JP5343630B2

JP5343630B2 - 圧電アクチュエータ、液体吐出ヘッド、画像形成装置

Info

Publication number: JP5343630B2
Application number: JP2009049846A
Authority: JP
Inventors: 知行荒谷
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2009-03-03
Filing date: 2009-03-03
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2029-03-03
Also published as: JP2010201785A

Description

本発明は圧電アクチュエータ、液体吐出ヘッド、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る。

液体吐出ヘッドとしては、圧電層と内部電極が交互に積層され、内部電極は交互に異なる端面に引き出されてそれぞれ外部電極（端面電極ともいう。）に接続されている、複数の圧電素子柱が列状に並べて配置された圧電アクチュエータを用いるものが知られており、この場合、内部電極を端面に引き出した外部電極にフレキシブル基板（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（配線部材）に設けられた配線電極を接合し、各圧電素子柱に画像信号に応じた駆動信号を与えるようにしている。なお、駆動信号を与える配線電極を接続する圧電素子柱の外部電極を個別電極といい、複数の圧電素子柱の共通の共通配線電極を接続する圧電素子柱の外部電極を共通電極ともいう。

ここで、フレキシブル基板の配線電極を圧電素子柱の個別電極への接続は、例えば半田を用いて両電極を接合することで行われるが、フレキシブル基板が熱膨張することで配線電極のピッチが変化し、圧電素子の個別電極とフレキシブル基板の配線電極のピッチに位置ずれが生じる。

そこで、フレキシブル基板に設けられる配線電極のピッチと複数の圧電素子柱の個別電極のピッチを合わせるため、予めフレキシブル基板の熱膨張率からフレキシブル基板の伸びを算出して、フレキシブル基板の配線電極ピッチを予め小さくしておき、更にフレキシブル基板にスリットを設けるようにすることが知られている（特許文献１）。

また、圧電素子とＦＰＣなどの配線部材（配線基板）との接続に関して、配線基板の圧電素子に対する接合強度を高め、接続信頼性を向上させため、ＦＰＣの圧電素子との接合面と、振動板の圧電素子が配設された面との間で、ＦＰＣの電極バンプが配設された所定の領域以外の領域に、ＦＰＣなどの配線基板と振動板を固定する固定部材を配設することが知られている（特許文献２）。

特開２００５−１５３３２１号公報特開２００７−２３７５５６号公報

例えば、画像形成装置においてはヘッドの高密度化、長尺化によって高画質化、高速化が図られており、圧電アクチュエータの圧電素子柱は幅が狭く、配列ピッチも狭くなっている。そのため、圧電素子柱に駆動信号を与えるフレキシブル基板の配線電極の幅及びピッチも狭くなっている。

その結果、例えば、従来のようにフレキシブル基板にスリットを設けて熱収縮量を低減させる構成を採用し、スリットがフレキシブル基板の中央部にのみ配設された場合、熱収縮による圧電素子柱にかかる応力が大きくなって、柱倒れが発生するという課題が生じる。また、スリットの数を多くした場合においても、フレキシブル基板の剛性が弱くなってしまい、スリットと圧電素子柱の間との位置精度が悪くなり、接合不良が発生するおそれがある。

また、従来のように圧電素子の個別電極とフレキシブル基板の配線電極間の半田付け部分を剥離し難くするために、フレキシブル基板と振動板の間に固定部材を配設する構成を採用すると、ヘッドの長尺化に伴い、固定部材の量も多く必要になってしまい、コストが高くなるという課題がある。

特に、上述したヘッドの長尺化、高密度化に伴って、部品の反り、製造ばらつき、熱膨張ばらつき等が短尺のヘッドよりも大きくなるので、ショート等による接合不良を発生させないために、フレキシブル基板の配線電極を細くする必要があり、接合領域が小さくなって接合強度が足らず剥離し易くなる問題や熱収縮による接合不良の問題などが発生しやすくなるという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、圧電素子柱と配線部材の接合位置ずれを低減し、接合強度を高めて接合信頼性を向上することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の請求項１に係る圧電アクチュエータは、
圧電層と内部電極が交互に積層され、前記内部電極は交互に異なる端面に引き出されてそれぞれが外部電極に接続されている、配列方向に略同じ幅に形成された複数の圧電素子柱が列状に並べて配置され、
前記圧電素子柱の各々の外部電極には配線部材の接合領域が接合され、
前記配線部材の接合領域には、第１の接合領域と、圧電素子柱配列方向における幅が前記第１の接合領域より広い第２の接合領域とが設けられ、かつ、前記第２の接合領域に隣接して第１の接合領域が配置され、前記第２の接合領域同士が連続して配置されず、
前記第１の接合領域と前記第２の接合領域が交互に配置されている
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。

