JP2009066889A - 液体吐出ヘッド及びその製造方法、画像形成装置、圧電アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】複数の圧電素子部材を隙間を空けて並べて配置した状態で圧電素子部材間の隙間に溝加工を施すと端の圧電素子柱の幅にバラツキが生じる。
【解決手段】第１の圧電素子列２Ａの一端部側の圧電素子部材２の駆動柱１２ａとなる柱端を基準位置４１として、第２の圧電素子列２Ｂの圧電素子部材２ｄは、半ピッチずれた位置から、所定ピッチの整数倍の位置４３に、圧電素子部材２ｄの他端部側の駆動柱１２ａとなる幅を確保した端の位置が公差内におさまるように配置し、第１の圧電素子列２Ａの圧電素子部材２ａの一端部側の駆動柱１２ａとなる柱端（基準位置４１）と、圧電素子部材２ａに対向する第２の圧電素子列２Ｂの圧電素子部材２ｄの他端部側の駆動柱１２ａとなる柱端（位置４４）との間の距離Ｌを等分割したピッチで溝加工を施した。
【選択図】図６

Description

本発明は液体吐出ヘッド及びその製造方法、画像形成装置、圧電アクチュエータに関する。

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、インク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備え、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、インク滴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（単に液滴を吐出する）ことをも意味する。また、「インク」とは、狭義のインクに限るものではなく、吐出されるときに液体となるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料なども含まれる。

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／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型ヘッドが知られている。

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、例えば、特許文献１、２には、複数の圧電素子柱が溝加工で形成された複数の圧電素子部材が、前記複数の圧電素子柱の並び方向に沿って一つのベース部材に配置された液体吐出ヘッド、この場合に各圧電素子部材の間に溝加工が施されていない液体吐出ヘッドが記載されている。
特開２００６−１７５８４５号公報 特開２００７−０７６２６４号公報

特許文献３には、単独でノズルアクチュエータを構成する複数のチップの側面同士を接合してライン状に形成した長尺ヘッドが記載されている。
特開２００３−２６６７１１号公報

また、圧電素子部材から複数の圧電素子柱を形成する方法としては、特許文献４に記載されているように、圧電素子部材をベース部材に接合した状態でダイシングブレードなどによって溝加工を施す方法が知られている。
特開平８−１４２３２５号公報

上述したように、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。この場合、滴吐出周波数を高くする、ノズル数を多くするといった手段があるが、滴吐出周波数を高くすると、それに伴いキャリッジを高速で動かさなければならず、強力なモータを精度よく制御する、高周波で安定して滴吐出をおこなうといった課題を解決しなければならないことから、ヘッドを長くしてノズル数を増やすラインヘッドなどの長尺化が必要になってくる。

ここで、圧電アクチュエータを用いる液体吐出ヘッドの場合には、特許文献１、２などに記載されているように複数の圧電素子柱が形成された複数の圧電素子部材を並べて配置することで長尺化を図ることが好ましい。

ところが、この場合、ベース部材上に接合した圧電素子部材に対してダイシングブレードなどで溝加工を施すとき、圧電素子部材間の隙間を加工する時にブレードの中心と隙間の中心とのずれ量が大きくなると、ブレードに対する抵抗に偏りが生じてブレードが斜めに曲がって加工され、隙間における加工品質が低下するという不具合が生じる。

そこで、圧電素子部材間の隙間の幅をブレードの幅に一致させて隙間には溝加工を施さない構成、複数の圧電素子部材の長さを高精度に揃え、かつ、隙間の幅を高精度に揃える構成などが採用されるが、これらの構成では、いずれも圧電素子部材の製造やベース部材へ並べて配置するときの精度として極めて高いものが要求され、実用的ではないという問題が残る。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、圧電素子部材の寸法精度や配置時の隙間精度として高いものを要求することなく、各圧電素子柱の駆動特性のバラツキを低減しつつ、隙間における加工品質の低下を防止することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る液体吐出ヘッドは、溝によって分割された、交互に駆動される駆動柱と駆動されない非駆動柱となる複数の圧電素子柱を有する圧電素子部材が、複数個並べて配置された第１、第２の圧電素子列を有し、第１の圧電素子列の駆動柱と第２の圧電素子列の非駆動柱とが対向する位置関係で配置され、一方の圧電素子列の圧電素子部材の一端部の駆動柱と、一方の圧電素子列の圧電素子部材に対向配置された他方の圧電素子列の圧電素子部材の他端部の駆動柱との間の距離が等分割されたピッチで溝が形成されている構成とした。

ここで、少なくとも第１、第２、第３の圧電素子列を有し、第３の圧電素子列の駆動柱と非駆動柱の配列が第１又は第２の圧電素子列の駆動柱と非駆動柱の配列と同じである構成とできる。

