インクジェットヘッド及び記録装置及び画像形成装置
【課題】内部電極の断線による静電容量値低下に起因する吐出不良及び吐出ばらつきの発生を低減することが可能な高信頼性を有するインクジェットヘッド及びこれを用いた記録装置を提供する。
【解決手段】それぞれ外部電極と接続され内部にボイド７０を有する内部電極６４と、内部電極６４と交互に積層される圧電層と、交互に駆動される駆動圧電素子柱６３ａ及び駆動されない非駆動圧電素子柱６３ｂとからなる複数の圧電素子柱６３と、フレキシブル基板５７とを有し、駆動圧電素子柱６３ａとフレキシブル基板５７の電極６１とが接合されるインクジェットヘッド７１において、駆動圧電素子柱６３ａの幅Ｗ１をボイド７０の最大径よりも大きくなるように形成した。
【解決手段】それぞれ外部電極と接続され内部にボイド７０を有する内部電極６４と、内部電極６４と交互に積層される圧電層と、交互に駆動される駆動圧電素子柱６３ａ及び駆動されない非駆動圧電素子柱６３ｂとからなる複数の圧電素子柱６３と、フレキシブル基板５７とを有し、駆動圧電素子柱６３ａとフレキシブル基板５７の電極６１とが接合されるインクジェットヘッド７１において、駆動圧電素子柱６３ａの幅Ｗ１をボイド７０の最大径よりも大きくなるように形成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルよりインク液滴を吐出して画像を記録するインクジェットヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、プリンタ、ファクシミリ、複写装置、コピア、プロッタ、及びこれ等いくつかの機能を有する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により構成された記録ヘッドを用い、媒体（以下「用紙」ともいうが材質を限定するものではなく、また被記録媒体、記録媒体、転写材、記録紙等も同義で使用する）を搬送しつつインク液滴を用紙に付着させて画像形成（記録、印刷、印写、印字も同義で使用する）を行うものがある。
【０００３】
液滴吐出ヘッドとしては、インク液滴を吐出する複数の並列配置されたノズルに対して個別に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によって形成し、この振動板を圧電素子によって変形させ、液室の容積を変化させてインク液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。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）にフレキシブル基板（フレキシブルプリントケーブル）等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構成している。
【０００４】
「特許文献１」には、インクジェットヘッドにおいて多チャンネルインクジェットヘッドにおける相互干渉を低減して画像品質を向上すべく、圧電素子列の駆動圧電素子柱と液室ユニットの振動板のダイアフラム部とを接合すると共に、圧電素子列の駆動圧電素子柱間に非駆動圧電素子柱を設け、この非駆動圧電素子柱と液室ユニットの加圧液室の隔壁部分とを高い剛性で接合する技術が開示されている。また「特許文献２」には、積層型圧電素子を用いたインクジェットヘッドとして、例えば圧電層と内部電極とを交互に積層し、両端面に個別側外部電極及び共通側外部電極を形成した積層型圧電素子に、一部を残して溝加工を施すことにより複数の駆動圧電素子柱と両端の非駆動圧電素子柱とを形成し、この積層型圧電素子の共通電極を駆動圧電素子柱の列方向両端の非駆動圧電素子柱から取り出す技術が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現在、積層圧電素子を使用する方式のインクジェットヘッドにおいて、積層圧電素子は圧電層と内部電極層とを交互に積層して焼結させ、これをスリット加工等により複数の圧電素子柱に分割しているが、焼結の際に内部電極が収縮することによりボイドが発生し、これにより内部電極が断線して静電容量値低下による吐出不良や吐出ばらつきが懸念されている。また、現在では出力画像の高画質化に対応すべくインクジェットヘッドの高集積化が進められており、これに対応して圧電素子柱の配列方向の幅が狭くなると共にボイドの長さが圧電素子柱の幅以上となる可能性が従来よりも大きくなり、内部電極が断線して静電容量値低下による吐出不良や吐出ばらつきの発生が大きな問題点となっていた。
【０００６】
「特許文献１」に開示された技術でも、ヘッドが高集積となり圧電素子柱の列方向の幅が狭くなると圧電層と交互に積層されている内部電極の列方向の幅も狭くなり、焼成の際に発生するボイドが内部電極の幅よりも大きくなってしまい内部電極が断線する可能性が高くなるという問題点がある。また「特許文献２」に開示された技術ではヘッドが高集積となると相互干渉も大きくなり、これにより「特許文献１」と同様の構成が必要となり同様の問題点が生じてしまう。
【０００７】
本発明は上述の問題点を解消し、内部電極の断線による静電容量値低下に起因する吐出不良及び吐出ばらつきの発生を低減することが可能な高信頼性を有するインクジェットヘッド及びこれを用いた記録装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明は、外部電極に接続される内部電極と、該内部電極と交互に積層される圧電層とからなる複数の圧電素子柱を設けると共に、該複数の圧電素子柱を交互に並列に配置した駆動圧電素子柱と非駆動圧電素子柱とから構成されるインクジェットヘッドにおいて、前記駆動圧電素子柱の幅を前記内部電極に発生するボイドの最大径よりも大きくしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、駆動圧電素子柱の幅をその内部電極に発生するボイドの最大径よりも大きく形成することにより、駆動圧電素子柱内の内部電極が断線することを防止でき、吐出不良や吐出ばらつきの発生を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態を適用可能なインクジェットヘッドの概略斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態を適用可能なインクジェットヘッドの圧電アクチュエータにおける圧電素子の構成及び圧電素子とフレキシブル基板との接合状態を示す概略図である。
【図３】本発明の一実施形態を適用可能なインクジェットヘッドの圧電アクチュエータにおける圧電素子の構成及び圧電素子とフレキシブル基板との接合状態を示す概略図である。
【図４】本発明の一実施形態を適用可能なバイピッチ構造のインクジェットヘッドの概略図である。
【図５】（ａ）図３からフレキシブル基板を除いた概略図、（ｂ）駆動圧電素子柱のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は内部電極層のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】図４に示したバイピッチ構造のインクジェットヘッドを高集積化したインクジェットヘッドの概略図である。
【図７】（ａ）図６からフレキシブル基板を除いた概略図、（ｂ）駆動圧電素子柱のＡ−Ａ断面図、（ｃ）内部電極層のＢ−Ｂ断面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態を示す高集積バイピッチ構造のインクジェットヘッドの概略図である。
【図９】（ａ）図８からフレキシブル基板を除いた概略図、（ｂ）内部電極層のＢ−Ｂ断面図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態におけるボイドの大きさを調査した結果を示すグラフである。
【図１１】本発明の第２の実施形態を示す高集積バイピッチ構造のインクジェットヘッドの概略図である。
