JP2006069112A

JP2006069112A - インクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置

Info

Publication number: JP2006069112A
Application number: JP2004257399A
Authority: JP
Inventors: Hirofumi Nakamura; 洋文中村
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2004-09-03
Filing date: 2004-09-03
Publication date: 2006-03-16

Abstract

【課題】ピエゾ素子の電極パッド部による駆動部の変位拘束を低減し、大きな出力変位が得られるインクジェット記録ヘッドと、このインクジェット記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置を得る。
【解決手段】ピエゾ素子１４４の駆動部１４４Ｄは電極板１２０からノズルプレート１１６へ向かって分極され、電極パッド部１４４Ｐはこれと直交する向きに分極される。駆動電圧の印加により、電極パッド部１４４Ｐは駆動部１４４Ｄに向かって傾斜するようにせん断変形するので、電極パッド部１４４Ｐによる駆動部１４４Ｄの変形の拘束力が低減され、駆動部１４４Ｄの出力変位が大きくなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置に関する。

インクチャンバー内のインクに対し、いわゆるピエゾアクチュエータのたわみ変形によってエネルギーを印加してノズルからインク滴を吐出させるインクジェット記録ヘッドがある。このようなインクジェット記録ヘッドのピエゾアクチュエータは、振動板とピエゾ素子が接合された構成であり、インクチャンバーに対応して配置されて、駆動電圧の印加でたわみ変形する駆動部と、インクチャンバーの隔壁に対応して配置（固定）され、電気配線との接続を行うための電極パッド部とで構成され、これらが一体化されているものがある。

このような構造のインクジェット記録ヘッドでは、駆動部と電極パッド部とが一体化されており、かつ分極も双方は同じ状態でなされる。この構造の場合、駆動電圧を印加すると、駆動部はバイモルフ効果でたわみ変形する一方、電極パッド部もその面内方向に収縮しようとするので、電極パッド部と駆動部とが内力で引き合うことになる。この結果、電極パッド部が駆動部の変形を拘束してしまい、出力変位が小さくなってしまうことがある。

この問題を解決するため、たとえば特許文献１に記載の液滴噴射装置では、圧電トランスデューサがインク室とインク室形成部材（隔壁）とに連続して配置されており、圧電トランスデューサ内のインク室に対応した部分（駆動部）には、異なる方向に分極された２つの領域が設けられている。そして、電圧印加時には、第２の領域を平行四辺形状にせん断変形させ、第１の領域は縦効果変形させて、第２の領域の変形を助長するようになっている。

このような引用文献１の構成においては、電圧印加時に、圧電トランスデューサのうち、インク室形成部材に対応した部分（電極パッド部）がインク室に対応した部分（駆動部）に及ぼす変形拘束は低減できるものの、構成や分極手順が複雑になる欠点があった。
特開２００２−３５９４１０号公報

本発明は上記事実を考慮し、簡易な構成でかつ容易に、ピエゾ素子の電極パッド部による駆動部の変位拘束を低減し、大きな出力変位が得られるインクジェット記録ヘッドと、このインクジェット記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置を得ることを課題とする。

請求項１に記載の発明では、インクが充填される複数のインクチャンバーと、前記インクチャンバーと連通してインクチャンバーのインクをインク滴として吐出するためのノズルと、前記インクチャンバーの開口面に配置されてインクチャンバーの可動壁を構成し、変形によりインクチャンバーを膨張又は圧縮させる振動板と、前記振動板に接合され、チャンバー隔壁に対応した位置に配置された電極パッド部と、前記インクチャンバーに対応した位置に配置された駆動部と、が一体化されたピエゾ素子と、前記振動板とでピエゾ素子を挟むように配置され振動板との間に画像情報に応じた駆動電圧を生じさせる電極板と、を有し、前記駆動部が、前記駆動電圧の印加によってたわみ変形する方向に分極された第１分極部とされ、前記電極パッド部が、前記駆動電圧の印加によってせん断変形する方向へ分極された第２分極部とされている、ことを特徴とする。

このインクジェット記録ヘッドでは、ピエゾ素子に対して駆動電圧が印加されると、バイモルフ効果によって駆動部がたわみ変形する。この変形により、インクチャンバーが膨張又は圧縮され、インクチャンバー内のインクがノズルからインク滴として吐出される。