本発明に係る圧電アクチュエータによれば、圧電素子柱と配線部材の接合位置ずれを許容可能で、かつ、接合強度も高い電極接続（接合）を形成することができる。

本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、本発明に係る圧電アクチュエータを備えるので、信頼性の高い長尺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、信頼性の高い長尺ヘッドを搭載して高速記録化を図れる。

本発明に係る圧電アクチュエータの第１実施形態の要部正面説明図である。図１のＡ−Ａ線に沿う断面説明図である。図１のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図である。図１の要部拡大説明図である。同じく斜視説明図である。レーザーによる半田接合を行う配線部材接合装置の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。比較例の第１例の圧電アクチュエータの説明に供する説明図である比較例の第２例の圧電アクチュエータの説明に供する説明図である比較例の第２例を長尺化した場合の問題の説明に供する説明図である比較例の第２例を長尺化した場合の問題を解決する構成の更なる問題の説明に供する説明図である。本発明の第２実施形態の圧電アクチュエータの要部正面説明図である。本発明の第３実施形態の圧電アクチュエータの要部正面説明図である。本発明の第４実施形態の圧電アクチュエータの要部正面説明図である。本発明の第５実施形態の圧電アクチュエータの要部正面説明図である。本発明に係る圧電アクチュエータの第６実施形態の模式的正面説明図である。同じく平面説明図である。本発明に係る圧電アクチュエータの第７実施形態の模式的正面説明図である。同じく平面説明図である。本発明に係る液体吐出ヘッドの一例を示す外観斜視説明図である。図２０のＸ−Ｘ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。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。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。まず、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要部正面説明図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面説明図、図３は図１のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図、図４は図１の要部拡大説明図、図５は同じく斜視説明図である。
この圧電アクチュエータ１は、複数の圧電素子柱１１が列状に並べて配置された圧電素子部材２がベース部材４上に接着剤で接合されて設けられている。圧電素子部材２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、複数個の圧電素子柱１１を、スリット溝１２を介して所定のピッチで形成したものである。

なお、圧電素子柱１１は、図２及び図３に示すように、圧電層２１と内部電極２２ａ、２２ｂが交互に積層され、内部電極２２ａ、２２ｂは交互に異なる端面（圧電素子柱の配列方向と直交する方向の両端面）に引き出されて、それぞれ外部電極２５と外部電極２６に接続されている。なお、外部電極２５が個々の圧電素子柱１１を選択的に駆動するための駆動信号が与えられる個別電極となり、外部電極２６が複数の圧電素子柱１１に共通の共通電極となる。

そして、この圧電アクチュエータ１には配線部材としての例えばＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）３が接合されている。このＦＰＣ３は、基板３０上に圧電素子柱１１に駆動信号を与える（駆動信号の伝達に寄与する）ための配線電極３１が設けられ、半田部材４１を介して圧電素子柱１１の外部電極（以下「個別電極」という）２５に接合されている。なお、圧電素子柱１１の外部電極（共通電極）２６に接続する配線電極については図示を省略している。

ここで、配線電極３１としては、圧電素子柱１１の個別電極２５に接合する圧電素子柱配列方向の幅Ｌ１の第１の接合領域３１ａを有する第１の配線電極３１Ａと、圧電素子配列方向の幅Ｌ２が第１の接合領域３１ａより広い第２の接合領域３１ｂを有する配線電極３１Ｂとが設けられ、かつ、第２の接合領域３１ｂを有する第２の配線電極３１Ｂは第１の接合領域３１ａを有する第１の配線電極３１Ａを介して配置されている。

なお、ここでは、第１の配線電極３１Ａ、第２の配線電極３１Ｂは、それぞれ全体を第１の接合領域３１ａの幅Ｌ１、第２の接合領域３１ｂの幅Ｌ２で形成しているが、接合領域部分のみ幅を異ならせる構成とすることもできる。また、配線部材としてＦＰＣを用いているが、フレキシブル配線部材としては、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（ＴａｐｅＡｕｔｏｍａｔｅｄＢｏｎｄｉｎｇ）を用いることもできる。