本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法は、溝によって分割された、交互に駆動される駆動柱と駆動されない非駆動柱となる複数の圧電素子柱を有する圧電素子部材が、複数個並べて配置された第１、第２の圧電素子列を有し、第１の圧電素子列の駆動柱と第２の圧電素子列の非駆動柱とが対向する位置関係で配置された液体吐出ヘッドの製造方法において、第１の圧電素子列の圧電素子部材の一端部の駆動柱となる端を基準として、第１の圧電素子列の圧電素子部材に対向する第２の圧電素子列の圧電素子部材の他端部の駆動柱となる端を合わせて配置する工程と、第１の圧電素子列の圧電素子部材の一端部の駆動柱となる端と第２の圧電素子列の圧電素子部材の他端部の駆動柱となる端との間の距離を測定する工程と、測定した距離を等分割したピッチで圧電素子部材に対して、各圧電素子部材のつなぎ目部分を除いて溝加工を施す工程とを行う構成とした。

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た。

本発明に係る圧電アクチュエータは、溝によって分割された、交互に駆動される駆動柱と駆動されない非駆動柱となる複数の圧電素子柱を有する圧電素子部材が、複数個並べて配置された第１、第２の圧電素子列を有し、第１の圧電素子列の駆動柱と第２の圧電素子列の非駆動柱とが対向する位置関係で配置され、一方の圧電素子列の圧電素子部材の一端部の駆動柱と、一方の圧電素子列の圧電素子部材に対向配置された他方の圧電素子列の圧電素子部材の他端部の駆動柱との間の距離が等分割されたピッチで溝が形成されている構成とした。

本発明に係る液体吐出ヘッド及びその製造方法、本発明に係る圧電アクチュエータによれば、一方の圧電素子列の圧電素子部材の一端部の駆動柱と、一方の圧電素子列の圧電素子部材に対向配置された他方の圧電素子列の圧電素子部材の他端部の駆動柱との間の距離を等分割したピッチで溝が形成されるので、圧電素子部材の寸法精度や配置時の隙間精度として高いものを要求することなく、各圧電素子柱の駆動特性のバラツキを低減しつつ、隙間における加工品質の低下を防止することができる。

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、液滴のバラツキが低減して、高画質画像を形成できる。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。本発明を適用する圧電アクチュエータの一例について図１ないし図３を参照して説明する。
この圧電アクチュエータは、ベース部材１上に、複数の圧電素子部材２（区別するときは符号２ａ〜２ｆを用いる。）を並べて配置した２つの第１、第２の圧電素子列２Ａ、２Ｂを有している。各圧電素子部材２には、溝加工によって形成された溝３によって分割された、交互に駆動される駆動柱１２ａと駆動されない非駆動柱１２ｂとなる複数の圧電素子柱１２を有し、第１の圧電素子列２Ａの駆動柱１２ａと第２の圧電素子列２Ｂの非駆動柱１２ｂとが対向する位置関係、すなわち、所謂バイピッチ構成で配置されている。

これらの第１、第２の圧電素子列２Ａ、２Ｂの各圧電素子部材２の一端面には各駆動柱１２ａに駆動波形を与えるためのＦＰＣケーブル４が接続され、各ＦＰＣケーブル４には駆動ＩＣ５が搭載されている。

次に、この圧電アクチュエータの製造方法に比較例に係る第１例について図４をも参照して説明する。
ここでは、駆動柱１２ａ、非駆動柱１２ｂの間隔は３００ｄｐｉ相当で、隣り合う圧電素子柱１２の間隔は１５０ｄｐｉ相当とする。このとき、１つの圧電素子列の圧電素子部材の並び方向において、圧電素子部材１２と圧電素子部材１２とのつなぎ部分２０（図３参照）を挟んだ両側の圧電素子柱１２は、一方の圧電素子部材２が駆動柱１２ａ、他方の圧電素子部材２が非駆動柱１２ｂとなる長さに圧電素子部材２が形成されている。

この場合、圧電素子部材２に溝加工を施すことによって圧電素子柱１２が形成されるが、つなぎ目２０の部分をダイシングブレードやワイヤーソウで加工すると、つなぎ目２０の左右の切削抵抗差により加工中のブレードが曲がり、圧電素子柱１２の寸法（並び方向の幅）にバラツキが生じることになる。

そこで、図４に示すように、第１の圧電素子列２Ａが圧電素子部材２ａ〜２ｃ、第２の圧電素子列２Ｂが圧電素子部材２ｄ〜１２ｆで構成されるとき、各圧電素子部材２は長さ公差±１μｍの高精度で形成する。

