(57)【要約】【課題】圧電層を押圧することなく、振動板と流路ユニットを確実に接合する。【解決手段】まず、補強フレーム８４と振動板７０とを積層して接合する。次に、振動板７０の補強フレーム８４が接合された表面に圧電層７１を形成する。その後、すでに接合された振動板７０及び補強フレーム８４を加熱して、振動板７０の補強フレーム８４に取り囲まれ圧電層７１が形成された領域を圧電層７１と反対側（流路ユニット３１と対向する側）に向かって撓ませて凸となるように変形させながら、補強フレーム８４の振動板７０に接合されている面と反対側の面８４ｄを流路ユニット３１に向かって押圧して接着剤で接合する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、前記流路ユニットの一表面に少なくとも前記圧力室を覆うように配置された振動板、及び、前記振動板の前記圧力室と反対側に配置された圧電層、を含んだ圧電アクチュエータと、前記振動板の前記圧電層と同じ側に配置された前記流路ユニットの変形を抑制するための補強部材と、を備えた液体移送装置の製造方法であって、
前記振動板の表面における前記圧電層が形成されることとなる領域を取り囲む周部の少なくとも一部に前記振動板よりも線膨張係数の大きい材料からなる前記補強部材を接合する第１接合工程と、
前記振動板の前記表面に前記振動板よりも線膨張係数の小さい材料からなる前記圧電層を形成する圧電層形成工程と、
前記第１接合工程及び前記圧電層形成工程の後に、前記振動板と前記補強部材と前記圧電層とを加熱して、前記振動板の前記流路ユニットと当接する側が凸になるように変形させながら、前記振動板の前記表面における前記圧電層が形成されていない領域を前記流路ユニットに向かって押圧して、前記振動板と前記流路ユニットを接着剤で接合する第２接合工程と、を備えていることを特徴とする液体移送装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１接合工程において、前記振動板に前記補強部材を接合した後、前記圧電層形成を行い、
前記圧電層形成工程は、前記振動板の前記補強部材が接合された面に、圧電材料の粒子とキャリアガスとを含んだエアロゾルを噴きつけて前記圧電材料の粒子を堆積させて、前記圧電層を形成していることを特徴とする請求項１に記載の液体移送装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１接合工程において、前記振動板の前記表面における前記圧電層が形成されることとなる領域を前記振動板の前記表面に平行な方向において挟むように、前記領域の両側に前記補強部材を接合することを特徴とする請求項１または２に記載の液体移送装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１接合工程において、前記振動板の前記表面における前記圧電層が形成されることとなる領域を取り囲むように、枠状の前記補強部材を接合することを特徴とする請求項３に記載の液体移送装置の製造方法。
【請求項５】
前記圧電層形成工程において、前記補強部材の厚みよりも薄い前記圧電層を形成し、
前記第２接合工程において、前記補強部材を押圧することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体移送装置の製造方法。
【請求項６】
前記圧電層形成工程の後に、前記振動板に形成された前記圧電層を加熱するアニール処理工程と、
前記アニール処理工程において加熱された前記圧電層を冷却する冷却工程と、をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の液体移送装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力室内の液体に圧力を付与することによって液体を移送する液体移送装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、液体を移送する液体移送装置として、圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、圧力室を覆う振動板及び振動板の圧力室と反対側に配置された圧電層を有し圧力室内の液体に圧力を付与するように構成された圧電アクチュエータと、を有するものが知られている。
【０００３】
