(57)【要約】【課題】液滴吐出ヘッドに使用する圧電アクチュエータの共通側外部電極の抵抗を小さくするとともに小型化する。【解決手段】圧電アクチュエータ１３の複数の圧電素子柱２１を圧電素子部材１４の長手方向の端部を除いて溝加工して形成し、圧電素子部材１４の溝加工がされない長手方向の端面に共通電極２２の外部電極２０を設け、この外部電極２０にＦＰＣ７を接続して、個別電極２３からの電流が集中する共通電極２２の外部電極２０の面積を十分な大きさにして共通電極２２の抵抗値を十分に小さくし、圧電アクチュエータ１３の駆動タイミングのずれや局所的に発熱による特性不良を引き起こすことを防ぐ。【選択図】    図６
2010036468.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧電素子柱を有する圧電部材にフレキシブルプリント基板を接合して給電を行う圧電アクチュエータにおいて、
前記複数の圧電素子柱は、前記圧電部材の長手方向の一方の端部を除いて溝加工して形成され、
前記圧電部材の溝加工がされない長手方向の一方の端部の端面に共通電極の外部電極を有し、前記複数の圧電素子柱の個別電極に接続されたフレキシブルプリント基板の一部が折り曲げられて前記共通電極の外部電極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】
複数の圧電素子柱を有する圧電部材にフレキシブルプリント基板を接合して給電を行う圧電アクチュエータにおいて、
前記複数の圧電素子柱は、前記圧電部材の長手方向の両端部を除いて溝加工して形成され、
前記圧電部材の溝加工がされない長手方向の両端部の端面に共通電極の外部電極を有し、前記複数の圧電素子柱の個別電極に接続されたフレキシブルプリント基板の一部が折り曲げられ、前記共通電極の外部電極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３】
複数の圧電素子柱を有する圧電部材にフレキシブルプリント基板を接合して給電を行う圧電アクチュエータにおいて、
前記複数の圧電素子柱は、前記圧電部材の長手方向の一方の端部又は両端部を除いて溝加工して形成され、
前記圧電部材の溝加工がされない長手方向の一方の端部又は両端部の端面に共通電極の外部電極を有し、該共通電極の外部電極と前記複数の圧電素子柱に形成された個別電極に、それぞれフレキシブルプリント基板が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４】
複数の圧電素子柱を有する圧電部材を前記圧電素子柱の整列方向に複数配列し、圧電部材にフレキシブルプリント基板を接合して給電を行う圧電アクチュエータにおいて、
前記複数の圧電素子柱は、前記複数配列された圧電部材の長手方向の一方の端部を除いて溝加工して形成され、
前記圧電部材の溝加工がされない長手方向の一方の端部の端面に共通電極の外部電極を有し、前記複数の圧電素子柱の個別電極に接続されたフレキシブルプリント基板の一部が折り曲げられて前記共通電極の外部電極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５】
複数の圧電素子柱を有する圧電部材を前記圧電素子柱の整列方向に複数配列し、圧電部材にフレキシブルプリント基板を接合して給電を行う圧電アクチュエータにおいて、
前記複数の圧電素子柱は、前記複数配列された圧電部材の長手方向の両端部を除いて溝加工して形成され、
前記圧電部材の溝加工がされない長手方向の両端部の端面に共通電極の外部電極を有し、前記複数の圧電素子柱の個別電極に接続されたフレキシブルプリント基板の一部が折り曲げられて前記共通電極の外部電極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６】
複数の圧電素子柱を有する圧電部材を前記圧電素子柱の整列方向に複数配列し、圧電部材にフレキシブルプリント基板を接合して給電を行う圧電アクチュエータにおいて、
前記複数の圧電素子柱は、前記複数配列された圧電部材の長手方向の両端部を除いて溝加工して形成され、
前記圧電部材の溝加工がされない長手方向の両端部の端面に共通電極の外部電極を有し、該共通電極の外部電極と前記複数の圧電素子柱に形成された個別電極に、それぞれフレキシブルプリント基板が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７】
前記フレキシブルプリント基板がＬ字型に折り曲げられたことを特徴とする請求項１又は４記載の圧電アクチュエータ。
【請求項８】
前記フレキシブルプリント基板がコの字型に折り曲げられたことを特徴とする請求項２又は５記載の圧電アクチュエータ。
【請求項９】
前記共通電極の外部電極にはＬ字型のフレキシブルプリント基板が接続され、前記複数の圧電素子柱に形成された個別電極には折り曲げられていないフレキシブルプリント基板が接続されていることを特徴とする請求項３又は６記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の圧電アクチュエータを有し、前記圧電アクチュエータを駆動して液滴を吐出させることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１１】
