JP5327465B2 - 液体吐出ヘッド及びその製造方法、画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は液体吐出ヘッド及びその製造方法、画像形成装置に関し、特に積層型圧電素子を有する液体吐出ヘッド及びその製造方法、同液体吐出ヘッドを備える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、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3次元的に造形して形成された像も含まれる。

従来、液体吐出ヘッドとして、液室内の液体であるインクを加圧する圧力を発生するための圧力発生手段（アクチュエータ手段）として圧電素子、特に圧電層と内部電極を交互に積層した積層型圧電素子を用いて、積層型圧電素子のｄ３３又はｄ３１方向の変位で液室の壁面を形成する弾性変形可能な振動板を変形させ、液室内体積を変化させて液滴を吐出させるいわゆる圧電アクチュエータを用いた圧電型ヘッドが知られている。

ところで、画像形成装置においては、高速、高密度化（高画質化）が求められていることから、ｄ３３モードの積層型圧電素子をアクチュエータとして使用する圧電型ヘッドにおいては、圧電素子の変位量を大きくするには積層数を多くすることが必要であり、その結果、多数の柱状の圧電素子（以下「圧電素子柱」という。）を高密度に溝加工して形成しなければならない。この場合、高密度化してもこれまでと同様の溝深さが求められるため、これまで以上に高アスペクト比での加工を行なわなければならなくなる。

ところが、積層型圧電部材を高アスペクト比で溝加工すると、圧電素子柱の柱幅（圧電素子のノズル並び方向の幅）が狭くなることから、圧電素子柱の剛性が低下し、柱の根本（以下「ボトム部」ともいう。）に対して上端（以下「トップ部」ともいう。）に曲がりが数μｍのレベルで発生する。

一方、圧電素子柱を高密度に配置した液体吐出ヘッドにおいて、同一ヘッド内における各ノズルからの滴吐出特性や異なるヘッド間における滴吐出特性のばらつきを低減するためには、各圧電素子柱と液室の壁面を形成している振動板（変位領域）との高精度な位置合わせが必要になる。

そこで、従来、圧電振動子を列状に固定した固定板の両面に、それぞれ固定板の一端から突出するように圧電材料板を固着し、固定板両面の２つの圧電材料板に対し、突出端から固定部に向かって同じワイヤーソーで同時に切れ込みを形成し、切れ込みを一定ピッチで複数形成して固定板の両面にそれぞれ棒状の圧電振動子を列設するものがある（特許文献１）。また、圧電素子の振動板との接合面側に凹溝を形成し、振動板の島状凸部先端面と凹溝底面とを接着剤で接合するものがある（特許文献２）。

また、圧電素子素材の分割溝の存在しない広域接合部の接着剤が端部チャンネルへはみ出さないように、端部チャンネルに対応した分割溝の近傍にダミー溝を形成し、余剰な接着剤をダミー溝に吸収するようにしたものがある（特許文献３）。なお、振動板と液室隔壁部材の高精度の位置合わせに関しては撮像手段を用いて行うものが知られている（特許文献４）。

特開２００６−２３１５８３号公報 特開２０００−３３４９４９号公報 特開２００６−２２６０１９号公報 特開２００３−３０５８５１号公報

しかしながら、上述した従来の構成にあっては、高密度化に伴って生じる圧電素子柱の曲がりに対して対応することができず、あるいは、高密度化により積層型圧電素子トップ部に凹部加工を施すことができないという課題がある。また、圧電素子の溝加工位置を高精度に検出したとしても、圧電素子の柱曲がりに対してはその曲がり量に準じて接合位置ズレが発生してしまうことに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、圧電素子の曲がりにも対応して圧電素子と振動板とを高精度に位置合わせて接合できるようにして、滴吐出特性のばらつき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、本発明に係る液体吐出ヘッドは、
液滴を吐出する複数のノズルと、前記ノズルが連通する液室と、前記液室の体積を変動させる振動板と、積層型圧電部材をハーフカット状に溝加工して形成された圧電素子とを備え、前記圧電素子で前記振動板を変形させて液室内の液体を加圧する圧力を発生させて前記液滴を吐出させる液体吐出ヘッドにおいて、
前記積層型圧電部材には、前記振動板との位置決め用のアライメント部が設けられ、
前記アライメント部は、前記積層型圧電部材の圧電素子列の両側に配置され、各々が前記圧電素子間の溝のピッチと同じピッチで形成された２本以上の溝からなり、
前記積層型圧電部材と前記振動板とは、前記２本以上の溝の間に形成された柱状圧電素子の１つを基準として位置合わせされて接合されている
構成とした。

