JP2007299987A - 圧電アクチュエータ、液体吐出ヘッド、液体吐出装置、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】振動板と圧電素子とを接着剤接合するときに熱硬化性接着剤を用いたのでは硬化に時間がかかり、アクチュエータが長尺化したときに対応することができなくなる。
【解決手段】圧電アクチュエータは、振動板２と、振動板２に接合した圧電素子１２とを有し、振動板２の接合面側には紫外線硬化型接着剤５１と接触することで紫外線硬化型接着剤５１の硬化を促進する効果促進材の層５２が形成され、振動板２と圧電素子１２とを紫外線硬化型接着剤５１で接合するときに紫外線光５３を照射して紫外線硬化型接着剤５１を硬化させるとともに、紫外線光５３の届き難い領域では効果促進材の層５２との接触で硬化を促進する。
【選択図】図５

Description

本発明は圧電アクチュエータ、液体吐出ヘッド、液体吐出装置、画像形成装置に関する。

一般に、プリンタ、ファックス、コピア、プロッタ、或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、記録液（液体）の液滴を吐出する液体吐出ヘッドで構成した記録ヘッドを含む液体吐出装置を用いて、媒体（以下「用紙」ともいうが材質を限定するものではなく、また、被記録媒体、記録媒体、転写材、記録紙なども同義で使用する。）を搬送しながら、液体としての記録液（以下、インクともいう。）を用紙に付着させて画像形成（記録、印刷、印写、印字も同義語で用いる。）を行なうものがある。

なお、「画像形成装置」は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体に液体を吐出して画像形成を行う装置を意味し、また、「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与することをも意味する。また、「液体」とは、記録液、インクに限るものではなく、吐出されるときに流体となるものであれば特に限定されるものではない。また、「液体吐出装置」とは液体吐出ヘッドから液体を吐出する装置を意味し、画像形成を行うものに限定されない。

液体吐出ヘッドとしては、液室内の液体であるインクを加圧する圧力を発生するための圧力発生手段（アクチュエータ手段）として液室の壁面を形成する弾性変形可能な振動板とこの振動板を変位させる圧電素子とで構成した圧電アクチュエータを用いた圧電型ヘッドが知られている。圧電型ヘッドとしては、特に圧電層と内部電極を交互に積層した積層型圧電素子を用いて、積層型圧電素子のｄ３３又はｄ３１方向の変位で振動板を変形させるものが知られている。

このような圧電アクチュエータを用いた液体吐出ヘッドとしては、例えば、特許文献１に記載されているように、振動板と圧電素子とを接着剤で接合する構成とし、振動板には圧電素子の接合用接着剤が塗布されない領域に対向する凹部を有し、この凹部において速硬化性接着剤により振動板と圧電素子とが固定されたインクジェットヘッドが知られている。
特開２００３−２７６２０７号公報

また、特許文献２に記載されているように、振動板が薄肉部となる第１の層と、圧電振動子が当接するアイランド部となる電鋳で形成された第２の層とにより構成されており、第２の層の上面に平面部が形成されていて、圧電振動子の先端が平面部に接着剤により固定されているインクジェット記録ヘッドが知られている。
特開平０８−２２４８７４号公報

上述したように、従来の圧電アクチュエータにあっては、圧電素子と振動板とを接着剤を介して接合することが行われており、一般的に、接着剤には、信頼性が高く、耐湿性の高い熱硬化性のエポキシ接着剤等が使用されている。

しかしながら、熱硬化性接着剤は硬化速度が遅いために組み立て工程の工期を短縮する上での障害となっている。特に、複数の圧電素子を振動板に接着する場合、隣接する圧電素子の硬化が完了していないと、僅かな干渉で位置がずれてしまい、不良を引き起こしてしまうという課題がある。

また、近年、画像形成装置としての例えばインクジェット記録装置には高速印字が求められていることから、ノズル数を多くするライン型ヘッドなどの長尺ヘッド化が進んでおり、圧電素子の数も多くなる傾向にある。そのため、上述したような熱硬化性接着剤を用いて圧電素子と振動板とを接合することは、コスト的にも歩留まり的にも限界になっている。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、低コストで確実に圧電素子と振動板を接合することが可能な圧電アクチュエータ、この圧電アクチュエータを備える液体吐出ヘッド、この液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置、画像形成装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る圧電アクチュエータは、振動板と圧電素子とは紫外線硬化型接着剤で接合されるとともに、振動板と圧電素子との間には紫外線硬化型接着剤との接触により硬化を促進する硬化促進材の層を有する構成とした。

ここで、硬化促進材の層は振動板側に形成されている構成、或いは、硬化促進材の層は圧電素子側に形成されている構成とすることができ、また、硬化促進材の層は振動板と一体となっている構成とすることができる。また、硬化促進材はＣｕ又はＡｌを含むことが好ましい。また、振動板は少なくともポリイミドを含む構成、この場合、振動板はポリイミドとＳＵＳの積層部材である構成とすることができる。また、複数の圧電素子がベース部材上に配置された圧電ユニットを複数個有し、各圧電ユニットの圧電素子が振動板に接合されている構成とすることができる。