ピエゾ素子の駆動部は第１分極部とされ、駆動電圧の印加によってたわみ変形する方向に分極されているが、電極パッド部は、駆動電圧の印加によってせん断変形する方向へ分極されている。これにより、駆動電圧印加時に電極パッド部がせん断変形するので、簡易な構成でかつ容易に、駆動部のたわみ変形を拘束する力が低減され、駆動部の出力変位が大きくなる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記第１分極部が、前記駆動電圧の電圧印加方向と同方向に分極され、前記第２分極部が、前記駆動電圧の電圧印加方向と略直交する方向に分極されていることを特徴とする。

これにより、第１分極部及び第２分極部を簡単な構成で実現できる。なお、ここでいう「略直交」とは、電極パッド部（第２分極部）が駆動電圧の印加で駆動部（第１分極部）に向かってせん断変形すればよく、これらの分極方向の成す角度としては概ね４５度以上１３５度以下とされる。

請求項２に記載の発明において、第２分極部の分極方向としては、たとえば請求項３に記載のように、前記電極パッド部が前記駆動電圧の印加によって前記駆動部へ向けてせん断変形する方向、であってもよいし、請求項４に記載のように、前記電極パッド部と前記駆動部との境界線から前記電極パッド部の外周に向かう方向、であってもよい。

請求項５に記載の発明では、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発明において、前記電極板又は前記振動板の少なくとも一方に、前記電極パッド部を分極させて前記第２分極部とするための分極電圧を印加する分極用電極対、が形成されていることを特徴とする。

すなわち、請求項１に発明のピエゾ素子は、あらかじめ駆動部が第１分極部となるように分極されたり、電極パッド部が第２駆動部となるように分極されたりしたものを使用してもよいが、請求項２に記載のように、電極板と振動板の少なくとも一方に分極用電極対が形成されたものを使用すると、ピエゾ素子の電極パッド部に、後工程で分極させて第２分極部を構成することができる。なお、未分極のピエゾ素子の駆動部に対しては、たとえば電極板と振動板との間に、駆動電圧と同方向（ピエゾ素子の厚さ方向）の分極用電圧を印加して分極させ、第１分極部を構成することができる。

請求項５に記載の分極用電極対としては、たとえば請求項６に記載のように、前記分極用電極対の一方が、前記駆動部と前記電極パッド部との境界線に沿うように形成され、他方が、それと略一定の距離を隔てて沿うように形成されている形状のものを挙げることができる。

請求項７に記載の発明では、インクが充填される複数のインクチャンバーと、前記インクチャンバーと連通してインクチャンバーのインクをインク滴として吐出するためのノズルと、前記インクチャンバーの開口面に配置されてインクチャンバーの可動壁を構成し、変形によりインクチャンバーを膨張又は圧縮させる振動板と、前記振動板に接合され、チャンバー隔壁に対応した位置に配置される電極パッド部と、前記インクチャンバーに対応した位置に配置される駆動部と、が一体化されたピエゾ素子と、前記振動板とでピエゾ素子を挟むように配置され振動板との間に画像情報に応じた駆動電圧を生じさせる電極板と、を有し、前記駆動部が、前記駆動電圧の印加によってたわみ変形する方向に分極された分極部とされ、前記電極パッド部が、非分極部とされている、ことを特徴とする。

ピエゾ素子の駆動部は分極部とされ、駆動電圧の印加によってたわみ変形する方向に分極されているが、電極パッド部は、非分極部とされている。これにより、駆動部と電極パッド部とが互いに引き合う内力を従来構造より小さくでき、簡易な構成でかつ容易に、駆動部のたわみ変形を拘束する力が低減され、駆動部の出力変位が大きくなる。

請求項８に記載の発明では、インクが充填される複数のインクチャンバーと、前記インクチャンバーと連通してインクチャンバーのインクをインク滴として吐出するためのノズルと、前記インクチャンバーの開口面に配置されてインクチャンバーの可動壁を構成し、変形によりインクチャンバーを膨張又は圧縮させる振動板と、前記振動板に接合され、チャンバー隔壁に対応した位置に配置される電極パッド部と、前記インクチャンバーに対応した位置に配置される駆動部と、が一体化されたピエゾ素子と、前記振動板とでピエゾ素子を挟むように配置され振動板との間に画像情報に応じた駆動電圧を生じさせる電極板と、を有し、前記駆動部が、前記電圧印加によってたわみ変形する方向に分極され、前記振動板と前記電極板の少なくとも一方に、前記電極パッド部には前記駆動電圧を印加させない非印加部が形成されている、ことを特徴とする。

このインクジェット記録ヘッドでは、ピエゾ素子に対して駆動電圧が印加されると、いわゆるバイモルフ効果によって駆動部がたわみ変形する。この変形により、インクチャンバーが膨張又は圧縮され、インクチャンバー内のインクがノズルからインク滴として吐出される。

