JP2014046627A - 液体吐出ヘッドの製造方法、液体吐出ヘッド及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電柱が曲がった状態で振動板部材と接合されて圧電柱の変位伝達効率が低下し、良好な滴噴射性能が得られなくなる。
【解決手段】圧電部材１２と振動板部材１３とを接合するとき、圧電部材１２の圧電柱１２ａの曲がり量を検出する工程と、圧電部材１２の圧電柱１２ａと振動板部材３の振動領域３Ａとを接合する工程と、圧電柱１２ａと振動領域３Ａとが接合された状態で、圧電部材１２を、圧電柱１２ａの曲がり方向に曲がり量分移動させて、振動板部材３と圧電部材１２とを接合固定する工程とを行う。
【選択図】図３

Description

本発明は液体吐出ヘッドの製造方法、液体吐出ヘッド及び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。

液体吐出ヘッドとしては、ノズルが通じる個別液室を形成する流路板と、個別液室の一部の壁面を形成する振動板部材と、個別液室の壁面となる振動領域に接合する柱状の圧電素子である複数の圧電柱を溝加工で形成した圧電部材とを備え、圧電柱のｄ３３又はｄ３１方向の変位で個別液室内の液体を加圧することで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。

このようなヘッドの製造方法における圧電部材と振動板部材との位置合わせを行うために、圧電部材の両端部の段差加工部に振動板部材との位置合わせ用溝部を形成することが知られている（特許文献１）。

また、圧電部材に溝加工によって複数の圧電柱を形成するときに圧電柱の曲がりが生じることから、振動板部材との高精度な位置決め接合を行うため、圧電部材の両端部側に振動板部材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、圧電柱を形成する溝加工と同じピッチで形成し、圧電部材と振動板部材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柱の１つを基準として位置合わせして接合する方法も知られている（特許文献２）。

特開２０１１−１８９５８１号公報 特開２０１１−０２０２９７号公報

しかしながら、上述した特許文献２に開示の製造方法にあっては、圧電柱を曲がった状態のままで振動板部材の振動領域とせつごうするため、圧電柱に電圧を印加して駆動したときに、圧電柱の曲がりによって圧電柱の変位が十分に振動領域に伝達できず、滴吐出性能が低下す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、圧電部材の圧電柱の曲がりを矯正して振動板部材と接合できることで、液滴吐出特性のばらつきを低減し、かつ良好な液滴噴射性能を得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を形成したノズル板と、
前記ノズルが通じる複数の液室を形成する流路板と、
前記液室の壁面を形成する振動領域を有する振動板部材と、
前記振動板部材の振動領域を変形させて前記液室内の液体を加圧する圧電部材と、
を備え、
前記圧電部材は溝加工によって分割された複数の柱状の圧電柱を有し、
前記複数の圧電柱は、前記振動板部材の前記振動領域に接合されている
液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記圧電部材と前記振動板部材とを接合するとき、
前記圧電部材の圧電柱の曲がり量を検出する工程と、
前記圧電部材の圧電柱と前記振動板部材の振動領域とを接合する工程と、
前記圧電柱と前記振動領域とが接合された状態で、前記圧電部材と前記振動板部材とを、相対的に、前記圧電柱の曲がり方向と逆方向に、前記曲がり量分移動させた後、前記振動板部材と前記圧電部材とを接合固定する工程と、を行う
構成とした。

本発明によれば、圧電部材の圧電柱の曲がりを矯正して、圧電部材と振動板部材と接合できることで、液滴吐出特性のばらつきを低減し、かつ良好な液滴噴射性能を得ることができる。

本発明の第１実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル配列方向と直交する方向（液室長手方向）の断面説明図である。 図１のＡ−Ａ線に沿うノズル配列方向（液室短手方向）の断面説明図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法の一例の説明に供する圧電部材と振動板部材とを接合する前の状態のノズル配列方向に沿う正面説明図である。 同じく圧電部材と振動板部材とを接合した後の状態のノズル配列方向に沿う正面説明図である。 圧電部材と振動板部材とを接合する接合装置の一例の説明に供する正面説明図である。 同接合装置におけるアライメント検出工程に入る前の状態の正面説明図である。 同接合装置における当てて接触させた工程の完了後の状態の正面説明図である。 圧電部材と振動板部材とを接合する工程におけるアライメント検出工程の説明に供する平面説明図である。 同アライメント検出工程における圧電柱曲がり量検出工程の説明に供する平面説明図である。 同アライメント検出工程における曲がり圧電柱検出工程の説明に供する正面説明図である。 振動板部材を圧電部材に当てて接触させた状態の正面説明図である。 オフセット位置合わせ後の状態の正面説明図である。 本発明に係る画像形成装置の一例の機構部の側面説明図である。 同機構部の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。本発明に係る液体吐出ヘッドの一例について図１及び図２を参照して説明する。図１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）の断面説明図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿うノズル配列方向（液室短手方向）の断面説明図である。

