(57)【要約】【課題】アクチュエータをインクから保護する保護層に関し、アクチュエータの変形動作を阻害しないようにすることと、ハンドリング性を維持することとを両立する。【解決手段】キャビティユニット２とアクチュエータ４との間に介在する保護層３を備え、この保護層３は、キャビティユニット２の表面とアクチュエータ４の底面との間に挾み込まれる厚肉部４３と、厚肉部４３よりも薄く形成されて平面視で圧力室２４と重ねて配置され、アクチュエータ４の底面との間に略真空状態に保たれる空間４４をなす薄肉部４２とを有し、薄肉部４２は、そのキャビティユニット２側の面が厚肉部４３のキャビティユニット２側の面と同一平面をなしてアクチュエータ４の底面に接触しない状態のものであって、空間４４が略真空状態に保たれることによってアクチュエータ４側に弾性変形してその少なくとも中央部４６がアクチュエータ４の底面に常時接触した状態となる。【選択図】図９
2010155414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出するノズルに連通する圧力室を表面に有したキャビティユニットと、
前記キャビティユニットの表面にその底面が重ねられ、前記圧力室に対応して配置される活性部を変形させて前記圧力室内の液体に圧力を付与するアクチュエータと、
前記キャビティユニットと前記アクチュエータとの間に介在し、前記圧力室内の液体から前記アクチュエータを保護する保護層とを備える液体吐出ヘッドであって、
前記保護層は、前記キャビティユニットの前記表面と前記アクチュエータの前記底面との間に挾み込まれる厚肉部と、前記厚肉部よりも薄く形成されて平面視で前記圧力室と重ねて配置され、前記アクチュエータの底面との間に空間をなす薄肉部とを有し、
前記薄肉部は、そのキャビティユニット側の面が、前記厚肉部のキャビティユニット側の面と同一平面をなし前記アクチュエータの底面に接触しない状態のものであって、前記空間が略真空状態にされたときに前記アクチュエータ側に変形してその少なくとも中央部が前記アクチュエータの底面に接触し、前記接触した状態で保持されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記薄肉部は、前記変形により弾性変形され、その状態で前記アクチュエータの底面に接触した状態を保持されていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
平面視において前記活性部の中央部位置と前記薄肉部の中央部位置とが略一致しており、前記圧力室の平面視外形線の内側に前記活性部の平面視外形線が位置することを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記保護層が電鋳法により形成される金属製の薄板であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
液体を吐出するためのノズルに連通する圧力室を表面に有したキャビティユニットと、
前記キャビティユニットの表面に重ねられ、前記圧力室に対応して配置される活性部を変形させて前記圧力室内の液体に圧力を付与するアクチュエータと、
前記キャビティユニットと前記アクチュエータとの間に介在し、前記圧力室内の液体から前記アクチュエータを保護する保護層とを備える液体吐出ヘッドの製造方法において、
前記保護層は厚肉部及び前記厚肉部よりも薄い薄肉部を有し、該厚肉部の一方の面は前記薄肉部の一方の面と同一平面をなしており、前記方法が、
前記厚肉部の他方の面が前記アクチュエータの底面に接着され且つ前記薄肉部が前記圧力室と平面視で重ねて配置されるようにして、前記保護層を前記アクチュエータと前記キャビティユニットとの間に介在させる工程と、
前記薄肉部と前記アクチュエータの底面との間の空間を略真空状態とし、前記薄肉部の少なくとも中央部が前記アクチュエータの底面に接触するよう前記薄肉部を変形させる工程と
を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
液体吐出ヘッドの一例であるインクジェットヘッドは、インクを吐出するノズルまでのインク流路を有したキャビティユニットを有し、キャビティユニットのノズル開口面よりインクを吐出する構成となっている。ノズル開口面の反対側の面にはインク流路の一部をなす圧力室が開口しており、アクチュエータはこの圧力室を閉鎖するようにしてキャビティユニットに重ねられる。アクチュエータは、圧力室に対応した活性部を有し、その活性部を駆動するための駆動電極を備えている。その駆動電極に駆動電圧が印加されることで活性部が変形し、圧力室の容積を変動させて圧力室内のインクに吐出圧力を付与し得るようになっている。このアクチュエータが破損したり亀裂が入っているなどして、キャビティユニットの圧力室を始めとするインク流路内のインクがアクチュエータ内に浸入する場合、駆動電極に対して電気的な不具合が生じ、吐出ヘッドが通常動作しないおそれがある。そのため、キャビティユニットとアクチュエータとの間にはインク流路内のインクの浸入からアクチュエータを保護する保護層が設けられる。
【０００２】
例えば特許文献１によると、保護層である非インク透過性の樹脂シート（接着剤シート）が、アクチュエータとキャビティユニットとを接着固定しつつ、アクチュエータ側へのインクの浸入を防いでいる。この特許文献１には、保護層を樹脂シートとしているため、保護層がアクチュエータの変形動作に追従して変形しやすく、アクチュエータの変形を阻害しないという開示がある。
【特許文献１】特開２００３−８０７０９号公報
【特許文献２】特開２００８−１６８５８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような保護層の材料としては合成樹脂の他に金属が想定され得る。一般に合成樹脂は金属よりも剛性が低いため、保護層を合成樹脂製とするとアクチュエータの変形動作の阻害を防ぐことができ、特許文献１のように非インク透過性の材料を選択することでアクチュエータをインクから保護することができる。しかしながら、合成樹脂は、使用しているうちにピンホールが空いてインクがアクチュエータ側に浸入するなど、耐久性が低く長期の使用に向かない。逆に、保護層を金属製とすると耐久性が良くアクチュエータをインクから保護することも可能となるが、互いに同じ板厚の合成樹脂製の保護層と金属製の保護層とを比べると、金属製の方が剛性があるためアクチュエータの変形動作を阻害しやすい傾向がある。
【０００４】
従って、保護層を金属製とする際には、特許文献２にも開示されるように、その板厚を可能な限り薄くすることが求められる。しかし、板厚が薄くなればなるほど保護層のハンドリング性は悪くなるため、インクジェットヘッドの組立作業が困難になる。
【０００５】
そこで本発明は、アクチュエータをインクから保護する保護層において、アクチュエータの変形動作を阻害しないようにすることと、ハンドリング性を維持することとを両立することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、本発明に係る液体吐出ヘッドは、液体を吐出するノズルに連通する圧力室を表面に有したキャビティユニットと、前記キャビティユニットの表面にその底面が重ねられ、前記圧力室に対応して配置される活性部を変形させて前記圧力室内の液体に圧力を付与するアクチュエータと、前記キャビティユニットと前記アクチュエータとの間に介在し、前記圧力室内の液体から前記アクチュエータを保護する保護層とを備える液体吐出ヘッドであって、前記保護層は、前記キャビティユニットの前記表面と前記アクチュエータの前記底面との間に挾み込まれる厚肉部と、前記厚肉部よりも薄く形成されて平面視で前記圧力室と重ねて配置され、前記アクチュエータの底面との間に空間をなす薄肉部とを有し、前記薄肉部は、そのキャビティユニット側の面が、前記厚肉部のキャビティユニット側の面と同一平面をなし前記アクチュエータの底面に接触しない状態のものであって、前記空間が略真空状態にされたときに前記アクチュエータ側に変形してその少なくとも中央部が前記アクチュエータの底面に接触し、前記接触した状態で保持されていることを特徴とする。
【０００７】
このような構成とすることにより、厚肉部を利用して保護層のハンドリングを容易に行うことができる。また、薄肉部は真空引きによりキャビティユニット側からアクチュエータ側に変形した状態でアクチュエータの底面に接触し、その状態を保持している。従って、活性部が変形すると保護層の接触部がその変形を伝播するため、保護層が圧力室内の液体に圧力を付与するというアクチュエータの動作を阻害することがない。
【０００８】
前記薄肉部は、前記変形により弾性変形され、その状態で前記アクチュエータの底面に接触した状態を保持されているのがよい。これにより、薄肉部が弾性変形してアクチュエータと接触した状態を保持しているため、薄肉部には、弾性変形した方向とは逆向き（圧力室方向に向かう方向）の反力が内部応力として潜在的に働いている状態となる。そのため、アクチュエータが駆動して圧力室方向に変形をするときには、薄肉部がその薄肉部自身の圧力室側方向への内部応力によってアクチュエータの圧力室方向への変形を助長させることができる。
【０００９】
平面視において前記活性部の中央部位置と前記薄肉部の中央部位置とが略一致しており、前記圧力室の平面視外形線の内側に前記活性部の平面視外形線が位置していてもよい。このような構成とすることにより、薄肉部は活性部の外側から連続することとなり、薄肉部のアクチュエータ側の面とアクチュエータの底面との間に空間が残ることとなる。このため、アクチュエータが厚肉部によって拘束されることが無いため、活性部の変形をより大きく変形させやすい状態となっている。よって、アクチュエータはその活性部の変形時に生じるエネルギーが小さくても、圧力室内の液体に大きな圧力を付与することができる。
【００１０】
前記保護層が電鋳法により形成される金属製の薄板であってもよい。このような構成とすることにより、金属製であるため、耐久性もあり、液体からアクチュエータを保護する機能を十分に達成しつつ、電鋳法を採用しているため保護層の薄肉部の板厚を薄くすることができ、保護層がアクチュエータの動作を阻害するのをなるべく抑えることができるようになる。
【００１１】