また、振動板には凸部が形成され、この凸部と圧電素子が接合されている構成とすることができ、この場合、振動板には凸部の接合面を含めて全体に硬化促進材の層が形成されている構成、或いは、振動板の凸部の接合面のみに硬化促進材の層が形成されている構成とすることができる。これらの場合、硬化促進材の層の厚さは０．０１μｍ以上であることが好ましく、この場合、硬化促進材はスパッタリング法により形成されていることが好ましい。

本発明に係る本発明に係る圧電アクチュエータを備えているものである。

本発明に係る液体吐出装置は、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているものである。

本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているものである。

本発明に係る圧電アクチュエータによれば、振動板と圧電素子とは紫外線硬化型接着剤で接合されるとともに、振動板と圧電素子との間には紫外線硬化型接着剤との接触により硬化を促進する硬化促進材の層を有する構成としたので、紫外線硬化型接着剤を用いることで短時間での接合が可能になるとともに、構造上生じる紫外線照射を照射できない領域では硬化促進材で硬化を促進することが可能になるので、低コストで確実に振動板と圧電素子との接合を行うことができる。
本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、本発明に係る圧電アクチュエータを備えているので、低コストで信頼性の高い液体吐出ヘッドを得られる。

本発明に係る液体吐出装置によれば、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているので、信頼性の向上と低コスト化を図れる。

本発明に係る画像形成装置によれば、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているので、信頼性の向上と低コスト化を図れる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。まず、本発明に係る圧電アクチュエータを備えた本発明に係る液体吐出ヘッドの第１実施形態について図１ないし図３を参照して説明する。なお、図１は同液体吐出ヘッドの側面説明図、図２は同じく平面説明図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う液室長手方向の断面説明図である。

この液体吐出ヘッドＨは、ＳＵＳ基板で形成した流路基板（液室基板）１と、この流路基板１の下面に接合した振動板２と、流路基板１の上面に接合したノズル板３とを有し、これらによって液滴（液体の滴）を吐出するノズル４が連通する個別流路としての加圧液室（圧力室、加圧室、流路などとも称される。）６、加圧液室６に液体であるインク（記録液）を供給する供給路を兼ねた流体抵抗部７、複数の加圧液室６に記録液を供給する共通液室８を形成している。なお、共通液室８には図示しない記録液タンクから供給路を介して記録液が供給される。

ここで、流路基板１は、リストリクタプレート１Ａとチャンバーブレート１Ｂとを接着して構成している。この流路基板１は、ＳＵＳ基板を、酸性エッチング液を用いてエッチング、あるいは打ち抜きなどの機械加工することで、各加圧液室６、流体抵抗部７、共通液室８などの開口をそれぞれ形成している。なお、流体抵抗部７は、リストリクタプレート１Ａの部分を開口し、チャンバーブレート１Ｂの部分を開口しないことで形成している。

振動板２は、流路基板１を構成するチャンバーブレート１Ｂに接着接合している。この振動板２は、例えば、変形可能な部分を構成するポリイミドなどの樹脂部材で形成している。この他、ポリイミドなどの樹脂部材とＳＵＳ基板との積層部材、ニッケルの金属プレートから形成したものなどを用いることもできる。なお、上述したように流体抵抗部７の振動板２側のチャンバーブレート１Ｂを振動板２と接合することで、振動板２の薄いポリイミドなどの樹脂部材を介して加圧液室６内の圧力が外部に逃げることを防ぎ、効率的に液滴を吐出することが可能になる。

ノズル板３は、各加圧液室６に対応して直径１０〜３０μｍの多数のノズル４を形成し、流路基板１のリストリクタプレート１Ａに接着剤接合している。このノズル板３としては、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、ノズル面（吐出方向の表面：吐出面）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。

そして、振動板２の面外側（加圧液室６と反対面側）に凸部１１ｂを介して各加圧液室６に対応して圧力発生手段（アクチュエータ手段）を構成する積層型圧電素子１２をそれぞれ接合し、これらの振動板２と圧電素子１２によって本発明に係る圧電アクチュエータを構成している。

ここで、積層型圧電素子１２はベース部材１３に接合している。複数の圧電素子１２はベース部材１３に接合した１つの圧電素子部材に溝加工（スリット加工）によって分断することなく形成したものであり、ベース部材１３と圧電素子１２とによって圧電ユニット４０を構成し、後述する図４に示すように、複数の圧電ユニット４０をノズル４の並び方向に沿って配置している。また、圧電素子１２の一端面には駆動波形を与えるためのＦＰＣケーブル１４を接続している。

なお、圧電素子１２の圧電方向としてｄ３３方向の変位を用いて加圧液室６内インクを加圧する構成とすることも、圧電素子１２の圧電方向としてｄ３１方向の変位を用いて加圧液室６内インクを加圧する構成とすることもできる。本実施形態ではｄ３３方向の変位を用いた構成をとっている。

