圧電アクチュエータおよびそれを用いた液体噴射ヘッド
【課題】複数の駆動部分を持つ圧電アクチュエータにおいて、その複数の駆動部分での振動を減衰させ、それらの相互干渉を防止する。
【解決手段】圧電層１１に圧電材料製の拘束層２１Ａ，２１Ｂを積層し、その拘束層２１Ｂの、圧電層１１とは反対側の面に、拘束層２１Ｂ側の駆動電極１２Ａとで拘束層２１Ｂを挟む検出電極２２，２３を設ける。検出電極２２，２３およびそれと拘束層２１Ｂを挟んで対向する駆動電極１２Ａに、圧電層１１の変位にともない拘束層２１Ｂに発生する放電する放電回路３１Ａ，３１Ｂを電気的に接続する。圧電層１１の変位によって発生した起電力を放電回路で消費させることで、圧電層１１の振動を減衰させる。
【解決手段】圧電層１１に圧電材料製の拘束層２１Ａ，２１Ｂを積層し、その拘束層２１Ｂの、圧電層１１とは反対側の面に、拘束層２１Ｂ側の駆動電極１２Ａとで拘束層２１Ｂを挟む検出電極２２，２３を設ける。検出電極２２，２３およびそれと拘束層２１Ｂを挟んで対向する駆動電極１２Ａに、圧電層１１の変位にともない拘束層２１Ｂに発生する放電する放電回路３１Ａ，３１Ｂを電気的に接続する。圧電層１１の変位によって発生した起電力を放電回路で消費させることで、圧電層１１の振動を減衰させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエータおよびそれによって駆動される液体噴射ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電アクチュエータでは、特許文献１に示されるように、圧電材料からなる圧電層を電極で挟んだものが知られている。この構造では、複数の個別電極を平面方向に間隔をあけて形成した圧電層と、コモン電極を形成した圧電層とを交互に積層した構造で、積層方向に対向する個別電極とコモン電極との間の各圧電層が駆動部分として機能し、両電極間に電圧を印加することにより各駆動部分が積層方向に変位する。そして、この圧電アクチュエータを液体噴射ヘッドなどに適用し、各駆動部分の変位により液体に吐出圧力を与えるようにしている。
【０００３】
さらに特許文献１に示される構造では、液体に圧力を与える方向への駆動部分の変位を大きくするために、その方向と反対側の圧電層に積層して拘束層を設けている。この拘束層は、また、積層面と平行な方向の変形を防止して隣り合う駆動部分の変位を抑えクロストークを防止する作用も有している。
【０００４】
しかし、上記構造においては、複数の駆動部分が、圧電層の面方向（積層方向と直交する方向）で圧電層によって相互につながっており、小型化、高密度化を実現しようとすると、隣り合う駆動部分間の間隔が狭くなるので、隣の駆動部分が相互に影響を及ぼすクロストークが発生しやすくなる。
【０００５】
そこで、インクジェット式記録ヘッドにおいては、複数の圧力発生室に連通する共通のリザーバの少なくとも一方面側に可撓性を有する可撓性膜を設け、圧力発生室から共通のリザーバに伝播した圧力波による可撓性膜の変形を電気エネルギーに変えて放電することで、リザーバの圧力変化を効果的に吸収し、クロストークをなくするものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−１６２７９６号公報（段落００５２および図５乃至図７）
【特許文献２】特許第３６９５５０９号公報（段落００５７および図２（ｂ））
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２記載の技術はリザーバにおいて圧力変化を吸収するものであり、圧電アクチュエータ自体の振動を抑制するものではないので、リザーバに可撓性膜を置けないヘッド、あるいはリザーバを持たない機器においては、前記特許文献２記載の技術をそのまま適用することができない。
【０００７】
圧電アクチュエータをインクジェットヘッドに用いる場合だけでなく、圧電アクチュエータが複数の駆動部分を持つものであれば、その複数の駆動部分での相互干渉を防止することが求められる。
【０００８】
この発明は、複数の駆動部分を持つ場合において、その複数の駆動部分での振動を減衰させ、それらの相互干渉を防止する圧電アクチュエータおよびそれを用いた液体噴射ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、偏平状に形成された圧電材料製の圧電層の偏平な方向に沿う複数箇所に、その圧電層を厚さ方向に挟む複数組の駆動電極が配置され、各組の駆動電極間に選択的に電圧が印加されることで、その組の駆動電極間に挟まれた圧電層が変位される圧電アクチュエータにおいて、前記圧電層に、前記複数箇所にわたって延びる偏平な圧電材料製の拘束層が積層され、その拘束層の前記圧電層とは反対側の面に、前記各組の駆動電極のうち前記拘束層側の電極とで前記拘束層を挟む検出電極が設けられ、前記検出電極に、前記圧電層の変位にともない前記拘束層に発生する起電力を放電する放電回路が電気的に接続されていることを特徴とする。
【００１０】
このようにすれば、複数組の駆動電極間に挟まれた圧電層が変位される部分である、複数の駆動部分を持つ場合に、前記複数の駆動部分での振動が減衰され、それらの相互干渉が防止される。つまり、前記圧電層に拘束層が積層され、その拘束層の前記圧電層とは反対側の面に、前記各組の駆動電極のうち前記拘束層側の電極とで前記拘束層を挟む検出電極が設けられ、前記検出電極に、放電回路が電気的に接続されているので、前記圧電層の変位にともない前記拘束層に発生する起電力が放電回路に放電され、前記複数の駆動部分での振動が減衰される。
【００１１】
請求項２に記載のように、請求項１の圧電アクチュエータにおいて、前記圧電層は、複数積層して形成され、前記各組の駆動電極は、積層方向に並んで各圧電層に対して設けられ、前記拘束層は、前記積層された圧電層の一方の外側に積層されており、前記積層された圧電層の前記駆動電極間部分が積層方向に変位するに際して、その変位が前記拘束層側にはその拘束層によって抑制され、主としてそれとは反対方向へ変位させられる構成とすることができる。
【００１２】
このようにすれば、積層された圧電層の前記各組の駆動電極間部分が積層方向に変位するに際して、その変位が前記拘束層側にはその拘束層によって抑制され、主としてそれとは反対方向へ変位させられる。
【００１３】
請求項３に記載のように、請求項１または２の圧電アクチュエータにおいて、前記圧電アクチュエータは、前記圧電層の変位時における前記圧電アクチュエータの固有の振動に対応して、複数の領域に分けられ、前記領域毎に、前記検出電極が配置されていることが望ましい。
【００１４】
このようにすれば、圧電アクチュエータの固有の振動に対して複数の領域に対応して検出電極がそれぞれ設けられているので、前記領域毎に、前記複数の駆動部分での振動が効率よく減衰せしめられる。
【００１５】
