JP5482130B2 - Piezoelectric actuator, liquid discharge head, and image forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は圧電アクチュエータ、液体吐出ヘッド及び画像形成装置に関する。 The present invention relates to a piezoelectric actuator, a liquid discharge head, and an image forming apparatus.
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。 As an image forming apparatus such as a printer, a facsimile, a copying machine, a plotter, or a complex machine of these, for example, a liquid discharge recording type image forming using a recording head composed of a liquid discharge head (droplet discharge head) that discharges ink droplets. As an apparatus, an ink jet recording apparatus or the like is known. This liquid discharge recording type image forming apparatus means that ink droplets are transported from a recording head (not limited to paper, including OHP, and can be attached to ink droplets and other liquids). Yes, it is also ejected onto a recording medium or a recording medium, recording paper, recording paper, etc.) to form an image (recording, printing, printing, and printing are also used synonymously). And a serial type image forming apparatus that forms an image by ejecting liquid droplets while the recording head moves in the main scanning direction, and a line type head that forms images by ejecting liquid droplets without moving the recording head There are line type image forming apparatuses using
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。 In the present application, the “image forming apparatus” of the liquid discharge recording method is an apparatus that forms an image by discharging liquid onto a medium such as paper, thread, fiber, fabric, leather, metal, plastic, glass, wood, ceramics, or the like. In addition, “image formation” means not only giving an image having a meaning such as a character or a figure to a medium but also giving an image having no meaning such as a pattern to the medium (simply It also means that a droplet is landed on a medium). “Ink” is not limited to ink, but is used as a general term for all liquids capable of image formation, such as recording liquid, fixing processing liquid, and liquid. DNA samples, resists, pattern materials, resins and the like are also included. In addition, the “image” is not limited to a planar one, but includes an image given to a three-dimensionally formed image, and an image formed by three-dimensionally modeling a solid itself.
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部材を用いて、積層型圧部材の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、液室内容積/圧力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。 Conventionally, as a liquid ejection head, a piezoelectric element, particularly a laminated piezoelectric member in which piezoelectric layers and internal electrodes are alternately laminated, is used as pressure generating means (actuator means) for generating pressure to pressurize ink that is liquid in a liquid chamber. Using a so-called piezoelectric actuator that deforms the elastically deformable diaphragm that forms the wall surface of the liquid chamber by the displacement of the laminated pressure member in the direction d33 or d31, and discharges the liquid droplet by changing the volume / pressure in the liquid chamber The piezoelectric head used is known.
このような圧電型ヘッドの圧電アクチュエータとして、2列の圧電素子列の間の対向する共通外部電極となる端面電極と平行に導電性部材を接合して、ベース部材に形成され、圧電素子柱を分割加工するときに分割された共通電極用パターンを相互に電気的に接続するものが知られている(特許文献1)。また、2列の圧電素子列の間に分割前の圧電部材の間隔を定めるギャップ部材を設けるものも知られている(特許文献2)。 As a piezoelectric actuator of such a piezoelectric head, a conductive member is joined in parallel with an end face electrode serving as a common external electrode facing between two rows of piezoelectric elements, and formed on a base member. There is known one that electrically connects the common electrode patterns that are divided when the division processing is performed (Patent Document 1). In addition, there is also known a device in which a gap member that determines the interval between piezoelectric members before division is provided between two rows of piezoelectric elements (Patent Document 2).
ところで、画像形成装置の高速化に伴って液体吐出ヘッドも長尺化しており、これに伴って複数配列される圧電素子柱の列内の端部側の圧電素子柱と中央部の圧電素子柱との間での抵抗値の差が大きくなってしまい、各圧電素子柱で均一な変位量を確保できず、滴吐出特性がノズル間でばらつくという課題がある。 By the way, as the image forming apparatus increases in speed, the liquid discharge head also becomes longer. With this increase, the piezoelectric element columns on the end side and the piezoelectric element columns in the central part in the plurality of arranged piezoelectric element columns. There is a problem that the difference in resistance value between the nozzle and the nozzle becomes large, a uniform displacement amount cannot be secured in each piezoelectric element column, and the droplet discharge characteristics vary between nozzles.
