JP2012160692A - 圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータの製造方法、液体吐出ヘッド及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高密度化に伴って高アスペクト比の圧電柱を微細なピッチで形成しなければならない。
【解決手段】ベース部材１３上に２本の圧電部材１２、１２が並列に並べられて接合固定され、圧電部材１２には、溝１１３によって複数の圧電柱１１２が形成され、複数の圧電柱１１２は、圧電柱配列方向（ノズル配列方向）に傾斜して形成され、各圧電柱１１２は、溝１１３の深さ方向（圧電柱の高さ方向）において基端（溝１１３の底部側）から先端まで一定の角度で傾いている。
【選択図】図６

Description

本発明は圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータの製造方法、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液体吐出ヘッド（液滴吐出ヘッド）からな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（インクジェット記録装置）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、液体吐出記録方式の「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、樹脂なども含まれる。また、「画像」とは平面的なものに限らず、立体的に形成されたものに付与された画像、また立体自体を三次元的に造形して形成された像も含まれる。

液体吐出ヘッドとしては、例えば液室内の液体であるインクを加圧し圧力を発生するための圧力発生手段としての圧電体、特に圧電層と内部電極を交互に積層した積層型圧電部材に溝加工を施して複数の柱状の圧電素子（圧電柱）を形成した圧電アクチュエータを備え、積層型圧電素子のｄ３３またはｄ３１方向の変位で液室に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型ヘッドが知られている。

特開２０１０−２０１７８５号公報

ところで、画像形成装置において、高画質化に対応するために液滴の小滴化やノズルの高密度化を図り、高速化に対応するため駆動周波数の高周波数化や１ヘッド当たりのノズル数の増加によるライン型ヘッドに代表されるヘッドの長尺化などが行なわれている。

このようにノズルの高密度化など高集積化に対応するためには、滴吐出特性に大きな影響を与える圧電アクチュエータとして、圧電柱も必然的に高集積化する必要がある。さらに、積層型圧電部材を使用する場合、所望の変位量を確保するためには、溝加工のおける溝深さを深くする、つまり、圧電柱の高さを高くする必要があり、高アスペクト比の圧電柱を微細なピッチで形成しなければならないという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、高アスペクト比の圧電柱を微細なピッチで配列して高集積化を図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、
複数の圧電柱が形成された圧電部材を有する圧電アクチュエータであって、
前記複数の圧電柱は圧電柱配列方向に傾斜して形成されている
構成とした。

ここで、前記圧電柱の傾き量が一定である構成とできる。

また、前記圧電柱は圧電材料層と内部電極層が積層された積層型圧電素子であり、前記圧電柱は前記内部電極層に垂直な方向に対して傾斜して形成されている構成とできる。

また、前記圧電柱は、圧電柱配列方向と直交する方向で、一端部側から他端部側に向かうに従って、柱の傾き量が変化して形成されている構成とできる。

また、前記圧電部材には前記圧電柱に駆動信号を伝達する給電部材が接続され、
前記給電部材には前記圧電柱の電極に接続される配線電極が設けられ、
前記給電部材の配線電極は、少なくとも前記圧電柱の電極と接続される部分が前記圧電柱と同じ方向に傾いて形成されている
構成とできる。

また、前記圧電部材には前記圧電柱に駆動信号を伝達する給電部材が接続され、
前記給電部材には前記圧電柱の電極に接続される配線電極が設けられ、
前記給電部材は全体を前記圧電柱と同じ方向に傾けて接続されている
構成とできる。

本発明に係る圧電アクチュエータの製造方法は、
複数の圧電柱が形成された圧電部材を有する圧電アクチュエータを製造する圧電アクチュエータの製造方法であって、
両面に抵抗差が設けられたダイシングブレードにより前記圧電部材に溝加工を施して、圧電柱配列方向に傾斜する複数の圧電柱を形成する
構成とした。

本発明に係る液体吐出ヘッドは、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、複数の圧電柱は圧電柱配列方向に傾斜して形成されている構成としたので、溝加工時の負荷方向を一定の方向に制御することができるようになり、高アスペクト比の圧電柱が微細ピッチで配列され、高集積化を図ることができる。