請求項１０記載の液滴吐出ヘッドを有し、前記液滴吐出ヘッドからインク滴を吐出させて画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばインク滴等の液滴を吐出するための駆動源となる圧電アクチュエータと、圧電アクチュエータを使用した液滴吐出ヘッド及び記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、プリンタ、ファックス、複写機、プロッタあるいはこれらの内の複数の機能を複合した画像形成装置としては、例えば、インクの液滴を吐出する液滴吐出ヘッドで構成した記録ヘッドを備え、記録媒体を搬送しながら、インク滴を記録媒体に付着させて画像形成を行うものがある。この液滴吐出ヘッドとしては、インク滴を吐出する複数の並列されたノズルに個別に対応して配置された複数の液室の少なくとも一部の壁面を振動板で形成し、この振動板を圧電素子によって変形させて液室の容積を変化させてインク滴を吐出させる圧電アクチュエータを使用した液滴吐出ヘッドが知られている。このような圧電アクチュエータは、例えば積層型圧電素子を用いて、内部電極を端面に引き出した外部電極にＦＰＣ（フレキシブルプリントケーブル）などの配線手段の電極を接合し、各圧電素子に画像信号に応じた駆動信号を与えるようにしている。この積層型圧電素子の外部電極にＦＰＣを接続する方法が特許文献１や特許文献２に開示されている。
【０００３】
特許文献１に示された接続方法は、圧電層と内部電極とを交互に積層し、積層方向の一方の面に個別電極用薄膜電極を形成し、他方の面に共通電極用薄膜電極を形成した素子ブロックの両端面に外部電極をスパッタリング等で形成し、この素子ブロックの個別電極用薄膜電極が形成された面を薄膜電極が片面に設けられた支持基板の薄膜電極面に半田付け等で接合し、素子ブロックと支持基板を素子ブロックの外部電極が形成された端面に垂直に切断して等ピッチで並ぶ駆動素子を形成するとともに支持基板の薄膜電極を分割して個別側外部電極を形成し、反対側の面に共通側外部電極を形成し、支持基板の個別側外部電極に個別電極用のＦＰＣを接続し、共通側外部電極に共通電極用のＦＰＣを接続している。
【０００４】
また、特許文献２に示された接続方法は、圧電層と内部電極とを交互に積層した素子ブロックの積層方向の非駆動側の面に共通側外部電極と個別側外部電極を形成し、この素子ブロックを所定ピッチで切断して等ピッチで並ぶ駆動素子を形成し、この素子ブロックに１つの共通電極パターンと所定のピッチに配列された複数の個別電極パターンを有するＦＰＣの共通電極パターンと素子ブロックの共通側外部電極に接続し、個別電極パターンを素子部ブロックの個別側外部電極に接続している。
【特許文献１】特許第３１１４７７１号公報
【特許文献２】特許第３３５３９６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
積層型圧電素子の共通側外部電極には個別側外部電極からの電流が集中するため、共通側外部電極の幅を大きくして抵抗を下げる必要がある。この共通側外部電極の幅を大きくする場合、特許文献１や特許文献２に示されたように素子ブロックの一方の面に共通側外部電極を設けていると、共通側外部電極の幅を大きくするためには素子ブロックの幅を大きくする必要があり、圧電アクチュエータが大型になり、圧電アクチュエータを使用した液滴吐出ヘッドの小型化が困難である。
【０００６】
この発明は、このような短所を改善し、共通側外部電極の抵抗を小さくするとともに小型化した圧電アクチュエータと、それを使用した液滴吐出ヘッド及び画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の圧電アクチュエータは、複数の圧電素子柱を有する圧電部材にフレキシブルプリント基板を接合して給電を行う圧電アクチュエータにおいて、前記複数の圧電素子柱は、前記圧電部材の長手方向の一方の端部を除いて溝加工して形成され、前記圧電部材の溝加工がされない長手方向の一方の端部の端面に共通電極の外部電極を有し、前記複数の圧電素子柱の個別電極に接続されたフレキシブルプリント基板の一部が折り曲げられて前記共通電極の外部電極に接続されていることを特徴とする。
【０００８】
この発明の第２の圧電アクチュエータは、複数の圧電素子柱を有する圧電部材にフレキシブルプリント基板を接合して給電を行う圧電アクチュエータにおいて、前記複数の圧電素子柱は、前記圧電部材の長手方向の両端部を除いて溝加工して形成され、前記圧電部材の溝加工がされない長手方向の両端部の端面に共通電極の外部電極を有し、前記複数の圧電素子柱の個別電極に接続されたフレキシブルプリント基板の一部が折り曲げられ、前記共通電極の外部電極に接続されていることを特徴とする。
【０００９】
この発明の第３の圧電アクチュエータは、複数の圧電素子柱を有する圧電部材にフレキシブルプリント基板を接合して給電を行う圧電アクチュエータにおいて、前記複数の圧電素子柱は、前記圧電部材の長手方向の一方の端部又は両端部を除いて溝加工して形成され、前記圧電部材の溝加工がされない長手方向の一方の端部又は両端部の端面に共通電極の外部電極を有し、該共通電極の外部電極と前記複数の圧電素子柱に形成された個別電極に、それぞれフレキシブルプリント基板が接続されていることを特徴とする。
【００１０】
