路Ａに沿って案内する。

搬送用ローラ１２２は、制御部１１６の制御によって駆動されて回転することで、用紙Ｐを搬送路Ａに沿って下流側に送る。なお、搬送路Ａには用紙の搬送状況を検出するセンサが各所に配置される。

制御部１１６は、コントローラであるＣＰＵ等の制御回路と、各種のプログラムなどを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、各種の可変データや画像データなどを一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、外部からのデータの入力及び外部へのデータの出力をするインターフェイス部と、を備える。

以上のように構成されたインクジェット記録装置１００において、制御部１１６は、例えばインターフェイスにおいてユーザが操作入力部の操作による印刷指示を検出すると、搬送装置１１５を駆動して用紙Ｐを搬送するとともに、所定のタイミングでヘッドユニット１３０に対して印字信号を出力することで、インクジェットヘッド１を駆動する。インクジェットヘッド１は吐出動作として、画像データに応じた画像信号により、駆動ＩＣに駆動信号を送り、内部電極２２１，２２２に駆動電圧を印加して吐出対象の駆動圧電素子２３を選択的に駆動して積層方向に縦振動させ、圧力室３１の容積を変化させることでノズル５１からインクを吐出し、搬送ベルト１１８上に保持された用紙Ｐに画像を形成する。また、液体吐出動作として、制御部１１６は、供給ポンプ１３４を駆動することで、インクタンク１３２からインクジェットヘッド１の共通室３２にインクを供給する。

ここで、インクジェットヘッド１を駆動する駆動動作について、説明する。本実施形態にかかるインクジェットヘッド１は、圧力室３１に対向配置される駆動圧電素子２３と、複数の駆動圧電素子２３の間に配される補助圧電素子２４とを備え、これらの全ての素子２３，２４は配線により電圧が印加可能に接続されている。制御部１１６は、画像データに応じた画像信号により、駆動ＩＣに駆動信号を送り、駆動対象の駆動圧電素子２３の内部電極２２１，２２２に駆動電圧を印加して、駆動対象の駆動圧電素子２３を選択的に変形させるとともに、全ての補助圧電素子２４に、反対方向に変形する補助電圧を印加することで、振動板３０を変形させる。そして、振動板３０の引張方向の変形と圧縮方向の変形を組み合わせて、圧力室３１の容積を変化させることで、液体を吐出させる。

また、制御部１１６は、インクジェットヘッド１の、駆動対象の駆動圧電素子２３に所定の駆動電圧を印加して駆動するのと同時に、全ての補助圧電素子２４に、駆動電圧と逆方向の補助電圧を印加することで、隔壁部４２に対応する全ての補助圧電素子２４を、反対方向に変形させる。

例えば制御部１１６は、引っ張り動作と、圧縮動作とを交互に行う。図４は、非駆動時（引張タイミング）と、引張時と、非駆動時（圧縮タイミング）と、圧縮時の圧電素子２３，２４の変形の状態を示す。
図４に示すように、インクジェットヘッド１において、対象の圧力室３１の内容積を増加させる引張時には、駆動対象の駆動圧電素子２３を収縮（小収縮）し、駆動対象外の駆動圧電素子は変形させず（不動）、全ての補助圧電素子を伸長（小伸長）させる。また、インクジェットヘッド１において対象の圧力室３１の内容積を減少させる圧縮時には、駆動対象の駆動圧電素子２３を伸長（小伸長）し、駆動対象外の駆動圧電素子は変形させず（不動）、全ての補助圧電素子を収縮（小収縮）させる。なお、補助電圧の印加による補助圧電素子２４の変形は、駆動電圧印加による駆動圧電素子２３の変形のタイミングと同時に行うと良い。

すなわち、インクジェットヘッド１において、駆動圧電素子２３を収縮させる際には、駆動電圧と逆方向の補助電圧により補助圧電素子２４を伸長させ、例えば駆動圧電素子２３を伸長させる際には駆動電圧と逆方向の補助電圧を印加することで補助圧電素子２４を収縮させる。すなわち、補助電圧は、駆動電圧に対して素子の伸長と収縮が逆となり、素子が接合される振動部位の振動方向が逆方向となる電圧であって、例えば共通電圧に対する電位差の、プラスとマイナスが逆なるような電圧に設定される。

なお、補助圧電素子２４を駆動する補助電圧だけでも圧力室３１は伸縮するので、補助電圧だけではインクが吐出しない設定、例えば、単独の印加により液体を吐出できる基準電圧よりも低い電圧に、設定する。この補助電圧での補助圧電素子２４の変形に、駆動電圧での駆動圧電素子２３の変形が重なることで、初めて、駆動対象の駆動圧電素子２３に対向するノズル５１からのみインクを吐出する。すなわち、インクジェットヘッド１は、駆動圧電素子２３の変形と、反対方向の補助圧電素子２４の変形とを組み合わせて、振動板３０が液体吐出条件を満たす変形を実現できればよく、駆動圧電素子２３の変形のみで振動板３０を変形させるよりも、駆動圧電素子の振動は小さく、駆動電圧は小さくてすむ。