本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、
液滴を吐出する複数のノズルと、前記ノズルが連通する液室と、前記液室の体積を変動させる振動板と、積層型圧電部材をハーフカット状に溝加工して形成された圧電素子とを備え、前記圧電素子で前記振動板を変形させて液室内の液体を加圧する圧力を発生させて前記液滴を吐出させる液体吐出ヘッドにおいて、
前記積層型圧電部材には、前記振動板との位置決め用のアライメント部が設けられ、
前記アライメント部は、前記積層型圧電部材の圧電素子列の両側に配置され、各々が前記圧電素子間の溝のピッチと同じピッチで形成された３本以上の溝からなり、
前記積層型圧電部材と前記振動板とは、前記３本以上の溝のうちの両端の溝を除く溝の１つを基準として振動板と位置合わせされて接合されている
構成とした。

これらの液体吐出ヘッドにおいて、前記積層型圧電部材の前記アライメント部は、前記振動板との接合面よりも後退した段差面に形成されている構成とできる。

この場合、前記後退した段差面が傾斜を有している構成とできる。

また、前記アライメント部の加工溝最下端部高さが前記圧電素子に設けられる個別電極部の加工溝最下端部高さ以下の高さである構成とできる。

本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法は、
また、前記アライメント部の溝の深さと、前記圧電素子間の溝の深さが同じである構成とできる。
液滴を吐出する複数のノズルと、前記ノズルが連通する液室と、前記液室の体積を変動させる振動板と、積層型圧電部材をハーフカット状に溝加工して形成された圧電素子とを備え、前記圧電素子で前記振動板を変形させて液室内の液体を加圧する圧力を発生させて前記液滴を吐出させる液体吐出ヘッドの製造方法において、
前記圧電部材の一端部側から他端部側に向けてハーフカット状の溝加工を施して、複数の前記圧電素子とともに、前記積層型圧電部材の両端部側に前記振動板との位置合わせ用アライメント部となる２本以上の溝を、前記圧電素子を形成する溝加工と同じピッチで形成する工程と、
前記積層型圧電部材と前記振動板とを前記アライメント部の２本以上の溝の間に形成された圧電素子の１つを基準として位置合わせして接合する工程とを有する
構成とした。

本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法は、
液滴を吐出する複数のノズルと、前記ノズルが連通する液室と、前記液室の体積を変動させる振動板と、積層型圧電部材をハーフカット状に溝加工して形成された圧電素子とを備え、前記圧電素子で前記振動板を変形させて液室内の液体を加圧する圧力を発生させて前記液滴を吐出させる液体吐出ヘッドの製造方法において、
前記圧電部材の一端部側から他端部側に向けてハーフカット状の溝加工を施して、複数の前記圧電素子とともに、前記積層型圧電部材の両端部側に前記振動板との位置合わせ用アライメント部となる３本以上の溝を、前記圧電素子を形成する溝加工と同じピッチで形成する工程と、
前記積層型圧電部材と前記振動板とを前記アライメント部の３本以上の溝のうちの両端を除く溝の１つを基準として位置合わせして接合する工程とを有する
構成とした。

本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えたものである。

本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、積層型圧電部材の両端部側に振動板との位置合わせ用アライメント部となる２本以上の溝が圧電素子を形成する溝加工と同じピッチで形成され、積層型圧電部材と振動板とをアライメント部の２本以上の溝の間に形成された圧電素子の１つを基準として位置合わせして接合されている構成としたので、アライメント部の基準となる圧電素子も滴吐出圧力発生用の圧電素子と同様な曲がりを生じ、滴吐出圧力発生用の圧電素子と振動板との位置合わせ精度を向上することができ、滴吐出特性のばらつきを低減できる。

本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、積層型圧電部材の両端部側に振動板との位置合わせ用アライメント部となる３本以上の溝が圧電素子を形成する溝加工と同じピッチで形成され、積層型圧電部材と振動板とをアライメント部の３本以上の溝のうちの両端の溝を除く溝の１つを基準として位置合わせして接合されている構成としたので、アライメント部の基準となる溝も滴吐出圧力発生用の圧電素子と同様な曲がりを生じ、滴吐出圧力発生用の圧電素子と振動板との位置合わせ精度を向上することができ、滴吐出特性のばらつきを低減できる。

