JP2010034127A - 圧電型アクチュエータ、液体吐出ヘッド及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の圧電素子部材に対して１枚のＦＰＣを接合するとき、圧電素子部材間で段差による接合不良を低減する圧電型アクチュエータを提供する。
【解決手段】圧電型アクチュエータ１は、複数の圧電素子柱が形成された圧電素子部材２がベース３部材上に柱並び方向に沿って、所定の隙間１０を置いて、複数並べて配置された２列の圧電素子部材列を有し、各圧電素子部材列の各圧電素子柱に1枚のフレキシブル配線基板であるＦＰＣ３が直接接続され、圧電素子柱に直接接続されるＦＰＣ３の先端部分（接続部分）には、複数の圧電素子部材２、２間（隙間１０）に対応してくさび形状の切り込み５が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は圧電型アクチュエータ、液体吐出ヘッド及び画像形成装置に関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、これらの複合機等の画像形成装置として、例えばインク液滴を吐出する記録ヘッドを用いた液体吐出記録方式の画像形成装置としてインクジェット記録装置などが知られている。この液体吐出記録方式の画像形成装置は、記録ヘッドからインク滴を、搬送される用紙（紙に限定するものではなく、ＯＨＰなどを含み、インク滴、その他の液体などが付着可能なものの意味であり、被記録媒体あるいは記録媒体、記録紙、記録用紙などとも称される。）に対して吐出して、画像形成（記録、印字、印写、印刷も同義語で使用する。）を行なうものであり、記録ヘッドが主走査方向に移動しながら液滴を吐出して画像を形成するシリアル型画像形成装置と、記録ヘッドが移動しない状態で液滴を吐出して画像を形成するライン型ヘッドを用いるライン型画像形成装置がある。

なお、本願において、「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（単に液滴を媒体に着弾させること）をも意味する。また、「インク」とは、インクと称されるものに限らず、記録液、定着処理液、液体などと称されるものなど、画像形成を行うことができるすべての液体の総称として用い、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、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型アクチュエータを用いた圧電型ヘッドが知られている。

また、圧電型ヘッドとして、ヘッドの長尺化に対応するため、複数の圧電素子柱が形成された圧電素子部材をベース部材上に柱並び方向に複数並べて配置した圧電型アクチュエータを備えるものがある。

このような圧電型ヘッドでは、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（端面電極ともいう。）にＦＰＣ（フレキシブルプリントケーブル）などのフレキシブル配線基板の電極を接合し、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。

従来、ヘッドのアクチュエータとＦＰＣの接合構成に関して、静電型ヘッドにおいて、特許文献１にはＦＰＣの接合加熱時の膨張により接合不良が発生するのを低減するために、ＦＰＣの電極間部位に欠除部またはスリットを設ける構成が開示されている。
特開２００２−６７３３７号公報

また、特許文献２にはインクカートリッジの数に対応するＦＰＣを装着するとスペースが必要となり、また組立作業が煩雑になることから、ＦＰＣを複数の分岐部に分岐し、途中で折り曲げて、各分岐部の間隔を接点部材群の配置間隔に揃える構成が開示されている。
特開２００６−１１６７９３号公報

なお、ＦＰＣなどの配線基板に設けられた電極（これを「第１電極」ともいう。）と圧電素子の外部電極（これを「第２電極」ともいう。）との電気的な接続を行う方法としては、例えば、第１電極と第２電極との間に金属を介在させ、両電極をガラス等のレーザー透過剛性部材で密着させて、レーザー光により金属を溶融させることで第１電極と第２電極とを金属で溶着して接合する方法、両電極をヒータ等の熱圧着によりこの金属を溶融させることで第１電極と第２電極とを金属で溶着して接合する方法が知られている。

上述したように複数の圧電素子柱が形成された圧電素子部材をベース部材上に柱並び方向に複数並べて配置して圧電型アクチュエータを構成する場合、ベース部材上で複数の圧電素子部材が柱並び方向と直交する方向にずれると、複数の圧電素子部材間で段差が生じる。

