JP4306611B2 - インクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、被記録媒体にインクを吐出するインクジェットヘッドの製造方法に関する。
従来より、ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドとしては、その内部にインク流路を含む流路ユニットが、積層された複数枚の金属製の薄板で構成されているものがある（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載のインクジェットヘッドにおいては、積層された複数枚の金属製の薄板に、開口状の複数の加圧室及びこれら複数の加圧室に連通する共通流路を含むインク流路が形成され、複数の加圧室が形成された薄板の表面にはこれら加圧室を覆うように金属製の振動板が接合されている。さらに、この振動板の表面には圧電膜が形成されている。
このインクジェットヘッドを製造する場合には、まず、インク流路が形成された複数枚の金属製の薄板と金属製の振動板とを、真空条件下で高温（１０００℃程度）に加熱しながら加圧する、いわゆる、金属拡散接合により接合する。その後、振動板の表面に、ゾル・ゲル法やスパッタ法等により、あるいは、圧電材料の焼成体を接着剤で貼り付けることにより、圧電膜を形成する。
しかし、共通流路等の比較的大きな内部空洞が積層状の複数枚の薄板の内部に形成されていると、複数枚の薄板と振動板とを拡散接合により一度に接合したときに、内部空洞と重なる部分において振動板が部分的に撓んでうねりが生じ、振動板の平面度がばらついてしまう。このとき、特に、圧電材料の焼成体を接着剤で貼り付ける場合には、焼成体を振動板に確実に密着させた状態で接着することが困難になる。また、仮に接着できたとしても、圧電膜と振動板との間の接着剤の厚さにばらつきが生じやすくなるため、そのばらつきに起因して圧電膜及び振動板の変形態様が加圧室ごとに異なってしまい、ノズルから吐出されるインクの液滴速度がばらついてしまう虞がある。
本発明の目的は、圧電シートが接着される金属プレートの平面度を均一化することが可能なインクジェットヘッドの製造方法を提供することである。
第１の発明のインクジェットヘッドの製造方法は、金属製の表層プレートと、積層状の複数枚の金属プレートからなり且つ前記表層プレートと接合される金属プレート組とを有し、共通インク室とこの共通インク室から圧力室を経てノズルに至る複数の個別インク流路とを含む流路ユニットと、前記表層プレートに配置される積層状の複数枚の圧電シートを有するアクチュエータユニットとを備えたインクジェットヘッドの製造方法であって、前記金属プレート組を構成する複数枚の金属プレートを、金属拡散接合により接合する工程と、前記表層プレートを、金属拡散接合された前記金属プレート組に接着剤で接合する工程とを備えたことを特徴とするものである。
このように、流路ユニットの金属プレート組を構成する積層状の複数枚の金属プレートを先に金属拡散接合により接合してから、表層プレートを金属プレート組に接着剤で接合するため、表層プレートを他の金属プレートと金属拡散接合で接合する場合と異なり、共通インク室等の内部空洞と重なる部分において表層プレートが撓むことがなく、表層プレートの平面度を均一にすることができる。そのため、この表層プレートに圧電シートを確実に密着させた状態で接着することができる。また、表層プレートと圧電シートとの間に介在する接着剤の厚みのばらつきを小さくすることができ、その接着剤の厚みのばらつきに起因して生じるインクの液滴速度のばらつきを抑制できる。
第２の発明のインクジェットヘッドの製造方法は、第１の発明において、前記流路ユニットは、前記金属プレート組の前記表層プレートの反対側に接合されるとともに、複数のノズルが形成され且つその表面に撥水膜が形成された金属製のノズルプレートを有し、前記表層プレートを前記金属プレート組に接合する工程において、前記ノズルプレートを、前記金属プレート組に接着剤で接合することを特徴とする。
この構成によると、複数枚の金属プレートの金属拡散接合の後で、ノズルプレートを金属プレート組に接着剤で接合するため、予め撥水膜が形成されたノズルプレートを接合する場合に、拡散接合時の高温状態により撥水膜が破壊される虞がない。
この構成によると、複数枚の金属プレートの金属拡散接合の後で、ノズルプレートを金属プレート組に接着剤で接合するため、予め撥水膜が形成されたノズルプレートを接合する場合に、拡散接合時の高温状態により撥水膜が破壊される虞がない。
第３の発明のインクジェットヘッドの製造方法は、第１又は第２の発明において、前記表層プレートを前記金属プレート組に接合する工程の後に、前記アクチュエータユニットを、前記表層プレートに接着剤で接合する工程を備えることを特徴とする。
表層プレートの平面度が均一に保たれているため、表層プレートにアクチュエータユニットを確実に密着させて接着することができる。また、表層プレートとアクチュエータユニットとの間に介在する接着剤の厚みのばらつきが小さくなり、その接着剤の厚みのばらつきに起因して生じるインクの液滴速度のばらつきを抑制して、印字品質を向上させることができる。