【図１２】本発明の一実施形態を採用したインクジェットヘッドを搭載可能なインクジェット画像形成装置の概略図である。
【図１３】本発明の一実施形態を採用したインクジェットヘッドを搭載可能な他のインクジェット画像形成装置の概略斜視図である。
【図１４】本発明の一実施形態を採用したインクジェットヘッドを搭載可能な他のインクジェット画像形成装置の概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態が適用可能な液滴吐出ヘッドを分解して模式的に示した斜視図である。同図においてインクジェットヘッドである液滴吐出ヘッド５０は、上部よりノズル板５１、流路板５３、振動板５４、２個の圧電素子５５、及びベース部材５６が順次重ねられ、かつ各圧電素子５５にフレキシブル基板（フレキシブルプリントケーブル）５７が接合された状態においてフレーム５８内に収容されることにより構成されている。ノズル板５１にはインクが吐出される図示しない２列のノズル孔が設けられていると共に、流路板５３には各ノズル孔に対応する個別の図示しない圧力室がそれぞれ形成されると共に、各圧力室から各ノズル孔にインクを連通させる複数の連通孔５２ａが形成されている。
【００１２】
各圧電素子５５はそれぞれベース部材５６に取り付けられており、各圧力室においてそれぞれエネルギ発生手段として機能する。各圧電素子５５は圧力室の１つの壁を形成する振動板５４に接合されており、各圧電素子５５には駆動制御のための図示しない制御部がフレキシブル基板５７を介して電気的に接続されている。各フレキシブル基板５７は、柔軟性を有し大きく変形させることが可能な薄膜状の部材（例えばポリエチレンテレフタラート板）によって形成されており、その内方には図示しない複数の電路が設けられている。
【００１３】
次に、液滴吐出ヘッド５０における圧電アクチュエータとしての圧電素子５５の構成及び圧電素子５５とフレキシブル基板５７との接合状態を図２及び図３に示す。本発明に関わる圧電素子５５は、図３に示すように圧電層６３と内部電極６４とを交互に積層して焼結した後、図５（ｂ）に示すようにその前後端面側にそれぞれ個別電極６０と共通電極６５とを加工し、さらにブレード等によって複数の溝６４ａを加工することにより複数の圧電素子柱６３ａ，６３ｂが列状に並べて配置されるように構成されている。そして、複数の圧電素子柱６３ａ，６３ｂの個別電極６０とフレキシブル基板５７に一つおきに設けられたフレキシブル基板電極６１を半田部材６２によって接合する。図３に示すように、複数の圧電素子柱６３ａ，６３ｂのうちフレキシブル基板電極６１が接合された圧電素子柱を駆動圧電素子柱６３ａ、フレキシブル基板電極６１が接合されない圧電素子柱を非駆動圧電素子柱６３ｂとし、これ等複数の駆動圧電素子柱６３ａと非駆動圧電素子柱６３ｂとをそれぞれ交互に配置することによりバイピッチ構造の圧電素子５５を構成している。
【００１４】
図４は、上述したバイピッチ構造のインクジェットヘッドを示している。図４に示す構成では、複数の液室を形成する流路板５３を支柱となる非駆動圧電素子柱６３ｂによって支持している。このような構成とすることにより、複数の駆動圧電素子柱６３ａのうち所定の駆動圧電素子柱６３ａを駆動し、その駆動される駆動圧電素子柱６３ａに接合された振動板５４が上下方向に変位することにより駆動する駆動圧電素子柱６３ａに対応する液室内のインクをノズル孔から吐出するが、その際に駆動された駆動圧電素子柱６３ａにより流路板５３やノズル板５１の全体が変位することにより、隣接する駆動しない液室に対して圧力変化が生じて液滴吐出特性が変動するという相互干渉を低減することが可能な構成となっている。
【００１５】
図５（ａ）は図３からフレキシブル基板５７及び個別電極６０を除いた構成を、図５（ｂ）は駆動圧電素子柱６３ａのＡ−Ａ断面図を、図５（ｃ）は内部電極６４層のＢ−Ｂ断面図をそれぞれ示している。圧電素子５５を構成する複数の圧電素子柱６３ａ，６３ｂは、図５（ａ）に示すように圧電層６３と内部電極６４とを交互に積層して構成されており、図５（ｂ）に示すように内部電極６４は交互に圧電素子柱６３ａ，６３ｂの両端面、すなわち圧電素子５５の振動板５４に対して垂直な側面に引き出されており、この両端面に形成された個別電極６０及び共通電極６５と接続されている。そして、上述したように個別電極６０をフレキシブル基板５７に設けられたフレキシブル基板電極６１と接合することにより、個別電極６０と共通電極６５との間に電圧を印加することで内部電極６４を介して積層された個々の圧電層６３に積層方向の変位を生じさせるように構成されている。従って、個々の圧電素子柱６３ａ，６３ｂの変位量は、電圧及び圧電定数を変化させなければ積層数及び断面積に依存する。また、図５（ｃ）に示すように圧電層６３と内部電極６４とを交互に積層して焼結する際に、内部電極６４に熱が加わり熱収縮によってボイド７０が発生する。
【００１６】
図６は、高画質化に対応するために図４に示したバイピッチ構造のインクジェットヘッドを高集積化（ノズル間ピッチＬを従来の１／２とする）したインクジェットヘッドを示している。高集積化によりノズル間ピッチが狭くなったことで、圧電素子５５の駆動圧電素子柱６３ａ及び非駆動圧電素子柱６３ｂの幅もそれぞれ狭くなっている。なお、図６では駆動圧電素子柱６３ａ及び非駆動圧電素子柱６３ｂの幅を同じとした場合を示している。
【００１７】
図７（ａ）は図６からフレキシブル基板５７及び個別電極６０を除いた構成を、図７（ｂ）は駆動圧電素子柱６３ａのＡ−Ａ断面図を、図７（ｃ）は内部電極６４層のＢ−Ｂ断面図をそれぞれ示している。ヘッドの高集積化によりノズル間ピッチを従来の１／２とすると共に、駆動圧電素子柱６３ａ及び非駆動圧電素子柱６３ｂの幅を同じとした場合には、駆動圧電素子柱６３ａの幅が狭くなることにより、図７（ｃ）に示すようにボイド７０の大きさが駆動圧電素子柱６３ａの幅よりも大きくなってしまう可能性が高まる。これにより、図７（ｂ）の丸で示すように内部電極６４が途中で断線してしまう。このように積層されている内部電極６４の一部に断線が発生するとその内部電極６４により駆動させる圧電層６３は駆動しなくなるため、駆動圧電素子柱６３ａ全体としては積層方向の変位量が低下して狙いの変位量に届かなくなる。すると、複数ある駆動圧電素子柱６３ａのうちボイド７０により断線した内部電極６４を有する駆動圧電素子柱６３ａに対応するノズル孔からのインク吐出量が、他の断線を起こしていない駆動圧電素子柱６３ａに対応するノズル孔からのインク吐出量よりも低下することにより吐出ばらつきが発生してしまう。このような吐出ばらつきが発生すると形成される画像の品質が著しく低下するため、ヘッド全体として使い物にならなくなってしまう。
【００１８】
そこで、１つの圧電素子柱６３ａ，６３ｂにおいて複数積層されている内部電極６４のうちの１層に発生するボイド７０のボイド径と個数とを調査した結果を図１０に示す。この調査結果は、圧電層６３と内部電極６４とを積層して焼結した後に、積層されている内部電極６４のうち任意の１層を取り出し、所定領域（０．１３０４ｍｍ２）を画像解析しその所定領域に含まれるボイド７０の径と個数とを調べたものである。なお、上述の所定領域は、１つの圧電素子柱６３ａ，６３ｂにおいて複数積層されている内部電極６４のうちの１層の面積に相当する領域である。図１０に示すように内部電極６４に発生するボイド７０の最大径は２５μｍであり、その個数は１個であった。従って、この最大径２５μｍのボイド７０が図７（ｃ）に示すように複数の駆動圧電素子柱６３ａのうちの１つの駆動圧電素子柱６３ａに発生してしまうと上述したようにヘッド全体が使い物にならなくなってしまう。これは、最近普及し始めているラインヘッドのように圧電素子柱の数が約３００個、１つの圧電素子柱での積層数が約２０層となるようなヘッドにおいては極めて深刻な問題であり、ボイドによる内部電極の断線を確実に防止することがヘッド製造における歩留まりを向上させるため非常に重要な技術的課題となっている。そこで、このような問題点を解決する構成を、本発明の第１の実施形態として以下に説明する。
