特開 2024-147045 圧電アクチュエータ、及び、液体吐出ヘッド

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024147045

(43)【公開日】2024-10-16

(54)【発明の名称】圧電アクチュエータ、及び、液体吐出ヘッド

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/14 20060101AFI20241008BHJP

   B41J 2/01 20060101ALI20241008BHJP

   B41J 2/015 20060101ALI20241008BHJP

【ＦＩ】

B41J2/14 307

B41J2/01 401

B41J2/14 611

B41J2/015 101

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023059810

(22)【出願日】2023-04-03

(71)【出願人】

【識別番号】000005267

【氏名又は名称】ブラザー工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001841

【氏名又は名称】弁理士法人ＡＴＥＮ

(72)【発明者】

【氏名】廣田 翔

(72)【発明者】

【氏名】相羽 貴司

(72)【発明者】

【氏名】蔵 圭司

(72)【発明者】

【氏名】水野 泰介

【テーマコード（参考）】

2C056

2C057

【Ｆターム（参考）】

2C056EA06

2C056EC07

2C056EC38

2C056FA10

2C056HA05

2C057AF23

2C057AF40

2C057AF65

2C057AG48

2C057AG94

2C057AM22

2C057AN01

2C057BA04

2C057BA14

(57)【要約】

【課題】変形特性の個体間のばらつき及び経時的な変化を共に抑制可能なにする。
【解決手段】Ｚ方向に互いに異なる位置に配置された５つの電極５１～５５を備えた圧電アクチュエータ２２において、駆動電極５３のＸ方向の長さＬ３が、高電位電極５２の個別部５２ａのＸ方向の長さＬ２よりも長く、かつ、高電位電極５４のＸ方向の長さＬ４よりも長い。アクチュエータ部６０は、第１～第４活性部６１～６４のみならず、非活性部６９及び第５活性部６５を有する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１方向に順に積層された第１圧電層、第２圧電層、第３圧電層、及び、第４圧電層と、
前記第１圧電層の前記第２圧電層と反対側の面に配置された第１電極、前記第１圧電層と前記第２圧電層との間に配置された第２電極、前記第２圧電層と前記第３圧電層との間に配置された第３電極、前記第３圧電層と前記第４圧電層との間に配置された第４電極、及び、前記第４圧電の前記第３圧電と反対側の面に配置された第５電極と、を備え、
前記第１電極には高電位及び前記高電位よりも電位が低い低電位が選択的に付与され、前記第２電極には前記高電位が付与され、前記第３電極には前記高電位及び前記低電位が選択的に付与され、前記第４電極には前記高電位が付与され、前記第５電極には前記低電位が付与され、
前記第１圧電層のうち前記第１方向において前記第１電極と前記第２電極とに挟まれた部分である第１活性部と、
前記第２圧電層のうち前記第１方向において前記第２電極と前記第３電極とに挟まれた部分である第２活性部と、
前記第３圧電層のうち前記第１方向において前記第３電極と前記第４電極とに挟まれた部分である第３活性部と、
前記第１圧電層、前記第２圧電層、前記第３圧電層及び前記第４圧電層のうち前記第１方向において前記第１電極と前記第５電極とに挟まれた部分である２つの第４活性部であって、前記第１方向と直交する第２方向において前記第１活性部、前記第２活性部及び前記第３活性部を挟む２つの第４活性部と、を有し、
前記第３電極の前記第２方向の長さは、前記第２電極の前記第２方向の長さよりも長く、かつ、前記第４電極の前記第２方向の長さよりも長く、
前記第１圧電層及び前記第２圧電層のうち前記第１方向において前記第１電極と前記第３電極とに挟まれた部分である２つの非活性部であって、それぞれ前記第２方向において前記２つの第４活性部のうちの１つと前記第１活性部及び前記第２活性部とに挟まれた２つの非活性部と、
前記第３圧電層及び前記第４圧電層のうち前記第１方向において前記第３電極と前記第５電極とに挟まれた部分である２つの第５活性部であって、それぞれ前記第２方向において前記２つの第４活性部のうちの１つと前記第３活性部とに挟まれ、前記第１方向に前記２つの非活性部と重なる２つの第５活性部と、をさらに有することを特徴とする、圧電アクチュエータ。

【請求項2】

前記第２電極の前記第２方向の長さと、前記第４電極の前記第２方向の長さとが、互いに異な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】

前記第３電極の前記第２方向の長さと前記第２電極の前記第２方向との差は、積層公差よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。

【請求項4】

前記第３電極の前記第２方向の長さと前記第４電極の前記第２方向との差は、積層公差よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。

【請求項5】

前記第４活性部の前記第２方向の長さは、前記第５活性部の前記第２方向の長さよりも長いことを特徴とする、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。

【請求項6】

前記第４電極は、前記第１方向に前記第５電極と重ならない中央部と、前記第１方向に前記第５電極と重なる前記第２方向の両端部と、を有することを特徴とする、請求項１～５のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータ。