この液体吐出ヘッドは、ノズル板１と、流路板（液室基板）２と、振動板部材３とを積層接合している。そして、振動板部材３を変位させる圧電アクチュエータ１１と、共通流路部材としてフレーム部材１７とを備えている。

ノズル板１、流路板２及び振動板部材３によって、液滴を吐出する複数のノズル４に連なって通じる個別液室（加圧液室、圧力室、加圧室、流路などとも称される。）６、個別液室６に液体を供給する流体抵抗部を兼ねた液体供給路７と、液体供給路７に連なる液導入部８とを形成している。

そして、フレーム部材１７の共通流路としての共通液室１０から振動板部材３に形成した開口部９を通じて、液導入部８、液体供給路７を経て複数の個別液室６に液体を供給する。

ここで、ノズル板１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）で製造したものを用いている。これに限らず、その他の金属部材、樹脂部材、樹脂層と金属層の積層部材などを用いることができる。ノズル板１には、各液室６に対応して例えば直径１０〜３５μｍのノズル４を形成し、流路板２と接着剤接合している。また、このノズル板１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。

流路板２は、単結晶シリコン基板をエッチングして、個別液室６、液体供給路７、液導入部８などを構成する溝部を形成している。なお、流路板２は、例えばＳＵＳ基板などの金属板を酸性エッチング液でエッチングし、あるいはプレスなどの機械加工を行って形成することもできる。

振動板部材３は、流路板２の個別液室６の壁面を形成する壁面部材を兼ね、個別液室６に対応する部分に変形可能な振動領域３Ａを有している。

そして、この振動板部材３の個別液室６とは反対側に、振動板部材３の振動領域３Ａ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）としての電気機械変換素子を含む圧電アクチュエータ１１を配置している。

この圧電アクチュエータ１１は、ベース部材１３上に接着剤接合した複数の積層型圧電部材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１４を加工して１つの圧電部材１２に対して所要数の柱状の圧電部材（圧電素子）である圧電柱１２ａを所定の間隔で櫛歯状に形成している。

圧電部材１２の圧電柱１２ａのうち、駆動波形を与えて駆動させる圧電柱を駆動柱１２Ａ、駆動波形を与えないで単なる支柱（固定柱）として使用する圧電柱を非駆動柱１２Ｂとする。

そして、駆動柱１２Ａは、個別液室６に対応する振動板部材３の振動領域３Ａに形成した島状の凸部３ａに接合している。また、非駆動柱１２Ｂは、個別液室６を振動板部材３の凸部３ｂに接合している。

この圧電部材１２の駆動柱１２Ａ、非駆動柱１２Ｂは、厚さ１０〜５０μｍ／１層のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電層２１と、厚さ数μｍ／１層の銀・パラジューム（ＡｇＰｄ）からなる内部電極２２とを交互に積層したものである。そして、内部電極２２は、それぞれ異なる端面に引き出されて、共通側外部電極２３及び個別側外部電極２４に接続されている。

この圧電部材１２には駆動柱１２Ａの個別側外部電極２４に駆動信号を与えるための可撓性を有するフレキシブル配線基板としてのＦＰＣ１５が接続され、ＦＰＣ１５には駆動信号を出力する駆動回路である駆動ＩＣ１６が搭載されている。

フレーム部材１７は、例えばエポキシ系樹脂或いは熱可塑性樹脂であるポリフェニレンサルファイト等で射出成形により形成し、図示しないヘッドタンクや液体カートリッジから供給口１８を介して液体が供給される共通液室１０が形成されている。

このように構成した液体吐出ヘッドにおいては、例えば駆動柱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柱１２Ａが収縮し、振動板部材３の振動領域３０が下降して個別液室６の容積が膨張することで、個別液室６内に液体が流入し、その後駆動柱１２Ａに印加する電圧を上げて駆動柱１２Ａを積層方向に伸長させ、振動板部材３の振動領域３０をノズル４方向に変形させて個別液室６の容積を収縮させることにより、個別液室６内の液体が加圧され、ノズル４から液滴が吐出（噴射）される。