この発明の第４の圧電アクチュエータは、複数の圧電素子柱を有する圧電部材を前記圧電素子柱の整列方向に複数配列し、圧電部材にフレキシブルプリント基板を接合して給電を行う圧電アクチュエータにおいて、前記複数の圧電素子柱は、前記複数配列された圧電部材の長手方向の一方の端部を除いて溝加工して形成され、前記圧電部材の溝加工がされない長手方向の一方の端部の端面に共通電極の外部電極を有し、前記複数の圧電素子柱の個別電極に接続されたフレキシブルプリント基板の一部が折り曲げられて前記共通電極の外部電極に接続されていることを特徴とする。
【００１１】
この発明の第５の圧電アクチュエータは、複数の圧電素子柱を有する圧電部材を前記圧電素子柱の整列方向に複数配列し、圧電部材にフレキシブルプリント基板を接合して給電を行う圧電アクチュエータにおいて、前記複数の圧電素子柱は、前記複数配列された圧電部材の長手方向の両端部を除いて溝加工して形成され、前記圧電部材の溝加工がされない長手方向の両端部の端面に共通電極の外部電極を有し、前記複数の圧電素子柱の個別電極に接続されたフレキシブルプリント基板の一部が折り曲げられて前記共通電極の外部電極に接続されていることを特徴とする。
【００１２】
この発明の第６の圧電アクチュエータは、複数の圧電素子柱を有する圧電部材を前記圧電素子柱の整列方向に複数配列し、圧電部材にフレキシブルプリント基板を接合して給電を行う圧電アクチュエータにおいて、前記複数の圧電素子柱は、前記複数配列された圧電部材の長手方向の両端部を除いて溝加工して形成され、前記圧電部材の溝加工がされない長手方向の両端部の端面に共通電極の外部電極を有し、該共通電極の外部電極と前記複数の圧電素子柱に形成された個別電極に、それぞれフレキシブルプリント基板が接続されていることを特徴とする。
【００１３】
第１の圧電アクチュエータと第４のアクチュエータのフレキシブルプリント基板はＬ字型に折り曲げられたことを特徴とする。
【００１４】
また、第２の圧電アクチュエータと第５の圧電アクチュエータのフレキシブルプリント基板はコの字型に折り曲げられたことを特徴とする。
【００１５】
第３の圧電アクチュエータと第６の圧電アクチュエータは、共通電極の外部電極にはＬ字型のフレキシブルプリント基板が接続され、複数の圧電素子柱に形成された個別電極には折り曲げられていないフレキシブルプリント基板が接続されていることを特徴とする。
【００１６】
この発明の液滴吐出ヘッドは、前記いずれかの圧電アクチュエータを有し、圧電アクチュエータを駆動して液滴を吐出させることを特徴とする。
【００１７】
この発明の画像形成装置は、前記液滴吐出ヘッドを有し、液滴吐出ヘッドからインク滴を吐出させて画像を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
この発明は、圧電アクチュエータの複数の圧電素子柱を圧電部材の長手方向の端部を除いて溝加工して形成し、圧電部材の溝加工がされない長手方向の端面に共通電極の外部電極を設け、この外部電極にフレキシブルプリント基板を接続することにより、個別電極からの電流が集中する共通電極の外部電極の面積を十分な大きさにすることができ、圧電アクチュエータを小型化してコストダウンを図ることができる。
【００１９】
また、フレキシブルプリント基板に接続する共通電極の外部電極の面積を十分大きくできるから、共通電極の抵抗値を十分に小さくすることができ、圧電アクチュエータの駆動タイミングのずれや局所的に発熱による特性不良を引き起こすことを防ぐことができ、安定して駆動する長尺の圧電アクチュエータを形成することができる。
【００２０】
この圧電アクチュエータを使用した液滴吐出ヘッドは、安定して液滴を吐出することができるとともに小型化してコストダウンを図ることができる。
【００２１】
また、この液滴吐出ヘッドを使用した画像形成装置は、安定してインク滴を吐出して良質な画像を高速で形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１と図２は、この発明の圧電アクチュエータを有する液滴吐出ヘッドの構成を示し、図１は分解斜視図、図２はノズル配列方向と直交する方向（液室長手方向）に沿う断面図である。図に示すように、液滴吐出ヘッド１はノズル板２と、連通板３ａと流路板３ｂを有する流路基板（液室基板）３と、振動板４と２列の圧電素子群５とベース部材６とが重ねられ、かつ２つの圧電素子群５にＦＰＣ７が接合された状態でフレーム８内に収容されて構成されている。ノズル板２にはインクが吐出されるノズル９が２列に設けられている。
【００２３】
流路基板３及び流路基板３の上面に接合したノズル板２と下面に接合した振動板４により加圧液室１０と、加圧液室１０にインクを供給する供給路を兼ねた流体抵抗部１１及び加圧液室１０とインク滴を吐出するノズル９を連通する連通孔１２を形成している。ノズル板２のノズル９は各加圧液室１０に対応して直径10〜30μｍで形成されている。
【００２４】
ノズル板２は、ステンレス、ニッケルなどの金属、ポリイミド樹脂フィルムなどの樹脂、シリコン及びそれらの組み合わせからなるものを用いることができる。また、吐出面（吐出方向の表面）には、インクとの撥水性を確保するため、メッキ被膜あるいは撥水剤コーティングなどの周知の方法で撥水膜を形成している。流路基板３の流路板３ｂはＳＵＳ基板を酸性エッチング液によるエッチングあるいはプレスなどの機械加工により各加圧液室１０と流体抵抗部１１をそれぞれ形成され、連通板３ａは各加圧液室１０とノズル９を連通する複数の連通孔１２が形成されている。この各加圧液室１０のピッチは、例えば150ｄｐｉで並んでいる。振動板４は、例えばニッケルの金属プレートから形成されているが、樹脂部材あるいは樹脂部材と金属部材の積層部材などで形成することもできる。