そして、このように形成された圧電素子部材２をベース部材１の所定の位置に位置決めして固定した後、第１の圧電素子列２Ａの一端部側の圧電素子部材２の駆動柱１２ａとなる柱端を基準位置４１として、１／１５０インチの整数倍の位置４２に、隣り合う圧電素子部材２ｂの非駆動柱１２ｂとなる柱端を合わせて配置した。圧電素子部材２ｂに隣り合う圧電素子部材２ｃも同様に配置する。

次いで、第２の圧電素子列２Ｂの圧電素子部材２ｄは、対向する第１の圧電素子列２Ａの圧電素子部材２ａの駆動柱１２ａの基準位置４１から、半ピッチずれた位置から、１／１５０インチの整数倍の位置４３に、圧電素子部材２ｄの他端部側の駆動柱１２ａとなる幅を確保した端の位置が±１μｍという高精度の公差内におさまるように配置した。同様に、圧電素子部材１２ｅ、１２ｆも第１の圧電素子列２Ａの圧電素子部材２ａの駆動柱１２ａの基準位置４１から、半ピッチずれた位置から１／１５０インチの整数倍の位置に高精度に配置する。

このように配置した圧電素子部材２ａ〜２ｆを圧電素子部材２ａの駆動柱１２ａとなる柱端を基準位置４１として、所定のピッチ、この場合はバイピッチ構成のため１／３００インチのピッチでダインシング（溝加工）を行い、各圧電素子部材１２ａ〜１２ｆのつなぎ目２０では溝加工を行わずに、次の所定の位置の溝加工を行うようにする。

このように、圧電素子部材２を高精度の長さ寸法で形成し、かつ、各圧電素子部材１２を高精度の寸法公差内で並べて配置すれば、圧電素子部材１２のつなぎ目２０での溝加工を行わないでも圧電素子柱１２のばらつきが非常に小さな圧電アクチュエータを得ることができる。

また、この圧電アクチュエータの製造方法の比較例に係る第２例について図５をも参照して説明する。
ここでは、第１の圧電素子列２Ａが圧電素子部材２ａ〜２ｃ、第２の圧電素子列２Ｂが圧電素子部材２ｄ〜１２ｆで構成されるとき、各圧電素子部材２は長さ公差±５μｍの精度で形成されている。

そして、このように形成された圧電素子部材２をベース部材１の所定の位置に位置決めして固定した後、第１の圧電素子列２Ａの一端部側の圧電素子部材２の駆動柱１２ａとなる柱端を基準位置４１として、１／１５０インチの整数倍の位置４２に、隣り合う圧電素子部材２ｂの非駆動柱１２ｂとなる柱端を合わせて配置した。圧電素子部材２ｂに隣り合う圧電素子部材２ｃも同様に配置する。

次いで、第２の圧電素子列２Ｂの圧電素子部材２ｄは、対向する第１の圧電素子列２Ａの圧電素子部材２ａの駆動柱１２ａの基準位置４１から、半ピッチずれた位置から、１／１５０インチの整数倍の位置４３に、圧電素子部材２ｄの他端部側の駆動柱１２ａとなる幅を確保した端の位置が±１μｍという高精度の公差内におさまるように配置した。同様に、圧電素子部材１２ｅ、１２ｆも第１の圧電素子列２Ａの圧電素子部材２ａの駆動柱１２ａの基準位置４１から、半ピッチずれた位置から１／１５０インチの整数倍の位置に±１μｍで高精度に配置する。

このように配置した圧電素子部材２ａ〜２ｆを圧電素子部材２ａの駆動柱１２ａとなる柱端を基準位置４１として、所定のピッチ、この場合はバイピッチ構成のため１／３００インチのピッチでダインシング（溝加工）を行い、各圧電素子部材１２ａ〜１２ｆのつなぎ目２０では溝加工を行わずに、次の所定の位置の溝加工を行うようにする。

この場合、圧電素子部材２のつなぎ目２０では長さの公差だけばらついた圧電素子柱１２が形成されるが、この場合、ばらつく圧電素子柱１２は全て非駆動柱１２ｂであって、駆動柱１２ａには影響がなく、つなぎ目における駆動柱１２ａの幅ばらつきが非常に小さな圧電アクチュエータが得られる。

これらは比較例はいずれも圧電素子部材のつなぎ目部分で溝加工を行わないものであるが、圧電素子部材の寸法及び配置位置精度として高精度のものが要求されることになる。

そこで、本発明に係る圧電アクチュエータ、液体吐出ヘッド及びその製造方法の第１実施形態について図６を参照して説明する。
まず、第１の圧電素子列２Ａが圧電素子部材２ａ〜２ｃ、第２の圧電素子列２Ｂが圧電素子部材２ｄ〜１２ｆで構成されるとき、各圧電素子部材２は長さ公差±５μｍの精度で形成されている。