このような液体移送装置の製造方法として、例えば、特許文献１に記載したインクジェットヘッドの製造方法では、まず、振動板単体に圧電層を形成して、圧電アクチュエータを作製した後、この圧電アクチュエータを流路ユニットに押圧しながら両者を接着剤で接合して液体移送装置たるインクジェットヘッドを形成している。このとき、流路ユニットと圧電アクチュエータの接合を確実に行うためには、圧電アクチュエータの流路ユニットと反対側の面全体を押圧することが好ましい。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２８６１５３号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、圧電アクチュエータの接合面全体を流路ユニットに対して押圧しようとすると、圧電層を直接押圧しなければならず、押圧したときの荷重により靭性の低い圧電層にクラックが生じるおそれがある。特に、圧電層と押圧手段との間に異物がかみ込んでいる場合には、この異物がかみ込んでいる箇所では圧電層への荷重が集中して作用するため、クラックがより生じやすい。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、圧電層を直接押圧することなく、圧電アクチュエータと流路ユニットを確実に接合することができる液体移送装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の液体移送装置の製造方法は、圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、前記流路ユニットの一表面に少なくとも前記圧力室を覆うように配置された振動板、及び、前記振動板の前記圧力室と反対側に配置された圧電層、を含んだ圧電アクチュエータと、前記振動板の前記圧電層と同じ側に配置された前記流路ユニットの変形を抑制するための補強部材と、を備えた液体移送装置の製造方法であって、前記振動板の表面における前記圧電層が形成されることとなる領域を取り囲む周部の少なくとも一部に前記振動板よりも線膨張係数の大きい材料からなる前記補強部材を接合する第１接合工程と、前記振動板の前記表面に前記振動板よりも線膨張係数の小さい材料からなる前記圧電層を形成する圧電層形成工程と、前記第１接合工程及び前記圧電層形成工程の後に、前記振動板と前記補強部材と前記圧電層とを加熱して、前記振動板の前記流路ユニットと当接する側が凸になるように変形させながら、前記振動板の前記表面における前記圧電層が形成されていない領域を前記流路ユニットに向かって押圧して、前記振動板と前記流路ユニットを接着剤で接合する第２接合工程と、を備えている。
【０００８】
本発明の液体移送装置の製造方法によると、補強部材が接合された振動板を第２接合工程において加熱すると、振動板の方が圧電層よりも線膨張係数が大きいため、振動板の流路ユニットと当接する側が凸となるように変形するが、補強部材の方が振動板よりもさらに線膨張係数が大きいため、この補強部材によって、振動板の流路ユニットと当接する側が凸となる変形が助長される。このように、振動板の流路ユニットと当接する側を凸となるように変形させながら、振動板の圧電層が形成されていない領域を流路ユニットに向かって押圧すると、振動板自らが凸となることで接合面が流路ユニットに押し付けられることになり、圧電層を直接押圧することなく、振動板の平面視で圧電層が形成されている領域と重なる接合面を流路ユニットに接触させて押圧することができ、振動板と流路ユニットを確実に接合することができる。また、仮に、振動板に形成された圧電層を直接押圧したとすると、圧電層にクラックが発生するおそれがある。しかし、第２接合工程において、圧電層を直接押圧することないため、圧電層にクラックが発生することを防止することができる。
【０００９】
また、前記第１接合工程において、前記振動板に前記補強部材を接合した後、前記圧電層形成を行い、前記圧電層形成工程は、前記振動板の前記補強部材が接合された面に、圧電材料の粒子とキャリアガスとを含んだエアロゾルを噴きつけて前記圧電材料の粒子を堆積させて、前記圧電層を形成していることが好ましい。圧電層形成工程において、振動板は補強部材とのみ接合されており、流路ユニットとは接合されていない。したがって、圧電層形成工程において振動板に噴きつけられたものの、振動板に堆積しなかった圧電材料の粒子が流路ユニットに形成された液体流路内に侵入するおそれがなく、仮に、液体流路内に粒子が侵入したときに行うような洗浄工程などの液体流路内の粒子を除去する工程が不要となる。
【００１０】
さらに、前記第１接合工程において、前記振動板の前記表面における前記圧電層が形成されることとなる領域を前記振動板の前記表面に平行な方向において挟むように、前記領域の両側に前記補強部材を接合することが好ましい。これによると、第２接合工程において、振動板の圧電層が形成された領域における両側の補強部材の対向方向に交差する方向に沿った略中央を圧電層と反対側に向かって凸となるように大きく変形させることができる。
【００１１】
加えて、前記第１接合工程において、前記振動板の前記表面における前記圧電層が形成されることとなる領域を取り囲むように、枠状の前記補強部材を接合することが好ましい。これによると、補強部材が枠状となっていることで、流路ユニットの撓みを効果的に抑制することができる。
【００１２】
また、前記圧電層形成工程において、前記補強部材の厚みよりも薄い前記圧電層を形成し、前記第２接合工程において、前記補強部材を押圧することが好ましい。これによると、第２接合工程において、振動板の圧電層が形成されていない領域を押圧するときに、押圧される補強部材の表面よりも圧電層の表面が凹んで形成されているため、圧電層を直接押圧するのを防止することができる。
【００１３】