本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法によれば、積層型圧電部材の両端部側に振動板との位置合わせ用アライメント部となる２本以上の溝を圧電素子を形成する溝加工と同じピッチで形成し、積層型圧電部材と振動板とをアライメント部の２本以上の溝の間に形成された圧電素子の１つを基準として位置合わせして接合する構成としたので、アライメント部の基準となる圧電素子も滴吐出圧力発生用の圧電素子と同様な曲がりを生じ、滴吐出圧力発生用の圧電素子と振動板との位置合わせ精度を向上することができ、滴吐出特性のばらつきを低減できる。

本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法によれば、積層型圧電部材の両端部側に振動板との位置合わせ用アライメント部となる３本以上の溝を圧電素子を形成する溝加工と同じピッチで形成し、積層型圧電部材と振動板とをアライメント部の３本以上の溝のうちの両端の溝を除く溝の１つを基準として位置合わせして接合する構成としたので、アライメント部の基準となる圧電素子も滴吐出圧力発生用の圧電素子と同様な曲がりを生じ、圧電素子と振動板との位置合わせ精度を向上することができ、滴吐出特性のばらつきを低減できる。

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るので、高画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分解斜視図である。 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）に沿う断面説明図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面説明図である。 同液体吐出ヘッドにおける本発明の第１実施形態に係る圧電部材の正面説明図である。 圧電素子柱の曲がり量の説明に供する説明図である。 比較例に係る圧電部材の正面説明図である。 本発明の第２実施形態に係る圧電部材の正面説明図である。 本発明の第３実施形態に係る圧電アクチュエータ部分の要部断面説明図である。 本発明に係る画像形成装置の一例を示す全体構成図である。 同じく要部平面説明図である。

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。本発明を適用す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は同ヘッドの外観斜視説明図、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は図１のＡ−Ａ線に沿う断面説明図である。

この液体吐出ヘッドは、流路基板（液室基板）１と、この流路基板１の下面に接合した振動板を形成する振動板部材２と、流路基板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。

流路基板１は、複数のＳＵＳ基板を積層接着してなり、各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は各液室６に対応してその壁面を形成する変形可能な薄肉部である振動領域（ダイアフラム部）２ａを有し、振動領域２ａの面外側（液室６と反対面側）に圧電部材１２との連結部となる厚肉部である島状凸部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）としての圧電部材１２の圧電素子柱１２Ａ、１２Ｂの上端面（接合面）１２ａを接合している。また、圧電部材１２の下端面はベース部材１３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２２を交互に両端面、即ち圧電部材１２の振動板２に略垂直な側面に引き出して、この側面に形成された端面電極（外部電極、個別電極）２５、２６に接続し、端面電極（外部電極）２５、２６間に電圧を印加することで積層方向の変位を生じる。なお、端面電極（共通電極）２５は圧電部材１２の底面を通じて個別電極２６側に引き回されている。

この圧電部材１２は、ハーフカット状の溝加工（ハーフカットダイシング）によって架橋部１２Ｃを残してスリット溝１４を形成することで、１つの圧電部材２２に対して所要数の圧電素子柱１２Ａ、１２Ｂを形成したものである。なお、圧電部材１２のベース部材１３側の角部には斜めカット部１２ａを設けている。これは端面電極（外部電極、個別電極）２５、２６を分離するものである。

なお、圧電部材１２の圧電素子柱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素子柱を圧電素子柱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素子柱を圧電素子柱１２Ｂとして区別している。この場合、図３に示すように、駆動用圧電素子柱１２Ａと支柱用圧電素子柱１２Ｂとを交互に使用するバイピッチ構成としているが、すべての圧電素子柱を駆動用圧電素子柱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。

そして、圧電部材１２の各駆動用圧電素子柱１２Ａの外部電極（個別電極）２６には駆動信号を与えるために配線部材としてのＦＰＣ１５の電極を接続し、このＦＰＣ１５には圧電部材１２の各駆動用圧電素子柱１２Ａに対して選択的に駆動波形（駆動信号）を印加するための駆動回路（ドライバＩＣ）１６が実装されている。

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、これらの圧電部材１２、ベース部材１３及びＦＰＣ１５などで構成される圧電アクチュエータ１１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に外部からインクを供給するための供給口１９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。なお、ベース部材１３とフレーム部材１７とは接着剤２９などで接合されている。