また、上述した特許文献1に開示の技術にあっては、基板上に形成され、個々の圧電素子柱から基板に接続された複数の共通電極パターンを導電部材にて相互に接続する構成であるため、圧電素子柱と基板とを導電ペースト等で接続する接続部を設ける必要があり、導電部材の幅以上に圧電素子部材間を離さなければならない。これではヘッドを小型化することができず、また製造工程も複雑となり製造コストが上昇するという課題がある。
In the technique disclosed in
本願発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、アクチュエータやヘッドの長尺化、高密度化による特性のばらつきを、ヘッドを大型化することなく、低コストの構成で抑制することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and it is an object of the present invention to suppress variations in characteristics due to lengthening and increasing the density of actuators and heads with a low-cost configuration without increasing the size of the head. And
上記の課題を解決するため、本発明に係る圧電アクチュエータは、
ベース部材に固定された圧電部材を有し、
前記圧電部材には、溝により櫛歯状に分割されて形成された柱状の圧電素子である複数の圧電素子柱が一方向に配列され、
前記圧電部材の前記圧電素子柱の配列方向と直交する方向の一面には、少なくとも駆動信号が印加される2以上の前記圧電素子柱に接続された共通外部電極が形成され、
前記圧電部材の前記共通外部電極が形成された面と並列に金属部材が配設され、
前記金属部材と前記共通外部電極が溶融型導電材料により直接電気的に接合され、
前記金属部材は前記圧電素子柱の配列方向に沿って前記ベース部材に形成された溝に設置されている
構成とした。
In order to solve the above problems, the piezoelectric actuator according to the present invention is:
Having a piezoelectric member fixed to the base member;
In the piezoelectric member, a plurality of piezoelectric element columns which are columnar piezoelectric elements formed by being divided into comb teeth by grooves are arranged in one direction,
A common external electrode connected to at least two piezoelectric element columns to which a drive signal is applied is formed on one surface of the piezoelectric member in a direction orthogonal to the arrangement direction of the piezoelectric element columns,
A metal member is arranged in parallel with the surface of the piezoelectric member on which the common external electrode is formed,
It said metal member and the common external electrodes are electrically directly bonded by melt type electrically conductive material,
The metal member is disposed in a groove formed in the base member along the arrangement direction of the piezoelectric element columns .
本発明に係る液体吐出ヘッドは、本発明に係る圧電アクチュエータを備えているものである。 The liquid discharge head according to the present invention includes the piezoelectric actuator according to the present invention.
本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているものである。 The image forming apparatus according to the present invention includes the liquid discharge head according to the present invention.
本発明に係る圧電アクチュエータによれば、アクチュエータやヘッドの長尺化、高密度化による特性のばらつきを、ヘッドを大型化することなく、低コストの構成で抑制することができる。
According to the piezoelectric actuator according to the present invention, actuators and head of elongated, variation in characteristics due to high density, without increasing the size of the head can be suppressed at a low cost configuration.
本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、本発明に係る圧電アクチュエータを備えているので、良好な滴吐出特性が得られる。 According to the liquid discharge head according to the present invention, since the piezoelectric actuator according to the present invention is provided, good droplet discharge characteristics can be obtained.
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、安定した画像形成を行うことができる。 According to the image forming apparatus of the present invention, since the liquid discharge head according to the present invention is provided, stable image formation can be performed.
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。本発明に係る圧電アクチュエータを含む液体吐出ヘッドの一実施形態について図1ないし図3を参照して説明する。なお、図1は同ヘッドの分解斜視説明図、図2は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向(液室長手方向)に沿う断面説明図、図3は同ヘッドのノズル配列方向(液室短手方向)に沿う断面説明図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. An embodiment of a liquid discharge head including a piezoelectric actuator according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is an exploded perspective view of the head, FIG. 2 is a sectional explanatory view along a direction (liquid chamber longitudinal direction) orthogonal to the nozzle arrangement direction of the head, and FIG. 3 is a nozzle arrangement direction (liquid chamber) of the head. It is sectional explanatory drawing in alignment with a transversal direction.