さらに、前記圧電層形成工程の後に、前記振動板に形成された前記圧電層を加熱するアニール処理工程と、前記アニール処理工程において加熱された前記圧電層を冷却する冷却工程と、をさらに備えていることが好ましい。これによると、冷却工程において、圧電層は振動板よりも線膨張係数が小さいため、振動板の収縮によって圧電層には、圧電層の層に平行な方向に圧縮応力が生じる。しかし、補強部材が振動板よりも線膨張係数が大きいため、この補強部材が振動板の収縮を抑える。これにより、圧電層に作用する圧縮応力を緩和することができる。圧電層の分極方向に垂直な方向に圧縮応力が作用すると、圧電特性が低下することが知られているが、圧縮応力を緩和することで、圧電特性の低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
振動板の流路ユニットと当接する側を凸となるように変形させながら、振動板の圧電層が形成されていない領域を流路ユニットに向かって押圧することで、圧電層を直接押圧することなく、振動板の平面視で圧電層が形成されている領域と重なる接合面を流路ユニットに接触させることができ、圧電アクチュエータと流路ユニットを確実に接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係るプリンタの概略構成を示す平面図である。
【図２】ヘッドユニットの分解斜視図である。
【図３】インクジェットヘッドの分解斜視図である。
【図４】図３のインクジェットヘッドの部分断面図である。
【図５】インクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図６】変形例における第２接合工程でのインクジェットヘッド近傍の断面図である。
【図７】変形例におけるインクジェットヘッドの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明の好適な実施形態について説明する。本実施形態は、インク流路内においてインクをノズルまで移送しつつ、ノズルからインクを吐出する液体移送装置としてのインクジェットヘッドに本発明を適用した一例である。
【００１７】
図１は、本実施形態に係るプリンタの概略構成を示す平面図である。図１に示すように、プリンタ１は、一方向に沿って往復移動可能に構成されたキャリッジ２と、このキャリッジ２に搭載されたヘッドユニット８０及びサブタンク４ａ〜４ｄと、インクを貯留するインクカートリッジ６ａ〜６ｄなどを備えている。
【００１８】
プリンタ１には、水平な一方向（図１の左右方向：走査方向）に平行に延びるとともに、走査方向と直交する紙送り方向（図１の上下方向）に間隔を空けて配置された２本のガイドフレーム１７ａ、１７ｂが設けられており、これら２本のガイドフレーム１７ａ、１７ｂにキャリッジ２が取り付けられている。そして、キャリッジ２は、２本のガイドフレーム１７ａ、１７ｂによって案内されつつ、キャリッジ駆動機構１２によって走査方向に往復駆動される。なお、本実施形態においては、キャリッジ駆動機構１２は、キャリッジ２に連結された無端ベルト１８と、無端ベルト１８を走行させるキャリッジ駆動モータ１９を含んでおり、キャリッジ駆動モータ１９によって無端ベルト１８を走行駆動することにより、キャリッジ２を走査方向に往復移動させる。
【００１９】
このキャリッジ２には、ヘッドユニット８０と４つのサブタンク４ａ〜４ｄが搭載されている。ヘッドユニット８０は、キャリッジ２とともに走査方向に往復移動しつつ、ヘッドユニット８０に設けられた後述するインクジェットヘッド３の下面（図１の紙面向こう側の面）に形成されたノズル５４（図３及び図４参照）から、図示しない用紙搬送機構により紙送り方向（図１の下方）に搬送される記録用紙Ｐに向けてインクを吐出する。これにより、記録用紙Ｐに所望の文字や画像などが記録される。
【００２０】
４つのサブタンク４ａ〜４ｄは走査方向に沿って並べて配置されている。これら４つのサブタンク４ａ〜４ｄにはチューブジョイント１１が一体的に設けられている。そして、これらのチューブジョイント１１に連結された可撓性のチューブ５ａ〜５ｄを介して、４つのサブタンク４ａ〜４ｄと４つのインクカートリッジ６ａ〜６ｄとがそれぞれ接続されている。
【００２１】
４つのインクカートリッジ６ａ〜６ｄには、ブラック、イエロー、シアン、マゼンタの、４色のインクがそれぞれ貯留されており、これらのインクカートリッジ６ａ〜６ｄは、カートリッジ装着部１０に着脱自在に装着されている。そして、４つのインクカートリッジ６ａ〜６ｄに貯留された４色のインクは、サブタンク４ａ〜４ｄに一時的に貯留された後、ヘッドユニット８０に供給される。
【００２２】
次に、ヘッドユニット８０について説明する。図２は、ヘッドユニットの分解斜視図である。図２に示すように、ヘッドユニット８０は、合成樹脂材料により箱状に形成されたヘッドホルダ８１と、ヘッドホルダ８１の下面に固定されたインクジェットヘッド３と、ヘッドホルダ８１の上面に固定されたダンパー装置８２及び排気弁手段８３と、を有している。
【００２３】