ベース部材１３は金属材料で形成することが好ましい。ベース部材１３の材質（材料）が金属であれば、圧電素子１２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１２とベース部材１３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１２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、自己発熱によりヘッド内部の温度上昇が発生し、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１３を金属材料で形成して圧電素子１２の自己発熱による蓄熱を防止することで、これらの接合強度の低下、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

さらに、振動板２の周囲にはフレーム部材１７を接着剤で接合している。そして、このフレーム部材１７には、振動板２で構成した変形可能な部分としてのダイアフラム部１９を介して共通液室８に隣接するバッファ室１８を形成している。ダイアフラム部１９は共通液室８及びバッファ室１８の壁面を形成する。なお、バッファ室１８と共通液室８との間の壁部を形成する変形可能な部分としてのダイアフラム部１９を振動板２で形成しているが、振動板２と兼用せずに別部材とすることもできる。

また、フレーム部材１７にはこのバッファ室１８と外部（大気）とを連通する連通路２０を形成している。この場合、連通路２０はノズル４が形成された面と反対側（フレーム部材１７の面）に開口することで大気と連通する。つまり、ノズル面側に開口させると、ノズル面をワイピングしたときなどに記録液が連通路２０を通じてバッファ室１８内に侵入するおそれがある（そのため、所謂ノズルカバーなどで覆われた空間に開口させる必要がある。）、ノズル面とは反対側に開口することでバッファ室１８内への記録液の侵入を防止することができる。

また、連通路２０はダイアフラム部１９に対向しない位置に形成している。これにより、連通路２０内に異物が挿入されてダイアフラム部１９が損傷されることを防止できる。

また、この液体吐出ヘッドでは、圧電素子１２は３００ｄｐｉの間隔で形成し、それが対向して２列に並んでいる構成としている。また、加圧液室６及びノズル４は１列１５０ｄｐｉの間隔で２列を千鳥状に並べて配置しており、３００ｄｐｉの解像度を１スキャンで得ることができる。この場合、１列に並ぶ複数の圧電素子１２は、交互に駆動する圧電素子１２（以下、区別するときには「圧電素子１２ａ」という。）と単なる支柱部となる駆動されない圧電素子１２（以下、区別するときには「圧電素子１２ｂ」という。）となるバイピッチ構成としている。なお、すべての圧電素子を駆動用として使用するノーマルピッチ構成とすることもできる。

また、上述したようにこの液体吐出ヘッドは、ほとんどの部材をＳＵＳから形成し、その熱膨張係数を揃えているので、ヘッドの組立中、あるいは、使用中における熱膨張による種々の不具合を避けることができる。

このように構成した液体吐出ヘッドにおいては、例えば圧電素子１２ａに印加する電圧を基準電位から下げることによって圧電素子１２ａが収縮し、振動板２が下降して加圧液室６の容積が膨張することで、加圧液室６内にインクが流入し、その後圧電素子１２ａに印加する電圧を上げて圧電素子１２ａを積層方向に伸長させ、振動板２をノズル４方向に変形させて加圧液室６の容積／体積を収縮させることにより、加圧液室６内の記録液が加圧され、ノズル４から記録液の滴が吐出（噴射）される。

そして、圧電素子１２ａに印加する電圧を基準電位に戻すことによって振動板２が初期位置に復元し、加圧液室６が膨張して負圧が発生するので、このとき、共通液室８から加圧液室６内に記録液が充填される。そこで、ノズル４のメニスカス面の振動が減衰して安定した後、次の液滴吐出のための動作に移行する。

なお、このヘッドの駆動方法については上記の例（引き−押し打ち）に限るものではなく、駆動波形の与えた方によって引き打ちや押し打ちなどを行うこともできる。

このようにしてノズル４から液滴を吐出させるために加圧液室６内に圧力変動が生じさせると、加圧液室６内の圧力変動が流体抵抗部７を通じて共通液室８に伝播されるが、共通液室８に変形可能な部分を介して隣接するバッファ室１８を設けているので、共通液室８内に圧力変動が伝播したときには、ダイアフラム部１９が変形（変位）して圧力変動が吸収される。

このとき、多数のノズル４が同時に駆動されて液滴が吐出され、共通液室８に大きな圧力変動が伝播された場合でも、バッファ室１８が連通路２０を介して外部に連通しているので、ダイアフラム部１９は十分に変形することができて、大きな圧力変動でも効率的に吸収することができる。

次に、この液体吐出ヘッドにおける振動板と圧電素子との接合に関して図４及び図５をも参照して説明する。なお、図４は同液体吐出ヘッドの圧電ユニットの接合状態及び工程の説明に供する説明図、図５は振動板と圧電素子との接合部分のノズル並び方向に沿う拡大説明図である。

この液体吐出ヘッドでは、上述したように、流路基板１を構成するリストリクタプレート１Ａ、チャンバープレート１Ｂと、振動板（ポリイミド：厚み４μｍ）２、ノズル板３とを一体にした部材に、ベース部材１３に圧電素子１２を配置した圧電ユニット４０を接合して構成している。