本発明に係る圧電アクチュエータの製造方法によれば、両面に抵抗差が設けられたダイシングブレードにより圧電部材に溝加工を施して、圧電柱配列方向に傾斜する複数の圧電柱を形成する構成としたので、高アスペクト比の圧電柱が微細ピッチで配列され、高集積化された圧電アクチュエータを得ることができる。

本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、本発明に係る圧電アクチュエータを備えているので、高密度ヘッドを得ることができる。

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、高品質画像を形成することができる。

本発明に係る液体吐出ヘッドの一例を示す概略分解斜視説明図である。 同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図である。 同ヘッドの液室短手方向に沿う一例の断面説明図である。 同ヘッドの液室短手方向に沿う他の例の断面説明図である。 本発明に係る圧電アクチュエータの第１実施形態の正面説明図である。 同じく図５の要部拡大説明図である。 比較例の圧電アクチュエータの要部拡大説明図である。 本発明に係る圧電アクチュエータの製造方法の実施形態における加工状態の説明に供する説明図である。 同じく加工途中の要部拡大説明図である。 比較例の加工方法の説明に供する説明図である。 実施形態の加工方法の説明に供する説明図である。 本発明に係る圧電アクチュエータの第２実施形態の給電部材を接合した状態の要部拡大説明図である。 本発明に係る圧電アクチュエータの第３実施形態の給電部材を接合した状態の正面説明図である。 は同じく要部拡大説明図である。 本発明に係る圧電アクチュエータの第４実施形態の給電部材を接合した状態の正面説明図である。 同じく要部拡大説明図である。 本発明に係る圧電アクチュエータの第５実施形態の正面説明図である。 図１７のＡ−Ａ線に沿う断面説明図である。 同じくＢ−Ｂ線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の全体構成を説明する概略構成図である。 同機構部の要部平面説明図である。 本発明に係る画像形成装置の他の例を示す全体構成図である。

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。本発明に係る液体吐出ヘッドの一例について図１ないし図４を参照して説明する。なお、図１は同ヘッドの分解斜視説明図、図２は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向（液室長手方向）に沿う断面説明図、図３及び図４は同ヘッドのノズル配列方向（液室短手方向）に沿う異なる例の断面説明図である。

この液体吐出ヘッドは、ＳＵＳ基板で形成した流路板（流路基板、液室基板などとも称される。）１と、この流路板１の下面に接合した振動板を形成する振動板部材２と、流路板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）を吐出する複数のノズル４がそれぞれノズル連通路５を介して連通する個別流路としての複数の液室（加圧液室、圧力室、加圧室、流路などとも称される。）６、液室６にインクを供給する供給路を兼ねた流体抵抗部７、この流体抵抗部７を介して液室６と連通する連通部８を形成し、連通部８に振動板部材２に形成した供給口９を介して後述するフレーム部材１７に形成した共通液室１０からインクを供給する。

流路板１は、流路板１Ａと連通板１Ｂとを接着して構成している。この流路板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（プレス）などの機械加工することで、連通路５、加圧液室６、流体抵抗部７などの開口をそれぞれ形成している。

振動板部材２は、第１層２Ａと第２層２Ｂとで形成されて、第１層２Ａで薄肉部を形成し、第１層２Ａ及び第２層２Ｂで厚肉部を形成している。そして、この振動板部材２は、各液室６に対応してその壁面を形成する第１層２Ａで形成された各振動領域（ダイアフラム部）２ａを有し、この振動領域２ａの中に、面外側（液室６と反対面側）に第１層２Ａ及び第２層２Ｂの厚肉部で形成された島状凸部２ｂが設けられ、この島状凸部２ｂに振動領域２ａを変形させる駆動手段（アクチュエータ手段、圧力発生手段）としての電気機械変換素子を含む本発明に係る圧電アクチュエータ１００を配置している。