このように、圧電素子柱の外部電極に接合する配線部材の接合領域には、第１の接合領域と、圧電素子柱配列方向における幅が第１の接合領域より広い第２の接合領域とが設けられ、かつ、第２の接合領域に隣接して第１の接合領域が配置され、第２の接合領域同士が連続して配置されない構成とすることで、圧電素子柱と配線部材の接合位置ずれを低減し、接合強度を高めて電極接続（接合）の信頼性を向上することができる。

次に、ＦＰＣ３と圧電素子部材２の圧電素子柱１１との半田接合について説明する。
ＦＰＣ３と圧電素子柱１１とを接合するとき、上述したように、半田部材４１の加熱方法として、ヒータ等を用いた接触加熱方法の場合には、ヒータがＦＰＣ３に直接接触して熱処理するので、ＦＰＣ３を損傷するおそれがあることから、レーザー等を圧電素子柱１１の配列方向にスキャンさせながら接合する非接触加熱方式が好ましい。また、ガラス等の部材でＦＰＣ３と圧電素子柱１１を密着させて接合させてもよいが、エアー圧によってＦＰＣ３と圧電素子柱１１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。

なお、半田部材４１は、金属部材からなる第１、第２の配線電極３１Ａ、３１Ｂと樹脂部材からなるＦＰＣ３の基板３１とを透過可能なレーザー光の照射又はヒータによる熱圧着等により溶融する。すなわち、半田部材４１は、第１、第２の配線電極３１Ａ、３１Ｂ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く、例えばスズ（Ｓｎ）及びビスマス（Ｂｉ）を主成分とする半田が用いられている。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４１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、ＦＰＣ３や圧電素子部材２にダメージを与えることなく、第１、第２の配線電極３１Ａ、３１Ｂと圧電素子柱１１の外個別極２５とを容易に溶着することができる。また、半田部材４１はあらかじめＦＰＣ３または圧電素子部材２側に成膜されていなくてもよい。

次に、上述したレーザーによる半田接合を行う配線部材接合装置の一例について図６及び図７を参照して説明する。なお、図６は同配線部材接合装置の要部拡大説明図、図７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４０１では、レーザー照射機構４０２とエアー抑え機構４０３が一体化した構造となっている。エアー抑え機構４０３は、一端部４０３ａ側がテーパ状とされ、かつ他端部４０３ｂ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４０３は、一端部４０３ａが局所的な気体の吹き付けが可能な口径とされ、他端部４０３ｂ近傍に導入口４０３ｃが設けられている。この導入口４０３ｃには、圧縮空気形成手段４０４が接続されている。

エアー抑え機構４０３は、その中心軸線（一端４０３ａの開口の中心も含む。）がレーザー照射部４１０から出射されるレーザー光Ｌと同軸となるように、他端部４０３ｂがレーザー照射部４１０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４１０と協働して導入口４０３ｃから一端部４０３ａへ通じる局所押圧風路４０８を画成している。

この局所押圧風路４０８では、圧縮空気形成手段４０４から導入口４０３ｃを経て気体が導入されると、一端部４０３ａ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（ＦＰＣ３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４０３は、その導入口４０３ｃに接続された圧縮空気形成手段４０４及びレーザー照射部４１０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４０２では、圧縮空気形成手段４０４から局所押圧風路４０８内へと気体を送り込みつつ、レーザー照射部４１０からレーザー光Ｌを出射すると、エアー抑え機構４０３の一端部４０３ａから吹き出された気体が、ＦＰＣ３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ＦＰＣ３の上面に吹き当たり、ＦＰＣ３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の圧電素子柱１１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４１０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４１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、第２の配線電極３１Ａ、３１Ｂと圧電素子柱１１の外部電極２５とを密着させるべく、ＦＰＣ３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。

なお、レーザー光としては、半導体レーザー光を用いているが、半田部材４１への吸収率がよく、ＦＰＣ３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レーザーであっても良い。ただし、半導体レーザー装置を用いると、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、ＦＰＣ３および圧電素子部材２にダメージを与えることなく接合を行うことができる。