圧電ユニット４０は、ＳＵＳ製のベース部材１３上に、圧電素子１２を形成するための圧電素子部材を接合し、この圧電素子部材にダイシングによってスリット加工を施すことによって個々の圧電素子１２を分割形成したものである。そして、この実施形態では、圧電ユニット４０の圧電素子１２は、図５に示すように、駆動電圧が印加される圧電素子１２ａと駆動電圧が印加されない支柱部圧電素子１２ｂとで構成されている。

なお、ここでは液体吐出ヘッドは、ノズル列の端から端までの長さを１２インチとし、圧電ユニット４２は個々の圧電素子１２のピッチを３００ｄｐｉ相当とし、長さを１インチとして、１２個の圧電ユニット４２を一列に並べて構成している。

ここで、複数（上記のとおりこの例では１２個）の圧電ユニット４０の圧電素子１２を振動板２に接合する場合、２つ目以降の圧電ユニット４０を振動板２に対してアライメントして接合するとき、先に接合した圧電ユニット４０が十分に接合されている必要がある。つまり、先の圧電ユニット４０が十分に接合されていない状態で２つ目の圧電ユニット４０のアライメント接合時に先の圧電ユニット４０と干渉すると、先の圧電ユニット４０が簡単に位置ズレを引き起こしてしまい、不良となるからである。

そこで、この液体吐出ヘッドでは、圧電素子１２と振動板２とを速硬化性の高い紫外線硬化型嫌気性接着剤５１によって接合するとともに、振動板２の全面に紫外線硬化型接着剤の硬化を促進する硬化促進材の層５２を有している構成としている。

これにより、圧電素子１２と振動板２との接合面の外周部は紫外線光５３を照射することによって瞬時に紫外線硬化型接着剤５１を硬化させることができる。これに対して、圧電素子１２と振動板２との界面やノズル並び方向側面側の領域などは紫外線光５３が届かない領域、或いは、届き難い領域となり、紫外線光５３を照射するだけは瞬時に硬化させることが難しい。

そこで、振動板２側に硬化促進材の層５２を設けることによって、圧電素子１２と振動板２との界面やノズル並び方向側面側の領域などは紫外線光５３が届かない領域、或いは届き難い領域では、紫外線硬化型接着剤５１は硬化促進材の層５２と接触することで極めて短時間で反応硬化する。

具体的には、紫外線硬化型嫌気性接着剤５１としては例えばスリーボンド社製１３５９Ｄ（商品名）を用いて、紫外線照射量は３０００ｍＪ／ｃｍ^２とした。また、硬化促進材の層５２として、プライマ（スリーボンド製１３９０Ｅ）を振動板２全体に塗布して接合を行った。

このように、紫外線硬化型接着剤を利用して振動板と圧電素子を接合することによって瞬時に硬化をある程度完了させることができ、上述したような圧電ユニットのアライメント接合時に先に接合している圧電ユニットと干渉しても、先に接合している圧電ユニットに位置ズレが生じることを抑制することができる。そして、振動板に硬化促進材の層を有しているので、紫外線が届かない領域も確実に硬化が進み、短時間で確実に接合を行うことができる。

この場合、振動板をポリイミドによって形成し、振動板に硬化促進材の層を形成することによって、液状の硬化促進材としてのプライマを少ないムラで塗ることができるようになり、安定した接合面を得ることができる。

次に、本発明に係る圧電アクチュエータを有する本発明に係る液体吐出ヘッドの第２実施形態について図６及び図７を参照して説明する。なお、図６は同液体吐出ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図、図７は同液体吐出ヘッドのノズルの並び方向に沿う部分拡大説明図である。

この液体吐出ヘッドでは、振動板２を変形可能な部分を形成するポリイミド１１Ａと剛性の高い部分を形成するＳＵＳ基板からなる厚肉部１１Ｂ及び液室６と対応する島状の凸部１１Ｃとの積層部材としている。なお、厚肉部１１Ｂは島状凸部１１Ｃ以外の領域を意味する。例えば、ポリイミド１１Ａは５μｍ厚み、ＳＵＳ基板からなる厚肉部１１Ｂ及び島状凸部１１Ｃは２０μｍ厚としている。そして、凸部１１Ｃと圧電素子１２ａとを接合し、支柱部１２ｂを厚肉部１１Ｂに接合する。その他の構成は前記第１実施形態と同様である。

この液体吐出ヘッドにおける振動板２の厚肉部１１Ｂ、凸部１１Ｃと圧電素子１２との接合については、図７に示すように、振動板２の厚肉部１１Ｂ、凸部１１Ｃ表面に刷毛で液状のプライマを塗布して硬化促進材の層６４を形成する。このとき、硬化促進材の層６４は厚肉部１１Ｂの支柱部１２ｂを接合する領域表面、凸部１１Ｃ表面にのみ形成し、ポリイミド１１Ａの表面へは形成しない。

次いで、圧電素子１２の接合面に薄膜印刷法により紫外線硬化型嫌気性接着剤５１を塗布し、振動板２の島状凸部１１Ｃと圧電素子１２ａの接合面が合うように両部品をアライメントし、紫外線光５３を照射して硬化型嫌気性接着剤５１を硬化させる。このとき、紫外線光５３が届き難い領域では硬化促進材（プライマ）の層６４との接触によって硬化が促進され、圧電素子１２と振動板２が接合される。

