JP4160789B2 - 圧電アクチュエータ及びこれを備えたインクジェットヘッド並びにインクジェット式記録装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電アクチュエータ及びこれを備えたインクジェットヘッド並びにインクジェット式記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、圧電体の圧電効果を利用して記録を行うインクジェットヘッドが知られている。
【０００３】
この種のインクジェットヘッドは、共通電極と圧電体と個別電極とが順に積層されてなる圧電アクチュエータと、圧力室が形成されたインク流路基板とを有している。圧電アクチュエータの一方の面には振動板が設けられている。この振動板はインク流路形成基板上に接着材で接着されている。そして、インクを吐出する際には、共通電極と個別電極とに電圧が印加され、それにより圧電体が伸縮する。その伸縮が振動板に拘束されることにより、圧電アクチュエータは積層方向にたわみ変形する。そのたわみ変形により圧力室内の容積が変化し、圧力室内のインクがノズルから吐出される。
【０００４】
ところで、圧電体は絶縁材料によって形成されているので、インクジェットヘッドを湿度の高い環境に置くことは好ましくない。それは以下の理由による。通常、圧電体はスパッタリング等の成膜技術を用いて作成されるが、その際に、圧電体内に隙間やピンホールが発生する場合がある。隙間はインク流路基板上に付着した異物を原因とした圧電体の異常成長により生じやすく、ピンホールはインク流路形成基板上に圧電体をスパッタリングする際に発生しやすい。そして、これらの隙間やピンホールに水分が浸入すると、両電極間に電圧を印加した際のリーク電流が増加し、それにより、絶縁破壊が生じるおそれがある。
【０００５】
そこで、上述の弊害を取り除くため、特開平１１−２３５８２３号公報に示されるように、インク流路形成基板上に圧電体を内包するキャップが接合されるとともに、キャップ部材内の空間の湿度が所定値以上になったことを検知するセンサが設けられたインクジェットヘッドが提案されている。インク流路形成基板上にキャップが接合されることにより、上記空間に水蒸気が侵入することを防ぐことができる。その結果、圧電体の上記隙間やピンホールに水蒸気が浸入することを防止することができ、湿気を原因とする絶縁破壊の発生を防ぐことが期待できる。また、何らかの不具合で上記空間に水蒸気が侵入したとしても、上記空間の湿度が所定値以上になったことをセンサが検知するため、上記空間の湿度が高くなっていることを知ることができる。上記空間の湿度が所定値以上になったときには、絶縁破壊を招くおそれが大きいため、新たなインクジェットヘッドと交換すれば良い。これにより、記録装置の信頼性を向上させることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、インクを吐出する機能に何ら不具合が発生していないにも拘らず、新たなインクジェットヘッドと交換することは、経済性及び資源の節約の観点から好ましくない。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、圧電アクチュエータにおける湿気を原因とする絶縁破壊の発生を防ぐとともに、圧電アクチュエータの経済的利用の促進を図ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る圧電アクチュエータは、下部電極と、該下部電極上に形成された圧電体と、該圧電体上に形成され、上記下部電極とともに上記圧電体に電圧を印加する上部電極とを有する圧電アクチュエータ本体と、少なくとも上記圧電アクチュエータ本体の上部電極側の面を内包し、着脱自在に構成されているキャップ部材と、上記圧電アクチュエータ本体と上記キャップ部材との間の密閉空間内に設けられ、吸湿性を有するとともに上記キャップ部材を取り外したときに他の吸湿手段と取り替え可能に構成されている吸湿手段とを備えるものである。
【０００９】
これにより、キャップ部材を取り外したときに吸湿手段は他の吸湿手段と取り替え可能に構成されているため、密閉空間内の水分を吸湿することにより吸湿手段の吸湿性が低下した場合、キャップ部材を取り外すことによって上記吸湿手段を新しい吸湿手段に交換することができる。ゆえに、密閉空間内の湿度を低く保つことができる。したがって、本発明によれば、湿気を原因とする絶縁破壊の発生を防ぐことができる。また、圧電アクチュエータの経済的利用の促進を図ることができる。
【００１０】
本発明に係る圧電アクチュエータは更に、上記キャップ部材内に設けられ、上記吸湿手段を取り外し可能に固定する固定手段を備えているものである。
【００１１】
これにより、吸湿手段が固定手段に固定されているため、上記吸湿手段を新しい吸湿手段に交換するためキャップ部材を取り外したときに、上記吸湿手段が散乱することはない。したがって、本発明によれば、上記吸湿手段を新しい吸湿手段に効率良く交換することができる。
【００１２】
本発明に係る圧電アクチュエータは更に、固定手段が接着テープによって構成されているものである。
【００１３】
これにより、固定手段をキャップ部材内に容易に貼付することができる。したがって、本発明によれば、吸湿手段を容易に固定することができる。
【００１４】
本発明に係る圧電アクチュエータは更に、吸湿手段の重さを検知する重量検知手段を備えるものである。
【００１５】
これにより、重量検知手段が吸湿手段の重さを検知するため、吸湿手段の現在の重さ、すなわち、吸湿した水分の重さを含んだ吸湿手段の重さを知ることができる。よって、上記重さを基に現在の吸湿手段の吸湿能力を知ることができる。したがって、本発明によれば、吸湿手段の交換が必要か否かを判断することができる。
【００１６】
本発明に係る圧電アクチュエータは更に、重量検知手段によって検知された上記吸湿手段の重さが所定値以上になったか否かを判定し、上記吸湿手段の重さが所定値以上になったと判定したときに警告を発する重量警告手段を備えるものである。
【００１７】
これにより、重量警告手段が吸湿手段の重さが所定値以上になったと判定したときに警告を発するため、吸湿手段の交換の必要性を容易に知ることができる。よって、上記警告に従って吸湿手段の交換を行うと、吸湿性が低下した吸湿手段が密閉空間内に放置されることを防ぐことができる。したがって、本発明によれば、吸湿性が低下した吸湿手段の放置を防ぎ、且つ、新しい吸湿手段を密閉空間内に設けることにより密閉空間内の湿度を低く保つことができ、それにより、湿気を原因とする絶縁破壊の発生を効果的に防ぐことができる。
【００１８】
本発明に係る圧電アクチュエータは更に、圧電体の誘電率の変化を検知する誘電率変化検知手段を備えるものである。
【００１９】
ところで、圧電体内に隙間やピンホールが生じている場合、吸湿手段の吸湿性が低下して密閉空間内の湿度が高くなったときに、上記隙間やピンホールに水分が浸入するおそれがある。それにより、上記隙間やピンホールに浸入した水分によって圧電体の誘電率は低下する。
【００２０】
ここで、本発明によれば、誘電率変化検知手段が圧電体の誘電率の変化を検知するため、圧電体の誘電率の低下を検知することができる。したがって、本発明によれば、上記変化を基に密閉空間内の湿度が高くなっていることを知ることができる。また、密閉空間内の湿度が高くなっていることから、吸湿手段の吸湿性が低下していることを知ることができ、吸湿手段の交換が必要か否かを判断することができる。
【００２１】
本発明に係る圧電アクチュエータは更に、誘電率変化検知手段によって上記圧電体の誘電率の低下が検知されたときに警告を発する誘電率警告手段を備えるものである。
【００２２】
これにより、誘電率変化検知手段によって圧電体の誘電率の低下が検知されたときに誘電率警告手段が警告を発するため、吸湿手段の交換の必要性を容易に知ることができる。したがって、本発明によれば、上記警告に従って吸湿手段の交換を行うと、吸湿性が低下した吸湿手段が密閉空間内に放置されることを防ぐことができる。
【００２３】
本発明に係る圧電アクチュエータは更に、上記圧電体に電圧を印加する電圧印加手段を備え、圧電体の誘電率を検知するときに上記電圧印加手段によって印加される電圧が、上記圧電アクチュエータ本体の動作時に印加される最大電圧の１／１０以下であるものである。
【００２４】
ところで、圧電体内に隙間やピンホールが生じている場合、密閉空間内の湿度が高くなったときに、上記隙間やピンホールに水分が浸入するおそれがある。このとき、圧電アクチュエータ本体に高い電圧を印加すると、絶縁破壊が発生する。
【００２５】
ここで、本発明によれば、電圧印加手段によって印加される電圧が圧電アクチュエータ本体の動作時に印加される最大電圧の１／１０以下であるため、圧電体の誘電率の検知時における絶縁破壊の発生をより確実に防ぐことができる。
【００２６】
本発明に係る圧電アクチュエータは更に、圧電アクチュエータ本体が、インクの吐出に使用される吐出用圧電アクチュエータ部と、該吐出用圧電アクチュエータ部と分離され、上記圧電体の誘電率の検知に使用される検知用圧電アクチュエータ部とを有するものである。
【００２７】
これにより、圧電体の誘電率の検知に使用される検知用圧電アクチュエータ部を圧電アクチュエータ本体が有するため、圧電体の誘電率の検知時に検知用圧電アクチュエータ部に絶縁破壊が発生したとしても、吐出用圧電アクチュエータ部には何ら支障はない。したがって、本発明によれば、圧電体の誘電率の検知による吐出用圧電アクチュエータ部の絶縁破壊を防ぐことができる。
【００２８】
本発明に係るインクジェットヘッドは、上述の圧電アクチュエータのいずれか１つを備えるものである。
【００２９】
本発明に係るインクジェットヘッドは更に、上記下部電極の下面上に形成され、内部にインクの流路が形成されたインク流路形成部材と、該インク流路形成部材の表面上に設けられ、上記インク流路に供給されるインクを収容するとともに交換可能に構成されたインクタンクとを備え、キャップ部材とインクタンクとが一体に形成されているものである。
【００３０】
これにより、キャップ部材とインクタンクとが一体に形成されているため、インクタンクの交換に伴いキャップ部材が取り外される。よって、このとき、併せて吸湿手段の交換を行うことができる。したがって、本発明によれば、インクタンクの交換と同時に吸湿手段の交換を行うことができる。
【００３１】