そして、駆動柱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部材３の振動領域３０が初期位置に復元し、個別液室６が膨張して負圧が発生するので、このとき、共通液室１０から液体供給路７を通じて個別液室６内に液体が充填される。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、駆動波形の与え方によって引き打ちや押し打ちなどを行なうこともできる。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法の一例について図３及び図４を参照して説明する。図３は圧電部材と振動板部材とを接合する前の状態のノズル配列方向に沿う正面説明図、図４は駆動ユニット（圧電部材）と液室ユニット（振動板部材）とを接合した後の状態のノズル配列方向に沿う正面説明図である。

ここでは、上述したノズル板１、流路板２及び振動板部材３は、アライメントマーク５１〜５４を使用して位置合わせを行ってそれぞれ接着剤４６で接合した部分を液室ユニット４７と称し，流路板２と振動板部材３とを接着剤４６で接合した部分を液室下４７ａと称している。また、ベース部材１３に圧電部材１２を接合して複数の圧電柱１２ａを形成した部分を駆動ユニット４８と称している。

この液体吐出ヘッドの接合工程について簡単に説明する。
まず、液室下４７ａを構成する振動板部材３と流路板２とを、流路板２側に接着剤４６を塗布して、接着剤４６を介して接合する。

次に、駆動ユニット４８の圧電部材１２及び各圧電柱１２ａの上面に接着剤４６とＵＶ接着剤８４を介して、液室下４７ａを接合する。最後に、ノズル板１を、液室下４７ａと駆動ユニット４８とを接合した部材に、流路板２に接着剤４６を塗布し、接着剤４６を介して接合する。

圧電部材１２と振動板部材３とを接合するとき、図３に示すように、圧電部材１２の圧電柱１２ａに溝加工によって発生している曲がりを、図４に示すように矯正した状態で、圧電部材１２と振動板部材３との接合を行うようにしている。

ここで、圧電柱の曲がりの発生について説明する。圧電部材１２に多数の圧電柱１２ａを高密度に溝加工して形成するとき、高アスペクト比で溝１４の加工を行わなければならなくなる。このように、高アスペクト比で溝加工すると、圧電柱１２ａの柱幅（圧電柱のノズル配列方向の溝）が狭くなることから、圧電柱１２ａの剛性が低下し、柱の根元に対して、上端に曲がりが数μｍのレベルで発生する。

具体的には、例えば、溝１４の深さ（溝加工深さ）を４００μｍ、溝幅を約２５μｍとして溝加工を行った時、３００ｄｐｉ相当の間隔のダイシングピッチで圧電柱１２ａを配列する場合の加工においては、圧電柱１２ａの柱幅は５０μｍ以上確保できて、剛性が高いため、柱曲がりは殆ど発生しないが、６００ｄｐｉ相当の間隔のダイシングピッチでは圧電柱１２ａの柱幅は２０μｍ前後となり、圧電柱１２ａの剛性が低下し、圧電柱１２ａは根元に対して、上端側が３〜４μｍ曲がって形成される。

この柱曲がりは、加工時の応力に対して応力を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１２の一方向から順次溝加工を行うことによって、同じ方向にほぼ同じ曲がり量で発生する。ただし、圧電部材１２の製造工程における焼成、分極処理工程のばらつき、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、加工ワーク毎に、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は困難になる。

一方、圧電柱１２ａ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液滴吐出性能や異なるヘッド間における液滴吐出特性のばらつきを低減するためには、各圧電柱１２ａと液室６の壁面を形成している振動板部材３の振動領域３Ａとの高精度な位置合わせが必要になる。

特に、ヘッドの更なる高密度化に対応するため、ヘッドを構成する各部品が微細化されることで、ヘッドの組立てにおいては、非常に高い位置あわせ精度（例えば±５μｍ以下）が要求される。

このように、高い位置合わせ精度を達成すべく、振動板部材３と圧電柱１２ａとを適切な位置関係とするために、圧電部材１２の接合面に、接合方向に凹状とされた（振動板部材側から離間する）段差部を設けて、この段差部に形成された圧電部材１２の位置調整のための基準（アライメントマーク）を、画像処理を用いた観察系で位置検出し、その後同じ観察系の観察下において、基準とする振動板部材の位置がアライメントマークに適合するように振動板部材の位置を調整することが行われる。

このようにアライメントマークを一段低い位置に形成することで、アライメントマークに接着剤４６が付着して検出不良が生じることを防止でき、また振動板部材３と圧電部材１２のアライメントマークの間に隙間が空くことで、この隙間を利用して照明等を照射でき、アライメントマークのエッジをより鮮明に検出することが可能となる。

