(57)【要約】【課題】ノズル位置決めを精度良く、製造工程を簡素化する。【解決手段】平面状の圧電材料から略垂直に延びるように形成された複数の円筒状圧電素子と、前記平面状の圧電材料に形成された、前記円筒状圧電素子に駆動信号を供給するための配線と、前記平面状の圧電材料に関し、前記複数の円筒状圧電素子が形成された側とは反対側に形成された共通液室と、を有し、前記円筒状圧電素子の円筒の一端が前記平面状の圧電材料と接続し、前記平面状の圧電材料に形成された供給口を介して、前記円筒の中空部と前記共通液室とが連通し、前記共通液室から前記円筒内部に液体の供給を受けるとともに、前記円筒の中空部の他端は、前記円筒の端面が撥液処理されたノズルを構成し、前記円筒状圧電素子の駆動により、前記円筒内の液体を前記ノズルより吐出することを特徴とする液体吐出ヘッドを提供することにより前記課題を解決する。【選択図】図４
2006327163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面状の圧電材料から略垂直に延びるように形成された複数の円筒状圧電素子と、
前記平面状の圧電材料に形成された、前記円筒状圧電素子に駆動信号を供給するための配線と、
前記平面状の圧電材料に関し、前記複数の円筒状圧電素子が形成された側とは反対側に形成された共通液室と、
を有し、前記円筒状圧電素子の円筒の一端が前記平面状の圧電材料と接続し、前記平面状の圧電材料に形成された供給口を介して、前記円筒の中空部と前記共通液室とが連通し、前記共通液室から前記円筒内部に液体の供給を受けるとともに、前記円筒の他端は、前記円筒の端面が撥液処理されたノズルを構成し、前記円筒状圧電素子の駆動により、前記円筒内の液体を前記ノズルより吐出することを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
複数の円筒形状の凹部を有する型に、圧電材料を充填する工程と、
前記圧電材料が充填された型から、該型を除去する工程と、
前記型を除去した前記圧電材料にマスクを形成する工程と、
前記圧電材料の前記マスクが形成されていない部分に電極を形成する工程と、
前記電極が形成された前記圧電材料から前記マスクを除去する工程と、
前記圧電材料を焼成する工程と、
前記圧電材料を分極する工程と、
を含むことを特徴とする円筒型圧電素子アクチュエータの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の円筒型圧電素子アクチュエータの製造方法によって製造された円筒型圧電素子アクチュエータに対して、さらに、
前記円筒形状の外周面を絶縁処理する工程と、
前記円筒の端面を撥液処理する工程と、
前記電極に対して電気配線を接続する工程と、
前記円筒内部に供給するための液体を蓄える共通液室を前記円筒型圧電素子アクチュエータに接合する工程とを施すことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒型圧電素子アクチュエータを用いた液体吐出ヘッド並びにその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、画像形成装置として、インク（液体）を吐出する多数のノズル（吐出口）を配列させたインクジェットヘッド（液体吐出ヘッド）を有し、このインクジェットヘッドと被記録媒体を相対的に移動させながら、被記録媒体に向けてノズルからインクを吐出することにより、被記録媒体上に画像を形成するインクジェット記録装置（インクジェットプリンタ）が知られている。
【０００３】
このようなインクジェット記録装置におけるインクの吐出方法として、例えば、インクを吐出するための圧力発生手段として圧電素子を用い、圧電素子の変形によって圧力室の一つの壁面を構成する振動板を変形させて、圧力室の容積を変化させ、圧力室の容積増大時にインク供給路から圧力室内にインクを導入し、圧力室の容積減少時に圧力室内のインクをノズルから液滴として吐出する圧電素子アクチュエータ方式が知られている。
【０００４】
特に、インクタンクからノズルまでの間に円筒形の圧電素子を設け、この部分を加圧ポンプとして機能させることで、ノズル部からインク滴を吐出させるようにしたものが知られている。このような円筒形の圧電素子アクチュエータでは、円筒内のインクは円筒の外周から内周に向かう方向に一様に加圧されるため、ノズルからのインクの飛翔力が強いという利点がある。また、圧力室の場所をとらないため、ノズルの高密度化を図ることも可能となる。
【０００５】
このような円筒形の圧電素子アクチュエータを用いたものとして、例えば、インクキャビティを形成する感光性樹脂または炭素からなる空孔パターン部材を電極材の溶液と圧電材の溶液とに交互に複数回浸し、その後脱バインダ工程を行い、さらに焼結工程を行ってインクキャビティの周りに圧電材と電極材を形成し、インクキャビティの周壁全体にインク噴射のための圧力をかけることができるようにしたインクジェット記録ヘッドが知られている（例えば、特許文献１等参照）。
【０００６】
また例えば、チタンからなる中空の金属円筒を基盤としてその内周面、外周面、あるいは内外両面のいずれかに、チタン酸ジルコン酸鉛からなる圧電体層を高温高圧の水の存在下で行う水熱合成法により直接形成し、この圧電体層の表面に電極を形成した圧電素子が知られている（例えば、特許文献２等参照）。
【０００７】
また例えば、壁面部に複数の管状電極を一体成型してなる導電性部材と、この管状電極を圧電材料からなるスラリに浸漬することにより、管状電極の外面を覆うように形成した圧電体と、この圧電体の外面に形成された外部電極とを備えたインクジェット記録ヘッドの圧電アクチュエータが知られている（例えば、特許文献３等参照）。
【０００８】
また例えば、芯材上に単層金属膜を形成することにより内側電極層を形成し、この単層金属膜上に直接圧電体層を形成し、さらに圧電体層上に金属層を形成することにより外側金属層を形成し、その後芯材を除去することにより製造した、外側及び内側にそれぞれ電極層を有する中空筒状の圧電素子が知られている（例えば、特許文献４等参照）。