【００１９】
図８は、本発明の第１の実施形態を採用したバイピッチ構造のインクジェットヘッド７１を、図９（ａ）はインクジェットヘッド７１からフレキシブル基板５７を除いた構成を、図９（ｂ）は内部電極６４層のＢ−Ｂ断面図をそれぞれ示している。本発明は、駆動圧電素子柱６３ａの内部電極６４にボイド７０が発生することにより駆動圧電素子柱６３ａの内部電極６４が断線することに起因する各種不具合の発生を防止すべく、駆動圧電素子柱６３ａの幅Ｗ１を上述したボイド７０の最大径よりも大きくし、かつ幅Ｗ１と非駆動圧電素子柱６３ｂの幅Ｗ２との関係をＷ１＞Ｗ２としている。
【００２０】
図１０に示すように、圧電素子５５を構成する圧電素子柱に発生するボイド７０の大きさは最大で２５μｍであった。このことから、駆動圧電素子柱６３ａの幅Ｗ１が２６μｍ以上となるように圧電素子５５を形成することにより、駆動圧電素子柱６３ａ内の内部電極６４が断線することを防止でき、ノズルピッチは高集積のままで吐出不良や吐出ばらつきの発生を低減することができる。また、ヘッド製造における歩留まりを飛躍的に向上することが可能となる。なお、非駆動圧電素子柱６３ｂ内の内部電極６４が断線しても液滴吐出特性に影響を及ぼすことはない。また、駆動圧電素子柱６３ａの幅が広がり強度が高くなるので、分割加工やフレキシブル基板５７接合時における柱倒れの発生が低減されると共に、駆動圧電素子柱６３ａの断面積が増加することにより例えば従来よりも少ない電圧、または少ない積層数により従来と同等の圧電素子としての変位量を達成することができ、ヘッドの低コスト化を図ることが可能となる。さらに、上述の構成では幅Ｗ２を可能な限り狭くすることにより幅Ｗ１を大きく取ることができるが、幅Ｗ２が狭すぎると非駆動圧電素子柱６３ｂが倒れてしまう。非駆動圧電素子柱６３ｂが倒れてしまう幅Ｗ２の値は、圧電素子５５の材質や深さ、加工方法に応じて変化する。
【００２１】
図１１は、本発明の第２の実施形態を採用したバイピッチ構造のインクジェットヘッド７２を示している。このインクジェットヘッド７２は、第１の実施形態で示したインクジェットヘッド７１と比較すると、フレキシブル基板５７にフレキシブル基板電極６１以外に補強部材として機能するダミー電極６６を取り付け、このダミー電極６６を非駆動圧電素子柱６３ｂに接合させている点で相違しており、他の構成は同一である。
【００２２】
このように、駆動圧電素子柱６３ａをフレキシブル基板電極６１と接合すると共に、非駆動圧電素子柱６３ｂをダミー電極６６と接合する構成としたので、第１の実施形態に比してフレキシブル基板５７と圧電素子５５との接合領域が増加することによりフレキシブル基板５７の圧電素子５５に対する接合強度が向上するため、例えばヘッドを組み立てる際にフレキシブル基板５７に不用意な力が加わった場合でもフレキシブル基板５７が圧電素子５５から容易に剥離することがないため、ヘッド製造における歩留まりを向上することができる。また、上述した非駆動圧電素子柱６３ｂの倒れに対しても強度が向上するため、インクジェットヘッドの信頼性を向上することができる。
【００２３】
さらに、非駆動圧電素子柱６３ｂは上述のように振動板５４、液室を構成する流路板５３を支持する固定柱として機能し、所定のノズルからインク吐出を行うために所定の液室を駆動させた際に隣接する駆動しない液室に振動板５４等の振動が伝播してしまいインク液滴吐出特性が変動することを防ぐ効果を有するが、本発明のように非駆動圧電素子柱６３ｂの幅は従来よりも狭くなっているがダミー電極６６を介してフレキシブル基板５７と接合させているため、非駆動圧電素子柱６３ｂの強度は従来と同等程度に保たれているので上述したインク液滴吐出特性が変動することを防ぐ効果を維持することが可能となる。また、図１１に示すようにダミー電極６６の長さを非駆動圧電素子柱６３ｂの長さとほぼ同等とすることにより、非駆動圧電素子柱６３ｂの強度をさらに向上することができる。
【００２４】
図１２は、上述したインクジェットヘッド７１，７２を搭載可能な記録装置であるインクジェット画像形成装置７３を示している。インクジェット画像形成装置７３は、記録媒体の印字領域幅以上の長さのノズル列を有するライン型の液滴吐出ヘッド（ラインヘッド）を搭載したライン型プリンタである。同図において符号２１４はブラック、マゼンタ、シアン、イエロの４色にそれぞれ対応した４個のライン型液滴吐出ヘッドであり、上述したインクジェットヘッド７１，７２と同様のものが用いられる。各ヘッド２１４の近傍には各ヘッド２１４に対応した維持機構装置２１５が設けられており、パージ処理、ワイピング処理等のヘッド保全動作時には、ヘッドノズル面に対向する位置へと維持機構装置２１５が移動する。
【００２５】
装置本体２１３の下部に設けられた給紙トレイは、ベース２００に対して圧板２０１及び記録紙２１６を給紙する給送回転体２０２が取り付けられて構成されている。圧板２０１はベース２００に取り付けられた回転軸ａを中心に回転可能であり、圧板ばね２０３によって給送回転体２０２に向けて付勢されている。圧板２０１の給送回転体２０２と対向する部位には、記録紙２１６の重送を防止するための人工皮革等の高摩擦抵抗部材からなる図示しない分離パッドが設けられている。また、圧板２０１と給送回転体２０２とを接離させる図示しないリリースカムが設けられている。
【００２６】
上述の構成において、画像形成装置７３の待機状態では図示しないリリースカムが圧板２０１を所定位置まで押し下げており、これにより圧板２０１と給送回転体２０２との当接が解除されている。そして、この状態で搬送ローラ２０４の駆動力が図示しないギヤ等を介して給送回転体２０２及び図示しないリリースカムに伝達されると、図示しないリリースカムが圧板２０１から離れて圧板２０１が上昇することにより給送回転体２０２と記録紙２１６とが当接し、給送回転体２０２の回転に伴い記録紙２１６がピックアップされて給紙が開始され、記録紙２１６は図示しない分離パッドによって１枚ずつに分離される。
【００２７】
給送回転体２０２は記録紙２１６をプラテン２１７に送り込むべく回転し、記録紙２１６はガイド２０５，２０６の間を通過して搬送ローラ２０４まで導かれ、搬送ローラ２０４とピンチローラ２０７とによってプラテン２１７まで搬送される。その後、画像形成装置７３は再び記録紙２１６と給送回転体２０２との当接を解除した待機状態となり、搬送ローラ２０４からの駆動力が切断される。図１２において符号２０８は手差し給紙用の給送回転体であり、手差しトレイ２０９上に載置された記録紙２１６を図示しない制御装置からの記録信号に従って給紙し、搬送ローラ２０４とピンチローラ２０７との間に向けて搬送する。
【００２８】
プラテン２１７まで搬送された記録紙２１６は、液滴吐出ヘッド２１４の下方を通過する。このとき、液滴吐出ヘッド２１４からの液滴吐出タイミング及び記録紙２１６の搬送速度が図示しない制御装置により制御され、これにより記録紙２１６上に所望の画像が記録される。画像が記録された記録紙２１６は、排紙ローラ２１０及び拍車２１１によって挟持搬送されて排紙トレイ２１２上に排出される。
【００２９】
図１３、図１４は、上述したインクジェットヘッド７１，７２を搭載可能な記録装置であるインクジェット画像形成装置７４を示している。インクジェット画像形成装置７４は、装置本体１の内部に主走査方向への移動が可能なキャリッジ、キャリッジに搭載されたインクジェットヘッドとしての記録ヘッド、記録ヘッドにインクを供給するインクカートリッジ等により構成される印字機構部２等を収納しており、装置本体１の下方には装置前方側より複数枚の用紙３を積載可能な給紙カセット（給紙トレイでもよい）４が着脱自在に設けられている。装置後面側には、装置本体１に移動自在に支持され、用紙３を載置可能な第１の位置と装置本体１に収容される第２の位置とを選択的に占める手差しトレイ５が設けられている。画像形成装置７４は、給紙カセット４または手差しトレイ５から給送される用紙３を取り込み、印字機構部２において用紙３に所望の画像を記録した後、給紙カセット４の上方に配置された排紙トレイ６上に用紙３を排出する。