この圧電アクチュエータ１００は、ベース部材１３上に接着剤接合した複数（ここでは２つとする）の積層型圧電部材１２を有し、圧電部材１２にはハーフカットダイシングによって溝３１を加工して１つの圧電部材１２に対して所要数の圧電柱１２Ａ、１２Ｂを所定の間隔で櫛歯状に形成している。なお、圧電部材１２の圧電柱１２Ａ、１２Ｂは、同じものであるが、駆動波形を与えて駆動させる圧電柱を駆動圧電柱１２Ａ、駆動波形を与えないで単なる支柱として使用する圧電柱を非駆動圧電柱１２Ｂとして区別している。そして、駆動圧電柱１２Ａの上端面（接合面）を振動板部材２の島状凸部２ｂに接合している。

ここで、圧電部材１２は、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、即ち圧電部材１２の振動板部材２に略垂直な側面（積層方向に沿う面）に引き出して、この側面に形成された端面電極（外部電極）２３、２４に接続し、端面電極（外部電極）２３、２４間に電圧を印加することで積層方向の変位を生じる。

また、圧電部材１２には駆動圧電柱１２Ａに駆動信号を与えるための可撓性を有する給電部材（配線部材）としてのフレキシブル配線基板であるＦＰＣ１５が接続されている。ＦＰＣ１５には、図示しないが駆動圧電柱１２Ａに駆動波形（駆動信号）を与えるドライバＩＣ（駆動回路）が搭載され、ホットメルト接着剤１６でベース部材１３に固定されている。

なお、ここでは、上述したように、圧電部材１２の圧電柱１２Ａ、１２Ｂは、同じものであり、駆動波形を与えて駆動させる圧電柱を駆動圧電柱１２Ａ、駆動波形を与えないで単なる支柱として使用する圧電柱を非駆動圧電柱１２Ｂとして、図３に示すように、駆動圧電柱１２Ａと非駆動圧電柱１２Ｂとを交互に使用するバイピッチ構成としているが、図４に示すように、すべての圧電柱を駆動圧電柱１２Ａ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。

ノズル板３は、ニッケル（Ｎｉ）の金属プレートから形成したもので、エレクトロフォーミング法（電鋳）で製造している。このノズル板３には各液室６に対応して直径１０〜３５μｍのノズル４を形成し、流路板１に接着剤接合している。そして、このノズル板３の液滴吐出側面（吐出方向の表面：吐出面、又は液室６側と反対の面）には撥水層を設けている。

さらに、これらの圧電素子１２、ベース部材１３及びＦＰＣ１５などで構成されるアクチュエータ部の外周側には、エポキシ系樹脂或いはポリフェニレンサルファイトで射出成形により形成したフレーム部材１７を接合している。そして、このフレーム部材１７には前述した共通液室１０を形成し、更に共通液室１０に外部から記録液を供給するための供給口を形成し、この供給口１９は更に図示しないサブタンクやインクカートリッジなどのインク供給源に接続される。

このように構成した液体吐出ヘッドにおいては、例えば押し打ち方式で駆動する場合には、図示しない制御部から記録する画像に応じて駆動圧電柱１２Ａに２０〜５０Ｖの駆動パルス電圧を選択的に印加することによって、パルス電圧が印加された駆動圧電柱１２Ａが変位して振動板部材２の振動領域２ａをノズル板３方向に変形させ、液室６の容積（体積）変化によって液室６内のインクを加圧することで、ノズル板３のノズル４から液滴が吐出される。そして、液滴の吐出に伴って液室６内の圧力が低下し、このときの液流れの慣性によって液室６内には若干の負圧が発生する。この状態の下において、圧電柱１２Ａへの電圧の印加をオフ状態にすることによって、振動板部材２が元の位置に戻って液室６が元の形状になるため、さらに負圧が発生する。このとき、共通液室１０から液室６内にインクが充填され、次の駆動パルスの印加に応じて液滴がノズル４から吐出される。

なお、液体吐出ヘッドは、上記の押し打ち以外にも、引き打ち方式（振動板部材２を引いた状態から開放して復元力で加圧する方式）、引き−押し打ち方式（振動板部材２を中間位置で保持しておき、この位置から引いた後、押出す方式）などの方式で駆動することもできる。