【請求項7】

ノズル及び前記ノズルに連通する圧力室を含む流路が形成された流路部材と、
前記流路部材における前記圧力室が開口した面に配置された圧電アクチュエータと、を備え、
前記圧電アクチュエータは、
第１方向に順に積層された第１圧電層、第２圧電層、第３圧電層、及び、第４圧電層と、
前記第１圧電層の前記第２圧電層と反対側の面に配置された第１電極、前記第１圧電層と前記第２圧電層との間に配置された第２電極、前記第２圧電層と前記第３圧電層との間に配置された第３電極、前記第３圧電層と前記第４圧電層との間に配置された第４電極、及び、前記第４圧電の前記第３圧電と反対側の面に配置された第５電極と、を備え、
前記第１電極には高電位及び前記高電位よりも電位が低い低電位が選択的に付与され、前記第２電極には前記高電位が付与され、前記第３電極には前記高電位及び前記低電位が選択的に付与され、前記第４電極には前記高電位が付与され、前記第５電極には前記低電位が付与され、
前記第１圧電層のうち前記第１方向において前記第１電極と前記第２電極とに挟まれた部分である第１活性部と、
前記第２圧電層のうち前記第１方向において前記第２電極と前記第３電極とに挟まれた部分である第２活性部と、
前記第３圧電層のうち前記第１方向において前記第３電極と前記第４電極とに挟まれた部分である第３活性部と、
前記第１圧電層、前記第２圧電層、前記第３圧電層及び前記第４圧電層のうち前記第１方向において前記第１電極と前記第５電極とに挟まれた部分である２つの第４活性部であって、前記第１方向と直交する第２方向において前記第１活性部、前記第２活性部及び前記第３活性部を挟む２つの第４活性部と、を有し、
前記第３電極の前記第２方向の長さは、前記第２電極の前記第２方向の長さよりも長く、かつ、前記第４電極の前記第２方向の長さよりも長く、
前記第１圧電層及び前記第２圧電層のうち前記第１方向において前記第１電極と前記第３電極とに挟まれた部分である２つの非活性部であって、それぞれ前記第２方向において前記２つの第４活性部のうちの１つと前記第１活性部及び前記第２活性部とに挟まれた２つの非活性部と、
前記第３圧電層及び前記第４圧電層のうち前記第１方向において前記第３電極と前記第５電極とに挟まれた部分である２つの第５活性部であって、それぞれ前記第２方向において前記２つの第４活性部のうちの１つと前記第３活性部とに挟まれ、前記第１方向に前記２つの非活性部と重なる２つの第５活性部と、をさらに有し、
前記圧力室は、前記第４活性部と前記第１方向に重ならず、かつ、前記第１活性部、前記第２活性部、前記第３活性部及び前記２つの第５活性部と前記第１方向に重なることを特徴とする、液体吐出ヘッド。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧電層の積層方向である第１方向に互いに異なる位置に配置された５つの電極を備えた圧電アクチュエータ、及び、当該圧電アクチュエータを備えた液体吐出ヘッドに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、圧電層の積層方向である第１方向に互いに異なる位置に配置された５つの電極を備えた圧電アクチュエータが開示されている。当該圧電アクチュエータにおいて、圧力室の中央部に対応する第１の活性部Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３ａと、圧力室の中央部よりも外周側の部分に対応する第２の活性部Ｓ２１，Ｓ２２とは、電圧の印加によって逆方向の変形が生じるようにしている。そのため、圧力室の配置を高密度化しても、第１の活性部の変形が、隣接する圧力室に伝播する際に、第２の活性部の変形によってキャンセルし、クロストークを抑制することができる。

【0003】

特許文献１において、圧力室の中央部に位置する３つの電極２１Ｂ，２２Ａは、Ｘ方向において互いに同じ長さである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９－０８３３３６号公報（図１０）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１の構成では、圧電アクチュエータを作製する際、５つの電極の位置ズレによって、活性部の構成が変化し易い。したがって、作製された圧電アクチュエータ毎に、活性部の構成が異なり、圧電アクチュエータの変形特性にばらつきが生じてしまう。また、活性部の構成によっては、変形回数の増加に伴う変形特性の変化が大きくなってしまう。

【0006】

本発明の目的は、変形特性の個体間のばらつき及び経時的な変化を共に抑制可能な圧電アクチュエータ及び液体吐出ヘッドを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る圧電アクチュエータは、第１方向に順に積層された第１圧電層、第２圧電層、第３圧電層、及び、第４圧電層と、前記第１圧電層の前記第２圧電層と反対側の面に配置された第１電極、前記第１圧電層と前記第２圧電層との間に配置された第２電極、前記第２圧電層と前記第３圧電層との間に配置された第３電極、前記第３圧電層と前記第４圧電層との間に配置された第４電極、及び、前記第４圧電の前記第３圧電と反対側の面に配置された第５電極と、を備え、前記第１電極には高電位及び前記高電位よりも電位が低い低電位が選択的に付与され、前記第２電極には前記高電位が付与され、前記第３電極には前記高電位及び前記低電位が選択的に付与され、前記第４電極には前記高電位が付与され、前記第５電極には前記低電位が付与され、前記第１圧電層のうち前記第１方向において前記第１電極と前記第２電極とに挟まれた部分である第１活性部と、前記第２圧電層のうち前記第１方向において前記第２電極と前記第３電極とに挟まれた部分である第２活性部と、前記第３圧電層のうち前記第１方向において前記第３電極と前記第４電極とに挟まれた部分である第３活性部と、前記第１圧電層、前記第２圧電層、前記第３圧電層及び前記第４圧電層のうち前記第１方向において前記第１電極と前記第５電極とに挟まれた部分である２つの第４活性部であって、前記第１方向と直交する第２方向において前記第１活性部、前記第２活性部及び前記第３活性部を挟む２つの第４活性部と、を有し、前記第３電極の前記第２方向の長さは、前記第２電極の前記第２方向の長さよりも長く、かつ、前記第４電極の前記第２方向の長さよりも長く、前記第１圧電層及び前記第２圧電層のうち前記第１方向において前記第１電極と前記第３電極とに挟まれた部分である２つの非活性部であって、それぞれ前記第２方向において前記２つの第４活性部のうちの１つと前記第１活性部及び前記第２活性部とに挟まれた２つの非活性部と、前記第３圧電層及び前記第４圧電層のうち前記第１方向において前記第３電極と前記第５電極とに挟まれた部分である２つの第５活性部であって、それぞれ前記第２方向において前記２つの第４活性部のうちの１つと前記第３活性部とに挟まれ、前記第１方向に前記２つの非活性部と重なる２つの第５活性部と、をさらに有することを特徴とする。