表層プレートの平面度が均一に保たれているため、表層プレートにアクチュエータユニットを確実に密着させて接着することができる。また、表層プレートとアクチュエータユニットとの間に介在する接着剤の厚みのばらつきが小さくなり、その接着剤の厚みのばらつきに起因して生じるインクの液滴速度のばらつきを抑制して、印字品質を向上させることができる。
また、第４の発明のインクジェットヘッドの製造方法は、第１又は第２の発明において、前記表層プレートを前記金属プレート組に接合する工程において、前記アクチュエータユニットを、前記表層プレートに接着剤で接合することを特徴とする。これにより、製造工程をより簡略化することができる。
また、第５の発明のインクジェットヘッドの製造方法は、第１又は第２の発明において、前記表層プレートを前記金属プレート組に接合する工程の前に、前記アクチュエータユニットを、前記表層プレートに接着剤で接合する工程を備えたことを特徴とする。
また、第５の発明のインクジェットヘッドの製造方法は、第１又は第２の発明において、前記表層プレートを前記金属プレート組に接合する工程の前に、前記アクチュエータユニットを、前記表層プレートに接着剤で接合する工程を備えたことを特徴とする。
第６の発明のインクジェットヘッドの製造方法は、積層状の複数枚の金属プレートからなる金属プレート組を有し、共通インク室とこの共通インク室から圧力室を経てノズルに至る複数の個別インク流路とを含む流路ユニットと、前記金属プレート組に接合される金属製の振動板と、この振動板に配置された圧電シートとを有するアクチュエータユニットとを備えたインクジェットヘッドの製造方法であって、前記金属プレート組を構成する複数枚の金属プレートを、金属拡散接合により接合する工程と、前記振動板を、金属拡散接合された前記金属プレート組に接着剤で接合する工程とを備えたことを特徴とするものである。
このように、アクチュエータユニットが、その表面に圧電シートが配置される金属製の振動板を含んでいる場合に、流路ユニットの金属プレート組を構成する複数枚の金属プレートを先に金属拡散接合により接合してから、金属プレート組に振動板を接着剤で接合するため、振動板が部分的に撓むことがなく、振動板の平面度を均一にすることができる。
このように、アクチュエータユニットが、その表面に圧電シートが配置される金属製の振動板を含んでいる場合に、流路ユニットの金属プレート組を構成する複数枚の金属プレートを先に金属拡散接合により接合してから、金属プレート組に振動板を接着剤で接合するため、振動板が部分的に撓むことがなく、振動板の平面度を均一にすることができる。
第７の発明のインクジェットヘッドの製造方法は、第６の発明において、前記流路ユニットは、前記金属プレート組の前記振動板の反対側に接合されるとともに、複数のノズルが形成され且つその表面に撥水膜が形成された金属製のノズルプレートを有し、前記振動板を前記金属プレート組に接合する工程において、前記ノズルプレートを、前記金属プレート組に接着剤で接合することを特徴とする。
また、第８の発明のインクジェットヘッドの製造方法は、第６又は第７の発明において、前記振動板を前記金属プレート組に接合する工程の後に、前記圧電シートを、前記振動板に接着剤で接合する工程を備えたことを特徴とする。
振動板の平面度が均一に保たれているため、振動板に圧電シートを確実に密着させて接着することができる。また、振動板と圧電シートとの間に介在する接着剤の厚みのばらつきが小さくなり、その接着剤の厚みのばらつきに起因して生じるインクの液滴速度のばらつきを抑制して、印字品質を向上させることができる。
また、第９の発明のインクジェットヘッドの製造方法は、第６又は第７の発明において、前記振動板を前記金属プレート組に接合する工程において、前記圧電シートを、前記振動板に接着剤で接合することを特徴とする。これにより、製造工程をより簡略化することができる。
また、第１０の発明のインクジェットヘッドの製造方法は、第６又は第７の発明において、前記振動板を前記金属プレート組に接合する工程の前に、前記圧電シートを、前記振動板に接着剤で接合する工程を備えたことを特徴とする。
振動板の平面度が均一に保たれているため、振動板に圧電シートを確実に密着させて接着することができる。また、振動板と圧電シートとの間に介在する接着剤の厚みのばらつきが小さくなり、その接着剤の厚みのばらつきに起因して生じるインクの液滴速度のばらつきを抑制して、印字品質を向上させることができる。
また、第９の発明のインクジェットヘッドの製造方法は、第６又は第７の発明において、前記振動板を前記金属プレート組に接合する工程において、前記圧電シートを、前記振動板に接着剤で接合することを特徴とする。これにより、製造工程をより簡略化することができる。
また、第１０の発明のインクジェットヘッドの製造方法は、第６又は第７の発明において、前記振動板を前記金属プレート組に接合する工程の前に、前記圧電シートを、前記振動板に接着剤で接合する工程を備えたことを特徴とする。