このように、振動板がポリイミドとＳＵＳの積層部材からなることにより、振動板の剛性が高まり、部品のハンドリング性が向上して、組立て時の部品破損を減少でき、さらにＳＵＳの表面と硬化促進材の密着性がよく安定した接合界面を得ることができる。

また、振動板に形成した島状の凸部と圧電素子を接合することにより、紫外線光が島状凸部のパターンの隙間に入り込みやすく、接合を瞬時に行うことができる。また、硬化促進材の層はＳＵＳの表面にのみ形成されていることで、変形可能な部分を形成するポリイミドの厚みが一定に保たれ、圧電素子の変位に対しても均一な変位が可能となり、安定した滴吐出を行うことができる。

次に、本発明に係る圧電アクチュエータを有する本発明に係る液体吐出ヘッドの第３実施形態について図８を参照して説明する。なお、図８は同液体吐出ヘッドの振動板部分の拡大断面説明図である。
ここでは、振動板２は前記第２実施形態と同様にポリイミド１１ＡとＳＵＳから形成した厚肉部１１Ｂ及び凸部１１Ｃとを有し、この振動板２の接合側の表面全面に硬化促進材としてのＣｕの薄膜６６を成膜している。

このＣｕ薄膜６６の形成方法としては、スパッタリング法を用い、Ｃｕのターゲットを用いて振動板２のＳＵＳ側に堆積させる。このときの厚みは０．０５μｍとなるように時間調整した。なお、硬化促進材として形成する膜厚としては、後述する表１を参考にして決定している。

そして、このようにして形成した振動板２と圧電ユニットの圧電素子１２とを金属イオンと反応し硬化が促進する紫外線硬化型嫌気性接着剤（例えば、スリーボンド社製１３５９Ｄ）を用いて紫外線を照射して接合した。このとき、紫外線硬化型嫌気性接着剤の紫外線が当たり難い領域では紫外線硬化型嫌気性接着剤がＣｕ薄膜６６の金属イオンと反応して硬化が促進され、短時間で確実に接合することができる。

このように金属イオンと反応し硬化が促進する紫外線硬化型嫌気性接着剤を用いて、振動板側に硬化促進材の層としてのＣｕ薄膜を形成する（硬化促進材がＣｕを含む）ことによって、硬化促進材の層の膜厚が一定になり安定した接合を行うことができ、Ｃｕは一般的に入手し易い材料であることから低コスト化を図れる。特に、硬化促進材の層をスパッタリングで形成することにより、薄膜に形成しやすく、かつ膜厚のばらつきが少ないので安定した接合面が得られる。

また、振動板の全面に、つまりポリイミド表面を含めてＣｕ薄膜が形成されていることにより、ポリイミドの通気性が遮断され、振動板を通した気泡の発生を抑制することができる。

なお、ここではＣｕ薄膜を硬化促進材の層としているが、Ａｌ薄膜（硬化促進材がＡｌを含む構成）でも同様の効果が得られる。また、振動板側にスパッタによりＣｕ薄膜を堆積形成する構成で説明しているが、圧電素子側にスパッタによりＣｕ薄膜を形成することでも同様の効果を得ることができる。

次に、本発明に係る圧電アクチュエータを有する本発明に係る液体吐出ヘッドの第４実施形態について図９を参照して説明する。なお、図９は同液体吐出ヘッドの振動板部分の拡大断面説明図である。
ここでは、振動板２は変形可能な部分となるポリイミド１１ＡとＣｕ（又はＡｌ）で形成した厚肉部１１Ｄ及び島状凸部１１Ｅとを有している。

具体的には、振動板２は２０μｍ厚みのＣｕ板（又はＡｌ板）と５μｍ厚みのポリイミドを貼り合わせて、Ｃｕ板（又はＡｌ板）をエッチングして厚肉部１１Ｄ、凸部１１Ｅを形成している。

そして、この振動板２と圧電ユニットの圧電素子１２ａ、支柱部１２ｂとを紫外線硬化型嫌気性接着剤を用いて接合する。このとき、振動板２の凸部１１Ｅ、厚肉部１１ＤがＣｕ板（又はＡｌ板）で形成されているので硬化促進材として機能し、別途硬化促進材の層を形成する必要が無くなり、工程を簡素化でき、低コスト化を図れる。

ここで、接着剤と硬化促進材の効果を確認した結果を表１に示してる。

接着剤には紫外線硬化型嫌気性接着剤を、硬化促進材としてＣｕ、Ａｌを選択し、それぞれ膜厚を振って硬化の程度を表わしている。結果の判断は、表１中の接合界面を形成した後、１２時間後に界面剥離を実施し硬化の程度を見たものである。表１中、結果の「×」は界面の接着剤の硬化が完了しておらず、触れると他へ転写する状態、「△」はすべてが硬化しておらず一部転写される領域が存在する状態、「○」は硬化が完全に完了しており、他への転写が無い状態を表わしている。この表１の結果から、硬化促進材の層は０．０１μｍ以上の厚みにすることで促進効果が得られることが分かる。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを備える本発明に係る液体吐出装置を含む画像形成装置の一例について図１０を参照して説明する。なお、図１０は同装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図である。
この画像形成装置は、媒体の印字領域幅以上の長さのノズル列（ノズル４を並べたもの）を有するフルライン型ヘッドからなる記録ヘッドを搭載したライン型画像形成装置である。