ここで、配線電極の接合領域の幅が同じ比較例について図８ないし図１１を参照して説明する。
まず、図８（ａ）に示すように、圧電アクチュエータ１の圧電素子柱１１のピッチＰ１とＦＰＣ３の配線電極３１のピッチＰ２とを同じ（Ｐ１＝Ｐ２）にして、例えば図８（ｂ）に示すように最も左側の圧電素子柱１１を基準として接合用レーザーを矢示方向にスキャンして接合を行った場合、ＦＰＣ３の熱膨張によって右側に行くほど圧電素子柱１１と配線電極３１との位置ずれが大きくなって接合不良箇所６０が発生する。

そこで、図９（ａ）に示すように、圧電アクチュエータ１の圧電素子柱１１のピッチＰ１に対して、ＦＰＣ３の熱膨張率からＦＰＣ３の配線電極３１のピッチＰ２を設定する（この場合、Ｐ１＞Ｐ２となる）ようにして、図９（ｂ）に示すようにＦＰＣ３が熱膨張したときに圧電素子柱１１と配線電極３１とのピッチが同じになるようにすることで、接合不良の発生を防止する。

ところが、圧電アクチュエータ１が長尺化すると、部品の反り、製造ばらつき、熱膨張ばらつきなどが大きくなって、図１０（ａ）に示すように、圧電アクチュエータ１の圧電素子柱１１のピッチＰ１に対して、ＦＰＣ３の熱膨張率からＦＰＣ３の配線電極３１のピッチＰ２を設定しても、接合後のピッチが同じになるように合わせることが困難となり、図１０（ｂ）に示すように接合不良箇所６０が生じてしまう。

そこで、図１１に示すように、ＦＰＣ３の配線電極３１を細くして対応することが検討されるが、配線電極３１を細くすると、接合領域が狭くなって、十分な接合強度が得られなくなり、接合時の接合部分の剥離やＦＰＣ３の接合後の熱収縮による接合部分の剥離などの接合不良が発生し易くなる。

これに対して、上記実施形態に係る圧電アクチュエータ１においては、複数ある圧電素子柱１１の個別電極２５とＦＰＣ３の配線電極３１の一部の第２の配線電極３１Ｂについて接合領域３１ｂの幅を第１の配線電極３１Ａの接合領域３１ａの幅より広くし、この第２の配線電極３１Ｂについて接合領域３１ｂを仮接合領域として使用する。

そして、ＦＰＣ３と圧電素子柱１１とを接合するとき、先ず、ＦＰＣ３の第２の配線電極３１Ａを圧電素子柱１１に仮接合し、その後、第１、第２の配線電極３１Ａ、３１Ｂを各圧電素子柱１１に本接合する。

この場合、上述したように例えばレーザーによる接合を行う場合には、第２の配線電極３１Ａをスポット的に仮接合した後、レーザーをスキャンして本接合を行う。スキャンの方向は、上述したように圧電素子部材２の左端から右端、右端から左端、中央部から左端及び中央部から右端のように適宜選択すればよい。なお、また、本接合するときにも第２の配線電極３１Ｂの接合領域３１ｂの半田部材４１に再度熱が加わることになるが、接合領域３１ｂは面積が広く半田量を多くすることができるので、必要となる熱量が大きくなり、接合領域３１ａを溶融する程度の熱量では再溶解せず、仮接合の効果を十分発揮させることができる。

これによって、本接合におけるＦＰＣ３の圧電素子柱配列方向の伸びを抑制することができ、ＦＰＣ３の第１、第２の配線電極３１Ａ、３１Ｂと圧電素子柱１１の外部電極２５との位置ずれを低減することができる。

ここで、ＦＰＣ３の一部の配線電極３１Ｂの接合領域の幅を相対的に他の配線電極３１Ａの接合領域よりを１ｂの幅を大きくしているが、配線電極３１Ｂを隣接させていない（配線電極３１Ａを介して配置している）ので、隣接する配線電極間の間隔が狭くなることで生じるショートのおそれはなくなる。また、一部の配線電極３１Ｂを本接合に先立って仮接合することで、配線電極３１Ｂ部分での伸びが抑制されるので、この点でもショートのおそれはなくなる。

この場合、第２の接合領域３１ｂの箇所を増やすことにより、部品の反り、製造ばらつき、熱膨張ばらつき等の影響を分割できるので、長尺化にも対応することができる。また、本接合をレーザー接合で行う場合は、仮接合も同工程で行うことができ、タクト的にもホットメルトよりも効率的な接合を行うことができる。