本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。図１は、インクジェットヘッドの斜視図であり、図２は、図１のII−II線に沿った断面図である。第１実施形態のインクジェットヘッドは、インクジェットプリンタ（図示略）に設けられて、搬送されてきた用紙に対してインクを吐出して用紙に記録するものである。図１、図２に示すように、インクジェットヘッド１は、用紙に対してインクを吐出するための主走査方向に延在した矩形平面形状を有するヘッド本体７０と、ヘッド本体７０の上方に配置され且つヘッド本体７０に供給されるインクの流路である２つのインク溜まり３が形成されたベースブロック７１と、これらヘッド本体７０とベースブロック７１とを保持するホルダ７２とを備えている。
ヘッド本体７０は、その内部に個別インク流路３２（図６参照）が形成された流路ユニット４と、この流路ユニット４の上面に接着された複数のアクチュエータユニット２１とを含んでいる。本実施の形態では、流路ユニット４の長手方向に沿って４つのアクチュエータユニット２１が配置されている。これら流路ユニット４及びアクチュエータユニット２１は共に、積層状の複数の薄板を互いに接合することにより形成された薄板の積層体からなる。また、図２に示すように、各アクチュエータユニット２１の上面にはフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuit）５０が接着され、左右に引き出されている。ベースブロック７１は、例えばステンレスなどの金属材料からなり、このベースブロック７１内のインク溜まり３は、ベースブロック７１の長手方向に沿って形成された略直方体の中空領域である。
ベースブロック７１の下面７３は、開口３ｂの近傍において周囲よりも下方に突出しており、ベースブロック７１は、下面７３の開口３ｂの近傍部分７３ａにおいてのみ流路ユニット４と接触している。そのため、ベースブロック７１の下面７３の開口３ｂ近傍部分７３ａ以外の領域は、ヘッド本体７０から離隔しており、この離隔部分にアクチュエータユニット２１が配設されている。
ホルダ７２は、把持部７２ａと、把持部７２ａの上面から鉛直方向に延びる平板状の一対の突出部７２ｂとを含んでいる。そして、ベースブロック７１は、ホルダ７２の把持部７２ａの下面側に形成された凹部内に接着固定されている。各アクチュエータユニット２１に接着されたＦＰＣ５０は、スポンジなどの弾性部材８３を介してホルダ７２の突出部７２ｂの表面に沿うようにそれぞれ配置されており、ＦＰＣ５０上にはドライバＩＣ８０が設置されている。そして、ＦＰＣ５０は、ドライバＩＣ８０から出力された駆動信号をヘッド本体７０のアクチュエータユニット２１（後に詳述）に伝達するように、両者とハンダ付けによって電気的に接合されている。
ドライバＩＣ８０の外側表面には略直方体形状のヒートシンク８２が密着状に配置されており、このヒートシンク８０を介してドライバＩＣ８０で発生した熱が外部に放散される。また、ドライバＩＣ８０及びヒートシンク８２の上方であって、ＦＰＣ５０の外側には、ＦＰＣ５０を介してドライバＩＣ８０と電気的に接続された基板８１が配置されている。尚、ヒートシンク８２の上面と基板８１との間、および、ヒートシンク８２の下面とＦＰＣ５０との間には、インクジェットヘッド１内にゴミやインクが侵入するのを防止するためのシール部材８４が介装されている。
図３はヘッド本体７０の平面図である。図３に示すように、流路ユニット４は、一方向（主走査方向）に長い矩形の平面形状を有している。そして、ベースブロック７１の各インク溜まり３（図２参照）に設けられた開口３ｂは、流路ユニット４に形成されたマニホールド５の開口５ｂに連通しており、インク溜まり３内のインクが開口５ｂを介してマニホールド５に供給される。さらに各マニホールド５の先端部は分岐しており、この分岐位置から副マニホールド５ａ（共通インク室）が流路ユニット４の長手方向に延びている。
流路ユニット４には、複数の圧力室１０及び複数のノズル８（図４参照）が配置された台形の領域が４つ設けられている。そして、この流路ユニット４の上面には、平面形状が台形である４つのアクチュエータユニット２１が、ノズル８や圧力室１０を含む４つの台形領域に夫々対応して接着されている。各アクチュエータユニット２１は、開口５ｂを避けるように千鳥状で２列に配列されている。また、各アクチュエータユニット２１は、その平行対向辺（上辺及び下辺）が流路ユニット４の長手方向に沿うように配置されている。マニホールド５の開口５ｂは流路ユニット４の長手方向に沿って２列に配列されており、各列５個、計１０個の開口５ｂがアクチュエータユニット２１と干渉しない位置に設けられている。そして、隣接するアクチュエータユニット２１の斜辺同士が、流路ユニット４の幅方向（副走査方向）に部分的にオーバーラップしている。尚、各アクチュエータユニット２１の下側には、互いに離隔した計４つの副マニホールド５ａが延在している。
図４は、図３の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。図４に示すように、流路ユニット４の上面には、複数の圧力室１０が平面に沿ってマトリクス状に配列されている。そして、流路ユニット４の下面は、複数の圧力室１０に夫々連通する複数のノズル８がマトリクス状に配列されたインク吐出領域となっている。