ところが、この方法では、圧電部材１２に設けられたアライメントマークの位置を検出することはできるが、圧電柱１２ａの曲がり（数μｍ）を検出することができないため、圧電部材１２と振動板部材３との接合位置精度を限りなく０に近づけたとしても、曲がり量分の位置ずれを補正することができない。

また、圧電柱１２ａの曲がりが生じたまま圧電柱１２ａを駆動しても、効率的に振動板部材３の振動領域３Ａを変位させることができず、液滴噴射性能が低下することになる。

そこで、本発明では、上述したように、圧電部材１２の圧電柱１２ａの曲がりを矯正した状態で、圧電部材２と振動板部材３と接合することで、効率的な変位伝達を行い、良好な滴吐出特性が得られるようにしている。

次に、本発明における基準位置合わせと柱曲がり位置合わせについて説明する。

まず、圧電部材１２の両端部には、段溝部４１が形成され、この段溝部４１の底面に振動板部材３との位置決め用のアライメントマーク４２と、圧電柱１２ａの曲がり矯正用の圧電柱アライメント部４４が設けられている。

アライメントマーク４２は、ハーフカット状の１本の溝で形成されている。圧電柱アライメント部４４は、圧電柱１２ａを形成する溝１４と同じピッチの溝１４で加工することにより、２本の溝１４間に形成される柱４５で形成されている。

ここでは、圧電部材１２に対する溝１４は、ダイシング加工方向４９で示される方向に加工され、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、同じピッチで圧電柱１２ａを形成する。

このとき、ハーフカット状の溝からなるアライメントマーク４２は、他の溝から圧電柱１２ａのピッチより長い間隔だけ離して１本の溝で加工する。また、圧電柱アライメント部４４については、圧電柱１２ａと同じピッチで加工する。

つまり、圧電部材１２のアライメント部（アライメントマーク４２）となる溝と、圧電柱を形成する溝１４と同じピッチの圧電柱アライメント部４４の２本以上の溝１４におけるアライメントマーク４２となる溝と隣接する溝１４との間の距離は、圧電柱１２ａのピッチより大きく形成されている。これにより、アライメントマーク４２となる溝に曲がりが発生しないので、圧電部材１２と振動板部材３との位置合わせ精度を柱曲がりに影響を受けない理想的な位置に位置合わせできる。

ここで、圧電柱アライメント部４４の溝深さについて説明する。

圧電柱アライメント部４４は、圧電柱１２ａに曲がりが生じているとき、同じ方向に同じ量の曲がりを生じる柱を形成するため、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圧電柱１２ａの溝１４の最下端部高さ以下（ベース部材１３側）となるように移動させて、圧電柱１２ａと同じ高さの柱を形成することが好ましい。すなわち、段溝部４１の深さ分だけ圧電柱アライメント部４４の最下端を低く設定することにより、圧電柱アライメント部４４の柱は、圧電柱１２ａと同じ高さの圧電柱となる。

このように構成することで、溝加工によって、圧電柱１２ａに曲がりが生じているとき、圧電柱アライメント部４４の柱は、圧電柱１２ａと同じ方向に同じ量の曲がりを生じた柱となり、アライメントマーク４２は、曲がりのない溝となる。

次に、圧電部材１２と振動板部材３とを接合する接合装置の一例について図５ないし図７を参照して説明する。図５は同接合装置の正面説明図、図６及び図７は同接合装置の動作説明に供する正面説明図である。

この接合装置４００は、ワークを保持する上ステージ１０２と下ステージ１０３とを備えている。下ステージ１０３は、ＸＹθステージ１０５上に保持されたＺ軸機構１０４に備えられた倣い機構１１０に保持されている。倣い機構１１０は、倣い中心１１１を中心としてαβ倣い方向１１２に倣い動作を行う。

そして、上ステージ１０２と下ステージ１０３との間には、斜方照明１０１とＵＶ照射ファイバ１０８とが配置されている。また、上ステージ１０２の上方には、同軸落斜照明１０６と、ＣＣＤカメラ１００が配置され、ＣＣＤカメラ１００は画像処理装置１０７に接続されている。

図６に示すように、下ステージに保持された駆動ユニット４８の厚みに傾きが有る場合であっても図７に記載のように押圧することで倣い機構１１０により接合面が液室下４７ａの接合面に倣うことで、ごく薄い接着剤であったとしても隙間なく全領域を接合することができる。

次に、この接合装置４００を使用した圧電部材１２と振動板部材３との接合工程について図８ないし図１２も参照して説明する。図８は同工程におけるアライメント検出工程の説明に供する平面説明図、図９は同アライメント検出工程における圧電柱曲がり量検出工程の説明に供する平面説明図、図１０は同アライメント検出工程における曲がり圧電柱検出工程の説明に供する正面説明図、図１１は振動板部材を圧電部材に当てて接触した状態の正面説明図、図１２はオフセット位置合わせ後の状態の正面説明図である。