本発明に係るインクジェット式記録装置は更に、上述のインクジェットヘッドのいずれか１つを備えるものである。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、少なくとも圧電アクチュエータ本体の上部電極側の面を内包し、着脱自在に構成されているキャップ部材と、上記圧電アクチュエータ本体と上記キャップ部材との間の密閉空間内に設けられ、吸湿性を有するとともに上記キャップ部材を取り外したときに他の吸湿手段と取り替え可能に構成された吸湿手段とを圧電アクチュエータが備えているため、密閉空間内の水分を吸湿することにより吸湿手段の吸湿性が低下した場合、キャップ部材を取り外すことによって上記吸湿手段を新しい吸湿手段に交換することができる。したがって、密閉空間内の湿度を低く保つことができ、湿気を原因とする絶縁破壊の発生を防ぐことができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１に示すように、本実施形態に係るインクジェットヘッド１は、インクジェット式記録装置としてのインクジェットプリンタ３に組み込まれ、吐出したインク滴を紙等の記録媒体５に着弾させて記録を行うものである。
【００３４】
インクジェットヘッド１は、キャリッジ軸７に沿って往復移動するキャリッジ９に搭載され、キャリッジ９とともに主走査方向Ｘに往復運動を行う。ローラ１０は、キャリッジ９が主走査方向Ｘに一走査分移動するごとに、記録媒体５を副走査方向Ｙに搬送するように構成されている。
【００３５】
図２及び図３に示すように、インクジェットヘッド１は、共通インク室１１と複数の圧力室用凹部１３（図３において図示せず）と複数のノズル１５とが形成されたヘッド本体部１７と、圧力室１９内のインクに圧力を付与する圧電アクチュエータ２１とを備えている。圧力室用凹部１３は、副走査方向Ｙに沿って所定間隔毎に配設されている。配設された圧力室用凹部１３は圧力室用凹部列を構成している。本実施形態に係るインクジェットヘッド１は、２列の圧力室用凹部列を有する。各圧力室用凹部１３は、開口断面（ＸＹ断面）が主走査方向Ｘに細長い略矩形状に形成されている。
【００３６】
ヘッド本体部１７は、ＭｇＯからなる圧力室形成板３５と、ステンレス鋼からなるインク流路形成板３７と、ステンレス鋼からなるノズル板３９とを有する。圧力室形成板３５には圧力室１９が形成されている。圧力室形成板３５の主走査方向Ｘ及び副走査方向Ｙの長さは、圧電アクチュエータ２１、インク流路形成板３７及びノズル板３９の主走査方向Ｘ及び副走査方向Ｙの長さより大きい。
【００３７】
インク流路形成板３７における各圧力室用凹部１３の底部の長手方向の一端（図２の右側端）には共通インク室１１と圧力室１９とをつなぐインク供給口２３が形成され、その他端（図２の左側端）には圧力室１９とノズル１５とをつなぐインク流路２５が形成されている。また、インク流路形成板３７には副走査方向Ｙに延びる共通インク室１１が形成されている。
【００３８】
図４に示すように、共通インク室１１の一端（図４の上端）はインク供給路４１につながっている。インク供給路４１は、圧力室形成板３５及びインク流路形成板３７に亘ってＺ方向に延びるように形成されている。インク供給路４１の一端は共通インク室１１につながり、インク供給路４１の他端（以下、インク供給路４１のインク供給口４１ａという）は後述するインクタンク部４６のインク供給部４６ｂにつながっている。図２及び図３に示すように、ノズル板３９にはノズル１５が形成されている。なお、本発明で言うところのインク流路形成部材は、圧力室形成板３５、インク流路形成板３７、及びノズル板３９によって構成されている。
【００３９】
圧電アクチュエータ２１は、厚さ１〜１０μｍのＣｒからなる共通電極２７、共通電極２７上に形成された厚さ３.０μｍのＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3からなる圧電体２９、及び圧電体２９上に形成された厚さ０.１μｍのＰｔからなる個別電極３３によって構成された圧電アクチュエータ部２２と、個別電極３３上に形成された電気配線接合部４３と、電気配線接合部４３上に形成された電気配線４５と、電気配線４５を介して圧力室形成板３５上に固定され、インクタンク部４６と後述するヘッドブロック部４７とによって構成されたカートリッジ４８と、ヘッドブロック部４７内に架設されたＰＩテープ４９とを有している（図２において、電気配線接合部４３、電気配線４５、カートリッジ４８、及びＰＩテープ４９は図示せず）。共通電極２７は振動板を兼ねている。圧電体２９及び個別電極３３は、ヘッド本体部１７の各圧力室用凹部１３に対応した部分に位置するように設けられている。個別電極３３と電気配線４５とは電気配線接合部４３を介してつながっている。電気配線４５は、各個別電極３３の一端と各個別電極３３のそれぞれに電圧を印加する電圧入力端子部（図示せず）とに接続されている。なお、本発明で言うところの下部電極は共通電極２７によって構成され、上部電極は個別電極３３によって構成され、圧電アクチュエータ本体は圧電アクチュエータ部２２によって構成され、キャップ部材はヘッドブロック部４７によって構成され、固定手段はＰＩテープ４９によって構成されている。
【００４０】
図４及び図５に示すように、圧力室用凹部列の両端（副走査方向Ｙの両端）に位置する圧力室用凹部１３に対応した部分に位置する圧電体２９及び個別電極３３は、圧電体２９の誘電率を検知するために用いられる誘電率検知用圧電アクチュエータ部２２ａ，２２ｂを構成している。この誘電率検知用圧電アクチュエータ部２２ａ，２２ｂは、電気配線（図示せず）を介して誘電率測定装置（図示せず）とつながっている。また、誘電率測定装置によって誘電率検知用圧電アクチュエータ部２２ａ，２２ｂの圧電体２９の誘電率を検知するときに印加される電圧は１Ｖである。なお、圧電体２９の誘電率を検知するときに印加される電圧がインクジェットヘッド１を動作させるときに両電極２７，３３に印加される電圧の最大値の１／１０以下であるならば、絶縁破壊が発生しないことが経験的に知られている。さらに、誘電率検知用圧電アクチュエータ部２２ａ，２２ｂはインクを吐出せず、誘電率検知用圧電アクチュエータ部２２ａ，２２ｂ以外の圧電アクチュエータ部２２がインクを吐出する。なお、本発明で言うところの吐出用圧電アクチュエータ部は誘電率検知用圧電アクチュエータ部２２ａ，２２ｂ以外の圧電アクチュエータ部２２によって構成され、誘電率測定装置は電圧印加手段によって構成されている。
【００４１】
インクタンク部４６は中空略直方体状に形成され、その中空部４６ａにはインクが注入されている。インクタンク部４６は圧力室形成板３５上に着脱自在に固定されている。具体的には、インクタンク部４６の後述するインク供給部４６ｂが圧力室形成板３５上に着脱自在に固定されている。インクタンク部４６の下面部におけるヘッドブロック部４７側には、下方に向かって延びる中空状のインク供給部４６ｂが形成されている。インク供給部４６ｂは、インクタンク部４６が圧力室形成板３５上に固定されているとき、インク供給路４１のインク供給口４１ａの位置に対応するように設けられている。このとき、インクタンク部４６内のインクは、インク供給部４６ｂ及びインク供給路４１を介して共通インク室１１に供給される。なお、本発明で言うところのインク流路は、インク供給路４１及び共通インク室１１によって構成されている。
【００４２】
図３及び図６に示すように、ヘッドブロック部４７の上面部４７ａは略矩形状に形成されている。ヘッドブロック部４７の側面部４７ｃには段差部４７ｄが形成されている。具体的には、ヘッドブロック部４７の段差部４７ｄは側面部４７ｃの上部及び側面部４７ｃの下部のそれぞれに対して直角に折れ曲っている。ヘッドブロック部４７の端部は側面部４７ｃに対して直角に折れ曲がり、つば部４７ｂを構成している。以上より、ヘッドブロック部４７は略ハット状（帽子状）に形成されている。また、ヘッドブロック部４７はステンレス鋼で形成されている。
【００４３】
ヘッドブロック部４７は、略Ｏ状に形成された樹脂製の第１Ｏリング５１、電気配線４５、及び第２Ｏリング５３を介して、ターンファスナーやプッシュリベット等の押さえ冶具５５によって圧力室形成板３５の上面に着脱自在に固定されている。具体的には、ヘッドブロック部４７のつば部４７ｂの四隅と圧力室形成板３５の上面における四隅とが、４つの押さえ冶具５５によって固定されている。なお、押さえ冶具５５の下端は、ノズル板３９の下面より上側に位置する。
【００４４】
ヘッドブロック部４７内には密閉空間５７が形成されている。そして、この密閉空間５７内に圧電アクチュエータ部２２が封入されている。また、ヘッドブロック部４７は圧電アクチュエータ部２２に接触しない。さらに、図４に示すように、ヘッド本体部１７におけるインク供給路４１のインク供給口４１ａ以外の領域（以下、ヘッドブロック領域という）上にヘッドブロック部４７が設けられている。一方、ヘッド本体部１７におけるインク供給路４１のインク供給口４１ａが形成された領域（以下、インクタンク領域という）上にインクタンク部４６が設けられている。なお、図４において、インクタンク部４６及びヘッドブロック部４７の図示は省略されている。
【００４５】
図５及び図６に示すように、インクタンク部４６におけるヘッドブロック部４７側の側面と、ヘッドブロック部４７におけるインクタンク部４６側の側面とは一体に形成されている。つまり、インクタンク部４６とヘッドブロック部４７とは一体に形成されている。インクタンク部４６とヘッドブロック部４７とはカートリッジ４８を構成している。カートリッジ４８は圧力室形成板３５上に着脱自在に固定されている。
【００４６】
また、上述したようにヘッドブロック部４７はステンレス鋼で形成されており、ヘッドブロック部４７の内面における水蒸気透過度は７.０ｇ／ｍ2・２４ｈｒ・ａｔｍ以下である。ここで、水蒸気透過度とは一般的に、単位面積のヘッドブロック部４７を通過する水蒸気の量を示したものである。また、ヘッドブロック部４７の内面とは、ヘッドブロック部４７における密閉空間５７に触れる面である。本実施形態においては、特に水蒸気透過度を、内面の表面積が１ｍ2のヘッドブロック部４７において、１気圧の環境下で２４時間あたりに上記ヘッドブロック部４７を通過する水蒸気の量と定義する。なお、ここでは、ヘッドブロック部４７の厚みは考慮に入れていない。また、ヘッドブロック部４７内は防湿加工がなされている。具体的には、ヘッドブロック部４７内には、密閉空間５７外から密閉空間５７内への水蒸気の侵入を防ぐ保護層５４が設けられている。
【００４７】