ヘッドホルダ８１は、上方に開口した凹部内にダンパー装置８２及び排気弁手段８３を収容している。ダンパー装置８２、ヘッドホルダ８１及びインクジェットヘッド３は、ダンパー装置８２の取り付け穴８２ａとインクジェットヘッド３の後述する補強フレーム８４のネジ穴８４ｂが位置合わせされて図示しないネジによってネジ止めされることで、ダンパー装置８２の図示しないインク流出口と補強フレーム８４のインク供給孔８４ｃが密着して締着されて接合されている。このとき、ヘッドホルダ８１はダンパー装置８２と補強フレーム８４との間に狭着され、接着剤穴８１ａに接着剤が注入されることで、ヘッドホルダ８１と補強フレーム８４が強固に固定されている。詳しくは後述するが、補強フレーム８４は、流路ユニット３１と接合された圧電アクチュエータ３２の振動板７０の上面に接合されており、この補強フレーム８４がヘッドホルダ８１と接合されることで、流路ユニット３１及び圧電アクチュエータ３２は、補強フレーム８４を介してヘッドホルダ８１に保持されている。
【００２４】
次に、インクジェットヘッド３について説明する。図３は、インクジェットヘッドの分解斜視図である。図４は、図３のインクジェットヘッドの部分断面図である。なお、以下のインクジェットヘッド３の説明においては、図３における上下方向（プレートの積層方向）を上下方向と定義する。
【００２５】
図３及び図４に示すように、インクジェットヘッド３は、複数のノズル５４や圧力室５３を含むインク流路が形成された流路ユニット３１と、この流路ユニット３１の上面に配置され、圧力室５３内のインクに圧力を付与してノズル５４からインクを吐出させるための圧電アクチュエータ３２と、圧電アクチュエータ３２の振動板７０の上面に配置され、流路ユニット３１の撓みを抑制するための補強フレーム８４（補強部材：図２参照）と、を有している。
【００２６】
流路ユニット３１は、キャビティプレート４１、ベースプレート４２、アパーチャプレート４３、２枚のマニホールドプレート４４、４５、ダンパープレート４６、カバープレート４７、及び、ノズルプレート４８の、計８枚のプレート４１〜４８の積層体からなる。８枚のプレート４１〜４８のうち、最下層のノズルプレート４８は、ポリイミドなどの合成樹脂材料で形成され、残り７枚のプレート４１〜４７は、それぞれ、ステンレス板などの金属プレートとなっている。
【００２７】
最上層に位置するキャビティプレート４１には、複数の圧力室５３が厚み方向に貫通して形成されている。各圧力室５３は、走査方向を長手方向とする略楕円状の平面形状を有し、その上側に圧電アクチュエータ３２と下側にベースプレート４２とが積層されたときに、圧力室５３が形成される。そして、複数の圧力室５３は紙送り方向に配列されて、５列の圧力室列をなしている。なお、５列の圧力室列のうち、２列は使用頻度の最も高いブラックインクが供給される圧力室５３の列であり、残りの３列は、シアン、イエロー、マゼンタの３色のカラーインクがそれぞれ供給される圧力室５３の列である。さらに、キャビティプレート４１の紙送り方向の一端部（図３における左側の端部）には、サブタンク４ａ〜４ｄから供給された４色のインクをマニホールド流路５１に供給する４つのインク供給孔５０ａが走査方向に並んで形成されている。
【００２８】
ベースプレート４２には、圧力室５３の長手方向の両端部にそれぞれ連通する貫通孔５６、５７と、インク供給孔５０ａに連通するインク供給孔５０ｂが形成されている。
【００２９】
アパーチャプレート４３には、ベースプレート４２の貫通孔５６に連通するとともに圧力室５３の長手方向に沿って延びる、絞り流路としてのアパーチャ５２と、貫通孔５７に連通する貫通孔５８と、インク供給孔５０ｂに連通するインク供給孔５０ｃがそれぞれ形成されている。
【００３０】
マニホールドプレート４４、４５には、紙送り方向に延在し、それぞれマニホールド流路５１の一部をなすマニホールド形成孔５１ａ、５１ｂが、圧力室５３の列に対応して５つずつ形成されている。そして、これら２種類のマニホールド形成孔５１ａ、５１ｂが上下に重なった状態で、アパーチャプレート４３とダンパープレート４６によって上下両側から塞がれることにより、マニホールド流路５１が形成される。なお、流路ユニット３１に設けられた５つのマニホールド流路５１のうち、２つはブラックインク用の２列の圧力室列に対応し、残り３つのマニホールド流路５１は、カラーインク用の３列の圧力室列に対応している。
【００３１】
また、図３に示すように、マニホールド流路５１を形成する２種類のマニホールド形成孔５１ａ、５１ｂは、アパーチャプレート４３のインク供給孔５０ｃと重なる位置まで延設されて、インク供給孔５０ｃに連通している。このとき、ブラックインク用の２列のマニホールド形成孔５１ａ、５１ｂは、同一のインク供給孔５０ｃに連通している。また、２枚のマニホールドプレート４４、４５には、アパーチャプレート４３の貫通孔５８に連なる貫通孔５９、６０がそれぞれ形成されている。
【００３２】
