JP2009051068A - 圧電アクチュエータ、液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、液体吐出ヘッドのフレーム部材に圧電アクチェータを挿入配置する工程でのＦＰＣ這いまわしによる作業効率を向上でき、かつ圧電素子とＦＰＣ接続の剥がれに対する歩留まりを向上できる。
【解決手段】 本発明の圧電アクチュエータは、ベース部材に固定された圧電素子にフレキシブルプリント基板を直接接続し、ベース部材の側面に、フレキシブルプリント基板と圧電素子との接着方向にフレキシブルプリント基板を加圧する押さえ部材を有する。よって、圧電素子とフレキシブルプリント基板の接合部の剥離を防止できる。
【選択図】 図２

Description

本発明は圧電アクチュエータ、液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び画像形成装置に関し、詳細にはＦＰＣ這いまわしによる作業効率向上と圧電素子とＦＰＣ接続の剥がれに対する歩留まり向上の技術に関する。

一般に、プリンタ、ファクシミリ、コピア或いはこれらの機能を複合した画像形成装置としては、例えば記録液などの液滴を吐出する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、記録媒体を搬送しながら液体としての記録液を記録媒体に付着させて画像形成を行うものがある。ここで、画像形成とは、用紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の記録媒体に液体を吐出して、文字や図形等の画像を記録媒体に対して付与するだけでなく、パターン等の画像を記録媒体に付与することも含まれる。液体吐出ヘッドとしては、液室内の液体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）として圧電素子、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方向の変位で液室の壁面を形成する弾性変形可能な振動板を変形させ、液室内容積又は圧力を変化させて液滴を吐出させるいわゆる圧電アクチュエータを用いた圧電素子が知られている。

具体的な積層型圧電素子を用いた液体ヘッドとしては、例えば特許文献１に記載されているように、圧電層と内部電極とを交互に積層し、両端面に個別側外部電極及び共通側外部電極を形成した積層型圧電素子に、一部を残して溝加工を施すことによって複数の駆動部とその両端に非駆動部とを形成し、積層型圧電素子のｄ３１方向の変位を用いて液室内液体を加圧するとともに、この積層型圧電素子の共通電極を駆動部の並び方向両端の非駆動部から取り出すようにしたものがある。

また、積層型圧電素子のｄ３３方向の変位を用いるものとしては、特許文献２に記載されているように、ベース上に接合した圧電素子に溝加工することによってノズルが連通する各液室に対応する圧電素子を形成したものがある。

更に、液滴を吐出する方法として、圧電素子を用いて弾性変形可能な振動板を変形させ、液室内容積／圧力を変化させて液滴を吐出させる方法とは別に、ノズル近傍の流路又は液室に熱変換素子を設けて、急激に液体を加熱して泡を発生させて液体を吐出させるいわゆるサーマルアクチュエータもある。

また、例えば特許文献３は一列配置の圧電アクチュエータの配列の例であり、圧電素子のＧＮＤ（共通電極）をベースからとる方法も記載されている。
特開平８−１４２３２５号公報 特開２００３−２５０２８１号公報 特開２００６−１７５８４５号公報

しかしながら、従来より、圧電アクチュエータ又はサーマルアクチュエータを液体吐出ヘッドの筐体（以下、フレーム部材と言う）内に収める工程で、アクチュエータに接続されたＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）がフレーム部材に引っかかってしまい、ＦＰＣがベースから剥離してしまうという課題があった。そこで、剥離防止のために、圧電素子が固定されたベースにＦＰＣを接着する等の方法も取られている。この場合、接着等の工程追加による工数増など課題の他に、強固な固定の場合、ＦＰＣが斜めに固定された場合には、圧電素子との接合端子部に余分な力が働き、圧電素子自体の変位の阻止や半田亀裂の障害も発生する。

ところで、近年では長尺配置による高速化の液体吐出ヘッドが提案されており、液体吐出ヘッド内にアクチュエータを複数配置するようになった。１つのアクチュエータのＦＰＣ剥離があると液体吐出ヘッド自体の欠陥となり、大きな失損となる。