ピエゾ素子の駆動部は駆動電圧の印加によってたわみ変形する方向に分極されているが、振動板と電極板の少なくとも一方には、電極パッド部に駆動電圧を印加させない非印加部が形成されている。これにより、駆動電圧印加時に電極パッド部が変形しないので、駆動部と電極パッド部とが互いに引き合う内力を従来構造より小さくでき、簡易な構成でかつ容易に、駆動部のたわみ変形を拘束する力が低減され、駆動部の出力変位が大きくなる。

請求項９に記載の発明では、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドを有することを特徴とする。

すなわち、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドを有しているので、簡易な構成でかつ容易に、ピエゾ素子の電極パッドが駆動部のたわみ変形を拘束する力が低減され、駆動部の出力変位が大きくなる。

本発明は上記構成としたので、簡易な構成でかつ容易にピエゾ素子の電極パッド部による駆動部の変位拘束を低減し、大きな出力変位が得られる。

図１及び図２には、本発明の第１実施形態のインクジェット記録ヘッド１１２のインク滴吐出部が部分的に示されている。また、図３には、このインクジェット記録ヘッド１１２を備えたインクジェット記録装置１０２が示されている。本実施形態のインクジェット記録ヘッド１１２を備えたインクジェット記録装置１０２は、記録媒体である記録用紙Ｐ上に、インクジェット記録ヘッド１１２のノズル１４０（図１及び図２参照）から着色インクのインク滴を吐出し、このインク滴によるドットで画像を記録するために使用される。

図３に示すように、インクジェット記録装置１０２は、インクジェット記録ヘッド１１２が搭載されるキャリッジ１０４と、キャリッジ１０４を記録用紙Ｐの記録面に沿った所定の主走査方向方向に移動（主走査）させる主走査機構１０６、および、記録用紙Ｐを主走査方向と交差（好ましくは直交）する所定の副走査方向に搬送（副走査）させるための副走査機構１０８を含んで構成されている。なお、図面において主走査方向を矢印Ｍで、副走査方向を矢印Ｓでそれぞれ示す。

インクジェット記録ヘッド１１２は、ノズル１４０が形成されたノズル面が記録用紙Ｐと対向するようにキャリッジ１０４上に搭載されており、主走査機構１０６によって主走査方向に移動されながら記録用紙Ｐに対してインク滴を吐出することにより、一定のバンド領域ＢＥに対して画像の記録を行う。主走査方向への１回の移動が終了すると、副走査機構１０８によって記録用紙Ｐが副走査方向に搬送され、再びキャリッジ１０４を主走査方向に移動させながら次のバンド領域を記録する。こうした動作を複数回繰り返すことにより、記録用紙Ｐの全面にわたって画像記録を行うことができる。

図１及び図２から分かるように、インクジェット記録ヘッド１１２は、チャンバープレート１１８と、このチャンバープレート１１８の一方の端面に貼着されたノズルプレート１１６、及びチャンバープレート１１８の他方の端面に貼着された振動板１２４を含んで構成されている。

チャンバープレート１１８には、複数のチャンバー部１１８Ｈが形成されており、このチャンバー部１１８Ｈと、ノズルプレート１１６及び振動板１２４とで、インクが一時的に充填される複数のインクチャンバー１４２が構成されている。すなわち、チャンバープレート１１８によって、複数のインクチャンバー１４２を隔てる隔壁が構成され、さらに、インクチャンバー１４２の厚さ方向一端の壁がノズルプレート１１６で、他端の壁が振動板１２４でそれぞれ構成されていることになる。

ノズルプレート１１６には、インクチャンバー１４２のそれぞれと一対一に対応するノズル１４０が形成されている。ノズル１４０は、ノズル面１１４Ｓ内において、１列若しくは複数列のライン状に並んで配置されていてもよいし、いわゆるマトリクス配置とされていてもよい。

振動板１２４には、ピエゾ素子１４４が貼着されている。ピエゾ素子１４４は、インクチャンバー１４２に対応した位置に配置される駆動部１４４Ｄと、チャンバープレート１１８（インクチャンバー１４２の隔壁となっている部分）に対応した部分に配置される電極パッド部１４４Ｐとが一体化された構造とされている（これらの境界面を二点鎖線ＢＳで示す）。

ピエゾ素子１４４には、このピエゾ素子１４４を挟んで振動板１２４と対向するように電極板１２０が配されている。これは、スパッタリング等を用いた薄膜状の電極が通常用いられる。