そして、このように形成された圧電素子部材２をベース部材１の所定の位置に位置決めして固定した後、第１の圧電素子列２Ａの一端部側の圧電素子部材２の駆動柱１２ａとなる柱端を基準位置４１として、１／１５０インチの整数倍の位置４２に、隣り合う圧電素子部材２ｂの非駆動柱１２ｂとなる柱端を合わせて配置した。圧電素子部材２ｂに隣り合う圧電素子部材２ｃも同様に配置する。

次いで、第２の圧電素子列２Ｂの圧電素子部材２ｄは、対向する第１の圧電素子列２Ａの圧電素子部材２ａの駆動柱１２ａの基準位置４１から、半ピッチずれた位置から、１／１５０インチの整数倍の位置４３に、圧電素子部材２ｄの他端部側の駆動柱１２ａとなる幅を確保した端の位置が±５μｍという高精度の公差内におさまるように配置した。同様に、圧電素子部材１２ｅ、１２ｆも第１の圧電素子列２Ａの圧電素子部材２ａの駆動柱１２ａの基準位置４１から、半ピッチずれた位置から１／１５０インチの整数倍の位置に±５μｍという公差内に配置する。

そして、第１の圧電素子列２Ａの圧電素子部材２ａの一端部側の駆動柱１２ａとなる柱端（基準位置４１）と、圧電素子部材２ａに対向する第２の圧電素子列２Ｂの圧電素子部材２ｄの他端部側の駆動柱１２ａとなる柱端（位置４４）との間の距離Ｌを測定する。

次いで、この測定した距離Ｌを圧電素子部材２の長さ及び形成する圧電素子柱１２の個数に基づいて等間隔になる溝加工のピッチを算出する。このとき、加工ピッチは１／３００インチに対しては同じになることもあれば、多少異なることもある。そして、算出したピッチで、圧電素子部材２ａ、２ｄに対して溝加工を施して圧電素子柱１２を形成する。

同様に、第１の圧電素子列２Ａの圧電素子部材２ｂと第２の圧電素子列２Ｂの圧電素子部材２ｅとの間でも距離Ｌに相当する距離を測定して加工ピッチを算出して溝加工を行い、第２の圧電素子列２Ａの圧電素子部材２ｃと第２の圧電素子列２Ｂの圧電素子部材２ｆとの間でも距離Ｌに相当する距離を測定して加工ピッチを算出して溝加工を行う。

これによって、個々の圧電素子部材１２の加工ピッチには多少のバラツキが生じて駆動柱１２ａの幅にもバラツキが生じるものの、駆動特性に生じる影響は少なく、後述するような液体吐出ヘッドに適用しても液滴吐出特性に与えるバラツキの程度は少ない。

これに対して、圧電素子部材の長さのばらつきやベース部材に接着するときの位置精度がずれても、つなぎ目の駆動柱の幅のばらつきは少なく、所要の範囲内で幅を揃えることができる。

次に、圧電素子列が３列の場合の比較例について図７を参照して説明する。
ここでは、第１の圧電素子列２Ａが圧電素子部材２ａ〜２ｃ、第２の圧電素子列２Ｂが圧電素子部材２ｄ〜１２ｆ、第２の圧電素子列２Ｃが圧電素子部材２ｇ〜１２ｉで構成されるとき、各圧電素子部材２は長さ公差±５μｍの精度で形成されている。

そして、このように形成された圧電素子部材２をベース部材１の所定の位置に位置決めして固定した後、第１の圧電素子列２Ａの一端部側の圧電素子部材２の駆動柱１２ａとなる柱端を基準位置４１として、１／１５０インチの整数倍の位置４２に、隣り合う圧電素子部材２ｂの非駆動柱１２ｂとなる柱端を合わせて配置した。圧電素子部材２ｂに隣り合う圧電素子部材２ｃも同様に配置する。

次いで、第２の圧電素子列２Ｂの圧電素子部材２ｄは、対向する第１の圧電素子列２Ａの圧電素子部材２ａの駆動柱１２ａの基準位置４１から、半ピッチずれた位置から、１／１５０インチの整数倍の位置４３に、圧電素子部材２ｄの他端部側の駆動柱１２ａとなる幅を確保した端の位置が±１μｍという高精度の公差内におさまるように配置した。同様に、圧電素子部材１２ｅ、１２ｆも第１の圧電素子列２Ａの圧電素子部材２ａの駆動柱１２ａの基準位置４１から、半ピッチずれた位置から１／１５０インチの整数倍の位置に±１μｍで高精度に配置する。