【００２５】
２つの圧電素子群５は、ベース部材６に取り付けられており、流路板３ｂの各加圧液室１０においてエネルギー発生手段として機能する。すなわち、図２に示すように、ＦＰＣ７がそれぞれ接続された２つの圧電素子群５とベース部材６とで圧電アクチュエータ１３を構成し、加圧液室１０の１つの壁を形成する振動板４に接合される。この各圧電素子群５は、駆動制御のための制御部（図示せず）にＦＰＣ７を介して電気的に接続される。ＦＰＣ７は柔軟性があり大きく変形させることが可能な薄膜状の部材で形成されており、図示しないが内方に複数の電路が設けられている。
【００２６】
圧電素子群５を構成する圧電素子部材１４は、図３（ａ）の断面図に示すように、圧電層（圧電材料層）１５と内部電極１６ａと内部電極１６ｂとを交互に積層して形成される。内部電極１６ａと内部電極１６ｂを有する内部電極層は、図４（ａ），（ｂ）の平面図に示すように、それぞれ電極のない部分１７が異なるパターン形状で形成されている。この圧電素子部材１４のベース部材６の接合面と内部電極１６ｂの端部がある側面に金属膜１８を成膜し、内部電極１６ａの端部がある他方の側面に金属膜１９を成膜する。金属膜１８，１９としてはＡｇ、Ａｕ、Ｃｕなどを用いるのが良く、例えばＡｕをスパッタにより0.4μｍ成膜する。その後、図３（ｂ）の部分断面図に示すように、圧電素子１４の長さ方向の両側面に金属膜をスパッタにより成膜して外部電極２０を形成する。この金属膜２０を成膜する金属としては膜厚が厚いほうがよく、例えばＡｌを４μｍ成膜する。この金属膜２０はＡｌ以外にもＣｕやＡｕ、Ａｇ、Ｎｉなどの導電性の金属でも良く、また半田等の低融点合金などでも良い。次に圧電素子部材１４のベース部材６の接合面に成膜した金属膜１８と内部電極１６ａの端部がある側面に成膜した金属膜１９が交叉する角部をカットして金属膜１８と金属膜１９を分離する。この圧電素子部材１４を、図５の斜視図に示すように、ベース部材６に接合して溝加工（スリット加工）して複数の圧電素子柱２１を有する圧電素子群５を形成する。この溝加工するとき、内部電極１６ｂのコ字状をしたパターン部分１７より外側電極部１６１に対応する部分は溝加工しないでおき、コ字状をしたパターン部分１７の内部で短冊状に分割した圧電素子柱２１ｂを各加圧液室１０に対応させる。この外側電極部１６１に対応する圧電素子柱２１ａは加圧液室１０には対応していなく金属膜１８と外部電極２０及び長手方向の両端の圧電素子柱２１ａの側面に形成された金属膜１９とで共通電極２２を形成し、長手方向の両端の圧電素子柱２１ａ以外の各加圧液室１０に対応する圧電素子柱２１ｂの側面に形成された金属膜１９で個別電極２３を形成する。
【００２７】
ＦＰＣ７には各加圧液室１０に対応する各チャンネルを駆動する駆動波形（電気信号）を印加するためのドライバＩＣを複数搭載している。このようにＦＰＣ７に複数のドライバＩＣを搭載することで、各ドライバＩＣ毎に電気信号を設定することができるようになる。
【００２８】
このＦＰＣ７を圧電素子群５に接続する場合、ＦＰＣ７を圧電素子群５の各圧電素子柱２１ｂの個別電極２３と共通電極２２を形成する各圧電素子柱２１ｂの長手方向の両端の外部電極２０に接続する。この圧電素子柱２１とＦＰＣ７との接続構造について図６と図７及び図８の斜視図を参照して説明する。図６〜図７は圧電素子群５の一方の圧電素子柱２１にＦＰＣ７を接続した状態を示し、図６はコの字状に形成した１種類のＦＰＣ７ａを使用した場合、図７はＬ字状に形成した１種類のＦＰＣ７ｂを使用した場合を示す。いずれの場合も個別電極２３と接続する個別電極用接続部７１と共通電極２２の外部電極２０と接続する共通電極接続部７２は直角に折り曲げた状態になっている。この曲げ方は直角でなくてもよく、曲面で折り曲げても良い。このようにＦＰＣ７をＬ字型に折り曲げたりあるいはコの字型に折り曲げることにより、使用するＦＰＣ７を１種類にでき、部品のコストダウンを図ることができる。また、図８に示すように、折り曲げられていなくフラットに形成された２種類のＦＰＣ７ｃ，７ｄを使用し、個別電極２３と共通電極２２の外部電極２０に異なるＦＰＣ７ｃ，７ｄを接続しても良い。このように２種類のＦＰＣ７ｃ、７ｄを使用することにより、ＦＰＣ７に曲げ応力を加えないで安定して接続することができるとともにＦＰＣ７を接続するときのアライメントを容易に行うことができる。
【００２９】
共通電極２２は個別電極２３からの電流が集中するため、共通電極２２はある程度の面積が必要であるが、長手方向の両端の圧電素子柱２１ａの端面に形成された外部電極２０は十分な大きさの面積を得ることができ、この外部電極２０にＦＰＣ７ａ，７ｂの共通電極接続部７２又はＦＰＣ７ｄを接続することにより、圧電アクチュエータ１３を小型化して液滴吐出ヘッド１を小型に形成することができ、コストダウンを図ることができる。
【００３０】