ダンパープレート４６の下面の、平面視で５つのマニホールド流路５１とそれぞれ重なる位置には、ハーフエッチングにより凹部６１が形成されている。つまり、ダンパープレート４６は、凹部６１が形成された部分において厚みが局所的に薄くなっており、この薄肉部分が、マニホールド流路５１内のインクの圧力変動を減衰させるダンパー部として働く。また、ダンパープレート４６には、マニホールドプレート４５の貫通孔６０に連なる貫通孔６２も形成されている。カバープレート４７には、ダンパープレート４６の貫通孔６２に連通する貫通孔６３が形成されている。
【００３３】
最下層のノズルプレート４８には、カバープレート４７の貫通孔６３に連通するノズル５４が、紙送り方向に配列して穿設されているとともに、走査方向に５列並べて配置されている。そして、複数のノズル５４のそれぞれから、ノズルプレート４８の下面に対向する記録用紙Ｐに向かって液滴が吐出される。尚、５列のノズル列のうち、２列は使用頻度の最も高いブラックインクを吐出するノズル列であり、残りの３列のノズル列は、３色のカラーインクをそれぞれ吐出するノズル列である。
【００３４】
以上説明した８枚のプレート４１〜４８が積層した状態で接着剤などにより接合されることで、流路ユニット３１内に、インク供給孔５０ａからマニホールド流路５１に至るインク流路と、マニホールド流路５１から分岐してアパーチャ５２及び圧力室５３を経由してノズル５４に至る、複数の個別インク流路が形成されている。
【００３５】
次に、圧電アクチュエータ３２について説明する。図３及び図４に示すように、圧電アクチュエータ３２は、振動板７０、圧電層７１及び複数の個別電極７２を有している。
【００３６】
振動板７０は、流路ユニット３１を構成する８枚のプレート４１〜４８と同様の外形であり、ＳＵＳ４３０からなる金属プレートとなっている。この振動板７０は、キャビティプレート４１の上面に配置されており、図示しない位置で接地されグランド電位に保持されている。振動板７０の紙送り方向一端（図３の左方）には、キャビティプレート４１に形成された４つのインク供給孔５０ａにそれぞれ連通する４つのインク供給孔７７が走査方向に沿ってエッチングにより形成されている。
【００３７】
圧電層７１は、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との混晶であるチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料を含む層であり、振動板７０の上面（圧力室５３と反対側）に、複数の圧力室５３に跨って連続的に配置されている。また、圧電層７１は、予めその厚み方向に分極されている。
【００３８】
複数の個別電極７２は、圧力室５３より一回り小さい略楕円形の平面形状を有し、圧電層７１の上面であって、平面視で複数の圧力室５３の略中央部と重なる位置に配置されている。個別電極７２は、白金、パラジウム、金、銀などの導電性材料からなる。個別電極７２の長手方向に関するノズル５４と反対側の端部は、走査方向に圧力室５３と対向しない部分まで延びており、その先端部が、フレキシブル配線基板８７（ＦＰＣ：図２参照）に接続される接続端子となっている。個別電極７２には、ドライバＩＣ８８（図２参照）によりＦＰＣ８７を介して駆動電位が付与される。
【００３９】
ここで、圧電アクチュエータ３２のインク吐出時における作用について説明する。あるノズル５４からインクを吐出させる場合には、このノズル５４に連通する圧力室５３に対応する個別電極７２に、ドライバＩＣ８８から駆動電位が付与される。すると、駆動電位が付与された個別電極７２とグランド電位に保持されている振動板７０との間に電位差が生じ、両者に挟まれた圧電層７１に厚み方向に平行な電界が発生する。この電界の方向は、圧電層７１の分極方向と一致するので、厚み方向に分極された圧電層７１は、電界の方向と直交する水平方向に収縮する（圧電横効果）。これによって、振動板７０の圧力室５３と対向する部分が圧力室５３側に凸となるように変形する（ユニモルフ変形）。このとき、圧力室５３の容積が減少することになり、その内部のインクの圧力が上昇し、圧力室５３に連通するノズル５４からインクが吐出される。
【００４０】
次に、補強フレーム８４について説明する。図２に示すように、補強フレーム８４は、ＳＵＳ４３０により形成された振動板７０よりも線膨張係数の大きなＳＵＳ３０４により形成されており、圧電層７１（例えば、厚さ１０μｍ）や流路ユニット３１（例えば、厚さ０．６ｍｍ）よりも十分に厚く（例えば、厚さ１．２ｍｍ）、剛性が高くなっている。なお、ＳＵＳ４３０の線膨張係数は、約１０．４×１０−６（１／℃）であり、ＳＵＳ３０４の線膨張係数は、約１７×１０−６（１／℃）である。また、圧電層７１を形成するＰＺＴの線膨張係数は、約２．６×１０−６（１／℃）であり、圧電層７１（ＰＺＴ）、振動板７０（ＳＵＳ４３０）、補強フレーム８４（ＳＵＳ３０４）の順に線膨張係数が大きくなっている。
【００４１】
また、補強フレーム８４は、開口８４ａを有した枠状をしており、この開口８４ａから圧電アクチュエータ３２の上面に配置されたＦＰＣ８７が表出しており、圧電層７１を取り囲むように振動板７０の外周部に接合されている。この補強フレーム８４は、流路ユニット３１と接合された圧電アクチュエータ３２の振動板７０上に接合されることで、インクを吐出させる際の圧電アクチュエータ３２の変形によって流路ユニット３１が撓んだりして、ノズル５４からのインクの吐出方向がずれたりしないように、流路ユニット３１を補強し、流路ユニット３１の撓みを抑制する役割を持つ。