【００３０】
印字機構部２は、図示しない左右の側板に掛け渡された主ガイドロッド１１と従ガイドロッド１２とによりキャリッジ１３を主走査方向（図１４において紙面方向）に向けて摺動自在に保持している。キャリッジ１３には、イエロ、マゼンタ、シアン、ブラックの各色インク液滴を吐出する上述したインクジェットヘッド７１，７２と同様のヘッド１４が、複数のインク吐出口を主走査方向と直交する方向に配列され、かつインク液滴吐出方向が下方となるように装着されている。またキャリッジ１３には、ヘッド１４に各色のインクを供給するためのインクカートリッジ１５が交換可能に装着されている。インクカートリッジ１５は、上方に大気と連通する大気口を、下方にはヘッド１４へインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体をそれぞれ有しており、多孔質体の毛細管現象によりヘッド１４へと供給されるインクを僅かな負圧に維持している。
【００３１】
上述の構成において、記録ヘッドとして各色のヘッド１４を用いているが、各色のインク液滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドを用いてもよい。また、ヘッド１４として用いられるインクジェットヘッドは、圧電素子等の電気機械変換素子で液室壁面を形成する振動板を介してインクを加圧するピエゾ型、発熱抵抗体により気泡を生じさせてインクを加圧するバブル型、インク流路壁面を形成する振動板とこれに対向する電極との間の静電力で振動板を変位させてインクを加圧する静電型等を使用可能であるが、本実施形態では静電型のインクジェットヘッドを用いている。
【００３２】
キャリッジ１３は用紙搬送方向下流側である後方側を主ガイドロッド１１に摺動自在に嵌め込まれており、用紙搬送方向上流側である前方側を従ガイドロッド１２上に摺動自在に載置されている。そして、主走査モータ１７によって回転駆動される駆動プーリ１８及び従動プーリ１９間にタイミングベルト２０を掛け渡すと共にタイミングベルトにキャリッジ１３を固定させることにより、主走査モータ１７を正逆回転させることによってキャリッジ１３が主走査方向に往復移動される。
【００３３】
一方、給紙カセット４にセットした用紙３をヘッド１４の下方へと搬送するため、給紙カセット４から用紙３を分離給送する給紙ローラ２１及びフリクションパッド２２、用紙３の搬送をガイドするガイド部材２３、給紙された用紙３を反転搬送する搬送ローラ２４、搬送ローラ２４の周面に押圧される搬送コロ２５、及び搬送ローラ２４からの用紙３の送り出し角度を規定する先端コロ２６等が設けられている。搬送ローラ２４は、ギヤ列を介して副走査モータ２７によって回転駆動される。
【００３４】
キャリッジ１３の下方には、キャリッジ１３の主走査方向の移動範囲に対応して、搬送ローラ２４から送り出された用紙３をヘッド１４の下方でガイドする印写受け部材２９が設けられており、印写受け部材２９の用紙搬送方向下流側には用紙３を排紙方向へと送り出すために回転駆動される搬送コロ３１及び拍車３２、用紙３を排紙トレイ６へと送り出す排紙ローラ３３及び拍車３４、排紙経路を形成するガイド部材３５，３６が設けられている。
【００３５】
上述の構成よりインクジェット画像形成装置７４は、キャリッジ１３を移動させつつ画像信号に応じてヘッド１４を駆動することにより停止している用紙３にインクを吐出して１行分の画像記録を行い、用紙３を所定量搬送後に次の行の画像記録を行う。そして、画像記録終了信号または用紙３の後端が記録領域に到達した信号を受け取ることにより、インクジェット画像形成装置７４は画像記録動作を終了して用紙３を排紙トレイ６上に排出させる。
【００３６】
また、キャリッジ１３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド１４の吐出不良を回復するための回復装置３７が配置されている。回復装置３７は、キャップ手段、吸引手段、クリーニング手段等を有しており、キャリッジ１３は印字待機中にはキャッピング手段でヘッド１４をキャッピングされ、吐出口を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良の発生を防止している。また、記録途中等に記録とは関係のないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定として安定した吐出性能を維持している。吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド１４の吐出口を密封し、チューブを介して吸引手段により吐出口からインクと共に気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやごみ等をクリーニング手段によって除去し、これにより吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは装置本体１の下部に設けられた図示しない廃インク溜まりに排出され、廃インク溜まり内部に設けられたインク吸収体に吸収保持される。
【符号の説明】
【００３７】
５７ フレキシブル基板（フレキシブルプリントケーブル）
６１ フレキシブル基板電極
６３ 圧電層
６３ａ 駆動圧電素子柱
６３ｂ 非駆動圧電素子柱
６４ 内部電極
６６ 補強部材（ダミー電極）
７０ ボイド
７１，７２ インクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）
７３，７４ 記録装置（インクジェット画像形成装置）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３８】
【特許文献１】特開平８−１６４６０７号公報
【特許文献２】特開平１０−２８６９５１号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルよりインク液滴を吐出して画像を記録するインクジェットヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、プリンタ、ファクシミリ、複写装置、コピア、プロッタ、及びこれ等いくつかの機能を有する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により構成された記録ヘッドを用い、媒体（以下「用紙」ともいうが材質を限定するものではなく、また被記録媒体、記録媒体、転写材、記録紙等も同義で使用する）を搬送しつつインク液滴を用紙に付着させて画像形成（記録、印刷、印写、印字も同義で使用する）を行うものがある。
【０００３】
液滴吐出ヘッドとしては、インク液滴を吐出する複数の並列配置されたノズルに対して個別に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によって形成し、この振動板を圧電素子によって変形させ、液室の容積を変化させてインク液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。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）にフレキシブル基板（フレキシブルプリントケーブル）等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構成している。
【０００４】