図４に示すように、複数の圧力室１０は、副マニホールド５ａの延在方向（主走査方向）とこの延在方向から所定角度傾いた方向の、２つの方向にマトリクス状に配列されている。各圧力室１０は、角部にアールが施された略菱形の平面形状を有しており、その長い方の対角線は流路ユニット４の幅方向に平行である。各圧力室１０の一端はノズル８に連通しており、他端はアパーチャ１２を介して共通インク室としての副マニホールド５ａに連通している。さらに、平面視において各圧力室１０と重なり合う位置には、圧力室１０と相似でこれよりも一回り小さい平面形状を有するアクチュエータユニット２１の個別電極３５が配置されている。尚、図４においては、図面を簡略にするために、多数の個別電極３５の一部のみが示されている。また、図４において、図面を分かりやすくするために、流路ユニット４内にあって破線で示されるべき圧力室１０、アパーチャ１２等のインク流路は実線で示されている。
次に、ヘッド本体７０の構造について図５、図６を参照して説明する。図５は、ヘッド本体７０を構成するプレートの積層状態を示す分解斜視図である。また、図６は、図４のVI−VI線断面図である。ヘッド本体７０は、アクチュエータユニット２１と、９枚のプレートが積層された流路ユニット４とから構成されている。
アクチュエータユニット２１は、互いに積層された４枚の圧電シート４１〜４４（図７（ａ）参照）を有する。これら圧電シート４１〜４４は、夫々、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなる。尚、後述するように、最上層の圧電シート４１は電界が印加されて活性層となる部分を有する層であるが、残りの３層の圧電シート４２〜４４は非活性層となっている。
流路ユニット４を構成する、キャビティプレート２２、ベースプレート２３、アパーチャプレート２４、サプライプレート２５、マニホールドプレート２６、２７、２８、２９、及び、ノズルプレート３０の９枚のプレートは、夫々、ステンレス鋼等からなる金属プレートである。
キャビティプレート２２には、複数の圧力室１０がマトリクス状に形成されている。ベースプレート２３には、圧力室１０とアパーチャ１２との連絡孔と、圧力室１０からノズル８への連絡孔とが形成されている。アパーチャプレート２４には、ハーフエッチングで形成されたアパーチャ１２と、圧力室１０からノズル８への連絡孔が形成されている。また、サプライプレート２５には、アパーチャ１２と副マニホールド５ａとの連絡孔と、圧力室１０からノズル８への連絡孔とが形成されている。さらに、４枚のマニホールドプレート２６〜２９には、マニホールド５（図３、図４参照）及びマニホールド５から分岐した副マニホールド５ａと、圧力室１０からノズル８への連絡孔が形成されている。また、ノズルプレート３０には、マトリクス状に配列された複数のノズル８が形成されている。尚、ノズル８の出射口が形成されたノズルプレート３０の下面には、フッ素系樹脂等からなる撥水膜（図示省略）が形成されている。
そして、これら９枚の金属プレート２２〜３０は、図６に示すような個別インク流路３２が形成されるように、互いに位置合わせして積層される。個別インク流路３２は、副マニホールド５ａから上方へ向かい、アパーチャ１２において水平に延在し、それからさらに上方に向かい、圧力室１０において再び水平に延在し、それからアパーチャ１２から離れる方向に斜め下方に向かってから垂直下方にノズル８へと向かうように構成されている。つまり、全体的に圧力室１０を頂上として、上に凸状の弓なり形状の流路が構成されている。
尚、後ほど詳しく説明するが、これら９枚の金属プレート２２〜３０のうち、最上層のキャビティプレート２２と最下層のノズルプレート３０を除く７枚の金属プレート２１〜２９は、高温に加熱して加圧することにより接合面において金属原子を相互に拡散させて接合する、いわゆる、金属拡散接合により接合されている。そして、これら積層された７枚の金属プレート２１〜２９からなる金属プレート組６０に、キャビティプレート２２とノズルプレート３０とが夫々接着剤で接合されている。
次に、アクチュエータユニット２１の構造について図７を参照して説明する。図７（ａ）に示すように、アクチュエータユニット２１は、複数の圧力室１０に跨って延在する４枚の圧電シート４１〜４４と、最上層の圧電シート４１上において複数の圧力室１０に夫々対向する位置に配置された複数の個別電極３５と、複数の個別電極３５と共に最上層の圧電シート４１を挟む共通電極３４とを有する。
圧電シート４１〜４４は略同じ厚さ（例えば、１５μｍ程度）を有し、これら圧電シート４１〜４４は、多数の圧力室１０に亙って連続的に配置されて、キャビティプレート２２に接着されている。そのため、スクリーン印刷技術等を用いることにより圧電シート４１上に複数の個別電極３５を高密度に形成することが可能となっている。尚、圧電シート４１〜４４は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料などの強誘電性を有する圧電材料からなる。
図７（ｂ）に示すように、個別電極３５は、圧力室１０と略相似で且つ圧力室１０よりも１回り小さい菱形の平面形状を有する。各個別電極３５は、最上層の圧電シート４１上面の、平面視で圧力室１０内に収まる領域に形成されており、圧力室１０と同様にマトリクス状に配置されている。略菱形の複数の個別電極３５における鋭角部の一方は夫々同一方向に延出され、延出部にランド部３６が設けられている。ランド部３６は、略１６０μｍの径を有する円形形状を有し、例えばガラスフリットを含む金からなる。また、ランド部３６はＦＰＣ５０（図１及び図２参照）に設けられた接点と電気的に接合されており、ドライバＩＣ８０（図１及び図２参照）からランド部３６を介して個別電極３５に圧力室１０の容積を変化させる為の駆動信号が入力される。