また、大きな面積を有する金属膜１８と外部電極２０で共通電極２２を形成することにより、共通電極２２の抵抗値を十分に小さくすることができる。すなわち抵抗値が大きいと、圧電素子群５の中央付近の圧電素子柱２１と端部付近の圧電素子柱２１の間で抵抗差が生じ、圧電アクチュエータ１３の駆動タイミングがずれるという問題が生じる。さらに、長い圧電素子群５又は複数の圧電素子群５を用いる場合など、共通電極２２を流れる電流が増大した場合には、流れる電流が膨大になるに伴い局所的に発熱を起こし特性不良を引き起こすため使用することができなくなる。これに対して供給電極２２の抵抗値を十分小さくすることにより、このような弊害が生じることを防止でき、安定して駆動する長尺の圧電アクチュエータ１３を形成することができる。
【００３１】
なお、圧電素子柱２１の圧電方向としてｄ３３方向の変位を用いて加圧液室１０内のインクを加圧する構成とすることも、圧電素子柱２１の圧電方向としてｄ３１方向の変位を用いて加圧液室１０内インクを加圧する構成とすることもできる。
【００３２】
この圧電素子群５の共通電極２２の外部電極２０と個別電極２３をＦＰＣ７に接続するための加熱方法としては、ヒーター等を用いた接触加熱方法とレーザ等を用いた非接触加熱方法がある。レーザによる加熱の際は、ガラス等の剛性部材でＦＰＣ７と圧電素子柱２１を密着させて接合させてもよいが、エアー圧によってＦＰＣ７と圧電素子柱２１を密着させながらレーザによって接合する方が好ましい。
【００３３】
圧電素子群５にＦＰＣ７をレーザにより接合する接合装置を図９の構成図を参照して説明する。接合装置５０は、ＦＰＣ７を保持する第１部材保持機構５１と、ベース部材６に接合した圧電素子群５を保持する第２部材保持機構５２と、第１部材保持機構５１と第２部材保持機構５２の上部に設けられたレーザ照射機構５３とエアー抑え機構５４及び撮像装置５５とを有する。第１部材保持機構５１はＦＰＣ７を保持して位置を調整する調整ステージ５６を有する。レーザ照射機構５３とエアー抑え機構５４及び撮像装置５５はてＸＹ方向調整部５７ａとＺ軸方向調整部５７ｂを有するレーザ照射位置調整機構５７に設けられている。エアー抑え機構５４は、円筒状の筒体の先端部がテーパ状に形成され、この先端部は局所的な気体の吹き付けが可能な口径とされ、後端部近傍が不図示の圧縮空気供給手段に連結されている。このエアー抑え機構５４は中心軸線がレーザ照射機構５３から出射されるレーザ光と同軸となるように、レーザ照射機構５３の下面に気密的に取り付けられレーザ照射機構５３と一体化しており、レーザ照射機構５３と協働して後端部から先端部に通じる局所押圧風路を形成している。
【００３４】
この接合装置５０で第２部材保持機構５２に保持した圧電素子群５に第１部材保持機構５１で保持したＦＰＣ７を接合するとき、まず、破線で示すように、レーザ照射位置調整機構５７によりレーザ照射機構５３とエアー抑え機構５４及び撮像装置５５を移動して撮像装置５５をＦＰＣ７の電極の上方に位置させて、ＦＰＣ７の電極と圧電素子群５の例えば個別電極２３とが適切な状態で対向するように、撮像装置５５からの映像に基づいて第１部材保持機構５１の調整ステージ５６の位置調整を行う。この位置調整の後、実線で示すように、レーザ照射位置調整機構５７によりレーザ照射機構５３とエアー抑え機構５４及び撮像装置５５を移動して適切に対向されたＦＰＣ７の電極と圧電素子群５の個別電極２３とを接合すべくレーザ光を照射できる位置にレーザ照射機構５３を位置合わせする。その後、エアー抑え機構５４に圧縮空気供給手段から加圧空気を供給して局所押圧風路へ送り込みながらレーザ照射機構５３でレーザ光を照射する。エアー抑え機構５４の先端部から噴出した加圧空気はレーザ光の軸線と一致する位置で局所的にＦＰＣ７の上面に当たり、レーザ光により照射される個所の周辺を圧電素子群５へ向けて局所的に押圧し、ＦＰＣ７の電極と圧電素子群５の個別電極２３を密着させ、照射されているレーザ光でＦＰＣ７の電極と圧電素子群５の個別電極２３を接合する。この状態でレーザ照射位置調整機構５７によりレーザ照射機構５３とエアー抑え機構５４及び撮像装置５５をＸ軸方向に移動してレーザ光の照射位置を走査してＦＰＣ７の電極と圧電素子群５の個別電極２３の全体を順次密着させて接合する。
【００３５】
次に複数、例えば片列６個、２列で１２個の圧電素子群５を圧電素子柱２１の整列方向に並べて構成した長尺の圧電アクチュエータ１３ａを図１０の斜視図を参照して説明する。圧電アクチュエータ１３ａの端部に位置する圧電素子群５ａを構成する圧電素子部材１４ａは、図１１（ａ）に示すように、圧電層（圧電材料層）１５と内部電極１６ａと内部電極１６ｂとを交互に積層されて形成されている。内部電極１６ａと内部電極１６ｂを有する内部電極層は、図１２（ａ），（ｂ）の平面図に示すように、電極のない部分１７を異なるパターン形状で形成されている。この圧電素子部材１４ａには共通電極２２を形成する金属膜１８と内部電極１６ｂの電極のない部分１７で分離された電極部１６１の端部がある長手方向の端面に設けられた外部電極２０と、個別電極２３を形成する金属膜１９が成膜されている。また、圧電アクチュエータ１３ａの中央部に位置する圧電素子群５ｂを構成する圧電素子部材１４ｂは、図１１（ｂ）に示すように、圧電層（圧電材料層）１５と、図１２（ｃ），（ｄ）に示すように、長手方向に沿った一方の端部に電極のない部分１７を有する内部電極１６ａと内部電極１６ｂとを交互に積層されて形成されている。この圧電素子部材１４ｂには共通電極２２を形成する金属膜１８と内部電極２３を形成する金属膜１９が成膜されている。
【００３６】