次いで、第３の圧電素子列２Ｃの圧電素子部材２ｇは、第１の圧電素子列２Ａの圧電素子部材２ａの駆動柱１２ａの基準位置４１から、半ピッチずれた位置から、１／１５０インチの整数倍の位置７３に、圧電素子部材２ｇの他端部側の駆動柱１２ａとなる幅を確保した端の位置が±１μｍという高精度の公差内におさまるように配置した。同様に、圧電素子部材１２ｈ、１２ｉも第１の圧電素子列２Ａの圧電素子部材２ａの駆動柱１２ａの基準位置４１から、半ピッチずれた位置から１／１５０インチの整数倍の位置に±１μｍで高精度に配置する。つまり、第３の圧電素子列２Ｃの圧電素子部材２ｇ〜２ｉの駆動柱１２ａ、１２ｂの配列は第２の圧電素子列２Ｂの圧電素子部材２ｄ〜２ｆの配列と同じにしている。

このように配置した圧電素子部材２ａ〜２ｉを圧電素子部材２ａの駆動柱１２ａとなる柱端を基準位置４１として、所定のピッチ、この場合はバイピッチ構成のため１／３００インチのピッチでダインシング（溝加工）を行い、各圧電素子部材１２ａ〜１２ｉのつなぎ目２０では溝加工を行わずに、次の所定の位置の溝加工を行うようにする。

この場合、圧電素子部材２のつなぎ目２０では長さの公差だけばらついた圧電素子柱１２が形成されるが、この場合、ばらつく圧電素子柱１２は全て非駆動柱１２ｂであって、駆動柱１２ａには影響がなく、つなぎ目における駆動柱１２ａの幅ばらつきが非常に小さな圧電アクチュエータが得られる。さらに、第３列の圧電素子列２Ｃが同時に形成できるので、小さくて高性能な圧電アクチュエータを得ることができる。

そこで、本発明に係る圧電アクチュエータ、液体吐出ヘッド及びその製造方法の第２実施形態について説明すると、上述した比較例と同様に、第１の圧電素子列２Ａが圧電素子部材２ａ〜２ｃ、第２の圧電素子列２Ｂが圧電素子部材２ｄ〜１２ｆ、第２の圧電素子列２Ｃが圧電素子部材２ｇ〜１２ｉで構成されるとき、各圧電素子部材２は長さ公差±５μｍの精度で形成されている。

そこで、前記第１実施形態と同様にして、第１の圧電素子列の圧電素子部材２ａを基準として、第２の圧電素子列２Ｂの各圧電素子部材２ｄ〜２ｆ、第３の圧電素子列２Ｃの圧電素子部材２ｇ〜ｉを、第２の圧電素子列２Ｂの各圧電素子部材２ｄ〜２ｆと第３の圧電素子列２Ｃの圧電素子部材２ｇ〜ｉの駆動柱１２ａと非駆動柱１２ｂとの配列が同じになるように、寸法公差５μｍで配置して、前述した第２又は第３の圧電素子列２Ｂ又は２Ｃの圧電素子部材２ｄ又は２ｇと第１の圧電素子列２Ａの圧電素子部材２ａの基準位置４１との間における距離Ｌを測定して、測定した距離を等間隔になるように分割したピッチで溝加工を施す。

このようにすれば、個々の圧電素子部材１２の加工ピッチには多少のバラツキが生じて駆動柱１２ａの幅にもバラツキが生じるものの、駆動特性に生じる影響は少なく、後述するような液体吐出ヘッドに適用しても液滴吐出特性に与えるバラツキの程度は少ない３列以上の圧電素子列を有する圧電アクチュエータが得られる。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの一実施形態について図８及び図９を参照して説明する。なお、図８は同液体吐出ヘッドの液室長手方向（液室の並び方向と直交する方向）に沿う断面説明図、図９は同じく液室短手方向（液室の並び方向）に沿う断面説明図である。

この液体吐出ヘッドは、ＳＵＳ基板で形成した流路基板（液室基板）１０１と、この流路基板１の下面に接合した振動板部材１０２と、流路基板１０１の上面に接合したノズル板１０３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１０４が連通する個別流路としての液室（以下「加圧液室」というが、圧力室、加圧室、流路などとも称される。）１０６、加圧液室１０６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１０７、複数の加圧液室１０６に記録液を供給する共通液室１０８を形成している。なお、共通液室１０８には図示しない液体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１０１は、リストリクタプレート１０１Ａとチャンバーブレート１０１Ｂとを接着して構成している。この流路基板１０１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（プレス）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１０７は、リストリクタプレート１０１Ａの部分を開口し、チャンバーブレート１０１Ｂの部分を開口しないことで形成している。