共通電極３４は、最上層の圧電シート４１とその下側の圧電シート４２との間においてシート全面に形成されている。尚、この共通電極３４の厚みは、例えば略２μｍ程度である。この共通電極３４は、図示しない領域において接地されており、すべての圧力室１０に対向する領域において等しくグランド電位に保たれている。
尚、個別電極３５と共通電極３４は、共に、例えばＡｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる。
尚、個別電極３５と共通電極３４は、共に、例えばＡｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる。
次に、インク吐出時におけるアクチュエータユニット２１の作用について述べる。アクチュエータユニット２１における圧電シート４１の分極方向はその厚み方向である。つまり、アクチュエータユニット２１は、上側（つまり、圧力室１０とは離れた）１枚の圧電シート４１を活性層が存在する層とし、且つ、下側（つまり、圧力室１０に近い）３枚の圧電シート４２〜４４を非活性層とした、いわゆるユニモルフタイプの構成となっている。従って、個別電極３５を正又は負の所定電位とすると、例えば電界と分極とが同方向であれば圧電シート４１中の電極に挟まれた電界印加部分が活性層として働き、電歪効果により分極方向と直角方向に縮む。一方、圧電シート４２〜４４は、電界の影響を受けないため自発的には縮まないので、上層の圧電シート４１と下層の圧電シート４２〜４４との間で、分極方向と垂直な方向への歪みに差を生じることとなり、圧電シート４１〜４４全体が非活性側に凸となるように変形しようとする（ユニモルフ変形）。このとき、図７（ａ）に示すように、圧電シート４１〜４４の下面は圧力室１０を区画するキャビティプレート２２の上面に固定されているので、結果的に圧電シート４１〜４４は圧力室１０側へ凸になるように変形する。そのため、圧力室１０の容積が減少してインクの圧力が上昇し、ノズル８からインクが吐出される。その後、個別電極３５を共通電極３４と同じ電位に戻すと、圧電シート４１〜４４は元の形状になって圧力室１０の容積が元の容積に戻るので、インクをマニホールド５側から吸い込む。
なお、他の駆動方法として、予め個別電極３５を共通電極３４と異なる電位にしておき、吐出要求があるごとに個別電極３５を共通電極３４と一旦同じ電位とし、その後所定のタイミングにて再び個別電極３５を共通電極３４と異なる電位にすることもできる。この場合は、個別電極３５と共通電極３４とが同じ電位になるタイミングで、圧電シート４１〜４４が元の形状に戻ることにより、圧力室１０の容積は初期状態（両電極の電位が異なる状態）と比較して増加し、インクが副マニホールド５ａから圧力室１０内に吸い込まれる。その後再び個別電極３５を共通電極３４と異なる電位にしたタイミングで、圧電シート４１〜４４が圧力室１０側へ凸となるように変形し、圧力室１０の容積が減少してインクへ圧力が上昇し、インクがノズル８から吐出される。
次に、インクジェットヘッド１の製造方法について、図８の工程図を参照して説明する。尚、図８におけるＳｉ（ｉ＝１０，１１，１２）は各工程を示す。
最初に、流路ユニット４を作製する工程（Ｓ１０〜Ｓ１２）について説明する。まず、流路ユニット４を構成する９枚の金属プレート２２〜３０に、マニホールド５（図３、図４参照）や個別インク流路３２（図６参照）を含むインク流路を形成する孔をエッチング等により夫々形成する（Ｓ１０）。
次に、これら９枚の金属プレート２２〜３０を積層して接合する。ここで、この第１実施形態では、９枚の金属プレート２２〜３０の一部を、高温（例えば、３００〜１０００℃）に加熱して加圧することにより接合面において金属原子を相互に拡散させて接合する、いわゆる、金属拡散接合により接合する。この金属拡散接合による接合では、複数枚の金属プレートを一度に接合することができ、例えば、９枚のプレート２２〜３０の全てを接着剤で接合する場合などに比べて、接合工程を簡略化することが可能である。また、ベースプレート２３やアパーチャプレート２４、あるいは、サプライプレート２５のように、小さな径の孔が多数形成されている金属プレートを接着剤で接合すると、孔の内部に流入した接着剤により孔が塞がれてしまう虞があるが、金属拡散接合による接合ではそのような問題が生じない。
ところで、積層された９枚の金属プレート２２〜３０には、マニホールド５や副マニホールド５ａ等の比較的大きな内部空洞が形成されている。そのため、これら９枚の金属プレート２２〜３０の全てを金属拡散接合により一度に接合すると、圧電シート４１〜４４が接着される最上層のキャビティプレート２２において、特に、マニホールド５等の内部空洞と重なる部分が部分的に撓むことによりうねりが生じ、このキャビティプレート２２の平面度がばらついてしまう。そして、このように平面度が部分的にばらついたキャビティプレート２２に、圧電シート４１〜４４を確実に密着させて接着することが困難になり、キャビティプレート２２に形成された圧力室１０と圧電シート４４との間からインクが漏れてしまう虞がある。また、仮に接着できたとしても、キャビティプレート２２と圧電シート４４との間に介在する接着剤の厚さにばらつきが生じ、そのばらつきに起因して圧電シート４１〜４４の変形態様が圧力室１０ごとに異なってしまうため、ノズル８から吐出されるインクの液滴速度がばらつく虞がある。