また、複数配置の場合、近傍に他のアクチュエータが存在するため、圧電素子とＦＰＣ接続の剥離を防ぎながらの作業には多大な注意が必要とする課題があった。

更に、上記特許文献３のように一列圧電アクチュエータ一列配列の場合にはＧＮＤ（共通電極）の接続も課題の一つとなる。

本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、液体吐出ヘッドのフレーム部材に圧電アクチェータを挿入配置する工程でのＦＰＣ這いまわしによる作業効率を向上でき、かつ圧電素子とＦＰＣ接続の剥がれに対する歩留まりを向上できる、圧電アクチュエータ、液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

前記問題点を解決するために、本発明の圧電アクチュエータはベース部材に固定された圧電素子にフレキシブルプリント基板を直接接続し、ベース部材の側面に、フレキシブルプリント基板と圧電素子との接着方向にフレキシブルプリント基板を加圧する押さえ部材を有することに特徴がある。よって、圧電素子とフレキシブルプリント基板の接合部の剥離を防止できる。

また、ベース部材が導電体であり、押さえ部材の加圧部でフレキシブルプリント基板の共通電極とベース部材が電気的に導通接続することにより、圧電素子とフレキシブルプリント基板の接合部の剥離を防止できると共に、共通電極との接続が可能となる。

更に、ベース部材及び押さえ部材が導電体であり、押さえ部材の加圧部でフレキシブルプリント基板に貫通穴又は切欠きを設け、該貫通穴又は切欠きを介してベース部材と押さえ部材が電気的に導通接続する。よって、フレキシブルプリント基板のゆがみなしに押さえ部材の正確な位置決めができ、圧電素子とフレキシブルプリント基板の接合部の剥離を防止できる。

また、押さえ部材の押さえ部は樹脂又は金属等の弾性力を有する部材で構成されていることにより、押さえ部材以外の追加部材なしに確実に押さえ部材で圧電素子とフレキシブルプリント基板の接合部の剥離を防止できる。

更に、押さえ部材がフレキシブルプリント基板の圧電素子との接続端子と逆側の端が接続する基板と固定されることにより、押さえ部材が基板のブラケットも兼ねることができる。

また、押さえ部材がフレキシブルプリント基板の圧電素子との接続端子と逆側の端が接続する基板の共通電極ラインと電気的に導通接続することにより、圧電素子とフレキシブルプリント基板の接合部の剥離を防止できると共に、共通電極との接続が可能となる。

更に、ベース部材に、押さえ部材と嵌合して位置決めを行う例えば溝や穴などの位置決め部を設けたことにより、押さえ部材の正確な位置決めができて圧電素子とフレキシブルプリント基板の接合部の剥離を防止できる。
また、押さえ部材が一部品で構成されたことにより、部品点数を低減できる。

更に、別の発明としての液体吐出ヘッドは、液体を吐出するノズルと、該ノズルが連通する液室と、該液室の少なくとも１つの壁面を形成する振動板と、該振動板を変形させるための、上記の圧電アクチュエータとを有することに特徴がある。よって、圧電素子とフレキシブルプリント基板の接合部の剥離を防止できる液体吐出ヘッドを提供できる。

また、別の発明としての液体吐出装置は、上記の液体吐出ヘッドを有することに特徴がある。よって、圧電素子とフレキシブルプリント基板の接合部の剥離を防止できる液体吐出装置を提供できる。

更に、別の発明としての画像形成装置は、上記の液体吐出ヘッドから液滴を吐出させて画像を形成することに特徴がある。よって、圧電素子とフレキシブルプリント基板の接合部の剥離を防止できる画像形成装置を提供できる。

本発明の圧電アクチュエータは、ベース部材に固定された圧電素子にフレキシブルプリント基板を直接接続し、ベース部材の側面に、フレキシブルプリント基板と圧電素子との接着方向にフレキシブルプリント基板を加圧する押さえ部材を設けたので、圧電素子とフレキシブルプリント基板の接合部の剥離を防止できる。

図１は本発明の一実施の形態に係る圧電アクチェータを備えた液体吐出ヘッドの構成を示す図である。図２は図１の（ｂ）のＡ−Ａ’線に沿うヘッド短手方向の断面図、図３は図１の（ｂ）のＡ−Ａ’線に沿うヘッド長手方向の断面図である。図示した液体吐出ヘッドは、１．２７インチ幅での画像形成が可能なヘッドである。