振動板部材１０２は、流路基板１０１を構成するチャンバーブレート１０１Ｂに接着接合している。この振動板部材２は、例えば、ＳＵＳ基板などの金属部材１２１に金属部材２１よりも線膨張係数を大きく調製した樹脂を直接塗布（塗工）して加熱、固化させた樹脂層（樹脂部材）１２２を直接成膜して形成したものであり、樹脂層１２２で液室１０６の壁面となる変形可能な部分（振動板領域）１０２Ａを形成し、この振動板領域１０２Ａの液室１０６と反対側には金属部材１２１からなる島状の突起部（以下「島状凸部」ともいう。）１０２Ｂを形成している。また、この振動板部材１０２には流路基板１０１の液室間隔壁部１０６Ａに対応する位置には金属部材１２１による厚肉部１０２Ｄが形成（残存）されている。この他、振動板部材１０２は、樹脂層と金属部材とを接着剤で接合したもの、Ｎｉなどの電鋳で形成したものなどを用いることもできる。

ノズル板１０３は、各加圧液室１０６に対応して直径１０〜３０μｍの多数のノズル１０４を形成し、流路基板１０１のリストリクタプレート１０１Ａに接着剤接合している。このノズル板１０３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、振動板部材１０２の面外側（加圧液室１０６と反対面側）に本発明に係る圧電アクチュエータ１１０を配置している。この圧電アクチュエータ１１０は、前述した圧電アクチュエータと同様に、圧電素子部材１１２を共通のベース部材１１４に列状に並べて接合配置され、各圧電素子部材１１２には分断することのないスリット加工（溝加工）によるスリット溝１１５が形成されることで、複数の圧電素子柱１１１が形成されている。そして、前述したように、各圧電素子部材１１２間で圧電素子柱１１１のピッチが異なっている。また、圧電素子部材１１２の各圧電素子柱１１１は、１つおきに駆動する圧電素子柱（駆動柱）１１１Ａと駆動しない圧電素子柱（非駆動柱）１１１Ｂとして使用する。

給電部材１１３は、ＦＰＣで構成し、圧電素子部材１１２の１つおきの駆動柱１１１Ａに対応して配置された図示しない電極を有している。

この圧電アクチュエータ１１０の駆動柱１１１Ａは振動板部材１０２の島状凸部１０２Ｂに接着剤接合し、非駆動柱１１１Ｂは液室間隔壁部１０６Ａに対応する厚肉部１０２Ｄに接着剤接合している。

なお、圧電素子部材１１２は、厚さ１０〜５０μｍ／１層のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電層と、厚さ数μｍ／１層の銀・パラジューム（ＡｇＰｄ）からなる内部電極層とを交互に積層したものであり、内部電極を交互に端面の端面電極（外部電極）である図示しない個別電極及び共通電極にそれぞれ電気的に接続し、これらの個別電極及び共通電極に前述した給電部材１１３をはんだ接合している。この圧電定数がｄ３３（ｄ３３は内部電極面に垂直（厚み方向）の伸び縮みを指す。）である圧電素子部材１１２の駆動柱１１１Ａの伸縮により振動板領域１０２Ａを変位させて液室１０６を収縮、膨張させるようになっている。駆動柱１１１Ａに駆動信号が印加され充電が行われると伸長し、また駆動柱１１１Ａに充電された電荷が放電すると反対方向に収縮する。

なお、圧電素子部材１１２（駆動柱１１１Ａ）の圧電方向としてｄ３３方向の変位を用いて加圧液室１０６内インクを加圧する構成とすることも、圧電素子部材１１２の圧電方向としてｄ３１方向の変位を用いて加圧液室１０６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１１４は金属材料で形成することが好ましい。ベース部材１１４の材質（材料）が金属であれば、圧電素子部材１１２の自己発熱による蓄熱を防止することができる。

さらに、振動板部材１０２の周囲にはフレーム部材１１７を接着剤で接合している。そして、このフレーム部材１１７には、振動板部材１０２の樹脂層１２２で構成した変形可能な部分としてのダイアフラム部１０２Ｃを介して共通液室１０８に隣接するバッファ室１１８を形成している。ダイアフラム部１０２Ｃは共通液室１０８及びバッファ室１１８の壁面を形成する。なお、バッファ室１１８は連通路１２０を介して大気と連通させている。

また、この液体吐出ヘッドでは、圧電素子部材１１２の圧電素子柱１１１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１０６及びノズル１０４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。