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)1と、この流路基板1の下面に接合した振動板部材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。
The liquid discharge head includes a flow path substrate (liquid chamber substrate) 1 formed of a SUS substrate, a
流路基板1は、流路板1Aと連通板1Bとを接着して構成している。この流路基板1は、SUS基板を、酸性エッチング液を用いてエッチング、あるいは打ち抜き(プレス)などの機械加工することで、連通路5、加圧液室6、流体抵抗部7などの開口をそれぞれ形成している。
The
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各振動領域(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)としての本発明に係る圧電アクチュエータ100を配置している。
The
この圧電アクチュエータ100は、ベース部材13上に接着剤50で接合した2つの積層型圧電部材12を有し、圧電部材12にはハーフカットダイシングによって溝31(図3)を加工して1つの圧電部材12に対して所要数の圧電素子柱12A、12Bを所定の間隔で櫛歯状に形成している。なお、圧電部材12の圧電素子柱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駆動圧電素子柱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非駆動圧電素子柱12Bとして区別している。また、駆動圧電素子柱12Aの上端面(接合面)を振動板部材2の島状凸部2bに接合している。
The
ここで、圧電部材12は、圧電材料層21と内部電極22A、22Bとを交互に積層したものであり、内部電極22A、22Bをそれぞれ端面、即ち圧電部材12の振動板部材2に略垂直な側面に引き出して、この側面に形成された端面電極(外部電極)23、24に接続し、端面電極(外部電極)23、24間に電圧を印加することで積層方向の変位を生じる。ここで、外部電極23を個別外部電極(個別電極)とし、外部電極24を共通外部電極(共通電極)として使用する。また、圧電部材12の端部の非駆動圧電素子柱12Bは他の圧電素子柱12A、12Bよりも幅広に形成した非駆動圧電素子柱12Baとしている。
Here, the
そして、複数の駆動圧電素子柱12Aに共通する共通外部電極24が形成された圧電部材12の面と並列に配設された断面円形状のCuワイヤなどの金属部材51を有し、金属部材51と共通外部電極24の面が電気的に導通している。また、金属部材51と共通外部電極24との間には半田52を設けている。ここで、共通電極の取り出しは図7に示すようにこの金属部材51からリード線62を引き出して直接共通電極を外部に取り出してもよいし、端部の圧電素子柱12Baを経由(この部位では内部電極22は圧電素子部材12を横断して形成されており、共通電極24は個別電極23側に引き出されている)して後述するFPC15を介して共通電極を外部に取出してもよい。前者の場合には、リード線を用いて、薄層の電極部を経由しないため、より共通電極部の抵抗値を下げることができるという効果があり、後者の場合にはFPC15だけで全ての電極取り出しが可能になるという効果がある。
The
また、圧電部材12には駆動圧電素子柱12Aに駆動信号を与えるための可撓性を有する配線部材としてのFPC15が接続されている。FPC15には、駆動圧電素子柱12Aの個別電極23に接続する個別配線電極を有している。また、FPC15と圧電部材12を接続するための加熱方法としては、ヒーター等を用いた接触加熱方法とレーザー等を用いた非接触加熱方法があるが、レーザーによる接合が好ましく、この場合、ガラス等の剛性部材でFPC15と圧電部材12を密着させて接合させてもよいが、エアー圧によってFPC15と圧電部材12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。
The
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)で形成しているが、ステンレスなどの金属、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なども用いることができる。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。
The
なお、このヘッドでは、圧電部材12の圧電方向としてd33方向の変位を用いて液室6内インクを加圧する構成とし、更に、液滴の吐出方向が液室6での記録液の流れ方向と異なるサイドシュータ方式で液滴を吐出させる構成としている。サイドシュータ方式とすることで、圧電部材12の大きさが略ヘッドの大きさとなり、圧電部材12の小型化を直接ヘッドの小型化に結びつけることができ、ヘッドの小型化を図り易い。また、金属部材51と共通外部電極24の面を、直接半田52を用いて導通することで、圧電部材12間の長さも短くでき、よりヘッドを小型化することが可能となる。
This head is configured to pressurize the ink in the
さらに、これらの圧電部材12、ベース部材であるベース部材13及びFPC15などで構成される本発明に係る圧電アクチュエータ100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。