「特許文献１」には、インクジェットヘッドにおいて多チャンネルインクジェットヘッドにおける相互干渉を低減して画像品質を向上すべく、圧電素子列の駆動圧電素子柱と液室ユニットの振動板のダイアフラム部とを接合すると共に、圧電素子列の駆動圧電素子柱間に非駆動圧電素子柱を設け、この非駆動圧電素子柱と液室ユニットの加圧液室の隔壁部分とを高い剛性で接合する技術が開示されている。また「特許文献２」には、積層型圧電素子を用いたインクジェットヘッドとして、例えば圧電層と内部電極とを交互に積層し、両端面に個別側外部電極及び共通側外部電極を形成した積層型圧電素子に、一部を残して溝加工を施すことにより複数の駆動圧電素子柱と両端の非駆動圧電素子柱とを形成し、この積層型圧電素子の共通電極を駆動圧電素子柱の列方向両端の非駆動圧電素子柱から取り出す技術が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現在、積層圧電素子を使用する方式のインクジェットヘッドにおいて、積層圧電素子は圧電層と内部電極層とを交互に積層して焼結させ、これをスリット加工等により複数の圧電素子柱に分割しているが、焼結の際に内部電極が収縮することによりボイドが発生し、これにより内部電極が断線して静電容量値低下による吐出不良や吐出ばらつきが懸念されている。また、現在では出力画像の高画質化に対応すべくインクジェットヘッドの高集積化が進められており、これに対応して圧電素子柱の配列方向の幅が狭くなると共にボイドの長さが圧電素子柱の幅以上となる可能性が従来よりも大きくなり、内部電極が断線して静電容量値低下による吐出不良や吐出ばらつきの発生が大きな問題点となっていた。
【０００６】
「特許文献１」に開示された技術でも、ヘッドが高集積となり圧電素子柱の列方向の幅が狭くなると圧電層と交互に積層されている内部電極の列方向の幅も狭くなり、焼成の際に発生するボイドが内部電極の幅よりも大きくなってしまい内部電極が断線する可能性が高くなるという問題点がある。また「特許文献２」に開示された技術ではヘッドが高集積となると相互干渉も大きくなり、これにより「特許文献１」と同様の構成が必要となり同様の問題点が生じてしまう。
【０００７】
本発明は上述の問題点を解消し、内部電極の断線による静電容量値低下に起因する吐出不良及び吐出ばらつきの発生を低減することが可能な高信頼性を有するインクジェットヘッド及びこれを用いた記録装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明は、外部電極に接続される内部電極と、該内部電極と交互に積層される圧電層とからなる複数の圧電素子柱を設けると共に、該複数の圧電素子柱を交互に並列に配置した駆動圧電素子柱と非駆動圧電素子柱とから構成されるインクジェットヘッドにおいて、前記駆動圧電素子柱の幅を前記内部電極に発生するボイドの最大径よりも大きくしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、駆動圧電素子柱の幅をその内部電極に発生するボイドの最大径よりも大きく形成することにより、駆動圧電素子柱内の内部電極が断線することを防止でき、吐出不良や吐出ばらつきの発生を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態を適用可能なインクジェットヘッドの概略斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態を適用可能なインクジェットヘッドの圧電アクチュエータにおける圧電素子の構成及び圧電素子とフレキシブル基板との接合状態を示す概略図である。
【図３】本発明の一実施形態を適用可能なインクジェットヘッドの圧電アクチュエータにおける圧電素子の構成及び圧電素子とフレキシブル基板との接合状態を示す概略図である。
【図４】本発明の一実施形態を適用可能なバイピッチ構造のインクジェットヘッドの概略図である。
【図５】（ａ）図３からフレキシブル基板を除いた概略図、（ｂ）駆動圧電素子柱のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は内部電極層のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】図４に示したバイピッチ構造のインクジェットヘッドを高集積化したインクジェットヘッドの概略図である。
【図７】（ａ）図６からフレキシブル基板を除いた概略図、（ｂ）駆動圧電素子柱のＡ−Ａ断面図、（ｃ）内部電極層のＢ−Ｂ断面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態を示す高集積バイピッチ構造のインクジェットヘッドの概略図である。
【図９】（ａ）図８からフレキシブル基板を除いた概略図、（ｂ）内部電極層のＢ−Ｂ断面図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態におけるボイドの大きさを調査した結果を示すグラフである。
【図１１】本発明の第２の実施形態を示す高集積バイピッチ構造のインクジェットヘッドの概略図である。
【図１２】本発明の一実施形態を採用したインクジェットヘッドを搭載可能なインクジェット画像形成装置の概略図である。
【図１３】本発明の一実施形態を採用したインクジェットヘッドを搭載可能な他のインクジェット画像形成装置の概略斜視図である。
【図１４】本発明の一実施形態を採用したインクジェットヘッドを搭載可能な他のインクジェット画像形成装置の概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態が適用可能な液滴吐出ヘッドを分解して模式的に示した斜視図である。同図においてインクジェットヘッドである液滴吐出ヘッド５０は、上部よりノズル板５１、流路板５３、振動板５４、２個の圧電素子５５、及びベース部材５６が順次重ねられ、かつ各圧電素子５５にフレキシブル基板（フレキシブルプリントケーブル）５７が接合された状態においてフレーム５８内に収容されることにより構成されている。ノズル板５１にはインクが吐出される図示しない２列のノズル孔が設けられていると共に、流路板５３には各ノズル孔に対応する個別の図示しない圧力室がそれぞれ形成されると共に、各圧力室から各ノズル孔にインクを連通させる複数の連通孔５２ａが形成されている。
【００１２】
各圧電素子５５はそれぞれベース部材５６に取り付けられており、各圧力室においてそれぞれエネルギ発生手段として機能する。各圧電素子５５は圧力室の１つの壁を形成する振動板５４に接合されており、各圧電素子５５には駆動制御のための図示しない制御部がフレキシブル基板５７を介して電気的に接続されている。各フレキシブル基板５７は、柔軟性を有し大きく変形させることが可能な薄膜状の部材（例えばポリエチレンテレフタラート板）によって形成されており、その内方には図示しない複数の電路が設けられている。
【００１３】
次に、液滴吐出ヘッド５０における圧電アクチュエータとしての圧電素子５５の構成及び圧電素子５５とフレキシブル基板５７との接合状態を図２及び図３に示す。本発明に関わる圧電素子５５は、図３に示すように圧電層６３と内部電極６４とを交互に積層して焼結した後、図５（ｂ）に示すようにその前後端面側にそれぞれ個別電極６０と共通電極６５とを加工し、さらにブレード等によって複数の溝６４ａを加工することにより複数の圧電素子柱６３ａ，６３ｂが列状に並べて配置されるように構成されている。そして、複数の圧電素子柱６３ａ，６３ｂの個別電極６０とフレキシブル基板５７に一つおきに設けられたフレキシブル基板電極６１を半田部材６２によって接合する。図３に示すように、複数の圧電素子柱６３ａ，６３ｂのうちフレキシブル基板電極６１が接合された圧電素子柱を駆動圧電素子柱６３ａ、フレキシブル基板電極６１が接合されない圧電素子柱を非駆動圧電素子柱６３ｂとし、これ等複数の駆動圧電素子柱６３ａと非駆動圧電素子柱６３ｂとをそれぞれ交互に配置することによりバイピッチ構造の圧電素子５５を構成している。
【００１４】