図１（Ａ）に詳細に示すように、電極板１２０の中央には、駆動部１４４Ｄと平面視にて略同一形状の第１電極部１２０Ａが構成されている。また、ピエゾ素子１４４の駆動部１４４Ｄと電極パッド部１４４Ｐとの境界面ＢＳに対応する部位は、この境界面ＢＳを平面視した形状に沿って第１電極部１２０Ａから独立されて（絶縁されて）、第３電極部１２０Ｃが構成されている。第１電極部１２０Ａは、この第３電極部１２０Ｃの両側を回り込むようにして、電極パッド部１４４Ｐに対応する箇所にも構成されている。したがって、第１電極部１２０Ａの、駆動部１４４Ｄに対応する部分と電極パッド部１４４Ｐに対応する部分とが第３電極部１２０Ｃの両側で繋がっていることになる。

さらに、電極パッド部１４４Ｐに対応した部分の最外縁は、第１電極部１２０Ａ及び第３電極部１２０Ｃの双方から独立して（絶縁されて）、略Ｌ字状の第４電極部１２０Ｄが構成されている。この電極の形状は、第３電極部に対して略一定の距離を隔てて沿うように構成されている。そして、第３電極部１２０Ｃと第４電極部１２０Ｄとで、後述するように電極パッド部１４４Ｐをピエゾ素子の面内方向に分極させることが可能な分極用電極対１２２Ｂが構成されている。また、振動板１２４は第２電極部１２０Ｂとしても作用し、第１電極部１２０Ａと第２電極部１２０Ｂとで、駆動部１４４Ｄを駆動させることが可能な駆動用電極対１２２Ａが構成されている。なお、第２電極部１２０Ｂは、複数のインクチャンバー１４２に共通の電極（共通電極）とされ、第１電極部１２０Ａはそれのれのインクチャンバー１４２に対応した電極（個別電極）とされることが多いが、この逆でもよい。

また、チャンバープレート１１８には、インク供給路１４６から供給されたインクの流路となるインク流路１３６が形成されている。インク流路１３６は、複数のインクチャンバー１４２に対して共通化されており、このインク流路１３６を流れたインクがインク供給路１４６を通ってインクチャンバー１４２に送られる。

なお、図面ではチャンバープレート１１８を１枚の板状の部材とし、この内部に上記のチャンバー部１１８Ｈ、インク流路１３６、インク供給路１４６等が形成された構成としているが、複数のプレートを積層して、全体としてチャンバープレート１１８が構成されていてもよい。

次に、本実施形態のインクジェット記録ヘッド１１２を製造するプロセスにおいて、ピエゾ素子１４４の駆動部１４４Ｄ及び電極パッド部１４４Ｐをそれぞれ所望の方向に分極させて、本発明の第１分極部１４４Ａ及び第２分極部１４４Ｂを構成する方法を説明する。

まず、チャンバープレート１１８に対して、ノズルプレート１１６、振動板１２４、ピエゾ素子１４４及び電極板１２０を積層し貼着して一体化するが、この工程は、従来からの一般的な方法を適用できる。この段階では、ピエゾ素子１４４は未分極とされており、第１分極部１４４Ａ及び第２分極部１４４Ｂは構成されていない。

ここで、まず、第１電極部１２０Ａと第２電極部１２０Ｂ（振動板１２４）との間に所定の分極電圧を印加して、ピエゾ素子１４４を第１電極部１２０Ａから第２電極部１２０Ｂに向かう方向（ピエゾ素子１４４の厚さ方向）に分極させる（図１（Ｂ）矢印Ｐ１参照）。これにより、第１分極部１４４Ａが構成される。このとき、電極パッド部の、第１電極部が存在する領域も、駆動部と同様に分極される。

次に、第３電極部１２０Ｃと第４電極部１２０Ｄとの間に所定の分極電圧を印加して、電極パッド部１４４Ｐを第３電極部１２０Ｃから第４電極部１２０Ｄに向かう方向（ピエゾ素子１４４の面内方向）に分極させる（図１（Ｂ）矢印Ｐ２参照）。これにより、第２分極部１４４Ｂが構成される。なお、先の分極工程で電極パッド部１４４Ｐも厚さ方向に分極されていたが、この工程によって、面内方向に修正されることになる。ここで、第３電極部１２０Ｃと第４電極部１２０Ｄとの距離は、第１電極部１２０Ａと第２電極部１２０Ｂとの距離よりも大きいので、その距離に応じて分極電圧を高くする必要がある。