次に、本発明に係る圧電アクチュエータの第１実施形態について図５及び図６を参照して説明する。なお、図５は同圧電アクチュエータの正面説明図、図６は同じく図５の要部拡大説明図である。
この圧電アクチュエータは、ＳＵＳ４３０などのベース部材１３上に２本の圧電部材１２、１２が並列に並べられてアクリル系の嫌気性接着剤１０３で接合固定されている。圧電部材１２には、溝１１３によって複数の圧電柱１１２（駆動柱１２Ａ、１２Ｂの総称で用いる。）が形成されている。

ここで、圧電部材１２の複数の圧電柱１１２は、圧電柱配列方向（ノズル配列方向）に傾斜して（傾けて）形成されている。各圧電柱１１２は、溝１１３の深さ方向（圧電柱の高さ方向）において基端（溝１１３の底部側）から先端まで一定の角度で傾いている。

なお、圧電柱１１２の寸法は、例えば、圧電柱配列方向の幅が約２３μｍ、高さが約３６０μｍである。また、圧電柱１１２の傾き量（圧電柱１１２の基端と先端との圧電柱配列方向のずれ量）は２〜１０μｍ程度である。圧電柱１１２の高さに対する傾き量の割合は０．５〜５％程度が好ましい。これは、傾き量を大きくしすぎた場合、圧電柱１１２が変位したときに、発生する力の方向も傾いてしまうために、振動板２の変位効率が低下してしまうことから、傾き量は５％以下とすることが好ましい。

このように、圧電柱１１２を圧電柱配列方向に傾斜させて形成するためには、加工溝１１３が傾斜するように溝加工治具としての例えばダイシングブレードも傾斜させることになり、溝加工治具の表裏にかかる負荷の方向を一定の方向にすることができ、加工時の安定性を増すことができるので、圧電柱１１２の柱倒れを防ぐことができる。

すなわち、図７に示す比較例のように、溝１１３を垂直（ベース部材１１３の接合面に対して垂直な方向）に形成すると、切削抵抗のばらつきや加工時の外乱によって溝加工治具の表裏面（両面）にかかる負荷方向がばらついてしまうために、安定した加工が困難となり、結果的に圧電柱の倒れが発生し易くなる。

このように複数の圧電柱は圧電柱配列方向に傾斜して形成されている構成とすることで、溝加工時の負荷方向を一定の方向に制御することができるようになり、高アスペクト比の圧電柱が微細ピッチで配列され、高集積化を図ることができる。具体的には、傾き方向（図６では右から左の方向）に順に溝加工していくことで、負荷をまだ溝が形成されていない傾き方向の左側に集中させることができ、すでに加工された右側の圧電柱１１２への負荷を小さくできる。これにより、微細ピッチで加工したとしても圧電柱１１２の倒れが発生することを抑えることができる。

また、圧電部材１２の各圧電柱１１２の傾きを一定とすることで、加工溝１１３の傾きも一定になる。これにより、圧電柱１１２間の溝１１３の幅を一定にすることができ、圧電アクチュエータの特性ばらつき（発生力ばらつき）を小さくすることができる。しかも、圧電柱１１２の傾き方向を一定にすることによって、圧電部材１２に駆動信号を与えるために必要な給電部材（例えばＦＰＣ）１５を接合するときに、給電部材１５の配線電極のピッチの公差を緩くすることができる。

また、圧電部材１２は圧電材料層２１と内部電極２２が積層された積層型圧電素子であり、圧電柱１１２は内部電極２２に垂直な方向に対して傾斜して形成する。図７に示すような従来の内部電極２２に垂直な圧電柱の構成の場合、溝加工時の応力が内部電極の剥離方向（内部電極２２に垂直な方向）にかかり、内部電極界面の剥離に伴う圧電柱破損を引き起こすのに対し、図６に示すような傾斜した圧電柱の構成では、溝加工時の応力の内部電極２２に垂直な方向の分力のみが内部電極剥離方向にかかるため、内部電極界面の剥離の発生を抑制することができる。