【0008】

本発明に係る液体吐出ヘッドは、ノズル及び前記ノズルに連通する圧力室を含む流路が形成された流路部材と、前記流路部材における前記圧力室が開口した面に配置された圧電アクチュエータと、を備え、前記圧電アクチュエータは、第１方向に順に積層された第１圧電層、第２圧電層、第３圧電層、及び、第４圧電層と、前記第１圧電層の前記第２圧電層と反対側の面に配置された第１電極、前記第１圧電層と前記第２圧電層との間に配置された第２電極、前記第２圧電層と前記第３圧電層との間に配置された第３電極、前記第３圧電層と前記第４圧電層との間に配置された第４電極、及び、前記第４圧電の前記第３圧電と反対側の面に配置された第５電極と、を備え、前記第１電極には高電位及び前記高電位よりも電位が低い低電位が選択的に付与され、前記第２電極には前記高電位が付与され、前記第３電極には前記高電位及び前記低電位が選択的に付与され、前記第４電極には前記高電位が付与され、前記第５電極には前記低電位が付与され、前記第１圧電層のうち前記第１方向において前記第１電極と前記第２電極とに挟まれた部分である第１活性部と、前記第２圧電層のうち前記第１方向において前記第２電極と前記第３電極とに挟まれた部分である第２活性部と、前記第３圧電層のうち前記第１方向において前記第３電極と前記第４電極とに挟まれた部分である第３活性部と、前記第１圧電層、前記第２圧電層、前記第３圧電層及び前記第４圧電層のうち前記第１方向において前記第１電極と前記第５電極とに挟まれた部分である２つの第４活性部であって、前記第１方向と直交する第２方向において前記第１活性部、前記第２活性部及び前記第３活性部を挟む２つの第４活性部と、を有し、前記第３電極の前記第２方向の長さは、前記第２電極の前記第２方向の長さよりも長く、かつ、前記第４電極の前記第２方向の長さよりも長く、前記第１圧電層及び前記第２圧電層のうち前記第１方向において前記第１電極と前記第３電極とに挟まれた部分である２つの非活性部であって、それぞれ前記第２方向において前記２つの第４活性部のうちの１つと前記第１活性部及び前記第２活性部とに挟まれた２つの非活性部と、前記第３圧電層及び前記第４圧電層のうち前記第１方向において前記第３電極と前記第５電極とに挟まれた部分である２つの第５活性部であって、それぞれ前記第２方向において前記２つの第４活性部のうちの１つと前記第３活性部とに挟まれ、前記第１方向に前記２つの非活性部と重なる２つの第５活性部と、をさらに有し、前記圧力室は、前記第４活性部と前記第１方向に重ならず、かつ、前記第１活性部、前記第２活性部、前記第３活性部、前記２つの非活性部及び前記２つの第５活性部と前記第１方向に重なることを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１実施形態に係る圧電アクチュエータ２２を備えたヘッド３を含む、プリンタ１の全体構成図である。

【図2】図１のヘッド３の平面図である。

【図3】図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿ったヘッド３の断面図である。

【図4】図２のＩＶ－ＩＶ線に沿ったヘッド３の断面図である。

【図5】図４の断面におけるアクチュエータ部６０の動作を示す図である。

【図6】アクチュエータ部６０の変形特性の変化を示すイメージ図である。

【図7】本発明の第２実施形態に係る圧電アクチュエータ２２２を示す図４に対応する断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下の説明において、Ｚ方向は鉛直方向であり、Ｘ方向及びＹ方向は水平方向である。Ｘ方向及びＹ方向は、共にＺ方向と直交する。Ｘ方向は、Ｙ方向と直交する。Ｚ方向が本発明の「第１方向」に該当し、Ｘ方向が本発明の「第２方向」に該当する。

【0011】

＜第１実施形態＞
先ず、図１を参照し、本発明の第１実施形態に係る圧電アクチュエータ２２を備えたヘッド３を含む、プリンタ１の全体構成について説明する。

【0012】

プリンタ１は、ヘッド３と、キャリッジ２と、２つの搬送ローラ対４とを備えている。

【0013】

キャリッジ２は、Ｙ方向に延びる２本のガイドレール５に支持され、ガイドレール５に沿ってＹ方向に移動可能である。

【0014】

ヘッド３は、シリアル式であり、キャリッジ２に搭載され、キャリッジ２と共にＹ方向に移動可能である。ヘッド３の下面には、複数の吐出口１５ｘが開口している。吐出口１５ｘは、図３に示すノズル１５の先端の開口である。

【0015】

２つの搬送ローラ対４は、Ｘ方向にキャリッジ２を挟んで配置されている。各搬送ローラ対４は、上下に配置された２つのローラを含む。搬送ローラ対４のローラが用紙Ｐを挟持した状態で回転することで、用紙ＰがＸ方向に沿った搬送方向に搬送される。