＜駆動ユニット４８への接着剤塗布工程＞
まず、駆動ユニット４８の圧電部材１２の圧電柱１２ａの振動領域３Ａとの接合面（以下、「上端」又は「頭頂部」という。）に接着剤４６を供給して塗布する。接着剤供給手段は、例えばフレキソ印刷等の転写工法等で薄膜塗布することが可能である。このとき、圧電部材１２には段溝部４１が設けられているので、接着剤４６を薄膜塗布しても圧電柱アライメント部４４及びアライメントマーク４２には接着剤が転写されることはない。

また、圧電部材１２の圧電柱配列方向両端部の振動板部材３との接合面には、ＵＶ接着剤８４を接着剤４６の塗布上面の高さ以上になるように供給して塗布する。ＵＶ接着剤供給手段は、例えばディスペンサ工法等で点や線引き塗布することが可能である。このとき、圧電部材１２には段溝部４１が設けられているので、圧電柱１２ａ及びアライメント部４４にはＵＶ接着剤８４が流入することはない。

一方、液室下４７ａを構成する流路板２には、振動板アライメントマーク５４を観察するための貫通孔５７が設けられている。また、振動板部材３には、圧電部材１２の段溝部４１に形成されたアライメントマーク４２及び圧電柱アライメント部４４を、画像処理を用いた観察系で計測するための、貫通した振動板アライメントマーク５４が設けられている（図３、図８参照）。

＜アライメント検出工程＞
まず、液室下４７ａは、接合装置４００の上ステージ１０２に例えば真空吸着によって位置決め固定される。そして、図８に示すように、ＣＣＤカメラ１００と同軸落斜照明１０６と画像処理装置１０７の観察系で、振動板アライメントマーク５４を撮像し、振動板アライメントマーク中心５５を演算処理して、（Ｘ１、Ｙ１、θ１）座標として求める。

次に、曲がり圧電柱検出工程について説明する。

駆動ユニット４８は、下ステージ１０３に例えば真空吸着によって位置決め固定される。Ｚ軸機構１０４を上ステージ１０２に近づけるように移動させ、駆動ユニット４８上端に塗布された接着剤４６とＵＶ接着剤８４が上ステージ１０２に固定された液室下４７ａの振動板部材３の接合面との間に数十μｍのギャップを設けた状態とする。

そして、ＣＣＤカメラ１００と斜方照明１０１と画像処理装置１０７の観察系で、圧電柱アライメント部４４を撮像し、図９に示すように、圧電柱アライメント部４４の中心４４ｇと圧電柱アライメント部曲がり量オフセット中心４４ｈを演算処理して、それぞれ（Ｘ２、Ｙ２、θ２）、（Ｘ３、Ｙ３、θ３）座標として求める。

ここで、圧電柱アライメント部中心４４ｇの座標は、図１０に示すように、圧電柱アライメント部左溝エッジ外側８０ａと圧電柱アライメント部右溝エッジ外側８０ｃの観察により演算処理して（Ｘ２、Ｙ２、θ２）を求めることができる。また、圧電柱アライメント部曲がり量オフセット中心４４ｈの座標は、圧電柱アライメント部左溝エッジ内側８０ｂと圧電柱アライメント部右溝エッジ内側８０ｄの観察により演算処理して、（Ｘ３、Ｙ３、θ３）を求めることができる。

次に、基準アライメントマーク検出工程について説明する。

駆動ユニット３８の圧電部材１２の両端部上端に塗布されたＵＶ接着剤８４と圧電柱１２ａの頭頂部に塗布された接着剤４６が、上ステージ１０２に固定された液室下４７ａの振動板部材３の接合面との間に数十μｍのギャップを設けられた状態のまま、ＸＹθステージ１０５を移動させて、圧電部材１２のライメントマーク４２を同じ観察系で撮像し、圧電部材アライメントマーク中心４４ｆを演算処理して（Ｘ４、Ｙ４、θ４）座標として求める。