このように構成した液体吐出ヘッドにおいては、例えば圧電部材１２の駆動圧電素子柱１２Ａ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１２Ａが収縮し、振動板部材２の振動板領域２ａが下降して加圧液室６の容積が膨張することで、加圧液室６内にインクが流入し、その後駆動圧電素子柱１２Ａに印加する電圧を上げて駆動圧電素子柱１２Ａを積層方向に伸長させ、振動板領域２ａをノズル４方向に変形させて加圧液室６の容積を収縮させることにより、加圧液室６内のインクが加圧され、ノズル４からインク滴が吐出（噴射）される。

そして、駆動圧電素子柱１２Ａ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２ａが初期位置に復元し、加圧液室６が膨張して負圧が発生するので、このとき、共通液室８から加圧液室６内にインクが充填される。そこで、ノズル４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。

次に、この液体吐出ヘッドに適用した本発明の第１実施形態について図３及び図４を参照して説明する。なお、図４は同実施形態における圧電部材の正面説明図である。
この実施形態で用いている圧電部材１２の両端部１２Ｄ、１２Ｅには、振動板部材２との接合面３１が設けられるとともに、段差面３２が形成され、この段差面３２に振動板部材２との位置決め用のアライメント部３３が設けられている。このアライメント部３３には、各々が圧電素子柱１２Ａ、１２Ｂ間の溝１４のピッチと同じピッチで形成された２本（この例では２本であるが、本数は２本以上であればよい）の溝３４、３４が形成されている。

そして、図３に示すように、圧電部材１２と振動板部材２とは、２本の溝３４、３４の間に形成された圧電素子柱３５を基準として、振動板部材２に開口されたアライメント穴４０と位置合わせされて接合されている。ここでは、振動板部材２のアライメント穴４０に対応してアライメント穴を流路基板１とノズル板３まで開口しているが、振動板部材２のみ、もしくは振動板部材２と流路基板１のみに開口してもよく、インクが圧電部材１２に触れることを避けるためにはノズル面までは開口していないことが好ましい。この場合には、振動板部材２と圧電部材１２を位置合わせして接合した後で流路基板１やノズル板３を接合することで、ノズル板３までアライメント穴を開口せずに形成することができる。

また、この例では、アライメント部３３の溝３４は２本であるが、溝３４の本数は２本以上であればよく、また基準とする圧電素子柱３５が２本以上の場合にそのうちの１本の圧電素子柱３５を用いればよい。

このとき、圧電部材１２に対する溝加工は、例えば一端部１２Ｄ側から他端部１２Ｅ側に向かって例えばダイシングソーやダイシングブレードなどの溝加工手段を相対的に移動させて、同じ溝ピッチで溝３４、３４及び溝１４を形成する。

このように構成することで、溝加工によって圧電素子柱１２Ａ、１２Ｂに曲がりが生じているとき、アライメント部３３の圧電素子柱３５も同じ方向にほぼ同じ量の曲がりが生じるので、当該圧電素子柱３５を基準として接合を行なうことで、曲がりが生じている圧電素子柱１２Ａと振動板部材２の島状凸部２ｂとの位置合わせが高精度に行なわれていることになる。

この点について具体的に説明すると、例えば、６００ｄｐｉ相当で圧電素子柱１２Ａ、１２Ｂを配列し、溝１４の深さ（溝加工深さ）を４００μｍ、溝１４の幅を約２５μｍとして溝加工を行なったとき、圧電素子柱１２Ａ、１２Ｂには３〜４μｍ程度の曲がりが発生する。なお、ダイシング溝深さ、ダイシングピッチ（溝ピッチ）と曲がり量の関係の一例を図５に示している。つまり、３００ｄｐｉ相当の間隔のダイシングピッチで圧電素子柱１２Ａ、１２Ｂを配列する場合の加工においては、圧電素子柱の柱幅は５０μｍ以上確保できて、剛性が高いため、柱曲がりはほとんど発生しないが、６００ｄｐｉ相当の間隔の圧電素子柱１２Ａ、１２Ｂを配列する場合の加工においては、圧電素子柱１２Ａ、１２Ｂの柱幅は２０μｍ前後となることから、圧電素子柱の剛性が低下し、圧電素子柱の根本（ボトム）に対して上端（トップ部）側に曲がりが数μｍレベルで発生する。