図３及び図５に示すように、ＰＩテープ４９は樹脂材で形成された接着テープであり、圧電アクチュエータ部２２に接触しないようにヘッドブロック部４７の段差部４７ｄに架設されている。また、ＰＩテープ４９はヘッドブロック部４７の段差部４７ｄに貼り付けられている。そして、ＰＩテープ４９によって密閉空間５７は２つに区画されている。区画された密閉空間５７のうち、ヘッドブロック部４７側の密閉空間（図３及び図５における上側の密閉空間）が第１密閉空間５７ａを構成し、圧電アクチュエータ部２２側の密閉空間（図３及び図５における下側の密閉空間）が第２密閉空間５７ｂを構成している。第１密閉空間５７ａ内には吸湿剤５２が封入されている。吸湿剤５２は、２５℃、１ａｔｍ、及び相対湿度が８０％の環境下において吸湿性能を示す吸湿率が５ｗｔ％以上である。本実施形態では、吸湿剤５２は粒状のシリカゲルで構成され、ＰＩテープ４９によって固定されている。また、ＰＩテープ４９には、第１密閉空間５７ａと第２密閉空間５７ｂとを連通させる１又は２以上の貫通孔５０が形成されている。貫通孔５０の口径は吸湿剤５２の直径より小さい。なお、本発明で言うところの吸湿手段は吸湿剤５２によって構成されている。
【００４８】
また、ＰＩテープ４９はヘッドブロック部４７から取り外すことが可能である。さらに、カートリッジ４８を圧力室形成板３５から取り外し、さらに、ＰＩテープ４９をヘッドブロック部４７内から取り外したとき、第１密閉空間５７ａ内の吸湿剤５２を新しい吸湿剤５２に交換することができる。
【００４９】
圧電アクチュエータ部２２近傍には重量センサ（図示せず）が設けられている。重量センサは吸湿剤５２の重さを検知するものである。重量センサによって検知された吸湿剤５２の重さの値は、表示装置（図示せず）に表示される。そして、重量センサによって検知された吸湿剤５２の重さが所定値以上になったとき、例えば、吸湿剤５２の水分吸湿量が２０ｗｔ％以上になったとき、吸湿剤５２の交換を促す警告が発せられる。ここで、水分吸湿量とは、水分吸湿量＝（吸湿後の吸湿剤５２の重さ−吸湿前の吸湿剤５２の重さ）／吸湿前の吸湿剤５２の重さで示されるものである。また、重量センサの大きさ及び設置位置は、圧電アクチュエータ部２２の動作を妨げない限り、特に限定されない。なお、本発明で言うところの重量検知手段及び重量警告手段は、重量センサによって構成されている。
【００５０】
また、圧電アクチュエータ部２２近傍には誘電率センサ（図示せず）が設けられている。誘電率センサは圧電体２９の誘電率の変化を検知するものである。誘電率センサによって検知された圧電体２９の誘電率の変化の値は、表示装置（図示せず）に表示される。誘電率センサによって圧電体２９の誘電率の低下が検知されたとき、吸湿剤５２の交換を促す警告が発せられる。また、誘電率センサの大きさ及び設置位置は、圧電アクチュエータ部２２の動作を妨げない限り、特に限定されない。なお、本発明で言うところの誘電率変化検知手段及び誘電率警告手段は、誘電率センサによって構成されている。
【００５１】
（インクジェットヘッドの動作方法）
ここで、本実施形態に係るインクジェットヘッド１の動作方法を説明する。まず、共通電極２７と個別電極３３とに電圧が印加される。このとき、印加される電圧の最大値は３５Ｖである。両電極２７，３３に電圧が印加されたことにより、圧電体２９が伸縮する。その伸縮が振動板を兼ねる共通電極２７に拘束されることにより、圧電アクチュエータ部２２は積層方向にたわみ変形する。そのたわみ変形により圧力室１９内の容積が変化し、圧力室１９内のインクがインク流路２５を介してノズル１５から吐出される。
【００５２】
（絶縁破壊発生率の評価方法）
本実験では、後述の絶縁破壊発生率の評価を行うために、ヘッド本体部１７と、共通電極２７、圧電体２９、及び個別電極３３とを順に積層した圧電アクチュエータ部２２と、ヘッド本体部１７上に固定されたカートリッジ４８と、ヘッドブロック部４７内の密閉空間５７に封入された吸湿剤５２とを有する複数のインクジェットヘッド１を試供品として用意した。このインクジェットヘッド１は４００ピンのノズル１５と圧電アクチュエータ部２２とで構成されている。また、これらのインクジェットヘッド１は、密閉空間５７の体積が１.９６×１０-6ｍ3、２.９３×１０-5ｍ3、及び３.７２×１０-5ｍ3の三種類のものが用意されている。そして、各インクジェットヘッド１を６０℃且つ１気圧の環境下に置き、それぞれのインクジェットヘッド１における密閉空間５７内の相対湿度を異なる値とした。それから、各インクジェットヘッド１の共通電極２７と個別電極３３との間に３５Ｖの直流電圧を１５０時間印加し、絶縁破壊が発生したことによって両電極２７，３３又は圧電体２９が欠落したピンの個数を計測した。そして、全ピンに対する上記ピンの数の割合を算出し、それを絶縁破壊発生率とした。
【００５３】
上記計測の結果、図７に示すように、密閉空間５７内の相対湿度が０％以上且つ２０％以下であるとき、絶縁破壊発生率が０％となることが明らかとなった。また、密閉空間５７内の相対湿度が２０％以上且つ４０％以下であるとき、絶縁破壊発生率が略０％となることが明らかとなった。
【００５４】
なお、上記計測は６０℃の環境下において行われているが、６０℃以外の他の温度環境下においても、密閉空間５７内の相対湿度が０％以上且つ２０％以下であるならば、絶縁破壊発生率が０％となる。また、１ｍ3の密閉空間５７において、６０℃且つ１気圧のときの飽和水蒸気量は約１３０ｇである。ここで、密閉空間５７内の相対湿度が２０％である場合、密閉空間５７内に存在する水蒸気の量は１３０×０.２０＝２６ｇである。よって、６０℃且つ１気圧の環境下における１ｍ3の密閉空間５７内に存在する水蒸気量が２６ｇ以下となっていれば、絶縁破壊発生率が０％となる。
【００５５】
また、吸湿剤５２の水分吸湿量と絶縁破壊発生率との関係を調査するために、上記計測とは別に、各インクジェットヘッド１の共通電極２７と個別電極３３との間に３５Ｖの直流電圧を１５０時間印加し、上述の絶縁破壊発生率を算出した。
【００５６】
上記計測の結果、図８に示すように、吸湿剤５２の水分吸湿量が０ｗｔ％以上且つ２０ｗｔ％以下であるとき、絶縁破壊発生率が０％となることが明らかとなった。
【００５７】
また、上記計測とは別に、カートリッジ４８のヘッドブロック部４７の内面における水蒸気透過度が異なる複数のインクジェットヘッド１を用意した。そして、相対湿度が８０％且つ温度が６０℃の高温多湿の環境下において、各インクジェットヘッド１の共通電極２７と個別電極３３との間に３５Ｖの直流電圧を１５０時間印加し、上述の絶縁破壊発生率を算出した。
【００５８】
上記計測の結果、図９に示すように、ヘッドブロック部４７の内面における水蒸気透過度が７.０ｇ／ｍ2・２４ｈｒ・ａｔｍ以下であるとき、絶縁破壊発生率が０％となることが明らかとなった。
【００５９】
（インクジェットヘッドの製造方法）
次に、図１０及び図１１を参照しながら、インクジェットヘッド１の製造方法について説明する。
【００６０】
まず、図１０（ａ）に示すように、圧力室形成板３５上に共通電極２７を形成する。
【００６１】
次に、図１０（ｂ）に示すように、共通電極２７上に、スパッタリングや蒸着等により圧電体２９を形成する。なお、この際、圧電体２９内に欠陥部６３が、又は、共通電極２７内及び圧電体２９内を連続した欠陥部６５，６７が形成される場合がある。欠陥部６３，６５は、圧力室形成板３５上に圧電体２９をスパッタリングする際に付着した異物を原因として発生するピンホールである。また、欠陥部６７は、圧力室形成板３５上に付着した異物６９を原因とした圧電体２９の異常成長により生じた隙間６７である。隙間６７やピンホール６３，６５の開口径は０.１〜１０μｍである。
【００６２】
次に、図１０（ｃ）に示すように、圧電体２９上にスパッタリングや蒸着等により上部電極３１を形成する。次に、上部電極３１及び圧電体２９を個別化することにより、個別電極３３を形成するとともに、個別電極３３以外の部分に位置する圧電体２９を除去する。ここで、個別化は、エッチング等により実施する。
【００６３】
次に、上述の工程を完了したインクジェットヘッド１、すなわち、ヘッドブロック部４７が装着される前のインクジェットヘッド１に対して除湿処理を行う。具体的には、上記インクジェットヘッド１に対して１００〜１５０℃で加熱する処理と真空中で排気される処理とがなされる。
【００６４】
次に、図１０（ｄ）に示すように、圧力室形成板３５を加工することにより、圧力室１９を形成する。なお、圧力室形成板３５を加工し圧力室１９を形成する際における共通電極２７の損傷を防ぐために、圧力室形成板３５と共通電極２７との間にストッパー層（図示せず）を設けても良い。
【００６５】
次に、図１０（ｅ）に示すように、インク流路２５等が形成されたインク流路形成板３７及びノズル１５が形成されたノズル板３９が予め一体となったものを圧力室形成板３５上に設ける。その後、個別電極３３上に電気配線接合部４３と電気配線４５とを順に形成する（図示せず）。
【００６６】
次に、図１１（ａ）に示すように、上記インクジェットヘッド１とは別に用意されたカートリッジ４８のヘッドブロック部４７内に吸湿剤５２を入れる。その後、吸湿剤５２を封入するため、ヘッドブロック部４７内にＰＩテープ４９を貼り付ける。
【００６７】
最後に、図１１（ｂ）に示すように、上記インクジェットヘッド１の圧力室形成板３５とカートリッジ４８とを固定する（第１Ｏリング５１、第２Ｏリング５３、及び押さえ冶具５５は図示せず）。これにより、インクジェットヘッド１の製造が完了する。
【００６８】
製造完了後のインクジェットヘッド１は、実際に動作させるまでの間、密閉空間５７内の所定量の水分を吸湿剤５２が吸湿するまで、湿度の低い環境下に一定期間放置される。
【００６９】
以上の工程を経ることにより、インクジェットヘッド１の密閉空間５７内の相対湿度は０％以上且つ２０％以下とし、吸湿剤５２の水分吸湿量は０ｗｔ％以上且つ２０ｗｔ％以下とした。
【００７０】
本実施形態によれば、カートリッジ４８のヘッドブロック部４７が圧力室形成板３５上に着脱自在に固定され、ＰＩテープ４９がヘッドブロック部４７から取り外すことが可能であるため、密閉空間５７内の水分を吸湿することにより吸湿剤５２の吸湿性が低下した場合、カートリッジ４８を圧力室形成板３５から取り外し、ＰＩテープ４９をヘッドブロック部４７から取り外すことにより、第１密閉空間５７ａ内の吸湿剤５２を新しい吸湿剤５２に交換することができる。ゆえに、密閉空間５７内の湿度を低く保つことができる。したがって、湿気を原因とする絶縁破壊の発生を防ぐことができる。
【００７１】
また、吸湿剤５２がＰＩテープ４９によって固定されているため、吸湿剤５２を新しい吸湿剤５２に交換するためヘッドブロック部４７を取り外したときに、吸湿剤５２が散乱することはない。したがって、吸湿剤５２を新しい吸湿剤５２に効率良く交換することができる。
【００７２】
また、ＰＩテープ４９が接着テープであるため、ヘッドブロック部４７内に容易に貼付することができる。したがって、吸湿剤５２を容易に固定することができる。
【００７３】
また、重量センサが吸湿剤５２の重さを検知するため、吸湿剤５２の現在の重さ、すなわち、吸湿した水分の重さを含んだ吸湿剤５２の重さを知ることができる。よって、上記重さを基に現在の吸湿剤５２の吸湿能力を知ることができる。したがって、吸湿剤５２の交換が必要か否かを判断することができる。