Further, on the outer peripheral side of the
このように構成した液体吐出ヘッドにおいては、例えば押し打ち方式で駆動する場合には、図示しない制御部から記録する画像に応じて駆動圧電素子柱12Aに20〜50Vの駆動パルス電圧を選択的に印加することによって、パルス電圧が印加された駆動圧電素子柱12Aが変位して振動板部材2の振動領域2aをノズル板3方向に変形させ、液室6の容積(体積)変化によって液室6内の液体を加圧することで、ノズル板3のノズル4から液滴が吐出される。そして、液滴の吐出に伴って液室6内の圧力が低下し、このときの液流れの慣性によって液室6内には若干の負圧が発生する。この状態の下において、駆動圧電素子柱12Aへの電圧の印加をオフ状態にすることによって、振動板2が元の位置に戻って液室6が元の形状になるため、さらに負圧が発生する。このとき、共通液室10から液室6内に記録液が充填され、次の駆動パルスの印加に応じて液滴がノズル4から吐出される。
In the liquid ejection head configured as described above, for example, when driven by a punching method, a drive pulse voltage of 20 to 50 V is selectively applied to the drive
なお、液体吐出ヘッドは、上記の押し打ち以外にも、引き打ち方式(振動板2を引いた状態から開放して復元力で加圧する方式)、引き−押し打ち方式(振動板部材2を中間位置で保持しておき、この位置から引いた後、押出す方式)などの方式で駆動することもできる。
In addition to the above-described punching, the liquid ejection head has a pulling method (a method in which the
ここで、この液体吐出ヘッドにおける圧電アクチュエータ100によれば、複数の圧電素子柱12A、12Bが形成された圧電部材12と、圧電部材12に形成された少なくとも駆動信号が印加される2以上の圧電素子柱12Aに共通する共通外部電極24と、共通外部電極24が形成された面と並列に配設された金属部材51とを有して、金属部材51と共通外部電極24が溶融型導電材料により直接電気的に接合されているので、ヘッドを大型化することなく、低コストな構成でアクチュエータ100やヘッドの長尺化、高密度化による圧電部材12の端部と中央部との間の特性のばらつきを低減し、また複数の圧電素子柱12Aを同時に駆動することによって共通電極に電流が集中することによる共通電極の発熱を抑制することができる。
Here, according to the
ここで、圧電アクチュエータ100に製造工程について図4ないし図8をも参照して説明する。なお、図4は同アクチュエータの半田溶融前の一例を示す断面説明図、図5は同じく斜視説明図、図6は金属部材の半田溶融工程の一例の説明に供する説明図、図7は金属部材の半田溶融工程の他の例の説明に供する説明図、図8は金属部材の半田溶融後の状態の説明に供する断面説明図である。
Here, the manufacturing process of the
まず、図4及び図5に示すように、周囲を半田膜52aで覆われた金属部材51としてのCuワイヤを、ベース部材13に接着剤を用いて固定する。この場合、ベース部材13にV字溝を形成してワイヤ(金属部材)51を位置決めするようにしてもよい。その後、2つの圧電部材12、12を金属部材15に対して相対する方向から接触させて位置決めを行う。これにより、圧電部材12、12を容易に高精度に位置決めすることができる。この場合、金属部材51を円柱状部材とすることにより、より高精度の位置決めが可能になる。また、圧電部材12、12とベース部材13とはUV接着剤などの接着剤50によって行う。
First, as shown in FIGS. 4 and 5, a Cu wire as a
そして、図6に示すように、FPC15を半田接合する半導体レーザー61と同様な半導体レーザー61を使用して金属部材51の周囲の半田膜52aを溶融して、共通外部電極24と金属部材51周囲とを接合して電気的に接続する。この接合は半田に限るものではなく、熱による溶融性を有する導電材料であればよいが、半田接合を行うことで加熱手段の幅が広がり、容易且つ強固に接合することができ、より良好な電気的特性も得ることができる。
Then, as shown in FIG. 6, a
なお、金属部材51の周囲の半田膜52aを溶融させる方法としては、金属部材51からリード線を引き出し、直接加熱することで行なうこともできる。金属部材51の抵抗は低く形成されているため、このような構成の場合には、金属部材51の中央部に発熱体となる高抵抗体を芯状に通し、ここに通電することで共通電極としての機能と発熱体としての機能を両立できる。
As a method of melting the
このようにして、図8に示すように、金属部材51の周囲の半田膜52aが溶融して半田52となって金属部材51と共通外部電極24とが接合される。
In this way, as shown in FIG. 8, the
ここで、金属部材51としては、導電性が優れている金属材料がよく、Cu以外に、二クロムやAg等でもよい。また、圧電部材12の共通外部電極24は金属膜が1μm程度スパッタ処理により形成しているが、金属膜は下地として、Cr、Ni、Cu、Au等の処理を行っていれば、半田51と容易に接合が可能である。
Here, the