次に、本発明に係る圧電アクチュエータの製造方法の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は同製造方法における加工状態の説明に供する説明図、図９は同じく加工途中の要部拡大説明図である。
ベース部材１３に圧電部材１２を接合固定したワークＷをステージ１２３上に固定し、ステージ１２３を図８の矢印方向に移動させ、フランジ１２１に取付けられ矢示方向に回転するダイシングブレード１２０によって、圧電部材１２に対して溝加工を行うことで溝１１３を形成して、圧電部材１２に複数の圧電柱１１２を形成する。

ここで、ダイシングブレード１２０は、図９に示すように、ニッケル１２４にダイヤモンド１２５が分散されたいわゆる電鋳ブレードである。

圧電柱１１２を傾斜して形成するには、前述の通りダイシングブレード１２０自体を傾斜させて溝加工を行ってもよいが、本実施形態の圧電アクチュエータの製造方法では、ダイシングブレード１２０の表裏面（両面）に存在するダイヤモンド１２５の数に差を設けることで、加工時に、ダイシングブレード１２０の両面に抵抗差を持たせることで圧電柱１１２を傾けている。

この例では、図９に示すように、ダイシングブレード１２０は送りピッチ方向下流側（図で左側）のダイヤモンド１２５の量を多くし、送りピッチ方向上流側（図で右側）のダイヤモンド１２５のダイシングブレード１２０表面への露出量を少なくしている。

このようなダイシングブレード１２０で加工した場合、ダイシングブレード１２０を圧電部材１２表面に垂直に配置して加工したとしても、ダイヤモンド１２５の露出量の多い側の切削量が多くなるために加工中にブレードが傾いて加工が進行し、図９に示すように溝１１３はダイヤモンド１２５の露出量の多い側に傾いて形成される。この場合、溝１１３の傾きは直線的ではなく下方（圧電柱１１２の根元側）に行くほど傾きが大きく形成される場合があるが、このような構成でも同様の効果を奏する。

ダイシングブレード１２０をフランジ１２１に傾けて装着した場合、重力方向と回転するダイシングブレード１２０に働く遠心力の方向とがずれるため回転が安定しない場合があるが、このようにダイシングブレード１２０の両面に切削抵抗差を設ける構成にすれば、ダイシングブレード１２０の回転も安定し、より微細ピッチでの圧電柱１１２の傾き加工が容易になる。

また、溝１１３の傾く方向を送りピッチ方向にすることによって、加工中に形成される圧電柱１１２に対してダイシングブレード１２０が逃げようとする力が生じるので、圧電柱１１２に与える負荷が小さくなり、圧電柱１１２の柱倒れを防止することができる。

また、前述したように、複数の圧電柱を圧電柱配列方向に傾けて形成することで、溝加工時の負荷方向を一定の方向に制御することができるようになる。

つまり、図１０に示す比較例のように、両面に抵抗差のないダイシングブレード１２０Ａを使用して圧電柱１１２を傾けないで垂直に形成するとき、ダイシングブレード１２０Ａは圧電部材１２の先端面１２Ａに対して垂直にした状態（ブレード１２０Ａの押し付け力方向は矢示Ａ方向）で溝加工を施すが、外乱（矢示Ｂ方向）による加工負荷は剛性の低い領域（圧電柱１１２を形成済みの領域）にも剛性の高い領域にもほぼ同等にかかることになり、剛性の低い領域（圧電柱１１２を形成済みの領域）に加工負荷がかかった場合に圧電柱１１２が倒れやすくなる。

これに対し、図１１に示すように、ダイシングブレード１２０Ａを斜めにして加工することで、ブレード１２０Ａの押し付け力（矢示Ａ方向）は垂直方向の力Ａ１と水平方向（送り方向）の力Ａ２とに分力され、加工時の負荷を意図的に剛性の高い領域（未加工領域）に制御することができ、外乱を受けても剛性の低い（加工済み領域）に振れることがなく、圧電柱１１２の倒れが防止される。