【0016】

プリンタ１の制御部は、キャリッジ２と共にヘッド３をＹ方向に移動させながらノズル１５からインクを吐出させる吐出動作と、搬送ローラ対４によって用紙Ｐを搬送方向に所定量搬送する搬送動作とを、交互に行わせる。これにより、用紙Ｐに画像が記録される。

【0017】

次に、図２～図６を参照し、ヘッド３の構成について説明する。

【0018】

ヘッド３は、図２に示すように、流路部材２１と、圧電アクチュエータ２２と、ＣＯＦ（Chip On Film）２３とを含む。

【0019】

流路部材２１は、Ｚ方向から見て矩形状であり、Ｙ方向に沿った２つの辺２１ａ，２１ｂと、Ｘ方向に沿った２つの辺２１ｃ，２１ｄとを有する。

【0020】

圧電アクチュエータ２２は、流路部材２１と同様、Ｚ方向から見て矩形状であり、Ｙ方向に沿った２つの辺２２ａ，２２ｂと、Ｘ方向に沿った２つの辺２２ｃ，２２ｄとを有する。圧電アクチュエータ２２は、Ｚ方向から見て流路部材２１よりも一回り小さい。

【0021】

流路部材２１は、図３に示すように、Ｚ方向に積層された４枚のプレート３１～３４で構成されている。

【0022】

プレート３１には、図３に示すように、複数の圧力室１０が形成されている。各圧力室１０は、図２に示すように、Ｚ方向から見て略矩形状であり、Ｙ方向の長さがＸ方向の長さよりも長い。複数の圧力室１０は、４つの圧力室列９を形成している。４つの圧力室列９は、Ｙ方向に並んでいる。各圧力室列９は、Ｘ方向に等間隔で配列された８個の圧力室１０を有する。

【0023】

プレート３２には、図３に示すように、圧力室１０毎に、貫通孔１２，１３が形成されている。貫通孔１２，１３は、それぞれ、対応する圧力室１０のＹ方向の一端１０ｃ及びＹ方向の他端１０ｄとＺ方向に重なっている。貫通孔１２は、Ｚ方向と直交する断面積が圧力室１０におけるＹ方向と直交する断面積よりも小さく、絞り流路として機能する。

【0024】

プレート３３には、図３に示すように、貫通孔１３毎に、貫通孔１４が形成されている。貫通孔１４は、対応する貫通孔１３とＺ方向に重なっている。

【0025】

プレート３３には、図３に示すように、さらに、４本のマニホールド流路１１が形成されている。４本のマニホールド流路１１は、図２に示すように、４つの圧力室列９のそれぞれに対応する。各マニホールド流路１１は、Ｘ方向に延び、対応する圧力室列９の８個の圧力室１０とＺ方向に重なる部分を有する。各マニホールド流路１１は、対応する圧力室列９の８個の圧力室１０と、貫通孔１２を介して連通している。

【0026】

プレート３１の上面において、圧電アクチュエータ２２が配置されない領域に、４つのインク供給口８が形成されている（図２参照）。４つのインク供給口８は、４本のマニホールド流路１１のそれぞれに対応する。各インク供給口８は、対応するマニホールド流路１１のＸ方向の一端（図２の下端）とＺ方向に重なる位置にある。４つのインク供給口８から、４本のマニホールド流路１１のそれぞれに、インクが供給される。

【0027】

プレート３４には、図３に示すように、複数のノズル１５を構成する貫通孔が形成されている。複数のノズル１５は、それぞれ、貫通孔１４とＺ方向に重なっている。ノズル１５は、貫通孔１３，１４を介して、圧力室１０と連通している。

【0028】

各マニホールド流路１１に供給されたインクは、貫通孔１２をＺ方向上方に流れ、圧力室１０に流入する。当該インクは、圧力室１０内をＹ方向に沿って一端１０ｃから他端１０ｄに向かって流れ、貫通孔１３，１４をＺ方向下方に流れて、ノズル１５の先端の吐出口１５ｘから吐出される。

【0029】

圧電アクチュエータ２２は、図３に示すように、流路部材２１に対してＺ方向の上方に位置し、プレート３１の上面に配置されている。プレート３１の上面は、流路部材２１における圧力室１０が開口した面である。

【0030】

圧電アクチュエータ２２は、図４に示すように、圧電体４０と、インク分離層４５と、電極５１～５５とを有する。

【0031】

圧電体４０は、Ｚ方向の上方から順に積層された第１圧電層４１、第２圧電層４２、第３圧電層４３、及び、第４圧電層４４を含む。圧電層４１～４４は、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料からなる。

【0032】

インク分離層４５は、プレート３１の上面に配置され、プレート３１に形成された全ての圧力室１０を覆っている。インク分離層４５は、例えば、ステンレス鋼等の金属材料、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料、合成樹脂材料等からなる。

【0033】

圧電層４１～４４及びインク分離層４５は、Ｚ方向から見て、互いに同じ形状及びサイズを有し、図２に示すようにＺ方向から見て矩形状の圧電アクチュエータ２２の外形を画定している。

【0034】

電極５１～５５は、図４に示すように、駆動電極５１と、高電位電極５２と、駆動電極５３と、高電位電極５４と、低電位電極５５とを含む。電極５１～５５は、Ｚ方向に互いに異なる位置に配置されている。具体的には、Ｚ方向において上から順に、駆動電極５１、高電位電極５２、駆動電極５３、高電位電極５４及び低電位電極５５が配置されている。