また、前述したように、ノズルプレート３０の下面には撥水膜が形成される。ここで、この撥水膜の耐熱温度は、金属拡散接合時の温度よりも低くなっている。そのため、撥水膜が形成されたノズルプレート３０を金属拡散接合により他のプレートと接合すると、撥水膜が破壊されてしまう。
そこで、９枚の金属プレート２２〜３０のうち、キャビティプレート２２（表層プレート）とノズルプレート３０を除く、７枚の金属プレート２３〜２９からなる金属プレート組６０を先に金属拡散接合により接合する（Ｓ１１）。即ち、図９に示すように、加熱炉内で７枚の金属プレート２３〜２９を平板状の１対の治具６２，６３で挟み込み、加熱炉内を真空状態にしてから、高温（３００℃〜１０００℃程度）に加熱しながら１対の治具６２，６３により加圧して、７枚の金属プレート２３〜２９を接合する。
そして、積層状の金属プレート２３〜２９からなる金属プレート組６０の、ベースプレート２３の表面とマニホールドプレート２９の裏面に、キャビティプレート２２とノズルプレート３０を、夫々接着剤で接合する（Ｓ１２）。ここで、接着剤としては、例えば、エポキシ系の接着剤を使用できる。このように、先に７枚の金属プレート２３〜２９を金属拡散接合で接合してから、これら７枚の金属プレート２３〜２９からなる金属プレート組６０にキャビティプレート２２を接着剤で接合するため、マニホールド５等の内部空洞と重なる部分においてキャビティプレート２２が撓むことがなく、キャビティプレート２２の平面度を均一にすることができる。
一方で、アクチュエータユニット２１を以下のようにして作製する（Ｓ１３）。まず、最上層の圧電シート４１となるＰＺＴのグリーンシートの両面に、個別電極３５のパターンと共通電極３４とを導電材料で形成する。そして、このグリーンシートを、非活性層の圧電シート４２〜４４となるグリーンシートに積層してから焼成することにより、積層状の４枚の圧電シート４１〜４４、複数の個別電極３５、及び、共通電極３４を有するアクチュエータユニット２１を得る。または、各電極３４、３５のパターンがそれぞれ形成された２枚のグリーンシートと、電極が形成されていない２枚のグリーンシートの、積層体を焼成してもよい。
そして、このアクチュエータユニット２１をキャビティプレート２２の表面に接着する（Ｓ１４）。前述したように、キャビティプレート２２の平面度が均一に保たれているため、このキャビティプレート２２に圧電シート４４を確実に密着させた状態でアクチュエータユニット２１を接着することができ、キャビティプレート２２に形成された圧力室１０と圧電シート４４との間からインクが漏れてしまうのを防止できる。また、キャビティプレート２２と圧電シート４４との間に介在する接着剤の厚みのばらつきが小さくなり、その接着剤の厚みのばらつきに起因して生じるインクの液滴速度のばらつきを抑制して、印字品質を向上させることができる。
尚、以上の第１実施形態において、キャビティプレート２２とノズルプレート３０を除く７枚の金属プレート２３〜２９を全て金属拡散接合で一度に接合する必要は必ずしもない。例えば、キャビティプレート２２の下側のベースプレート２３とアパーチャプレート２４だけを先に金属拡散接合により接合し、サプライプレート２５及びマニホールドプレート２６〜２９は、キャビティプレート２２やノズルプレート３０と同様に接着剤で接合するようにしてもよい。あるいは、ノズルプレート３０の撥水膜を９枚の金属プレート２２〜３０の接合後に形成する場合など、拡散接合時の高温状態により撥水膜が破壊される虞がない場合には、ノズルプレート３０を含む８枚の金属プレート２３〜３０を金属拡散接合で一度に接合してから、キャビティプレート２２を接着剤で接合するようにしてもよい。
次に、本発明の第２実施形態について説明する。尚、前記第１実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
図１０に示すように、この第２実施形態のインクジェットヘッド１０１は、流路ユニット４と、この流路ユニット４の表面に配置されたアクチュエータユニット９１とを備えている。ここで、流路ユニット４は、前記第１実施形態の流路ユニット４（図６参照）と同様のものであり、９枚の金属プレート２２〜３０が積層された構造を有する。
図１０に示すように、この第２実施形態のインクジェットヘッド１０１は、流路ユニット４と、この流路ユニット４の表面に配置されたアクチュエータユニット９１とを備えている。ここで、流路ユニット４は、前記第１実施形態の流路ユニット４（図６参照）と同様のものであり、９枚の金属プレート２２〜３０が積層された構造を有する。
アクチュエータユニット９１は、キャビティプレート２２の上面に複数の圧力室１０に跨るように配置された金属製（例えば、ステンレス製）の振動板９２と、この振動板９２の表面に配置された圧電シート９３と、圧電シート９３上において複数の圧力室１０に夫々対向する位置に配置された複数の個別電極９５を有する。