【００７４】
また、吸湿剤５２の水分吸湿量が２０ｗｔ％以上になったときに重量センサが吸湿剤５２の交換を促す警告を発するため、吸湿剤５２の交換の必要性を容易に知ることができる。よって、上記警告に従って吸湿剤５２の交換を行うと、吸湿性が低下した吸湿剤５２が密閉空間５７内に放置されることを防ぐことができる。したがって、吸湿性が低下した吸湿剤５２の放置を防ぎ、且つ、新しい吸湿剤５２を密閉空間５７内に設けることにより密閉空間５７内の湿度を低く保つことができ、それにより、湿気を原因とする絶縁破壊の発生を効果的に防ぐことができる。
【００７５】
ところで、圧電体２９内に隙間６７やピンホール６３，６５が生じている場合、吸湿剤５２の吸湿性が低下して密閉空間５７内の湿度が高くなったときに、上記隙間６７やピンホール６３，６５に水分が浸入するおそれがある。それにより、上記隙間６７やピンホール６３，６５に浸入した水分によって圧電体２９の誘電率は低下する。ここで、本実施形態によれば、誘電率センサが圧電体２９の誘電率の変化を検知するため、圧電体２９の誘電率の低下を検知することができる。したがって、上記低下を基に密閉空間５７内の湿度が高くなっていることを知ることができる。また、密閉空間５７内の湿度が高くなっていることから、吸湿剤５２の吸湿性が低下していることを知ることができ、吸湿剤５２の交換が必要か否かを判断することができる。
【００７６】
また、圧電体２９の誘電率の低下が検知されたときに誘電率センサが吸湿剤５２の交換を促す警告を発するため、吸湿剤５２の交換の必要性を容易に知ることができる。よって、上記警告に従って吸湿剤５２の交換を行うと、吸湿性が低下した吸湿剤５２が密閉空間５７内に放置されることを防ぐことができる。したがって、吸湿性が低下した吸湿剤５２の放置を防ぎ、且つ、新しい吸湿剤５２を密閉空間５７内に設けることにより密閉空間５７内の湿度を低く保つことができ、それにより、湿気を原因とする絶縁破壊の発生を効果的に防ぐことができる。
【００７７】
ところで、圧電体２９内に隙間６７やピンホール６３，６５が生じている場合、密閉空間５７内の湿度が高くなったときに、上記隙間６７やピンホール６３，６５に水分が浸入するおそれがある。このとき、両電極２７，３３に高い電圧を印加すると、絶縁破壊が発生する。ここで、本実施形態によれば、誘電率測定装置によって圧電体２９の誘電率を検知するときに印加される電圧は１Ｖであり、これはインクジェットヘッド１を動作させるときに両電極２７，３３に印加される電圧の最大値３５Ｖの１／１０以下である。したがって、圧電体２９の誘電率の検知時における絶縁破壊の発生をより確実に防ぐことができる。
【００７８】
また、圧電体２９の誘電率の検知に用いられる誘電率検知用圧電アクチュエータ部２２ａ，２２ｂを圧電アクチュエータ部２２が有するため、圧電体２９の誘電率の検知時に誘電率検知用圧電アクチュエータ部２２ａ，２２ｂに絶縁破壊が発生したとしても、誘電率検知用圧電アクチュエータ部２２ａ，２２ｂ以外の圧電アクチュエータ部２２には何ら支障はない。したがって、圧電体２９の誘電率の検知によるインクを吐出する圧電アクチュエータ部２２の絶縁破壊を防ぐことができる。
【００７９】
また、インクタンク部４６とヘッドブロック部４７とが一体に形成されているため、インクの消費に伴うインクタンク部４６の交換に併せて、ＰＩテープ４９をヘッドブロック部４７から取り外すことによってヘッドブロック部４７内の第１密閉空間５７ａ内に封入された吸湿剤５２の交換を行うことができる。
【００８０】
なお、本実施形態によれば、第１Ｏリング５１、電気配線４５、及び第２Ｏリング５３を介して、ヘッドブロック部４７が押さえ冶具５５によって圧力室形成板３５の上面に着脱自在に固定されているが、押さえ冶具５５の代わりにピンあるいはネジ等を用いても良い。さらに、押さえ冶具５５の代わりに止め冶具、はさみ冶具、あるいは、接着材等によって着脱自在に固定されても良い。
【００８１】
また、本実施形態によれば、ヘッドブロック部４７が押さえ冶具５５によって圧力室形成板３５の上面に着脱自在に固定されているが、これに限らない。例えば、図１２に示すように、個別電極３３上に形成された電気配線４５上に接着材５９により着脱自在に固定されても良い。また、図１３に示すように、はさみ冶具６１によってインク流路形成板３７の上面に着脱自在に固定されても良い。このとき、インク流路形成板３７の主走査方向Ｘ及び副走査方向Ｙの長さは、圧電アクチュエータ２１、圧力室形成板３５、及びノズル板３９の主走査方向Ｘ及び副走査方向Ｙの長さより大きい。さらに、図１４に示すように、ヘッドブロック部４７はノズル板３９の上面に着脱自在に固定されても良い。
【００８２】
また、本実施形態によれば、ヘッドブロック部４７がステンレス鋼で形成されているが、樹脂材で形成されても良い。このとき、樹脂材は１ｍｍ以上の厚さを有することが好ましい。
【００８３】
また、本実施形態によれば、ヘッドブロック部４７が略ハット状に形成されているが、圧電アクチュエータ部２２の個別電極３３側の面を内包できる限り如何なる形状であっても良い。
【００８４】
また、本実施形態によれば、吸湿剤５２として粒状のシリカゲルが用いられているが、シート状のシリカゲルであっても良い。さらに、シリカゲル以外の吸湿材、例えば、アルミナゲル、塩化カルシウム等であっても良い。
【００８５】
また、本実施形態によれば、ヘッドブロック部４７内に樹脂製のＰＩテープ４９が貼付されているが、ＰＩテープ４９以外の他の樹脂材が貼付されても良い。さらに、ヘッドブロック部４７内に金属等が架設されても良い。このとき、ヘッドブロック部４７内に金属等を固定するためにターンファスナーやプッシュリベット等が用いられる。
【００８６】
また、本実施形態によれば、共通電極２７が振動板を兼ねているが、振動板が別途設けられても良い。このとき、振動板は圧力室形成板３５上又は個別電極３３上等に形成される。
【００８７】
また、本実施形態によれば、圧力室形成板３５上に共通電極２７が形成されているが、圧力室形成板３５上に個別電極３３が形成されても良い。このとき、共通電極２７は圧電体２９上に形成される。
【００８８】
また、共通電極２７、圧電体２９、個別電極３３、圧力室形成板３５、インク流路形成板３７、及びノズル板３９等は、本実施形態と異なる材料や厚みのものを使用しても良い。
【００８９】
また、本実施形態によれば、上述のようなインクジェットヘッド１の形成方法が採用されているが、他の形成方法、例えば、いわゆる転写工法で形成されても良い。転写工法を用いたインクジェットヘッド１の製造方法を以下に簡単に説明する。まず、ＭｇＯ基板上に個別電極、圧電体、振動板の順に積層する。このとき、振動板は共通電極を兼ねても、あるいは、共通電極を別途設けても良い。次に、振動板上に圧力室が形成された基板を接着する。最後に、ＭｇＯ基板を除去する。
【００９０】
また、本実施形態によれば、製造完了後のインクジェットヘッド１を実際に動作させるまでの間、湿度の低い環境下に一定期間放置されているが、上記インクジェットヘッド１に対して真空中で排気される処理がなされても良い。
【００９１】
また、本実施形態によれば、ＰＩテープ４９には１又は２以上の貫通孔５０が形成されているが、貫通孔がなくても良い。
【００９２】
また、本実施形態に係るインクジェットヘッド１は２列の圧力室用凹部列を有するが、１列又は３列以上であっても良い。また、圧力室用凹部列を構成する圧力室用凹部１３は任意の値をとって良い。
【００９３】
また、本実施形態によれば、インクタンク部４６とヘッドブロック部４７とは一体に形成されているが、インクタンク部４６とヘッドブロック部４７とがそれぞれ別途設けられても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るインクジェット式記録装置の概略構成図である。
【図２】実施形態に係るインクジェットヘッドの一部を破断して示す斜視図である。
【図３】実施形態に係るインクジェットヘッドの断面図である。
【図４】実施形態に係るインクジェットヘッドの平面図である。
【図５】実施形態に係るインクジェットヘッドの断面図である。
【図６】実施形態に係るインクジェットヘッドの概略平面図である。
【図７】実施形態に係る密閉空間内の相対湿度と絶縁破壊発生率との関係を示す図である。
【図８】実施形態に係る吸湿剤の水分吸湿量と絶縁破壊発生率との関係を示す図である。
【図９】実施形態に係るヘッドブロック部の内面における水蒸気透過度と絶縁破壊発生率との関係を示す図である。
【図１０】（ａ）〜（ｅ）は、実施形態に係るインクジェットヘッドの製造工程図の一部である。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）は、実施形態に係るインクジェットヘッドの製造工程図の一部である。
【図１２】実施形態に係るインクジェットヘッドの一部の断面図である。
【図１３】実施形態に係るインクジェットヘッドの断面図である。
【図１４】実施形態に係るインクジェットヘッドの断面図である。
【符号の説明】
２７ 共通電極（下部電極）
２９ 圧電体
３３ 個別電極（上部電極）
３５ 圧力室形成板（インク流路形成部材）
３７ インク流路形成板（インク流路形成部材）
３９ ノズル板（インク流路形成部材）
４５ 電気配線
４７ ヘッドブロック部（キャップ部材）
４９ ＰＩテープ（固定手段）
５５ 押さえ冶具
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電アクチュエータ及びこれを備えたインクジェットヘッド並びにインクジェット式記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、圧電体の圧電効果を利用して記録を行うインクジェットヘッドが知られている。
【０００３】
この種のインクジェットヘッドは、共通電極と圧電体と個別電極とが順に積層されてなる圧電アクチュエータと、圧力室が形成されたインク流路基板とを有している。圧電アクチュエータの一方の面には振動板が設けられている。この振動板はインク流路形成基板上に接着材で接着されている。そして、インクを吐出する際には、共通電極と個別電極とに電圧が印加され、それにより圧電体が伸縮する。その伸縮が振動板に拘束されることにより、圧電アクチュエータは積層方向にたわみ変形する。そのたわみ変形により圧力室内の容積が変化し、圧力室内のインクがノズルから吐出される。
【０００４】