駆動電圧と補助電圧の大きさは適宜設定可能である。例えば、駆動電圧が最も小さくする場合には、駆動圧電素子と補助圧電素子に印加する電圧は１：１とする。

また、駆動圧電素子に印加する駆動電圧を、補助圧電素子に印加する補助電圧よりも、大きく設定してもよい。例えば、補助圧電素子に印加する電圧が大きいと、温度が上がって粘度が下がったりして非吐出ノズルから誤吐出する可能性もあるため、誤吐出を防止する場合には、駆動圧電素子に印加する駆動電圧を、補助圧電素子に印加する補助電圧よりも、大きく設定する。

また、分極劣化が懸念される場合には、伸長方向の電圧と縮小方向の電圧は、１：１ではなく、分極方向の通電を、分極方向と逆方向の通電よりも、大きく設定してもよい。例えば積層圧電体の場合、伸長する方向が分極方向であるため、伸長する方の電圧を大きく、縮む方向の電圧を小さく、設定する。例えば伸縮する圧電体の場合には、分極方向と逆方向に電圧を印加すると分極劣化が懸念されるが、駆動電圧や補助電圧について、収縮方向の電圧＜伸長方向の電圧とすることで、分極劣化を抑えることができる。

上述した実施形態にかかるインクジェットヘッド１及びインクジェット記録装置１００によれば、小さい駆動電圧で、液体吐出性能を確保できる。

図６及び図７は比較例としてのインクジェットヘッド１０００の構成及び動作を示す説明図である。インクジェットヘッド１０００は、複数の圧電素子として、振動板１０３０を介して圧力室１０３１に対向する駆動圧電素子１０２３と、振動板１０３０を介して圧力室１０３１間に配される隔壁部１０４２に対向する非駆動圧電素子１０２４とを備える。インクジェットヘッド１０００において、駆動圧電素子１０２３は駆動回路１０２５に接続されるが、非駆動圧電素子１０２４は電圧が印加されない構成である。図７に示す様に、インクジェットヘッド１０００において、ノズルプレート１０５０に形成されたノズル１０５１からインクを吐出させる場合、駆動対象の駆動圧電素子１０２３のみに電圧を印加する。例えば図７に示すように、非駆動時は駆動圧電素子１０２３及び非駆動圧電素子１０２４を駆動しない。例えば対象の圧力室１０３１の内容積を増加させる引張時には、駆動対象の駆動圧電素子１０２３を収縮させ、駆動対象外の駆動圧電素子１０２３は変形させず、駆動圧電素子１０２３の間の非駆動圧電素子１０２４も変形させない。また、圧力室１０３１の内容積を減少させる圧縮時には、駆動対象の駆動圧電素子１０２３を伸長し、駆動対象外の駆動圧電素子１０２３は変形させず、駆動圧電素子１０２３の間の非駆動圧電素子１０２４も変形させない。この形態において、駆動圧電素子１０２３のみの変形で液体吐出が可能な変形量を確保する必要があるため、駆動圧電素子１０２３に大きな駆動電圧を印加する必要がある。

一方、本実施形態にかかるインクジェットヘッド１においては、補助電圧を印加することによって、隣接する補助圧電素子２４を駆動対象の駆動圧電素子２３と逆方向に変位するように変形させることで、振動板３０の変形量を一部担うことで、個々の駆動電圧の大きさに対して、圧力室３１の変形量を大きく確保することができる。

例えば発熱の少ないハード系のＰＺＴや、鉛を使用しない無鉛圧電体を用いた場合、圧電体数が小さいので、積層数を増やす必要があり、大型化やコスト増の原因となるが、上記実施形態にかかるインクジェットヘッド１によれば、個々の圧電素子に印加する駆動電圧を下げることができるので、積層数を増やすことを最小限とすることができる。

また、補助圧電素子は全て同じ動きとすればよいため、補助圧電素子の駆動回路は１つで済み、駆動回路コストが低減できる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

例えば、上記実施形態においては、複数層の圧電体層を積層し、積層方向の縦振動（ｄ３３）を用いて圧電素子２３，２４を駆動する構成としたが、これに限られるものではない。例えば圧電素子２３，２４が単層の圧電部材で構成される形態にも適用可能である。

また、圧電素子２３，２４の具体的な構成や、流路の形状、マニホールド４０、ノズルプレート５０、フレーム６０を含む各種部品の構成や位置関係は上述した例に限られるものではなく、適宜変更可能である。また、ノズル５１や圧力室３１の配列も上記に限られるものではない。たとえばノズル５１を２列以上配列してもよい。また、圧電素子２３，２４が積層方向の両端にダミー層２１２を有する例を示したがこれに限られるものではなく、圧電素子２３，２４の一方側のみにダミー層２１２を有していてもよく、あるいは圧電素子２３，２４がダミー層２１２を備えない構成であってもよい。また、上記実施形態においてはプレート部３０１に突起状の接合部３０２が設けられ、振動板３０が接合部３０２において圧電素子２３，２４に接合される例を示したが、これに限られるものではない。例えば、振動板３０が接合部３０２を備えない構成であって、プレート部３０１の一方の面が直接接合されていてもよい。