【0035】

電極５１～５５は、ＣＯＦ２３（図２参照）の配線と電気的に接続されている。ＣＯＦ２３に実装されたドライバＩＣ２４は、ＣＯＦ２３の配線を介し、電極５１～５５に対して電位を付与する。駆動電極５１，５３には、高電位（ＶＤＤ電位）及び低電位（ＧＮＤ電位）が選択的に付与される。高電位電極５２，５４には、高電位（ＶＤＤ電位）が付与される。低電位電極５５には、低電位（ＧＮＤ電位）が付与される。低電位（ＧＮＤ電位）は、高電位（ＶＤＤ電位）よりも電位が低い。

【0036】

駆動電極５１，５３は、圧力室１０に対して個別に設けられている（図２の駆動電極５１を参照）。高電位電極５２，５４及び低電位電極５５は、それぞれ、圧力室１０に対して個別に設けられた個別部５２ａ，５４ａ，５５ａと、個別部５２ａ，５４ａ，５５ａを互いに接続する接続部とを有する。

【0037】

駆動電極５１が本発明の「第１電極」に該当し、高電位電極５２の個別部５２ａが本発明の「第２電極」に該当し、駆動電極５３が本発明の「第３電極」に該当し、高電位電極５４の個別部５４ａが本発明の「第４電極」に該当し、低電位電極５５の個別部５５ａが本発明の「第５電極」に該当する。

【0038】

駆動電極５１は、第１圧電層４１の上面であって、第１圧電層４１の第２圧電層４２と反対側の面に配置されている。駆動電極５１は、圧力室１０とＺ方向に重なる重複部と、圧力室１０とＺ方向に重ならず、上記重複部に対してＸ方向の一方及び他方に配置された外側部とを有する。

【0039】

高電位電極５２は、第１圧電層４１と第２圧電層４２との間に配置されている。高電位電極５２の個別部５２ａは、圧力室１０とＺ方向に重なっている。個別部５２ａのＸ方向の長さＬ２は、圧力室１０のＸ方向の長さＬ１０よりも短い。圧力室１０は、個別部５２ａとＺ方向に重なる重複部と、個別部５２ａとＺ方向に重ならず、上記重複部に対してＸ方向の一方及び他方に配置された外側部とを有する。

【0040】

駆動電極５３は、第２圧電層４２と第３圧電層４３との間に配置されている。駆動電極５３は、圧力室１０とＺ方向に重なる重複部と、圧力室１０とＺ方向に重ならず、上記重複部に対してＸ方向の一方及び他方に配置された外側部とを有する。駆動電極５３のＸ方向の長さＬ３は、個別部５２ａ，５４ａのＸ方向の長さＬ２，Ｌ４よりも長く、駆動電極５１のＸ方向の長さＬ１よりも短い。駆動電極５３の外側部のＸ方向の長さは、駆動電極５１の外側部のＸ方向の長さよりも短い。

【0041】

長さＬ３と長さＬ２，Ｌ４との差は、積層公差（例えば２０～３０μｍ）よりも大きい。

【0042】

高電位電極５４は、第３圧電層４３と第４圧電層４４との間に配置されている。高電位電極５４の個別部５４ａは、圧力室１０とＺ方向に重なっている。個別部５４ａのＸ方向の長さＬ４は、個別部５２ａのＸ方向の長さＬ２と同じであり、圧力室１０のＸ方向の長さＬ１０よりも短い。圧力室１０は、個別部５４ａとＺ方向に重なる重複部と、個別部５４ａとＺ方向に重ならず、上記重複部に対してＸ方向の一方及び他方に配置された外側部とを有する。

【0043】

低電位電極５５は、第４圧電層４４とインク分離層４５との間であって、第４圧電層４４の第３圧電層４３と反対側の面に配置されている。低電位電極５５の個別部５５ａは、圧力室１０に対してＸ方向の一方及び他方に配置されており、それぞれ圧力室１０のＸ方向の一端及び他端とＺ方向に重なる部分を有する。また、２つの個別部５５ａは、高電位電極５４の個別部５４ａのＸ方向の一端及び他端とＺ方向に重なっている。換言すると、高電位電極５４の個別部５４ａは、Ｚ方向に個別部５５ａと重ならない中央部５４ｘと、Ｚ方向に個別部５５ａと重なるＸ方向の両端部５４ｙとを有する。

【0044】

駆動電極５３のＸ方向の一端は、Ｘ方向において、駆動電極５１のＸ方向の一端と高電位電極５２の個別部５２ａのＸ方向の一端との間、かつ、駆動電極５１のＸ方向の一端と高電位電極５４の個別部５４ａのＸ方向の一端との間に位置している。駆動電極５３のＸ方向の他端は、Ｘ方向において、駆動電極５１のＸ方向の他端と高電位電極５２の個別部５２ａのＸ方向の他端との間、かつ、駆動電極５１のＸ方向の他端と高電位電極５４の個別部５４ａのＸ方向の他端との間に位置している。