本実施の形態に係る圧電アクチェータを備えた液体吐出ヘッド１０は、ＳＵＳ基板で形成した流路基板（液室基板）１１と、この流路基板１１の下面に接合した振動板１２と、流路基板１１の上面に接合したノズル板１３とを有している。更に、これらによってインク滴を吐出するノズル１４が連通する圧力室、加圧室などの加圧液室１５と、加圧液室１５に液体であるインク（記録液）を供給し、供給路を兼ねた流体抵抗部１６と、後述する共通液室の圧力変動を抑制するためのバッファ室１７とが形成されている。

ここで、流路基板１１は、リストリクタプレート１１ａとチャンバーブレート１１ｂとを接着して構成している。この流路基板１１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、加圧液室１５、流体抵抗部１６、バッファ室１７などの開口をそれぞれ形成している。なお、流体抵抗部１６は、リストリクタプレート１１ａの部分を開口し、チャンバーブレート１１ｂの部分を開口しないことで形成されている。

また、振動板１２は、流路基板１１を構成するチャンバーブレート１１ｂに接着接合されている。この振動板１２は、例えばポリイミドなどの樹脂部材１２ａにＳＵＳ基板から形成した凸部１２ｂを接合して形成されている。この他、例えば、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。

更に、ノズル板１３は、加圧液室１５に対応して直径１０〜３０μｍのノズル１４を形成し、流路基板１１のリストリクタプレート１１Ａに接着剤接合されている。このノズル板１３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１２の面外側（加圧液室１５と反対面側）に加圧液室１５に対応して圧力発生手段を構成する積層型圧電素子をそれぞれ接合し、これらの積層型圧電素子を形成する圧電素子部材１８をベース部材１９に接合している。これらの圧電素子部材１８とベース部材１９とによって可動部分である振動板１２を変形させる本発明に係る圧電アクチュエータ１０を構成している。

この圧電アクチェータを備えた液体吐出ヘッドでは、これら複数の圧電素子部材１８（１つを個別圧電素子１８ａともいう。）を溝加工（スリット加工）によって分断することなく形成している。

この場合、圧電素子部材１８を振動板１２との接合面との反対側の面をベース部材（基台）１９上に接着剤で接合して固定した後、図３に示すように、溝加工によって溝２０を形成することで個別圧電素子１８ａを形成する。また、圧電素子部材１８の一端面には各個別圧電素子１８ａに駆動波形を与えるためのＦＰＣケーブル２１が接続されている。

なお、個別圧電素子１８ａの圧電方向としてｄ３３方向の変位を用いて加圧液室１５内インクを加圧する構成とすることも、個別圧電素子１８ａの圧電方向としてｄ３１方向の変位を用いて加圧液室１５内のインクを加圧する構成とすることもできる。本実施の形態ではｄ３３方向の変位を用いた構成をとっている。

ベース部材１９は金属又はセラミックス材料で形成することが好ましい。ベース部材１９の材質（材料）が金属、セラミックスであれば、個別圧電素子１８ａ（圧電素子部材１８）の自己発熱による蓄熱を防止することができる。圧電素子部材１８とベース部材１９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、個別圧電素子１８ａ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。従って、ベース部材１９を金属材料で形成して個別圧電素子１８ａ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。

更に、ベース部材１９の線膨張係数が大きいと、高温又は低温でベース部材１９と圧電素子部材１８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、従前は圧電素子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部材１８とベース部材１９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を用いることでこの問題が顕在化するようになった。

従って、ベース部材１９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、圧電素子部材１８との接合界面が剥離することを防止できる。特に、圧電素子部材１８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、非常に効果的であることが確認された。

また、ＦＰＣケーブル２１には各チャンネル（各加圧液室１５に対応する）を駆動する駆動波形（電気信号）を印加するためドライバＩＣ２２を複数搭載している。このように、ＦＰＣケーブル２１に複数のドライバＩＣ２２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、個別圧電素子１８ａ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ようになる。

更に、振動板１２の周囲にはフレーム部材２３を接着剤で接合している。そして、このフレーム部材２３には、ドライバＩＣ２２と少なくともベース部材１９を挟んで反対側に配置されるように、加圧液室１５に外部からインクを供給するための共通液室２４を形成している。この共通液室２４は、振動板１２の貫通穴２５を介して流体抵抗部１６及び加圧液室１５に連通している。