このように、本実施形態では電極板１２０に、第３電極部１２０Ｃと第４電極部１２０Ｄとで構成された分極用電極対１２２Ｂを設けたので、ピエゾ素子１４４を振動板１２４及び電極板１２０で挟んだ状態で所望の方向に分極させて、内部に第１分極部１４４Ａ及び第２分極部１４４Ｂを構成することができる。

この後、電極パッド部１４４Ｐの第１電極部１２０Ａが存在する領域に、図示しない個別電気配線を接続する。

以上のようにして構成されたインクジェット記録ヘッド１１２を駆動して、ノズル１４０からインク滴を吐出するには、駆動用電極対１２２Ａ（第１電極部１２０Ａと第２電極部１２０Ｂ）にのみ、画像情報に応じた駆動電圧を印加する（図２（Ａ）矢印Ｄ１参照）。これにより、図２（Ａ）に示すように駆動部１４４Ｄ部（第１分極部１４４Ａ）がバイモルフ効果でたわみ変形して振動板１２４を振動させる。そして、インクチャンバー１４２が圧縮されることで、ノズル１４０からインク滴が吐出される。また、インクチャンバー１４２が膨張されたときには、インク流路１３６からインク供給路１４６を通ってインクがインクチャンバー１４２に供給される。

ここで、本実施形態では、ピエゾ素子１４４の電極パッド部１４４Ｐが第２分極部１４４Ｂとされており、第３電極部１２０Ｃから第４電極部１２０Ｄに向かう方向に分極されている。したがって、図２（Ａ）に示すように、上記の駆動電圧の印加で電極パッド部１４４Ｐは駆動部１４４Ｄに向かって傾斜するようにせん断変形する。従来のように、電極パッド部１４４Ｐも駆動部１４４Ｄと同方向に分極された構成では、駆動電圧印加時に電極パッド部１４４Ｐと駆動部１４４Ｄとが内力で互いに引き合うこととなり、電極パッド部１４４Ｐが駆動部１４４Ｄの変形を拘束してしまう。しかし、本実施形態では、電極パッド部１４４Ｐによる駆動部１４４Ｄの変形の拘束力が低減されるので、駆動部１４４Ｄの出力変位が大きくなる。

図４（Ａ）及び（Ｂ）には、比較のために用意された、本願発明に該当しない比較例（従来技術）のインクジェット記録ヘッド４１２が示されている。このインクジェット記録ヘッド４１２では、電極板４２０が第１電極部４２０Ａのみで構成されている。また、ピエゾ素子４４４内も、全体にわたって一様に、電極板４２０から振動板４２４に向かって分極されている。これら以外は、第１実施形態と同様の構成とされている（なお、図４（Ａ）では振動板４２４の図示を省略している）。

比較例のインクジェット記録ヘッド４１２において、第１実施形態と同様に駆動電圧を電極板４２０と振動板４２４との間に印加して、駆動部４４４Ｄをバイモルフ効果でたわみ変形させた場合、境界面ＢＳでの面内方向応力は５０ＭＰａに達している。これに対し、図２（Ｂ）に示すように、第１実施形態のインクジェット記録ヘッド１１２では、駆動時の境界面ＢＳでの面内方向応力は２６ＭＰａに留まっている。この例からも、本実施形態では電極パッド部１４４Ｐによる駆動部１４４Ｄの変形の拘束力が低減されていることが分かる。

図５は、本発明の各実施形態と従来技術とを比較して、駆動部の出力変位が増大する効果を示すものである。出力変位比率と（ブリッジ幅／チャンバ幅）との関係が示されている。

ブリッジ幅とは、図４（Ａ）に示すように、ピエゾ素子の駆動部と電極パッド部との境界の最も幅狭な部分の幅をいい、チャンバ幅とは、ブリッジ幅と同方向での駆動部の幅をいう。そして、これらの比（ブリッジ幅／チャンバ幅）が大きくなるほど、電極パッド部が駆動部のたわみ変形をより強く拘束する。なお、図４（Ａ）では比較例の場合のブリッジ幅及びチャンバ幅を示しているが、本発明の各実施形態においても、これらは同様に定義される。

一方、「出力変位比率」とは、（ブリッジ幅／チャンバ幅）の値が基準値１．０の構造における従来技術の出力変位を基準値１．０としたときの指標であり、この数値が高いほど、効率的に駆動部が駆動されていることになる。