また、本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法は、液体を吐出するためのノズルに連通する圧力室を表面に有したキャビティユニットと、前記キャビティユニットの表面に重ねられ、前記圧力室に対応して配置される活性部を変形させて前記圧力室内の液体に圧力を付与するアクチュエータと、前記キャビティユニットと前記アクチュエータとの間に介在し、前記圧力室内の液体から前記アクチュエータを保護する保護層とを備える液体吐出ヘッドの製造方法において、前記保護層は厚肉部及び前記厚肉部よりも薄い薄肉部を有し、該厚肉部の一方の面は前記薄肉部の一方の面と同一平面をなしており、前記方法が、前記厚肉部の他方の面が前記アクチュエータの底面に接着され且つ前記薄肉部が前記圧力室と平面視で重ねて配置されるようにして、前記保護層を前記アクチュエータと前記キャビティユニットとの間に介在させる工程と、前記薄肉部と前記アクチュエータの底面との間の空間を略真空状態とし、前記薄肉部の少なくとも中央部が前記アクチュエータの底面に接触するよう前記薄肉部を変形させる工程と有することを特徴としている。
【００１２】
このような方法によると、上述同様にして、厚肉部を利用して保護層のハンドリングを容易に行うことができ、且つ、薄肉部は真空引きによりキャビティユニット側からアクチュエータ側に変形した状態でアクチュエータの底面に接触しているため、活性部が変形すると保護層が共に変形するようになり、保護層が圧力室内の液体に圧力を付与するというアクチュエータの動作を阻害することがない。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、アクチュエータをインクから保護する保護層に関し、アクチュエータの変形動作を阻害しないようにすることと、ハンドリング性を維持することとを両立可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。本実施形態は本発明をインクジェットプリンタに搭載されるインクジェットヘッドに適用したものであり、以降ではインクジェットヘッドよりインクが吐出する方向を「下方」としている。
【００１５】
［第１実施形態］
図１は本発明の第１実施形態に係るインクジェットヘッド１の分解斜視図である。図１に示すインクジェットヘッド１は、キャビティユニット２に上側から保護板３及びアクチュエータ４がこの順で積層されて構成される。キャビティユニット２、保護板３及びアクチュエータ４はそれぞれ平面視で略矩形状に形成されている。以降では便宜的にキャビティユニット２の長辺の延在方向を「縦方向」、短辺の延在方向を「横方向」とし、縦方向のうち図１の手前側（左下側）を「一方側」、奥側（右上側）を「他方側」とし、横方向のうち図１の手前側（右下側）を「一方側」、奥側（左上側）を「他方側」として説明する。
【００１６】
保護板３及びアクチュエータ４は、それぞれの４辺をこの縦横方向と平行にしてキャビティユニット２に積層される。また、平面視において保護板３及びアクチュエータ４の外形輪郭線はそれぞれキャビティユニット２の外形輪郭線よりも小さく、これら部品２〜４は、キャビティユニット２の上面のうち縦方向の一端部を上方に露出させるようにして互いに積層される。
【００１７】
キャビティユニット２の上面のうちこの縦方向の一端部には、４つのインク供給口５が横方向に並ぶようにして開口しており、各インク供給口５には、外部のインク供給源から互いに色など種類の異なるインクが上方から供給される。そしてキャビティユニット２の上面には、これらインク供給口５を覆ってメッシュ状（図面では便宜的にクロスハッチングにて示す）のフィルタ６が接着されている。このため、外部からのインクはフィルタ６で濾過された後にインク供給口５を通過し、インク流路２０（図２，図３参照）へと導入される。
【００１８】
また、キャビティユニット２の上面には、縦横の行列状に配列された複数の圧力室孔１１ｂが開口している。保護板３は、これら圧力室孔１１ｂを閉鎖してインク流路の一部である圧力室２４（図３参照）を構成するようになっており、圧力室２４内のインクがアクチュエータ４側に浸入するのを保護してアクチュエータ４内の電気的な不具合が生じるのを防いでいる。なお、図１では便宜的に保護板３の上面を平坦状に示しているが、後に図５等を参照して説明するように、実際には圧力室孔１１ｂに対応する位置に形成された凹溝等が開口している。なお、図１においてキャビティユニット２の上面に開口している参照符号５５で示すものは、この保護板３の凹溝と連通されるキャビティ側排気経路である。
【００１９】
本実施形態では横方向に並ぶ１０列の圧力室孔１１ｂが縦方向に千鳥配列されている。４つのインク供給口５のうち横方向他端のものは、横方向他方側に配置された２列の圧力室孔１１ｂと連通しており、これに隣接する２つのインク供給口もそれぞれ２列の圧力室孔１１ｂと連通している。４つのインク供給口５のうち横方向一端のものは、横方向一方側に配置された４列の圧力室孔１１ｂと連通している。このようにして各インク供給口５にはそれぞれ、互いに独立した系統のインク流路が接続され、各インク流路は縦方向に配列された２列の圧力室を有することとなる。
【００２０】
アクチュエータ４は所謂圧電式であり、多数の圧力室と対応した複数の活性部を有し、その上面には多数の圧力室と対応して多数の表面電極７が設けられている。アクチュエータ４には上側からフレキシブルプリント基板（以下「ＦＰＣ」と呼ぶ）８が重ねられ、表面電極７はこのＦＰＣ８の配線（図示せず）と導通される。ＦＰＣ８にはこの配線に接続された吐出ドライバ９が実装されており、吐出ドライバ９から出力される印字データに基づいた駆動電圧がＦＰＣ８を介して表面電極７に印加されてアクチュエータ４側に供給されるようになっている。駆動電圧の供給に応じてアクチュエータ４の活性部が、圧電効果を発揮して変形動作してこれにより対応する圧力室２４（図３参照）内のインクに吐出圧力が付与され、そのインクがキャビティユニット２の下面に開口するノズル１９（図３参照）より下方に吐出される。以下では、このキャビティユニット２の下面を「ノズル開口面」と呼ぶ場合もある。
【００２１】
図２は図１のインクジェットヘッド１を組み立てた状態にしてII−II線に沿って切断して示すインクジェットヘッド１の部分縦断面図、図３は同様にして図１のIII−III線に沿って切断して示すインクジェットヘッド１の部分横断面図である。なお、図２は横方向一端部に配置されたインク流路の縦断面形状を示しているが、その他の系統のインク流路も概ね同一形状を呈しているためその詳細説明を省略する。また、図３は図２のインク流路のうち横方向一端側に配置される圧力室及びそれに連通する流路の横断面形状を示しているが、横方向他端側に配置されるものも図３と左右対称の関係である点を除いて概ね同一形状を呈しているためその詳細説明を省略する。
【００２２】
図２及び図３に示すように、キャビティユニット２は、複数枚のプレートが上下に積層されてなる。本実施形態では、キャビティユニット２がこれら複数枚のプレートとして、上側から順に圧力室プレート１１、第１接続流路プレート１２、第２接続流路プレート１３、第１マニホールドプレート１４、第２マニホールドプレート１５、ダンパープレート１６、カバープレート１７、及びノズルプレート１８を有する場合を例示する。ノズルプレート１８はポリイミド等の合成樹脂製であり、他のプレート１１〜１７はステンレス鋼等の金属製であり、各プレート１１〜１８にはプラズマジェット加工やエッチング加工等によって開口や溝が形成されている。これらプレート１１〜１８が積層されて開口及び溝が互いに連通すると、前述したインク供給口５（図１参照）を通過したインクをノズル１９（図３参照）へと流通させるインク流路２０が形成される。このインク流路２０には、上流側から順にインク導入流路２１（図２参照）、共通インク室２２（図２，図３参照）、接続流路２３（図２，図３参照）、圧力室２４（図３参照）、及びディセンダ２５（図３参照）が含まれている。
【００２３】
図２に示すように、インク導入流路２１は、圧力室プレート１１から第２接続流路プレート１３までに形成された貫通孔１１ａ，１２ａ，１３ａが互いに上下に連通することにより構成されている。圧力室プレート１１に形成された貫通孔１１ａの上側開口が前述したインク供給口５をなし、インク導入流路２１はインク供給口５から下方に延びている。
【００２４】
各マニホールドプレート１４，１５には略同一形状に形成されたマニホールド孔１４ａ，１５ａが互いに上下に連通しており、共通インク室２２は、上側のマニホールド孔１４ａの上側開口が第２接続流路プレート１３に閉鎖され、下側のマニホールド孔１５ａの下側開口がダンパープレート１６に閉鎖されることによって構成されている。共通インク室２２はインク導入流路２２の下端に連通し、その連通部分から縦方向の他端側に向けて延びている。なお、ダンパープレート１６の下面にはマニホールド孔１４ａ，１５ａと上下に重なる位置において凹溝１６ａが形成されている。この凹溝１６ａの開口がカバープレート１７で閉鎖されることによって、共通インク室２２の底壁が薄肉で上下に弾性変形可能なダンパー壁１６ｂを構成し、共通インク室２２内のインクの圧力波による変動を吸収することができる。
【００２５】
共通インク室２２には、図２に示すようにその延在方向（縦方向）に沿って配列された複数の接続流路２３が連通しており、各接続流路２３は、図３に示すように個別に対応する圧力室２４に連通している。圧力室２４は、圧力室プレート１１に形成された圧力室孔１１ｂの上側開口が、圧力室プレート１１の上側に配置される保護板３により閉鎖され、下側開口が第１接続流路プレート１２により閉鎖されることによって構成されている。各接続流路２３は、第２接続流路プレート１３に形成された貫通孔１３ｂ及び凹溝１３ｃと、第１接続流路プレート１２に形成された貫通孔１２ｂとが互いに連通することによって構成されている。貫通孔１３ｂはマニホールド孔１４ａの上側開口と連通するが、図３に例示する横方向他方側の圧力室孔１１ｂに対応しているものはマニホールド孔１４ａの横方向一端部に連通する。凹溝１３ｃは上面に開口しており、貫通孔１３ｂから圧力室孔１１ｂが配置されている側へと延びている。凹溝１２ｂの開口はその延在端部において貫通孔１３ｂの下側開口と連通し、貫通孔１３ｂの上側開口は圧力室孔１１ｂの横方向端部（図３の例示においては横方向一端部）に連通している。このようにして各接続流路２３は、共通インク室２２と圧力室２４との上下間にクランク状に形成され、凹溝１３ｃを閉鎖して流路となした部分は流路抵抗の大きい絞り部となる。
【００２６】
ディセンダ２５は、第１接続流路プレート１２からカバープレート１７までに形成された各貫通孔１２ｃ，１３ｄ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｃ，１７ａが互いに上下に連通することによって構成されており、第１接続流路プレート１２の貫通孔１２ｃが圧力室孔１１ｂの横方向端部（図３の例示においては横方向他端部）と連通している。ノズル１９はノズルプレート１８を上下に貫通して形成され、カバープレート１７の貫通孔１７ａがノズル１９と連通しており、これにより各圧力室２４が、ディセンダ２５を介して、その圧力室２４に個別に対応するノズル１９に連通する。すなわち、ノズル開口面には、詳細図示を省略するが圧力室孔１１ｂと同様にして、縦方向に千鳥配列された１０列のノズルが群列をなして開口している。