ところで、圧電体は絶縁材料によって形成されているので、インクジェットヘッドを湿度の高い環境に置くことは好ましくない。それは以下の理由による。通常、圧電体はスパッタリング等の成膜技術を用いて作成されるが、その際に、圧電体内に隙間やピンホールが発生する場合がある。隙間はインク流路基板上に付着した異物を原因とした圧電体の異常成長により生じやすく、ピンホールはインク流路形成基板上に圧電体をスパッタリングする際に発生しやすい。そして、これらの隙間やピンホールに水分が浸入すると、両電極間に電圧を印加した際のリーク電流が増加し、それにより、絶縁破壊が生じるおそれがある。
【０００５】
そこで、上述の弊害を取り除くため、特開平１１−２３５８２３号公報に示されるように、インク流路形成基板上に圧電体を内包するキャップが接合されるとともに、キャップ部材内の空間の湿度が所定値以上になったことを検知するセンサが設けられたインクジェットヘッドが提案されている。インク流路形成基板上にキャップが接合されることにより、上記空間に水蒸気が侵入することを防ぐことができる。その結果、圧電体の上記隙間やピンホールに水蒸気が浸入することを防止することができ、湿気を原因とする絶縁破壊の発生を防ぐことが期待できる。また、何らかの不具合で上記空間に水蒸気が侵入したとしても、上記空間の湿度が所定値以上になったことをセンサが検知するため、上記空間の湿度が高くなっていることを知ることができる。上記空間の湿度が所定値以上になったときには、絶縁破壊を招くおそれが大きいため、新たなインクジェットヘッドと交換すれば良い。これにより、記録装置の信頼性を向上させることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、インクを吐出する機能に何ら不具合が発生していないにも拘らず、新たなインクジェットヘッドと交換することは、経済性及び資源の節約の観点から好ましくない。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、圧電アクチュエータにおける湿気を原因とする絶縁破壊の発生を防ぐとともに、圧電アクチュエータの経済的利用の促進を図ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る圧電アクチュエータは、下部電極と、該下部電極上に形成された圧電体と、該圧電体上に形成され、上記下部電極とともに上記圧電体に電圧を印加する上部電極とを有する圧電アクチュエータ本体と、少なくとも上記圧電アクチュエータ本体の上部電極側の面を内包し、着脱自在に構成されているキャップ部材と、上記圧電アクチュエータ本体と上記キャップ部材との間の密閉空間内に設けられ、吸湿性を有するとともに上記キャップ部材を取り外したときに他の吸湿手段と取り替え可能に構成されている吸湿手段とを備えるものである。
【０００９】
これにより、キャップ部材を取り外したときに吸湿手段は他の吸湿手段と取り替え可能に構成されているため、密閉空間内の水分を吸湿することにより吸湿手段の吸湿性が低下した場合、キャップ部材を取り外すことによって上記吸湿手段を新しい吸湿手段に交換することができる。ゆえに、密閉空間内の湿度を低く保つことができる。したがって、本発明によれば、湿気を原因とする絶縁破壊の発生を防ぐことができる。また、圧電アクチュエータの経済的利用の促進を図ることができる。
【００１０】
本発明に係る圧電アクチュエータは更に、上記キャップ部材内に設けられ、上記吸湿手段を取り外し可能に固定する固定手段を備えているものである。
【００１１】
これにより、吸湿手段が固定手段に固定されているため、上記吸湿手段を新しい吸湿手段に交換するためキャップ部材を取り外したときに、上記吸湿手段が散乱することはない。したがって、本発明によれば、上記吸湿手段を新しい吸湿手段に効率良く交換することができる。
【００１２】
本発明に係る圧電アクチュエータは更に、固定手段が接着テープによって構成されているものである。
【００１３】
これにより、固定手段をキャップ部材内に容易に貼付することができる。したがって、本発明によれば、吸湿手段を容易に固定することができる。
【００１４】
本発明に係る圧電アクチュエータは更に、吸湿手段の重さを検知する重量検知手段を備えるものである。
【００１５】
これにより、重量検知手段が吸湿手段の重さを検知するため、吸湿手段の現在の重さ、すなわち、吸湿した水分の重さを含んだ吸湿手段の重さを知ることができる。よって、上記重さを基に現在の吸湿手段の吸湿能力を知ることができる。したがって、本発明によれば、吸湿手段の交換が必要か否かを判断することができる。
【００１６】
本発明に係る圧電アクチュエータは更に、重量検知手段によって検知された上記吸湿手段の重さが所定値以上になったか否かを判定し、上記吸湿手段の重さが所定値以上になったと判定したときに警告を発する重量警告手段を備えるものである。
【００１７】
これにより、重量警告手段が吸湿手段の重さが所定値以上になったと判定したときに警告を発するため、吸湿手段の交換の必要性を容易に知ることができる。よって、上記警告に従って吸湿手段の交換を行うと、吸湿性が低下した吸湿手段が密閉空間内に放置されることを防ぐことができる。したがって、本発明によれば、吸湿性が低下した吸湿手段の放置を防ぎ、且つ、新しい吸湿手段を密閉空間内に設けることにより密閉空間内の湿度を低く保つことができ、それにより、湿気を原因とする絶縁破壊の発生を効果的に防ぐことができる。
【００１８】
本発明に係る圧電アクチュエータは更に、圧電体の誘電率の変化を検知する誘電率変化検知手段を備えるものである。
【００１９】
ところで、圧電体内に隙間やピンホールが生じている場合、吸湿手段の吸湿性が低下して密閉空間内の湿度が高くなったときに、上記隙間やピンホールに水分が浸入するおそれがある。それにより、上記隙間やピンホールに浸入した水分によって圧電体の誘電率は低下する。
【００２０】
ここで、本発明によれば、誘電率変化検知手段が圧電体の誘電率の変化を検知するため、圧電体の誘電率の低下を検知することができる。したがって、本発明によれば、上記変化を基に密閉空間内の湿度が高くなっていることを知ることができる。また、密閉空間内の湿度が高くなっていることから、吸湿手段の吸湿性が低下していることを知ることができ、吸湿手段の交換が必要か否かを判断することができる。
【００２１】
本発明に係る圧電アクチュエータは更に、誘電率変化検知手段によって上記圧電体の誘電率の低下が検知されたときに警告を発する誘電率警告手段を備えるものである。
【００２２】
これにより、誘電率変化検知手段によって圧電体の誘電率の低下が検知されたときに誘電率警告手段が警告を発するため、吸湿手段の交換の必要性を容易に知ることができる。したがって、本発明によれば、上記警告に従って吸湿手段の交換を行うと、吸湿性が低下した吸湿手段が密閉空間内に放置されることを防ぐことができる。
【００２３】
本発明に係る圧電アクチュエータは更に、上記圧電体に電圧を印加する電圧印加手段を備え、圧電体の誘電率を検知するときに上記電圧印加手段によって印加される電圧が、上記圧電アクチュエータ本体の動作時に印加される最大電圧の１／１０以下であるものである。
【００２４】
ところで、圧電体内に隙間やピンホールが生じている場合、密閉空間内の湿度が高くなったときに、上記隙間やピンホールに水分が浸入するおそれがある。このとき、圧電アクチュエータ本体に高い電圧を印加すると、絶縁破壊が発生する。
【００２５】
ここで、本発明によれば、電圧印加手段によって印加される電圧が圧電アクチュエータ本体の動作時に印加される最大電圧の１／１０以下であるため、圧電体の誘電率の検知時における絶縁破壊の発生をより確実に防ぐことができる。
【００２６】
本発明に係る圧電アクチュエータは更に、圧電アクチュエータ本体が、インクの吐出に使用される吐出用圧電アクチュエータ部と、該吐出用圧電アクチュエータ部と分離され、上記圧電体の誘電率の検知に使用される検知用圧電アクチュエータ部とを有するものである。
【００２７】
これにより、圧電体の誘電率の検知に使用される検知用圧電アクチュエータ部を圧電アクチュエータ本体が有するため、圧電体の誘電率の検知時に検知用圧電アクチュエータ部に絶縁破壊が発生したとしても、吐出用圧電アクチュエータ部には何ら支障はない。したがって、本発明によれば、圧電体の誘電率の検知による吐出用圧電アクチュエータ部の絶縁破壊を防ぐことができる。
【００２８】
本発明に係るインクジェットヘッドは、上述の圧電アクチュエータのいずれか１つを備えるものである。
【００２９】
本発明に係るインクジェットヘッドは更に、上記下部電極の下面上に形成され、内部にインクの流路が形成されたインク流路形成部材と、該インク流路形成部材の表面上に設けられ、上記インク流路に供給されるインクを収容するとともに交換可能に構成されたインクタンクとを備え、キャップ部材とインクタンクとが一体に形成されているものである。
【００３０】
これにより、キャップ部材とインクタンクとが一体に形成されているため、インクタンクの交換に伴いキャップ部材が取り外される。よって、このとき、併せて吸湿手段の交換を行うことができる。したがって、本発明によれば、インクタンクの交換と同時に吸湿手段の交換を行うことができる。
【００３１】
本発明に係るインクジェット式記録装置は更に、上述のインクジェットヘッドのいずれか１つを備えるものである。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、少なくとも圧電アクチュエータ本体の上部電極側の面を内包し、着脱自在に構成されているキャップ部材と、上記圧電アクチュエータ本体と上記キャップ部材との間の密閉空間内に設けられ、吸湿性を有するとともに上記キャップ部材を取り外したときに他の吸湿手段と取り替え可能に構成された吸湿手段とを圧電アクチュエータが備えているため、密閉空間内の水分を吸湿することにより吸湿手段の吸湿性が低下した場合、キャップ部材を取り外すことによって上記吸湿手段を新しい吸湿手段に交換することができる。したがって、密閉空間内の湿度を低く保つことができ、湿気を原因とする絶縁破壊の発生を防ぐことができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１に示すように、本実施形態に係るインクジェットヘッド１は、インクジェット式記録装置としてのインクジェットプリンタ３に組み込まれ、吐出したインク滴を紙等の記録媒体５に着弾させて記録を行うものである。
【００３４】
インクジェットヘッド１は、キャリッジ軸７に沿って往復移動するキャリッジ９に搭載され、キャリッジ９とともに主走査方向Ｘに往復運動を行う。ローラ１０は、キャリッジ９が主走査方向Ｘに一走査分移動するごとに、記録媒体５を副走査方向Ｙに搬送するように構成されている。
【００３５】