この圧電素子部材１４ａと複数の圧電素子部材１４ｂをベース部材６に圧電素子柱２１を形成する溝加工の幅、例えばダイシングなどで形成する0.03ｍｍ幅と同じ幅だけ隙間をあけて配置して、振動板４を接合する面とは反対側に形成された金属膜１８とベース部材６とを例えば導電性の接着剤３０により接合する。この接合は導電性の接着剤３０以外でも良く、例えば金属溶融接合など導電性があれば良い。また、ベース部材６としては導電性のものが望ましく、ステンレスや鉄、銅、アルミなどが好適である。また、セラミック等の非導電性の材料の表面に導電性の膜を形成しても良い。このように金属膜１８とベース部材６を接合することにより、圧電素子部材１４ａの外部電極２０とベース部材６とを電気的に導通させ、圧電素子部材１４ｂの共通電極２２を構成する金属膜１８とベース部材６とを導通させることができる。その後、圧電素子部材１４ａと圧電素子部材１４ｂをそれぞれ溝加工して圧電素子柱２１を形成する。この溝加工するとき、ベース部材６には溝（スリット）を入れずに架橋部を残しておく。また、圧電素子部材１４ａの電極のない部分１７で分離された電極部１６１に対応する部分には溝加工をしないでおく。
【００３７】
ベース部材６に接合されて溝加工により圧電素子柱２１が形成された圧電素子群５ａと圧電素子群５ｂにＦＰＣ７を接合して長尺の圧電アクチュエータ１３ａを形成する。この圧電素子群５ａと接合するＦＰＣ７としては、図１０に示すようにＬ字型のＦＰＣ７ｂを使用し、圧電素子群５ｂと接合するＦＰＣ７としては折り曲げられていないフラットなＦＰＣ７ｃを使用している。このＦＰＣ７ｂは、圧電素子群５ａ，５ｂの並び方向の面で個別電極２３を引き出しており、圧電素子群５ａの端面で共通電極２２を引き出している。一方、ＦＰＣ１４ｂは、圧電素子並び方向の面から個別電極を引き出し、共通電極は接着剤３０とベース部材６を通して圧電素子群５ｂの側面から引き出している。
【００３８】
この圧電素子群５ａ，５ｂを接合するベース部材６は金属材料で形成することが好ましい。ベース部材６の材質が金属であれば、圧電素子群５ａ，５ｂの自己発熱による蓄熱を防止することができる。圧電素子群５ａ，５ｂとベース部材６は接着剤により接着接合しているが、チャンネル数が増えると、圧電素子群５ａ，５ｂの自己発熱により100℃近くまで温度が上昇し、接合強度が著しく低下することになる。また、自己発熱により液滴吐出ヘッド１内部の温度上昇が発生してインク温度が上昇するが、インクの温度が上昇するとインク粘度が低下し、噴射特性に大きな影響を与える。したがってベース部材６を金属材料で形成して圧電素子群５ａ，５ｂの自己発熱による蓄熱を防止することにより、接合強度の低下やインク粘度の低下による噴射特性の劣化を防止することができる。
【００３９】
さらに、ベース部材６の線膨張係数が大きいと、高温または低温でベース部材６と圧電素子群５ａ，５ｂの接合界面で接着剤の剥離が発生することがある。すなわち、従来は圧電アクチュエータ１３の全長が長くなかったため、環境変動による温度差で圧電素子群５ベース部材６が剥離するという問題はほとんどなかったが、300ｄｐｉで約400ノズル程度を有する全体で30〜40ｍｍ以上の長さの圧電素子群５ａ，５ｂを用いることでこの問題が顕在化するようになった。したがってベース部材６の材料としては線膨張係数が10Ｅ−６／℃以下の材質を用いることが好ましく、この線膨張係数の範囲にすることにより、環境変動による温度差で圧電素子群５ａ，５ｂとの接合界面が剥離することを防止できる。特に、圧電素子群５ａ，５ｂに接着接合される部品の線膨張係数を全て10Ｅ−６／℃以下にすると、接合界面の剥離に対して非常に効果的であることが確認された。
【００４０】
また、ＦＰＣ７には各加圧液室１０に対応する各チャンネルを駆動する駆動波形（電気信号）を印加するためのドライバＩＣを複数搭載している。このように、ＦＰＣ７に複数のドライバＩＣを搭載することにより、各ドライバＩＣ毎に電気信号を設定することができ、圧電素子群５ａ，５ｂの各駆動チャンネルの変位特性のばらつきを容易に補正することができる。
【００４１】
次に、前記のように構成した液滴吐出ヘッド１と、液滴吐出ヘッド１にインクを供給するインクタンクとを一体化したヘッド一体型インクカートリッジ３１を図１３に示す。図に示すように、液滴吐出ヘッド１とインクタンク３２を一体化すると、小型化と低コスト化を図ることができるとともに信頼性を向上することができる。
【００４２】
この液滴吐出ユニット１を搭載した画像形成装置を図１４の斜視図と図１５の機構部の構成を示す側面図と図１６の機構部の要部を示す平面図を参照して説明する。
【００４３】
図１４に示すように、画像形成装置は、装置本体１０１と、装置本体１０１に装着された記録用紙を装填するための給紙トレイ１０２と、装置本体１０１に着脱自在に装着されて画像が記録（形成）された記録用紙をストックするための排紙トレイ１０３とを備えている。また、装置本体１０１の前面の一端部側（給排紙トレイ部の側方）には、前面から装置本体１０１の前方側に突き出し、上面よりも低くなったインクカートリッジを装填するためのカートリッジ装填部１０４を有し、このカートリッジ装填部１０４の上面は操作ボタンや表示器などを設ける操作／表示部１０５を配置している。
【００４４】