この画像形成装置は、例えばブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各色の液滴を吐出する、フルライン型の４個の本発明に係る液体吐出ヘッドで構成した記録ヘッド１０１ｋ、１０１ｃ、１０１ｍ、１０１ｙ（色を区別しないときには「記録ヘッド１０１）という。）を備え、各記録ヘッド１０１はノズル４を形成した面を下方に向けて図示しないヘッドホルダに装着している。また、各記録ヘッド１０１に対応してヘッドの性能を維持回復するための維持回復機構１０２を備え、パージ処理、ワイピング処理などのヘッドの性能維持動作時には、記録ヘッド１０１と維持回復機構１０２とを相対的に移動させて、記録ヘッド１０１のノズル面に維持回復機構１０２を構成するキャッピング部材などを対向させる。

なお、ここでは、記録ヘッド１０１は、用紙搬送方向上流側から、ブラック、シアン、マゼンダ、イエローの順に各色の液滴を吐出する配置としているが、配置及び色数はこれに限るものではない。また、ライン型ヘッドとしては、各色の液滴を吐出する複数のノズル列を所定間隔で設けた１又は複数のヘッドを用いることもできるし、ヘッドとこのヘッドに記録液を供給する記録液カートリッジを一体とすることも別体とすることもできる。

給紙トレイ１０３は、用紙１０４を載置する底板１０５と、用紙１０４を給送するための給紙コロ（半月コロ）１０６を備えている。底板１０５はベース１０８に取り付けられた回転軸１０９を中心に回転可能であって、加圧ばね１１０によって給紙コロ１０６側に付勢されている。なお、給紙コロ１０６に対向して、用紙１０４の重送を防止するため、人工皮、コルク材等の摩擦係数の大きい材質からなる図示しない分離パッドが設けられている。また、底板１０５と給紙コロ１０６の当接を解除する図示しないリリースカムが設けられている。

そして、この給紙トレイ１０３から給紙された用紙１０４を搬送ローラ１１２とピンチローラ１１３との間に送り込むために用紙１０４を案内するガイド部材１１０、１１１を設けている。

搬送ローラ１１２は、図示しない駆動源によって回転されて、送り込まれる用紙１０４を記録ヘッド１０１に対向して配置したプラテン１１５に向けて搬送する。プラテン１１５は、記録ヘッド１０１と用紙１０４とのギャップを維持することができるものであれば、剛体構造体でもよいし、搬送ベルトなどを用いることもできる。

プラテン１１５の下流側には、画像が形成された用紙１０４を排紙するための排紙ローラ１１６及びこれに対向する拍車１１７を配置し、排紙ローラ１１６によって画像が形成された用紙１０４を排紙トレイ１１８に排紙する。

また、排紙トレイ１１８と反対側には、用紙１０４を手差し給紙するための手差しトレイ１２１と、手差しトレイ１２１に載置された用紙１０４を給紙する給紙コロ１２２を配置している。この手差しトレイ１２１から給紙される用紙１０４はガイド部材１１１に案内されて搬送ローラ１１２とピンチローラ１１３との間に送り込まれる。

この画像形成装置においては、待機状態では、リリースカムが給紙トレイ１０３底板１０５を所定位置まで押し下げ、底板１０５と給紙コロ１０６との当接を解除している。そして、この状態で、搬送ローラ１１２が回転されることによって、この回転駆動力が図示しないギア等により給紙コロ１０６及び図示しないリリースカムに伝達されて、リリースカムが底板１０５から離れて底板１０５が上昇し、給紙コロ１０６と用紙１０４が当接し、給紙コロ１０６の回転に伴って用紙１０４がピックアップされて給紙が開始され、図示しない分離爪によって一枚ずつ分離される。

そして、給送コロ１０６の回転によって用紙１０４がガイド部材１１０、１１１に案内されて搬送ローラ１１２とピンチローラ１１３との間に送り込まれ、搬送ローラ１１２によって用紙１０４がプラテン１１５上に送り出される。その後、用紙１０４の後端は給紙コロ１０６のＤカット部に対向して当接が解除され、搬送ローラ１１２によってプラテン１１５上に搬送される。なお。給紙コロ１０６と搬送ローラ１１２との間に、補助的に、搬送回転対を設けることもできる。

このようにしてプラテン１１５上を搬送される用紙１０４に対して、記録ヘッド１から液滴を吐出して画像を形成し、画像が形成された用紙１０４は排紙ローラ１１６によって排紙トレイ１１８に排紙される。なお、画像形成時における紙搬送の速度と液滴吐出のタイミングは図示しない制御部によって制御される。