図２及び図３に示すように、インクジェットヘッド１は、共通インク室１１と複数の圧力室用凹部１３（図３において図示せず）と複数のノズル１５とが形成されたヘッド本体部１７と、圧力室１９内のインクに圧力を付与する圧電アクチュエータ２１とを備えている。圧力室用凹部１３は、副走査方向Ｙに沿って所定間隔毎に配設されている。配設された圧力室用凹部１３は圧力室用凹部列を構成している。本実施形態に係るインクジェットヘッド１は、２列の圧力室用凹部列を有する。各圧力室用凹部１３は、開口断面（ＸＹ断面）が主走査方向Ｘに細長い略矩形状に形成されている。
【００３６】
ヘッド本体部１７は、ＭｇＯからなる圧力室形成板３５と、ステンレス鋼からなるインク流路形成板３７と、ステンレス鋼からなるノズル板３９とを有する。圧力室形成板３５には圧力室１９が形成されている。圧力室形成板３５の主走査方向Ｘ及び副走査方向Ｙの長さは、圧電アクチュエータ２１、インク流路形成板３７及びノズル板３９の主走査方向Ｘ及び副走査方向Ｙの長さより大きい。
【００３７】
インク流路形成板３７における各圧力室用凹部１３の底部の長手方向の一端（図２の右側端）には共通インク室１１と圧力室１９とをつなぐインク供給口２３が形成され、その他端（図２の左側端）には圧力室１９とノズル１５とをつなぐインク流路２５が形成されている。また、インク流路形成板３７には副走査方向Ｙに延びる共通インク室１１が形成されている。
【００３８】
図４に示すように、共通インク室１１の一端（図４の上端）はインク供給路４１につながっている。インク供給路４１は、圧力室形成板３５及びインク流路形成板３７に亘ってＺ方向に延びるように形成されている。インク供給路４１の一端は共通インク室１１につながり、インク供給路４１の他端（以下、インク供給路４１のインク供給口４１ａという）は後述するインクタンク部４６のインク供給部４６ｂにつながっている。図２及び図３に示すように、ノズル板３９にはノズル１５が形成されている。なお、本発明で言うところのインク流路形成部材は、圧力室形成板３５、インク流路形成板３７、及びノズル板３９によって構成されている。
【００３９】
圧電アクチュエータ２１は、厚さ１〜１０μｍのＣｒからなる共通電極２７、共通電極２７上に形成された厚さ３.０μｍのＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3からなる圧電体２９、及び圧電体２９上に形成された厚さ０.１μｍのＰｔからなる個別電極３３によって構成された圧電アクチュエータ部２２と、個別電極３３上に形成された電気配線接合部４３と、電気配線接合部４３上に形成された電気配線４５と、電気配線４５を介して圧力室形成板３５上に固定され、インクタンク部４６と後述するヘッドブロック部４７とによって構成されたカートリッジ４８と、ヘッドブロック部４７内に架設されたＰＩテープ４９とを有している（図２において、電気配線接合部４３、電気配線４５、カートリッジ４８、及びＰＩテープ４９は図示せず）。共通電極２７は振動板を兼ねている。圧電体２９及び個別電極３３は、ヘッド本体部１７の各圧力室用凹部１３に対応した部分に位置するように設けられている。個別電極３３と電気配線４５とは電気配線接合部４３を介してつながっている。電気配線４５は、各個別電極３３の一端と各個別電極３３のそれぞれに電圧を印加する電圧入力端子部（図示せず）とに接続されている。なお、本発明で言うところの下部電極は共通電極２７によって構成され、上部電極は個別電極３３によって構成され、圧電アクチュエータ本体は圧電アクチュエータ部２２によって構成され、キャップ部材はヘッドブロック部４７によって構成され、固定手段はＰＩテープ４９によって構成されている。
【００４０】
図４及び図５に示すように、圧力室用凹部列の両端（副走査方向Ｙの両端）に位置する圧力室用凹部１３に対応した部分に位置する圧電体２９及び個別電極３３は、圧電体２９の誘電率を検知するために用いられる誘電率検知用圧電アクチュエータ部２２ａ，２２ｂを構成している。この誘電率検知用圧電アクチュエータ部２２ａ，２２ｂは、電気配線（図示せず）を介して誘電率測定装置（図示せず）とつながっている。また、誘電率測定装置によって誘電率検知用圧電アクチュエータ部２２ａ，２２ｂの圧電体２９の誘電率を検知するときに印加される電圧は１Ｖである。なお、圧電体２９の誘電率を検知するときに印加される電圧がインクジェットヘッド１を動作させるときに両電極２７，３３に印加される電圧の最大値の１／１０以下であるならば、絶縁破壊が発生しないことが経験的に知られている。さらに、誘電率検知用圧電アクチュエータ部２２ａ，２２ｂはインクを吐出せず、誘電率検知用圧電アクチュエータ部２２ａ，２２ｂ以外の圧電アクチュエータ部２２がインクを吐出する。なお、本発明で言うところの吐出用圧電アクチュエータ部は誘電率検知用圧電アクチュエータ部２２ａ，２２ｂ以外の圧電アクチュエータ部２２によって構成され、誘電率測定装置は電圧印加手段によって構成されている。
【００４１】
インクタンク部４６は中空略直方体状に形成され、その中空部４６ａにはインクが注入されている。インクタンク部４６は圧力室形成板３５上に着脱自在に固定されている。具体的には、インクタンク部４６の後述するインク供給部４６ｂが圧力室形成板３５上に着脱自在に固定されている。インクタンク部４６の下面部におけるヘッドブロック部４７側には、下方に向かって延びる中空状のインク供給部４６ｂが形成されている。インク供給部４６ｂは、インクタンク部４６が圧力室形成板３５上に固定されているとき、インク供給路４１のインク供給口４１ａの位置に対応するように設けられている。このとき、インクタンク部４６内のインクは、インク供給部４６ｂ及びインク供給路４１を介して共通インク室１１に供給される。なお、本発明で言うところのインク流路は、インク供給路４１及び共通インク室１１によって構成されている。
【００４２】
図３及び図６に示すように、ヘッドブロック部４７の上面部４７ａは略矩形状に形成されている。ヘッドブロック部４７の側面部４７ｃには段差部４７ｄが形成されている。具体的には、ヘッドブロック部４７の段差部４７ｄは側面部４７ｃの上部及び側面部４７ｃの下部のそれぞれに対して直角に折れ曲っている。ヘッドブロック部４７の端部は側面部４７ｃに対して直角に折れ曲がり、つば部４７ｂを構成している。以上より、ヘッドブロック部４７は略ハット状（帽子状）に形成されている。また、ヘッドブロック部４７はステンレス鋼で形成されている。
【００４３】
ヘッドブロック部４７は、略Ｏ状に形成された樹脂製の第１Ｏリング５１、電気配線４５、及び第２Ｏリング５３を介して、ターンファスナーやプッシュリベット等の押さえ冶具５５によって圧力室形成板３５の上面に着脱自在に固定されている。具体的には、ヘッドブロック部４７のつば部４７ｂの四隅と圧力室形成板３５の上面における四隅とが、４つの押さえ冶具５５によって固定されている。なお、押さえ冶具５５の下端は、ノズル板３９の下面より上側に位置する。
【００４４】
ヘッドブロック部４７内には密閉空間５７が形成されている。そして、この密閉空間５７内に圧電アクチュエータ部２２が封入されている。また、ヘッドブロック部４７は圧電アクチュエータ部２２に接触しない。さらに、図４に示すように、ヘッド本体部１７におけるインク供給路４１のインク供給口４１ａ以外の領域（以下、ヘッドブロック領域という）上にヘッドブロック部４７が設けられている。一方、ヘッド本体部１７におけるインク供給路４１のインク供給口４１ａが形成された領域（以下、インクタンク領域という）上にインクタンク部４６が設けられている。なお、図４において、インクタンク部４６及びヘッドブロック部４７の図示は省略されている。
【００４５】
図５及び図６に示すように、インクタンク部４６におけるヘッドブロック部４７側の側面と、ヘッドブロック部４７におけるインクタンク部４６側の側面とは一体に形成されている。つまり、インクタンク部４６とヘッドブロック部４７とは一体に形成されている。インクタンク部４６とヘッドブロック部４７とはカートリッジ４８を構成している。カートリッジ４８は圧力室形成板３５上に着脱自在に固定されている。
【００４６】
また、上述したようにヘッドブロック部４７はステンレス鋼で形成されており、ヘッドブロック部４７の内面における水蒸気透過度は７.０ｇ／ｍ2・２４ｈｒ・ａｔｍ以下である。ここで、水蒸気透過度とは一般的に、単位面積のヘッドブロック部４７を通過する水蒸気の量を示したものである。また、ヘッドブロック部４７の内面とは、ヘッドブロック部４７における密閉空間５７に触れる面である。本実施形態においては、特に水蒸気透過度を、内面の表面積が１ｍ2のヘッドブロック部４７において、１気圧の環境下で２４時間あたりに上記ヘッドブロック部４７を通過する水蒸気の量と定義する。なお、ここでは、ヘッドブロック部４７の厚みは考慮に入れていない。また、ヘッドブロック部４７内は防湿加工がなされている。具体的には、ヘッドブロック部４７内には、密閉空間５７外から密閉空間５７内への水蒸気の侵入を防ぐ保護層５４が設けられている。
【００４７】
図３及び図５に示すように、ＰＩテープ４９は樹脂材で形成された接着テープであり、圧電アクチュエータ部２２に接触しないようにヘッドブロック部４７の段差部４７ｄに架設されている。また、ＰＩテープ４９はヘッドブロック部４７の段差部４７ｄに貼り付けられている。そして、ＰＩテープ４９によって密閉空間５７は２つに区画されている。区画された密閉空間５７のうち、ヘッドブロック部４７側の密閉空間（図３及び図５における上側の密閉空間）が第１密閉空間５７ａを構成し、圧電アクチュエータ部２２側の密閉空間（図３及び図５における下側の密閉空間）が第２密閉空間５７ｂを構成している。第１密閉空間５７ａ内には吸湿剤５２が封入されている。吸湿剤５２は、２５℃、１ａｔｍ、及び相対湿度が８０％の環境下において吸湿性能を示す吸湿率が５ｗｔ％以上である。本実施形態では、吸湿剤５２は粒状のシリカゲルで構成され、ＰＩテープ４９によって固定されている。また、ＰＩテープ４９には、第１密閉空間５７ａと第２密閉空間５７ｂとを連通させる１又は２以上の貫通孔５０が形成されている。貫通孔５０の口径は吸湿剤５２の直径より小さい。なお、本発明で言うところの吸湿手段は吸湿剤５２によって構成されている。
【００４８】
また、ＰＩテープ４９はヘッドブロック部４７から取り外すことが可能である。さらに、カートリッジ４８を圧力室形成板３５から取り外し、さらに、ＰＩテープ４９をヘッドブロック部４７内から取り外したとき、第１密閉空間５７ａ内の吸湿剤５２を新しい吸湿剤５２に交換することができる。
【００４９】