そのため、１枚のＦＰＣの第２電極を複数の圧電素子部材の圧電素子柱の第１電極に直接接続する場合、圧電素子部材間の段差部分で接合不良が発生するという課題がある。この場合、複数枚のＦＰＣを接合することも考えられるが、複数枚のＦＰＣを用いると、圧電素子部材間でＦＰＣが相互に干渉するおそれがあるという課題が生じる。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、複数の圧電素子部材に１枚のフレキシブル配線基板を直接接続するときに複数の圧電素子部材間の段差による接合不良を低減することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る圧電型アクチュエータは、
複数の圧電素子柱が形成された圧電素子部材がベース部材上に柱並び方向に沿って複数並べて配置され、
前記圧電素子柱に1枚のフレキシブル配線基板が直接接続され、
前記前記圧電素子柱に直接接続される前記フレキシブル配線基板の先端部分には、前記複数の圧電素子部材間に対応して切り込みが形成されている
構成とした。

ここで、前記切込みの形状がくさび状又は矩形状である構成とできる。

本発明に係る液体吐出ヘッドは、本発明に係る圧電型アクチュエータを備えたものである。

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たものである。

本発明に係る圧電型アクチュエータによれば、複数の圧電素子柱が形成された圧電素子部材がベース部材上に柱並び方向に沿って複数並べて配置され、圧電素子柱に1枚のフレキシブル配線基板が直接接続され、圧電素子柱に直接接続されるフレキシブル配線基板の先端部分には、複数の圧電素子部材間に対応して切り込みが形成されている構成としたので、複数の圧電素子部材間の段差による接合不良を低減することができる。

本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、本発明に係る圧電型アクチュエータを備えている構成としたので、信頼性を向上できる。

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構成としたので、信頼性を向上できる。

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。まず、本発明の圧電型アクチュエータの第１実施形態について図１ないし図５を参照して説明する。なお、図１は同アクチュエータの正面説明図、図２は同じく平面説明図、図３は同じく側面説明図、図４は同アクチュエータの圧電素子部材とＦＰＣの接合の説明に供する斜視説明図、図５は同じく要部拡大正面説明図である。

この圧電型アクチュエータ１は、複数の圧電素子柱１２が形成された圧電素子部材２がベース３部材上に柱並び方向に沿って、所定の隙間１０を置いて、複数並べて配置された２列の圧電素子部材列を有し、各圧電素子部材列の各圧電素子柱１２に1枚のフレキシブル配線基板であるＦＰＣ４が直接接続され、圧電素子柱１２に直接接続されるＦＰＣ４の先端部分（接続部分）には、複数の圧電素子部材２、２間（ここでは、隙間１０）に対応してくさび形状の切り込み（スリット）５が形成されている。

ここで、圧電素子部材２は、図３に示すように、圧電材料層２１と内部電極２２ａ、２２ｂとを交互に積層したものであり、内部電極２２ａ、２２ｂをそれぞれ端面に引き出して、この側面に形成された端面電極（外部電極）２３ａ、２３ｂに接続し、端面電極（外部電極）２３ａ、２３ｂに電圧を印加することで積層方向の変位を生じる。この圧電素子部材２は、図４及び図５に示すように、ハーフカットダイシングによる溝加工を施して１つの圧電素子部材２に対して所要数の圧電素子柱１１を形成したものである。なお、複数の圧電素子部材２は上述したように隙間１０を置いて配置しているが、隙間１０を設けないで配置することもできる。

そして、図４及び図５に示すように、圧電素子部材２の圧電素子柱１１の外部電極（第２電極）２３ａには駆動信号を与えるために半田部材３２でＦＰＣ４の接続電極（第１電極）３１をレーザーなどで直接接合して接続し、このＦＰＣ４には圧電素子部材２の圧電素子柱１１に対して選択的に駆動波形を印加するための駆動回路（ドライバＩＣ）６が実装されている。なお、すべての圧電素子柱１２の外部電極２３ｂは電気的に共通に接続されてＦＰＣ４の共通配線に接続される。