【特許文献１】特開平８−２０１０９号公報
【特許文献２】特開平８−３３６９６７号公報
【特許文献３】特開平９−３００６１４号公報
【特許文献４】特開２００４−２００４８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、例えば上記特許文献１あるいは特許文献３に記載されたもののように、浸漬（ディップ）法で円筒状の圧電体を形成する方法では、圧電体を所望の膜厚にするためには複数回ディップ及び乾燥の工程を繰り返さなければならず、実用的ではないという問題がある。また、この方法では、焼成工程の際に円筒状の圧電体に寸法変化が起こり、個体差を引き起こす原因となるため吐出量が一定とならず、吐出量がバラツイてしまうという問題がある。
【００１０】
また、例えば、上記特許文献２に記載のものでは、プラスチック上にチタン層を含む２層の金属膜を成膜するしかなく、また結晶成長速度が遅いため実用的ではなく、また一般的に、水熱合成法による圧電素子は表面形状が不均一であるという問題がある。
【００１１】
さらに、例えば、上記特許文献４に記載されている円筒状圧電体をインクジェットヘッドとして利用する際に、円筒状圧電体を位置決め精度良くヘッドとして組み込む必要があり、円筒状圧電体の径が小さくなるにつれて、その位置決めが難しくなるという問題がある。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ノズル位置決めを精度良く、また寸法精度良く円筒型圧電素子アクチュエータを簡単に製造することのできる円筒型圧電素子アクチュエータを用いた液体吐出ヘッド並びにその製造方法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】
【００１３】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、平面状の圧電材料から略垂直に延びるように形成された複数の円筒状圧電素子と、前記平面状の圧電材料に形成された、前記円筒状圧電素子に駆動信号を供給するための配線と、前記平面状の圧電材料に関し、前記複数の円筒状圧電素子が形成された側とは反対側に形成された共通液室と、を有し、前記円筒状圧電素子の円筒の一端が前記平面状の圧電材料と接続し、前記平面状の圧電材料に形成された供給口を介して、前記円筒の中空部と前記共通液室とが連通し、前記共通液室から前記円筒内部に液体の供給を受けるとともに、前記円筒の他端は、前記円筒の端面が撥液処理されたノズルを構成し、前記円筒状圧電素子の駆動により、前記円筒内の液体を前記ノズルより吐出することを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。
【００１４】
これにより、液体吐出ヘッドにおけるノズルの高密度化を達成するとともに、位置決めが不要で精度が向上し、さらにハンドリングが容易となる。
【００１５】
また、同様に前記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、複数の円筒形状の凹部を有する型に、圧電材料を充填する工程と、前記圧電材料が充填された型から、該型を除去する工程と、前記型を除去した前記圧電材料にマスクを形成する工程と、前記圧電材料の前記マスクが形成されていない部分に電極を形成する工程と、前記電極が形成された前記圧電材料から前記マスクを除去する工程と、前記圧電材料を焼成する工程と、前記圧電材料を分極する工程と、を含むことを特徴とする円筒型圧電素子アクチュエータの製造方法を提供する。
【００１６】
これにより、ノズル配置の高密度化及び製造工程の簡素化並びに精度向上を図ることが可能となる。
【００１７】
また、同様に前記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の円筒型圧電素子アクチュエータの製造方法によって製造された円筒型圧電素子アクチュエータに対して、さらに、前記円筒形状の外周面を絶縁処理する工程と、前記円筒の端面を撥液処理する工程と、前記電極に対して電気配線を接続する工程と、前記円筒内部に供給するための液体を蓄える共通液室を前記円筒型圧電素子アクチュエータに接合する工程とを施すことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法を提供する。
【００１８】
これにより、ノズルプレートをなくしノズルと圧電素子を一体化して製造できるため、製造工程を簡略化できるとともに、精度を向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明によれば、液体吐出ヘッドにおけるノズルの高密度化を達成するとともに、製造時のノズル配置の位置決めが不要で精度が向上し、さらにハンドリングが容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る円筒型圧電素子アクチュエータを用いた液体吐出ヘッド並びにその製造方法について詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係る円筒型圧電素子アクチュエータを用いたインクジェットヘッド（印字ヘッド）を備えたインクジェット記録装置の一実施形態の概略を示す全体構成図である。
【００２２】
図１に示すように、このインクジェット記録装置１０は、インクの色毎に設けられた複数の印字ヘッド（液体吐出ヘッド）１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙを有する印字部１２と、各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１４と、記録紙１６を供給する給紙部１８と、記録紙１６のカールを除去するデカール処理部２０と、前記印字部１２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１６の平面性を保持しながら記録紙１６を搬送する吸着ベルト搬送部２２と、印字部１２による印字結果を読み取る印字検出部２４と、印画済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部２６とを備えている。