圧電アクチュエータ部２２近傍には重量センサ（図示せず）が設けられている。重量センサは吸湿剤５２の重さを検知するものである。重量センサによって検知された吸湿剤５２の重さの値は、表示装置（図示せず）に表示される。そして、重量センサによって検知された吸湿剤５２の重さが所定値以上になったとき、例えば、吸湿剤５２の水分吸湿量が２０ｗｔ％以上になったとき、吸湿剤５２の交換を促す警告が発せられる。ここで、水分吸湿量とは、水分吸湿量＝（吸湿後の吸湿剤５２の重さ−吸湿前の吸湿剤５２の重さ）／吸湿前の吸湿剤５２の重さで示されるものである。また、重量センサの大きさ及び設置位置は、圧電アクチュエータ部２２の動作を妨げない限り、特に限定されない。なお、本発明で言うところの重量検知手段及び重量警告手段は、重量センサによって構成されている。
【００５０】
また、圧電アクチュエータ部２２近傍には誘電率センサ（図示せず）が設けられている。誘電率センサは圧電体２９の誘電率の変化を検知するものである。誘電率センサによって検知された圧電体２９の誘電率の変化の値は、表示装置（図示せず）に表示される。誘電率センサによって圧電体２９の誘電率の低下が検知されたとき、吸湿剤５２の交換を促す警告が発せられる。また、誘電率センサの大きさ及び設置位置は、圧電アクチュエータ部２２の動作を妨げない限り、特に限定されない。なお、本発明で言うところの誘電率変化検知手段及び誘電率警告手段は、誘電率センサによって構成されている。
【００５１】
（インクジェットヘッドの動作方法）
ここで、本実施形態に係るインクジェットヘッド１の動作方法を説明する。まず、共通電極２７と個別電極３３とに電圧が印加される。このとき、印加される電圧の最大値は３５Ｖである。両電極２７，３３に電圧が印加されたことにより、圧電体２９が伸縮する。その伸縮が振動板を兼ねる共通電極２７に拘束されることにより、圧電アクチュエータ部２２は積層方向にたわみ変形する。そのたわみ変形により圧力室１９内の容積が変化し、圧力室１９内のインクがインク流路２５を介してノズル１５から吐出される。
【００５２】
（絶縁破壊発生率の評価方法）
本実験では、後述の絶縁破壊発生率の評価を行うために、ヘッド本体部１７と、共通電極２７、圧電体２９、及び個別電極３３とを順に積層した圧電アクチュエータ部２２と、ヘッド本体部１７上に固定されたカートリッジ４８と、ヘッドブロック部４７内の密閉空間５７に封入された吸湿剤５２とを有する複数のインクジェットヘッド１を試供品として用意した。このインクジェットヘッド１は４００ピンのノズル１５と圧電アクチュエータ部２２とで構成されている。また、これらのインクジェットヘッド１は、密閉空間５７の体積が１.９６×１０-6ｍ3、２.９３×１０-5ｍ3、及び３.７２×１０-5ｍ3の三種類のものが用意されている。そして、各インクジェットヘッド１を６０℃且つ１気圧の環境下に置き、それぞれのインクジェットヘッド１における密閉空間５７内の相対湿度を異なる値とした。それから、各インクジェットヘッド１の共通電極２７と個別電極３３との間に３５Ｖの直流電圧を１５０時間印加し、絶縁破壊が発生したことによって両電極２７，３３又は圧電体２９が欠落したピンの個数を計測した。そして、全ピンに対する上記ピンの数の割合を算出し、それを絶縁破壊発生率とした。
【００５３】
上記計測の結果、図７に示すように、密閉空間５７内の相対湿度が０％以上且つ２０％以下であるとき、絶縁破壊発生率が０％となることが明らかとなった。また、密閉空間５７内の相対湿度が２０％以上且つ４０％以下であるとき、絶縁破壊発生率が略０％となることが明らかとなった。
【００５４】
なお、上記計測は６０℃の環境下において行われているが、６０℃以外の他の温度環境下においても、密閉空間５７内の相対湿度が０％以上且つ２０％以下であるならば、絶縁破壊発生率が０％となる。また、１ｍ3の密閉空間５７において、６０℃且つ１気圧のときの飽和水蒸気量は約１３０ｇである。ここで、密閉空間５７内の相対湿度が２０％である場合、密閉空間５７内に存在する水蒸気の量は１３０×０.２０＝２６ｇである。よって、６０℃且つ１気圧の環境下における１ｍ3の密閉空間５７内に存在する水蒸気量が２６ｇ以下となっていれば、絶縁破壊発生率が０％となる。
【００５５】
また、吸湿剤５２の水分吸湿量と絶縁破壊発生率との関係を調査するために、上記計測とは別に、各インクジェットヘッド１の共通電極２７と個別電極３３との間に３５Ｖの直流電圧を１５０時間印加し、上述の絶縁破壊発生率を算出した。
【００５６】
上記計測の結果、図８に示すように、吸湿剤５２の水分吸湿量が０ｗｔ％以上且つ２０ｗｔ％以下であるとき、絶縁破壊発生率が０％となることが明らかとなった。
【００５７】
また、上記計測とは別に、カートリッジ４８のヘッドブロック部４７の内面における水蒸気透過度が異なる複数のインクジェットヘッド１を用意した。そして、相対湿度が８０％且つ温度が６０℃の高温多湿の環境下において、各インクジェットヘッド１の共通電極２７と個別電極３３との間に３５Ｖの直流電圧を１５０時間印加し、上述の絶縁破壊発生率を算出した。
【００５８】
上記計測の結果、図９に示すように、ヘッドブロック部４７の内面における水蒸気透過度が７.０ｇ／ｍ2・２４ｈｒ・ａｔｍ以下であるとき、絶縁破壊発生率が０％となることが明らかとなった。
【００５９】
（インクジェットヘッドの製造方法）
次に、図１０及び図１１を参照しながら、インクジェットヘッド１の製造方法について説明する。
【００６０】
まず、図１０（ａ）に示すように、圧力室形成板３５上に共通電極２７を形成する。
【００６１】
次に、図１０（ｂ）に示すように、共通電極２７上に、スパッタリングや蒸着等により圧電体２９を形成する。なお、この際、圧電体２９内に欠陥部６３が、又は、共通電極２７内及び圧電体２９内を連続した欠陥部６５，６７が形成される場合がある。欠陥部６３，６５は、圧力室形成板３５上に圧電体２９をスパッタリングする際に付着した異物を原因として発生するピンホールである。また、欠陥部６７は、圧力室形成板３５上に付着した異物６９を原因とした圧電体２９の異常成長により生じた隙間６７である。隙間６７やピンホール６３，６５の開口径は０.１〜１０μｍである。
【００６２】
次に、図１０（ｃ）に示すように、圧電体２９上にスパッタリングや蒸着等により上部電極３１を形成する。次に、上部電極３１及び圧電体２９を個別化することにより、個別電極３３を形成するとともに、個別電極３３以外の部分に位置する圧電体２９を除去する。ここで、個別化は、エッチング等により実施する。
【００６３】
次に、上述の工程を完了したインクジェットヘッド１、すなわち、ヘッドブロック部４７が装着される前のインクジェットヘッド１に対して除湿処理を行う。具体的には、上記インクジェットヘッド１に対して１００〜１５０℃で加熱する処理と真空中で排気される処理とがなされる。
【００６４】
次に、図１０（ｄ）に示すように、圧力室形成板３５を加工することにより、圧力室１９を形成する。なお、圧力室形成板３５を加工し圧力室１９を形成する際における共通電極２７の損傷を防ぐために、圧力室形成板３５と共通電極２７との間にストッパー層（図示せず）を設けても良い。
【００６５】
次に、図１０（ｅ）に示すように、インク流路２５等が形成されたインク流路形成板３７及びノズル１５が形成されたノズル板３９が予め一体となったものを圧力室形成板３５上に設ける。その後、個別電極３３上に電気配線接合部４３と電気配線４５とを順に形成する（図示せず）。
【００６６】
次に、図１１（ａ）に示すように、上記インクジェットヘッド１とは別に用意されたカートリッジ４８のヘッドブロック部４７内に吸湿剤５２を入れる。その後、吸湿剤５２を封入するため、ヘッドブロック部４７内にＰＩテープ４９を貼り付ける。
【００６７】
最後に、図１１（ｂ）に示すように、上記インクジェットヘッド１の圧力室形成板３５とカートリッジ４８とを固定する（第１Ｏリング５１、第２Ｏリング５３、及び押さえ冶具５５は図示せず）。これにより、インクジェットヘッド１の製造が完了する。
【００６８】
製造完了後のインクジェットヘッド１は、実際に動作させるまでの間、密閉空間５７内の所定量の水分を吸湿剤５２が吸湿するまで、湿度の低い環境下に一定期間放置される。
【００６９】
以上の工程を経ることにより、インクジェットヘッド１の密閉空間５７内の相対湿度は０％以上且つ２０％以下とし、吸湿剤５２の水分吸湿量は０ｗｔ％以上且つ２０ｗｔ％以下とした。
【００７０】
本実施形態によれば、カートリッジ４８のヘッドブロック部４７が圧力室形成板３５上に着脱自在に固定され、ＰＩテープ４９がヘッドブロック部４７から取り外すことが可能であるため、密閉空間５７内の水分を吸湿することにより吸湿剤５２の吸湿性が低下した場合、カートリッジ４８を圧力室形成板３５から取り外し、ＰＩテープ４９をヘッドブロック部４７から取り外すことにより、第１密閉空間５７ａ内の吸湿剤５２を新しい吸湿剤５２に交換することができる。ゆえに、密閉空間５７内の湿度を低く保つことができる。したがって、湿気を原因とする絶縁破壊の発生を防ぐことができる。
【００７１】
また、吸湿剤５２がＰＩテープ４９によって固定されているため、吸湿剤５２を新しい吸湿剤５２に交換するためヘッドブロック部４７を取り外したときに、吸湿剤５２が散乱することはない。したがって、吸湿剤５２を新しい吸湿剤５２に効率良く交換することができる。
【００７２】
また、ＰＩテープ４９が接着テープであるため、ヘッドブロック部４７内に容易に貼付することができる。したがって、吸湿剤５２を容易に固定することができる。
【００７３】
また、重量センサが吸湿剤５２の重さを検知するため、吸湿剤５２の現在の重さ、すなわち、吸湿した水分の重さを含んだ吸湿剤５２の重さを知ることができる。よって、上記重さを基に現在の吸湿剤５２の吸湿能力を知ることができる。したがって、吸湿剤５２の交換が必要か否かを判断することができる。
【００７４】
また、吸湿剤５２の水分吸湿量が２０ｗｔ％以上になったときに重量センサが吸湿剤５２の交換を促す警告を発するため、吸湿剤５２の交換の必要性を容易に知ることができる。よって、上記警告に従って吸湿剤５２の交換を行うと、吸湿性が低下した吸湿剤５２が密閉空間５７内に放置されることを防ぐことができる。したがって、吸湿性が低下した吸湿剤５２の放置を防ぎ、且つ、新しい吸湿剤５２を密閉空間５７内に設けることにより密閉空間５７内の湿度を低く保つことができ、それにより、湿気を原因とする絶縁破壊の発生を効果的に防ぐことができる。
【００７５】
ところで、圧電体２９内に隙間６７やピンホール６３，６５が生じている場合、吸湿剤５２の吸湿性が低下して密閉空間５７内の湿度が高くなったときに、上記隙間６７やピンホール６３，６５に水分が浸入するおそれがある。それにより、上記隙間６７やピンホール６３，６５に浸入した水分によって圧電体２９の誘電率は低下する。ここで、本実施形態によれば、誘電率センサが圧電体２９の誘電率の変化を検知するため、圧電体２９の誘電率の低下を検知することができる。したがって、上記低下を基に密閉空間５７内の湿度が高くなっていることを知ることができる。また、密閉空間５７内の湿度が高くなっていることから、吸湿剤５２の吸湿性が低下していることを知ることができ、吸湿剤５２の交換が必要か否かを判断することができる。