次に、本発明に係る圧電アクチュエータの第２実施形態について図１２を参照して説明する。なお、図１２は同圧電アクチュエータの給電部材を接合した状態の要部拡大説明図である。また、給電部材は透過状態で示している（以下の図でも同じ）。
本実施形態の給電部材１５は、基材１１５に圧電柱１１２（駆動圧電柱１２Ａ）の電極２３に接続される配線電極１１６が設けられている。この給電部材１５の配線電極１１６は、少なくとも、圧電柱１１２に対応する部分（電極２３と接続する部分）では、圧電柱１１２の傾き方向と同じ方向に傾斜させて形成されている。なお、給電部材１５には共通電極配線１１７も形成されている。

この給電部材１５は、前述したようにフレキシブル配線基板としてのＦＰＣで構成され、銅の配線電極１１６にはんだがめっきされている。給電部材１５の配線電極１１６と圧電柱１１２の個別電極２３等との接続は、はんだをヒーターチップやレーザーによって熔融させることによって行う。

このように、給電部材１５の配線電極１１６を圧電柱１１２の傾き方向と同じ方向に傾斜させて形成されていることで、圧電柱１１２のピッチが小さくなっても、給電部材１５の配線電極１１６と圧電柱１１２の電極２３との接続不良や隣りの圧電柱１１２の電極２３まで接続される短絡を防止できる。

次に、本発明に係る圧電アクチュエータの第３実施形態について図１３及び図１４を参照して説明する。なお、図１３は同圧電アクチュエータの給電部材を接合した状態の正面説明図、図１４は同じく要部拡大説明図である。
本実施形態の給電部材１５は、基材１１５に圧電柱１１２（駆動圧電柱１２Ａ）の電極２３に接続される配線電極１１６が設けられている。この給電部材１５の配線電極１１６は、ライン状（直線状）形成されている。

そして、給電部材１５全体を圧電柱１１２の傾きと同じ方向に傾けて、配線電極１１６を圧電柱１１２（駆動圧電柱１２Ａ）の電極２３に接続している。

このようにすることにより、圧電柱の傾き量がばらついた場合においても、その傾き量に合わせて給電部材を傾かせることにより、接合時の接続不良や短絡発生を防止することができる。

また、前記のようにベース部材に圧電部材を２列配列する場合、圧電部材に対する溝加工時の傾き方向は給電部材を接合する面において反対方向になるが、このような場合にも容易に給電部材の配線電極と圧電柱の電極との位置合わせ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の第４実施形態について図１５及び図１６を参照して説明する。なお、図１５は同アクチュエータの給電部材を接合した状態の正面説明図、図１６は同じく要部拡大説明図である。
本実施形態の給電部材１５は、基材１１５に圧電柱１１２（駆動圧電柱１２Ａ）の電極２３に接続される配線電極１１６がライン状（直線状）形成され、基材１１５を台形状（又は平行四辺形状）としている。

このようにすることにより、圧電柱と給電部材の配線電極と圧電柱の電極との接合面積を、いずれの圧電柱においても同じにすることができる。

次に、本発明に係る圧電アクチュエータの第５実施形態について図１７ないし図１９を参照して説明する。なお、図１７は同圧電アクチュエータの正面説明図、図１８は図１７のＡ−Ａ線に沿う断面説明図、図１９は同じくＢ−Ｂ線に沿う断面説明図である。

本実施形態では、圧電柱１１２は、圧電柱配列方向と直交する方向で、一端部側から他端部側に向かうに従って、先端部側から根元側に捩れて形成されており、一端部側と他端部側で傾き量が変化している。つまり、図１８に示すように、圧電柱１１２の先端部側（振動板部材２との接合面側）では、圧電柱配列方向と直交する方向にほぼ真っ直ぐ（端面に対して垂直）に形成され、図１９に示すように、根元側では圧電柱配列方向と直交する方向で斜めに形成されている。これにより、圧電柱１１２は、圧電柱配列方向と直交する方向の一端部側では垂直で、他端部側では圧電柱配列方向に傾斜した形状となる。