このカートリッジ装填部１０４には、色の異なる記録液（インク）、例えば黒（Ｋ）インク、シアン（Ｃ）インク、マゼンタ（Ｍ）インク、イエロー（Ｙ）インクをそれぞれ収容した複数の記録液カートリッジであるインクカートリッジ１１０ｋ、１１０ｃ、１１０ｍ、１１０ｙを、装置本体１０１の前面側から後方側に向って挿入して装填可能とし、このカートリッジ装填部１０４の前面側には、インクカートリッジ１１０を着脱するときに開く前カバー１０６を開閉可能に設けている。
【００４５】
操作／表示部１０５には、各色のインクカートリッジ１１０ｋ、１１０ｃ、１１０ｍ、１１０ｙの装着位置（配置位置）に対応する配置位置で、各色のインクカートリッジ１１０ｋ、１１０ｃ、１１０ｍ、１１０ｙの残量がニアーエンド及びエンドになったことを表示するための各色の残量表示部１１１ｋ、１１１ｃ、１１１ｍ、１１１ｙを配置している。また、操作／表示部１０５には、電源ボタン１１２と用紙送り／印刷再開ボタン１１３及びキャンセルボタン１１４も配置している。
【００４６】
この画像形成装置の機構部は、図１４に示すように、ガイドロッド１２１とステー１２２とでキャリッジ１２３を主走査方向に摺動自在に保持してキャリッジ走査方向に移動走査する。このキャリッジ１２３には、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各色のインク滴をそれぞれ吐出するノズル列を有する各色毎の液滴吐出ヘッド１を複数のノズルを主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。また、キャリッジ１２３には、図１６に示すように、液滴吐出ヘッド１に各色のインクを供給するための各色のサブタンク１３１ｋ、１３１ｃ、１３１ｍ、１３１ｙを搭載している。この各色のサブタンク１３１には各色のインク供給チューブ１０８を介して、カートリッジ装填部１０４に装着された各色のインクカートリッジ１１０から供給ポンプユニット１０７を介して各色のインクが補充供給される。
【００４７】
また、給紙トレイ１０２の用紙積載部（圧板）１４１上に積載した記録用紙１４２を給紙するための給送手段である給紙部として、用紙積載部１４１から記録用紙１４２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙コロ）１４３及び給紙コロ１４３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド１４４を備え、この分離パッド１４４は給紙コロ１４３側に付勢されている。そして、給紙部から給紙された記録用紙１４２を液滴吐出１の下方側に送り込むために、記録用紙１４２を案内するガイド部材１４５とカウンタローラ１４６と搬送ガイド部材１４７と先端加圧コロ１４９を有する押さえ部材１４８とを備えるとともに、給送された記録用紙１４２を静電吸着して液滴吐出１に対向する位置で搬送するための搬送手段である搬送ベルト１５１を備えている。
【００４８】
この搬送ベルト１５１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ１５２とテンションローラ１５３との間に掛け渡されて、ベルト搬送方向（副走査方向）に周回するように構成している。この搬送ベルト１５１は、例えば、抵抗制御を行っていない純粋な厚さ４０μｍ程度の樹脂材、例えばＥＴＦＥピュア材で形成した用紙吸着面となる表層と、この表層と同材質でカーボンによる抵抗制御を行った裏層（中抵抗層、アース層）とを有している。そして、搬送ベルト１５１の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ１５６を備えている。帯電ローラ１５６は、搬送ベルト１５１の表層に接触し、搬送ベルト１５１の回動に従動して回転するように配置され、加圧力として軸の両端に所定の押圧力をかけている。また、搬送ベルト１５１の裏側には、液滴吐出ヘッド１による印写領域に対応してガイド部材１５７を配置している。この搬送ベルト１５１は、副走査モータによって搬送ローラ１５２が回転駆動されることによってベルト搬送方向（副走査方向）に周回移動する。
【００４９】
さらに、液滴吐出ヘッド１で記録された記録用紙１４２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト１５１から記録用紙１４２を分離するための分離爪１６１と、排紙ローラ１６２及び排紙コロ１６３とを備え、排紙ローラ１６２の下方に排紙トレイ１０３を備えている。
【００５０】
また、装置本体１０１の背面部には両面ユニット１７１が着脱自在に装着されている。この両面ユニット１７１は搬送ベルト１５１の逆方向回転で戻される記録用紙１４２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ１４６と搬送ベルト１５１との間に給紙する。また、この両面ユニット１７１の上面には手差しトレイ１７２を設けている。
【００５１】
さらに、図１６に示すように、キャリッジ１２３の走査方向一方側の非印字領域には、液滴吐出ヘッド１のノズルの状態を維持し、回復するための回復手段を含む維持回復機構８１を配置している。この維持回復機構１８１には、各色毎の液滴吐出ヘッド１のノズル面をキャピングするためのキャップ部材１８２とノズル面をワイピングするワイパーブレード１８３と空吐出したインクを受ける空吐出受け部１８４などを備えている。また、キャリッジ１２３の走査方向の他方側の非印字領域には、同様に、空吐出時の液滴を受けるための空吐出受け１８５を配置している。