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、例えば圧電素子部材１１２の駆動柱１１１Ａに印加する電圧を基準電位から下げることによって駆動柱１１１Ａが収縮し、振動板部材１０２の振動板領域１０２Ａが下降して加圧液室１０６の容積が膨張することで、加圧液室１０６内にインクが流入し、その後駆動圧柱１１１Ａに印加する電圧を上げて駆動柱１１１Ａを積層方向に伸長させ、振動板領域１０２Ａをノズル１０４方向に変形させて加圧液室１０６の容積／体積を収縮させることにより、加圧液室１０６内の記録液が加圧され、ノズル１０４から記録液の滴が吐出（噴射）される。

そして、駆動柱１１１Ａに印加する電圧を基準電位に戻すことによって振動板領域１０２Ａが初期位置に復元し、加圧液室１０６が膨張して負圧が発生するので、このとき、共通液室１０８から加圧液室１０６内に記録液が充填される。そこで、ノズル１０４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、この液体吐出ヘッドは本発明に係る圧電アクチュエータを備えているので、滴吐出特性のバラツキの少ない長尺ヘッドとすることができる。

次に、本発明に係る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は同装置の機構部全体の概略構成図である。
この画像形成装置は、装置本体２０１の内部に画像形成部２０２等を有し、装置本体２０１の下方側に多数枚の記録媒体（用紙）２０３を積載可能な給紙トレイ２０４を備え、この給紙トレイ２０４から給紙される用紙２０３を取り込み、搬送機構２０５によって用紙２０３を搬送しながら画像形成部２０２によって所要の画像を記録した後、装置本体２０１の側方に装着された排紙トレイ２０６に用紙２０３を排紙する。

また、装置本体２０１に対して着脱可能な両面ユニット２０７を備え、両面印刷を行うときには、一面（表面）印刷終了後、搬送機構２０５によって用紙２０３を逆方向に搬送しながら両面ユニット２０７内に取り込み、反転させて他面（裏面）を印刷可能面として再度搬送機構２０５に送り込み、他面（裏面）印刷終了後排紙トレイ２０６に用紙２０３を排紙する。

ここで、画像形成部２０２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２１１ｋ、２１１ｃ、２１１ｍ、２１１ｙ（色を区別しないときには「記録ヘッド２１１」という。）を備え、各記録ヘッド２１１は液滴を吐出するノズルを形成したノズル面を下方に向けてヘッドホルダ２１３に装着している。

また、各記録ヘッド２１１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２１２ｋ、２１２ｃ、２１２ｍ、２１２ｙ（色を区別しないときには「維持回復機構２１２」という。）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２１１と維持回復機構２１２とを相対的に移動させて、記録ヘッド２１１のノズル面に維持回復機構２１２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２１１は、用紙搬送方向上流側から、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック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２０４の用紙２０３は、給紙コロ（半月コロ）２２１と図示しない分離パッドによって１枚ずつ分離され装置本体２０１内に給紙され、搬送ガイド部材２２３のガイド面２２３ａに沿ってレジストローラ２２５と搬送ベルト２３３との間に送り込まれ、所定のタイミングでガイド部材２２６を介して搬送機構２０５の搬送ベルト２３３に送り込まれる。

また、搬送ガイド部材２２３には両面ユニット２０７から送り出される用紙２０３を案内するガイド面２２３ｂも形成されている。更に、両面印刷時に搬送機構２０５から戻される用紙２０３を両面ユニット２０７に案内するガイド部材２２７も配置している。

搬送機構２０５は、駆動ローラである搬送ローラ２３１と従動ローラ２３２との間に掛け渡した無端状の搬送ベルト２３３と、この搬送ベルト２３３を帯電させるための帯電ローラ２３４と、画像形成部２０２に対向する部分で搬送ベルト２３３の平面性を維持するプラテン部材２３５と、搬送ベルト２３３から送り出す用紙２０３を搬送ローラ２３１側に押し付ける押さえコロ２３６と、その他図示しないが、搬送ベルト２３３に付着した記録液（インク）を除去するためのクリーニング手段である多孔質体などからなるクリーニングローラなどを有している。

この搬送機構２０５の下流側には、画像が記録された用紙２０３を排紙トレイ２０６に送り出すための排紙ローラ２３８及び拍車２３９を備えている。

このように構成した画像形成装置において、搬送ベルト２３３は矢示方向に周回移動し、高電位の印加電圧が印加される帯電ローラ３３４と接触することで正に帯電される。この場合、帯電ローラ２３４の帯電電圧は所定の時間間隔で極性を切り替えることによって、搬送ベルト２３３を所定の帯電ピッチで帯電させる。