請求項４に記載のように、請求項３の圧電アクチュエータにおいて、前記放電回路は、前記固有の振動において互いに逆方向に変位する第１および第２の領域に対応して設けられていることが望ましい。
【００１６】
このようにすれば、圧電アクチュエータの固有の振動において互いに逆方向に変位する第１および第２の領域に対応して放電回路がそれぞれ設けられているので、逆方向の変位にもとづいて発生する位相の異なる起電力が相殺されることなくそれぞれ放電回路に放電され、前記複数の駆動部分での振動が効率よく減衰せしめられる。
【００１７】
請求項５に記載のように、請求項３または４の圧電アクチュエータにおいて、前記複数の領域は、３以上の領域であり、その３以上の領域のうち前記固有の振動において同じ方向に変位する複数の領域に配置された前記検出電極どうしは、接続電極部によって相互に接続されていることが望ましい。
【００１８】
このようにすれば、同じ方向に変位する複数の領域に配置された各検出電極に対してそれぞれ放電回路を設けることなく、その各領域の起電力を共通の放電回路に放電することができる。
【００１９】
請求項６に記載のように、請求項１〜５のいずれかの圧電アクチュエータにおいて、ある駆動周波数で前記圧電層を変位させたときの前記圧電アクチュエータの固有の振動に対応する１つの振動領域に配置される前記検出電極が、他の駆動周波数で前記圧電層を変位させたときの前記圧電アクチュエータの固有の振動に対応する振動領域に配置された前記検出電極の複数個で構成されることが望ましい。
【００２０】
このようにすれば、異なる駆動周波数でそれぞれ圧電層を変位させたときの振動領域の数が整数倍の関係にあるとき、多い数の振動領域に合わせて検出電極を配置しておけば、振動領域の数が少ない駆動周波数の場合、その振動領域の振動を複数の検出電極で減衰させることができる。つまり、１つの検出電極の配置で複数の駆動周波数の振動に対応することができる。
【００２１】
請求項７の発明は、液体噴射ヘッドであって、複数の圧力室が平面的に形成されたキャビティユニットに、請求項１〜４のいずれかの前記圧電アクチュエータが、前記圧力室毎に前記各組の駆動電極を対向させて接合されてなることを特徴とする。
【００２２】
このようにすれば、圧電アクチュエータによって発生した振動が隣の圧力室に伝わるのが抑制され、クロストークが低減される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、複数組の駆動電極間に挟まれた圧電層が変位される部分である、複数の駆動部分を持つ場合に、前記圧電層の変位にともない前記拘束層に発生する起電力を放電する放電回路を設けているので、前記複数の駆動部分での相互干渉を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。なお、この実施の形態は、複数の圧力室が平面的に形成されたキャビティユニットに、圧電アクチュエータが、前記圧力室毎に前記各組の駆動電極を対向させて接合されてなるインクジェットヘッド（液体噴射ヘッド）に適用した例である。
【００２５】
図１は本発明の一実施の形態に係る圧電アクチュエータを用いたインクジェットヘッドの概略構成を示す説明図、図２は同断面図、図３は圧電アクチュエータの分解斜視図である。
【００２６】
図１において、１はインクジェットヘッドで、複数の圧力室２Ａが平面的に規則的に形成されたキャビティユニット２に、積層型の圧電アクチュエータ３が接合されてなる。
【００２７】
キャビティユニット２は、公知のように複数のノズル（図示しない）を外部に開口して有し、インクタンクから供給されたインクを共通の流路（リザーバ）から複数の圧力室２Ａに分配し、圧電アクチュエータ３により圧力室２Ａ内のインクに圧力を付与することで、圧力室２Ａに連通するノズルからインクを噴射する。ノズルおよび圧力室２Ａは、複数個からなる列を、複数列備えている。
【００２８】
圧電アクチュエータ３は、図２および図３に示すように、全圧力室２Ａを覆う偏平な複数の圧電層１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ（以下、これらを総称するときは圧電層１１という）と、その圧電層１１の上面に２層の拘束層２１Ａ，２１Ｂと、圧電層１１の下面にベース層１４とを積層して備え、それらの層間に電極を備えている。これらの各層は、圧電材料（例えばＰＺＴ）によって形成され一体に焼成されるが、最上面の拘束層２１Ａとベース層１４とは、他の絶縁材料でもよい。
【００２９】
圧力室２Ａと平面視重なる位置において各圧電層１１Ａ〜１１Ｄを厚さ方向に挟むように複数組の駆動電極１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１３Ａ，１３Ｂが配置される。１つの圧力室２Ａに対してその上方に積層方向に並ぶ駆動電極１２Ａ〜１２Ｃ，１３Ａ，１３Ｂが一組の駆動電極を構成し、これら駆動電極に挟まれた圧電層が圧力室２Ａ毎の駆動部分を構成する。つまり、圧力室２Ａの位置と対応してこの圧電層１１の偏平な方向に沿う複数箇所に、それぞれ駆動電極１２Ａ〜１２Ｃ，１３Ａ，１３Ｂが配置されている。
【００３０】
駆動電極１２Ａ〜１２Ｃ，１３Ａ，１３Ｂのうち積層方向に１つ置きの第１の駆動電極１２Ａ〜１２Ｃは、圧電層１１の偏平な方向に延びて他の組の駆動電極と共通に形成され、共通電位（例えば接地）に接続される。残りの１つ置きの第２の駆動電極１３Ａ，１３Ｂは、圧力室２Ａに対応して位置し、積層方向のもの同士相互に接続されて、それぞれスイッチング回路４を介して駆動パルス源に接続される。駆動電極１２Ａ〜１２Ｃと駆動電極１３Ａ，１３Ｂとの間に挟まれる各圧電層１１は、それぞれ駆動電極１３Ａ，１３Ｂから駆動電極１２Ａ〜１２Ｃへ向かう方向に分極されている。なお、第１の駆動電極１２Ａ〜１２Ｃは、第２の駆動電極と同様に、各圧力室２Ａに対応して個別に設けられてもよい。
【００３１】
拘束層２１Ａ，２１Ｂのうち圧電層１１側の拘束層２１Ｂの、前記圧電層１１とは反対側の面に、各組の駆動電極１２Ａ〜１２Ｃ，１３Ａ，１３Ｂのうち拘束層２１Ｂ側の電極１２Ａとで拘束層２１Ｂを挟む検出電極２２，２３が設けられている。この検出電極２２，２３およびそれと拘束層２１Ｂを挟んで対向する駆動電極１２Ａに、圧電層１１の変位にともない拘束層２１Ｂに発生する起電力を放電する放電回路３１Ａ，３１Ｂが電気的に接続されている。一端が接地された放電回路３１Ａ，３１Ｂの他端が検出電極２２，２３に接続され、この検出電極２２，２３とで拘束層２１Ｂを挟む第１の駆動電極１２Ａが接地されることで、閉回路が構成される。なお、各放電回路３１Ａ，３１Ｂは、同じ構成で、コイルＬと抵抗Ｒとが直列に接続されてなる。起電力を放電するための構成は、コイルＬと抵抗Ｒとの直列回路だけでなく、抵抗Ｒのみあるいは他の回路素子など、起電力を熱など他のエネルギーに変換して消費するものであればよい。また、拘束層２１Ａを挟んで、一対の検出電極を設け、その一対の検出電極に対して閉回路を形成して放電回路を接続して、拘束層２１Ａに発生する起電力を放電するように構成することもできる。