【００４２】
また、補強フレーム８４の一端部（図２の右下部）の、平面視で、振動板７０のインク供給孔７７と重なる位置には、インク供給孔８４ｃが形成されている。サブタンク４ａ〜４ｄから導入されたインクは、ダンパー装置８２内を流れた後、補強フレーム８４のインク供給孔８４ｃ、及び、振動板７０のインク供給孔７７を介して流路ユニット３１に形成されたインク流路に供給される。
【００４３】
次に、インクジェットヘッド３の製造方法について説明する。図５は、インクジェットヘッドの製造方法を示す工程図である。まず、振動板７０にインク供給孔７７、及び、補強フレーム８４に開口８４ａやインク供給孔８４ｃをエッチングにより形成する。そして、図５（ａ）に示すように、補強フレーム８４と振動板７０とを積層して、所定温度（例えば、１０００℃）に加熱しながら両者を押圧し、金属拡散接合により接合する（第１接合工程）。
【００４４】
次に、図５（ｂ）に示すように、振動板７０の補強フレーム８４が接合された表面における補強フレーム８４で囲まれた領域に、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との混晶であるチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料を用いて、エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）により圧電材料の粒子を堆積させることにより圧電層７１を形成する（圧電層形成工程）。
【００４５】
ＡＤ法は、振動板７０及び補強フレーム８４をチャンバー９０内のステージ９１に振動板７０の圧電層７１を形成する面（補強フレーム８４が接合された面）が下方になるように四方をシールなどで固定させて保持する。そして、チャンバー９０内を真空にして、チャンバー９０と圧電層７１を形成する粒子と気体（キャリアガス）との混合物（エアロゾル）が封入された図示しないエアロゾル室との間の気圧差により、エアロゾル室に連通するノズル９３からエアロゾルを振動板７０の表面に噴きつけて、粒子を高速で振動板７０に衝突させるとともに、ステージ９１を水平方向に往復移動させることにより振動板７０の表面に圧電材料の粒子を堆積させる成膜法である。なお、このＡＤ法による成膜において、振動板７０のみをステージ９１に保持して、高速でエアロゾルを噴きつけると、振動板７０の厚みが薄いため、噴きつけたエアロゾルが振動板７０に衝突する際の衝突エネルギーによって、振動板７０が変形するおそれがあるが、振動板７０に補強フレーム８４を接合して、振動板７０を補強しているため、振動板７０の変形を抑制することができる。
【００４６】
そして、ＡＤ法により圧電層７１を形成した場合に、圧電層７１中に粒子の微細化や格子欠陥などが生じていると、振動板７０を変形させるのに必要な圧電特性を得られない。そこで、圧電材料の粒子結晶を成長させるとともに結晶中の格子欠陥を修復して、圧電特性を向上させるために、振動板７０、圧電層７１及び補強フレーム８４を所定温度（例えば、６５０〜９００℃）に加熱して、圧電層７１に対して熱処理を施す（アニール処理工程）。このとき、高温で圧電層７１の形成された振動板７０及び補強フレーム８４を加熱しても、振動板７０及び補強フレーム８４は高温で加圧することで原子の拡散を利用して接合する金属拡散接合により接合されているため、接着剤で接合する場合と違って、振動板７０及び補強フレーム８４の接合状態に影響を与えることがない。その後、アニール処理工程において加熱された振動板７０、圧電層７１及び補強フレーム８４を環境温度まで自然冷却して（冷却工程）、圧電層７１上に、複数の個別電極７２をそれぞれ形成する。複数の個別電極７２は、スクリーン印刷、蒸着法、スパッタ法などにより一度に形成する。
【００４７】
その後、流路ユニット３１を構成するプレートのうちの金属プレートである、キャビティプレート４１、ベースプレート４２、アパーチャプレート４３、２枚のマニホールドプレート４４，４５、ダンパープレート４６、カバープレート４７に圧力室５３やマニホールド流路５１などのインク流路を構成する厚み方向に貫通した孔をエッチングにより形成する。また、アパーチャプレート４３にアパーチャ５２、及び、ダンパープレート４６に凹部６１をハーフエッチングにより形成する。また、合成樹脂製のノズルプレート４８に複数のノズル５４をレーザ加工などにより形成する。そして、これら８枚のプレートを接着剤により接合する。
【００４８】
そして、すでに接合された振動板７０及び補強フレーム８４と流路ユニット３１を積層するとともに、圧電層７１が形成された振動板７０及び補強フレーム８４を例えば１００℃程度に加熱して、図５（ｃ）に示すように、補強フレーム８４の振動板７０と接合されている面と反対側の面８４ｄが凸となるように変形させながら平坦な押圧面９５ａを有する押圧部材９５で、補強フレーム８４を流路ユニット３１に向かって押圧して振動板７０と流路ユニット３１のキャビティプレート４１を接着剤で接合する（第２接合工程）。なお、この圧電層７１が形成された振動板７０及び補強フレーム８４を加熱する温度は、接着剤の硬化温度、及び、後述する振動板７０の凸となった部分における流路ユニット３１への押圧に必要な押圧力を生じさせることができる振動板７０の撓み量から算出される。