【００２３】
図１では、給紙部１８の一例としてロール紙（連続用紙）のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。
【００２４】
ロール紙を使用する装置構成の場合、図１のように、裁断用のカッター２８が設けられており、該カッター２８によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター２８は、記録紙１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃２８Ａと、該固定刃２８Ａに沿って移動する丸刃２８Ｂとから構成されており、印字裏面側に固定刃２８Ａが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃２８Ｂが配置されている。なお、カット紙を使用する場合には、カッター２８は不要である。
【００２５】
複数種類の記録紙を利用可能な構成にした場合、紙の種類情報を記録したバーコードあるいは無線タグ等の情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される用紙の種類を自動的に判別し、用紙の種類に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御を行うことが好ましい。
【００２６】
給紙部１８から送り出される記録紙１６はマガジンに装填されていたことによる巻き癖が残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部２０においてマガジンの巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム３０で記録紙１６に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。
【００２７】
デカール処理後、カットされた記録紙１６は、吸着ベルト搬送部２２へと送られる。吸着ベルト搬送部２２は、ローラー３１、３２間に無端状のベルト３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する部分が平面（フラット面）をなすように構成されている。
【００２８】
ベルト３３は、記録紙１６幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔（図示省略）が形成されている。図１に示したとおり、ローラー３１、３２間に掛け渡されたベルト３３の内側において印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバー３４が設けられており、この吸着チャンバー３４をファン３５で吸引して負圧にすることによってベルト３３上の記録紙１６が吸着保持される。
【００２９】
ベルト３３が巻かれているローラー３１、３２の少なくとも一方にモータ（図示省略）の動力が伝達されることにより、ベルト３３は図１において、時計回り方向に駆動され、ベルト３３上に保持された記録紙１６は、図１の左から右へと搬送される。
【００３０】
縁無しプリント等を印字するとベルト３３上にもインクが付着するので、ベルト３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部３６が設けられている。ベルト清掃部３６の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、あるいはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラー線速度を変えると清掃効果が大きい。
【００３１】
なお、吸着ベルト搬送部２２に代えて、ローラー・ニップ搬送機構を用いる態様も考えられるが、印字領域をローラー・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面にローラーが接触するので、画像が滲み易いという問題がある。したがって、本例のように、印字領域では画像面と接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。
【００３２】
吸着ベルト搬送部２２により形成される用紙搬送路上において印字部１２の上流側には、加熱ファン４０が設けられている。加熱ファン４０は、印字前の記録紙１６に加熱空気を吹きつけ、記録紙１６を加熱する。印字直前に記録紙１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。
【００３３】
印字部１２は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙搬送方向（副走査方向）と直交する方向（主走査方向）に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている（図２参照）。
【００３４】
図２に示すように、各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙは、本インクジェット記録装置１０が対象とする最大サイズの記録紙１６の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口（ノズル）が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている。
【００３５】
記録紙１６の搬送方向（紙搬送方向）に沿って上流側（図１の左側）から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に各色インクに対応した印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙが配置されている。記録紙１６を搬送しつつ各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙからそれぞれ色インクを吐出することにより記録紙１６上にカラー画像を形成し得る。