ここで、図２に示すように、各列の圧電素子部材２間で柱並び方向（矢示Ａ方向：圧電素子部材長手方向）と直交する方向（矢示Ｂ方向：圧電素子部材短手方向）で位置ずれが生じて、１枚のＦＰＣ４が直接接続される複数の圧電素子部材２間の接合面（外部電極２３ａ外面）で段差が生じていても、切り込み５で段差が吸収されるので、確実に各圧電素子部材２の各圧電素子柱１１とＦＰＣ４とを確実に接続することができ、電気的接続の信頼性が向上する。

なお、上記実施形態では、ＦＰＣ４を用いているが、フレキシブル配線基板としては、薄膜状であり互いに並列された複数の電極が設けられているものであればよく、例えば、ＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）を用いることもできる。

また、半田部材３２は、各接続電極３１（金属部材）およびＦＰＣ４本体の樹脂部材を透過可能なレーザー光の照射等により溶融する、つまり、接続電極３１（金属部材）及びＦＰＣ４本体の樹脂部材に比較して低い融点を有する材料であり、かつ導電性を有する材料から構成されたものであればよく、鉛（Ｐｂ）を含有しないものであることが好ましい。例えば、半田部材３２としてスズ（Ｓｎ）およびビスマス（Ｂｉ）を主成分とする半田を挙げることができる。鉛が含有されていないことから、環境保護の観点において効果的であるとともに、スズ（Ｓｎ）及びビスマス（Ｂｉ）が主成分の半田部材３２は非鉛の部材の中では非常に低い融点を有していることから、ＦＰＣ４及び圧電素子部材２にダメージを与えることなく第１電極と第２電極とを容易に溶着することができる。さらに、半田はあらかじめＦＰＣまたは圧電素子に成膜されていなくてもよい。

このように、複数の圧電素子柱が形成された圧電素子部材がベース部材上に柱並び方向に沿って複数並べて配置され、圧電素子柱に1枚のフレキシブル配線基板が直接接続され、圧電素子柱に直接接続されるフレキシブル配線基板の先端部分には、複数の圧電素子部材間に対応して切り込みが形成されていることで、複数の圧電素子部材間の段差による接合不良を低減することができる。

次に、本発明の圧電型アクチュエータの第２実施形態について図６を参照して説明する。なお、図６は同アクチュエータの正面説明図である。
ここでは、ＦＰＣ４の先端部分（接続部分）には、複数の圧電素子部材２、２間に対応して矩形状の切り込み（スリット）５が形成されている。このように構成しても上記第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

次に、上記圧電型アクチュエータの圧電素子部材とＦＰＣの接続する配線部材接合装置の一例について図７を参照して説明する。なお、同図は同配線部材接合装置の構成を説明するための側方から見た模式的構成図である。
配線部材接合装置１０は、ＦＰＣ４に設けられた複数の並列する接続電極３１（第１電極）と圧電素子部材２の複数の並列する第２電極（外部電極２３ａ）とを電気的に接合するものである。なお、図７を正面視した高さ方向Ｚ軸方向とし、これに直交する平面をＸ−Ｙ平面とし、図７を正面視した幅方向（横方向）をＹ軸方向とする。

この配線部材接合装置３１０では、基台３１１に、第１部材保持機構３１２と、第２部材保持機構３１３と、レーザー照射機構３１４と、カメラ３１５と、風路形成機構３１６とが設けられており、図示を略す制御機構により統括的に駆動制御されている。

第１部材保持機構３１２は、基台３１１上に設けられた接合ＸＹ方向調整部３１７と、この接合ＸＹ方向調整部３１７上に取り付けられた接合Ｚ軸方向調整部３１８と、この接合Ｚ軸方向調整部３１８上に取り付けられた調整ステージ３１９とを有する。

接合ＸＹ方向調整部３１７は、図示を省略するが、Ｘ軸方向に延在するガイド軸に駆動自在に支承されたＸ軸駆動部と、Ｙ軸方向に延在するガイド軸に駆動自在に支承されたＹ軸駆動部とにより構成され、Ｘ―Ｙ平面に沿って移動自在とされている。この接合ＸＹ方向調整部３１７とともに移動可能とするように、接合ＸＹ方向調整部３１７に接合Ｚ軸方向調整部３１８が取り付けられている。