この柱曲がりは、加工時の応力に対して応力緩和する方向に発生することから、加工順序として圧電部材の一方向から順次溝加工を行なうことによって、同じ方向に同じ曲がり量で発生する。ただし、圧電部材の製造工程における焼成、分極処理工程等のばらつき、及び溝加工の深さばらつきにより、加工ワーク（異なる圧電部材）間の曲がり量には若干の違いがあることが確認されている。このため、事前に曲がり量を予測してアライメント位置をオフセットして接合することも難しい。

そこで、圧電部材１２の両端部１２Ｄ、１２Ｅにアライメント部３３としてアライメント用の２本の溝３４、３４を個別電極部（圧電素子柱１２Ａ、１２Ｂを形成する部分）の溝１４と２本とも同じ深さで加工する。これにより、溝３４、３４で挟まれた圧電素子柱３５は１本目（加工開始側）の加工溝３４方向に曲がりが発生している。この曲がり量は、圧電素子柱１２Ａ、１２Ｂとほぼ同等になる。このアライメント部３３の圧電素子柱３５の上端の一部を検出し、振動板部材２と位置合わせすることにより、圧電素子柱１２Ａ、１２Ｂと振動板部材２の島状凸部２ｂとを高精度に位置合わせして接合することができる。

ここで、圧電部材１２と振動板部材２とを接着剤にて接合する例で製造工程を説明する。
アライメント用溝３４は、接合面３１よりも後退した段差面３２に形成し、アライメント部３３及び個別電極部の溝３４、１４をダイシングにより形成する。その後、圧電部材３２の接合面３１に接着剤を印刷供給して塗布する。この接着剤印刷工法としてはフレキソ印刷等の転写工法等で薄膜供給することが可能である。このとき、段差面３２が設けられているので、接合面３１に接着剤を供給しても、圧電部材１２のアライメント部３３（アライメント用溝加工部）には接着剤が供給されないため、高精度に圧電素子柱３５の検出が可能となる。

一方、振動板部材２には図３に示すように圧電部材１２のアライメント用溝加工部に対応する位置にアライメントパターンとして例えば貫通穴を設ける。

そして、圧電部材１２と振動板部材２とのアライメントパターンを検出し（例えば撮像手段で撮像して認識する）、両部材の初期位置合わせを行う。このとき、圧電部材１２と振動板部材２との間に数十μｍ以上のギャップを設けた状態で初期位置合わせを行う。また、この初期位置合わせに際しては、圧電部材２の柱エッジを認識しやすくするため、横方向から光を当てることにより認識性が向上する。さらに、初期位置合わせだけでなく、弱い加圧状態でも、圧電部材２に段差面３２を設けていることから、アライメント部に光を導入して圧電素子柱３５の柱エッジを検出することができ、相互のアライメント部を検出して位置補正することにより、更なる高精度の位置合わせが可能となる。また、アライメント部（アライメントパターン）を圧電部材１２、振動板部材２の左右に形成していることにより、部品の累積ピッチ誤差を左右均等に分散させることができ、累積ピッチ誤差による最大位置ズレ量は約１／２に低減できる。

ここで、圧電部材１２のアライメント用溝３４の深さについて説明する。上記実施形態では、圧電部材１２のアライメント部３３を形成する部位に段差面３２（段差部）を設けていることから、溝３４の最下端を個別電極部の溝１４と揃えると、段差分だけアライメント部３３の溝３４の深さが浅くなることになる。この段差深さは小さくすることにより、溝３４と溝１４の深さの差を小さくすることができることから、圧電素子柱３５と圧電素子柱１２Ａ、１２Ｂと曲がり量の差も小さくできる。また、段差深さ分だけ溝３４の最下端を低く設定する（図４の深さＤ分だけ溝３４の最下端位置を溝１４の最下端位置より低くする）ことにより、溝３４と溝１４との深さを同じにすることができるので、アライメント部３３の溝３４の最下端部高さを個別電極部の溝１４の最下端部高さ以下の高さとすることが好ましい。

次に、１本のアライメント用溝を形成し、このアライメント用溝を基準として位置合わせを行う比較例との対比で位置ズレ量が滴吐出特性にどの程度影響するかを検証した。
（実施例）
圧電部材１２に深さ４００μｍの溝３４、３４、１４の溝加工を行なったところ、圧電素子柱１５、圧電素子柱１２Ａ、１２Ｂの曲がり量は約４μｍとなった。そして、溝３４、３４の間の圧電素子柱３５を基準として位置合わせを行って圧電部材１２と振動板部材２とを接合し、流路板１、ノズル板２などのその他の前述したヘッド構成部品を使用して液体吐出ヘッドを製作した。