【００３２】
インクを噴射しようとする圧力室２Ａに対応する組の駆動電極１３Ａ，１３Ｂに駆動パルス電圧を印加し、駆動電極１２Ａ〜１２Ｃを接地すると、駆動電極１２Ａ〜１２Ｃ，１３Ａ，１３Ｂ間に挟まれた圧電層１１Ａ〜１１Ｄ（駆動部分）が、圧電縦効果により、積層方向に伸長する。その結果、圧電層１１は、ベース層１４を押して圧力室２Ａ側に凸となるように変形し、インクに圧力を加え、そのインクをノズルから噴射させる。
【００３３】
このとき拘束層２１Ａ，２１Ｂには電圧が印加されないから、拘束層は積極的には変位しない。上記のように圧電層１１が積層方向に変位するに際して、その圧電層１１の変位は、圧力室２Ａと反対側には拘束層２１Ａ，２１Ｂによって抑制され、圧力室２Ａ側へより多く向けられ、上記のインクの噴射に有効に利用される。
【００３４】
一方、このような圧電層１１の変位にともなう拘束層２１Ｂの変位によって圧電材料である拘束層２１Ｂに起電力が発生する。検出電極２２，２３およびそれと拘束層２１Ｂを挟んで対向する駆動電極１２Ａに放電回路３１Ａ，３１Ｂが接続されているので、前記起電力は放電回路３１Ａ，３１Ｂに放電、つまり抵抗Ｒで熱エネルギーに変換され消費される。その結果、圧電層１１の変位による残留振動が前記放電によって早期に減衰され、他の圧力室２Ａに対応する駆動部分どうしの相互干渉が防止される。
【００３５】
上記検出電極２２，２３は、２つに分けて図示されているが、１つの連続した電極であっても差し支えない。圧電層１１の振動を効果的に減衰させるためには、駆動周波数に応じて圧電アクチュエータが示す固有の振動に対応して分けられた領域毎に、検出電極を配置することが好ましい。
【００３６】
この点についてさらに説明すると、圧電アクチュエータ３は、各種の駆動周波数（前記駆動パルスを印加する周波数、すなわち噴射周波数）に対して、図５（ａ）〜（ｌ）に示すように、それぞれ固有の振動態様を示す。図５（ａ）〜（ｌ）は、それぞれ、駆動周波数が１２，７３０Ｈｚ，２３，５２０Ｈｚ，２８，８７９Ｈｚ，３８，６５２Ｈｚ，４０，７７４Ｈｚ，５３，５１０Ｈｚ、５４，８２５Ｈｚ，６２，５０４Ｈｚ，６３，７４５Ｈｚ，７６，８３９Ｈｚ，７７，５７０Ｈｚ，８５，４５５Ｈｚの場合での変形の態様を示す。図５は、噴射にともなうインクジェットヘッド全体の振動のうち圧電アクチュエータ３の変形のみを示す。
図６は、それを模式化して示す。図において「凸」「凹」は、ある時点において圧電アクチュエータ３表面のある領域が外部に対して「凸」または「凹」となっていることを示すが、これが所定周期で反転するようになっている。図６（ａ）〜（ｌ）はそれぞれ図５（ａ）〜（ｌ）に対応する
それらのうち図５（ａ）（図６（ａ））（駆動周波数が１２，７３０Ｈｚ）では、圧電アクチュエータ３は全体を一体にして凹凸を繰り返す振動を示す。この振動を減衰させるためには、検出電極２２，２３を１つの連続した電極とし、放電回路３１Ａ，３１Ｂは１つでよい。
【００３７】
図５（ｅ）（図６（ｅ））（駆動周波数が４０，７７４Ｈｚ）では、圧電アクチュエータ３は、その長手方向に３分割して中央に位置する第１の領域と両端に位置する第２および第３の領域とが互いに逆方向に交互に凹凸を繰り返す振動を示す。この３つの領域は、圧電アクチュエータ３の短手方向いっぱいにわたっている。この振動を減衰させるため、図４に示すように、それら各領域に対応して、長手方向の中央に位置する矩形状の第１の検出電極２２と、その両側に配置される矩形状の第２および第３の検出電極２３Ａ，２３Ｂとを設けている。第２および第３の検出電極２３Ａ，２３Ｂ同士は、第１の検出電極２２の一方の側に沿って延びる接続電極部２３Ｃによって接続されている。そして、第１の検出電極２２に対し第１の放電回路３１Ａが、第２および第３の検出電極２３Ａ，２３Ｂに対し第２の放電回路３１Ｂがそれぞれ接続されている。検出電極２３Ａ，２３Ｂは、接続電極部２３Ｃによって接続せずに、それぞれ独立させて、それぞれに放電回路を設けることもできる。
【００３８】
圧電アクチュエータ３の中央部分（第１の領域）と両側部分（第２および第３の領域）とでは、駆動周波数４０，７７４Ｈｚにおいて互いに逆方向に変位するように振動するので、それらの振動によって拘束層２１Ｂに発生するそれぞれの起電力は、位相を異にする。３つの領域に検出電極２２，２３Ａ，２３Ｂをそれぞれ別々に設けることで、それらの起電力を相殺することなく、放電回路３１Ａ，３１Ｂによってそれぞれ熱エネルギーに変換して消費することができ、効率よく前記振動を減衰することができる。よって、複数の駆動部分での振動の相互干渉が防止され、インクジェットヘッドにおいては、隣の圧力室の噴射速度に影響を及ぼすクロストークが抑制される。
【００３９】
また、図５（ｌ）（図６（ｌ））（駆動周波数：８５，４５５Ｈｚ）では、圧電アクチュエータ３は、その短手方向に４分割してその方向に１つおきに位置する２つの領域と、残りの１つおきに位置する２つの領域とが、互いに逆方向に交互に凹凸を繰り返す振動を示す。この４つの領域は、圧電アクチュエータ３の長手方向いっぱいにわたっている。これを抑制する場合には、図７（ａ）に示すように、各領域それぞれに対応して、検出電極２４Ａ，２４Ｂ，２５Ａ，２５Ｂが設けられ、同じ方向に変位する領域に対応する検出電極どうしが接続電極部２４Ｃ，２５Ｃで接続されている。それらに別々に放電回路３１Ａ，３１Ｂが接続されている。これにより、前述した場合と同様に、互いに逆方向に変位する、２つの領域にそれぞれにおいて発生しようとする振動が放電回路３１Ａ，３１Ｂへの起電力の放電によって減衰され、複数の駆動部分間でのクロストークの抑制効果が発揮される。接続電極部２４Ｃ，２５Ｃを廃して４つの検出電極を独立させ、それぞれの電極に放電回路を接続してもよい。
【００４０】
同様に図５（図６）の各振動態様において、各振動の領域毎に電極を設けることで、振動を減衰させ、圧電アクチュエータにおける駆動部分間のクロストークを抑えることができる。
【００４１】
さらに、圧電アクチュエータ３の複数の駆動周波数に対応して、検出電極を設けることも可能である。例えば図５（ｅ）（ｋ）（図６（ｅ）（ｋ））（駆動周波数：４０，７７４Ｈｚ、７７，５７０Ｈｚ）の振動態様は、一方の振動態様の各領域をさらに整数分の一に分割したものが他方の振動態様となる関係を有する。この場合、後者の他方の振動態様に合わせて検出電極を設ければよい。
【００４２】
具体的には、図５（ｅ）（図６（ｅ））では、前述のとおり圧電アクチュエータ３は、その長手方向に３分割して振動するのに対し、図５（ｋ）（図６（ｋ））では、その図５（ｅ）（図６（ｅ））の各領域をさらに短手方向に３分割し、その隣接する各領域を相互に反対方向に変形させて振動する。図７（ｂ）は、これらの駆動周波数での振動を抑制するための検出電極の配置状態を示すもので、図５（ｋ）（図６（ｋ））の３×３の領域に対応して３×３の検出電極が設けられている。さらに詳細には、図４の第１の領域に相当する中央領域は、さらに短手方向に３分割された３つの検出電極２８Ａ，２６，２８Ｂを有する。図４の第２および第３の領域に相当する両端領域も同様に３分割された３つの検出電極２９Ａ，２７Ａ，２９Ｂおよび２９Ｃ，２７Ｂ，２９Ｄを有する。