【００４９】
本実施形態においては、流路ユニット３１と圧電アクチュエータ３２を接合する第２接合工程前に、振動板７０の圧電層７１が形成された領域を取り囲むように振動板７０よりも線膨張係数の大きい補強フレーム８４を予め接合している。このようにして、第２接合工程において、圧電層７１が形成された振動板７０及び補強フレーム８４を加熱すると、振動板７０の方が圧電層７１よりも線膨張係数が大きいため、振動板７０の圧電層７１が形成された領域が圧電層７１と反対側（流路ユニット３１と対向する側）に向かって撓んで凸となるように変形する。さらに、補強フレーム８４の方が振動板７０よりもさらに線膨張係数が大きいため、補強フレーム８４を予め接合しておくことで、この凸となる変形が助長される。
【００５０】
そして、振動板７０の圧電層７１が形成された領域を圧電層７１と反対側に向かって大きく撓ませて凸となるように変形させながら流路ユニット３１に向かって押圧する。すると、振動板７０の凸となった面（すなわち、平面視で振動板７０の圧電層７１が形成された領域と重なる面８４ｄ）が、キャビティプレート４１に接触してキャビティプレート４１を押圧するため、振動板７０の平面視で圧電層７１と重なる領域には大きな押圧力が作用し、圧電層７１を直接押圧することがなく、この振動板７０の領域を流路ユニット３１に確実に接合することができる。また、振動板７０の平面視で補強フレーム８４と重なる領域には、上述したように押圧部材９５による押圧力が大きく作用するため、この振動板７０の領域を流路ユニット３１確実に接合することができる。したがって、振動板７０と流路ユニット３１を確実に接合することができる。
【００５１】
また、振動板７０に接合された補強フレーム８４の方が、振動板７０に形成された圧電層７１よりも厚みが厚いため、第１接合工程において、押圧部材９５の押圧面９５ａで圧電層７１を押圧するおそれがなく、圧電層７１を直接押圧したときに圧電層７１にクラックが生じてしまうことを防止することができる。また、補強フレーム８４が押圧しやすいため、押圧部材９５を工夫することなく単純な構成にできる。
【００５２】
また、この補強フレーム８４は、第１接合工程時においては、振動板７０を大きく撓ませて振動板７０と流路ユニット３１を確実に接合するための機能を果たすとともに、インクジェットヘッド３の製造後においては、本来の機能である、流路ユニット３１の撓みの抑制するための機能を果たすことができる。すなわち、接合のために特別な部材を必要とせず、この別部材の補強のために設けられたインクジェットヘッド３に必須な部材を振動板７０と流路ユニット３１の接合にも併用することができる。
【００５３】
そして、第２接合工程において加熱された振動板７０及び補強フレーム８４を環境温度まで自然冷却して、インクジェットヘッド３が完成する。このように、第２接合工程の後、加熱された振動板７０及び補強フレーム８４を冷却することで、この振動板７０の撓みは元に戻るため、圧電層７１に応力が残ることもない。
【００５４】
なお、流路ユニット３１を圧電層形成工程前に振動板７０に接合してもよいのだが、この場合は、圧電層形成工程において振動板７０に噴きつけられたが、振動板７０に堆積しなかった圧電材料の粒子が、流路ユニット３１に形成されたインク流路内に侵入してしまう。インク流路内に粒子が多少なりとも残存したまま、インクジェットヘッド３を完成させてしまうと、残存した粒子によって流路詰まりが生じるおそれがある。また、残存した粒子がインクと混ざることで不具合が生じるおそれがある。しかしながら、圧電層形成工程において、振動板７０は液体流路などが形成されていない補強フレーム８４とのみ接合されており、流路ユニット３１とは接合されていないため、インク流路内に粒子が侵入することがなく、インク流路内を洗浄するなどして粒子を除去する除去工程が不要となる。
【００５５】
また、ＡＤ法を行うために振動板７０をチャンバー９０のステージ９１に移動させるときなどに、振動板７０に厚みのある補強フレーム８４が接合されていることで、振動板７０が折れ曲がったりすることなくハンドリングしやすい。
【００５６】
さらに、アニール処理工程において加熱された圧電層７１の形成された振動板７０及び補強フレーム８４を冷却工程において冷却すると、圧電層７１は振動板７０よりも線膨張係数が小さいため、振動板７０の収縮によって圧電層７１には、圧電層７１の層に平行な方向に圧縮応力が生じる。しかし、振動板７０に予め補強フレーム８４を接合しており、この補強フレーム８４が振動板７０よりも線膨張係数が大きいため、この補強フレーム８４が振動板７０の収縮を抑える。これによって圧電層７１に作用する圧縮応力を緩和することができる。圧電層７１の分極方向に垂直な方向に圧縮応力が作用すると、圧電特性が低下することが知られているが、圧縮応力を緩和することで、圧電層７１の圧電特性の低下を抑制することができる。