【0045】

圧力室１０のＸ方向の中央において、駆動電極５１と、高電位電極５２の個別部５２ａと、駆動電極５３と、高電位電極５４の個別部５４ａとがＺ方向に重なっている。

【0046】

第１圧電層４１のうちＺ方向において駆動電極５１と高電位電極５２の個別部５２ａとに挟まれた部分を、第１活性部６１という。第２圧電層４２のうちＺ方向において高電位電極５２の個別部５２ａと駆動電極５３とに挟まれた部分を、第２活性部６２という。第３圧電層４３のうちＺ方向において駆動電極５３と高電位電極５４の個別部５４ａとに挟まれた部分を、第３活性部６３という。活性部６１～６３は、Ｚ方向に互いに重なっている。

【0047】

圧力室１０のＸ方向の両端において、駆動電極５１と、駆動電極５３と、低電位電極５５の個別部５５ａとがＺ方向に重なっている。さらに、圧力室１０に対してＸ方向の一方及び他方において、駆動電極５１と、低電位電極５５の個別部５５ａとがＺ方向に重なっている。

【0048】

圧電層４１～４４のうちＺ方向において駆動電極５１と低電位電極５５の個別部５５ａとに挟まれた部分を、第４活性部６４という。第４活性部６４は、圧力室１０に対してＸ方向の一方及び他方に配置され、Ｘ方向において活性部６１～６３を挟んでいる。

【0049】

圧電層４１，４２のうちＺ方向において駆動電極５１と駆動電極５３とに挟まれた部分を、非活性部６９という。非活性部６９は、圧力室１０のＸ方向の両端に配置され、Ｘ方向において活性部６１，６２を挟み、かつ、Ｘ方向において第４活性部６４に挟まれている。つまり、２つの非活性部６９は、それぞれ、Ｘ方向において２つの第４活性部６４のうちの１つと活性部６１，６２とに挟まれている。

【0050】

圧電層４３，４４のうちＺ方向において駆動電極５３と低電位電極５５の個別部５５ａとに挟まれた部分を、第５活性部６５という。第５活性部６５は、圧力室１０のＸ方向の両端に配置され、Ｘ方向において活性部６３を挟み、かつ、Ｘ方向において第４活性部６４に挟まれている。つまり、２つの非活性部６９は、それぞれ、Ｘ方向において２つの第４活性部６４のうちの１つと活性部６３とに挟まれている。第５活性部６５は、Ｚ方向に非活性部６９と重なっている。

【0051】

第５活性部６５のＸ方向の長さＷ５は、非活性部６９のＸ方向の長さと同じであり、第４活性部６４のＸ方向の長さＷ４よりも短い。

【0052】

活性部６１～６３は、圧力室１０とＺ方向に重なっている。非活性部６９及び第５活性部６５は、圧力室１０とＺ方向に重なる重複部と、圧力室１０とＺ方向に重ならず、上記重複部に対してＸ方向の一方及び他方に配置された外側部とを有する。第４活性部６４は、圧力室１０とＺ方向に重ならず、圧力室１０に対してＸ方向の一方及び他方に配置されている。

【0053】

圧力室１０は、活性部６４とＺ方向に重ならず、かつ、活性部６１～６３，６５及び非活性部６９とＺ方向に重なっている。

【0054】

圧電アクチュエータ２２は、圧力室１０毎に、第１活性部６１、第２活性部６２、第３活性部６３、第４活性部６４及び第５活性部６５から構成されるアクチュエータ部６０を有する。

【0055】

第１活性部６１及び第３活性部６３は主に上向きに分極され、第２活性部６２、第４活性部６４及び第５活性部６５は主に下向きに分極されている。

【0056】

ここで、図５を参照し、ノズル１５からインクを吐出させる際のアクチュエータ部６０の動作について説明する。

【0057】

プリンタ１が記録動作を開始する前は、図５（ａ）に示すように、駆動電極５１，５３に低電位（ＧＮＤ電位）が付与されている。このとき、アクチュエータ部６０において、駆動電極５１，５３と高電位電極５２，５４との電位差によって、活性部６１～６３にその分極方向に等しい向きの電界が生じ、活性部６１～６３が面方向（Ｘ方向及びＹ方向に沿った方向）に収縮している。これにより、圧電体４０及びインク分離層４５からなる積層体における圧力室１０とＺ方向に重なる部分が、圧力室１０に向かって凸となるように撓んでいる。このとき圧力室１０は、上記積層体がフラットな場合（図５（ｂ）参照）と比べ、容積が小さくなっている。

【0058】

プリンタ１が記録動作を開始し、ノズル１５からインクが吐出させる際には、先ず、図５（ｂ）に示すように、駆動電極５１の電位が低電位（ＧＮＤ電位）から高電位（ＶＤＤ電位）に切り替えられる。このとき、アクチュエータ部６０において、駆動電極５１，５３と高電位電極５２，５４との電位差がなくなることで、活性部６１～６３の収縮が解消される。一方、駆動電極５１，５３と低電位電極５５との電位差が生じることで、第４活性部６４及び第５活性部６５にその分極方向に等しい向きの電界が生じ、第４活性部６４及び第５活性部６５が面方向に収縮する。ただし、第４活性部６４及び第５活性部６５は、クロストークを抑制する機能を有するものであり、アクチュエータ部６０の変形にほとんど寄与しない。つまり、このとき上記積層体は、圧力室１０とＺ方向に重なる部分が圧力室１０から離れる方向に凸となるように撓まず、フラットな状態となる。これにより、圧力室１０の容積は、図５（ａ）に比べて大きくなる。