また、ベース部材13は圧電部材12を接着剤50で固定できる金属材料が好ましく、さらには前述のようなCu、二クロム、Ag等の材料や、Cr、Ni、Cu、Au等の処理を行うことで、金属部材51と共通電極24の接合と同時に金属部材51とベース部材13も半田51で接合することができ、金属材料であるベース部材13を通じてより低抵抗な共通電極24の引き出しを行うことができる。
Further, the
なお、本実施形態では周囲を半田膜52aで覆われた金属部材51を用いた例で説明したが、図9に示すように金属部材51の半田膜52aは金属部材51の外周の一部に片よった構成のものを用い、半田膜52aが上方になるように配置してもよい。このようにすることで、圧電部材12間の間隔は金属部材51の径により決まるため半田膜52aの厚みばらつきの影響を受けず、より高精度な圧電部材の位置決めが可能となる。
In the present embodiment, the example in which the
さらには、半田膜52aを有さない金属部材51をはさんで圧電部材を位置決め接合した後、図10に示すように金属部材51上に金属部材51よりも小径の半田部材52bを載せて半導体レーザー61で溶融することもできる。このようにしても前段同様に高精度な圧電部材の位置決めが可能となるとともに、前段のように金属部材51の半田膜52aの向きを考慮する必要がなく、作業性が改善する効果も有する。なお、接合に用いる半田量を半田部材の径を変更することにより適正な量に調整することも可能となる。
Further, after the piezoelectric member is positioned and joined with the
図9、図10のいずれの形態においても、半田52の溶融後は、図11に示すように半田52が金属部材51の上方に偏在した構成となる。
9 and 10, after the
次に、本発明に係る圧電アクチュエータの第2実施形態について図12を参照して説明する。なお、図12は同アクチュエータの半田溶融前の状態を示す要部斜視説明図である。
ここでは、2本の金属部材51、51と圧電部材12の共通外部電極24とが溶融型導電材料により直接電気的に接続されている。この場合、2本の金属部材51、51同士は半田接合で電気的に接続している。このように小径の金属部材51を複数本用いることで、金属部材の熱容量を小さくでき、少ない加熱量での接合が可能となる。
Next, a second embodiment of the piezoelectric actuator according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 12 is an explanatory perspective view of a main part showing a state of the actuator before solder melting.
Here, the two
次に、本発明に係る圧電アクチュエータの第3実施形態について図13を参照して説明する。なお、図13は同アクチュエータの半田溶融前の状態を示す断面説明図である。
ここでは、ベース部材13の溝13aに金属部材51を配置することで、金属部材51と共通外部電極24との接触位置は、複数の圧電素子柱12A、12Bに分割する溝31の深さ位置よりも低い位置にある構成としている。これにより、圧電素子柱12A、12Bを分割する溝の加工深さに左右されずに共通電極を得ることができる。また、金属部材51の直径部を圧電部材12のベース部材13への接合面よりも上となるように設置することで、共通電極形成部材としての金属部材51の位置決めが容易になる。さらに、圧電部材12とベース部材13との接合を行う接着剤50の流れ出しの逃げ部を形成することができる。
Next, a third embodiment of the piezoelectric actuator according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 13 is an explanatory sectional view showing a state of the actuator before solder melting.
Here, by arranging the
なお、上記各実施形態の液体吐出ヘッドにインクを供給するタンクを一体にしたインクカートリッジを構成することもできる。 Note that an ink cartridge in which a tank for supplying ink to the liquid discharge head of each of the above embodiments is integrated can be configured.
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14及び図15を参照して説明する。なお、図14は同装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図、図15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。
Next, an example of the image forming apparatus according to the present invention including the liquid ejection head according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 14 is a schematic configuration diagram for explaining the overall configuration of the mechanism unit of the apparatus, and FIG.