次に、本発明の第２実施形態について図１２を参照して説明する。なお、図１２は同アクチュエータの要部正面説明図である。
ここでは、ＦＰＣ３の第２の配線電極３１Ｂを、圧電素子部材２の両端部の圧電素子柱１１に対応して配置している。これにより、各圧電素子柱１１の個別電極２５とそれに対応するＦＰＣ３の各配線電極３１の全体的な接合位置合わせのタクト時間の短縮を図れる。また、剥離が始まる両端部の強度を高めることにより、接合信頼性を更に向上する。

なお、圧電素子部材２の両端部の圧電素子柱１１に加えて、それ以外の圧電素子柱１１に対応して第２の配線電極３１Ｂを配置することもできる。

次に、本発明の第３実施形態について図１３を参照して説明する。なお、図１３は同アクチュエータの要部正面説明図である。
ここでは、ＦＰＣ３の第２の配線電極３１Ｂを、圧電素子部材２の中央部の圧電素子柱１１に対応して配置している。これにより、本接合をヒータ等により同時に全体を加熱する接合工法による場合、中央部が強固に接合されていることにより、ＦＰＣ３の膨張が左右均等になり、一方の端部の圧電素子柱１１への応力集中が抑制され、柱倒れ等の不良が避けられる。

なお、圧電素子部材２の中央部の圧電素子柱１１に加えて、それ以外の圧電素子柱１１に対応して第２の配線電極３１Ｂを配置することもできる。

次に、本発明の第４実施形態について図１４を参照して説明する。なお、図１４は同アクチュエータの要部正面説明図である。
ここでは、ＦＰＣ３の第２の配線電極３１Ｂを、圧電素子部材２の各圧電素子柱１１に交互に対応して配置している。これにより、隣接する配線電極間の距離が近づきすぎてショート等の不良を引き起こすことなく、圧電素子柱１１とＦＰＣ３の接合強度を大きく向上することができ、接合信頼性を更に高めることができる。

次に、本発明の第５実施形態について図１５を参照して説明する。なお、図１５は同アクチュエータの要部正面説明図である。
ここでは、圧電素子部材２の各圧電素子柱１１は、交互に、駆動信号が印加されて駆動される駆動圧電素子柱１１Ａと、駆動信号が印加されない非駆動圧電素子柱１１Ｂとしている。

ここで、ＦＰＣ３の第２の接合領域３１ｂを有する第２の配線電極３１Ｂを非駆動圧電素子柱１１Ｂの外部電極２５に接合している。なお、この場合、第２の配線電極３１Ｂは、非駆動圧電素子柱１１Ｂに接合されるので、実際には「配線」電極ではなく、ダミー電極となるが、ここでは、第１の接合領域よりも幅の広い第２の接合領域を有する部分をダミー電極も第２の配線電極と称している。

これにより、駆動圧電素子柱１１Ａとの接合領域を狭くしても接合強度を確保することができ、駆動圧電素子柱と少ない熱量で半田接合することができるので、駆動圧電素子柱への熱的ダメージが低減するとともに、接合信頼性を更に高めることができる。

次に、本発明に係る圧電アクチュエータの第６実施形態について図１６及び図１７を参照して説明する。なお、図１６は同アクチュエータの模式的正面説明図、図１７は同じく平面説明図である。
この圧電アクチュエータ１は、１列当たり、複数（ここでは３個）の圧電素子部材２を２列分ベース部材４上に配列したものである。

１つの圧電素子部材を用いて長尺アクチュエータを構成する場合には、反りが大きくなり、位置ずれなどの接合不良のおそれがあるが、複数の圧電素子部材を配列して長尺アクチュエータを構成することで、圧電素子部材の個数が増えるだけで、圧電素子部材の反りは無視することができ、信頼性の高い接合をすることができる。

次に、本発明に係る圧電アクチュエータの第７実施形態について図１８及び図１９を参照して説明する。なお、図１８は同アクチュエータの模式的正面説明図、図１９は同じく平面説明図である。
この圧電アクチュエータ１は、複数（ここでは３個）の圧電素子部材２をベース部材４上に配列し、ＦＰＣ３との接合は、隣り合う圧電素子部材２、２の隣り合う側の圧電素子柱１１の少なくとも一方の外部電極２５に第２の接合領域３１ｂを有する第２の配線部材３１Ｂが接合されている構成とし、圧電素子部材２のつなぎ部分の端部に第２の接合領域３１ｂを有する第２の配線部材３１Ｂが配置される構成としている。