このように構成した液体吐出ヘッドにおいては、個別圧電素子１８ａに対して選択的に２０〜５０Ｖの駆動パルス電圧を印加することによって、パルス電圧が印加された個別圧電素子１８ａが積層方向に伸びて振動板１２をノズル１４方向に変形させ、加圧液室１５の容積／体積変化によって加圧液室１５内の記録液が加圧され、ノズル１４から液滴が吐出（噴射）される。

そして、液滴の吐出に伴って加圧液室１５内の液圧力が低下し、このときの液体の流れの慣性によって加圧液室１５内には若干の負圧が発生する。この状態の下において、個別圧電素子１８ａへの電圧の印加をオフ状態にすることによって、振動板１２が元の位置に戻って加圧液室１５が元の形状になるため、更に負圧が発生する。このとき、共通液室２４、流体抵抗部（インク供給路）１６を経て加圧液室１５内にインクが充填される。そこで、ノズル１４のインクメニスカス面の振動が減衰して安定した後、次の滴吐出のために個別圧電素子１８ａにパルス電圧を印加し、液滴を吐出させる。

なお、ここでは、押し打ちで液滴を吐出させる方式で説明しているが、圧電素子に中間電位を印加した状態から電位を立ち下げた後電位を中間電位に立ち上げる方式の引き打ち、あるいは圧電素子に中間電位を印加した状態から電位を立ち下げた後電位を中間電位よりも高い電位まで立ち上げる方式の引き−押し打ちで、液滴を吐出させる方式とすることもでき、これらは駆動波形によって設定することができる。

それぞれの部品の接合順序として、以下の２つの接合順序がある。先ず、第１の接合順序は、圧電アクチェータ２０の挿入口の開いたフレーム部材２３に振動板１２と流路基板（液室基板）１１及びノズル板１３を接合した後に、圧電アクチェータ１０をフレーム部材２３に挿入し振動板１２と位置合わせを行い、圧電アクチェータ１０と振動板１２を接着する順序である。また、第２の接合順序は、圧電アクチェータ１０を振動板１２に位置合わせを行って、圧電アクチェータ１０と振動板１２を接着後、圧電アクチェータ１０の挿入口の開いたフレーム部材２３をベース部材１９側から挿入して、振動板１２と流路基板（液室基板）１１及びノズル板１３をフレーム部材２３に接合する順序がある。

上記第１の接合順序の場合には、ベース部材１９の両側にＦＰＣケーブル２１が配置されているため、圧電アクチェータ１０を保持する時にＦＰＣケーブル２１を広げてしまう可能性がある。上記第２の順序の場合には、ＦＰＣケーブル２１を先にフレーム部材２３の挿入穴に挿入するため、その時にＦＰＣケーブル２１がフレーム部材２３に引っかかると、ＦＰＣケーブル２１が広がりやすくなる。
このように、圧電アクチェータ１０はＦＰＣケーブル２１がベース部材１９より長いことにより、ＦＰＣケーブル２１が広がった時に圧電素子部材１８とＦＰＣケーブル２１の接合部が剥離する可能性がある。

そこで、本発明では、図１及び図２に示すように、押さえ部材２６がＦＰＣケーブル２１を挟んでベース部材１９に押圧している。ここで、圧電素子部材１８とＦＰＣケーブル２１の接合端部から上流部分で固定され、上記接合部の剥がれを防止するために有効である。

図４は本実施の形態に係る圧電アクチェータにおける押さえ部材を示す斜視図である。同図において、ＦＰＣケーブル２１の圧電素子に電圧を供給する側のベース部材１９は圧電素子接合側に対して狭い幅になっている。ベース部材１９の一部に押さえ部材２６と嵌合する形状を形成して位置決めされる。その部分のＦＰＣケーブル２１は穴ないし切欠き個所となり、ＦＰＣケーブル２１が押さえ部材２６に押圧されて変形することを防止している。