このグラフから、０．６≦（ブリッジ幅／チャンバ幅）≦１．０の範囲において、本実施形態では従来技術よりも高い出力変位比率が得られていることが分かる。

図６及び図７には、本発明の第２実施形態のインクジェット記録ヘッド２１２が示されている。第２実施形態では、電極板の形状が第１実施形態と異なっているが、インクジェット記録装置の全体構成も含めて、これ以外はすべて第１実施形態と同一の構成とされているので、同一の要素、部材には同一符号を付して詳細な説明を省略する。

第２実施形態の電極板２２０では、その第３電極部２２０Ｃが、第１実施形態の第３電極部１２０Ｃと異なり境界面ＢＳの両側に分割して形成されている。したがって、第２実施形態の第１電極部２２０Ａは、２つの第３電極部２２０Ｃの間の部分で、駆動部１４４Ｄに対応する部分と電極パッド部１４４Ｐに対応する部分とが繋がっていることになる。

このような構成の第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、ピエゾ素子１４４に対し、まず、第１電極部２２０Ａと第２電極部１２０Ｂ（振動板１２４）との間に所定の分極電圧を印加して、第１電極部１２０Ａから第２電極部１２０Ｂに向かう方向に分極された第１分極部１４４Ａを構成する（矢印Ｐ１参照）。なお、このときも第１の実施形態と同様、電極パッド部の、第１電極部が存在する領域も、駆動部と同様に分極される。

次に、第３電極部２２０Ｃと第４電極部１２０Ｄとの間に所定の分極電圧を印加して、第３電極部２２０Ｃから第４電極部１２０Ｄに向かう方向に分極された、第２分極部１４４Ｂを構成する（矢印Ｐ２参照）。

したがって、第２実施形態においても第１実施形態と同様に、第１電極部１２０Ａと第２電極部１２０Ｂとの間に、画像情報に応じた駆動電圧を印加すると、駆動部１４４Ｄ部（第１分極部１４４Ａ）がバイモルフ効果でたわみ変形して振動板１２４を振動させるので、インクチャンバー１４２が圧縮されてノズル１４０からインク滴が吐出される。また、電極パッド部１４４Ｐ（第２分極部１４４Ｂ）は、駆動電圧の印加で駆動部１４４Ｄに向かって傾斜するようにせん断変形するので、電極パッド部１４４Ｐによる駆動部１４４Ｄの変形の拘束力が低減され、駆動部１４４Ｄの出力変位が大きくなる。図７（Ｂ）に示すように、第２実施形態においても、駆動時の境界面ＢＳでの面内方向応力は２６ＭＰａに留まっており、電極パッド部１４４Ｐによる駆動部１４４Ｄの変形の拘束力が比較例（図４参照）よりも低減されていることが分かる。

また、図５のグラフからは、０．６≦（ブリッジ幅／チャンバ幅）≦１．０の範囲において、第２実施形態でも第１実施形態と同様に、比較例より高い出力変位比率が得られていることが分かる。

なお、第１実施形態及び第２実施形態において、駆動時に電極パッド部１４４Ｐの分極方向を駆動電圧によって不用意に変化させてしまわないようにするために、ピエゾ素子１４４の材料としてはいわゆるハード系の材料を使用することが好ましい。また、同様の観点から、駆動電圧よりも、第２分極部１４４Ｂを構成するときの分極電圧を高くすることが好ましい。

また、製造工程での駆動用分極対１２２Ａや分極用電極対１２２Ｂへの電圧印加によらずに、あらかじめ駆動部１４４Ｄ及び電極パッド部１４４Ｐが所定の向きに分極されたピエゾ素子を使用して、本発明のインクジェット記録ヘッドを構成してもよい。

図８及び図９には、本発明の第３実施形態のインクジェット記録ヘッド３１２が示されている。第３実施形態においても、第１実施形態と同一の構成要素、部材等については同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。また、第３実施形態においても、インクジェット記録装置の全体構成は第１実施形態と同一とされている。

第３実施形態の電極板３２０では、第１実施形態や第２実施形態と異なり、第３電極部や第４電極部は構成されていない。すなわち、電極板３２０には、第１電極部３２０Ａのみが備えられている。

また、第３実施形態の振動板３２４には、電極パッド部１４４Ｐに対応する部分に、非印加部としての孔部３２４Ｈが形成されており、この孔部３２４Ｈでは電極板３２０との間で駆動用電極対１２２Ａを構成しないようになっている。なお、孔部３２４Ｈは、絶縁性の部材（接着剤等）が充填されていることが望ましい。

本実施形態では、あらかじめ所定の向き（厚さ方向）に分極されたピエゾ素子を使用した場合は、ピエゾ素子３４４の駆動部３４４Ｄと電極パッド部３４４Ｐとが、いずれも電極板３２０から振動板３２４への向きに一様に分極されている（実質的に、第１実施形態の第１分極部１４４Ａのみで構成されている）。