This image forming apparatus is a serial type image forming apparatus, and a
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ユニット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。
The
記録ヘッド234は、それぞれ2つのノズル列を有する液体吐出ヘッド234a、234bを1つのベース部材に取り付けて構成したもので、一方のヘッド234aの一方のノズル列はブラック(K)の液滴を、他方のノズル列はシアン(C)の液滴を、他方のヘッド234bの一方のノズル列はマゼンタ(M)の液滴を、他方のノズル列はイエロー(Y)の液滴を、それぞれ吐出する。なお、ここでは2ヘッド構成で4色の液滴を吐出する構成としているが、各色毎の液体吐出ヘッドを備えることもできる。
The
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。
The
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。
On the other hand, as a paper feed unit for feeding the
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。
In order to feed the
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。
The
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。
Further, as a paper discharge unit for discharging the
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。
A double-
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、回復するための回復手段を含む維持回復機構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、増粘した記録液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。
Further, a maintenance /
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記録液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。
Further, in the non-printing area on the other side in the scanning direction of the
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。
In this image forming apparatus configured as described above, the
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。
At this time, a positive output and a negative output are alternately applied to the charging
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。
Therefore, by driving the
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、安定した滴吐出特性が得られ、安定して高画質画像を形成することができる。 Thus, since the image forming apparatus includes the liquid discharge head according to the present invention as a recording head, stable droplet discharge characteristics can be obtained, and a high-quality image can be stably formed.
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを備える本発明に係る画像形成装置の他の例について図16を参照して説明する。なお、図16は同装置の機構部全体の概略構成図である。
この画像形成装置は、ライン型画像形成装置であり、装置本体401の内部に画像形成部402等を有し、装置本体401の下方側に多数枚の記録媒体(用紙)403を積載可能な給紙トレイ404を備え、この給紙トレイ404から給紙される用紙403を取り込み、搬送機構405によって用紙403を搬送しながら画像形成部402によって所要の画像を記録した後、装置本体401の側方に装着された排紙トレイ406に用紙403を排紙する。
Next, another example of the image forming apparatus according to the present invention including the liquid ejection head according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 16 is a schematic configuration diagram of the entire mechanism of the apparatus.
This image forming apparatus is a line type image forming apparatus, has an
また、装置本体401に対して着脱可能な両面ユニット407を備え、両面印刷を行うときには、一面(表面)印刷終了後、搬送機構405によって用紙403を逆方向に搬送しながら両面ユニット407内に取り込み、反転させて他面(裏面)を印刷可能面として再度搬送機構405に送り込み、他面(裏面)印刷終了後排紙トレイ406に用紙403を排紙する。
Also, a
ここで、画像形成部402は、例えばブラック(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の各色の液滴を吐出する、フルライン型の4個の本発明に係る液体吐出ヘッドで構成した記録ヘッド411k、411c、411m、411y(色を区別しないときには「記録ヘッド411」という。)を備え、各記録ヘッド411は液滴を吐出するノズルを形成したノズル面を下方に向けてヘッドホルダ413に装着している。
Here, the
また、各記録ヘッド411に対応してヘッドの性能を維持回復するための維持回復機構412k、412c、412m、412y(色を区別しないときには「維持回復機構412」という。)を備え、パージ処理、ワイピング処理などのヘッドの性能維持動作時には、記録ヘッド411と維持回復機構412とを相対的に移動させて、記録ヘッド411のノズル面に維持回復機構412を構成するキャッピング部材などを対向させる。
In addition, a maintenance /
なお、ここでは、記録ヘッド411は、用紙搬送方向上流側から、ブラック、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。 Here, the recording head 411 is arranged to eject droplets of each color in the order of black, cyan, magenta, and yellow from the upstream side in the paper conveyance direction, but the arrangement and the number of colors are not limited to this. Further, as the line-type head, one or a plurality of heads provided with a plurality of nozzle rows for discharging droplets of each color at predetermined intervals can be used, and a recording liquid cartridge for supplying a recording liquid to the head and the head. Can be integrated or separated.