【００４３】
これら検出電極のうち図５（ｅ）（図６（ｅ））および図５（ｋ）（図６（ｋ））の振動で、同方向に振動する部分の電極同士２７Ａと２７Ｂ、２８Ａと２８Ｂ、２９Ａ〜２９Ｄは、接続電極２７Ｃ，２８Ｃ．２９Ｅによって相互に接続され、それぞれ放電回路３１Ｂ〜３１Ｄに接続される。検出電極２６は単独で放電回路３１Ａに接続される。これらすべての検出電極は、それぞれ単独に放電回路に接続しても差し支えない。
【００４４】
この構成においては、図５（ｅ）（図６（ｅ））の振動に対し、図４の中央領域における検出電極２２に相当する検出電極が、複数の検出電極２８Ａ，２６，２８Ｂで構成され、また図４の両端領域の検出電極２３Ａ、２３Ｂに相当する検出電極が、複数の検出電極２９Ａ，２７Ａ，２９Ｂおよび２９Ｃ，２７Ｂ，２９Ｄで構成されることになる。各振動領域に生じた起電力は、それぞれ複数の検出電極をとおして放電され、振動を減衰させる。また、図５（ｋ）の振動においては、３×３の領域のうち検出電極２６および検出電極２９Ａ〜２９Ｄに対応する部分は同じ方向に振動し、検出電極２７Ａ，２７Ｂ，２８Ａ，２８Ｂに対応する部分は前記部分とは逆方向に振動する。これらに発生した起電力を放電回路で消費し、振動を早期に減衰させることができる。
【００４５】
また、図５（ｇ）（駆動周波数：５４，８２５Ｈｚ）では、長手方向と短手方向とで３×２の領域で分割して振動しているので、図４の検出電極を短手方向に２分割することで、図５（ｅ）と図５（ｇ）との両駆動周波数に対応できる。さらに、図５（ａ）（駆動周波数が１２，７３０Ｈｚ）の振動態様は、圧電アクチュエータ全体が１つの領域として一体に振動するので、図５の他のどの振動態様とも検出電極を共通にできる。
【００４６】
同様に、異なる駆動周波数でそれぞれ圧電層を変位させたときの振動領域が整数倍の関係にあるものは、多い数の振動領域のに合わせて検出電極を配置しておけば、振動領域の数が少ない駆動周波数の場合、その各振動領域に対応する複数の検出電極で振動を減衰させることができる。つまり、１つの検出電極の配置で複数の駆動周波数に対応できる。
【００４７】
前記実施の形態では、拘束層２１Ａ，２１Ｂを２層有する構成となっているが、下側の拘束層２１Ｂに発生した起電力を、検出電極及び放電回路を利用して放電すればよいので、上側の拘束層２１Ａは必ずしも必要ではなく、省略することも可能である。
【００４８】
また、圧電層は必ずしも複数の層を積層して形成する必要はなく、振動板１４と拘束層２１Ｂとの間に１層の圧電層が挟まれる構成とすることも可能である。
【００４９】
圧電アクチュエータをインクジェットヘッドに用いるだけでなく、他の液体たとえば着色剤を噴射して塗布する装置、あるいは発音体の振動部を振動させる装置などにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る圧電アクチュエータを用いたインクジェットヘッドの概略構成を示す説明図である。
【図２】同断面図である。
【図３】圧電アクチュエータの分解斜視図である。
【図４】検出電極の配置状態の説明と、検出電極と放電回路との接続状態の説明図である。
【図５】（ａ）〜（ｉ）はそれぞれ固有振動モードにおける変形の態様を示す説明図である。
【図６】（ａ）〜（ｉ）は図５の（ａ）〜（ｉ）を模式化して示す平面図である。
【図７】（ａ）（ｂ）はそれぞれ他の実施の形態についての図４と同様の図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ インクジェットヘッド（液体噴射ヘッド）
２ キャビティユニット
２Ａ 圧力室
３ 圧電アクチュエータ
１１Ａ〜１１Ｄ 圧電層
１２Ａ〜１２Ｃ，１３Ａ，１３Ｂ 駆動電極
２１Ａ，２１Ｂ 拘束層
２２〜２９ 検出電極
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ 放電回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエータおよびそれによって駆動される液体噴射ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電アクチュエータでは、特許文献１に示されるように、圧電材料からなる圧電層を電極で挟んだものが知られている。この構造では、複数の個別電極を平面方向に間隔をあけて形成した圧電層と、コモン電極を形成した圧電層とを交互に積層した構造で、積層方向に対向する個別電極とコモン電極との間の各圧電層が駆動部分として機能し、両電極間に電圧を印加することにより各駆動部分が積層方向に変位する。そして、この圧電アクチュエータを液体噴射ヘッドなどに適用し、各駆動部分の変位により液体に吐出圧力を与えるようにしている。
【０００３】
さらに特許文献１に示される構造では、液体に圧力を与える方向への駆動部分の変位を大きくするために、その方向と反対側の圧電層に積層して拘束層を設けている。この拘束層は、また、積層面と平行な方向の変形を防止して隣り合う駆動部分の変位を抑えクロストークを防止する作用も有している。
【０００４】
しかし、上記構造においては、複数の駆動部分が、圧電層の面方向（積層方向と直交する方向）で圧電層によって相互につながっており、小型化、高密度化を実現しようとすると、隣り合う駆動部分間の間隔が狭くなるので、隣の駆動部分が相互に影響を及ぼすクロストークが発生しやすくなる。
【０００５】
そこで、インクジェット式記録ヘッドにおいては、複数の圧力発生室に連通する共通のリザーバの少なくとも一方面側に可撓性を有する可撓性膜を設け、圧力発生室から共通のリザーバに伝播した圧力波による可撓性膜の変形を電気エネルギーに変えて放電することで、リザーバの圧力変化を効果的に吸収し、クロストークをなくするものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−１６２７９６号公報（段落００５２および図５乃至図７）
【特許文献２】特許第３６９５５０９号公報（段落００５７および図２（ｂ））
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２記載の技術はリザーバにおいて圧力変化を吸収するものであり、圧電アクチュエータ自体の振動を抑制するものではないので、リザーバに可撓性膜を置けないヘッド、あるいはリザーバを持たない機器においては、前記特許文献２記載の技術をそのまま適用することができない。
【０００７】
圧電アクチュエータをインクジェットヘッドに用いる場合だけでなく、圧電アクチュエータが複数の駆動部分を持つものであれば、その複数の駆動部分での相互干渉を防止することが求められる。