【0059】

クロストークとは、ある圧力室１０におけるアクチュエータ部６０の変形に伴う圧力変動が当該圧力室１０とＸ方向に隣接する別の圧力室１０に伝わる現象をいう。

【0060】

その後、図５（ａ）に示すように、駆動電極５１の電位が高電位（ＶＤＤ電位）から低電位（ＧＮＤ電位）に切り替えられる。このとき、アクチュエータ部６０において、駆動電極５１，５３と低電位電極５５との電位差がなくなることで、第４活性部６４及び第５活性部６５の収縮が解消される。一方、駆動電極５１，５３と高電位電極５２，５４との電位差が生じることで、活性部６１～６３にその分極方向に等しい向きの電界が生じ、活性部６１～６３が面方向に収縮する。これにより、上記積層体における圧力室１０とＺ方向に重なる部分が、圧力室１０に向かって凸となるように撓む。このとき、圧力室１０の容積が大きく減少することで、圧力室１０内のインクに大きな圧力が付与され、ノズル１５からインクが吐出される。

【0061】

このようなアクチュエータ部６０の動作が繰り返し行われると、アクチュエータ部６０の変形特性（例えば、アクチュエータ部６０の駆動に伴うインクの吐出速度）の変化が大きくなることが懸念される。しかしながら、本実施形態では、アクチュエータ部６０が、第１～第４活性部６１～６４のみならず、非活性部６９及び第５活性部６５を有することで、図６（ｂ）に示すように、アクチュエータ部６０全体としての変形特性の変化を抑えることができる。

【0062】

図６（ａ），（ｂ）において、横軸は吐出回数を示し、縦軸は吐出回数がゼロの場合を基準とした吐出速度の変化率を示す。図６（ａ）において、縦軸のプラス側の曲線は、駆動電極５３よりも下側の、第３活性部６３と２つの第５活性部６５とを含む部分（アクチュエータ部６０の下半分）と同等の構成のアクチュエータ部について、縦軸のマイナス側の曲線は、駆動電極５３よりも上側の、非活性部６９を介在して第１活性部６３と２つの第４活性部６４とが設けられた部分（アクチュエータ部６０の上半分）と同等の構成のアクチュエータ部について、当該部分を駆動させてノズル１５からインクを吐出させ、一定の吐出回数毎に吐出速度を測定した結果のイメージ図である。

【0063】

図６（ａ）から、アクチュエータ部６０の下半分は、吐出回数の増加（即ち、アクチュエータ部の変形回数の増加）に伴い吐出速度が上昇する（即ち、変形量が増加する）一方、
アクチュエータ部６０の上半分は、吐出回数の増加に伴い吐出速度が低下する（即ち、変形量が低下する）ことがわかる。変形量の増加は、非活性部６９が設けられない（第５活性部６５が設けられた）ことによるものであると推察される。変形量の低下は、非活性部６９が設けられたことによるものであると推察される。

【0064】

図６（ｂ）は、図６（ａ）の縦軸のプラス側（アクチュエータ部６０の下半分の変形特性）と図６（ａ）の縦軸のマイナス側（アクチュエータ部６０の上半分の変形特性）とを足し合わせたものであり、本実施形態のアクチュエータ部６０全体の変形特性を示すイメージ図である。アクチュエータ部６０全体では、非活性部６９が設けられたことによる経時的な変形特性の低下（図６（ａ）の縦軸のマイナス側）と、非活性部６９が設けられない（第５活性部６５が設けられた）ことによる経時的な変形特性の上昇（図６（ａ）の縦軸のプラス側）とが足し合わされることで、変形特性の変化が抑えられることがわかる。

【0065】

なお、図６（ｂ）の曲線はマイナス側となっているが、図６（ａ）のマイナス側の曲線の変化率によっては、図６（ｂ）の曲線がプラス側となり得る。

【0066】

以上に述べたように、本実施形態によれば、Ｚ方向に互いに異なる位置に配置された５つの電極５１～５５を備えた圧電アクチュエータ２２において、駆動電極５３のＸ方向の長さＬ３が、高電位電極５２の個別部５２ａのＸ方向の長さＬ２よりも長く、かつ、高電位電極５４のＸ方向の長さＬ４よりも長い（図４参照）。これにより、圧電アクチュエータ２２を作製する際に、電極５１～５５にＸ方向の位置ズレが生じたとしても、高電位電極５２の個別部５２ａにおいて駆動電極５３とＺ方向に重ならない部分、及び、高電位電極５４の個別部５４ａにおいて駆動電極５３とＺ方向に重ならない部分が生じ難い。したがって、作製された圧電アクチュエータ２２毎に活性部６１～６５の構成が異なることがなく、変形特性の個体間のばらつきが生じない。

【0067】

また、本実施形態では、駆動電極５３のＸ方向の長さが高電位電極５２，５４の個別部５２ａ，５４ａのＸ方向の長さＬ２よりも長いことで、アクチュエータ部６０が、第１～第４活性部６１～６４のみならず、非活性部６９及び第５活性部６５を有する（図４参照）。当該構成では、非活性部６９が設けられたことによる経時的な変形特性の低下（図６（ａ）の縦軸のマイナス側）と、非活性部６９が設けられない（第５活性部６５が設けられた）ことによる経時的な変形特性の上昇（図６（ａ）の縦軸のプラス側）とにより、アクチュエータ部６０全体としての変形特性の変化を抑えることができる（図６（ｂ）参照）。