金属製の振動板９２は、常にグランド電位に保持されており、この振動板９２は、個別電極９５との間で圧電シート９３を挟んで圧電シート９３に厚み方向の電界を生じさせる共通電極を兼ねている。また、複数の個別電極９５からは夫々複数のランド部９６が引き出されており、これら複数のランド部３６に、駆動信号を供給するＦＰＣ（図示省略）が接続されている。
このアクチュエータユニット９１において、ＦＰＣを介してある個別電極９５に対して駆動信号が供給されて、この個別電極９５が正又は負の所定電位となったときには、例えば電界と分極とが同方向であれば、圧電シート９３上面の個別電極９５と共通電極を兼ねる振動板９２とに挟まれた電界印加部分が活性層として働き、圧電横効果により分極方向と直角方向に縮む。しかし、振動板９２は縮まないため、圧電シート９３と振動板９２との間で、分極方向と垂直な方向への歪みに差を生じることとなり、圧電シート９３と振動板９２が一体的に圧力室側へ凸になるように変形する。そのため、圧力室１０の容積が低下してインクの圧力が上昇し、ノズル８からインクが吐出される。
次に、このインクジェットヘッド１０１の製造方法について図１１の工程図を参照して説明する。まず、流路ユニット４を構成する９枚の金属プレート２２〜３０に、副マニホールド５ａや個別インク流路３２を含むインク流路を形成する孔をエッチング等により夫々形成する（Ｓ２０）。
次に、９枚の金属プレート２２〜３０を接合する。ここで、この第２実施形態では、アクチュエータユニット９１の圧電シート９３はキャビティプレート２２に直接接着されるのではなく、キャビティプレート２２の表面に接合された金属製の振動板９２に接着される。そのため、圧電シート９３が接着される振動板９２はその平面度が均一に保たれている必要があるが、前述の第１実施形態とは異なり、キャビティプレート２２の平面度は振動板９２ほど厳しく管理する必要はない。そこで、図１２に示すように、この第２実施形態では、ノズルプレート３０を除く８枚の金属プレート２２〜２９からなる金属プレート組１１１を金属拡散接合により一度に接合する（Ｓ２１）。
その後、金属プレート組１１１の、キャビティプレート２２及びマニホールドプレート２９に、振動板９２とノズルプレート３０を夫々接着剤で接合する（Ｓ２２）。このように、振動板９２を後から接着剤で接合するため、副マニホールド５ａ等の内部空洞と重なる部分において振動板９２が撓むことがなく、振動板９２の平面度を均一にすることができる。
そして、圧電シート９３を振動板９２の表面に接着する（Ｓ１４）。ここで、前述したように、振動板９２の平面度は均一に保たれているため、この振動板９２に圧電シート９３を確実に密着させた状態で接着することができる。また、振動板９２と圧電シート９３との間に介在する接着剤の厚みのばらつきが小さくなり、その接着剤の厚みのばらつきに起因して生じるインクの液滴速度のばらつきを抑制して、印字品質を向上させることができる。
尚、この第２実施形態において、ノズルプレート３０を除く８枚の金属プレート２２〜２９を全て金属拡散接合で接合する必要は必ずしもない。例えば、振動板９２の下側の、キャビティプレート２２とベースプレート２３だけを先に金属拡散接合により接合して、アパーチャプレート２４、サプライプレート２５及び４枚のマニホールドプレート２６〜２９は、振動板９２やノズルプレート３０と同様に接着剤で接合するようにしてもよい。
また、前記第２実施形態のインクジェットヘッド１０１では、振動板９２の表面に圧電シート９３が１枚だけ配置されているが、振動板９２の表面に複数枚の圧電シートが積層された状態で配置されていてもよい。
さらに、金属製の振動板９２が共通電極を兼ねている必要は必ずしもなく、振動板９２とは別に、常にグランド電位に保持された共通電極が複数の個別電極９５と対向するように設けられていてもよい。
さらに、金属製の振動板９２が共通電極を兼ねている必要は必ずしもなく、振動板９２とは別に、常にグランド電位に保持された共通電極が複数の個別電極９５と対向するように設けられていてもよい。
また、本発明は、以上に説明した実施の形態以外の形態にも適用することができる。例えば、上述の実施形態では、何れも別に作成したアクチュエータユニット２１，９１を、完成した流路ユニット４に接着しているが、金属プレート組６０，１１１に対してキャビティプレート２２あるいは振動板９２を接着する段階で、アクチュエータユニット２１，９１を同時に接着してもよい。この場合には、製造工程をより簡略化することができる。
また、圧力室１０に対するリーク、あるいは、接着剤の厚みのばらつきという前述の不具合に対して、より良好なアクチュエータユニット２１，９１の接着状態を得るという観点から、アクチュエータユニット２１，９１を、反りや撓みのない状態に予め形成されたキャビティプレート２２や振動板９２に対して接着しておき、その後、金属プレート組に接着するようにしてもよい。即ち、別工程で接合が完了した金属プレート組６０，１１１に対し、アクチュエータユニット２１付きのキャビティプレート２２、あるいは、アクチュエータユニット９１付きの振動板９２をノズルプレートと共に接着することで、ヘッドユニットを形成する。この場合には、アクチュエータユニット２１，９１を固定している接着剤の厚さを均一にすることが容易であり、圧力室１０からのリークを生じさせるような接着不良も起こらない。