図４は、上述したバイピッチ構造のインクジェットヘッドを示している。図４に示す構成では、複数の液室を形成する流路板５３を支柱となる非駆動圧電素子柱６３ｂによって支持している。このような構成とすることにより、複数の駆動圧電素子柱６３ａのうち所定の駆動圧電素子柱６３ａを駆動し、その駆動される駆動圧電素子柱６３ａに接合された振動板５４が上下方向に変位することにより駆動する駆動圧電素子柱６３ａに対応する液室内のインクをノズル孔から吐出するが、その際に駆動された駆動圧電素子柱６３ａにより流路板５３やノズル板５１の全体が変位することにより、隣接する駆動しない液室に対して圧力変化が生じて液滴吐出特性が変動するという相互干渉を低減することが可能な構成となっている。
【００１５】
図５（ａ）は図３からフレキシブル基板５７及び個別電極６０を除いた構成を、図５（ｂ）は駆動圧電素子柱６３ａのＡ−Ａ断面図を、図５（ｃ）は内部電極６４層のＢ−Ｂ断面図をそれぞれ示している。圧電素子５５を構成する複数の圧電素子柱６３ａ，６３ｂは、図５（ａ）に示すように圧電層６３と内部電極６４とを交互に積層して構成されており、図５（ｂ）に示すように内部電極６４は交互に圧電素子柱６３ａ，６３ｂの両端面、すなわち圧電素子５５の振動板５４に対して垂直な側面に引き出されており、この両端面に形成された個別電極６０及び共通電極６５と接続されている。そして、上述したように個別電極６０をフレキシブル基板５７に設けられたフレキシブル基板電極６１と接合することにより、個別電極６０と共通電極６５との間に電圧を印加することで内部電極６４を介して積層された個々の圧電層６３に積層方向の変位を生じさせるように構成されている。従って、個々の圧電素子柱６３ａ，６３ｂの変位量は、電圧及び圧電定数を変化させなければ積層数及び断面積に依存する。また、図５（ｃ）に示すように圧電層６３と内部電極６４とを交互に積層して焼結する際に、内部電極６４に熱が加わり熱収縮によってボイド７０が発生する。
【００１６】
図６は、高画質化に対応するために図４に示したバイピッチ構造のインクジェットヘッドを高集積化（ノズル間ピッチＬを従来の１／２とする）したインクジェットヘッドを示している。高集積化によりノズル間ピッチが狭くなったことで、圧電素子５５の駆動圧電素子柱６３ａ及び非駆動圧電素子柱６３ｂの幅もそれぞれ狭くなっている。なお、図６では駆動圧電素子柱６３ａ及び非駆動圧電素子柱６３ｂの幅を同じとした場合を示している。
【００１７】
図７（ａ）は図６からフレキシブル基板５７及び個別電極６０を除いた構成を、図７（ｂ）は駆動圧電素子柱６３ａのＡ−Ａ断面図を、図７（ｃ）は内部電極６４層のＢ−Ｂ断面図をそれぞれ示している。ヘッドの高集積化によりノズル間ピッチを従来の１／２とすると共に、駆動圧電素子柱６３ａ及び非駆動圧電素子柱６３ｂの幅を同じとした場合には、駆動圧電素子柱６３ａの幅が狭くなることにより、図７（ｃ）に示すようにボイド７０の大きさが駆動圧電素子柱６３ａの幅よりも大きくなってしまう可能性が高まる。これにより、図７（ｂ）の丸で示すように内部電極６４が途中で断線してしまう。このように積層されている内部電極６４の一部に断線が発生するとその内部電極６４により駆動させる圧電層６３は駆動しなくなるため、駆動圧電素子柱６３ａ全体としては積層方向の変位量が低下して狙いの変位量に届かなくなる。すると、複数ある駆動圧電素子柱６３ａのうちボイド７０により断線した内部電極６４を有する駆動圧電素子柱６３ａに対応するノズル孔からのインク吐出量が、他の断線を起こしていない駆動圧電素子柱６３ａに対応するノズル孔からのインク吐出量よりも低下することにより吐出ばらつきが発生してしまう。このような吐出ばらつきが発生すると形成される画像の品質が著しく低下するため、ヘッド全体として使い物にならなくなってしまう。
【００１８】
そこで、１つの圧電素子柱６３ａ，６３ｂにおいて複数積層されている内部電極６４のうちの１層に発生するボイド７０のボイド径と個数とを調査した結果を図１０に示す。この調査結果は、圧電層６３と内部電極６４とを積層して焼結した後に、積層されている内部電極６４のうち任意の１層を取り出し、所定領域（０．１３０４ｍｍ２）を画像解析しその所定領域に含まれるボイド７０の径と個数とを調べたものである。なお、上述の所定領域は、１つの圧電素子柱６３ａ，６３ｂにおいて複数積層されている内部電極６４のうちの１層の面積に相当する領域である。図１０に示すように内部電極６４に発生するボイド７０の最大径は２５μｍであり、その個数は１個であった。従って、この最大径２５μｍのボイド７０が図７（ｃ）に示すように複数の駆動圧電素子柱６３ａのうちの１つの駆動圧電素子柱６３ａに発生してしまうと上述したようにヘッド全体が使い物にならなくなってしまう。これは、最近普及し始めているラインヘッドのように圧電素子柱の数が約３００個、１つの圧電素子柱での積層数が約２０層となるようなヘッドにおいては極めて深刻な問題であり、ボイドによる内部電極の断線を確実に防止することがヘッド製造における歩留まりを向上させるため非常に重要な技術的課題となっている。そこで、このような問題点を解決する構成を、本発明の第１の実施形態として以下に説明する。
【００１９】
図８は、本発明の第１の実施形態を採用したバイピッチ構造のインクジェットヘッド７１を、図９（ａ）はインクジェットヘッド７１からフレキシブル基板５７を除いた構成を、図９（ｂ）は内部電極６４層のＢ−Ｂ断面図をそれぞれ示している。本発明は、駆動圧電素子柱６３ａの内部電極６４にボイド７０が発生することにより駆動圧電素子柱６３ａの内部電極６４が断線することに起因する各種不具合の発生を防止すべく、駆動圧電素子柱６３ａの幅Ｗ１を上述したボイド７０の最大径よりも大きくし、かつ幅Ｗ１と非駆動圧電素子柱６３ｂの幅Ｗ２との関係をＷ１＞Ｗ２としている。
【００２０】
図１０に示すように、圧電素子５５を構成する圧電素子柱に発生するボイド７０の大きさは最大で２５μｍであった。このことから、駆動圧電素子柱６３ａの幅Ｗ１が２６μｍ以上となるように圧電素子５５を形成することにより、駆動圧電素子柱６３ａ内の内部電極６４が断線することを防止でき、ノズルピッチは高集積のままで吐出不良や吐出ばらつきの発生を低減することができる。また、ヘッド製造における歩留まりを飛躍的に向上することが可能となる。なお、非駆動圧電素子柱６３ｂ内の内部電極６４が断線しても液滴吐出特性に影響を及ぼすことはない。また、駆動圧電素子柱６３ａの幅が広がり強度が高くなるので、分割加工やフレキシブル基板５７接合時における柱倒れの発生が低減されると共に、駆動圧電素子柱６３ａの断面積が増加することにより例えば従来よりも少ない電圧、または少ない積層数により従来と同等の圧電素子としての変位量を達成することができ、ヘッドの低コスト化を図ることが可能となる。さらに、上述の構成では幅Ｗ２を可能な限り狭くすることにより幅Ｗ１を大きく取ることができるが、幅Ｗ２が狭すぎると非駆動圧電素子柱６３ｂが倒れてしまう。非駆動圧電素子柱６３ｂが倒れてしまう幅Ｗ２の値は、圧電素子５５の材質や深さ、加工方法に応じて変化する。
【００２１】
図１１は、本発明の第２の実施形態を採用したバイピッチ構造のインクジェットヘッド７２を示している。このインクジェットヘッド７２は、第１の実施形態で示したインクジェットヘッド７１と比較すると、フレキシブル基板５７にフレキシブル基板電極６１以外に補強部材として機能するダミー電極６６を取り付け、このダミー電極６６を非駆動圧電素子柱６３ｂに接合させている点で相違しており、他の構成は同一である。
【００２２】
このように、駆動圧電素子柱６３ａをフレキシブル基板電極６１と接合すると共に、非駆動圧電素子柱６３ｂをダミー電極６６と接合する構成としたので、第１の実施形態に比してフレキシブル基板５７と圧電素子５５との接合領域が増加することによりフレキシブル基板５７の圧電素子５５に対する接合強度が向上するため、例えばヘッドを組み立てる際にフレキシブル基板５７に不用意な力が加わった場合でもフレキシブル基板５７が圧電素子５５から容易に剥離することがないため、ヘッド製造における歩留まりを向上することができる。また、上述した非駆動圧電素子柱６３ｂの倒れに対しても強度が向上するため、インクジェットヘッドの信頼性を向上することができる。