【００３６】
このように、紙幅の全域をカバーするフルラインヘッドがインク色毎に設けられてなる印字部１２によれば、紙搬送方向（副走査方向）について記録紙１６と印字部１２を相対的に移動させる動作を一回行うだけで（すなわち、一回の副走査で）記録紙１６の全面に画像を記録することができる。これにより、印字ヘッドが紙搬送方向と直交する方向（主走査方向）に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。
【００３７】
なお、ここで主走査方向及び副走査方向とは、次に言うような意味で用いている。すなわち、記録紙の全幅に対応したノズル列を有するフルラインヘッドで、ノズルを駆動する時、（１）全ノズルを同時に駆動するか、（２）ノズルを片方から他方に向かって順次駆動するか、（３）ノズルをブロックに分割して、ブロックごとに片方から他方に向かって順次駆動するか、等のいずれかのノズルの駆動が行われ、用紙の幅方向（記録紙の搬送方向と直交する方向）に１ライン（１列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン）の印字をするようなノズルの駆動を主走査と定義する。そして、この主走査によって記録される１ライン（帯状領域の長手方向）の示す方向を主走査方向という。
【００３８】
一方、上述したフルラインヘッドと記録紙とを相対移動することによって、上述した主走査で形成された１ライン（１列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン）の印字を繰り返し行うことを副走査と定義する。そして、副走査を行う方向を副走査方向という。結局、記録紙の搬送方向が副走査方向であり、それに直交する方向が主走査方向ということになる。
【００３９】
また本例では、ＫＣＭＹの標準色（４色）の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態には限定されず、必要に応じて淡インク、濃インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタ等のライト系インクを吐出する印字ヘッドを追加する構成も可能である。
【００４０】
図１に示したように、インク貯蔵／装填部１４は、各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙに対応する色のインクを貯蔵するタンクを有し、各タンクは図示を省略した管路を介して各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙと連通されている。また、インク貯蔵／装填部１４は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段（表示手段、警告音発生手段等）を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。
【００４１】
印字検出部２４は、印字部１２の打滴結果を撮像するためのイメージセンサ（ラインセンサ等）を含み、該イメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりその他の吐出不良をチェックする手段として機能する。
【００４２】
本例の印字検出部２４は、少なくとも各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙによるインク吐出幅（画像記録幅）よりも幅の広い受光素子列を有するラインセンサで構成される。このラインセンサは、赤（Ｒ）の色フィルタが設けられた光電変換素子（画素）がライン状に配列されたＲセンサ列と、緑（Ｇ）の色フィルタが設けられたＧセンサ列と、青（Ｂ）の色フィルタが設けられたＢセンサ列とからなる色分解ラインＣＣＤセンサで構成されている。なお、ラインセンサに代えて、受光素子が二次元配列されて成るエリアセンサを用いることも可能である。
【００４３】
印字検出部２４は、各色の印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙにより印字されたテストパターンを読み取り、各ヘッドの吐出検出を行う。吐出判定は、吐出の有無、ドットサイズの測定、ドット着弾位置の測定等で構成される。
【００４４】
印字検出部２４の後段には、後乾燥部４２が設けられている。後乾燥部４２は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹きつける方式が好ましい。
【００４５】
多孔質のペーパに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパの孔を塞ぐことでオゾンなど、染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぐことで画像の耐候性がアップする効果がある。
【００４６】
後乾燥部４２の後段には、加熱・加圧部４４が設けられている。加熱・加圧部４４は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラー４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。
【００４７】
このようにして生成されたプリント物は、排紙部２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置１０では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部２６Ａ、２６Ｂへと送るために排紙経路を切り換える選別手段（図示省略）が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター（第２のカッター）４８によってテスト印字の部分を切り離す。カッター４８は、排紙部２６の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に、本画像とテスト印字部を切断するためのものである。カッター４８の構造は前述した第１のカッター２８と同様であり、固定刃４８Ａと丸刃４８Ｂとから構成されている。