また、プラテン１１５は、記録ヘッド１０１と用紙１０４とのギャップを維持することができるものであれば、剛体構造体でもよいし、搬送ベルトなどを用いることもできる。

このように、本発明に係るライン型の液体吐出ヘッドを備えることによって、高速で高画質画像を形成することができる。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを備える本発明に係る液体吐出装置を含む画像形成装置の他の例について図１１及び図１２を参照して説明する。なお、図１１は同装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図、図１２は同機構部の要部平面説明図である。
この画像形成装置はシリアル型画像形成装置であり、左右の側板２０１Ａ、２０１Ｂに横架したガイド部材である主従のガイドロッド２３１、２３２でキャリッジ２３３を主走査方向に摺動自在に保持し、図示しない主走査モータによってタイミングベルトを介して図１２で矢示方向（キャリッジ主走査方向）に移動走査する。

このキャリッジ２３３には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色のインク滴を吐出するための本発明に係る液体吐出ヘッドからなる記録ヘッド２３４ａ、２３４ｂ（区別しないときは「記録ヘッド２３４」という。）を複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。

記録ヘッド２３４は、それぞれ２つのノズル列を有し、記録ヘッド２３４ａの一方のノズル列はブラック（Ｋ）の液滴を、他方のノズル列はシアン（Ｃ）の液滴を、記録ヘッド２３４ｂの一方のノズル列はマゼンタ（Ｍ）の液滴を、他方のノズル列はイエロー（Ｙ）の液滴を、それぞれ吐出する。

また、キャリッジ２３３には、記録ヘッド２３４のノズル列に対応して各色のインクを供給するためのヘッドタンク２３５ａ、２３５ｂ（区別しないときは「ヘッドタンク３５」という。）を搭載している。このサブタンク２３５には各色の供給チューブ３６を介して、各色のインクカートリッジ２１０から各色のインクが補充供給される。

一方、給紙トレイ２０２の用紙積載部（圧板）２４１上に積載した用紙２４２を給紙するための給紙部として、用紙積載部２４１から用紙２４２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙コロ）２４３及び給紙コロ２４３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド２４４を備え、この分離パッド２４４は給紙コロ２４３側に付勢されている。

そして、この給紙部から給紙された用紙２４２を記録ヘッド２３４の下方側に送り込むために、用紙２４２を案内するガイド部材２４５と、カウンタローラ２４６と、搬送ガイド部材２４７と、先端加圧コロ２４９を有する押さえ部材２４８とを備えるとともに、給送された用紙２４２を静電吸着して記録ヘッド２３４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２５１を備えている。

この搬送ベルト２５１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ２５２とテンションローラ２５３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。また、この搬送ベルト２５１の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ２５６を備えている。この帯電ローラ２５６は、搬送ベルト２５１の表層に接触し、搬送ベルト２５１の回動に従動して回転するように配置されている。この搬送ベルト２５１は、図示しない副走査モータによってタイミングを介して搬送ローラ２５２が回転駆動されることによって図１２のベルト搬送方向に周回移動する。

さらに、記録ヘッド２３４で記録された用紙２４２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト２５１から用紙２４２を分離するための分離爪２６１と、排紙ローラ２６２及び排紙コロ２６３とを備え、排紙ローラ２６２の下方に排紙トレイ２０３を備えている。

また、装置本体１の背面部には両面ユニット２７１が着脱自在に装着されている。この両面ユニット２７１は搬送ベルト２５１の逆方向回転で戻される用紙２４２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ２４６と搬送ベルト２５１との間に給紙する。また、この両面ユニット２７１の上面は手差しトレイ２７２としている。

さらに、図１２に示すように、キャリッジ２３３の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド２３４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本発明に係るヘッドの維持回復装置である維持回復機構２８１を配置している。

この維持回復機構２８１には、記録ヘッド２３４の各ノズル面をキャピングするための各キャップ部材（以下「キャップ」という。）２８２ａ、２８２ｂ（区別しないときは「キャップ２８２」という。）と、ノズル面をワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード２８３と、増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け２８４などを備えている。

また、図１２に示すように、キャリッジ２３３の走査方向他方側の非印字領域には、記録中などに増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける液体回収容器であるインク回収ユニット（空吐出受け）２８８を配置し、このインク回収ユニット２８８には記録ヘッド２３４のノズル列方向に沿った開口部２８９などを備えている。

このように構成したこの画像形成装置においては、給紙トレイ２０２から用紙２４２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙２４２はガイド２４５で案内され、搬送ベルト２５１とカウンタローラ２４６との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド２３７で案内されて先端加圧コロ２４９で搬送ベルト２５１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。

このとき、帯電ローラ２５６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２５１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、マイナス交互に帯電した搬送ベルト２５１上に用紙２４２が給送されると、用紙２４２が搬送ベルト２５１に吸着され、搬送ベルト２５１の周回移動によって用紙２４２が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ２３３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド２３４を駆動することにより、停止している用紙２４２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙２４２を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙２４２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、用紙２４２を排紙トレイ２０３に排紙する。