【００５７】
次に、本実施の形態に種々の変更を加えた変形例について説明する。但し、前記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。
【００５８】
本実施形態においては、振動板７０の表面に接合され、圧電層７１よりも厚みの厚い補強フレーム８４を第２接合工程において振動板７０を撓ませるための部材として用いたが、図６に示すように、振動板１７０に圧電層７１が形成される領域を取り囲むようにハーフエッチングにより凹部１７０ａが形成されて、第１接合工程において、この凹部１７０ａに振動板１７０よりも線膨張係数の大きい補強フレーム１７１が嵌合されてもよい。この場合、第２接合工程において、振動板１７０と補強フレーム１７１を加熱することで、振動板１７０の圧電層７１が形成された領域が圧電層７１と反対側に向かって撓んで凸となる。そして、押圧部材１９５の補強フレーム１７１と対向する領域だけ突出した押圧面１９５ａによって、補強フレーム１７１を押圧しながら、振動板７０と流路ユニット３１を確実に接合することができる。
【００５９】
また、本実施形態においては、振動板７０に圧電層７１を取り囲むように枠状の補強フレーム８４が形成されていたが、この補強フレーム８４は、振動板７０の圧電層７１が形成された領域を取り囲む周部の少なくとも一部に形成されていればよい。例えば、図７に示すように、振動板７０の圧電層７１を挟んだ両側に圧電層７１の長手方向に沿って延在した補強フレーム１８４が形成されていてもよい。これによると、振動板７０の圧電層７１が形成された領域における補強フレーム１８４の延在方向に沿った略中央を圧電層７１と反対側に向かって撓ませて凸とすることができる。なお、図７においては、個別電極７２の図示を省略している。
【００６０】
さらに、本実施形態においては、振動板７０の圧電層７１が形成される面を除く全面に補強フレーム８４が接合されていたため、第２接合工程において、圧電層７１を除く補強フレーム８４だけを押圧部材９５により押圧していたが、振動板７０の表面に補強フレーム８４も接合されておらず、圧電層７１も形成されていない領域があれば、補強フレーム８４とともにその領域を押圧してもよい。
【００６１】
また、本実施形態においては、圧電層７１は、振動板上７０にＡＤ法により形成していたが、スパッタ法、化学蒸着法、ゾルゲル法、または、水熱合成法などあらゆる成膜方法や、圧電材料のグリーンシートを振動板７０上に積層し、一体焼成させてもよい。また、単独で形成された圧電層７１を振動板７０上に接着してもよい。
【００６２】
さらに、本実施形態においては、振動板７０をＳＵＳ４３０によって形成し、補強フレーム８４をＳＵＳ３０４によって形成していたが、振動板７０よりも補強フレーム８４の方が線膨張係数の大きな材料で形成されていれば、例えば、振動板がアルミナやジルコニアなどのセラミックスからなる材料で形成され、補強フレーム８４がＳＵＳ３０４やＳＵＳ４３０で形成されていてもよい。
【００６３】
また、本実施形態においては、流路ユニット３１を構成する８枚のプレート４１〜４８を接着剤により接合していたが、ノズルプレート４８を除く金属材料で形成された７枚のプレート４１〜４７だけあらかじめ金属拡散接合で接合しておいて、カバープレート４７及びノズルプレート４８間のみ接着剤で接合してもよい。
【００６４】
また、本実施形態においては、流路ユニット３１を構成する８枚のプレート４１〜４８を予め接着剤により接合していたが、第２接合工程において、振動板７０と流路ユニット３１を構成する８枚のプレート４１〜４８の各プレート間を接着剤により接合してもよい。
【００６５】
さらに、本実施形態においては、第１接合工程において振動板７０に補強フレーム８４を接合した後に、圧電層形成工程において振動板７０の補強フレーム８４が接合された面に圧電層７１を形成していたが、圧電層形成工程において振動板７０に圧電層７１を形成した後、第１接合工程において振動板７０の圧電層７１が形成された面に補強フレーム８４を接合してもよい。この場合、アニール処理工程後であれば、振動板７０に補強フレーム８４を接着剤で接合することも可能となる。
【００６６】
また、以上では、圧力室内のインクを吐出するインクジェットヘッドの製造方法に本発明を適用したが、これに限られない。例えば、ノズルからインク以外の液体を吐出する液体吐出ヘッドなど、圧力室内の液体に圧力を付与することによって圧力室を含む液体移送流路内の液体を移送する液体移送装置の製造方法に本発明を適用することも可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１  プリンタ
３  インクジェットヘッド
３１  流路ユニット
３２  圧電アクチュエータ
５３  圧力室
７１  圧電層
７０  振動板
８４  補強フレーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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