【００４８】
また、図示を省略したが、本画像の排出部２６Ａには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられている。
【００４９】
次に、印字ヘッド（液体吐出ヘッド）のノズル（液体吐出口）の配置について説明する。インク色毎に設けられている各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙの構造は共通しているので、以下、これらを代表して符号５０によって印字ヘッドを表すものとし、図３に印字ヘッド５０の平面透視図を示す。
【００５０】
図３に示すように、本実施形態の印字ヘッド５０は、ノズル５１からインクを液滴として吐出するための圧力発生手段として、円筒型圧電素子アクチュエータ５４を用い、これを千鳥状の２次元マトリクス状に配列することによって、ノズル５１の高密度化を図るようにしたものである。
【００５１】
円筒型圧電素子アクチュエータ５４の構造については後述する。
【００５２】
なお、図示は省略するが、図３と同様の円筒型圧電素子アクチュエータが２次元マトリクス状に配列された複数の短尺ヘッドを、２次元の千鳥状に配列して繋ぎ合わせて、これらの複数の短尺ヘッド全体で被記録媒体の全幅に対応する長さとなるようにして１つの長尺のフルラインヘッドを構成するようにしてもよい。
【００５３】
図４に、本実施形態の円筒型圧電素子アクチュエータ５４が配列された印字ヘッド５０の一部を斜視図で示す。図４には、２次元マトリクス状に配列された円筒型圧電素子アクチュエータ５４のうち一列のみを表示している。
【００５４】
図４に示すように、円筒型圧電素子アクチュエータ５４は、平面状の圧電材料５８ａに対して垂直に下方に向けて形成された円筒で構成され、その円筒の一方の端が平面状の圧電材料５８ａに接続し、この接続部において平面状の圧電材料５８ａにインク供給口５３が形成され、また円筒の他方の端は、インクを吐出するためのノズル（吐出口）５１となっている。そして、インク供給口５３を介して、円筒の中空部とインクを蓄える共通液室５５とが連通している。このように、平面状の圧電材料５８ａの円筒が形成されている側とは反対側に共通液室５５が配置される構成となっている。
【００５５】
詳しくは後述するが、円筒型圧電素子アクチュエータ５４を形成する円筒は、圧電体で構成され、その外面に共通電極５６、内面に個別電極５７が形成されている。個別電極５７は、共通液室５５の底面を構成する平面状の圧電材料５８ａ上にまで形成され、ここから配線５７ａが引き出されている。この配線５７ａは、共通液室５５の底面を構成する平面状の圧電材料５８ａに沿って平行に引き出され、印字ヘッド５０の端面でフレキシブルケーブル５９の配線５９ａに接続している。
【００５６】
図５に、隣り合った２つの円筒型圧電素子アクチュエータ５４の円筒の軸線に沿った断面図を示す。
【００５７】
図５に示すように、円筒型圧電素子アクチュエータ５４は、平面状の圧電材料５８ａに対して略垂直に下方に向かって伸びるように円筒形に形成され、その円筒の一端が平面状の圧電材料５８ａに形成されたインク供給口５３に接続し、このインク供給口５３を解して円筒の中空部が共通液室５５と連通するとともに、他方の端がインクを吐出するノズル５１として構成されている。そしてこの円筒の側面は、圧電体５８で構成され、圧電体５８の外面に共通電極５６、内面に個別電極５７が形成されている。共通電極５６は、全ての円筒型圧電素子アクチュエータ５４の外面を覆うように形成されている。また、個別電極５７は、円筒の内面に形成されるとともに、配線５７ａ（ここでは図示省略、図４参照）を引き出すために、円筒外部の、共通液室５５の底面を形成する平面状の圧電材料５８ａの部分にまで形成されている。
【００５８】
前述したように、個別電極５７は配線５７ａによってフレキシブルケーブル５９と電気的に接続しており、個別電極５７に駆動信号が供給されると、圧電体５８が駆動され、円筒中空部の内径が細くなり、ノズル５１からインクが吐出されるようになっている。また、ノズル５１の先端部５１ａに対しては、撥液処理が施されている。
【００５９】
また、このような円筒型圧電素子アクチュエータ５４の寸法としては、例えば、円筒の外径φ１が、φ１＝１５μｍ、円筒の内径φ２が、φ２＝１０μｍ、円筒の長さＬが、Ｌ＝１５０μｍ、隣り合った円筒間の距離ｄが、ｄ＝５μｍとなっている。これによりノズル５１間ピッチは、この場合２０μｍとなる。
【００６０】
このように、本実施形態においては、円筒型圧電素子アクチュエータ５４の円筒中空部が従来の圧力室の役割を果たしている。そのため、従来のように圧力室の一壁面を構成する振動板も不要である。そして、インク吐出時において、振動板のような平面に対して圧力をかけるのではなく、円筒の側面から圧力を加えるようにしているため、従来よりも少ないスペースで効率良くインクを吐出することができ、ノズル５１を高密度化することが可能となる。
【００６１】
図６はインクジェット記録装置１０におけるインク供給系の構成を示した概要図である。インクタンク６０は印字ヘッド５０にインクを供給するための基タンクであり、図１で説明したインク貯蔵／装填部１４に設置される。インクタンク６０の形態には、インク残量が少なくなった場合に、補充口（図示省略）からインクを補充する方式と、タンクごと交換するカートリッジ方式とがある。使用用途に応じてインク種類を替える場合には、カートリッジ方式が適している。この場合、インクの種類情報をバーコード等で識別して、インク種類に応じて吐出制御を行うことが好ましい。なお、図６のインクタンク６０は、先に記載した図１のインク貯蔵／装填部１４と等価のものである。
【００６２】