【００５２】
このように構成した画像形成装置においては、給紙トレイ１０２から記録用紙１４２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された記録用紙１４２はガイド部材１４５で案内され、搬送ベルト１５１とカウンタローラ１４６との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド部材１４７で案内されて先端加圧コロ１４９で搬送ベルト１５１に押し付けられ、略９０度搬送方向を転換される。このとき、図示しない制御部によって高圧電源から帯電ローラ１５６に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加され、搬送ベルト１５１が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラスとマイナス交互に帯電した搬送ベルト１５１上に記録用紙１４２が給送されると、記録用紙１４２が搬送ベルト１５１に吸着され、搬送ベルト１５１の周回移動によって記録用紙１４２が副走査方向に搬送される。そこで、キャリッジ１２３を移動させながら画像信号に応じて液滴吐出ヘッド１を駆動することにより、停止している記録用紙１４２にインク滴を吐出して１行分を記録し、記録用紙１４２を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は記録用紙１４２の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、記録用紙１４２を排紙トレイ１０３に排紙する。
【００５３】
このようにこの画像形成装置においては液滴吐出ヘッド１を備えるので、高密度でインク吐出が可能であり、小型で印字速度が速く、かつ高画質の画像を形成することができる。
【００５４】
前記説明では液滴吐出ヘッド１をインクジェット方式の画像形成装置に適用した場合について示したが、インク以外の液滴、例えばパターニング用の液体レジストの吐出や遺伝子分析試料を吐出するためなどにも適用することできる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】この発明の液滴吐出ヘッドの構成を示す分解斜視図である。
【図２】液滴吐出ヘッドのノズル配列方向と直交する方向に沿う断面図である。
【図３】圧電素子部材の構成と加工工程を示す断面図である。
【図４】圧電素子部材の内部電極を有する内部電極層の構成を示す平面断面図である。
【図５】複数の圧電素子群の圧電素子柱を示す斜視図である。
【図６】圧電素子柱にＬ字状のＦＰＣを接続した状態を示す斜視図である。
【図７】圧電素子柱にコの字状のＦＰＣを接続した状態を示す斜視図である。
【図８】圧電素子柱に２枚のフラット状のＦＰＣを接続した状態を示す斜視図である。
【図９】圧電素子群にＦＰＣをレーザにより接合する接合装置の構成図である。
【図１０】複数の圧電素子群を圧電素子柱の配列方向に並べた長尺の圧電アクチュエータを示す斜視図である。
【図１１】圧電素子群の端部の圧電素子柱とそれ以外の圧電素子柱に接続したＦＰＣを示す断面図である。
【図１２】複数の圧電素子群の各圧電素子部材の内部電極を有する内部電極層の構成を示す平面断面図である。
【図１３】ヘッド一体型インクカートリッジを示す斜視図である。
【図１４】画像形成装置を示す斜視図である。
【図１５】画像形成装置の機構部の構成を示す側面図である。
【図１６】画像形成装置の機構部の要部を示す平面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１；液滴吐出ヘッド、２；ノズル板、３；流路基板（液室基板）、４；振動板、
５；圧電素子群、６；ベース部材、７；ＦＰＣ、８；フレーム、９；ノズル、
１０；加圧液室、１１；流体抵抗部、１２；連通孔、１３；圧電アクチュエータ、
１４；圧電素子部材、１５；圧電層（圧電材料層）、１６；内部電極、
１７；電極のない部分、１８；金属膜、１９；金属膜、２０；外部電極、
２１；圧電素子柱、２２；共通電極、２３；個別電極、３０；導電性の接着剤、
３１；一体型インクカートリッジ、３２；インクタンク、
１０１；画像形成装置の装置本体。
【図１】
2010036468.tif 000003
【図２】
2010036468.tif 000004
【図３】
2010036468.tif 000005
【図４】
2010036468.tif 000006
【図５】
2010036468.tif 000007
【図６】
2010036468.tif 000008
【図７】
2010036468.tif 000009
【図８】
2010036468.tif 000010
【図９】
2010036468.tif 000011
【図１０】
2010036468.tif 000012
【図１１】
2010036468.tif 000013
【図１２】
2010036468.tif 000014
【図１３】
2010036468.tif 000015
【図１４】
2010036468.tif 000016
【図１５】
2010036468.tif 000017
【図１６】
2010036468.tif 000018