【００２７】
図４は図３の部分拡大図である。アクチュエータ４は、複数の圧電層３１〜３３を上下に積層して構成されている。アクチュエータ４はその底面を、複数の圧力室孔１１ｂを閉鎖する保護板３の上面に重ねて設けられる。後に詳細に述べるが保護板３は、凹溝４１が設けられて残厚が薄くなった薄肉部４２と、厚肉部４３とを有して全体的に複数の凹凸形状に形成されているものの、薄肉部４２を形成するための凹溝４１内が略真空状態とされ、薄肉部４２は弾性変形してアクチュエータ４の底面と部分的に接触した状態を維持するようになっている。
【００２８】
アクチュエータ４は、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との固溶体であり強誘電体であるチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料からなる多数枚の圧電層３１，３２と、絶縁性を有するトップシート３３とが上下に積層接着された構成となっている。各圧電層のうち下から数えて奇数番目の各圧電層３１の上面には、圧力室２４の全てに対応して連続配置された共通電極３４が配置され、各圧電層のうち下から数えて偶数番目の各圧電層３２の上面には各圧力室２４に個別に対応して配置された複数の個別電極３６が設けられている。各個別電極３６は、対応する圧力室２４の少なくとも中央部と上下に重なる位置に配置されており、本実施形態では各個別電極３６の平面視形状が圧力室２４よりも一回り小さい矩形状に形成されている（図８参照）。
【００２９】
図１及び図３を併せて参照すると、各共通電極３４は、トップシート３３の上面（すなわちアクチュエータ４の上面）に配置された共通用表面電極３８に導通しており、常にグランド電位に保たれている。また、各個別電極３６は、トップシート３３の上面に配置された個別電極３７と、上下に貫通するスルーホールを介して導通している。これら共通用表面電極３８及び上側の個別電極３７が表面電極７をなしており、各表面電極７は、その上面に設けられた導電性バンプ等の接点部材３９を介し、ＦＰＣ８の下面に露出する配線の端子部（図示せず）と導通される。そして、上側の個別電極３７にはそれぞれ、ＦＰＣ８に実装された吐出ドライバ９からの駆動電圧が選択的に供給可能になる。
【００３０】
このように圧電層３１，３２は、圧力室２４と対向する領域において厚み方向に交互に配置された共通電極３４と個別電極３６とで挟まれた状態となっており、この共通電極３４と個別電極３６とで挟まれた部分はそれぞれ、厚み方向に分極された活性部４０をなしている。
【００３１】
上記構成のアクチュエータ４においては、個別電極３７に駆動電圧が供給されると、それに対応する個別電極３６にも駆動電圧が印加され、個別電極３６，３７と共通電極３４との間に電位差が発生する。従って各活性部４０において分極方向に電界が発生し、圧電層３１，３２の活性部４０がそれぞれ厚み方向に伸びて面方向に収縮する。そして、これら圧電層３１，３２の活性部４０の変形に伴い、保護板３の圧力室２４と対向する部分が下側へと弾性変形する。このとき圧力室２４の容積が減少することから、その内部のインクの圧力が上昇し、この圧力室２４に連通するノズル１９からインクの液滴が下方に向けて吐出される。なお、圧力室２４内に発生したインクの圧力波にはノズル１９に向かう前進成分だけでなく、共通インク室２２に向かう後退成分も含まれる。ただ、共通インク室２２に圧力波が伝播しても、ダンパー壁１６ｂの弾性変形により圧力波を減衰可能な構成としているため、圧力波の後退成分が共通インク室２２を介して他の圧力室へと更に伝播する現象（所謂列内クロストーク現象）を抑制することができる。
【００３２】
このように保護板３は、インクからアクチュエータ４を保護しているとともに、保護層３とアクチュエータ４と接触している部位においてアクチュエータ４の変形と連動して上下に弾性変形し、圧力室２４内のインクに吐出圧力を付与する。保護板３はアクチュエータ４の保護のため、水透過性を有しない材料、例えばステンレス鋼等の鉄系合金、銅系合金、ニッケル系合金、又はチタン系合金等の金属材料から成形される。また、保護板３は、アクチュエータ４の接触している部位において、アクチュエータ４の変形に追従した弾性変形を行うために、電鋳法を用いて出来る限りその板厚が薄くなるよう成形される。
【００３３】
図５は図１に示すインクジェットヘッド１のうちキャビティユニット２と保護板３とを組み立てた状態にして示すインクジェットヘッド１の部分平面図である。なお、アクチュエータ４を積層した状態については二点鎖線で示している。図５に示すように、保護板３の上面には複数の非貫通の凹溝４１が開口している。各凹溝４１は圧力室孔１１ｂ（図１，図３及び図４参照）に個別対応して設けられて対応する圧力室孔１１ｂと平面視形状が同一となっており、この対応する圧力室孔１１ｂと上下に重なるようにして配置されている。すなわち、保護板３の上面には、複数の凹溝４１が圧力室孔１１ｂと同様にして縦方向に列をなして配列されている。なお、図５は凹溝４１の配列を概念的に説明するものに過ぎず、実際の凹溝４１の寸法や個数を表してはいない。凹溝４１の寸法及び個数は圧力室孔１１ｂの寸法及び個数に応じて適宜設定される。
【００３４】
図４に戻り、このような凹溝４１が形成される保護板３は、その厚みのうち凹溝４１の形成後に残る薄肉部４２と、凹溝４１が形成されていない領域をなす厚肉部４３とを有することとなり、薄肉部４２が圧力室孔１１ｂの上側開口を閉鎖するよう配置され、平面視における薄肉部４２の外形輪郭線は圧力室孔１１ｂの外形輪郭線とほぼ完全に重ねられる。他方、厚肉部４３は、キャビティプレート２の上面（すなわち圧力室プレート１１の上面）とアクチュエータ４の下面（すなわち最下層の圧電層３１の下面）との間に介在し、平面視で圧力室孔１１ｂの領域外の部位で、複数の圧力室孔１１ｂ間に対向する桁部が厚肉部４３となっている。厚肉部４３の下面はキャビティプレート２の上面に接着されて厚肉部４３の下面がアクチュエータ４の下面に接着される。このようにキャビティプレート２とアクチュエータ４とで挟まれてアクチュエータ４をインクから保護する機能のみ有していればよい領域では、その板厚を大きくして厚肉部４３となし、圧力室孔１１ｂと平面視で重なり振動板としても機能させる必要のある領域ではその板厚を小さくして薄肉部４２となすことにより、厚肉部４３を利用してハンドリングを行わせて保護板３のハンドリング性を維持することができるとともに、薄肉部４２ではハンドリング性を考慮せずにその板厚を出来る限り小さくすることができる。
【００３５】
薄肉部４２の表面とアクチュエータ４の下面とによって閉鎖した空間４４が区画形成されるが、この空間４４は後述する製造過程において略真空状態とされる。そのため、各凹溝４１の底壁をなす薄肉部４２は上方へと引き上げられるように変形し、少なくともその中央部がアクチュエータ４の下面に接触した状態を維持するようになっている。
【００３６】
図６は図１に示すインクジェットヘッド１の組立手順の説明図であり、以下、このような保護板３を備えた本インクジェットヘッド１の製造方法について説明する。
【００３７】
インクジェットヘッド１を組み立てるにあたっては、まず、図６（ａ）に示すように、圧力室プレート１１の上面と保護板３の下面とを接着剤５７を用いて接着する。上記の凹溝４１や後述する排気経路５０を構成する溝は電鋳段階で同時的に形成されるものであり、これらはこの接着時において既に保護板３に備わっているものである。そこで、保護板３は凹溝４１の開口を圧力室プレート１１とは反対側に向けるようにして圧力室プレート１１と接着される。
【００３８】
このとき、図示しない領域において圧力室プレート１１と保護板３とは面方向に位置決めされた状態で互いに上下に重ねられる。これにより前述したように平面視における凹溝４１の外形輪郭線が圧力室孔１１ｂの外形輪郭線とほぼ完全に重なり、圧力室孔１１ｂの上側開口が薄肉部４３のみによって閉鎖される。
【００３９】
保護板３はインク流路２０に面することとなるため、ここで用いる接着剤５７は、インクに対して化学的に安定したものであることが好ましい。これを採用した場合、圧力室プレート１１の上面に保護層４を重ねた後に、積層方向に圧力とともに熱を加えることによって両者１１，３の接着状態が強固なものとされる。板厚の薄い保護板３の上側から熱を加えれば、その反対側から熱を加えた場合と比べて接着剤５７に熱が伝動しやすくなるため、ヒータの出力を小さくしたり短時間で接着剤５７を固化させたりすることができる。
【００４０】
なお、図６（ａ）では圧力室プレート１１の他のプレート１２，１３，…を二点鎖線で示しているが、圧力室プレート１１とその他のプレートとの接着は、圧力室プレート１１と保護板３との接着前に行われてもよいし、この接着後に行われてもよい。
【００４１】
次に、図６（ｂ）に示すように、電極が適宜印刷形成された圧電層３１，３２およびトップシート３３を積層接着することによってアクチュエータ４を組み立て上げておく。そして、保護板３とアクチュエータ４の下面とを接着させるために、アクチュエータ４の下面に接着剤５８を塗布する。
【００４２】
そして、図６（ｃ）に示すように、保護板３の上面とアクチュエータ４の上面とが接着される。このとき、図示しない領域において保護板３とアクチュエータ４とは面方向に位置決めされた状態で上下に重ねられる。これにより前述したように各個別電極３６，３７が対応する圧力室２４と上下に重なるように配置される。
【００４３】
ここで、保護板３の上面及びアクチュエータ４の下面はインクに面することはないため、ここで用いる接着剤５８は選択自由度が高く、加熱の必要をなくすことができる。このようにキャビティユニット２、保護板３及びアクチュエータ４の３つの部品を積層接着するに際し、加熱の必要があるキャビティユニット２と保護板３との接着をまず行うようにしている。そのため、接着順序を逆にした場合と比べると分かるように、アクチュエータ４に熱を加えることなく３つの部品２〜４の接着を終えることができ、圧電層３１，３２およびトップシート３３や電極が熱で変性するおそれを避けることができる。
【００４４】
このように保護板３とアクチュエータ４とが接着された直後では、薄肉部の下面と厚肉部の下面とが同一平面をなしており、凹溝４１の内表面とアクチュエータ４の下面とにより、圧力室孔１１ｂと重なる位置には閉じた空間４４が区画形成される。そして、３つの部品２〜４の接着を終えた後にはこの空間４４を略真空状態とする。