また、ベース部材１９と押さえ部材２６と嵌合する形状例として、ベース部材１９に凹部１９ａ、１９ｂを設け、押さえ部材２６に凸部２６ａを設けることにより可能である。嵌合個所はベース部材１９の端部付近の２箇所が望ましい。ベース部材１９の凹部１９ａが丸穴、もう一箇所の凹部１９ｂが長い穴、押さえ部材２６の凸部２６ａはどちらも丸凸としている。圧電アクチェータ１０の長手方向は凹部１９ａと凸部２６ａで位置決めされ、圧電アクチェータ１０の短手方向は凹部１９ｂと凸部２６ａで位置決めされる。凸部と凹部の嵌合が一番簡単かつ安価な方法であるが、他の方法でも嵌合形状になっていれば機能は満足される。実際の嵌合位置は、ベース部材１９の長手方向側面とベースの端面もしくは全周で行える。押さえ部材２６で、位置決め、押さえ部に関係ない個所は、箱形状の立ち面を切欠くことにより、ＦＰＣケーブル２１の押さえ部材２６の開口への挿入が簡単になることは言うまでもない。

なお、押さえ部材２６は圧電素子部材１８とＦＰＣケーブル２１の剥離のみを目的としており、圧電素子部材１８への接続端子圧接合と違い、ベース部材１９とＦＰＣケーブル２１の押圧のばらつきがある程度しても差し支えない。

次に、本発明の圧電アクチェータを一列に配列したライン型の液体吐出ヘッドについて、図５〜図７を参照して説明する。なお、図５は液体吐出ヘッドの要部斜視図、図６は図５のＢ−Ｂ’線に沿う断面図、図７は図５のＣ−Ｃ’線に沿う断面図である。

この圧電アクチェータを一列に配列したライン型の液体吐出ヘッド３０は、複数の個別圧電素子１８ａを溝加工（スリット加工）によって分断することなく形成した複数の圧電素子部材１８を、３個以上、個別圧電素子１８ａの並び方向（圧電素子部材１８の長手方向）に沿ってベース部材１９上に固定配置している。この第２の実施の形態は、第１の実施の形態と同じ構成の圧電アクチェータ３０で積層型の圧電素子部材１８を長手方向に６個２列配列し、長さが約３３０ｍｍのヘッドとしている。ヘッドの長さを約３３０ｍｍとすることで、Ａ３サイズの用紙の短手方向幅をカバーすることができ、Ａ３サイズの用紙に印字できるラインヘッドを得ることができる。

この場合、複数の圧電素子部材１８を振動板１２との接合面との反対側の面をベース部材（基台）１９上に接着剤で接合して固定した後、溝加工によって溝を形成することで複数の個別圧電素子１８ａを形成する。また、圧電素子部材１８の一端面には各個別圧電素子１８ａに駆動波形を与えるための複数のＦＰＣケーブル２１が接続されている。但し、長手方向に２個の積層型の圧電素子部材１８を並べた場合には、共通電極は積層型の圧電素子部材の長手方向の外側端から取ることができるが、本実施の形態のように長手方向に３個以上の積層型圧の電素子部材１８を並べた場合には、ヘッドの両端に位置する積層型の圧電素子部材以外の内側の積層型の圧電素子部材は共通電極を端に持ってくることはできない。

そこで、ここでは、ベース部材１９を共通電極と接続するようにしている。つまり、図６に示すように、内部電極３１ａは共通側外部電極３２に接続し、この共通外部電極３２には積層型の圧電素子部材１８の裏面側に延長した延長部３２ａを設けている。そして、この共通側外部電極３２の積層型の圧電素子部材１８の裏面の延長部３２ａはＳＵＳなどの金属からなる導電性のベース部材１９と電気的に接続している。ベース部材１９は金属からなる導電性の部材のほかに、セラミックスなどの絶縁材料より作製し、ベース部材１９の表面に電極薄膜を形成したものでも問題ない。よって、積層型の圧電素子部材１８の裏面の共通側外部電極３２の延長部３２ａとベース部材１９を導電性接着剤により接合することによって、接合と電気的接続を同時に行うことができ、製造工程数が削減でき低コスト化を図れる。

そして、図７に示すように、ベース部材１９の側面は押さえ部材２６によりＦＣＰケーブル２１のＧＮＤパターン端子２１ｃと接続している。従って、積層型の圧電素子部材１８の内部電極３１ａは、ベース部材１９を介してＦＣＰケーブル２１と接続されることになる。