接合Ｚ軸方向調整部３１８は、図示を省略するが、接合ＸＹ方向調整部３１７に対してＺ軸方向に沿って出入自在に構成されている。この接合Ｚ軸方向調整部３１８とともに移動可能とするように、つまり、接合ＸＹ方向調整部３１７と接合Ｚ軸方向調整部３１８とにより基台３１１上で所望の位置へと移動可能とするように、接合Ｚ軸方向調整部３１８に調整ステージ３１９が取り付けられている。

調整ステージ３１９は、接合Ｚ軸方向調整部３１８の上端位置でＸ−Ｙ平面に沿って延在するように設けられた板状部材である。この調整ステージ３１９のＸ−Ｙ平面に沿う上面が第１配線部材であるＦＰＣ４の載置面３１９ａとなり、この載置面３１９から突出する複数の位置決めピン３２０（図では１つのみ図示する）が設けられているとともに、載置面３１９ａに載置されたＦＰＣ４を吸着保持することが可能とされている。各位置決めピン３２０は、調整ステージ３１９の載置面３１９ａに載置されるＦＰＣ４の載置位置を大略決めるものである。

上記した構成により、第１部材保持機構３１２は、調整ステージ３１９の載置面３１９ａ上で吸着保持したＦＰＣ４を、Ｘ−Ｙ平面に沿って延在する状態で所望の位置に調整することができる。

このＦＰＣ４と接合される圧電素子部材２を固定保持するために第２部材保持機構２１３が設けられている。

第２部材保持機構３１３は、基台３１１上に設けられた固定台３２１に取り付けられた第２部材載置台３２２を有し、この第２部材載置台３２２上に、複数の圧電素子部材２を接合したベース部材３を固定する。第２部材保持機構３１３は、吸着保持したベース部材３の圧電素子部材２の接合個所の上方に、第１部材保持機構３１２により大略位置決めされた状態で吸着保持されたＦＰＣ４の接合個所が位置するように、第１部材保持機構３１２との相対的な位置関係が設定されている。

この接合個所にレーザー光を照射するためにレーザー照射機構３１４が設けられている。レーザー照射機構３１４は、取付アーム３２３を介して常に一定位置で固定されるように基台３１１に取り付けられており、レーザーＸＹ方向調整部３２４と、レーザーＺ軸方向調整部３２５と、レーザー照射部３２６とを有する。

レーザーＸＹ方向調整部３２４は、図示を省略するがＸ軸方向に延在するガイド軸に駆動自在に支承されたＸ軸駆動部と、Ｙ軸方向に延在するガイド軸に駆動自在に支承されたＹ軸駆動部とにより構成され、Ｘ−Ｙ平面に沿って移動自在とされている。このレーザーＸＹ方向調整部３２４とともに移動可能とするように、レーザーＸＹ方向調整部３２４にレーザーＺ軸方向調整部３２５が取り付けられている。

レーザーＺ軸方向調整部３２５は、図示を省略するがレーザーＸＹ方向調整部３２４に対してＺ軸方向に沿って出入自在に構成されている。このレーザーＺ軸方向調整部３２５とともに移動可能とするように、つまり、レーザーＸＹ方向調整部３２４とレーザーＺ軸方向調整部３２５とにより基台３１１上で所望の位置へと移動可能とするように、レーザーＺ軸方向調整部３２５にレーザー照射部３２６が取り付けられている。

レーザー照射部３２６は、レーザー光Ｌを出射可能であり、半導体レーザーが採用されている。レーザー照射部３２６は、レーザーＸＹ方向調整部３２４とレーザーＺ軸方向調整部３２５とにより移動された位置に拘わらず、Ｚ軸方向に沿ってレーザー光Ｌを出射可能にレーザーＺ軸方向調整部３２５に取り付けられている。このレーザー照射部３２６と第２部材保持機構３１３により吸着保持されたベース部材３の圧電素子部材２との間に位置するように、カメラ３１５が設けられている。