【００４５】
ここで、図５に戻って空間４４を略真空状態にするための構造と動作について説明する。図５に示すように、保護板３には、キャビティユニット２とアクチュエータ４との間に介在する状態において、空間４４と連通する排気経路５０が構成されるように、各凹溝４１に繋がる溝が形成されている。
【００４６】
各凹溝４１には、その幅方向の中心線に沿うようにして横方向に延びる凹溝５１が連通している。凹溝４１は合計１０個の縦方向列をなして配列されているが、横方向他方側から数えて奇数列目をなす凹溝４１（４１ａ）に関しては、それに連通する凹溝５１（５１ａ）が横方向他方側に延び、横方向他方側から数えて偶数列目をなす凹溝４１（４１ｂ）に関しては、それに連通する凹溝５１（５１ｂ）が横方向一方側に延びている。すなわち、横方向他方側から数えて奇数列目をなす凹溝４１ａと、それに対して横方向一方側に隣接する列をなす凹溝４１ｂとについては、それぞれに連通する凹溝５１ａ，５１ｂが互いに向かい合うように延びている。そして、これら列間にはそれぞれ、縦方向に延びる凹溝５２が形成され、互いに向かい合う凹溝５１ａ，５１ｂはこの凹溝５２に直角に交差するようにして接続されている。すなわち、この凹溝５２は合計５条形成されている。
【００４７】
保護板３の縦方向一端側においては、横方向に延在する辺縁に沿って凹溝５３が形成されており、上記各凹溝５２は、その縦方向の一端部において凹溝５３に直角に交わるようにして連通している。この凹溝５３は上側に開口しているが、保護板とアクチュエータとを接着すると、その開口の全域がアクチュエータ４の下面で閉鎖されるようにして配置されている。また、凹溝５３の横方向一端部５３ａは、平面視において共通インク室２２と重ならないように配置されている。
【００４８】
図７は図５のVII−VII線に沿って切断して示すインクジェットヘッド１の部分縦断面図である。なお、図１においても図７に示される断面をとるための切断線VII−VIIが示されている。図７に示すように、凹溝５３の横方向一端部５３ａには、下面に開口する凹溝５４が連通しており、この凹溝５４は凹溝５３との連通部分から縦方向一方側に向けて延びている。凹溝５４の縦方向一端部は、キャビティユニット２を上下に貫通して形成されたキャビティ側排気経路５５に連通している。キャビティ側排気経路５５は圧力室プレートからノズルプレートまでに形成された各貫通孔１１ｐ〜１７ｐが互いに上下に連通することによって構成されている。図１に示すII−II線及びVII−VII線とこれに従う図２及び図７とから分かるように、キャビティ側排気経路５５は縦方向に延びる共通インク室２２とは横方向に変位して配置され、これにより上下に延びるキャビティ側排気経路５５が共通インク室２２と干渉するのを避けている。
【００４９】
キャビティ側排気経路５５は３つの部品２〜４を積層接着した状態においてもノズル開口面に開口することとなる。この開口を用いてキャビティ側排気経路５５を真空ポンプ６０に接続して真空ポンプ６０を駆動することにより、キャビティ側排気経路５５に負圧が印加される。すると、キャビティ側排気経路５５に繋がる保護板側の排気経路５０（図５参照）を介し、各凹溝４１によって区画形成される空間４４（図４参照）に負圧が印加されることとなる。真空ポンプ６０を所定時間かけて駆動した後、キャビティ側排気経路５５の開口は所定の閉止部材５９で閉止され、各空間４４（図４参照）が略真空状態に保たれる。
【００５０】
図４に戻り、略真空状態にするべく空間４４に負圧を印加する過程において、薄肉部４３は、平面視矩形状となる厚肉部４３との境界部４５を支点にして、上方へと引き上げられるように弾性変形する。薄肉部４２の中で最も変形量が大きくなるのは境界部４５から離隔した中央部であり、薄肉部４２の上面はこの中央部を中心にして部分的にアクチュエータ４の下面に接触する。このとき、アクチュエータ４の下面には、接着剤５８が予め塗布されているため、アクチュエータ４の下面に接着されて薄肉部４２の中央部が弾性変形した状態を維持してその上面がアクチュエータ４の下面に接触する状態を維持し続けることができる。なお、薄肉部４２が接着した後は、空間４４は、そのまま略真空状態に保たれるようにしておいてもよいし、真空吸引をやめて、大気に開放されていてもよい。その場合でも、薄肉部４２の中央部はアクチュエータ４の下面に接触する状態を維持し続けている。
【００５１】
なお、アクチュエータ４と保護層３との接着において、接着剤５８を保護板３の上面に塗布してもよく、その場合は、空間４４を真空状態にし、薄肉部４２を弾性変形させたのち、空間４４をそのまま略真空状態に保たれるようにすることで、薄肉部４２は弾性変形した状態を維持してその上面がアクチュエータ４の下面に接触する状態を維持することができる。
【００５２】
図８は図４のVIII−VIII線に沿って示すインクジェットヘッド１の部分平断面図であり、このVIII−VIII線はアクチュエータ４の下面に対して僅かに下方を通過する。図８に示すように、薄肉部４２のうちアクチュエータ４の下面との接触部４６は平面視で楕円形状をなしている。接着部４６は前述したように薄肉部４２の中央部を中心にして形成されるものであり、より限定的にいえば接触部４６は、この楕円形の一方の軸（例えば長軸）が薄肉部４２の縦方向中心線Ａと重なり、他方の軸（例えば短軸）が薄肉部４２の横方向中心線Ｂと重なるようにして配置されている。
【００５３】
この薄肉部４２の縦方向中心線Ａは、圧力室２４（圧力室孔１１ｂ）及び活性部４０（個別電極３６，３７）の各縦方向中心線と一致しており、薄肉部４２の横方向中心線Ｂも同様にして圧力室２４及び活性部４０の各横方向中心線と一致している。前述したように、圧力室２４と薄肉部４２とは互いにほぼ同一の形状に形成され、活性部４０はこれら圧力室２４及び薄肉部４２に対して一回り小さく形成され、活性部４０の外形輪郭線は圧力室２４及び薄肉部４２の外形輪郭線の内側に配置されている。そして、接触部４６の楕円状の輪郭線は、この活性部４０の外形輪郭線の更に内側に配置されている。
【００５４】
なお、図８のハッチングされていない領域は、空間４４の平面視での形状を示すものとなっている。すなわち、空間４４は、厚肉部４３の上面と薄肉部４２の上面との間の段差面４５ａと、薄肉部４２の上面のうちアクチュエータ４と接触していない部分と、アクチュエータ４の下面とによって囲まれた平面視で枠状の空間となっている。逆にいうとアクチュエータ４の下面には、保護板３と接触することなく空間４４を介して薄肉部４２の上面と対向する部分が、平面視で枠状に形成されることとなる。
【００５５】
図９はこのようにして製造されたインクジェットヘッド１の動作説明図である。図９（ａ）は、個別電極３６，３７に駆動電圧が印加されておらずアクチュエータ４に歪み変形が生じていない活性部４０の定常状態を示している。この状態であっても、前述したように空間４４では、真空状態にされることで、薄肉部４２はその面方向が水平に延びる状態（図６（ｃ）参照）から上方へと弾性変形して、部分的にアクチュエータ４の下面に接着している状態を維持している。
【００５６】
個別電極３６，３７に駆動電圧が印加されると、活性部４０が面方向に収縮して厚さ方向に伸びる。この厚さ方向への伸長に伴って薄肉部４２の接触部４６は下方に変形し、圧力室２４の容積変動に貢献する。このとき、接着部４６では、薄肉部４２の弾性変形している状態のまま接着状態を維持しているため、接着部４６においては弾性変形にともなう下方向への反力が内部応力として働いている状態となっている。従って接触部４６は活性部４０の伸長動作が生じると、それを妨げることがなく、助長して円滑に変形する。つまり、活性部４０が伸長することによるエネルギーが接触部４６の弾性変形によって消費される量が小さくて済み、圧力室２４を所望量だけ容積変動させるために必要となる駆動電圧を小さく抑えることができるようになる。
【００５７】
なお、本実施形態では、薄肉部４２は、空間４４を真空状態にすることで弾性変形されて接着によりその状態を維持された状態であるが、弾性変形により接触した状態においも反力は発生するため、駆動時の活性部４０の伸長を妨げることはなく円滑に変形する。
【００５８】
また、圧電層３１，３２及びトップシート３３においては、活性部４０周辺の領域が、活性部４０の変形に伴いその肉が集められるようにして引きつられて撓む。もし、保護板３の薄肉部４２の中央部がアクチュエータ４と接触した状態を維持されていない場合、活性部４０の変形が空間４４に向かって行われるため、その変形を圧力室２４に円滑に伝えることができず、変形効率が小さくなってしまう。また、保護板３の薄肉部４０が設けられていない場合、アクチュエータ４と保護板３とは全面接着されていることになるため、活性部の変形に伴い、保護板３はその活性部に対応して変形する。このように活性部の周辺の領域が保護板３と接触していると、活性部４０周辺の領域が保護板３によって拘束された状態になるため、上述したような活性部４０周辺の領域の肉が集められるように引きつられて撓むことができないため、活性部４０の変形を阻害しやすくなってしまう。しかしながら、本実施形態では、前述したようにこの活性部４０の周辺領域は平面視で空間４４と重なっているため、保護板３に対して自由となっている。そのため、活性部４０の周辺領域の変形動作が保護板３によって阻害されることがない。そして、結果として駆動電圧を小さくしても圧力室２４の容積変動量を大きくすることができ、所望量のインクを吐出するに際してアクチュエータ４に供給する駆動電圧を小さく抑えることができる。なお、本実施形態においては、薄肉部４２の中央部を弾性変形させてアクチュエータ４と接触させ、活性部４０の周辺領域に空間を形成しているが、保護板３を塑性変形させてその形状が維持されている場合であっても、弾性変形時に発生する反力がかからないため、反力による駆動効率には寄与することはないが、上記同様の空間４４を確保することができるため、活性部４０の変形を阻害しないという効果を得ることができる。薄肉部４２が塑性変形する場合、アクチュエータ４とは接着剤等を用いて接着されていてもよいし、単に接触しているだけであってもよい。
【００５９】