このようなシリアル型画像形成装置であっても、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えることによって、低コスト化を図れ、高速で高画質画像を記録できるようになる。

なお、上記実施形態では本発明に係る液体吐出装置をプリンタ構成の画像形成装置に適用した例で説明したが、これに限るものではなく、例えば、プリンタ／ファックス／コピア複合機などの画像形成装置にも適用することができる。また、記録液以外の液体を用いる液体吐出ヘッド、液体吐出装置、画像形成装置にも適用することができる。

本発明に係る圧電アクチュエータを有する液体吐出ヘッドの第１実施形態の側面説明図である。 同じく平面説明図である。 図２のＡ−Ａ線に沿う液室長手方向の断面説明図である。 同液体吐出ヘッドの振動板と圧電ユニットの接合状態及び接合工程の説明に供する説明図である。 同液体吐出ヘッドの振動板と圧電素子との接合部分のノズル並び方向に沿う拡大説明図である。 本発明に係る圧電アクチュエータを有する液体吐出ヘッドの第２実施形態の液室長手方向の断面説明図である。 同液体吐出ヘッドの振動板と圧電素子との接合部分のノズル並び方向に沿う拡大説明図である。 本発明に係る圧電アクチュエータを有する本発明に係る液体吐出ヘッドの第３実施形態の振動板部分の拡大断面説明図である。 本発明に係る圧電アクチュエータを有する本発明に係る液体吐出ヘッドの第４実施形態の振動板部分の拡大断面説明図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドを含む液体吐出装置を備えた本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 本発明に係る液体吐出装置を含む画像形成装置の他の例を示す概略構成図である。 同じく要部平面説明図である。

符号の説明

１…流路基板
２…振動板
３…ノズル板
４…ノズル
６…加圧液室
８…共通液室
１２…圧電素子
１３…ベース部材
１１Ｃ…凸部
５１…紫外線硬化型嫌気性接着剤
５２、６４…硬化促進材の層
６６…Ｃｕ薄膜
１１Ｅ…Ｃｕからなる凸部
１０１…記録ヘッド（液体吐出ヘッド）
１３４…記録ヘッド（液体吐出ヘッド）

Claims (16)

1. 圧電素子と、この圧電素子に接合された振動板とを有する圧電アクチュエータにおいて、前記振動板と圧電素子とは紫外線硬化型接着剤で接合されるとともに、前記振動板と圧電素子との間には前記紫外線硬化型接着剤との接触により硬化を促進する硬化促進材の層を有することを特徴とする圧電アクチュエータ。
2. 請求項１に記載の圧電アクチュエータにおいて、前記硬化促進材の層は前記振動板側に形成されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
3. 請求項１に記載の圧電アクチュエータにおいて、前記硬化促進材の層は前記圧電素子側に形成されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
4. 請求項１又は２に記載の圧電アクチュエータにおいて、前記硬化促進材の層は前記振動板と一体となっていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の圧電アクチュエータにおいて、前記硬化促進材はＣｕ又はＡｌを含むことを特徴とする圧電アクチュエータ。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の圧電アクチュエータにおいて、前記振動板は少なくともポリイミドを含むことを特徴とする圧電アクチュエータ。
7. 請求項６に記載の圧電アクチュエータにおいて、前記振動板はポリイミドとＳＵＳの積層部材であることを特徴とする圧電アクチュエータ。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の圧電アクチュエータにおいて、複数の圧電素子がベース部材上に配置された圧電ユニットを複数個有し、各圧電ユニットの圧電素子が前記振動板に接合されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載の圧電アクチュエータにおいて、前記振動板には凸部が形成され、この凸部と前記圧電素子が接合されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
10. 請求項９に記載の圧電アクチュエータにおいて、前記振動板には前記凸部の接合面を含めて全体に前記硬化促進材の層が形成されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
11. 請求項９に記載の圧電アクチュエータにおいて、前記振動板の前記凸部の接合面のみに前記硬化促進材の層が形成されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
12. 請求項１０又は１１に記載の圧電アクチュエータにおいて、前記硬化促進材の層の厚さは０．０１μｍ以上であることを特徴とする圧電アクチュエータ。
13. 請求項１２に記載の圧電アクチュエータにおいて、前記硬化促進材はスパッタリング法により形成されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
14. 液体を吐出するノズルと、このノズルが連通する液室と、この液室の少なくとも１つの壁面を形成する振動板を含む圧電アクチュエータとを有する液体吐出ヘッドにおいて、前記圧電アクチュエータが請求項１ないし１３のいずれかに記載の圧電アクチュエータであることを特徴とする液体吐出ヘッド。
15. 液体吐出ヘッドから液滴を吐出する液体吐出装置において、前記液体吐出ヘッドが請求項１４に記載の液体吐出ヘッドであることを特徴とする液体吐出装置。
16. 液体吐出ヘッドから液滴を吐出させて画像を形成する画像形成装置において、前記液体吐出ヘッドが請求項１４に記載の液体吐出ヘッドであることを特徴とする画像形成装置。
    

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