カメラ３１５は、図示を省略するが、その光軸が、レーザー照射部３２６の移動に拘わらずレーザー照射部３２６から出射されるレーザー光Ｌの光軸上に位置するように（例えばレーザー照射部３２６と連動するようにレーザーＺ軸方向調整部３２５に固定する）設けられている。このため、カメラ３１５は、レーザー照射部３２６によるレーザー光Ｌの照射を阻害することなく、レーザー光Ｌの照射領域の近傍を撮像することができる。

このカメラ３１５と第２部材保持機構３１３により吸着保持されたベース部材５６の圧電素子部材２との間で、風路形成板３２７を保持するのが風路形成機構３１６である。

風路形成機構３１６は、風路ＸＹ方向調整部３２８と、風路形成板３２７とを有する。風路ＸＹ方向調整部３２８は、図示を省略するが、Ｘ軸方向に延在するガイド軸に駆動自在に支承されたＸ軸駆動部と、Ｙ軸方向に延在するガイド軸に駆動自在に支承されたＹ軸駆動部とにより構成され、Ｘ−Ｙ平面に沿って移動自在とされている。

風路ＸＹ方向調整部３２８とともに移動可能とするように、風路ＸＹ方向調整部３２８に風路形成板３２７が取り外し可能に固定保持されている。風路ＸＹ方向調整部３２８は、全体に板形状を呈する風路形成板３２７がＸ−Ｙ平面に沿って延在し、かつレーザー照射部３２６から出射されるレーザー光Ｌおよびそれに一致するカメラ３１５の光軸が、風路形成板３２７に設けられたレーザー透過板部３４１および風路形成切欠部分３４３の内方を縦断するように、風路形成板３２７を固定保持している。

また、風路ＸＹ方向調整部３２８は、レーザーＸＹ方向調整部３２４およびレーザーＺ軸方向調整部３２５によりレーザー照射部３２６が移動されると、レーザー光Ｌおよびカメラ３１５の光軸に対する風路形成板３２７の位置関係を維持するようにレーザー照射部３２６の位置に連動する構成とされている。

これにより、レーザー照射部３２６から出射されたレーザー光Ｌは、移動されるレーザー照射部３２６の位置に拘わらず、風路形成板３２７を透過してＦＰＣ４とベース部材３の圧電素子部材２との接合個所を照射することができる。

なお、ここでは、レーザー照射部として半導体レーザーが採用されていたが、接合すべく照射する個所（上記した各実施例では半田部材３２）への吸収率がよくフレキシブル配線基板の透過率がよいものであれば、例えば、連続的に出射されたＹＡＧ（イットリウム（Ｙｉｔｔｒｉｕｍ）・アルミニウム（Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ）・ガーネット（Ｇａｒｎｅｔ））レーザーであってもよい。

ただし、レーザー光として半導体レーザーを用いることで、安価でありかつ制御しやすいことから、接合作業を安価にかつ適切に行うことができる。また、半導体レーザーは、樹脂材料への透過率が高いことから、接合部材（フレキシブル配線基板、圧電素子部材）にダメージを与えることなく、各電極を接合することができる。

また、フレキシブル配線基板の共通電極及び個別電極の幅を同じにしておけば、圧電素子部材とフレキシブル配線基板の接合において、レーザーの照射出力や速度を変えることを行う必要がなく、接合時に与える熱量が小さくてよいので、ＦＰＣの伸長・収縮を小さく抑制でき接合不良の発生を低減でき、また、端部の共通電極においてＦＰＣの損傷を与えることなく、さらに与える熱量が小さいことから加熱時間の短縮が図れ、生産効率がアップする。

次に、本発明との比較例について図８及び図９を参照して説明する。なお、図８は同比較例のアクチュエータの正面説明図、図９は同じく平面説明図である。
本発明では上述したように複数の圧電素子部材間に対応するＦＰＣ（フレキシブル配線基板）に切り込み５を形成しているが、この比較例では、ＦＰＣ４に切り込みを形成しないで段差が生じている複数の圧電素子部材２の圧電素子柱の外部電極２３ａにＦＰＣ４の接続電極３１を接合接続している。