このように本実施形態においては、金属製の保護板３を電鋳法を用いて成形することによりなるべくその板厚を小さくするに際し、キャビティユニット２とアクチュエータ４とで挟まれる領域においては板厚を大きくし、圧力室２４及び活性部４０と平面視で重なる領域のみ板厚を小さくしている。このため、厚肉部においては、インクジェットヘッド１が上下方向に無用に大型にならない程度で板厚を確保することができ、これにより十分なハンドリング性を得ることができる。他方、薄肉部においてはハンドリング性を考慮する必要がなくなり、アクチュエータ４の変形動作の阻害を防ぐべくその剛性を低くすることを目的としてその板厚を出来る限り小さくすることができる。このように本実施形態の保護板３によれば、アクチュエータ４の変形動作を阻害しないようにすることと、ハンドリング性を維持することとが両立される。
【００６０】
［第２実施形態］
図１０は本発明の第２実施形態に係るインクジェットヘッド１０１のうちキャビティユニット１０２と保護板１０３とを組み立てた状態にして示すインクジェットヘッド１０１の部分平面図である。本実施形態は第１実施形態に対し、空間に繋がる排気経路が変更されたものである。その他の点では第１実施形態と共通しており、これら共通する構成については同一の符号を付して重複する詳細な説明を省略する。
【００６１】
図１０に示す保護板１０３には、第１実施形態と同様にして凹溝４１が上面に開口している。この凹溝４１がアクチュエータ４の下面で閉鎖されることにより第１実施形態と同様にして空間（図示せず）が区画形成される。図１０には、アクチュエータ４と保護板１０３とが接着されると、この空間と連通する排気経路１５０が共に構成されるように、各凹溝４１に繋がる凹溝１５１，１５２，１５３，１５４が形成されている。
【００６２】
各凹溝４１には、その幅方向の中心線に沿うようにして横方向一方側に延びる凹溝１５１が連通している。凹溝４１は合計１０個の縦方向列をなして配列されているが、各列の横方向一方側には縦方向に延在する凹溝１５２が形成されており、各凹溝１５１はこの凹溝１５２に直角に交差するようにして接続されている。すなわち、この凹溝１５２は合計１０条形成されている。
【００６３】
保護板３の縦方向一端側においては、横方向に延在する辺縁に沿って凹溝１５３が形成されており、上記各凹溝１５２は、その縦方向の一端部において凹溝１５３に直角に交わるようにして連通している。この凹溝１５３は上側に開口しているが、保護板１０３とアクチュエータ４とを接着すると、その開口の全域がアクチュエータ４の下面で閉鎖されるようにして配置されている。また、凹溝５３の横方向一端部５３ａは、平面視において共通インク室２２と重ならないように配置されている。凹溝１５３の横方向一端部５３ａには、上面に開口する凹溝１５４が縦方向一方側に向けて延びている。この凹溝１５４の縦方向一端部は、保護板１０３とアクチュエータ４とを積層した状態において、アクチュエータ４の外形輪郭線の外側に位置する。つまり、凹溝１５４の開口はアクチュエータ４によって完全には閉鎖されず、部分的に上方に露出する。以降ではこの凹溝１５４の開口のうち上方に露出する部分を露出部１５４ａと呼んで説明する。
【００６４】
なお、第１実施形態においては、保護板３に形成された凹溝５１〜５４と連通するキャビティ側排気経路５５が形成され、キャビティ側排気経路５５の開口を利用して空間４４に負圧を印加している（図４，図５，図７参照）が、本実施形態のキャビティユニット１０２にはこのようなキャビティ側排気経路が形成されていない。
【００６５】
本実施形態では、凹溝４１によって区画形成される空間を略真空状態にするに際し、この開口露出部１５４ａを利用する。例えば、キャビティユニット２、保護板及びアクチュエータ４の３つの部品の接着を終えた後に、その組立体を図示しない真空炉内に入れる。すると、開口露出部１５４ａを介して排気経路１５０内に負圧が印加され、更に凹溝４１によって形成される空間に負圧が印加される。これにより、第１実施形態と同様にして凹溝の形成後に残る薄肉部４２が上方へと弾性変形して部分的にアクチュエータ４の下面に接触した状態とすることができる。このようにして本実施形態においても第１実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００６６】
これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の構成に限られず適宜変更可能である。例えば第１実施形態において真空炉を利用してもよく、また第２実施形態において真空ポンプを用いてもよい。
【００６７】
また、本発明に係る液体吐出ヘッドは、インクジェットプリンタに搭載されてインクを吐出するインクジェットヘッドに限定されず、インク以外の液体、例えば着色液を吐出して液晶表示装置のカラーフィルタを製造する装置や、導電液を吐出して電気配線を形成する装置等に使用する液体吐出装置に搭載される液体吐出ヘッドにも好適に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
以上のように本発明は、アクチュエータをインクから保護する保護層に関し、アクチュエータの変形動作を阻害しないようにすることと、ハンドリング性を維持することとが両立されるという優れた作用効果を奏するものであり、インクジェットプリンタに搭載されるインクジェットヘッドに適用すると有益である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視図である。
【図２】図１に示すインクジェットヘッドを組み立てた状態にしてII−II線に沿って切断して示すインクジェットヘッドの部分縦断面図である。
【図３】図１に示すインクジェットヘッドを組み立てた状態にしてIII−III線に沿って切断して示すインクジェットヘッドの部分横断面図である。
【図４】図３の部分拡大図である。
【図５】図１に示すインクジェットヘッドのうちキャビティユニットと保護板とを組み立てた状態にして示すインクジェットヘッドの部分平面図である。
【図６】図１に示すインクジェットヘッドの組立手順の説明図であり、（ａ）はキャビティユニットと保護板とが積層接着された状態、（ｂ）は保護板の上面に接着剤を塗布した状態、（ｃ）は保護板とアクチュエータとが積層接着された状態をそれぞれ示している。
【図７】図１及び図５のVII−VII線に沿って切断して示すインクジェットヘッドの部分縦断面図である。
【図８】図４のVIII−VIII線に沿って切断して示すインクジェットヘッドの部分平断面図である。
【図９】図１に示すインクジェットヘッドの動作説明図であり、（ａ）は活性部が定常の状態、（ｂ）は活性部が変形している状態をそれぞれ示している。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るインクジェットヘッドのうちキャビティユニットと保護板とを組み立てた状態にして示すインクジェットヘッドの部分平面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１  インクジェットヘッド（液体吐出ヘッド）
２  キャビティユニット
３  保護板
４  アクチュエータ
２０  インク流路
２４  圧力室
４０  活性部
４１  凹溝
４２  薄肉部
４３  厚肉部
４４  空間（真空室）
１０１  インクジェットヘッド（液体吐出ヘッド）
１０２  キャビティユニット
１０３  保護板
【図１】
2010155414.tif 000003
【図２】
2010155414.tif 000004
【図３】
2010155414.tif 000005
【図４】
2010155414.tif 000006
【図５】
2010155414.tif 000007
【図６】
2010155414.tif 000008
【図７】
2010155414.tif 000009
【図８】
2010155414.tif 000010
【図９】
2010155414.tif 000011
【図１０】
2010155414.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成21年1月5日(2009.1.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部に液体流路が形成されたキャビティユニットと、キャビティユニットに重ねられたアクチュエータとを備え、アクチュエータの変形により液体流路内の液体に圧力を付与して液体流路に連通するノズルより液体を吐出させる液体吐出ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
液体吐出ヘッドの一例であるインクジェットヘッドは、インクを吐出するノズルまでのインク流路を有したキャビティユニットを有し、キャビティユニットのノズル開口面よりインクを吐出する構成となっている。ノズル開口面の反対側の面にはインク流路の一部をなす圧力室が開口しており、アクチュエータはこの圧力室を閉鎖するようにしてキャビティユニットに重ねられる。アクチュエータは、圧力室に対応した活性部を有し、その活性部を駆動するための駆動電極を備えている。その駆動電極に駆動電圧が印加されることで活性部が変形し、圧力室の容積を変動させて圧力室内のインクに吐出圧力を付与し得るようになっている。このアクチュエータが破損したり亀裂が入っているなどして、キャビティユニットの圧力室を始めとするインク流路内のインクがアクチュエータ内に浸入する場合、駆動電極に対して電気的な不具合が生じ、吐出ヘッドが通常動作しないおそれがある。そのため、キャビティユニットとアクチュエータとの間にはインク流路内のインクの浸入からアクチュエータを保護する保護層が設けられる。
【０００３】
例えば特許文献１によると、保護層である非インク透過性の樹脂シート（接着剤シート）が、アクチュエータとキャビティユニットとを接着固定しつつ、アクチュエータ側へのインクの浸入を防いでいる。この特許文献１には、保護層を樹脂シートとしているため、保護層がアクチュエータの変形動作に追従して変形しやすく、アクチュエータの変形を阻害しないという開示がある。
【特許文献１】特開２００３−８０７０９号公報
【特許文献２】特開２００８−１６８５８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような保護層の材料としては合成樹脂の他に金属が想定され得る。一般に合成樹脂は金属よりも剛性が低いため、保護層を合成樹脂製とするとアクチュエータの変形動作の阻害を防ぐことができ、特許文献１のように非インク透過性の材料を選択することでアクチュエータをインクから保護することができる。しかしながら、合成樹脂は、使用しているうちにピンホールが空いてインクがアクチュエータ側に浸入するなど、耐久性が低く長期の使用に向かない。逆に、保護層を金属製とすると耐久性が良くアクチュエータをインクから保護することも可能となるが、互いに同じ板厚の合成樹脂製の保護層と金属製の保護層とを比べると、金属製の方が剛性があるためアクチュエータの変形動作を阻害しやすい傾向がある。