このように、長手方向に３個以上の積層型の圧電素子部材を配置する場合、積層型の圧電素子部材のそれぞれにおいて、ベース部材１３と電気的に接続することによって、共通電極を取ることができる。ベース部材を介して共通電極を取っているので、このような長尺のヘッドでヘッドの中心部においても、電圧降下の影響もほとんどない。

次に、押さえ部材と圧電アクチェータの関係を詳しく説明する。ＦＰＣケーブル幅をアクチェータ長さにした場合、ＦＰＣケーブル２１と個別圧電素子１８ａ端子との接合を全幅で精度よく行う必要がある。本実施例のヘッド長さの３３０ｍｍでＦＰＣの端子幅を、累積誤差を踏まえて精度よく製造することの歩留まり及び長尺幅にしたことによる材料の有効利用率の低下によるコストアップ、接合精度の歩留まり等を考慮すると、各圧電素子１２毎に接合することを選択している。その場合、第１の実施の形態と同じようにＦＰＣケーブルの上流部は配線が集約できるため、幅を狭めることができる。

また、押さえ部材の開口にＦＰＣケーブルを通し、押さえ部材で押圧してせん断による剥離及び広がりによる剥離を防止することと、ヘッドの短手方向の開口幅は、概略アクチェータの短手幅と等しいため、ＦＰＣケーブルの広がり自体を規制している。

更に、押さえ部材と圧電アクチェータの固定は、第１の実施の形態と同じように、ベースの左右端面で行う方法、ベースの側面で行う場合もしくは前面で行う場合が考えられる。どの方法にしても、押さえ部分には切欠き部分ができ、フレーム部材の穴に挿入するよりは楽である。

次に、ＦＰＣケーブルの信号ラインを集約する基板を圧電アクチェータに設ける場合を液体吐出ヘッドの要部斜視図である図８を用いて説明する。吐出範囲の長いライン型液体吐出ヘッドの場合には、各圧電アクチェータ毎に配線を行うと、液体吐出ヘッド周りの配線が複雑になってしまうため、配線を集約した配線集約基板４１を設けることは有効な手段となる。そして、押さえ部材２６は導電性部材で構成され、ベース部材１９と係止めさた他端でベース部材１９の延長上に配線集約基板４１とネジ固定されている。更に、フレーム部材２３ともネジ固定して配線集約基板４１のぐらつきを防止している。ここで、第２の実施の形態のように共通電極をベース部材１９の側面に押さえ部材２６によりＦＣＰケーブル２１のＧＮＤパターン２１ｃで接続している。なお、配線集約基板４１のぐらつきを防止するために、押さえ部材２６をフレーム部材２３とネジ止めとしたが、接着や熱溶着などでも構わない。また、配線集約基板４１の保護のために、配線集約基板４１の周りを囲うカバー４２を設ける場合には、カバー４２をフレームと固定する時に挟みこみで固定する方法もある。カバー４２とフレーム部材２３の固定はネジ止め、接着など記述しない従来方法が考えられる。

このように、押さえ部材２６を導電性部材にすることにより、ベース部材１９とＦＰＣケーブル２１の上流となる配線集約基板４１とを押さえ部材２６を介して接続することが可能となる。この場合、ＦＰＣケーブルに共通電極の這いまわしをする必要が無くなりＦＰＣ内配線レイアウトに自由度がでる利点もある。

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について図９〜図１１を参照して説明する。なお、図９は本発明の画像形成装置としてのインクジェット記録装置を前方から見た斜視図、図１０はインクジェット記録装置の機構部の概要を示す側面図、図１１はインクジェット記録装置の機構部の要部平面図である。

図９に示す本発明の画像形成装置としてのインクジェット記録装置１００は、装置本体１０１と、装置本体１０１に装着された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の上面には操作ボタンや表示器などの操作／表示部１０５が設けられている。

このカートリッジ装填部１０４には、色の異なる色材である記録液（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収容手段として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（色を区別しないときは「インクカートリッジ１１０」という。）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（カートリッジカバー）１０６が開閉可能に設けられている。また、インクカートリッジ１１０ｋ、１１０ｃ、１１０ｍ、１１０ｙは縦置き状態で横方向に並べて装填する構成となっている。