このように複数の圧電素子柱が形成された圧電素子部材を柱整列方向に複数配列した圧電素子部材のつなぎ目において段差が生じている場合、ＦＰＣ４と圧電素子部材２の各電極３１と２３ａとを接合するとき、半田部材３２の加熱方法としては、ヒーター等を用いた接触加熱方法の場合には、圧電素子つなぎ目において接合不良が発生する可能性があり、レーザー等の非接触加熱方法を用いる方が適している。また、ガラス等の部材でＦＰＣ４と圧電素子部材２を密着させて接合させてもよいが、エアー圧によってＦＰＣ４と圧電素子部材２を密着させながらレーザーによって接合する方が好ましい。

このような接合を行う配線部材接合装置の一例について図１０ないし図１２を参照して説明する。なお、図１０は同配線部材接合装置の構成を説明するための側方から見た模式的構成図、図１１は同じく要部拡大説明図、図１２は同じくエアー抑え機構の斜視説明図である。

この配線部材接合装置４１０では、レーザー照射機構３４５とエアー抑え機構３７０が一体化した構造となっている。エアー抑え機構３７０は、図１１及び図１２に示すように、一端３７０ａ側がテーパ状とされ、かつ他端３７０ｂ側が円筒状とされた筒体で構成されている。このエアー抑え機構３７０は、一端３７０ａが局所的な気体の吹き付けが可能な口径とされ、他端３７０ｂ近傍に導入口３７０ｃが設けられている。この導入口３７０ｃには、圧縮空気形成手段３６３が接続されている。

エアー抑え機構３７０は、その中心軸線（一端３７０ａの開口の中心も含む。）がレーザー照射部３２６から出射されるレーザー光Ｌと同軸となるように、他端３７０ｂがレーザー照射部３２６の下面（レーザー光Ｌの出射側の面）に気密的に取り付けられており、レーザー照射部３２６と協働して導入口３７０ｃから一端３７０ａへ通じる局所押圧風路３７１を画成している。

この局所押圧風路３７１では、圧縮空気形成手段３６３から導入口３７０ｃを経て気体が導入されると、一端３７０ａから気体を吹き出して、レーザー光Ｌと同軸上でＺ軸方向下側（ＦＰＣ４側）へ向けた気体の流れを形成することができる。このため、エアー抑え機構３７０は、その導入口３７０ｃに接続された圧縮空気形成手段３６３及びレーザー照射部３２６と協働して、流体押圧局所密接手段を構成している。

このレーザー照射機構３４５では、圧縮空気形成手段３６３から局所押圧風路３７１内へと気体を送り込みつつ、レーザー照射部３２６からレーザー光Ｌを出射すると、エアー抑え機構３７０の一端３７０ａから吹き出された気体が、ＦＰＣ４の上方からレーザー光Ｌの軸線と一致する位置で局所的にＦＰＣ４の上面に吹き当たり、ＦＰＣ４におけるレーザー光Ｌにより照射される個所の周辺が圧電素子部材２へ向けて局所的に押圧される。

このことから、ここでいう局所的に吹き当たる気体の流れとは、少なくともレーザー照射部３２６から出射されるレーザー光Ｌの接合のための照射の際（半田部材３２を溶融すべく照射する際）の照射領域（照射スポットの大きさ寸法）で第１電極３１と第２電極２３ａとを密着させるべく、ＦＰＣ４を圧電素子部材２へ向けて局所的に押圧することを可能とするものである。

この配線部材接合装置４１０では、先ず、図１０に２点鎖線で示すように、カメラ３５５をＦＰＣ４の各接続電極３１（圧電素子部材２の外部電極２３ａ）の上方に位置させて、ＦＰＣ４の接続電極３１と圧電素子部材２の外部電極２３ａとが適切な状態で対向するように、カメラ３５５からの映像に基づいて第１部材保持機構３１２の調整ステージ３１９の位置調整を行う。

この位置調整の後、図１０に実線で示すように、適切に対向された各接続電極３１と各外部電極２３ａとを接合すべくレーザー光Ｌを照射できる位置に、レーザー照射部３２６を移動させる。この際のレーザー照射部３２６の位置調整は、例えば、レーザーＸＹ方向調整部３２４とレーザーＺ軸方向調整部３２５とによる機械的な設定で行ってもよく、図示は省略するが複数のカメラからの映像に基づいて行ってもよい。