図６に示したように、インクタンク６０と印字ヘッド５０を繋ぐ管路の中間には、異物や気泡を除去するためにフィルタ６２が設けられている。フィルタ・メッシュサイズは印字ヘッド５０のノズル径と同等若しくはノズル径以下とすることが好ましい。
【００６３】
なお、図６には示さないが、印字ヘッド５０の近傍又は印字ヘッド５０と一体にサブタンクを設ける構成も好ましい。サブタンクは、ヘッドの内圧変動を防止するダンパー効果及びリフィルを改善する機能を有する。
【００６４】
また、インクジェット記録装置１０には、ノズルの乾燥防止又はノズル近傍のインク粘度上昇を防止するための手段としてのキャップ６４と、ノズル面（ノズル５１の先端）５０Ａの清掃手段としてのクリーニングブレード６６とが設けられている。
【００６５】
これらキャップ６４及びクリーニングブレード６６を含むメンテナンスユニットは、図示を省略した移動機構によって印字ヘッド５０に対して相対移動可能であり、必要に応じて所定の退避位置から印字ヘッド５０下方のメンテナンス位置に移動される。
【００６６】
キャップ６４は、図示しない昇降機構によって印字ヘッド５０に対して相対的に昇降変位される。昇降機構は、電源ＯＦＦ時や印刷待機時にキャップ６４を所定の上昇位置まで上昇させ、印字ヘッド５０に密着させることにより、ノズル５１の先端部をキャップ６４で覆うようになっている。
【００６７】
クリーニングブレード６６は、ゴムなどの弾性部材で構成されており、図示を省略したブレード移動機構により印字ヘッド５０のインク吐出面（ノズル５１の先端部）に摺動可能である。ノズル５１先端部にインク液滴又は異物が付着した場合、クリーニングブレード６６をノズル面５０Ａに摺動させることでノズル５１先端部を拭き取り、ノズル５１の清掃をするようになっている。
【００６８】
印字中又は待機中において、特定のノズル５１の使用頻度が低くなり、そのノズル５１近傍のインク粘度が上昇した場合、粘度が上昇して劣化したインクを排出すべく、キャップ６４に向かって予備吐出が行われる。
【００６９】
また、印字ヘッド５０内のインク（円筒型圧電素子アクチュエータ５４内のインク）に気泡が混入した場合、印字ヘッド５０にキャップ６４を当て、吸引ポンプ６７で円筒型圧電素子アクチュエータ５４内のインク（気泡が混入したインク）を吸引により除去し、吸引除去したインクを回収タンク６８へ送液する。この吸引動作は、初期のインクのヘッドへの装填時、或いは長時間の停止後の使用開始時にも行われ、粘度が上昇して固化した劣化インクが吸い出され除去される。
【００７０】
すなわち、印字ヘッド５０は、ある時間以上吐出しない状態が続くと、ノズル近傍のインク溶媒が蒸発してノズル近傍のインクの粘度が高くなってしまい、吐出駆動用の圧力発生手段（円筒型圧電素子アクチュエータ５４）が動作してもノズル５１からインクが吐出しなくなる。したがって、この様な状態になる手前で（圧力発生手段の動作によってインク吐出が可能な粘度の範囲内で）、インク受けに向かって圧力発生手段を動作させ、粘度が上昇したノズル近傍のインクを吐出させる「予備吐出」が行われる。また、ノズル面（ノズル５１先端部）５０Ａの清掃手段として設けられているクリーニングブレード６６等のワイパーによってノズル５１先端部の汚れを清掃した後に、このワイパー摺擦動作によってノズル５１内に異物が混入するのを防止するためにも予備吐出が行われる。なお、予備吐出は、「空吐出」、「パージ」、「唾吐き」などと呼ばれる場合もある。
【００７１】
また、円筒型圧電素子アクチュエータ５４内に気泡が混入したり、ノズル５１内のインクの粘度上昇があるレベルを超えたりすると、上記予備吐出ではインクを吐出できなくなるため、上述したような吸引動作を行う。
【００７２】
すなわち、ノズル５１のインク内に気泡が混入した場合、或いはノズル５１内のインク粘度があるレベル以上に上昇した場合には、圧力発生手段を動作させてもノズル５１からインクを吐出できなくなる。このような場合、印字ヘッド５０のノズル面５０Ａに、キャップ６４を当てて円筒型圧電素子アクチュエータ５４内の気泡が混入したインク又は増粘インクをポンプ６７で吸引する動作が行われる。
【００７３】
ただし、上記の吸引動作は、円筒型圧電素子アクチュエータ５４内のインク全体に対して行われるためインク消費量が大きい。したがって、粘度上昇が少ない場合はなるべく予備吐出を行うことが好ましい。なお、図６で説明したキャップ６４は、吸引手段として機能するとともに、予備吐出のインク受けとしても機能し得る。
【００７４】
また、好ましくは、キャップ６４の内側が仕切壁によってノズル列に対応した複数のエリアに分割されており、これら仕切られた各エリアをセレクタ等によって選択的に吸引できる構成とする。
【００７５】
図７はインクジェット記録装置１０のシステム構成を示す要部ブロック図である。インクジェット記録装置１０は、通信インターフェース７０、システムコントローラ７２、画像メモリ７４、モータドライバ７６、ヒータドライバ７８、プリント制御部８０、画像バッファメモリ８２、ヘッドドライバ８４等を備えている。
【００７６】
通信インターフェース７０は、ホストコンピュータ８６から送られてくる画像データを受信するインターフェース部である。通信インターフェース７０にはＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、イーサネット、無線ネットワークなどのシリアルインターフェースやセントロニクスなどのパラレルインターフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリ（図示省略）を搭載してもよい。ホストコンピュータ８６から送出された画像データは通信インターフェース７０を介してインクジェット記録装置１０に取り込まれ、一旦画像メモリ７４に記憶される。画像メモリ７４は、通信インターフェース７０を介して入力された画像を一旦格納する記憶手段であり、システムコントローラ７２を通じてデータの読み書きが行われる。画像メモリ７４は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなどの磁気媒体を用いてもよい。