【００７６】
また、圧電体２９の誘電率の低下が検知されたときに誘電率センサが吸湿剤５２の交換を促す警告を発するため、吸湿剤５２の交換の必要性を容易に知ることができる。よって、上記警告に従って吸湿剤５２の交換を行うと、吸湿性が低下した吸湿剤５２が密閉空間５７内に放置されることを防ぐことができる。したがって、吸湿性が低下した吸湿剤５２の放置を防ぎ、且つ、新しい吸湿剤５２を密閉空間５７内に設けることにより密閉空間５７内の湿度を低く保つことができ、それにより、湿気を原因とする絶縁破壊の発生を効果的に防ぐことができる。
【００７７】
ところで、圧電体２９内に隙間６７やピンホール６３，６５が生じている場合、密閉空間５７内の湿度が高くなったときに、上記隙間６７やピンホール６３，６５に水分が浸入するおそれがある。このとき、両電極２７，３３に高い電圧を印加すると、絶縁破壊が発生する。ここで、本実施形態によれば、誘電率測定装置によって圧電体２９の誘電率を検知するときに印加される電圧は１Ｖであり、これはインクジェットヘッド１を動作させるときに両電極２７，３３に印加される電圧の最大値３５Ｖの１／１０以下である。したがって、圧電体２９の誘電率の検知時における絶縁破壊の発生をより確実に防ぐことができる。
【００７８】
また、圧電体２９の誘電率の検知に用いられる誘電率検知用圧電アクチュエータ部２２ａ，２２ｂを圧電アクチュエータ部２２が有するため、圧電体２９の誘電率の検知時に誘電率検知用圧電アクチュエータ部２２ａ，２２ｂに絶縁破壊が発生したとしても、誘電率検知用圧電アクチュエータ部２２ａ，２２ｂ以外の圧電アクチュエータ部２２には何ら支障はない。したがって、圧電体２９の誘電率の検知によるインクを吐出する圧電アクチュエータ部２２の絶縁破壊を防ぐことができる。
【００７９】
また、インクタンク部４６とヘッドブロック部４７とが一体に形成されているため、インクの消費に伴うインクタンク部４６の交換に併せて、ＰＩテープ４９をヘッドブロック部４７から取り外すことによってヘッドブロック部４７内の第１密閉空間５７ａ内に封入された吸湿剤５２の交換を行うことができる。
【００８０】
なお、本実施形態によれば、第１Ｏリング５１、電気配線４５、及び第２Ｏリング５３を介して、ヘッドブロック部４７が押さえ冶具５５によって圧力室形成板３５の上面に着脱自在に固定されているが、押さえ冶具５５の代わりにピンあるいはネジ等を用いても良い。さらに、押さえ冶具５５の代わりに止め冶具、はさみ冶具、あるいは、接着材等によって着脱自在に固定されても良い。
【００８１】
また、本実施形態によれば、ヘッドブロック部４７が押さえ冶具５５によって圧力室形成板３５の上面に着脱自在に固定されているが、これに限らない。例えば、図１２に示すように、個別電極３３上に形成された電気配線４５上に接着材５９により着脱自在に固定されても良い。また、図１３に示すように、はさみ冶具６１によってインク流路形成板３７の上面に着脱自在に固定されても良い。このとき、インク流路形成板３７の主走査方向Ｘ及び副走査方向Ｙの長さは、圧電アクチュエータ２１、圧力室形成板３５、及びノズル板３９の主走査方向Ｘ及び副走査方向Ｙの長さより大きい。さらに、図１４に示すように、ヘッドブロック部４７はノズル板３９の上面に着脱自在に固定されても良い。
【００８２】
また、本実施形態によれば、ヘッドブロック部４７がステンレス鋼で形成されているが、樹脂材で形成されても良い。このとき、樹脂材は１ｍｍ以上の厚さを有することが好ましい。
【００８３】
また、本実施形態によれば、ヘッドブロック部４７が略ハット状に形成されているが、圧電アクチュエータ部２２の個別電極３３側の面を内包できる限り如何なる形状であっても良い。
【００８４】
また、本実施形態によれば、吸湿剤５２として粒状のシリカゲルが用いられているが、シート状のシリカゲルであっても良い。さらに、シリカゲル以外の吸湿材、例えば、アルミナゲル、塩化カルシウム等であっても良い。
【００８５】
また、本実施形態によれば、ヘッドブロック部４７内に樹脂製のＰＩテープ４９が貼付されているが、ＰＩテープ４９以外の他の樹脂材が貼付されても良い。さらに、ヘッドブロック部４７内に金属等が架設されても良い。このとき、ヘッドブロック部４７内に金属等を固定するためにターンファスナーやプッシュリベット等が用いられる。
【００８６】
また、本実施形態によれば、共通電極２７が振動板を兼ねているが、振動板が別途設けられても良い。このとき、振動板は圧力室形成板３５上又は個別電極３３上等に形成される。
【００８７】
また、本実施形態によれば、圧力室形成板３５上に共通電極２７が形成されているが、圧力室形成板３５上に個別電極３３が形成されても良い。このとき、共通電極２７は圧電体２９上に形成される。
【００８８】
また、共通電極２７、圧電体２９、個別電極３３、圧力室形成板３５、インク流路形成板３７、及びノズル板３９等は、本実施形態と異なる材料や厚みのものを使用しても良い。
【００８９】
また、本実施形態によれば、上述のようなインクジェットヘッド１の形成方法が採用されているが、他の形成方法、例えば、いわゆる転写工法で形成されても良い。転写工法を用いたインクジェットヘッド１の製造方法を以下に簡単に説明する。まず、ＭｇＯ基板上に個別電極、圧電体、振動板の順に積層する。このとき、振動板は共通電極を兼ねても、あるいは、共通電極を別途設けても良い。次に、振動板上に圧力室が形成された基板を接着する。最後に、ＭｇＯ基板を除去する。
【００９０】
また、本実施形態によれば、製造完了後のインクジェットヘッド１を実際に動作させるまでの間、湿度の低い環境下に一定期間放置されているが、上記インクジェットヘッド１に対して真空中で排気される処理がなされても良い。
【００９１】
また、本実施形態によれば、ＰＩテープ４９には１又は２以上の貫通孔５０が形成されているが、貫通孔がなくても良い。
【００９２】
また、本実施形態に係るインクジェットヘッド１は２列の圧力室用凹部列を有するが、１列又は３列以上であっても良い。また、圧力室用凹部列を構成する圧力室用凹部１３は任意の値をとって良い。
【００９３】
また、本実施形態によれば、インクタンク部４６とヘッドブロック部４７とは一体に形成されているが、インクタンク部４６とヘッドブロック部４７とがそれぞれ別途設けられても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るインクジェット式記録装置の概略構成図である。
【図２】実施形態に係るインクジェットヘッドの一部を破断して示す斜視図である。
【図３】実施形態に係るインクジェットヘッドの断面図である。
【図４】実施形態に係るインクジェットヘッドの平面図である。
【図５】実施形態に係るインクジェットヘッドの断面図である。
【図６】実施形態に係るインクジェットヘッドの概略平面図である。
【図７】実施形態に係る密閉空間内の相対湿度と絶縁破壊発生率との関係を示す図である。
【図８】実施形態に係る吸湿剤の水分吸湿量と絶縁破壊発生率との関係を示す図である。
【図９】実施形態に係るヘッドブロック部の内面における水蒸気透過度と絶縁破壊発生率との関係を示す図である。
【図１０】（ａ）〜（ｅ）は、実施形態に係るインクジェットヘッドの製造工程図の一部である。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）は、実施形態に係るインクジェットヘッドの製造工程図の一部である。
【図１２】実施形態に係るインクジェットヘッドの一部の断面図である。
【図１３】実施形態に係るインクジェットヘッドの断面図である。
【図１４】実施形態に係るインクジェットヘッドの断面図である。
【符号の説明】
２７ 共通電極（下部電極）
２９ 圧電体
３３ 個別電極（上部電極）
３５ 圧力室形成板（インク流路形成部材）
３７ インク流路形成板（インク流路形成部材）
３９ ノズル板（インク流路形成部材）
４５ 電気配線
４７ ヘッドブロック部（キャップ部材）
４９ ＰＩテープ（固定手段）
５５ 押さえ冶具
Claims (12)
- 下部電極と、該下部電極上に形成された圧電体と、該圧電体上に形成され、上記下部電極とともに上記圧電体に電圧を印加する上部電極とを有する圧電アクチュエータ本体と、
少なくとも上記圧電アクチュエータ本体の上部電極側の面を内包し、着脱自在に構成されているキャップ部材と、
上記圧電アクチュエータ本体と上記キャップ部材との間の密閉空間内に設けられ、吸湿性を有するとともに上記キャップ部材を取り外したときに他の吸湿手段と取り替え可能に構成されている吸湿手段と、
を備える圧電アクチュエータ。 - 上記キャップ部材内に設けられ、上記吸湿手段を取り外し可能に固定する固定手段を備えている請求項１記載の圧電アクチュエータ。
- 固定手段は接着テープによって構成されている請求項２記載の圧電アクチュエータ。
- 吸湿手段の重さを検知する重量検知手段を備える請求項１〜３のいずれか１つに記載の圧電アクチュエータ。
- 重量検知手段によって検知された上記吸湿手段の重さが所定値以上になったか否かを判定し、上記吸湿手段の重さが所定値以上になったと判定したときに警告を発する重量警告手段を備える請求項４記載の圧電アクチュエータ。
- 圧電体の誘電率の変化を検知する誘電率変化検知手段を備える請求項１〜５のいずれか１つに記載の圧電アクチュエータ。
- 誘電率変化検知手段によって上記圧電体の誘電率の低下が検知されたときに警告を発する誘電率警告手段を備える請求項６記載の圧電アクチュエータ。
- 上記圧電体に電圧を印加する電圧印加手段を備え、
圧電体の誘電率を検知するときに上記電圧印加手段によって印加される電圧は、上記圧電アクチュエータ本体の動作時に印加される最大電圧の１／１０以下である請求項６又は７記載の圧電アクチュエータ。 - 圧電アクチュエータ本体は、インクの吐出に使用される吐出用圧電アクチュエータ部と、該吐出用圧電アクチュエータ部と分離され、上記圧電体の誘電率の検知に使用される検知用圧電アクチュエータ部とを有する請求項６〜８のいずれか１つに記載の圧電アクチュエータ。
- 請求項１〜９のいずれか１つに記載の圧電アクチュエータを備えるインクジェットヘッド。
- 上記下部電極の下面上に形成され、内部にインクの流路が形成されたインク流路形成部材と、
該インク流路形成部材の表面上に設けられ、上記インク流路に供給されるインクを収容するとともに交換可能に構成されたインクタンクとを備え、
キャップ部材とインクタンクとは一体に形成されている請求項１０記載のインクジェットヘッド。 - 請求項１０又は１１記載のインクジェットヘッドを備えるインクジェット式記録装置。
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