すなわち、複数の圧電素子部材２を高精度にベース部材４上に配列することで長尺アクチュエータを構成できるが、配列した圧電素子部材２、２間に段差が生じた場合に、１枚のＦＰＣ３を接合しようとすると、圧電素子部材２、２間のつなぎ部分で接合不良が発生するおそれがある。そこで、圧電素子部材２のつなぎ部分の端部に第２の接合領域３１ｂを有する第２の配線部材３１Ｂが配置されることで、半田を多く付けて接合することができ、それにより圧電素子部材２，２間の段差を補間し、強固に接合することができて接合信頼性が高まる。

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２０ないし図２２を参照して説明する。なお、図２０は同液体吐出ヘッドの外観斜視説明図、図２１は図２０のＸ−Ｘ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２２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インクが供給される。

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１０６、流体抵抗部１０７、共通液室１０８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１０２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１と同様に、複数個の圧電素子部材１１２と、各圧電素子部材１１２に給電するＦＰＣなどで構成される複数の給電部材１１３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。

配線部材１１３は、前述した第５実施形態の構成とし、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第１の配線電極３１Ａと、非駆動圧電素子柱１１１Ｂに対応して配置された第２の配線電極（ダミー電極）３１を有している。

この圧電アクチュエータ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。

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、金属の良好な熱伝導性により効率よく放熱ができ、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内のインクが加圧され、ノズル１０４からインク滴が吐出（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アクチュエータを備えているので、低コストで、信頼性の高いヘッドとすることができる。

次に、本発明に係る液体吐出装置を含む本発明に係る画像形成装置の一例について図２３を参照して説明する。なお、図２３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、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とができる。

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。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画像形成装置に適用した例で説明しているが、記録ヘッドをキャリッジに搭載するシリアル型画像形成装置にも同様に適用することができる。

１…圧電アクチュエータ
２…圧電素子部材
３…給電部材
４…ベース部材
１１…圧電素子柱
１１Ａ…駆動圧電素子柱
１１Ｂ…非駆動圧電素子柱
１２…スリット溝
２５…外部電極（個別電極）
２６…外部電極（共通電極）
３１…配線電極
３１Ａ…第１の配線電極
３１Ｂ…第２の配線電極
３１ａ…第１の接合領域
３１ｂ…第２の接合領域
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

圧電層と内部電極が交互に積層され、前記内部電極は交互に異なる端面に引き出されてそれぞれが外部電極に接続されている、配列方向に略同じ幅に形成された複数の圧電素子柱が列状に並べて配置され、
前記圧電素子柱の各々の外部電極には配線部材の接合領域が接合され、
前記配線部材の接合領域には、第１の接合領域と、圧電素子柱配列方向における幅が前記第１の接合領域より広い第２の接合領域とが設けられ、かつ、前記第２の接合領域に隣接して第１の接合領域が配置され、前記第２の接合領域同士が連続して配置されず、
前記第１の接合領域と前記第２の接合領域が交互に配置されている
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
圧電層と内部電極が交互に積層され、前記内部電極は交互に異なる端面に引き出されてそれぞれが外部電極に接続されている、配列方向に略同じ幅に形成された複数の圧電素子柱が列状に並べて配置され、
前記圧電素子柱の各々の外部電極には配線部材の接合領域が接合され、
前記配線部材の接合領域には、第１の接合領域と、圧電素子柱配列方向における幅が前記第１の接合領域より広い第２の接合領域とが設けられ、かつ、前記第２の接合領域に隣接して第１の接合領域が配置され、前記第２の接合領域同士が連続して配置されず、
前記複数の圧電素子柱は、交互に駆動される駆動圧電素子柱と駆動されない非駆動圧電素子柱となり、前記第１の接合領域は前記駆動圧電素子柱の外部電極に、前記第２の接合領域は前記非駆動圧電素子柱の外部電極に、それぞれ接合されている
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
前記複数の圧電素子柱が形成された圧電素子部材が複数個並べて配列され、隣り合う圧電素子部材の隣り合う側の圧電素子柱の一方の外部電極に前記第２の接合領域が接合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。
液滴を吐出するノズルが連通する液室の壁面を形成する振動板を圧電アクチュエータで変位させることで前記ノズルから液滴が吐出される液体吐出ヘッドにおいて、前記圧電アクチュエータが請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電アクチュエータであることを特徴とする液体吐出ヘッド。
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４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。