【００２３】
さらに、非駆動圧電素子柱６３ｂは上述のように振動板５４、液室を構成する流路板５３を支持する固定柱として機能し、所定のノズルからインク吐出を行うために所定の液室を駆動させた際に隣接する駆動しない液室に振動板５４等の振動が伝播してしまいインク液滴吐出特性が変動することを防ぐ効果を有するが、本発明のように非駆動圧電素子柱６３ｂの幅は従来よりも狭くなっているがダミー電極６６を介してフレキシブル基板５７と接合させているため、非駆動圧電素子柱６３ｂの強度は従来と同等程度に保たれているので上述したインク液滴吐出特性が変動することを防ぐ効果を維持することが可能となる。また、図１１に示すようにダミー電極６６の長さを非駆動圧電素子柱６３ｂの長さとほぼ同等とすることにより、非駆動圧電素子柱６３ｂの強度をさらに向上することができる。
【００２４】
図１２は、上述したインクジェットヘッド７１，７２を搭載可能な記録装置であるインクジェット画像形成装置７３を示している。インクジェット画像形成装置７３は、記録媒体の印字領域幅以上の長さのノズル列を有するライン型の液滴吐出ヘッド（ラインヘッド）を搭載したライン型プリンタである。同図において符号２１４はブラック、マゼンタ、シアン、イエロの４色にそれぞれ対応した４個のライン型液滴吐出ヘッドであり、上述したインクジェットヘッド７１，７２と同様のものが用いられる。各ヘッド２１４の近傍には各ヘッド２１４に対応した維持機構装置２１５が設けられており、パージ処理、ワイピング処理等のヘッド保全動作時には、ヘッドノズル面に対向する位置へと維持機構装置２１５が移動する。
【００２５】
装置本体２１３の下部に設けられた給紙トレイは、ベース２００に対して圧板２０１及び記録紙２１６を給紙する給送回転体２０２が取り付けられて構成されている。圧板２０１はベース２００に取り付けられた回転軸ａを中心に回転可能であり、圧板ばね２０３によって給送回転体２０２に向けて付勢されている。圧板２０１の給送回転体２０２と対向する部位には、記録紙２１６の重送を防止するための人工皮革等の高摩擦抵抗部材からなる図示しない分離パッドが設けられている。また、圧板２０１と給送回転体２０２とを接離させる図示しないリリースカムが設けられている。
【００２６】
上述の構成において、画像形成装置７３の待機状態では図示しないリリースカムが圧板２０１を所定位置まで押し下げており、これにより圧板２０１と給送回転体２０２との当接が解除されている。そして、この状態で搬送ローラ２０４の駆動力が図示しないギヤ等を介して給送回転体２０２及び図示しないリリースカムに伝達されると、図示しないリリースカムが圧板２０１から離れて圧板２０１が上昇することにより給送回転体２０２と記録紙２１６とが当接し、給送回転体２０２の回転に伴い記録紙２１６がピックアップされて給紙が開始され、記録紙２１６は図示しない分離パッドによって１枚ずつに分離される。
【００２７】
給送回転体２０２は記録紙２１６をプラテン２１７に送り込むべく回転し、記録紙２１６はガイド２０５，２０６の間を通過して搬送ローラ２０４まで導かれ、搬送ローラ２０４とピンチローラ２０７とによってプラテン２１７まで搬送される。その後、画像形成装置７３は再び記録紙２１６と給送回転体２０２との当接を解除した待機状態となり、搬送ローラ２０４からの駆動力が切断される。図１２において符号２０８は手差し給紙用の給送回転体であり、手差しトレイ２０９上に載置された記録紙２１６を図示しない制御装置からの記録信号に従って給紙し、搬送ローラ２０４とピンチローラ２０７との間に向けて搬送する。
【００２８】
プラテン２１７まで搬送された記録紙２１６は、液滴吐出ヘッド２１４の下方を通過する。このとき、液滴吐出ヘッド２１４からの液滴吐出タイミング及び記録紙２１６の搬送速度が図示しない制御装置により制御され、これにより記録紙２１６上に所望の画像が記録される。画像が記録された記録紙２１６は、排紙ローラ２１０及び拍車２１１によって挟持搬送されて排紙トレイ２１２上に排出される。
【００２９】
図１３、図１４は、上述したインクジェットヘッド７１，７２を搭載可能な記録装置であるインクジェット画像形成装置７４を示している。インクジェット画像形成装置７４は、装置本体１の内部に主走査方向への移動が可能なキャリッジ、キャリッジに搭載されたインクジェットヘッドとしての記録ヘッド、記録ヘッドにインクを供給するインクカートリッジ等により構成される印字機構部２等を収納しており、装置本体１の下方には装置前方側より複数枚の用紙３を積載可能な給紙カセット（給紙トレイでもよい）４が着脱自在に設けられている。装置後面側には、装置本体１に移動自在に支持され、用紙３を載置可能な第１の位置と装置本体１に収容される第２の位置とを選択的に占める手差しトレイ５が設けられている。画像形成装置７４は、給紙カセット４または手差しトレイ５から給送される用紙３を取り込み、印字機構部２において用紙３に所望の画像を記録した後、給紙カセット４の上方に配置された排紙トレイ６上に用紙３を排出する。
【００３０】
印字機構部２は、図示しない左右の側板に掛け渡された主ガイドロッド１１と従ガイドロッド１２とによりキャリッジ１３を主走査方向（図１４において紙面方向）に向けて摺動自在に保持している。キャリッジ１３には、イエロ、マゼンタ、シアン、ブラックの各色インク液滴を吐出する上述したインクジェットヘッド７１，７２と同様のヘッド１４が、複数のインク吐出口を主走査方向と直交する方向に配列され、かつインク液滴吐出方向が下方となるように装着されている。またキャリッジ１３には、ヘッド１４に各色のインクを供給するためのインクカートリッジ１５が交換可能に装着されている。インクカートリッジ１５は、上方に大気と連通する大気口を、下方にはヘッド１４へインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体をそれぞれ有しており、多孔質体の毛細管現象によりヘッド１４へと供給されるインクを僅かな負圧に維持している。
【００３１】
上述の構成において、記録ヘッドとして各色のヘッド１４を用いているが、各色のインク液滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドを用いてもよい。また、ヘッド１４として用いられるインクジェットヘッドは、圧電素子等の電気機械変換素子で液室壁面を形成する振動板を介してインクを加圧するピエゾ型、発熱抵抗体により気泡を生じさせてインクを加圧するバブル型、インク流路壁面を形成する振動板とこれに対向する電極との間の静電力で振動板を変位させてインクを加圧する静電型等を使用可能であるが、本実施形態では静電型のインクジェットヘッドを用いている。
【００３２】
キャリッジ１３は用紙搬送方向下流側である後方側を主ガイドロッド１１に摺動自在に嵌め込まれており、用紙搬送方向上流側である前方側を従ガイドロッド１２上に摺動自在に載置されている。そして、主走査モータ１７によって回転駆動される駆動プーリ１８及び従動プーリ１９間にタイミングベルト２０を掛け渡すと共にタイミングベルトにキャリッジ１３を固定させることにより、主走査モータ１７を正逆回転させることによってキャリッジ１３が主走査方向に往復移動される。
【００３３】
一方、給紙カセット４にセットした用紙３をヘッド１４の下方へと搬送するため、給紙カセット４から用紙３を分離給送する給紙ローラ２１及びフリクションパッド２２、用紙３の搬送をガイドするガイド部材２３、給紙された用紙３を反転搬送する搬送ローラ２４、搬送ローラ２４の周面に押圧される搬送コロ２５、及び搬送ローラ２４からの用紙３の送り出し角度を規定する先端コロ２６等が設けられている。搬送ローラ２４は、ギヤ列を介して副走査モータ２７によって回転駆動される。
【００３４】