給紙トレイ404の用紙403は、給紙コロ(半月コロ)421と図示しない分離パッドによって1枚ずつ分離され装置本体401内に給紙され、搬送ガイド部材423のガイド面423aに沿ってレジストローラ425と搬送ベルト433との間に送り込まれ、所定のタイミングでガイド部材426を介して搬送機構405の搬送ベルト433に送り込まれる。
The
また、搬送ガイド部材423には両面ユニット407から送り出される用紙403を案内するガイド面423bも形成されている。更に、両面印刷時に搬送機構405から戻される用紙403を両面ユニット407に案内するガイド部材427も配置している。
In addition, the
搬送機構405は、駆動ローラである搬送ローラ431と従動ローラ432との間に掛け渡した無端状の搬送ベルト433と、この搬送ベルト433を帯電させるための帯電ローラ434と、画像形成部402に対向する部分で搬送ベルト433の平面性を維持するプラテン部材435と、搬送ベルト433から送り出す用紙403を搬送ローラ431側に押し付ける押さえコロ436と、その他図示しないが、搬送ベルト433に付着した記録液(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。
The
この搬送機構405の下流側には、画像が記録された用紙403を排紙トレイ406に送り出すための排紙ローラ438及び拍車439を備えている。
On the downstream side of the
このように構成した画像形成装置において、搬送ベルト433は矢示方向に周回移動し、高電位の印加電圧が印加される帯電ローラ434と接触することで帯電され、この高電位に帯電した搬送ベルト433上に用紙403が給送されると、用紙403は搬送ベルト433に静電的に吸着される。このようにして、搬送ベルト433に強力に吸着した用紙403は反りや凹凸が校正され、高度に平らな面が形成される。
In the image forming apparatus configured as described above, the
そして、搬送ベルト433を周回させて用紙403を移動させ、記録ヘッド411から液滴を吐出することで、用紙403上に所要の画像が形成され、画像が記録された用紙403は排紙ローラ438によって排紙トレイ406に排紙される。
Then, the
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、安定した滴吐出特性が得られ、安定して高画質画像を形成することができる。 As described above, since the image forming apparatus includes the recording head including the liquid discharge head according to the present invention, stable droplet discharge characteristics can be obtained, and a high-quality image can be stably formed.
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。 In the above embodiment, the present invention has been described with reference to an example in which the present invention is applied to an image forming apparatus having a printer configuration. However, the present invention is not limited to this. For example, the present invention may be applied to an image forming apparatus such as a printer / fax / copier multifunction machine. it can. Further, the present invention can be applied to an image forming apparatus using a liquid other than the narrowly defined ink, a fixing processing liquid, or the like.
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
12Ba 圧電素子柱
13 ベース部材
15 FPC(配線部材)
23 個別外部電極
24 共通外部電極
51 金属部材
52 半田
52a 半田膜
100 圧電アクチュエータ
233…キャリッジ
234…記録ヘッド
411k、411c、411m、411y 記録ヘッド(液体吐出ヘッド)
DESCRIPTION OF
23
Claims (8)
前記圧電部材には、溝により櫛歯状に分割されて形成された柱状の圧電素子である複数の圧電素子柱が一方向に配列され、
前記圧電部材の前記圧電素子柱の配列方向と直交する方向の一面には、少なくとも駆動信号が印加される2以上の前記圧電素子柱に接続された共通外部電極が形成され、
前記圧電部材の前記共通外部電極が形成された面と並列に金属部材が配設され、
前記金属部材と前記共通外部電極が溶融型導電材料により直接電気的に接合され、
前記金属部材は前記圧電素子柱の配列方向に沿って前記ベース部材に形成された溝に設置されている
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。 Having a piezoelectric member fixed to the base member;
In the piezoelectric member, a plurality of piezoelectric element columns which are columnar piezoelectric elements formed by being divided into comb teeth by grooves are arranged in one direction,
A common external electrode connected to at least two piezoelectric element columns to which a drive signal is applied is formed on one surface of the piezoelectric member in a direction orthogonal to the arrangement direction of the piezoelectric element columns,
A metal member is arranged in parallel with the surface of the piezoelectric member on which the common external electrode is formed,
It said metal member and the common external electrodes are electrically directly bonded by melt type electrically conductive material,
The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the metal member is installed in a groove formed in the base member along an arrangement direction of the piezoelectric element columns .
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