【０００８】
この発明は、複数の駆動部分を持つ場合において、その複数の駆動部分での振動を減衰させ、それらの相互干渉を防止する圧電アクチュエータおよびそれを用いた液体噴射ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、偏平状に形成された圧電材料製の圧電層の偏平な方向に沿う複数箇所に、その圧電層を厚さ方向に挟む複数組の駆動電極が配置され、各組の駆動電極間に選択的に電圧が印加されることで、その組の駆動電極間に挟まれた圧電層が変位される圧電アクチュエータにおいて、前記圧電層に、前記複数箇所にわたって延びる偏平な圧電材料製の拘束層が積層され、その拘束層の前記圧電層とは反対側の面に、前記各組の駆動電極のうち前記拘束層側の電極とで前記拘束層を挟む検出電極が設けられ、前記検出電極に、前記圧電層の変位にともない前記拘束層に発生する起電力を放電する放電回路が電気的に接続されていることを特徴とする。
【００１０】
このようにすれば、複数組の駆動電極間に挟まれた圧電層が変位される部分である、複数の駆動部分を持つ場合に、前記複数の駆動部分での振動が減衰され、それらの相互干渉が防止される。つまり、前記圧電層に拘束層が積層され、その拘束層の前記圧電層とは反対側の面に、前記各組の駆動電極のうち前記拘束層側の電極とで前記拘束層を挟む検出電極が設けられ、前記検出電極に、放電回路が電気的に接続されているので、前記圧電層の変位にともない前記拘束層に発生する起電力が放電回路に放電され、前記複数の駆動部分での振動が減衰される。
【００１１】
請求項２に記載のように、請求項１の圧電アクチュエータにおいて、前記圧電層は、複数積層して形成され、前記各組の駆動電極は、積層方向に並んで各圧電層に対して設けられ、前記拘束層は、前記積層された圧電層の一方の外側に積層されており、前記積層された圧電層の前記駆動電極間部分が積層方向に変位するに際して、その変位が前記拘束層側にはその拘束層によって抑制され、主としてそれとは反対方向へ変位させられる構成とすることができる。
【００１２】
このようにすれば、積層された圧電層の前記各組の駆動電極間部分が積層方向に変位するに際して、その変位が前記拘束層側にはその拘束層によって抑制され、主としてそれとは反対方向へ変位させられる。
【００１３】
請求項３に記載のように、請求項１または２の圧電アクチュエータにおいて、前記圧電アクチュエータは、前記圧電層の変位時における前記圧電アクチュエータの固有の振動に対応して、複数の領域に分けられ、前記領域毎に、前記検出電極が配置されていることが望ましい。
【００１４】
このようにすれば、圧電アクチュエータの固有の振動に対して複数の領域に対応して検出電極がそれぞれ設けられているので、前記領域毎に、前記複数の駆動部分での振動が効率よく減衰せしめられる。
【００１５】
請求項４に記載のように、請求項３の圧電アクチュエータにおいて、前記放電回路は、前記固有の振動において互いに逆方向に変位する第１および第２の領域に対応して設けられていることが望ましい。
【００１６】
このようにすれば、圧電アクチュエータの固有の振動において互いに逆方向に変位する第１および第２の領域に対応して放電回路がそれぞれ設けられているので、逆方向の変位にもとづいて発生する位相の異なる起電力が相殺されることなくそれぞれ放電回路に放電され、前記複数の駆動部分での振動が効率よく減衰せしめられる。
【００１７】
請求項５に記載のように、請求項３または４の圧電アクチュエータにおいて、前記複数の領域は、３以上の領域であり、その３以上の領域のうち前記固有の振動において同じ方向に変位する複数の領域に配置された前記検出電極どうしは、接続電極部によって相互に接続されていることが望ましい。
【００１８】
このようにすれば、同じ方向に変位する複数の領域に配置された各検出電極に対してそれぞれ放電回路を設けることなく、その各領域の起電力を共通の放電回路に放電することができる。
【００１９】
請求項６に記載のように、請求項１〜５のいずれかの圧電アクチュエータにおいて、ある駆動周波数で前記圧電層を変位させたときの前記圧電アクチュエータの固有の振動に対応する１つの振動領域に配置される前記検出電極が、他の駆動周波数で前記圧電層を変位させたときの前記圧電アクチュエータの固有の振動に対応する振動領域に配置された前記検出電極の複数個で構成されることが望ましい。
【００２０】
このようにすれば、異なる駆動周波数でそれぞれ圧電層を変位させたときの振動領域の数が整数倍の関係にあるとき、多い数の振動領域に合わせて検出電極を配置しておけば、振動領域の数が少ない駆動周波数の場合、その振動領域の振動を複数の検出電極で減衰させることができる。つまり、１つの検出電極の配置で複数の駆動周波数の振動に対応することができる。
【００２１】
請求項７の発明は、液体噴射ヘッドであって、複数の圧力室が平面的に形成されたキャビティユニットに、請求項１〜４のいずれかの前記圧電アクチュエータが、前記圧力室毎に前記各組の駆動電極を対向させて接合されてなることを特徴とする。
【００２２】
このようにすれば、圧電アクチュエータによって発生した振動が隣の圧力室に伝わるのが抑制され、クロストークが低減される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、複数組の駆動電極間に挟まれた圧電層が変位される部分である、複数の駆動部分を持つ場合に、前記圧電層の変位にともない前記拘束層に発生する起電力を放電する放電回路を設けているので、前記複数の駆動部分での相互干渉を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。なお、この実施の形態は、複数の圧力室が平面的に形成されたキャビティユニットに、圧電アクチュエータが、前記圧力室毎に前記各組の駆動電極を対向させて接合されてなるインクジェットヘッド（液体噴射ヘッド）に適用した例である。
【００２５】
図１は本発明の一実施の形態に係る圧電アクチュエータを用いたインクジェットヘッドの概略構成を示す説明図、図２は同断面図、図３は圧電アクチュエータの分解斜視図である。
【００２６】
図１において、１はインクジェットヘッドで、複数の圧力室２Ａが平面的に規則的に形成されたキャビティユニット２に、積層型の圧電アクチュエータ３が接合されてなる。
【００２７】
キャビティユニット２は、公知のように複数のノズル（図示しない）を外部に開口して有し、インクタンクから供給されたインクを共通の流路（リザーバ）から複数の圧力室２Ａに分配し、圧電アクチュエータ３により圧力室２Ａ内のインクに圧力を付与することで、圧力室２Ａに連通するノズルからインクを噴射する。ノズルおよび圧力室２Ａは、複数個からなる列を、複数列備えている。
【００２８】