【０００５】
従って、保護層を金属製とする際には、特許文献２にも開示されるように、その板厚を可能な限り薄くすることが求められる。しかし、板厚が薄くなればなるほど保護層のハンドリング性は悪くなるため、インクジェットヘッドの組立作業が困難になる。
【０００６】
そこで本発明は、アクチュエータをインクから保護する保護層において、アクチュエータの変形動作を阻害しないようにすることと、ハンドリング性を維持することとを両立することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、本発明に係る液体吐出ヘッドは、液体を吐出するノズルに連通する圧力室を表面に有したキャビティユニットと、前記キャビティユニットの表面にその底面が重ねられ、前記圧力室に対応して配置される活性部を変形させて前記圧力室内の液体に圧力を付与するアクチュエータと、前記キャビティユニットと前記アクチュエータとの間に介在し、前記圧力室内の液体から前記アクチュエータを保護する保護層とを備える液体吐出ヘッドであって、前記保護層は、前記キャビティユニットの前記表面と前記アクチュエータの前記底面との間に挾み込まれる厚肉部と、前記厚肉部よりも薄く形成されて平面視で前記圧力室と重ねて配置され、前記アクチュエータの底面との間に空間をなす薄肉部とを有し、前記薄肉部は、そのキャビティユニット側の面が、前記厚肉部のキャビティユニット側の面と同一平面をなし前記アクチュエータの底面に接触しない状態のものであって、前記空間が略真空状態にされたときに前記アクチュエータ側に変形してその少なくとも中央部が前記アクチュエータの底面に接触し、前記接触した状態で保持されていることを特徴とする。
【０００８】
このような構成とすることにより、厚肉部を利用して保護層のハンドリングを容易に行うことができる。また、薄肉部は真空引きによりキャビティユニット側からアクチュエータ側に変形した状態でアクチュエータの底面に接触し、その状態を保持している。従って、活性部が変形すると保護層の接触部がその変形を伝播するため、保護層が圧力室内の液体に圧力を付与するというアクチュエータの動作を阻害することがない。
【０００９】
前記薄肉部は、前記変形により弾性変形され、その状態で前記アクチュエータの底面に接触した状態を保持されているのがよい。これにより、薄肉部が弾性変形してアクチュエータと接触した状態を保持しているため、薄肉部には、弾性変形した方向とは逆向き（圧力室方向に向かう方向）の反力が内部応力として潜在的に働いている状態となる。そのため、アクチュエータが駆動して圧力室方向に変形をするときには、薄肉部がその薄肉部自身の圧力室側方向への内部応力によってアクチュエータの圧力室方向への変形を助長させることができる。
【００１０】
平面視において前記活性部の中央部位置と前記薄肉部の中央部位置とが略一致しており、前記圧力室の平面視外形線の内側に前記活性部の平面視外形線が位置していてもよい。このような構成とすることにより、薄肉部は活性部の外側から連続することとなり、薄肉部のアクチュエータ側の面とアクチュエータの底面との間に空間が残ることとなる。このため、アクチュエータが厚肉部によって拘束されることが無いため、活性部の変形をより大きく変形させやすい状態となっている。よって、アクチュエータはその活性部の変形時に生じるエネルギーが小さくても、圧力室内の液体に大きな圧力を付与することができる。
【００１１】
前記保護層が電鋳法により形成される金属製の薄板であってもよい。このような構成とすることにより、金属製であるため、耐久性もあり、液体からアクチュエータを保護する機能を十分に達成しつつ、電鋳法を採用しているため保護層の薄肉部の板厚を薄くすることができ、保護層がアクチュエータの動作を阻害するのをなるべく抑えることができるようになる。
【００１２】
また、本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法は、液体を吐出するためのノズルに連通する圧力室を表面に有したキャビティユニットと、前記キャビティユニットの表面に重ねられ、前記圧力室に対応して配置される活性部を変形させて前記圧力室内の液体に圧力を付与するアクチュエータと、前記キャビティユニットと前記アクチュエータとの間に介在し、前記圧力室内の液体から前記アクチュエータを保護する保護層とを備える液体吐出ヘッドの製造方法において、前記保護層は厚肉部及び前記厚肉部よりも薄い薄肉部を有し、該厚肉部の一方の面は前記薄肉部の一方の面と同一平面をなしており、前記方法が、前記厚肉部の他方の面が前記アクチュエータの底面に接着され且つ前記薄肉部が前記圧力室と平面視で重ねて配置されるようにして、前記保護層を前記アクチュエータと前記キャビティユニットとの間に介在させる工程と、前記薄肉部と前記アクチュエータの底面との間の空間を略真空状態とし、前記薄肉部の少なくとも中央部が前記アクチュエータの底面に接触するよう前記薄肉部を変形させる工程と有することを特徴としている。
【００１３】
このような方法によると、上述同様にして、厚肉部を利用して保護層のハンドリングを容易に行うことができ、且つ、薄肉部は真空引きによりキャビティユニット側からアクチュエータ側に変形した状態でアクチュエータの底面に接触しているため、活性部が変形すると保護層が共に変形するようになり、保護層が圧力室内の液体に圧力を付与するというアクチュエータの動作を阻害することがない。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、アクチュエータをインクから保護する保護層に関し、アクチュエータの変形動作を阻害しないようにすることと、ハンドリング性を維持することとを両立可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。本実施形態は本発明をインクジェットプリンタに搭載されるインクジェットヘッドに適用したものであり、以降ではインクジェットヘッドよりインクが吐出する方向を「下方」としている。
【００１６】
［第１実施形態］
図１は本発明の第１実施形態に係るインクジェットヘッド１の分解斜視図である。図１に示すインクジェットヘッド１は、キャビティユニット２に上側から保護板３及びアクチュエータ４がこの順で積層されて構成される。キャビティユニット２、保護板３及びアクチュエータ４はそれぞれ平面視で略矩形状に形成されている。以降では便宜的にキャビティユニット２の長辺の延在方向を「縦方向」、短辺の延在方向を「横方向」とし、縦方向のうち図１の手前側（左下側）を「一方側」、奥側（右上側）を「他方側」とし、横方向のうち図１の手前側（右下側）を「一方側」、奥側（左上側）を「他方側」として説明する。
【００１７】
保護板３及びアクチュエータ４は、それぞれの４辺をこの縦横方向と平行にしてキャビティユニット２に積層される。また、平面視において保護板３及びアクチュエータ４の外形輪郭線はそれぞれキャビティユニット２の外形輪郭線よりも小さく、これら部品２〜４は、キャビティユニット２の上面のうち縦方向の一端部を上方に露出させるようにして互いに積層される。
【００１８】
キャビティユニット２の上面のうちこの縦方向の一端部には、４つのインク供給口５が横方向に並ぶようにして開口しており、各インク供給口５には、外部のインク供給源から互いに色など種類の異なるインクが上方から供給される。そしてキャビティユニット２の上面には、これらインク供給口５を覆ってメッシュ状（図面では便宜的にクロスハッチングにて示す）のフィルタ６が接着されている。このため、外部からのインクはフィルタ６で濾過された後にインク供給口５を通過し、インク流路２０（図２，図３参照）へと導入される。
【００１９】
また、キャビティユニット２の上面には、縦横の行列状に配列された複数の圧力室孔１１ｂが開口している。保護板３は、これら圧力室孔１１ｂを閉鎖してインク流路の一部である圧力室２４（図３参照）を構成するようになっており、圧力室２４内のインクがアクチュエータ４側に浸入するのを保護してアクチュエータ４内の電気的な不具合が生じるのを防いでいる。なお、図１では便宜的に保護板３の上面を平坦状に示しているが、後に図５等を参照して説明するように、実際には圧力室孔１１ｂに対応する位置に形成された凹溝等が開口している。なお、図１においてキャビティユニット２の上面に開口している参照符号５５で示すものは、この保護板３の凹溝と連通されるキャビティ側排気経路である。
【００２０】
本実施形態では横方向に並ぶ１０列の圧力室孔１１ｂが縦方向に千鳥配列されている。４つのインク供給口５のうち横方向他端のものは、横方向他方側に配置された２列の圧力室孔１１ｂと連通しており、これに隣接する２つのインク供給口もそれぞれ２列の圧力室孔１１ｂと連通している。４つのインク供給口５のうち横方向一端のものは、横方向一方側に配置された４列の圧力室孔１１ｂと連通している。このようにして各インク供給口５にはそれぞれ、互いに独立した系統のインク流路が接続され、各インク流路は縦方向に配列された２列の圧力室を有することとなる。
【００２１】
アクチュエータ４は所謂圧電式であり、多数の圧力室と対応した複数の活性部を有し、その上面には多数の圧力室と対応して多数の表面電極７が設けられている。アクチュエータ４には上側からフレキシブルプリント基板（以下「ＦＰＣ」と呼ぶ）８が重ねられ、表面電極７はこのＦＰＣ８の配線（図示せず）と導通される。ＦＰＣ８にはこの配線に接続された吐出ドライバ９が実装されており、吐出ドライバ９から出力される印字データに基づいた駆動電圧がＦＰＣ８を介して表面電極７に印加されてアクチュエータ４側に供給されるようになっている。駆動電圧の供給に応じてアクチュエータ４の活性部が、圧電効果を発揮して変形動作してこれにより対応する圧力室２４（図３参照）内のインクに吐出圧力が付与され、そのインクがキャビティユニット２の下面に開口するノズル１９（図３参照）より下方に吐出される。以下では、このキャビティユニット２の下面を「ノズル開口面」と呼ぶ場合もある。
【００２２】
図２は図１のインクジェットヘッド１を組み立てた状態にしてII−II線に沿って切断して示すインクジェットヘッド１の部分縦断面図、図３は同様にして図１のIII−III線に沿って切断して示すインクジェットヘッド１の部分横断面図である。なお、図２は横方向一端部に配置されたインク流路の縦断面形状を示しているが、その他の系統のインク流路も概ね同一形状を呈しているためその詳細説明を省略する。また、図３は図２のインク流路のうち横方向一端側に配置される圧力室及びそれに連通する流路の横断面形状を示しているが、横方向他端側に配置されるものも図３と左右対称の関係である点を除いて概ね同一形状を呈しているためその詳細説明を省略する。