＜曲がり量検出工程と初期位置合わせ工程＞
ここで、位置合わせ工程について説明する。液室下４７ａと圧電部材１２（駆動ユニット４８）の初期位置合わせを行なう。

この初期位置合わせは、図１１も参照して、振動板アライメントマーク中心５５（Ｘ１、Ｙ１、θ１）に対し、圧電柱アライメント部曲がり量オフセット中心４４ｈ（Ｘ３、Ｙ３、θ３）と圧電柱アライメント部中心４４g（Ｘ２、Ｙ２、θ２）との差（ΔＸｏ，ΔＹｏ，Δθｏ）を圧電部材アライメントマーク中心４４ｆ（Ｘ４、Ｙ４、θ４）から減算して算出した位置（Ｘ４、Ｙ４、θ４）−（ΔＸｏ，ΔＹｏ，Δθｏ）を圧電部材１２のアライメントマーク中心とし、それぞれのセンター同士の位置ずれ量（ΔＸｕ，ΔＹｕ，Δθｕ）が規定値外であれば、規定値内となるようにＸＹθステージ１０５を移動させて、圧電部材１２のＸＹθ方向のアライメント調整を行なう。位置ずれ量が規定値以内（例えば０.５μｍ）であれば、アライメントを完了する。

＜倣い機構による加圧接合時の位置ずれ低減の説明＞
次に、当てて接触させた状態から加圧接合時に生じうる位置ずれは、液室下４７ａ及び圧電部材１２の偏肉や平面度のバラツキ、接着剤４６の塗布膜厚のバラツキ、ＵＶ接着剤８４の塗布量・塗布高さバラツキに起因して、均一に加圧することができず、位置ずれが生じてしまう。

この場合、従前は、段階的に加圧しつつ、それに応じて適宜位置補正する段階加圧方法と、連続的に加圧しつつ、それに応じて適宜位置補正する連続加圧方法を用いて、高精度に位置合わせし、接合する方法が採用されている。

そこで、加圧接合時に位置ずれを生じさせず、圧電柱の曲がりを垂直に矯正するための位置合わせを高精度に行なう方法について、以下で説明する。

まず、本実施形態における接合装置４００の倣い機構１１０を備えない従前の接合装置においては、上ステージ１０２と下ステージ１０３は、上ステージ１０２を基準とし、下ステージ１０３を平行出しした状態（例えば上下ステージの平行度は２μｍ）に固定された状態で接合を行なうことのできる構造になっている。

したがって、液室下４７ａ及び圧電部材１２の偏肉や平面度のバラツキ、接着剤４６の塗布膜厚のバラツキ、ＵＶ接着剤８４の塗布量・塗布高さバラツキに対しては、上ステージ１０２または下ステージ１０３の傾きを、接合する部材毎に調整する機構が設けられていないため、補正することができないことから、段階加圧方法または連続加圧方法を用いて、繰り返し位置合わせして接合を行う。

これに対して、本実施形態では、加圧接合時に生じる位置ずれを生じさせないために、接合装置４００に倣い機構１１０を搭載したものを使用している。倣い機構１１０は、下ステージ１０３に固定された圧電部材１２の圧電部材アライメントマーク中心４４ｆ（Ｘ４、Ｙ４、θ４）を球中心に、Ｘ軸周りの傾斜αとＹ軸周りの傾斜βを自在に調整できる球面軸受けを備えたエアベアリングからなる構造体（例えば、ＣＫＤ社製の球面精密倣い静圧軸受け、商品名エアジャイロＬＢＣ−Ｒ）である。

次に、倣い機構１１０の動作について説明する。

球面軸受けを備えたエアベアリングは、ベアリングポートへのエアー加圧で倣い動作部が浮上（例えば浮上変位は２μｍ）し、傾斜αβ角度が調整の効く可動状態にできる。倣わせるには、倣わせたい面同士を押し当てる（例えば弱い荷重２Ｎ）ことで、姿勢を倣わせることができる。

また、倣わせた状態でエアー加圧を停止し、ベアリングポートを真空吸引に切り替えることにより、倣い動作部を任意の傾斜αβ角度に固定できる固定状態にすることができる（例えば固定状態の保持力は１００Ｎまで耐えうる）。

＜当てて接触させる工程＞
ここで、前記アライメントを完了した後、接合装置４００の倣い機構１１０を可動状態にして、図６に示す状態から図７に示すように、Ｚ軸機構１０４を上ステージ１０２に更に近づけるように移動させ、圧電部材１２の両端部上端に塗布されたＵＶ接着剤８４、圧電柱１２ａの頭頂部に塗布された接着剤４６が上ステージ１０２に固定された液室下４７ａと弱い荷重（例えば２Ｎ）で当って接触した状態にする。

すなわち、圧電柱１２ａと振動板部材３の振動領域３Ａの理想的な接合位置に対し、圧電柱１２ａの頭頂部が当たって接触している位置関係で、振動板部材３と圧電部材１２は位置合わせされる。