このように、各位置を設定した後、圧縮空気形成手段３６３から局所押圧風路３７１内へと気体を送り込みつつ、レーザー照射部３２６からレーザー光Ｌを出射した状態で、その接合個所（半田部材３２）のレーザー光Ｌの照射による走査（Ｘ軸方向に沿う照射位置の移動）を行う。これにより、各接続電極３１と各外部電極２３ａとは、圧縮空気形成手段３６３から局所的に気体を吹き当てられて密接されている個所にレーザー光Ｌが照射され、この密接されつつ照射される個所が各接続電極３１と各外部電極２３ａが並列されたＸ軸方向に移動されることとなるので、順次密接された状態でレーザー光Ｌにより接合されることとなる。

これにより、ＦＰＣ４と圧電素子部材２とは、各接続電極３１と各外部電極２３ａとが適切に対向しつつ安定した状態で、電気的に接合される。このとき、配線部材接合装置４１０では、吸引手段３６４が設けられていることから、エアー抑え機構３７０の一端３７０ａから吹き出されてＦＰＣ４の上面に局所的に吹き当たる気体の流れをより円滑なものとすることができる。

このように、配線部材接合装置４１０では、ＦＰＣ４の上面に局所的に吹き当たる気体の流れで接続電極３１と外部電極２３ａとを密接させつつ接合する構成であることから、ＦＰＣ４及び圧電素子部材２の意図せぬ熱変形を防止しつつヒュームによる汚れを防止した状態で、各接続電極３１と各外部電極２３ａとを安定した適切な状態で接合することができる。

特に、ＦＰＣ４のうちレーザー照射機構３４５からのレーザー光Ｌの照射領域の周辺のみを局所的に押圧して、接続電極３１と外部電極２３ａと接合することから、少ない風量で確実に各接続電極３１と各外部電極２３ａとを接合することができる。また、接合個所の近傍のみを密接させることから、ＦＰＣ４と圧電素子部材２との間に存在する気体を、当該ＦＰＣ４と圧電素子部材２との間における密接個所の周辺に効率良く逃がすことができるので、より確実に密接させることができる。さらに、レーザー光Ｌの軸線上で当該レーザー光Ｌと等しい方向から局所的な気体を吹き当てることから、この局所的な気体をレーザー光Ｌの照射領域に確実に吹き当てることができる。特に、例えば、接合対象の変更に伴ってレーザー照射部４２６とレーザー光Ｌの照準位置との間隔が変化した場合であっても、流体押圧局所密接手段による吹き当て位置を何ら変更することなく、局所的な気体をレーザー光Ｌの照射領域に確実に吹き当てることができる。

また、レーザー照射部３２６に設けられた流体押圧局所密接手段がレーザー光Ｌの照射領域に吹き当てる局所的な気体の流れを形成していることから、局所的な吹き当て位置をレーザー照射部３２６の移動に確実に追従させることができる。また、レーザー光Ｌの照射領域、すなわち接合個所の近傍のみを密接させることから、ＦＰＣ４及び圧電素子部材２の大きさ寸法等の変更に拘わらず、局所的な気体をレーザー光Ｌの照射領域に確実に吹き当てることができる。

このような比較例においてもある程度段差を吸収することもできるが、本発明によれば段差に対応する部分に切り込みが形成されていることで、より確実に段差による接合不良を防止できる。

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１３ないし図１５を参照して説明する。なお、図１３は同液体吐出ヘッドの外観斜視説明図、図１４は図１３のＡ−Ａ線に沿う液室長手方向（液室の並び方向と直交する方向）に沿う断面説明図、図１５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型アクチュエータ１１０を配置している。この圧電型アクチュエータ１１０は、前述した圧電型アクチュエータ１と同様に、複数の圧電素子部材１１２と、１列の各圧電素子部材１１２に給電する１枚のフレキシブル配線基板、例えばＦＰＣ１１３とを備え、複数個の圧電素子部材１１２は共通のベース部材１１４に列状に並べて接合配置されている。