圧電アクチュエータ３は、図２および図３に示すように、全圧力室２Ａを覆う偏平な複数の圧電層１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ（以下、これらを総称するときは圧電層１１という）と、その圧電層１１の上面に２層の拘束層２１Ａ，２１Ｂと、圧電層１１の下面にベース層１４とを積層して備え、それらの層間に電極を備えている。これらの各層は、圧電材料（例えばＰＺＴ）によって形成され一体に焼成されるが、最上面の拘束層２１Ａとベース層１４とは、他の絶縁材料でもよい。
【００２９】
圧力室２Ａと平面視重なる位置において各圧電層１１Ａ〜１１Ｄを厚さ方向に挟むように複数組の駆動電極１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１３Ａ，１３Ｂが配置される。１つの圧力室２Ａに対してその上方に積層方向に並ぶ駆動電極１２Ａ〜１２Ｃ，１３Ａ，１３Ｂが一組の駆動電極を構成し、これら駆動電極に挟まれた圧電層が圧力室２Ａ毎の駆動部分を構成する。つまり、圧力室２Ａの位置と対応してこの圧電層１１の偏平な方向に沿う複数箇所に、それぞれ駆動電極１２Ａ〜１２Ｃ，１３Ａ，１３Ｂが配置されている。
【００３０】
駆動電極１２Ａ〜１２Ｃ，１３Ａ，１３Ｂのうち積層方向に１つ置きの第１の駆動電極１２Ａ〜１２Ｃは、圧電層１１の偏平な方向に延びて他の組の駆動電極と共通に形成され、共通電位（例えば接地）に接続される。残りの１つ置きの第２の駆動電極１３Ａ，１３Ｂは、圧力室２Ａに対応して位置し、積層方向のもの同士相互に接続されて、それぞれスイッチング回路４を介して駆動パルス源に接続される。駆動電極１２Ａ〜１２Ｃと駆動電極１３Ａ，１３Ｂとの間に挟まれる各圧電層１１は、それぞれ駆動電極１３Ａ，１３Ｂから駆動電極１２Ａ〜１２Ｃへ向かう方向に分極されている。なお、第１の駆動電極１２Ａ〜１２Ｃは、第２の駆動電極と同様に、各圧力室２Ａに対応して個別に設けられてもよい。
【００３１】
拘束層２１Ａ，２１Ｂのうち圧電層１１側の拘束層２１Ｂの、前記圧電層１１とは反対側の面に、各組の駆動電極１２Ａ〜１２Ｃ，１３Ａ，１３Ｂのうち拘束層２１Ｂ側の電極１２Ａとで拘束層２１Ｂを挟む検出電極２２，２３が設けられている。この検出電極２２，２３およびそれと拘束層２１Ｂを挟んで対向する駆動電極１２Ａに、圧電層１１の変位にともない拘束層２１Ｂに発生する起電力を放電する放電回路３１Ａ，３１Ｂが電気的に接続されている。一端が接地された放電回路３１Ａ，３１Ｂの他端が検出電極２２，２３に接続され、この検出電極２２，２３とで拘束層２１Ｂを挟む第１の駆動電極１２Ａが接地されることで、閉回路が構成される。なお、各放電回路３１Ａ，３１Ｂは、同じ構成で、コイルＬと抵抗Ｒとが直列に接続されてなる。起電力を放電するための構成は、コイルＬと抵抗Ｒとの直列回路だけでなく、抵抗Ｒのみあるいは他の回路素子など、起電力を熱など他のエネルギーに変換して消費するものであればよい。また、拘束層２１Ａを挟んで、一対の検出電極を設け、その一対の検出電極に対して閉回路を形成して放電回路を接続して、拘束層２１Ａに発生する起電力を放電するように構成することもできる。
【００３２】
インクを噴射しようとする圧力室２Ａに対応する組の駆動電極１３Ａ，１３Ｂに駆動パルス電圧を印加し、駆動電極１２Ａ〜１２Ｃを接地すると、駆動電極１２Ａ〜１２Ｃ，１３Ａ，１３Ｂ間に挟まれた圧電層１１Ａ〜１１Ｄ（駆動部分）が、圧電縦効果により、積層方向に伸長する。その結果、圧電層１１は、ベース層１４を押して圧力室２Ａ側に凸となるように変形し、インクに圧力を加え、そのインクをノズルから噴射させる。
【００３３】
このとき拘束層２１Ａ，２１Ｂには電圧が印加されないから、拘束層は積極的には変位しない。上記のように圧電層１１が積層方向に変位するに際して、その圧電層１１の変位は、圧力室２Ａと反対側には拘束層２１Ａ，２１Ｂによって抑制され、圧力室２Ａ側へより多く向けられ、上記のインクの噴射に有効に利用される。
【００３４】
一方、このような圧電層１１の変位にともなう拘束層２１Ｂの変位によって圧電材料である拘束層２１Ｂに起電力が発生する。検出電極２２，２３およびそれと拘束層２１Ｂを挟んで対向する駆動電極１２Ａに放電回路３１Ａ，３１Ｂが接続されているので、前記起電力は放電回路３１Ａ，３１Ｂに放電、つまり抵抗Ｒで熱エネルギーに変換され消費される。その結果、圧電層１１の変位による残留振動が前記放電によって早期に減衰され、他の圧力室２Ａに対応する駆動部分どうしの相互干渉が防止される。
【００３５】
上記検出電極２２，２３は、２つに分けて図示されているが、１つの連続した電極であっても差し支えない。圧電層１１の振動を効果的に減衰させるためには、駆動周波数に応じて圧電アクチュエータが示す固有の振動に対応して分けられた領域毎に、検出電極を配置することが好ましい。
【００３６】
この点についてさらに説明すると、圧電アクチュエータ３は、各種の駆動周波数（前記駆動パルスを印加する周波数、すなわち噴射周波数）に対して、図５（ａ）〜（ｌ）に示すように、それぞれ固有の振動態様を示す。図５（ａ）〜（ｌ）は、それぞれ、駆動周波数が１２，７３０Ｈｚ，２３，５２０Ｈｚ，２８，８７９Ｈｚ，３８，６５２Ｈｚ，４０，７７４Ｈｚ，５３，５１０Ｈｚ、５４，８２５Ｈｚ，６２，５０４Ｈｚ，６３，７４５Ｈｚ，７６，８３９Ｈｚ，７７，５７０Ｈｚ，８５，４５５Ｈｚの場合での変形の態様を示す。図５は、噴射にともなうインクジェットヘッド全体の振動のうち圧電アクチュエータ３の変形のみを示す。
図６は、それを模式化して示す。図において「凸」「凹」は、ある時点において圧電アクチュエータ３表面のある領域が外部に対して「凸」または「凹」となっていることを示すが、これが所定周期で反転するようになっている。図６（ａ）〜（ｌ）はそれぞれ図５（ａ）〜（ｌ）に対応する
それらのうち図５（ａ）（図６（ａ））（駆動周波数が１２，７３０Ｈｚ）では、圧電アクチュエータ３は全体を一体にして凹凸を繰り返す振動を示す。この振動を減衰させるためには、検出電極２２，２３を１つの連続した電極とし、放電回路３１Ａ，３１Ｂは１つでよい。
【００３７】
図５（ｅ）（図６（ｅ））（駆動周波数が４０，７７４Ｈｚ）では、圧電アクチュエータ３は、その長手方向に３分割して中央に位置する第１の領域と両端に位置する第２および第３の領域とが互いに逆方向に交互に凹凸を繰り返す振動を示す。この３つの領域は、圧電アクチュエータ３の短手方向いっぱいにわたっている。この振動を減衰させるため、図４に示すように、それら各領域に対応して、長手方向の中央に位置する矩形状の第１の検出電極２２と、その両側に配置される矩形状の第２および第３の検出電極２３Ａ，２３Ｂとを設けている。第２および第３の検出電極２３Ａ，２３Ｂ同士は、第１の検出電極２２の一方の側に沿って延びる接続電極部２３Ｃによって接続されている。そして、第１の検出電極２２に対し第１の放電回路３１Ａが、第２および第３の検出電極２３Ａ，２３Ｂに対し第２の放電回路３１Ｂがそれぞれ接続されている。検出電極２３Ａ，２３Ｂは、接続電極部２３Ｃによって接続せずに、それぞれ独立させて、それぞれに放電回路を設けることもできる。