【００７７】
システムコントローラ７２は、通信インターフェース７０、画像メモリ７４、モータドライバ７６、ヒータドライバ７８等の各部を制御する制御部である。システムコントローラ７２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びその周辺回路等から構成され、ホストコンピュータ８６との間の通信制御、画像メモリ７４の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ８８やヒーター８９を制御する制御信号を生成する。
【００７８】
モータドライバ７６は、システムコントローラ７２からの指示に従ってモータ８８を駆動するドライバ（駆動回路）である。ヒータドライバ７８は、システムコントローラ７２からの指示にしたがって後乾燥部４２等のヒーター８９を駆動するドライバである。
【００７９】
プリント制御部８０は、システムコントローラ７２の制御に従い、画像メモリ７４内の画像データから印字制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理機能を有し、生成した印字制御信号（印字データ）をヘッドドライバ８４に供給する制御部である。プリント制御部８０において所要の信号処理が施され、該画像データに基づいてヘッドドライバ８４を介して印字ヘッド５０のインク液滴の吐出量や吐出タイミングの制御が行われる。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。
【００８０】
プリント制御部８０には画像バッファメモリ８２が備えられており、プリント制御部８０における画像データ処理時に画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ８２に一時的に格納される。なお、図７において画像バッファメモリ８２はプリント制御部８０に付随する態様で示されているが、画像メモリ７４と兼用することも可能である。また、プリント制御部８０とシステムコントローラ７２とを統合して１つのプロセッサで構成する態様も可能である。
【００８１】
ヘッドドライバ８４はプリント制御部８０から与えられる印字データに基づいて各色の印字ヘッド５０の圧力発生手段を駆動する。ヘッドドライバ８４にはヘッドの駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。
【００８２】
印字検出部２４は、図１で説明したように、ラインセンサー（図示省略）を含むブロックであり、記録紙１６に印字された画像を読み取り、所要の信号処理などを行って印字状況（吐出の有無、打滴のばらつきなど）を検出し、その検出結果をプリント制御部８０に提供するものである。
【００８３】
プリント制御部８０は、必要に応じて印字検出部２４から得られる情報に基づいて印字ヘッド５０に対する各種補正を行うようになっている。
【００８４】
以下、円筒型圧電素子アクチュエータ及びこれを用いた液体吐出ヘッドの製造方法について説明する。
【００８５】
円筒型圧電素子アクチュエータ及び液体吐出ヘッドの製造方法の工程を図８（ａ）、図８（ｂ）に示す。
【００８６】
まず、図８（ａ）の（１）に示すように、円筒型圧電素子アクチュエータを成型するための型９０を用意する。型９０としては、例えば、ポリビニルアルコールを主体とした水溶性繊維や感光性樹脂等の、比較的容易に寸法精度を出すことができ、低温プロセスもしくは水処理によって型を除去することができるような材料を用いる。このような材料を用いることにより、型を除去するために高温の焼成工程を用いる必要がなく、製造プロセスを簡略化することができる。
【００８７】
型９０の、２Ａ−２Ｂ線に沿った断面図を図８（ａ）の（２）に示す。型９０は、円筒型圧電素子アクチュエータの円筒部分を成形するための穴９２が形成されており、また、外周部には枠９４が形成されている。なお、簡単のために、ここでは穴９２が４つしか表示されていないが、実際には印字ヘッド５０に形成される円筒型圧電素子アクチュエータに対応した多数の穴が形成されている。
【００８８】
次に図８（ａ）の（３）に示すように、複数の穴９２が形成された型９０に対して、エアロゾル噴射ノズル９６から、圧電体形成用の材料の超微粒子を噴射する。このようにしてエアロゾルデポジション（ＡＤ）法により、図８（ａ）の（４）に示すように、型９０の中に超微粒子を堆積させて圧電体５８を形成する。
【００８９】
次に図８（ａ）の（５）に示すように、堆積された圧電体５８の表面を研磨して平らにするとともに所定の厚さにする。このようにして、平面状の圧電材料５８ａから垂直に複数の円筒（円柱）状の圧電体５８が伸びた状態にする。そして、図８（ａ）の（６）に示すように、型９０の穴９２の中に堆積された、円柱状の圧電体５８の中央に対して、レーザ発振装置（例えば、フェムト秒レーザ等）９８によりレーザ加工を行い、ノズルとなるべき穴を開ける。
【００９０】
なお、型９０に、もともとこの穴を形成するための突起が形成されていて、穴の開いた円筒自体を型９０で成形するようにしてもよい。型９０で穴も形成するようにした場合には、このレーザ加工は不要である。
【００９１】
次に、水処理もしくは低温処理によって水溶性繊維等の型９０を除去し、これにより図８（ｂ）の（７）に示すような、穴１００を有する複数の円筒１０２が平面状の圧電材料５８ａから垂直に延びた状態に形成される。図８（ｂ）の（８）に、上の（７）の複数の円筒１０２状の圧電体５８が平面状の圧電材料５８ａに対して垂直下方に形成された様子を下方から見た図を示す。
【００９２】
次に、この円筒状に形成された圧電体５８を駆動させるための電極（共通電極及び個別電極）を、円筒１０２の外側及び内側に形成する。そのために、図８（ｂ）の（９）に示すように、電極を形成しない部分にマスク１０４を形成する。
【００９３】
図８（ｂ）の（１０）に、上の（９）のマスク１０４を形成した圧電体５８を上から見た図を示す。このように、上から見ると各穴１００の周囲にマスク１０４の存在しない部分１０５が形成されるとともに、さらに将来配線が形成されるように、端部に向かって細く帯状にマスク１０４の存在しない部分１０６が形成されている。