また、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。更に、この操作／表示部１０５には、電源ボタン１１２、用紙送り／印刷再開ボタン１１３、キャンセルボタン１１４も配置されている。

更に、フレーム１２１を構成する左右の側板１２１Ａ、１２１Ｂに横架したガイド部材であるガイドロッド１３１とステー１３２とでキャリッジ１３３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１１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１３３には、前述したようにイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する４個の液滴吐出ヘッドからなる記録ヘッド１３４を複数のインク吐出口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。

記録ヘッド１３４を構成するインクジェットヘッドとしては、圧電素子などの圧電アクチュエータ、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いて液体の膜沸騰による相変化を利用するサーマルアクチュエータ、温度変化による金属相変化を用いる形状記憶合金アクチュエータ、静電力を用いる静電アクチュエータなどを、液滴を吐出するための圧力を発生する圧力発生手段として備えたものなどを使用できる。

この記録ヘッド１３４にはドライバＩＣを搭載し、図示しない制御部との間でハーネス（フレキシブルプリントケーブル）１２２を介して接続している。また、キャリッジ１３３には、記録ヘッド１３４に各色のインクを供給するための各色のサブタンク１３５を搭載している。この各色のサブタンク１３５には各色のインク供給チューブ１３６を介して、前述したように、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から各色のインクが補充供給される。なお、このカートリッジ装填１０４にはインクカートリッジ１１０内のインクを送液するための供給ポンプユニット１２４が設けられ、またインク供給チューブ１３６は這い回しの途中でフレーム１２１を構成する後板１２１Ｃに係止部材１２５にて保持されている。

一方、給紙トレイ１０２の用紙積載部（圧板）１４１上に積載した用紙１４２を給紙するための給紙部として、用紙積載部１４１から用紙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、この給紙部から給紙された用紙１４２を記録ヘッド１３４の下方側に送り込むために、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、給送された用紙１４２を静電吸着して記録ヘッド１３４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。

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。また、この搬送ベルト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。この帯電ローラ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ている。更に、搬送ベルト１５１の裏側には、記録ヘッド１３４による印写領域に対応してガイド部材１５７が配置されている。

この搬送ベルト１５１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１５２が回転駆動されることによって図１１のベルト搬送方向に周回移動する。

更に、記録ヘッド１３４で記録された用紙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。

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の上面は手差しトレイ１７２としている。

更に、図１１に示すように、キャリッジ１３３の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド１３４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１８１を配置している。

この維持回復機構１８１には、記録ヘッド１３４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。）１８２ａ〜１８２ｄ（区別しないときは「キャップ１８２」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１８３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１８４などを備えている。ここでは、キャップ１８２ａを吸引及び保湿用キャップとし、他のキャップ１８２ｂ〜１８２ｄは保湿用キャップとしている。

そして、この維持回復機構１８１による維持回復動作で生じる記録液の廃液、キャップ１８２に排出されたインク、あるいはワイパーブレード１８３に付着してワイパークリーナ１８５で除去されたインク、空吐出受け１９４に空吐出されたインクは図示しない廃液タンクに排出されて収容される。

また、図１１に示すように、キャリッジ１３３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空吐出受け１８８を配置し、この空吐出受け１８８には記録ヘッド１３４のノズル列方向に沿った開口１８９などを備えている。

このように構成した本発明の画像形成装置としてのインクジェット記録装置においては、給紙トレイ１０２から用紙１４２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙１４２はガイド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１３７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°搬送方向を転換される。

このとき、制御部のＡＣバイアス供給部から帯電ローラ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、マイナス交互に帯電した搬送ベルト１５１上に用紙１４２が給送されると、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用紙１４２が副走査方向に搬送される。

そこで、リニアエンコーダ１３７による主走査位置情報に基づいてキャリッジ１３３を主走査方向に移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１３４を駆動することにより、停止している用紙１４２にインク滴を吐出して１行分を記録し、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、用紙１４２を排紙トレイ１０３に排紙する。