このような構成の第３実施形態では、第１電極部３２０Ａと振動板３２４との間に画像情報に応じた駆動電圧を印加すると、駆動部３４４Ｄ部がバイモルフ効果でたわみ変形して振動板３２４を振動させるので、インクチャンバー１４２が圧縮されてノズル１４０からインク滴が吐出される。また、第３実施形態の振動板３２４に孔部３２４Ｈが形成されていることから、電極パッド部３４４Ｐには上記の駆動電圧が作用せず、電極パッド部３４４Ｐは圧電不活性となる。すなわち、駆動電圧が印加されても電極パッド部３４４Ｐは変形しない。これにより、電極パッド部３４４Ｐによる駆動部３４４Ｄの変形の拘束力が従来技術と比較して低減されるので、駆動部３４４Ｄの出力変位が大きくなる。図９（Ｂ）に示すように、第３実施形態では、駆動時の境界面ＢＳでの面内方向応力は３７ＭＰａであり、電極パッド部３４４Ｐによる駆動部３４４Ｄの変形の拘束力が比較例（図４参照）よりも低減されていることが分かる。

また、図５のグラフからは、０．６≦（ブリッジ幅／チャンバ幅）≦１．０の範囲において、比較例より高い出力変位比率が得られていることが分かる。

なお、第３実施形態において、電極板３２０に本発明の非印加部を形成してもよい。

また、このように電極パッド部を圧電不活性にする構成は、これに限定されない。たとえば、電極パッド部内のみを未分極状態とした構成にしてもよい。

以上説明したように、本発明のいずれの実施形態においても、駆動時にピエゾ素子の電極パッド部が駆動部のたわみ変形を拘束する力が小さくなるので、大きな出力変位を得ることができる。

また、所望の出力変位を得るための必要な駆動電圧も小さくて済むので、インクジェット記録ヘッド全体として高い効率で駆動でき、小型化を図ることも可能となる。

加えて、従来の構成では電極パッド部自身も駆動部と同様のメカニズムでたわみ変形しようとして発生する内力がインクジェット記録ヘッドに不要な振動を発生させていたが、これも防止できる。

さらに、ピエゾ素子に対して作用する力（内部応力）が小さくなるので、ピエゾ素子の振動板や電極板に対する接着信頼性が向上すると共にピエゾ素子自体の寿命も長くなる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は本発明に好適な実施形態を示したものであり、本発明はこれらに限定されるものではない。すなわち、本発明の主旨を逸脱することなく、種々の変形、改良、修正、簡略化などを、上記実施形態に加えてもよい。

また、インクジェット記録装置として、上記ではインクジェット記録ヘッドをキャリッジによって移動させながら液滴吐出を行う形態としたが、ノズル１４０を記録媒体の全幅にわたって配置したライン型の液滴吐出ヘッドを用い、このライン型ヘッドを固定して、記録媒体のみを搬送しながら記録を行う（この場合は主走査のみとなる）など、別の装置形態に本発明を適用することも可能である。

本発明の第１実施形態のインクジェット記録ヘッドを部分的に示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。（Ａ）及び（Ｂ）はいずれも本発明の第１実施形態のインクジェット記録ヘッドを駆動状態で部分的に示す断面図である。本発明のインクジェット記録装置を示す斜視図である。比較例のインクジェット記録ヘッドを部分的に示し、（Ａ）は概略斜視図、（Ｂ）は断面図である。本発明及び比較例のインクジェット記録ヘッドにおける出力変化比率を示すグラフである。本発明の第２実施形態のインクジェット記録ヘッドを部分的に示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。（Ａ）及び（Ｂ）はいずれも本発明の第２実施形態のインクジェット記録ヘッドを駆動状態で部分的に示す断面図である。本発明の第３実施形態のインクジェット記録ヘッドを部分的に示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。（Ａ）及び（Ｂ）はいずれも本発明の第３実施形態のインクジェット記録ヘッドを駆動状態で部分的に示す断面図である。