【００９４】
そして、マスク１０４を形成した圧電体５８を電極材料の液に浸漬し、マスク１０４が存在しない部分に電極材料を塗って電極を形成する。その後、マスク１０４を除去して乾燥し、圧電体５８（及び圧電材料５８ａ）を６００℃〜８００℃で焼成する。
【００９５】
これにより、図８（ｂ）の（１１）に示すように、円筒１０２状に形成された圧電体５８の穴１００の外側と内側にそれぞれ電極５６及び５７が形成される。また、この圧電体５８全体を液状の絶縁材料に浸漬して液状の絶縁材を電着コートする。また、圧電体５８を分極する。なお、円筒１０２の穴１００の先端部はノズル５１となるが、ノズル５１の先端部５１ａに対して撥液処理を施す。このようにして、円筒１０２が円筒型圧電素子アクチュエータ５４として形成される。
【００９６】
次に図８（ｂ）の（１２）に示すように、今形成した円筒型圧電素子アクチュエータ５４の上側にインク流路の枠体１０６を接着し、円筒型圧電素子アクチュエータ５４の上部に共通液室５５を形成する。これにより円筒型圧電素子アクチュエータ５４の穴１００の上端がインク供給口５３となる。このようにして印字ヘッド５０が形成される。
【００９７】
また、図４に示すように、印字ヘッド５０の端部にフレキシブルケーブル５９を接続し、個別電極５７から引き出した配線５７ａとフレキシブルケーブル５９の配線５９ａとを電気的に接続する。
【００９８】
以上説明したように、本実施形態によれば、圧電体を円筒状にして円筒の先端をノズルとし、ノズル（プレート）と圧電体を一体化したため、従来のような大きさの圧力室は不要であり、さらに振動板も不要である。また、圧電体をエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）で形成するようにしたため、ディップ（浸漬）を何度も繰り返して圧電膜を成膜しなくてもよく、また水熱合成法を用いることもなく、製造工程を簡素化することができる。
【００９９】
なお、圧電体を形成する方法は、このようにノズル配列の穴を形成した型に対してエアロゾルデポジション法を用いる方法に限定されるものではなく、スクリーン印刷やペースト充填、あるいは粉体圧入などの方法を用いてもよい。
【０１００】
以上により、本実施形態によれば、ノズルの高密度化を達成するとともに、製造工程を簡素化することが可能となる。また、水熱合成法を用いる場合にはチタン金属を用いなければならないが、本実施形態では水熱合成法を用いていないため、特にチタン金属を用いる必要はなく基板の自由化を図ることができる。また、エアロゾルデポジション法を用いているため、表面形状の均一化を図ることができる。さらに、ノズル穴の形成された型に対してエアロゾルデポジション法で圧電体を形成するようにしたため、型を寸法精度よく形成することにより、ノズル配置の精度及び各部材の寸法精度の向上を図ることができる。
【０１０１】
以上、本発明の円筒型圧電素子アクチュエータを用いた液体吐出ヘッド並びにその製造方法について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明に係る円筒型圧電素子アクチュエータを用いた液体吐出ヘッド（印字ヘッド）を備えたインクジェット記録装置の一実施形態の概略を示す全体構成図である。
【図２】図１に示したインクジェット記録装置の印字部周辺の要部平面図である。
【図３】印字ヘッドの構造例を示す平面透視図である。
【図４】本実施形態に係る印字ヘッドの概略を示す斜視図である。
【図５】隣り合った２つの円筒型圧電素子アクチュエータの円筒の軸線に沿った断面図である。
【図６】本実施形態のインクジェット記録装置におけるインク供給系の構成を示した概要図である。
【図７】本実施形態のインクジェット記録装置のシステム構成を示す要部ブロック図である。
【図８（ａ）】（１）〜（６）は、本実施形態における円筒型圧電素子アクチュエータの製造工程を示す説明図である。
【図８（ｂ）】（７）〜（１２）は、本実施形態における円筒型圧電素子アクチュエータの製造工程を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１０…インクジェット記録装置、１２…印字部、１４…インク貯蔵／装填部、１６…記録紙、１８…給紙部、２０…デカール処理部、２２…吸着ベルト搬送部、２４…印字検出部、２６…排紙部、２８…カッター、３０…加熱ドラム、３１、３２…ローラー、３３…ベルト、３４…吸着チャンバー、３５…ファン、３６…ベルト清掃部、４０…加熱ファン、４２…後乾燥部、４４…加熱・加圧部、４５…加圧ローラー、４８…カッター、５０…印字ヘッド、５０Ａ…ノズル面、５１…ノズル、５２…圧力室、５３…インク供給口、５４…円筒型圧電素子アクチュエータ、５５…共通液室、５６…共通電極、５７…個別電極、５８…圧電体、５８ａ…平面状の圧電材料、５９…フレキシブルケーブル、６０…インクタンク、６２…フィルタ、６４…キャップ、６６…ブレード、６７…吸引ポンプ、６８…回収タンク、７０…通信インターフェース、７２…システムコントローラ、７４…画像メモリ、７６…モータドライバ、７８…ヒータドライバ、８０…プリント制御部、８２…画像バッファメモリ、８４…ヘッドドライバ、８６…ホストコンピュータ、８８…モータ、８９…ヒータ、９０…型、９２…穴、９４…枠、９６…エアロゾル噴射ノズル、９８…レーザ発振装置、１００…穴、１０２…円筒、１０４…マスク
【図１】
2006327163.tif 000003
【図２】
2006327163.tif 000004
【図３】
2006327163.tif 000005
【図４】
2006327163.tif 000006
【図５】
2006327163.tif 000007
【図６】
2006327163.tif 000008
【図７】
2006327163.tif 000009
【図８（ａ）】
2006327163.tif 000010
【図８（ｂ）】
2006327163.tif 000011