このとき、ＵＶ接着剤８４は接着剤１６の塗布高さ以上になるように塗布しているので、ＵＶ接着剤８４はお椀状に押し潰された状態で当たって接触される。かつ、液室下４７ａ及び圧電部材１２の偏肉や平面度のバラツキ、接着剤４６の塗布膜厚のバラツキ、ＵＶ接着剤８４の塗布量・塗布高さバラツキに対しては、倣い機構１１０により傾きが補正されて、接合面同士が均一に当って接触した状態になる。その後、倣い機構１１０を固定状態に切り替えて当てて接触させる状態を完了する。

ここで、図１１を参照して、上述したように、圧電柱１２ａのＸ方向の曲がり量をΔＸｏとするとき、圧電柱１２ａの根元部８１ａの中心位置８１ａに対して、圧電柱１２ａの頭頂部の中心と振動板部材３の振動領域３Ａとの接合位置（所定の接合位置）の中心位置８１ｂは、Ｘ方向の曲がり量ΔＸｏ分だけずれた状態で、圧電柱１２ａと振動板部材３の振動領域３Ａとが接合される。このとき、左側振動板アライメントマーク中心５５と左側圧電部材アライメントマーク中心４４ｉとはＸ方向の曲がり量ΔＸｏ分だけずれている。

＜矯正工程＞
次に、振動板部材３と圧電部材１２との接合面に対して、図１２に示すように、圧電柱１２ａの曲がりを垂直に矯正するための位置合わせを行なう。

このとき、振動板アライメントマーク中心５５（Ｘ１、Ｙ１、θ１）に対し、圧電部材アライメントマーク中心４４ｆ（Ｘ４、Ｙ４、θ４）を圧電部材１２のアライメントマーク中心とし、それぞれのセンター同士の位置ずれ量（ΔＸｕ，ΔＹｕ，Δθｕ）が規定値外であれば、規定値内となるようにＸＹθステージ１０５を、曲がりを垂直に矯正する位置合わせ方向８２に移動させて、圧電部材１２のＸＹθ方向のアライメント調整を行なう。これにより、図１２に示すように、左側振動板アライメントマーク中心５５と左側圧電部材アライメントマーク中心４４ｉとが一致する。

ここで、圧電柱１２ａの頭頂部と振動板部材３の振動領域３Ａとが所定の接合位置で接合されている状態で、駆動ユニット４８のアライメント調整を行って、駆動ユニット４８を液室下４７ａに対して圧電柱１２ａの曲がり方向と反対方向に曲がり量分だけ相対的に移動させるので、圧電柱１２ａの曲がりが垂直に矯正されて、圧電柱１２ａは根元側中心位置８１ａと頭頂部側中心位置８１ｂとが一致する。

なお、ＵＶ接着剤８４は、お碗状に押し潰された未硬化状態でアライメント調整を行うので、振動板部材３に接触した状態で流動し、この段階では圧電部材１２と振動板部材３とは接合固定されていない。

そして、位置ずれ量が規定値以内（例えば０.５μｍ）に達したら位置補正を完了し、Ｚ軸機構１０４を上ステージ１０２側に更に移動させ、狙いの荷重（例えば６０Ｎ）に加圧する。

ここで、液室下４７ａ及び圧電部材１２の偏肉や平面度のバラツキ、接着剤４６の塗布膜厚のバラツキ、ＵＶ接着剤８４の塗布量・塗布高さのバラツキは、倣い機構１１０により、傾きが補正された状態を維持しているので、接合面同士が均一に当って接触した状態で加圧することになる。

すなわち、偏荷重のない良好な面接触状態で、且つ位置合わせされた状態を維持して狙いの荷重（例えば６０Ｎ）を加えることができ、位置ずれを生じさせることのない加圧接合が行えるという効果が得られる。

また、ＮＧ品（不良品）に関しては、接着剤４６及びＵＶ接着剤８４が剥離又は分断しないレベルまで一度減圧して、再度位置合わせ工程を実施しても良い。

加圧完了後は、加圧完了後は、ＵＶ照射ファイバ１０８を介して、ＵＶ接着剤８４に向けてＵＶ光を照射し、液室下４７ａの振動板部材３と駆動ユニット４８の圧電部材１２とをＵＶ接着剤４８で接合固定した後、加圧開放する。

以上のように、圧電部材と振動板部材とを接合するとき、圧電部材の圧電柱の曲がり量を検出する工程と、圧電部材の圧電柱と振動板部材の振動領域とを接合する工程と、圧電柱と振動領域とが接合された状態で、圧電部材と振動板部材とを、相対的に圧電柱の曲がり方向と逆方向に、曲がり量分移動させた後、振動板部材と圧電部材とを接合固定する工程と、を行うことで、圧電柱の曲がりを矯正して圧電部材と振動板部材を接合することができ、液滴吐出特性のばらつきを低減し、かつ良好な液滴噴射性能を得ることができる。