（比較例）
図６に示すように、圧電部材１２に深さ４００μｍの１本のアライメント用溝１３４と溝１４の加工を行なったところ、圧電素子柱１２Ａ、１２Ｂの曲がり量は同じく約４μｍとなった。そして、１本のアライメント用溝１３４を基準として位置合わせを行って圧電部材１２と振動板部材２とを接合し、流路板１、ノズル板２などのその他の前述したヘッド構成部品を使用して液体吐出ヘッドを製作した。

これらの実施例及び比較例のヘッドを同一駆動条件で駆動して評価した結果、実施例に係るヘッドの方が比較例に係るヘッドよりも、インク滴噴射速度Ｖｊが６〜８％程度向上することが確認された。

この結果は、実施例のヘッドの方が、圧電部材２の圧電素子柱１２Ａと振動板部材２の島状凸部２ｂとの接合位置精度が向上したことにより、液室６への圧力伝達効率が向上したことを意味する。

つまり、本発明によれば、圧電部材に対する高いアスペクト比による溝加工を行なって圧電素子柱の柱曲がりが発生したとしても、振動板との接合ズレを発生することなく簡単に高い位置精度で接合できることから、滴噴射特性の向上とばらつきの低減を図ることができる。

次に、本発明の第２実施形態について図７を参照して説明する。なお、図７は同実施形態における圧電部材の正面説明図である。
この実施形態で用いている圧電部材１２の両端部１２Ｄ、１２Ｅには、振動板部材２との接合面３１が設けられるとともに、段差面３２が形成され、この段差面３２に振動板部材２との位置決め用のアライメント部３３が設けられている。このアライメント部３３には、各々が圧電素子柱１２Ａ、１２Ｂ間の溝１４のピッチと同じピッチで形成された３本（この例では３本であるが、本数は３本以上であればよい）の溝３４ａ、３４ｂ、３４ｃ（区別しないときは溝３４という。）が形成されている。そして、圧電部材１２と振動板部材２とは、３本の溝３４ａ、３４ｂ、３４ｃのうちの両端の溝３４ａ、３４ｃを除く溝３４ｂを基準として位置合わせされて接合されている。なお、この例では、アライメント部３３の溝３４は３本であるが、溝３４の本数は３本以上であればよく、また基準とする溝３４が２本以上の場合にそのうちの１本の溝３４を用いればよい。

このとき、圧電部材１２に対する溝加工は、例えば一端部１２Ｄ側から他端部１２Ｅ側に向かって例えばダイシングソーやダイシングブレードなどの溝加工手段を相対的に移動させて、同じ溝ピッチで溝３４ａ〜３４ｃ及び溝１４を形成する。

このように構成することで、溝加工によって圧電素子柱１２Ａ、１２Ｂに曲がりが生じているとき、アライメント部３３の溝３４ａ、３４ｂ間の圧電素子柱、溝３４ｂ、３４ｃ間の圧電素子柱も同じ方向及び同じ量の曲がりが生じるので、両端の溝３４ａ、３４ｃを除く溝３４ｂを基準として接合を行なうことで、曲がりが生じている圧電素子柱１２Ａ、１２Ｂと振動板部材２の島状凸部２ｂとの位置合わせが高精度に行なわれていることになる。

次に、本発明の第３実施形態について図８を参照して説明する。なお、図８は同実施形態における圧電アクチュエータ部分の要部断面説明図である。
ここでは、圧電部材１２のアライメント部３３を設ける段差面３２を、圧電部材１２の短手方向に傾斜する傾斜面としている。この傾斜面としての段差面３２は、２つの圧電部材１２、１２の対向しない側（外側）に向かって低くなるように傾斜している。

このように、アライメント部３３を設ける段差面３２を傾斜面とすることにより、圧電部材１２と振動板部材２とを接合するとき、弱い加圧で接合する場合でも横方向から光照射することにより、アライメント部３３を検出しやすくなり、接合精度を向上することができる。