【0068】

このように、本実施形態によれば、変形特性の個体間のばらつき及び経時的な変化を共に抑制可能である。

【0069】

長さＬ３と長さＬ２，Ｌ４との差は、積層公差（例えば２０～３０μｍ）よりも大きい。この場合、より確実に、変形特性の個体間のばらつきが生じない。つまり、圧電アクチュエータ２２を作製する際に、電極５１～５５にＸ方向の位置ズレが生じたとしても、高電位電極５２の個別部５２ａにおいて駆動電極５３とＺ方向に重ならない部分、及び、高電位電極５４の個別部５４ａにおいて駆動電極５３とＺ方向に重ならない部分が、より確実に生じない。

【0070】

第４活性部６４のＸ方向の長さＷ４は、第５活性部６５のＸ方向の長さＷ５よりも長い（図４参照）。第４活性部６４はクロストークを抑制する機能を有するものであり、長さＷ４が短いと、クロストーク抑制効果が低下し得る。この点、本実施形態では、長さＷ４が長いため、クロストーク抑制効果を発揮できる。

【0071】

高電位電極５４の個別部５４ａのＸ方向の両端部５４ｙが、低電位電極５５の個別部５５ａとＺ方向に重なっている（図４参照）。これにより、圧電アクチュエータ２２を作製する際に、電極５１～５５にＸ方向の位置ズレが生じても、個別部５４ａと個別部５５ａとの間にＸ方向の隙間が生じ難い。仮に、当該隙間が生じると、当該隙間が非活性部となることで、非活性部６９が設けられない（第５活性部６５が設けられた）ことによる経時的な変形特性の上昇（図６（ａ）の縦軸のプラス側）が得られず、アクチュエータ部６０全体としての変形特性の変化を抑制できない。この点、本実施形態では、上記隙間が生じ難いため、非活性部６９が設けられない（第５活性部６５が設けられた）ことによる経時的な変形特性の上昇（図６（ａ）の縦軸のプラス側）が得られ、アクチュエータ部６０全体としての変形特性の変化を抑制できる（図６（ｂ）参照）。

【0072】

ヘッド３において、圧力室１０は、第４活性部６４とＺ方向に重ならず、かつ、第１～第３活性部６１～６３及び第５活性部６５とＺ方向に重なっている（図４参照）。この場合、圧力室１０が第５活性部６５とＺ方向に重ならない場合に比べ、第１～第３活性部６１～６３の変形が圧力室１０の中央部に局所的に作用する。これにより、圧力室１０の容積を効率よく変化させることができる。

【0073】

＜第２実施形態＞
続いて、図７を参照し、本発明の第２実施形態に係る圧電アクチュエータ２２２について説明する。

【0074】

第２実施形態に係る圧電アクチュエータ２２２は、高電位電極２５２の個別部２５２ａのＸ方向の長さＬ２２と、高電位電極５４の個別部５４ａのＸ方向の長さＬ４とが、互いに異なる点を除き、第１実施形態に係る圧電アクチュエータ２２（図４参照）と略同じ構成を有する。

【0075】

長さＬ２２は、長さＬ４よりも短い。これにより、第１活性部２６１及び第２活性部２６２のＸ方向の長さ（＝Ｌ２２）が、第３活性部６３のＸ方向の長さ（＝Ｌ４）よりも短くなっている。また、非活性部２６９のＸ方向の長さが、第５活性部６５のＸ方向の長さよりも長くなっている。

【0076】

或いは、長さＬ２２は、長さＬ４より長くてもよい。これにより、第１活性部２６１及び第２活性部２６２のＸ方向の長さ（＝Ｌ２２）が、第３活性部６３のＸ方向の長さ（＝Ｌ４）より長くなってもよい。また、非活性部２６９のＸ方向の長さが、第５活性部６５のＸ方向の長さより短くなってもよい。

【0077】

本実施形態によれば、個別部２５２ａのＸ方向の長さと高電位電極５４の個別部５４ａのＸ方向の長さとが互いに同じである場合（第１実施形態の図４参照：Ｌ２＝Ｌ４）に比べ、変形特性の経時的な変化をさらに抑制できる可能性がある。

【0078】

＜変形例＞
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。

【0079】

例えば、インク分離層４５を省略してもよい。

【0080】

液体吐出ヘッドは、シリアル式に限定されず、ライン式であってもよい。

【0081】

本発明は、プリンタに限定されず、ファクシミリ、コピー機、複合機等にも適用可能である。また、本発明は、画像の記録以外の用途で使用される液体吐出装置（例えば、基板に導電性の液体を吐出して導電パターンを形成する液体吐出装置）にも適用可能である。さらに、本発明に係る圧電アクチュエータは、液体吐出装置以外の任意の装置に適用可能である。

【符号の説明】

【0082】

１ プリンタ
３ ヘッド（液体吐出ヘッド）
１０ 圧力室
１５ ノズル
２１ 流路部材
２２；２２２ 圧電アクチュエータ
４１ 第１圧電層
４２ 第２圧電層
４３ 第３圧電層
４４ 第４圧電層
５１ 駆動電極（第１電極）
５２；２５２ 高電位電極
５２ａ；２５２ａ 個別部（第２電極）
５３ 駆動電極（第３電極）
５４ 高電位電極
５４ａ 個別部（第４電極）
５４ｘ 中央部
５４ｙ 両端部
５５ 低電位電極
５５ａ 個別部（第５電極）
６０ アクチュエータ部
６１；２６１ 第１活性部
６２；２６２ 第２活性部
６３ 第３活性部
６４ 第４活性部
６５ 第５活性部
６９；２６９ 非活性部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】