なお、上記実施形態では、圧電部材を圧電柱の曲がり方向に曲がり量分移動させる例で説明しているが、振動板部材を同様に移動させることもできる。

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１３及び図１４を参照して説明する。図１３は同装置の機構部の側面説明図、図１４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と同ヘッドに供給するインクを収容するタンクを一体化した記録ヘッド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つのノズル列を有し、一方の記録ヘッド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、他方の記録ヘッド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、１ヘッド当たり４ノズル列配置とし、１個のヘッドで４色の各色を吐出させることもできる。

また、記録ヘッド２３４のタンク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、回復するための回復手段を含む本発明に係るヘッドの維持回復装置である維持回復機構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。

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。

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るので、高画質画像を安定して形成することができる。

なお、本願において、「用紙」とは材質を紙に限定するものではなく、ＯＨＰ、布、ガラス、基板などを含み、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、記録媒体、記録紙、記録用紙などと称されるものを含む。また、画像形成、記録、印字、印写、印刷はいずれも同義語とする。

また、「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、特に限定しない限り、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、また立体自体を三次元的に造形して形成された像も含まれる。

また、画像形成装置には、特に限定しない限り、シリアル型画像形成装置及びライン型画像形成装置のいずれも含まれる。

１ ノズル板
２ 流路板
３ 振動板部材
４ ノズル
６ 個別液室
１２ 圧電部材
１２ａ 圧電柱
１２Ａ 駆動柱
１２Ｂ 非駆動柱
１７ フレーム部材
４２ アライメントマーク（アライメント部）
４４ 圧電柱アライメント部

Claims (7)

1. 液滴を吐出する複数のノズルを形成したノズル板と、
   前記ノズルが通じる複数の液室を形成する流路板と、
   前記液室の壁面を形成する振動領域を有する振動板部材と、
   前記振動板部材の振動領域を変形させて前記液室内の液体を加圧する圧電部材と、
   を備え、
   前記圧電部材は溝加工によって分割された複数の柱状の圧電柱を有し、
   前記複数の圧電柱は、前記振動板部材の前記振動領域に接合されている
   液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   前記圧電部材と前記振動板部材とを接合するとき、
   前記圧電部材の圧電柱の曲がり量を検出する工程と、
   前記圧電部材の圧電柱と前記振動板部材の振動領域とを接合する工程と、
   前記圧電柱と前記振動領域とが接合された状態で、前記圧電部材と前記振動板部材とを、相対的に、前記圧電柱の曲がり方向と逆方向に、前記曲がり量分移動させた後、前記振動板部材と前記圧電部材とを接合固定する工程と、を行う
   ことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
2. 前記圧電部材の圧電柱配列方向の両端部側には、前記振動板部材と位置合わせを行うアライメント部となる溝と、前記圧電柱を形成する溝と同じピッチの２本以上の溝とが形成され、
   前記圧電柱を形成する溝と同じピッチで形成された２本以上の溝間に形成された前記圧電柱の曲がり量を検出し、
   前記アライメント部となる溝を基準として前記振動板部材と前記圧電部材とを位置合わせする
   ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
3. 前記圧電部材の前記アライメント部となる溝と、前記圧電柱を形成する溝と同じピッチの２本以上の溝は、前記振動板部材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徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
4. 前記圧電部材の前記アライメント部となる溝と、前記圧電柱を形成する溝と同じピッチの２本以上の溝における前記アライメント部となる溝と隣接する溝との間の距離は、前記圧電柱のピッチより大きく形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
5. 前記圧電柱を形成する溝と同じピッチの２本以上の溝の深さは、前記圧電柱を形成する溝の深さと同じであり、
   前記アライメント部となる溝の深さは、前記圧電柱を形成する溝の深さよりも浅い
   ことを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
6. 液滴を吐出する複数のノズルを形成したノズル板と、
   前記ノズルが通じる複数の液室を形成する流路板と、
   前記液室の壁面を形成する振動領域を有する振動板部材と、
   前記振動板部材の振動領域を変形させて前記液室内の液体を加圧する圧電部材と、を備え、
   前記圧電部材の圧電柱配列方向の両端部側には、前記振動板部材と位置合わせを行うアライメント部となる溝と、前記圧電柱を形成する溝と同じピッチの２本以上の溝とが形成されている
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
7. 請求項６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。

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