このような構造を形成するには、圧電部材１２に対してダイシングブレードで溝加工を施すとき、前述したように、抵抗差を持たせたダイシングブレードを使用し、ダイシングブレードを垂直状態にして圧電部材１２に対して相対的に移動させる。このようにすれば、ダイシングブレードは入り口側では垂直状態であるが、切削が進むに従って、両面の抵抗差によって、外周部側が徐々に捩れながら移動することになり、上述した圧電柱１１２の形状に対応する形状の溝１１３が形成される。

このように、圧電部材１２の一面側では圧電柱１１２が垂直状態であるので、上記第２ないし第４実施形態のようにＦＰＣ１５の電極の接続部分を傾斜して傾斜し、あるいは、ＦＰＣ１５自体を斜めに接続する必要がなくなり、フレキシブル配線基板（ＦＰＣ１５）の電極と圧電柱１１２の電極との接続が容易になる。また、圧電柱１１２が捩れていることで、上からの力（先端部に対向する方向の力）に対して強くなり、振動板部材２と熱硬化接着剤で加熱、加圧して接合するときの加圧力を高くすることができ、接合信頼性を向上できる。

なお、このような加工において、薄いブレードを使用した場合等には、図１７に示すように、ダイシングブレードの出口側の溝１１３の傾きは直線的ではなく、下方（圧電柱１１２の根元側）に行くほど傾きが大きく形成される場合があるが、このような構成でも同様の効果を奏する。

上述した液体吐出ヘッドでは本発明に係る圧電アクチュエータを圧電アクチュエータ１００として備えるので、ノズルの高密度化を図ることができる。

なお、上述した液体吐出ヘッドとこの液体吐出ヘッドに液体を供給するタンクを一体化することでヘッド一体型液体カートリッジ（カートリッジ一体型ヘッド）を得ることができる。

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画像形成装置の一例について図２０及び図２１を参照して説明する。なお、図２０は同装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図、図２１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２２１Ａ、２２１Ｂ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２３４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つのノズル列を有する液体吐出ヘッド２３４ａ、２３４ｂを１つのベース部材に取り付けて構成したもので、一方のヘッド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、他方のヘッド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。なお、ここでは２ヘッド構成で４色の液滴を吐出する構成としているが、各色毎の液体吐出ヘッドを備えることもできる。

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サブタンク２３５ａ、２３５ｂ（区別しないときは「サブタンク２３５」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２３６を介して、供給ユニット２２４によっ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、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、増粘したインク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、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インク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２８８を配置し、この空吐出受け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。

このように、この画像形成装置では、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているので、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画像形成装置の他の例について図２２を参照して説明する。なお、図２２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、ライン型画像形成装置であり、装置本体４０１の内部に画像形成部４０２等を有し、装置本体４０１の下方側に多数枚の記録媒体（用紙）４０３を積載可能な給紙トレイ４０４を備え、この給紙トレイ４０４から給紙される用紙４０３を取り込み、搬送機構４０５によって用紙４０３を搬送しながら画像形成部４０２によって所要の画像を記録した後、装置本体４０１の側方に装着された排紙トレイ４０６に用紙４０３を排紙する。

また、装置本体４０１に対して着脱可能な両面ユニット４０７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４０５によって用紙４０３を逆方向に搬送しながら両面ユニット４０７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４０５に送り込み、他面（裏面）印刷終了後排紙トレイ４０６に用紙４０３を排紙する。

ここで、画像形成部４０２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４１１ｋ、４１１ｃ、４１１ｍ、４１１ｙ（色を区別しないときには「記録ヘッド４１１」という。）を備え、各記録ヘッド４１１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４１３に装着している。

また、各記録ヘッド４１１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４１２ｋ、４１２ｃ、４１２ｍ、４１２ｙ（色を区別しないときには「維持回復機構４１２」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４１１と維持回復機構４１２とを相対的に移動させて、記録ヘッド４１１のノズル面に維持回復機構４１２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４１１は、用紙搬送方向上流側から、ブランク、シアン、マゼンタ、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インクを供給する液体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４０４の用紙４０３は、給紙コロ（半月コロ）４２１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４０１内に給紙され、搬送ガイド部材４２３のガイド面４２３ａに沿ってレジストローラ４２５と搬送ベルト４３３との間に送り込まれ、所定のタイミングでガイド部材４２６を介して搬送機構４０５の搬送ベルト４３３に送り込まれる。