また、印字（記録）待機中にはキャリッジ１３３は維持回復機構１８１側に移動されて、キャップ１８２で記録ヘッド１３４がキャッピングされて、ノズルを湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、キャップ１８２で記録ヘッド１３４をキャッピングした状態で図示しない吸引ポンプによってノズルから記録液を吸引し（「ノズル吸引」又は「ヘッド吸引」という。）し、増粘した記録液や気泡を排出する回復動作を行う。また、記録開始前、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出する空吐出動作を行う。これによって、記録ヘッド１３４の安定した吐出性能を維持する。

なお、上記実施の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／ファクシミリ／コピア複合機などの画像形成装置に適用することができる。また、インク以外の液体である記録液や定着処理液などを用いる画像形成装置にも適用することができる。

また、本発明は上記実施の形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。

本発明の一実施の形態に係る圧電アクチェータを備えた液体吐出ヘッドの構成を示す図である。 図１の（ｂ）のＡ−Ａ’線に沿うヘッド短手方向の断面図である。 図１の（ｂ）のＡ−Ａ’線に沿うヘッド長手方向の断面図である。 本実施の形態に係る圧電アクチェータにおける押さえ部材を示す斜視図である。 本発明の圧電アクチェータを具備した液体吐出ヘッドの要部斜視図である。 図５のＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。 図５のＣ−Ｃ’線に沿う断面図である。 ＦＰＣケーブルの信号ラインを集約する基板を圧電アクチェータに設ける場合の液体吐出ヘッドの要部斜視図である。 本発明の画像形成装置としてのインクジェット記録装置を前方から見た斜視図である。 本発明の画像形成装置としてのインクジェット記録装置の機構部の概要を示す側面図である。 本発明の画像形成装置としてのインクジェット記録装置の機構部の要部平面図である。

符号の説明

１０，３０；液体吐出ヘッド、１１；流路基板、
１１ａ；リストリクタプレート、１１ｂ；チャンバーブレート、
１２；振動板、１３；ノズル板、１４；ノズル、１５；加圧液室、
１６；流体抵抗部、１７；バッファ室、１８；圧電素子部材、
１８ａ；個別圧電素子、１９；ベース部材、２０；溝、
２１；ＦＰＣケーブル、２２；ドライバＩＣ、２３；フレーム部材、
２４；共通液室、２５；貫通穴、２６；押さえ部材、
２６ａ；凸部、３１ａ；内部電極、３２；共通側外部電極、
３２ａ；延長部、４１；配線集約基板、４２；カバー、
１００；インクジェット記録装置。

Claims (11)

1. ベース部材に固定された圧電素子にフレキシブルプリント基板を直接接続する圧電アクチュエータにおいて、
   前記ベース部材の側面に、前記フレキシブルプリント基板と前記圧電素子との接着方向に前記フレキシブルプリント基板を加圧する押さえ部材を有することを特徴とする圧電アクチュエータ。
2. 前記ベース部材が導電体であり、前記押さえ部材の加圧部で前記フレキシブルプリント基板の共通電極と前記ベース部材が電気的に導通接続することを特徴とする請求項１記載の圧電アクチュエータ。
3. 前記ベース部材及び前記押さえ部材が導電体であり、前記押さえ部材の加圧部で前記フレキシブルプリント基板に貫通穴又は切欠きを設け、該貫通穴又は切欠きを介して前記ベース部材と前記押さえ部材が電気的に導通接続することを特徴とする請求項１記載の圧電アクチュエータ。
4. 前記押さえ部材の押さえ部は樹脂又は金属等の弾性力を有する部材で構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータ。
5. 前記押さえ部材が前記フレキシブルプリント基板の前記圧電素子との接続端子と逆側の端が接続する基板と固定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータ。
6. 前記押さえ部材が前記フレキシブルプリント基板の前記圧電素子との接続端子と逆側の端が接続する前記基板の共通電極ラインと電気的に導通接続することを特徴とする請求項５記載の圧電アクチュエータ。
7. 前記ベース部材に、前記押さえ部材と嵌合して位置決めを行う位置決め部を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータ。
8. 前記押さえ部材が一部品で構成されたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータ。
9. 液体を吐出するノズルと、該ノズルが連通する液室と、該液室の少なくとも１つの壁面を形成する振動板と、該振動板を変形させるための、請求項１〜８のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータとを有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
10. 請求項９記載の液体吐出ヘッドを有することを特徴とする液体吐出装置。
11. 請求項９記載の吐出ヘッドから液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。

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