符号の説明

１０２インクジェット記録装置
１０４キャリッジ
１０６主走査機構
１０８副走査機構
１１２インクジェット記録ヘッド
１１４Ｓノズル面
１１６ノズルプレート
１１８チャンバープレート
１１８Ｈチャンバー部
１２０電極板
１２０Ａ第１電極部
１２０Ｂ第２電極部
１２０Ｃ第３電極部
１２０Ｄ第４電極部
１２２Ａ駆動用電極対
１２２Ｂ分極用電極対
１２４振動板
１３６インク流路
１４０ノズル
１４２インクチャンバー
１４４ピエゾ素子
１４４Ｄ駆動部
１４４Ｐ電極パッド部
１４４Ａ第１分極部
１４４Ｂ第２分極部
１４６インク供給路
１５４ピエゾアクチュエータ
２１２インクジェット記録ヘッド
２２０電極板
２２０Ａ第１電極部
２２０Ｃ第３電極部
３１２インクジェット記録ヘッド
３２０電極板
３２０Ａ第１電極部
３２４Ｈ孔部
３２４振動板
３４４ピエゾ素子
４１２インクジェット記録ヘッド
４２０電極板
４２０Ａ第１電極部
４２４振動板
４４４ピエゾ素子
４４４Ｄ駆動部
ＢＥバンド領域
ＢＳ境界面
Ｐ記録用紙
Ｍ主走査方向
Ｓ副走査方向

Claims

インクが充填される複数のインクチャンバーと、
前記インクチャンバーと連通してインクチャンバーのインクをインク滴として吐出するためのノズルと、
前記インクチャンバーの開口面に配置されてインクチャンバーの可動壁を構成し、変形によりインクチャンバーを膨張又は圧縮させる振動板と、
前記振動板に接合され、チャンバー隔壁に対応した位置に配置された電極パッド部と、前記インクチャンバーに対応した位置に配置された駆動部と、が一体化されたピエゾ素子と、
前記振動板とでピエゾ素子を挟むように配置され振動板との間に画像情報に応じた駆動電圧を生じさせる電極板と、
を有し、
前記駆動部が、前記駆動電圧の印加によってたわみ変形する方向に分極された第１分極部とされ、
前記電極パッド部が、前記駆動電圧の印加によってせん断変形する方向へ分極された第２分極部とされている、
ことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
前記第１分極部が、前記駆動電圧の電圧印加方向と同方向に分極され、
前記第２分極部が、前記駆動電圧の電圧印加方向と略直交する方向に分極されていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
前記第２分極部の分極方向が、前記電極パッド部が前記駆動電圧の印加によって前記駆動部へ向けてせん断変形する方向であることを特徴とする請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド。
前記第２分極部の分極方向が、前記電極パッド部と前記駆動部との境界線から前記電極パッド部の外周に向かう方向であることを特徴とする請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド。
前記電極板又は前記振動板の少なくとも一方に、前記電極パッド部を分極させて前記第２分極部とするための分極電圧を印加する分極用電極対、
が形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
前記分極用電極対の一方が、前記駆動部と前記電極パッド部との境界線に沿うように形成され、他方が、それと略一定の距離を隔てて沿うように形成されていることを特徴とする請求項５に記載のインクジェット記録ヘッド。
インクが充填される複数のインクチャンバーと、
前記インクチャンバーと連通してインクチャンバーのインクをインク滴として吐出するためのノズルと、
前記インクチャンバーの開口面に配置されてインクチャンバーの可動壁を構成し、変形によりインクチャンバーを膨張又は圧縮させる振動板と、
前記振動板に接合され、チャンバー隔壁に対応した位置に配置される電極パッド部と、前記インクチャンバーに対応した位置に配置される駆動部と、が一体化されたピエゾ素子と、
前記振動板とでピエゾ素子を挟むように配置され振動板との間に画像情報に応じた駆動電圧を生じさせる電極板と、
を有し、
前記駆動部が、前記駆動電圧の印加によってたわみ変形する方向に分極された分極部とされ、
前記電極パッド部が、非分極部とされている、
ことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
インクが充填される複数のインクチャンバーと、
前記インクチャンバーと連通してインクチャンバーのインクをインク滴として吐出するためのノズルと、
前記インクチャンバーの開口面に配置されてインクチャンバーの可動壁を構成し、変形によりインクチャンバーを膨張又は圧縮させる振動板と、
前記振動板に接合され、チャンバー隔壁に対応した位置に配置される電極パッド部と、前記インクチャンバーに対応した位置に配置される駆動部と、が一体化されたピエゾ素子と、
前記振動板とでピエゾ素子を挟むように配置され振動板との間に画像情報に応じた駆動電圧を生じさせる電極板と、
を有し、
前記駆動部が、前記電圧印加によってたわみ変形する方向に分極され、
前記振動板と前記電極板の少なくとも一方に、前記電極パッド部には前記駆動電圧を印加させない非印加部が形成されている、
ことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドを有することを特徴とするインクジェット記録装置。