【００３８】
圧電アクチュエータ３の中央部分（第１の領域）と両側部分（第２および第３の領域）とでは、駆動周波数４０，７７４Ｈｚにおいて互いに逆方向に変位するように振動するので、それらの振動によって拘束層２１Ｂに発生するそれぞれの起電力は、位相を異にする。３つの領域に検出電極２２，２３Ａ，２３Ｂをそれぞれ別々に設けることで、それらの起電力を相殺することなく、放電回路３１Ａ，３１Ｂによってそれぞれ熱エネルギーに変換して消費することができ、効率よく前記振動を減衰することができる。よって、複数の駆動部分での振動の相互干渉が防止され、インクジェットヘッドにおいては、隣の圧力室の噴射速度に影響を及ぼすクロストークが抑制される。
【００３９】
また、図５（ｌ）（図６（ｌ））（駆動周波数：８５，４５５Ｈｚ）では、圧電アクチュエータ３は、その短手方向に４分割してその方向に１つおきに位置する２つの領域と、残りの１つおきに位置する２つの領域とが、互いに逆方向に交互に凹凸を繰り返す振動を示す。この４つの領域は、圧電アクチュエータ３の長手方向いっぱいにわたっている。これを抑制する場合には、図７（ａ）に示すように、各領域それぞれに対応して、検出電極２４Ａ，２４Ｂ，２５Ａ，２５Ｂが設けられ、同じ方向に変位する領域に対応する検出電極どうしが接続電極部２４Ｃ，２５Ｃで接続されている。それらに別々に放電回路３１Ａ，３１Ｂが接続されている。これにより、前述した場合と同様に、互いに逆方向に変位する、２つの領域にそれぞれにおいて発生しようとする振動が放電回路３１Ａ，３１Ｂへの起電力の放電によって減衰され、複数の駆動部分間でのクロストークの抑制効果が発揮される。接続電極部２４Ｃ，２５Ｃを廃して４つの検出電極を独立させ、それぞれの電極に放電回路を接続してもよい。
【００４０】
同様に図５（図６）の各振動態様において、各振動の領域毎に電極を設けることで、振動を減衰させ、圧電アクチュエータにおける駆動部分間のクロストークを抑えることができる。
【００４１】
さらに、圧電アクチュエータ３の複数の駆動周波数に対応して、検出電極を設けることも可能である。例えば図５（ｅ）（ｋ）（図６（ｅ）（ｋ））（駆動周波数：４０，７７４Ｈｚ、７７，５７０Ｈｚ）の振動態様は、一方の振動態様の各領域をさらに整数分の一に分割したものが他方の振動態様となる関係を有する。この場合、後者の他方の振動態様に合わせて検出電極を設ければよい。
【００４２】
具体的には、図５（ｅ）（図６（ｅ））では、前述のとおり圧電アクチュエータ３は、その長手方向に３分割して振動するのに対し、図５（ｋ）（図６（ｋ））では、その図５（ｅ）（図６（ｅ））の各領域をさらに短手方向に３分割し、その隣接する各領域を相互に反対方向に変形させて振動する。図７（ｂ）は、これらの駆動周波数での振動を抑制するための検出電極の配置状態を示すもので、図５（ｋ）（図６（ｋ））の３×３の領域に対応して３×３の検出電極が設けられている。さらに詳細には、図４の第１の領域に相当する中央領域は、さらに短手方向に３分割された３つの検出電極２８Ａ，２６，２８Ｂを有する。図４の第２および第３の領域に相当する両端領域も同様に３分割された３つの検出電極２９Ａ，２７Ａ，２９Ｂおよび２９Ｃ，２７Ｂ，２９Ｄを有する。
【００４３】
これら検出電極のうち図５（ｅ）（図６（ｅ））および図５（ｋ）（図６（ｋ））の振動で、同方向に振動する部分の電極同士２７Ａと２７Ｂ、２８Ａと２８Ｂ、２９Ａ〜２９Ｄは、接続電極２７Ｃ，２８Ｃ．２９Ｅによって相互に接続され、それぞれ放電回路３１Ｂ〜３１Ｄに接続される。検出電極２６は単独で放電回路３１Ａに接続される。これらすべての検出電極は、それぞれ単独に放電回路に接続しても差し支えない。
【００４４】
この構成においては、図５（ｅ）（図６（ｅ））の振動に対し、図４の中央領域における検出電極２２に相当する検出電極が、複数の検出電極２８Ａ，２６，２８Ｂで構成され、また図４の両端領域の検出電極２３Ａ、２３Ｂに相当する検出電極が、複数の検出電極２９Ａ，２７Ａ，２９Ｂおよび２９Ｃ，２７Ｂ，２９Ｄで構成されることになる。各振動領域に生じた起電力は、それぞれ複数の検出電極をとおして放電され、振動を減衰させる。また、図５（ｋ）の振動においては、３×３の領域のうち検出電極２６および検出電極２９Ａ〜２９Ｄに対応する部分は同じ方向に振動し、検出電極２７Ａ，２７Ｂ，２８Ａ，２８Ｂに対応する部分は前記部分とは逆方向に振動する。これらに発生した起電力を放電回路で消費し、振動を早期に減衰させることができる。
【００４５】
また、図５（ｇ）（駆動周波数：５４，８２５Ｈｚ）では、長手方向と短手方向とで３×２の領域で分割して振動しているので、図４の検出電極を短手方向に２分割することで、図５（ｅ）と図５（ｇ）との両駆動周波数に対応できる。さらに、図５（ａ）（駆動周波数が１２，７３０Ｈｚ）の振動態様は、圧電アクチュエータ全体が１つの領域として一体に振動するので、図５の他のどの振動態様とも検出電極を共通にできる。
【００４６】
同様に、異なる駆動周波数でそれぞれ圧電層を変位させたときの振動領域が整数倍の関係にあるものは、多い数の振動領域のに合わせて検出電極を配置しておけば、振動領域の数が少ない駆動周波数の場合、その各振動領域に対応する複数の検出電極で振動を減衰させることができる。つまり、１つの検出電極の配置で複数の駆動周波数に対応できる。
【００４７】
前記実施の形態では、拘束層２１Ａ，２１Ｂを２層有する構成となっているが、下側の拘束層２１Ｂに発生した起電力を、検出電極及び放電回路を利用して放電すればよいので、上側の拘束層２１Ａは必ずしも必要ではなく、省略することも可能である。
【００４８】
また、圧電層は必ずしも複数の層を積層して形成する必要はなく、振動板１４と拘束層２１Ｂとの間に１層の圧電層が挟まれる構成とすることも可能である。
【００４９】
圧電アクチュエータをインクジェットヘッドに用いるだけでなく、他の液体たとえば着色剤を噴射して塗布する装置、あるいは発音体の振動部を振動させる装置などにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る圧電アクチュエータを用いたインクジェットヘッドの概略構成を示す説明図である。
【図２】同断面図である。
【図３】圧電アクチュエータの分解斜視図である。
【図４】検出電極の配置状態の説明と、検出電極と放電回路との接続状態の説明図である。
【図５】（ａ）〜（ｉ）はそれぞれ固有振動モードにおける変形の態様を示す説明図である。
【図６】（ａ）〜（ｉ）は図５の（ａ）〜（ｉ）を模式化して示す平面図である。
【図７】（ａ）（ｂ）はそれぞれ他の実施の形態についての図４と同様の図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ インクジェットヘッド（液体噴射ヘッド）
２ キャビティユニット
２Ａ 圧力室
３ 圧電アクチュエータ