また、搬送ガイド部材４２３には両面ユニット４０７から送り出される用紙４０３を案内するガイド面４２３ｂも形成されている。更に、両面印刷時に搬送機構４０５から戻される用紙４０３を両面ユニット４０７に案内するガイド部材４２７も配置している。

搬送機構４０５は、駆動ローラである搬送ローラ４３１と従動ローラ４３２との間に掛け渡した無端状の搬送ベルト４３３と、この搬送ベルト４３３を帯電させるための帯電ローラ４３４と、画像形成部４０２に対向する部分で搬送ベルト４３３の平面性を維持するプラテン部材４３５と、搬送ベルト４３３から送り出す用紙４０３を搬送ローラ４３１側に押し付ける押さえコロ４３６と、その他図示しないが、搬送ベルト４３３に付着した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４０５の下流側には、画像が記録された用紙４０３を排紙トレイ４０６に送り出すための排紙ローラ４３８及び拍車４３９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４３３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４３４と接触することで帯電され、この高電位に帯電した搬送ベルト４３３上に用紙４０３が給送されると、用紙４０３は搬送ベルト４３３に静電的に吸着される。このようにして、搬送ベルト４３３に強力に吸着した用紙４０３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４３３を周回させて用紙４０３を移動させ、記録ヘッド４１１から液滴を吐出することで、用紙４０３上に所要の画像が形成され、画像が記録された用紙４０３は排紙ローラ４３８によって排紙トレイ４０６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を備えているので、高速で、高画質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。また、狭義のインク以外の液体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。

１ 流路板（流路基板）
２ 振動板部材
３ ノズル板
４ ノズル
６ 液室
１０ 共通液室
１２ 圧電部材
１２Ａ 駆動圧電柱
１２Ｂ 非駆動圧電柱
１１２ 圧電柱
１３ ベース部材
１５ 給電部材
２３ 電極
１１５ 基材
１１６ 配線電極
２３３ キャリッジ
２３４ａ、２３４ｂ 記録ヘッド
４１１ｋ、４１１ｃ、４１１ｍ、４１１ｙ 記録ヘッド

Claims (9)

1. 複数の圧電柱が形成された圧電部材を有する圧電アクチュエータであって、
   前記複数の圧電柱は圧電柱配列方向に傾斜して形成されている
   ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
2. 前記圧電柱の傾き量が一定であることを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
3. 前記圧電柱は圧電材料層と内部電極層が積層された積層型圧電素子であり、前記圧電柱は前記内部電極層に垂直な方向に対して傾斜して形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電アクチュエータ。
4. 前記圧電柱は、圧電柱配列方向と直交する方向で、一端部側から他端部側に向かうに従って、柱の傾き量が変化して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
5. 前記圧電部材には前記圧電柱に駆動信号を伝達する給電部材が接続され、
   前記給電部材には前記圧電柱の電極に接続される配線電極が設けられ、
   前記給電部材の配線電極は、少なくとも前記圧電柱の電極と接続される部分が前記圧電柱と同じ方向に傾いて形成されている
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
6. 前記圧電部材には前記圧電柱に駆動信号を伝達する給電部材が接続され、
   前記給電部材には前記圧電柱の電極に接続される配線電極が設けられ、
   前記給電部材は全体を前記圧電柱と同じ方向に傾けて接続されている
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
7. 複数の圧電柱が形成された圧電部材を有する圧電アクチュエータを製造する圧電アクチュエータの製造方法であって、
   両面に抵抗差が設けられたダイシングブレードにより前記圧電部材に溝加工を施して、圧電柱配列方向に傾斜する複数の圧電柱を形成する
   ことを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
8. 請求項１ないし６のいずれかに記載の圧電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。
9. 請求項８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。

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