【００２３】
図２及び図３に示すように、キャビティユニット２は、複数枚のプレートが上下に積層されてなる。本実施形態では、キャビティユニット２がこれら複数枚のプレートとして、上側から順に圧力室プレート１１、第１接続流路プレート１２、第２接続流路プレート１３、第１マニホールドプレート１４、第２マニホールドプレート１５、ダンパープレート１６、カバープレート１７、及びノズルプレート１８を有する場合を例示する。ノズルプレート１８はポリイミド等の合成樹脂製であり、他のプレート１１〜１７はステンレス鋼等の金属製であり、各プレート１１〜１８にはプラズマジェット加工やエッチング加工等によって開口や溝が形成されている。これらプレート１１〜１８が積層されて開口及び溝が互いに連通すると、前述したインク供給口５（図１参照）を通過したインクをノズル１９（図３参照）へと流通させるインク流路２０が形成される。このインク流路２０には、上流側から順にインク導入流路２１（図２参照）、共通インク室２２（図２，図３参照）、接続流路２３（図２，図３参照）、圧力室２４（図３参照）、及びディセンダ２５（図３参照）が含まれている。
【００２４】
図２に示すように、インク導入流路２１は、圧力室プレート１１から第２接続流路プレート１３までに形成された貫通孔１１ａ，１２ａ，１３ａが互いに上下に連通することにより構成されている。圧力室プレート１１に形成された貫通孔１１ａの上側開口が前述したインク供給口５をなし、インク導入流路２１はインク供給口５から下方に延びている。
【００２５】
各マニホールドプレート１４，１５には略同一形状に形成されたマニホールド孔１４ａ，１５ａが互いに上下に連通しており、共通インク室２２は、上側のマニホールド孔１４ａの上側開口が第２接続流路プレート１３に閉鎖され、下側のマニホールド孔１５ａの下側開口がダンパープレート１６に閉鎖されることによって構成されている。共通インク室２２はインク導入流路２２の下端に連通し、その連通部分から縦方向の他端側に向けて延びている。なお、ダンパープレート１６の下面にはマニホールド孔１４ａ，１５ａと上下に重なる位置において凹溝１６ａが形成されている。この凹溝１６ａの開口がカバープレート１７で閉鎖されることによって、共通インク室２２の底壁が薄肉で上下に弾性変形可能なダンパー壁１６ｂを構成し、共通インク室２２内のインクの圧力波による変動を吸収することができる。
【００２６】
共通インク室２２には、図２に示すようにその延在方向（縦方向）に沿って配列された複数の接続流路２３が連通しており、各接続流路２３は、図３に示すように個別に対応する圧力室２４に連通している。圧力室２４は、圧力室プレート１１に形成された圧力室孔１１ｂの上側開口が、圧力室プレート１１の上側に配置される保護板３により閉鎖され、下側開口が第１接続流路プレート１２により閉鎖されることによって構成されている。各接続流路２３は、第２接続流路プレート１３に形成された貫通孔１３ｂ及び凹溝１３ｃと、第１接続流路プレート１２に形成された貫通孔１２ｂとが互いに連通することによって構成されている。貫通孔１３ｂはマニホールド孔１４ａの上側開口と連通するが、図３に例示する横方向他方側の圧力室孔１１ｂに対応しているものはマニホールド孔１４ａの横方向一端部に連通する。凹溝１３ｃは上面に開口しており、貫通孔１３ｂから圧力室孔１１ｂが配置されている側へと延びている。凹溝１２ｂの開口はその延在端部において貫通孔１３ｂの下側開口と連通し、貫通孔１３ｂの上側開口は圧力室孔１１ｂの横方向端部（図３の例示においては横方向一端部）に連通している。このようにして各接続流路２３は、共通インク室２２と圧力室２４との上下間にクランク状に形成され、凹溝１３ｃを閉鎖して流路となした部分は流路抵抗の大きい絞り部となる。
【００２７】
ディセンダ２５は、第１接続流路プレート１２からカバープレート１７までに形成された各貫通孔１２ｃ，１３ｄ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｃ，１７ａが互いに上下に連通することによって構成されており、第１接続流路プレート１２の貫通孔１２ｃが圧力室孔１１ｂの横方向端部（図３の例示においては横方向他端部）と連通している。ノズル１９はノズルプレート１８を上下に貫通して形成され、カバープレート１７の貫通孔１７ａがノズル１９と連通しており、これにより各圧力室２４が、ディセンダ２５を介して、その圧力室２４に個別に対応するノズル１９に連通する。すなわち、ノズル開口面には、詳細図示を省略するが圧力室孔１１ｂと同様にして、縦方向に千鳥配列された１０列のノズルが群列をなして開口している。
【００２８】
図４は図３の部分拡大図である。アクチュエータ４は、複数の圧電層３１〜３３を上下に積層して構成されている。アクチュエータ４はその底面を、複数の圧力室孔１１ｂを閉鎖する保護板３の上面に重ねて設けられる。後に詳細に述べるが保護板３は、凹溝４１が設けられて残厚が薄くなった薄肉部４２と、厚肉部４３とを有して全体的に複数の凹凸形状に形成されているものの、薄肉部４２を形成するための凹溝４１内が略真空状態とされ、薄肉部４２は弾性変形してアクチュエータ４の底面と部分的に接触した状態を維持するようになっている。
【００２９】
アクチュエータ４は、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との固溶体であり強誘電体であるチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料からなる多数枚の圧電層３１，３２と、絶縁性を有するトップシート３３とが上下に積層接着された構成となっている。各圧電層のうち下から数えて奇数番目の各圧電層３１の上面には、圧力室２４の全てに対応して連続配置された共通電極３４が配置され、各圧電層のうち下から数えて偶数番目の各圧電層３２の上面には各圧力室２４に個別に対応して配置された複数の個別電極３６が設けられている。各個別電極３６は、対応する圧力室２４の少なくとも中央部と上下に重なる位置に配置されており、本実施形態では各個別電極３６の平面視形状が圧力室２４よりも一回り小さい矩形状に形成されている（図８参照）。
【００３０】
図１及び図３を併せて参照すると、各共通電極３４は、トップシート３３の上面（すなわちアクチュエータ４の上面）に配置された共通用表面電極３８に導通しており、常にグランド電位に保たれている。また、各個別電極３６は、トップシート３３の上面に配置された個別電極３７と、上下に貫通するスルーホールを介して導通している。これら共通用表面電極３８及び上側の個別電極３７が表面電極７をなしており、各表面電極７は、その上面に設けられた導電性バンプ等の接点部材３９を介し、ＦＰＣ８の下面に露出する配線の端子部（図示せず）と導通される。そして、上側の個別電極３７にはそれぞれ、ＦＰＣ８に実装された吐出ドライバ９からの駆動電圧が選択的に供給可能になる。
【００３１】
このように圧電層３１，３２は、圧力室２４と対向する領域において厚み方向に交互に配置された共通電極３４と個別電極３６とで挟まれた状態となっており、この共通電極３４と個別電極３６とで挟まれた部分はそれぞれ、厚み方向に分極された活性部４０をなしている。
【００３２】
上記構成のアクチュエータ４においては、個別電極３７に駆動電圧が供給されると、それに対応する個別電極３６にも駆動電圧が印加され、個別電極３６，３７と共通電極３４との間に電位差が発生する。従って各活性部４０において分極方向に電界が発生し、圧電層３１，３２の活性部４０がそれぞれ厚み方向に伸びて面方向に収縮する。そして、これら圧電層３１，３２の活性部４０の変形に伴い、保護板３の圧力室２４と対向する部分が下側へと弾性変形する。このとき圧力室２４の容積が減少することから、その内部のインクの圧力が上昇し、この圧力室２４に連通するノズル１９からインクの液滴が下方に向けて吐出される。なお、圧力室２４内に発生したインクの圧力波にはノズル１９に向かう前進成分だけでなく、共通インク室２２に向かう後退成分も含まれる。ただ、共通インク室２２に圧力波が伝播しても、ダンパー壁１６ｂの弾性変形により圧力波を減衰可能な構成としているため、圧力波の後退成分が共通インク室２２を介して他の圧力室へと更に伝播する現象（所謂列内クロストーク現象）を抑制することができる。
【００３３】
このように保護板３は、インクからアクチュエータ４を保護しているとともに、保護層３とアクチュエータ４と接触している部位においてアクチュエータ４の変形と連動して上下に弾性変形し、圧力室２４内のインクに吐出圧力を付与する。保護板３はアクチュエータ４の保護のため、水透過性を有しない材料、例えばステンレス鋼等の鉄系合金、銅系合金、ニッケル系合金、又はチタン系合金等の金属材料から成形される。また、保護板３は、アクチュエータ４の接触している部位において、アクチュエータ４の変形に追従した弾性変形を行うために、電鋳法を用いて出来る限りその板厚が薄くなるよう成形される。
【００３４】
図５は図１に示すインクジェットヘッド１のうちキャビティユニット２と保護板３とを組み立てた状態にして示すインクジェットヘッド１の部分平面図である。なお、アクチュエータ４を積層した状態については二点鎖線で示している。図５に示すように、保護板３の上面には複数の非貫通の凹溝４１が開口している。各凹溝４１は圧力室孔１１ｂ（図１，図３及び図４参照）に個別対応して設けられて対応する圧力室孔１１ｂと平面視形状が同一となっており、この対応する圧力室孔１１ｂと上下に重なるようにして配置されている。すなわち、保護板３の上面には、複数の凹溝４１が圧力室孔１１ｂと同様にして縦方向に列をなして配列されている。なお、図５は凹溝４１の配列を概念的に説明するものに過ぎず、実際の凹溝４１の寸法や個数を表してはいない。凹溝４１の寸法及び個数は圧力室孔１１ｂの寸法及び個数に応じて適宜設定される。
【００３５】
図４に戻り、このような凹溝４１が形成される保護板３は、その厚みのうち凹溝４１の形成後に残る薄肉部４２と、凹溝４１が形成されていない領域をなす厚肉部４３とを有することとなり、薄肉部４２が圧力室孔１１ｂの上側開口を閉鎖するよう配置され、平面視における薄肉部４２の外形輪郭線は圧力室孔１１ｂの外形輪郭線とほぼ完全に重ねられる。他方、厚肉部４３は、キャビティプレート２の上面（すなわち圧力室プレート１１の上面）とアクチュエータ４の下面（すなわち最下層の圧電層３１の下面）との間に介在し、平面視で圧力室孔１１ｂの領域外の部位で、複数の圧力室孔１１ｂ間に対向する桁部が厚肉部４３となっている。厚肉部４３の下面はキャビティプレート２の上面に接着されて厚肉部４３の下面がアクチュエータ４の下面に接着される。このようにキャビティプレート２とアクチュエータ４とで挟まれてアクチュエータ４をインクから保護する機能のみ有していればよい領域では、その板厚を大きくして厚肉部４３となし、圧力室孔１１ｂと平面視で重なり振動板としても機能させる必要のある領域ではその板厚を小さくして薄肉部４２となすことにより、厚肉部４３を利用してハンドリングを行わせて保護板３のハンドリング性を維持することができるとともに、薄肉部４２ではハンドリング性を考慮せずにその板厚を出来る限り小さくすることができる。