１１Ａ〜１１Ｄ 圧電層
１２Ａ〜１２Ｃ，１３Ａ，１３Ｂ 駆動電極
２１Ａ，２１Ｂ 拘束層
２２〜２９ 検出電極
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ 放電回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏平状に形成された圧電材料製の圧電層の偏平な方向に沿う複数箇所に、その圧電層を厚さ方向に挟む複数組の駆動電極が配置され、各組の駆動電極間に選択的に電圧が印加されることで、その組の駆動電極間に挟まれた圧電層が変位される圧電アクチュエータにおいて、
前記圧電層に、前記複数箇所にわたって延びる偏平な圧電材料製の拘束層が積層され、その拘束層の前記圧電層とは反対側の面に、前記各組の駆動電極のうち前記拘束層側の電極とで前記拘束層を挟む検出電極が設けられ、
前記検出電極に、前記圧電層の変位にともない前記拘束層に発生する起電力を放電する放電回路が電気的に接続されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記圧電層は、複数積層して形成され、前記各組の駆動電極は、積層方向に並んで各圧電層に対して設けられ、前記拘束層は、前記積層された圧電層の一方の外側に積層されており、
前記積層された圧電層の前記駆動電極間部分が積層方向に変位するに際して、その変位が前記拘束層側にはその拘束層によって抑制され、主としてそれとは反対方向へ変位させられることを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記圧電アクチュエータは、前記圧電層の変位時における前記圧電アクチュエータの固有の振動に対応して、複数の領域に分けられ、前記領域毎に、前記検出電極が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
前記放電回路は、前記固有の振動において互いに逆方向に変位する第１および第２の領域に対応して設けられていることを特徴とする請求項３に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】
前記複数の領域は、３以上の領域であり、その３以上の領域のうち前記固有の振動において同じ方向に変位する複数の領域に配置された前記検出電極どうしは、接続電極部によって相互に接続されていることを特徴とする請求項３または４に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項６】
ある駆動周波数で前記圧電層を変位させたときの前記圧電アクチュエータの固有の振動に対応する１つの振動領域に配置される前記検出電極が、他の駆動周波数で前記圧電層を変位させたときの前記圧電アクチュエータの固有の振動に対応する振動領域に配置された前記検出電極の複数個で構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項７】
複数の圧力室が平面的に形成されたキャビティユニットに、請求項１〜６のいずれかの前記圧電アクチュエータが、前記圧力室毎に前記各組の駆動電極を対向させて接合されてなることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項１】
偏平状に形成された圧電材料製の圧電層の偏平な方向に沿う複数箇所に、その圧電層を厚さ方向に挟む複数組の駆動電極が配置され、各組の駆動電極間に選択的に電圧が印加されることで、その組の駆動電極間に挟まれた圧電層が変位される圧電アクチュエータにおいて、
前記圧電層に、前記複数箇所にわたって延びる偏平な圧電材料製の拘束層が積層され、その拘束層の前記圧電層とは反対側の面に、前記各組の駆動電極のうち前記拘束層側の電極とで前記拘束層を挟む検出電極が設けられ、
前記検出電極に、前記圧電層の変位にともない前記拘束層に発生する起電力を放電する放電回路が電気的に接続されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記圧電層は、複数積層して形成され、前記各組の駆動電極は、積層方向に並んで各圧電層に対して設けられ、前記拘束層は、前記積層された圧電層の一方の外側に積層されており、
前記積層された圧電層の前記駆動電極間部分が積層方向に変位するに際して、その変位が前記拘束層側にはその拘束層によって抑制され、主としてそれとは反対方向へ変位させられることを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記圧電アクチュエータは、前記圧電層の変位時における前記圧電アクチュエータの固有の振動に対応して、複数の領域に分けられ、前記領域毎に、前記検出電極が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
前記放電回路は、前記固有の振動において互いに逆方向に変位する第１および第２の領域に対応して設けられていることを特徴とする請求項３に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】
前記複数の領域は、３以上の領域であり、その３以上の領域のうち前記固有の振動において同じ方向に変位する複数の領域に配置された前記検出電極どうしは、接続電極部によって相互に接続されていることを特徴とする請求項３または４に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項６】
ある駆動周波数で前記圧電層を変位させたときの前記圧電アクチュエータの固有の振動に対応する１つの振動領域に配置される前記検出電極が、他の駆動周波数で前記圧電層を変位させたときの前記圧電アクチュエータの固有の振動に対応する振動領域に配置された前記検出電極の複数個で構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項７】
複数の圧力室が平面的に形成されたキャビティユニットに、請求項１〜６のいずれかの前記圧電アクチュエータが、前記圧力室毎に前記各組の駆動電極を対向させて接合されてなることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−９４１１２（Ｐ２００９−９４１１２Ａ）
【公開日】平成２１年４月３０日（２００９．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２６０４７０（Ｐ２００７−２６０４７０）
【出願日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月３０日（２００９．４．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
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