圧電素子部材１１２は、分断することのないスリット加工（溝加工）を施すなどして、偶数個の圧電素子柱１１１を、スリット溝１１５を介して、所定のピッチで形成し、隣り合う２つの圧電素子部材１１２の圧電素子柱１１１、１１１間の間隔１２０もスリット溝１１５の溝幅として配置している。そして、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（駆動圧電素子柱）１１１Ａと駆動しない圧電素子柱（非駆動圧電素子柱）１１１Ｂとして使用する。

ＦＰＣ１１３は、前述した圧電型アクチュエータ１のＦＰＣ４と同様な構成であり、圧電素子部材１１２の１つおきの駆動圧電素子柱１１１Ａに対応して配置された図示しない接続電極を有し、駆動圧電素子柱１１１Ａの外部電極に接続する先端部側に圧電素子部材１１２、１１２間に対応して切り込みが形成されている。

この圧電型アクチュエータ１１０の駆動圧電素子柱１１１Ａは振動板部材１０２の島状凸部１０２Ｂに接着剤接合し、非駆動圧電素子柱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の駆動圧電素子柱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。圧電素子柱１１１Ａに駆動信号が印加され充電が行われると伸長し、また圧電素子柱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（駆動圧電素子柱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。

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。

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の駆動圧電素子柱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圧電素子柱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、その後駆動圧電素子柱１１１Ａに印加する電圧を上げて駆動圧電素子柱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、駆動圧電素子柱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型アクチュエータを備えているので、フレキシブル配線基板と圧電素子部材の接合信頼性が向上し、信頼性の高い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１６を参照して説明する。なお、図１６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。また、この画像形成装置における記録ヘッド及びこの記録ヘッドを駆動する部分で構成される液体吐出装置においても、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液体吐出を行うことができる。

なお、上記実施形態では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。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、上記実施形態ではライン型液体吐出ヘッド、ライン型画像形成装置で説明しているが、シリアル型画像形成装置及びそれに用いる液体吐出ヘッドとして構成することもできる。

本発明の圧電型アクチュエータの第１実施形態の正面説明図である。 同じく平面説明図である。 同じく側面説明図である。 同アクチュエータの圧電素子部材とＦＰＣの接合の説明に供する斜視説明図である。 同じく要部拡大正面説明図である。 本発明の圧電型アクチュエータの第２実施形態の正面説明図である。 圧電型アクチュエータの圧電素子部材とＦＰＣの接続する配線部材接合装置の構成を説明するための側方から見た模式的構成図である。 比較例のアクチュエータの正面説明図である。 同じく平面説明図である。 比較例の接合を行う配線部材接合装置の一例の構成を説明するための側方から見た模式的構成図である。 同じく要部拡大説明図である。 同じくエアー抑え機構の斜視説明図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの一実施形態の外観斜視説明図である。 図１３のＡ−Ａ線に沿う液室長手方向（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。 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。 本発明に係る画像形成装置の一例の機構部全体の概略構成図である。

符号の説明

１…圧電型アクチュエータ
２…圧電素子部材
３…ＦＰＣ（フレキシブル配線基板）
４…ベース部材
１１…圧電素子柱
２３ａ…外部電極
３１…接続電極
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…圧電型アクチュエータ
２１１ｋ、２１１ｃ、２１１ｍ、２１１ｙ…記録ヘッド（液体吐出ヘッド）

Claims (4)

1. 複数の圧電素子柱が形成された圧電素子部材がベース部材上に柱並び方向に沿って複数並べて配置され、
   前記圧電素子柱に1枚のフレキシブル配線基板が直接接続され、
   前記前記圧電素子柱に直接接続される前記フレキシブル配線基板の先端部分には、前記複数の圧電素子部材間に対応して切り込みが形成されている
   ことを特徴とする圧電型アクチュエータ。
2. 請求項1に記載の圧電型アクチュエータにおいて、前記切込みの形状がくさび状又は矩形状であることを特徴とする圧電型アクチュエータ。
3. 請求項１又は２に記載の圧電型アクチュエータを備えていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
4. 請求項３に記載の液体吐出ヘッドを備えていることを特徴とする画像形成装置。

Images