ここで、この高電位に帯電した搬送ベルト２３３上に用紙２０３が給送されると、用紙２０３内部が分極状態になり、搬送ベルト２３３上の電荷と逆極性の電荷が用紙２０３の搬送ベルト２３３と接触している面に誘電され、搬送ベルト２３３上の電荷と搬送される用紙２０３上に誘電された電荷同士が互いに静電的に引っ張り合い、用紙２０３は搬送ベルト２３３に静電的に吸着される。このようにして、搬送ベルト２３３に強力に吸着した用紙２０３は反りや凹凸が校正され、高度に平らな面が形成される。

そして、搬送ベルト２３３を周回させて用紙２０３を移動させ、記録ヘッド２１１から液滴を吐出することで、用紙２０３上に所要の画像が形成され、画像が記録された用紙２０３は排紙ローラ２３８によって排紙トレイ２０６に排紙される。

このように、この画像形成装置においては本発明に係る液体吐出ヘッドからなる記録ヘッドを備えているので、低コストで、高い信頼性が得られる記録ヘッドを用いて高速で画像を形成することができる。

なお、上記実施形態では本発明に係る画像形成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適用することができる。

本発明を適用する圧電アクチュエータの斜視説明図である。 同じく平面説明図である。 同じく側面説明図である。 比較例の第１例の説明に供する平面説明図である。 比較例の第２例の説明に供する平面説明図である。 本発明の第１実施形態の説明に供する平面説明図である。 比較例の第３例の説明に供する平面説明図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの一例を示す液室長手方向（液室の並び方向と直交する方向）に沿う断面説明図である。 同じく液室短手方向（液室の並び方向）に沿う断面説明図である。 本発明に係る液体吐出装置を含む本発明に係る画像形成装置の一例を示す全体構成説明図である。

符号の説明

１…ベース部材
２Ａ、２Ｂ、２Ｃ…第１、第２、第３の圧電素子列
２…圧電素子部材
１２…圧電素子柱
１２ａ…駆動柱
１２ｂ…非駆動柱
１０１…流路基板
１０２…振動板部材
１０３…ノズル板
１０４…ノズル
１０６…加圧液室
１１０…圧電アクチュエータ
２１１ｋ、２１１ｃ、２１１ｍ、２１１ｙ…記録ヘッド（液体吐出ヘッド）

Claims (5)

1. 溝によって分割された、交互に駆動される駆動柱と駆動されない非駆動柱となる複数の圧電素子柱を有する圧電素子部材が、複数個並べて配置された第１、第２の圧電素子列を有し、
   前記第１の圧電素子列の駆動柱と第２の圧電素子列の非駆動柱とが対向する位置関係で配置され、
   一方の圧電素子列の圧電素子部材の一端部の駆動柱と、前記一方の圧電素子列の圧電素子部材に対向配置された前記他方の圧電素子列の圧電素子部材の他端部の駆動柱との間の距離が等分割されたピッチで前記溝が形成されている
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、少なくとも第１、第２、第３の圧電素子列を有し、前記第３の圧電素子列の駆動柱と非駆動柱の配列が前記第１又は第２の圧電素子列の駆動柱と非駆動柱の配列と同じであることを特徴とする液体吐出ヘッド。
3. 溝によって分割された、交互に駆動される駆動柱と駆動されない非駆動柱となる複数の圧電素子柱を有する圧電素子部材が、複数個並べて配置された第１、第２の圧電素子列を有し、前記第１の圧電素子列の駆動柱と第２の圧電素子列の非駆動柱とが対向する位置関係で配置された液体吐出ヘッドの製造方法において、
   前記第１の圧電素子列の圧電素子部材の一端部の駆動柱となる端を基準として、前記第１の圧電素子列の圧電素子部材に対向する前記第２の圧電素子列の圧電素子部材の他端部の駆動柱となる端を合わせて配置する工程と、
   前記第１の圧電素子列の圧電素子部材の一端部の駆動柱となる端と前記第２の圧電素子列の圧電素子部材の他端部の駆動柱となる端との間の距離を測定する工程と、
   前記測定した距離を等分割したピッチで前記圧電素子部材に対して、各圧電素子部材のつなぎ目部分を除いて溝加工を施す工程と
   を行うことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
4. 液滴を吐出する液体吐出ヘッドを備え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１又は２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。
5. 溝によって分割された、交互に駆動される駆動柱と駆動されない非駆動柱となる複数の圧電素子柱を有する圧電素子部材が、複数個並べて配置された第１、第２の圧電素子列を有し、
   前記第１の圧電素子列の駆動柱と第２の圧電素子列の非駆動柱とが対向する位置関係で配置され、
   一方の圧電素子列の圧電素子部材の一端部の駆動柱と、前記一方の圧電素子列の圧電素子部材に対向配置された前記他方の圧電素子列の圧電素子部材の他端部の駆動柱との間の距離が等分割されたピッチで前記溝が形成されている
   ことを特徴とする圧電アクチュエータ。

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