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一例について図９及び図１０を参照して説明する。なお、図９は同装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図、図１０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た構成したもので、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記録ヘッドとして備えているので、滴吐出特性のばらつきのない安定した滴吐出を行うことができて、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
２ 振動板部材
３ ノズル板
４ ノズル
６ 個別液室
１０ 共通液室
１２ 圧電部材
１２Ａ、１２Ｂ 圧電素子柱
１３ ベース部材
１４ 溝（スリット溝）
３１ 接合面
３２ 段差面
３３ アライメント部
３４、３４ａ〜３４ｃ 溝
３５ アライメント用の圧電素子柱
２３４…キャリッジ
２３５…記録ヘッド

Claims (9)

1. 液滴を吐出する複数のノズルと、前記ノズルが連通する液室と、前記液室の体積を変動させる振動板と、積層型圧電部材をハーフカット状に溝加工して形成された圧電素子とを備え、前記圧電素子で前記振動板を変形させて液室内の液体を加圧する圧力を発生させて前記液滴を吐出させる液体吐出ヘッドにおいて、
   前記積層型圧電部材には、前記振動板との位置決め用のアライメント部が設けられ、
   前記アライメント部は、前記積層型圧電部材の圧電素子列の両側に配置され、各々が前記圧電素子間の溝のピッチと同じピッチで形成された２本以上の溝からなり、
   前記積層型圧電部材と前記振動板とは、前記２本以上の溝の間に形成された柱状圧電素子の１つを基準として位置合わせされて接合されている
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 液滴を吐出する複数のノズルと、前記ノズルが連通する液室と、前記液室の体積を変動させる振動板と、積層型圧電部材をハーフカット状に溝加工して形成された圧電素子とを備え、前記圧電素子で前記振動板を変形させて液室内の液体を加圧する圧力を発生させて前記液滴を吐出させる液体吐出ヘッドにおいて、
   前記積層型圧電部材には、前記振動板との位置決め用のアライメント部が設けられ、
   前記アライメント部は、前記積層型圧電部材の圧電素子列の両側に配置され、各々が前記圧電素子間の溝のピッチと同じピッチで形成された３本以上の溝からなり、
   前記積層型圧電部材と前記振動板とは、前記３本以上の溝のうちの両端の溝を除く溝の１つを基準として振動板と位置合わせされて接合されている
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
3. 前記積層型圧電部材の前記アライメント部は、前記振動板との接合面よりも後退した段差面に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記後退した段差面が傾斜を有していることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記アライメント部の加工溝最下端部高さが前記圧電素子に設けられる個別電極部の加工溝最下端部高さ以下の高さであることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記アライメント部の溝の深さと、前記圧電素子間の溝の深さが同じであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
7. 液滴を吐出する複数のノズルと、前記ノズルが連通する液室と、前記液室の体積を変動させる振動板と、積層型圧電部材をハーフカット状に溝加工して形成された圧電素子とを備え、前記圧電素子で前記振動板を変形させて液室内の液体を加圧する圧力を発生させて前記液滴を吐出させる液体吐出ヘッドの製造方法において、
   前記圧電部材の一端部側から他端部側に向けてハーフカット状の溝加工を施して、複数の前記圧電素子とともに、前記積層型圧電部材の両端部側に前記振動板との位置合わせ用アライメント部となる２本以上の溝を、前記圧電素子を形成する溝加工と同じピッチで形成する工程と、
   前記積層型圧電部材と前記振動板とを前記アライメント部の２本以上の溝の間に形成された圧電素子の１つを基準として位置合わせして接合する工程とを有する
   ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
8. 液滴を吐出する複数のノズルと、前記ノズルが連通する液室と、前記液室の体積を変動させる振動板と、積層型圧電部材をハーフカット状に溝加工して形成された圧電素子とを備え、前記圧電素子で前記振動板を変形させて液室内の液体を加圧する圧力を発生させて前記液滴を吐出させる液体吐出ヘッドの製造方法において、
   前記圧電部材の一端部側から他端部側に向けてハーフカット状の溝加工を施して、複数の前記圧電素子とともに、前記積層型圧電部材の両端部側に前記振動板との位置合わせ用アライメント部となる３本以上の溝を、前記圧電素子を形成する溝加工と同じピッチで形成する工程と、
   前記積層型圧電部材と前記振動板とを前記アライメント部の３本以上の溝のうちの両端を除く溝の１つを基準として位置合わせして接合する工程とを有する
   ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
9. 請求項１ないし６のいずれか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