また、補助圧電素子は全て同じ動きとして補助圧電素子の駆動回路を共通させる例を示したが、補助圧電素子を個別に駆動可能としてもよい。例えば印字が少ない場合、インク吐出に寄与しない場合も消費電力が発生するようなケースでは、個別に駆動することで、省電力を図れる。

また、吐出する液体は印字用のインクに限られるものではなく、例えばプリント配線基板の配線パターンを形成するための導電性粒子を含む液体を吐出する装置等であっても良い。

また、上記実施形態において、インクジェットヘッド１は、インクジェット記録装置等の液体吐出装置に用いられる例を示したが、これに限られるものではなく、例えば３Ｄプリンタ、産業用の製造機械、医療用途にも用いることが可能であり、小型軽量化及び低コスト化が可能である。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、小さい駆動電圧で液体吐出性能を確保できる液体吐出ヘッド及び液体吐出装置を提供できる。

この他、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。以下に、本願出願当初の特許請求の範囲に記載された発明と同等の記載を付記する。
（１）
複数の圧力室と、
複数の前記圧力室に対向配置され、変形により前記圧力室を変形させる、振動板と、 圧電体層を備え、前記振動板の、前記圧力室に対向する位置に接合される駆動圧電素子と、
圧電体層を備え、複数の前記駆動圧電素子の間に配されるとともに複数の前記圧力室の間に配される壁部に対応する位置に設けられ、前記振動板に接合される、補助圧電素子と、
前記駆動圧電素子のうち駆動対象の前記駆動圧電素子に駆動電圧を印加して前記駆動圧電素子を変形させる際に、複数の前記補助圧電素子に、前記駆動圧電素子の変形と逆方向に前記補助圧電素子を変形させる補助電圧を印加する、駆動部と、
を備える、
液体吐出ヘッド。
（２）
前記駆動圧電素子及び前記補助圧電素子は、積層される複数の圧電体層を有する、（１）に記載の液体吐出ヘッド。
（３）
前記補助電圧は、単独の印加で前記圧力室から液体が吐出する基準電圧よりも小さい、（１）または（２）に記載の液体吐出ヘッド。
（４）
複数の前記補助圧電素子を同時に駆動する、（１）乃至（３）のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
（５）
前記補助電圧は前記補助圧電素子の分極方向への電圧が、逆方向の電圧よりも大きく、 前記駆動電圧は前記駆動圧電素子の分極方向への電圧が、逆方向の電圧よりも大きい、（１）乃至（４）のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。

１…インクジェットヘッド、１０…ベース、２０…圧電部材、２２…溝
２３…駆動圧電素子、２４…補助圧電素子、３０…振動板、３１…圧力室、３２…共通室、３３…開口部、３４…ガイド流路、３５…インク流路、４０…マニホールド、４１…枠状部、４２…隔壁部、４３…ガイド壁、５０…ノズルプレート、５１…ノズル、６０…フレーム、７０…配線基板、７１…ベース層、７２…電極層、７３…ハンダメッキ層、７４…接着層、７５…絶縁カバー層、１００…インクジェット記録装置、１１１…筐体、１１２…媒体供給部、１１３…画像形成部、１１４…媒体排出部、１１５…搬送装置、１１６…制御部、１１７…支持部、１１８…搬送ベルト、１１９…支持プレート、１２０…ベルトローラ、１２１…ガイドプレート対、１２２…搬送用ローラ、１３０…ヘッドユニット、１３２…インクタンク、１３３…接続流路、１３４…供給ポンプ、２０１…積層圧電体、２１１…圧電体層、２２１，２２２…内部電極、２２３，２２４…外部電極、３０１…プレート部、３０２…接合部。

Claims (5)

1. 複数の圧力室と、
   複数の前記圧力室に対向配置され、変形により前記圧力室を変形させる、振動板と、 圧電体層を備え、前記振動板の、前記圧力室に対向する位置に接合される駆動圧電素子と、
   圧電体層を備え、複数の前記駆動圧電素子の間に配されるとともに複数の前記圧力室の間に配される壁部に対応する位置に設けられ、前記振動板に接合される、補助圧電素子と、
   前記駆動圧電素子のうち駆動対象の前記駆動圧電素子に駆動電圧を印加して前記駆動圧電素子を変形させる際に、複数の前記補助圧電素子に、前記駆動圧電素子の変形と逆方向に前記補助圧電素子を変形させる補助電圧を印加する、駆動部と、
   を備え、
   前記補助電圧は前記補助圧電素子の分極方向への電圧が、逆方向の電圧よりも大きく、
   前記駆動電圧は前記駆動圧電素子の分極方向への電圧が、逆方向の電圧よりも大きい、
   液体吐出ヘッド。
2. 前記駆動圧電素子及び前記補助圧電素子は、積層される複数の圧電体層を有する、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記補助電圧は、単独の印加で前記圧力室から液体が吐出する基準電圧よりも小さい、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 複数の前記補助圧電素子を同時に駆動する、請求項１乃至３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
5. 全ての前記補助圧電素子を同時に駆動する、請求項４に記載の液体吐出ヘッド。