１ インクジェットヘッド
４ 流路ユニット
５ａ 副マニホールド
８ ノズル
１０ 圧力室
２１ アクチュエータユニット
２２ キャビティプレート
２３ ベースプレート
２４ アパーチャプレート
２５ サプライプレート
２６〜２９ マニホールドプレート
３０ ノズルプレート
４１〜４４ 圧電シート
６０ 金属プレート組
９１ アクチュエータユニット
９２ 振動板
９３ 圧電シート
１０１ インクジェットヘッド
１１１ 金属プレート組
４ 流路ユニット
５ａ 副マニホールド
８ ノズル
１０ 圧力室
２１ アクチュエータユニット
２２ キャビティプレート
２３ ベースプレート
２４ アパーチャプレート
２５ サプライプレート
２６〜２９ マニホールドプレート
３０ ノズルプレート
４１〜４４ 圧電シート
６０ 金属プレート組
９１ アクチュエータユニット
９２ 振動板
９３ 圧電シート
１０１ インクジェットヘッド
１１１ 金属プレート組
Claims (10)
- 金属製の表層プレートと、積層状の複数枚の金属プレートからなり且つ前記表層プレートと接合される金属プレート組とを有し、共通インク室とこの共通インク室から圧力室を経てノズルに至る複数の個別インク流路とを含む流路ユニットと、
前記表層プレートに配置される積層状の複数枚の圧電シートを有するアクチュエータユニットと、
を備えたインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記金属プレート組を構成する複数枚の金属プレートを、金属拡散接合により接合する工程と、
前記表層プレートを、金属拡散接合された前記金属プレート組に接着剤で接合する工程と、
を備えたことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。 - 前記流路ユニットは、前記金属プレート組の前記表層プレートの反対側に接合されるとともに、複数のノズルが形成され且つその表面に撥水膜が形成された金属製のノズルプレートを有し、
前記表層プレートを前記金属プレート組に接合する工程において、前記ノズルプレートを、前記金属プレート組に接着剤で接合することを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッドの製造方法。 - 前記表層プレートを前記金属プレート組に接合する工程の後に、前記アクチュエータユニットを、前記表層プレートに接着剤で接合する工程を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 前記表層プレートを前記金属プレート組に接合する工程において、前記アクチュエータユニットを、前記表層プレートに接着剤で接合することを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 前記表層プレートを前記金属プレート組に接合する工程の前に、前記アクチュエータユニットを、前記表層プレートに接着剤で接合する工程を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 積層状の複数枚の金属プレートからなる金属プレート組を有し、共通インク室とこの共通インク室から圧力室を経てノズルに至る複数の個別インク流路とを含む流路ユニットと、
前記金属プレート組に接合される金属製の振動板と、この振動板に配置された圧電シートとを有するアクチュエータユニットと、
を備えたインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記金属プレート組を構成する複数枚の金属プレートを、金属拡散接合により接合する工程と、
前記振動板を、金属拡散接合された前記金属プレート組に接着剤で接合する工程と、
を備えたことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。 - 前記流路ユニットは、前記金属プレート組の前記振動板の反対側に接合されるとともに、複数のノズルが形成され且つその表面に撥水膜が形成された金属製のノズルプレートを有し、
前記振動板を前記金属プレート組に接合する工程において、前記ノズルプレートを、前記金属プレート組に接着剤で接合することを特徴とする請求項６に記載のインクジェットヘッドの製造方法。 - 前記振動板を前記金属プレート組に接合する工程の後に、前記圧電シートを、前記振動板に接着剤で接合する工程を備えたことを特徴とする請求項６又は７に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 前記振動板を前記金属プレート組に接合する工程において、前記圧電シートを、前記振動板に接着剤で接合することを特徴とする請求項６又は７に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 前記振動板を前記金属プレート組に接合する工程の前に、前記圧電シートを、前記振動板に接着剤で接合する工程を備えたことを特徴とする請求項６又は７に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
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