キャリッジ１３の下方には、キャリッジ１３の主走査方向の移動範囲に対応して、搬送ローラ２４から送り出された用紙３をヘッド１４の下方でガイドする印写受け部材２９が設けられており、印写受け部材２９の用紙搬送方向下流側には用紙３を排紙方向へと送り出すために回転駆動される搬送コロ３１及び拍車３２、用紙３を排紙トレイ６へと送り出す排紙ローラ３３及び拍車３４、排紙経路を形成するガイド部材３５，３６が設けられている。
【００３５】
上述の構成よりインクジェット画像形成装置７４は、キャリッジ１３を移動させつつ画像信号に応じてヘッド１４を駆動することにより停止している用紙３にインクを吐出して１行分の画像記録を行い、用紙３を所定量搬送後に次の行の画像記録を行う。そして、画像記録終了信号または用紙３の後端が記録領域に到達した信号を受け取ることにより、インクジェット画像形成装置７４は画像記録動作を終了して用紙３を排紙トレイ６上に排出させる。
【００３６】
また、キャリッジ１３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド１４の吐出不良を回復するための回復装置３７が配置されている。回復装置３７は、キャップ手段、吸引手段、クリーニング手段等を有しており、キャリッジ１３は印字待機中にはキャッピング手段でヘッド１４をキャッピングされ、吐出口を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良の発生を防止している。また、記録途中等に記録とは関係のないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定として安定した吐出性能を維持している。吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド１４の吐出口を密封し、チューブを介して吸引手段により吐出口からインクと共に気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやごみ等をクリーニング手段によって除去し、これにより吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは装置本体１の下部に設けられた図示しない廃インク溜まりに排出され、廃インク溜まり内部に設けられたインク吸収体に吸収保持される。
【符号の説明】
【００３７】
５７ フレキシブル基板（フレキシブルプリントケーブル）
６１ フレキシブル基板電極
６３ 圧電層
６３ａ 駆動圧電素子柱
６３ｂ 非駆動圧電素子柱
６４ 内部電極
６６ 補強部材（ダミー電極）
７０ ボイド
７１，７２ インクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）
７３，７４ 記録装置（インクジェット画像形成装置）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３８】
【特許文献１】特開平８−１６４６０７号公報
【特許文献２】特開平１０−２８６９５１号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電極に接続される内部電極と、該内部電極と交互に積層される圧電層とからなる複数の圧電素子柱を設けると共に、該複数の圧電素子柱を交互に並列に配置した駆動圧電素子柱と非駆動圧電素子柱とから構成されるインクジェットヘッドにおいて、
前記駆動圧電素子柱の幅を前記内部電極に発生するボイドの最大径よりも大きくしたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
請求項１記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記駆動圧電素子柱の幅が非駆動圧電素子柱の幅よりも大きいことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項３】
請求項１または２記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記外部電極はフレキシブル基板に設けられており、該フレキシブル基板と前記非駆動圧電素子柱とが接合されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項４】
請求項３記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記非駆動圧電素子柱と前記フレキシブル基板とが補強部材を介して接合されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項５】
請求項４記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記補強部材の長さが前記非駆動圧電素子柱の長さと同等であることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れか１つに記載のインクジェットヘッドを有することを特徴とする記録装置。
【請求項７】
請求項１ないし５の何れか１つに記載のインクジェットヘッドを有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
外部電極に接続される内部電極と、該内部電極と交互に積層される圧電層とからなる複数の圧電素子柱を設けると共に、該複数の圧電素子柱を交互に並列に配置した駆動圧電素子柱と非駆動圧電素子柱とから構成されるインクジェットヘッドにおいて、
前記駆動圧電素子柱の幅を前記内部電極に発生するボイドの最大径よりも大きくしたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
請求項１記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記駆動圧電素子柱の幅が非駆動圧電素子柱の幅よりも大きいことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項３】
請求項１または２記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記外部電極はフレキシブル基板に設けられており、該フレキシブル基板と前記非駆動圧電素子柱とが接合されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項４】
請求項３記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記非駆動圧電素子柱と前記フレキシブル基板とが補強部材を介して接合されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項５】
請求項４記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記補強部材の長さが前記非駆動圧電素子柱の長さと同等であることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れか１つに記載のインクジェットヘッドを有することを特徴とする記録装置。
【請求項７】
請求項１ないし５の何れか１つに記載のインクジェットヘッドを有することを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−２７９７８（Ｐ２０１３−２７９７８Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６３５６５（Ｐ２０１１−１６３５６５）
【出願日】平成２３年７月２６日（２０１１．７．２６）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２６日（２０１１．７．２６）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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