【００３６】
薄肉部４２の表面とアクチュエータ４の下面とによって閉鎖した空間４４が区画形成されるが、この空間４４は後述する製造過程において略真空状態とされる。そのため、各凹溝４１の底壁をなす薄肉部４２は上方へと引き上げられるように変形し、少なくともその中央部がアクチュエータ４の下面に接触した状態を維持するようになっている。
【００３７】
図６は図１に示すインクジェットヘッド１の組立手順の説明図であり、以下、このような保護板３を備えた本インクジェットヘッド１の製造方法について説明する。
【００３８】
インクジェットヘッド１を組み立てるにあたっては、まず、図６（ａ）に示すように、圧力室プレート１１の上面と保護板３の下面とを接着剤５７を用いて接着する。上記の凹溝４１や後述する排気経路５０を構成する溝は電鋳段階で同時的に形成されるものであり、これらはこの接着時において既に保護板３に備わっているものである。そこで、保護板３は凹溝４１の開口を圧力室プレート１１とは反対側に向けるようにして圧力室プレート１１と接着される。
【００３９】
このとき、図示しない領域において圧力室プレート１１と保護板３とは面方向に位置決めされた状態で互いに上下に重ねられる。これにより前述したように平面視における凹溝４１の外形輪郭線が圧力室孔１１ｂの外形輪郭線とほぼ完全に重なり、圧力室孔１１ｂの上側開口が薄肉部４３のみによって閉鎖される。
【００４０】
保護板３はインク流路２０に面することとなるため、ここで用いる接着剤５７は、インクに対して化学的に安定したものであることが好ましい。これを採用した場合、圧力室プレート１１の上面に保護層４を重ねた後に、積層方向に圧力とともに熱を加えることによって両者１１，３の接着状態が強固なものとされる。板厚の薄い保護板３の上側から熱を加えれば、その反対側から熱を加えた場合と比べて接着剤５７に熱が伝動しやすくなるため、ヒータの出力を小さくしたり短時間で接着剤５７を固化させたりすることができる。
【００４１】
なお、図６（ａ）では圧力室プレート１１の他のプレート１２，１３，…を二点鎖線で示しているが、圧力室プレート１１とその他のプレートとの接着は、圧力室プレート１１と保護板３との接着前に行われてもよいし、この接着後に行われてもよい。
【００４２】
次に、図６（ｂ）に示すように、電極が適宜印刷形成された圧電層３１，３２およびトップシート３３を積層接着することによってアクチュエータ４を組み立て上げておく。そして、保護板３とアクチュエータ４の下面とを接着させるために、アクチュエータ４の下面に接着剤５８を塗布する。
【００４３】
そして、図６（ｃ）に示すように、保護板３の上面とアクチュエータ４の上面とが接着される。このとき、図示しない領域において保護板３とアクチュエータ４とは面方向に位置決めされた状態で上下に重ねられる。これにより前述したように各個別電極３６，３７が対応する圧力室２４と上下に重なるように配置される。
【００４４】
ここで、保護板３の上面及びアクチュエータ４の下面はインクに面することはないため、ここで用いる接着剤５８は選択自由度が高く、加熱の必要をなくすことができる。このようにキャビティユニット２、保護板３及びアクチュエータ４の３つの部品を積層接着するに際し、加熱の必要があるキャビティユニット２と保護板３との接着をまず行うようにしている。そのため、接着順序を逆にした場合と比べると分かるように、アクチュエータ４に熱を加えることなく３つの部品２〜４の接着を終えることができ、圧電層３１，３２およびトップシート３３や電極が熱で変性するおそれを避けることができる。
【００４５】
このように保護板３とアクチュエータ４とが接着された直後では、薄肉部の下面と厚肉部の下面とが同一平面をなしており、凹溝４１の内表面とアクチュエータ４の下面とにより、圧力室孔１１ｂと重なる位置には閉じた空間４４が区画形成される。そして、３つの部品２〜４の接着を終えた後にはこの空間４４を略真空状態とする。
【００４６】
ここで、図５に戻って空間４４を略真空状態にするための構造と動作について説明する。図５に示すように、保護板３には、キャビティユニット２とアクチュエータ４との間に介在する状態において、空間４４と連通する排気経路５０が構成されるように、各凹溝４１に繋がる溝が形成されている。
【００４７】
各凹溝４１には、その幅方向の中心線に沿うようにして横方向に延びる凹溝５１が連通している。凹溝４１は合計１０個の縦方向列をなして配列されているが、横方向他方側から数えて奇数列目をなす凹溝４１（４１ａ）に関しては、それに連通する凹溝５１（５１ａ）が横方向他方側に延び、横方向他方側から数えて偶数列目をなす凹溝４１（４１ｂ）に関しては、それに連通する凹溝５１（５１ｂ）が横方向一方側に延びている。すなわち、横方向他方側から数えて奇数列目をなす凹溝４１ａと、それに対して横方向一方側に隣接する列をなす凹溝４１ｂとについては、それぞれに連通する凹溝５１ａ，５１ｂが互いに向かい合うように延びている。そして、これら列間にはそれぞれ、縦方向に延びる凹溝５２が形成され、互いに向かい合う凹溝５１ａ，５１ｂはこの凹溝５２に直角に交差するようにして接続されている。すなわち、この凹溝５２は合計５条形成されている。
【００４８】
保護板３の縦方向一端側においては、横方向に延在する辺縁に沿って凹溝５３が形成されており、上記各凹溝５２は、その縦方向の一端部において凹溝５３に直角に交わるようにして連通している。この凹溝５３は上側に開口しているが、保護板とアクチュエータとを接着すると、その開口の全域がアクチュエータ４の下面で閉鎖されるようにして配置されている。また、凹溝５３の横方向一端部５３ａは、平面視において共通インク室２２と重ならないように配置されている。
【００４９】
図７は図５のVII−VII線に沿って切断して示すインクジェットヘッド１の部分縦断面図である。なお、図１においても図７に示される断面をとるための切断線VII−VIIが示されている。図７に示すように、凹溝５３の横方向一端部５３ａには、下面に開口する凹溝５４が連通しており、この凹溝５４は凹溝５３との連通部分から縦方向一方側に向けて延びている。凹溝５４の縦方向一端部は、キャビティユニット２を上下に貫通して形成されたキャビティ側排気経路５５に連通している。キャビティ側排気経路５５は圧力室プレートからノズルプレートまでに形成された各貫通孔１１ｐ〜１７ｐが互いに上下に連通することによって構成されている。図１に示すII−II線及びVII−VII線とこれに従う図２及び図７とから分かるように、キャビティ側排気経路５５は縦方向に延びる共通インク室２２とは横方向に変位して配置され、これにより上下に延びるキャビティ側排気経路５５が共通インク室２２と干渉するのを避けている。
【００５０】
キャビティ側排気経路５５は３つの部品２〜４を積層接着した状態においてもノズル開口面に開口することとなる。この開口を用いてキャビティ側排気経路５５を真空ポンプ６０に接続して真空ポンプ６０を駆動することにより、キャビティ側排気経路５５に負圧が印加される。すると、キャビティ側排気経路５５に繋がる保護板側の排気経路５０（図５参照）を介し、各凹溝４１によって区画形成される空間４４（図４参照）に負圧が印加されることとなる。真空ポンプ６０を所定時間かけて駆動した後、キャビティ側排気経路５５の開口は所定の閉止部材５９で閉止され、各空間４４（図４参照）が略真空状態に保たれる。
【００５１】
図４に戻り、略真空状態にするべく空間４４に負圧を印加する過程において、薄肉部４３は、平面視矩形状となる厚肉部４３との境界部４５を支点にして、上方へと引き上げられるように弾性変形する。薄肉部４２の中で最も変形量が大きくなるのは境界部４５から離隔した中央部であり、薄肉部４２の上面はこの中央部を中心にして部分的にアクチュエータ４の下面に接触する。このとき、アクチュエータ４の下面には、接着剤５８が予め塗布されているため、アクチュエータ４の下面に接着されて薄肉部４２の中央部が弾性変形した状態を維持してその上面がアクチュエータ４の下面に接触する状態を維持し続けることができる。なお、薄肉部４２が接着した後は、空間４４は、そのまま略真空状態に保たれるようにしておいてもよいし、真空吸引をやめて、大気に開放されていてもよい。その場合でも、薄肉部４２の中央部はアクチュエータ４の下面に接触する状態を維持し続けている。
【００５２】
なお、アクチュエータ４と保護層３との接着において、接着剤５８を保護板３の上面に塗布してもよく、その場合は、空間４４を真空状態にし、薄肉部４２を弾性変形させたのち、空間４４をそのまま略真空状態に保たれるようにすることで、薄肉部４２は弾性変形した状態を維持してその上面がアクチュエータ４の下面に接触する状態を維持することができる。
【００５３】
図８は図４のVIII−VIII線に沿って示すインクジェットヘッド１の部分平断面図であり、このVIII−VIII線はアクチュエータ４の下面に対して僅かに下方を通過する。図８に示すように、薄肉部４２のうちアクチュエータ４の下面との接触部４６は平面視で楕円形状をなしている。接着部４６は前述したように薄肉部４２の中央部を中心にして形成されるものであり、より限定的にいえば接触部４６は、この楕円形の一方の軸（例えば長軸）が薄肉部４２の縦方向中心線Ａと重なり、他方の軸（例えば短軸）が薄肉部４２の横方向中心線Ｂと重なるようにして配置されている。
【００５４】
この薄肉部４２の縦方向中心線Ａは、圧力室２４（圧力室孔１１ｂ）及び活性部４０（個別電極３６，３７）の各縦方向中心線と一致しており、薄肉部４２の横方向中心線Ｂも同様にして圧力室２４及び活性部４０の各横方向中心線と一致している。前述したように、圧力室２４と薄肉部４２とは互いにほぼ同一の形状に形成され、活性部４０はこれら圧力室２４及び薄肉部４２に対して一回り小さく形成され、活性部４０の外形輪郭線は圧力室２４及び薄肉部４２の外形輪郭線の内側に配置されている。そして、接触部４６の楕円状の輪郭線は、この活性部４０の外形輪郭線の更に内側に配置されている。
【００５５】
なお、図８のハッチングされていない領域は、空間４４の平面視での形状を示すものとなっている。すなわち、空間４４は、厚肉部４３の上面と薄肉部４２の上面との間の段差面４５ａと、薄肉部４２の上面のうちアクチュエータ４と接触していない部分と、アクチュエータ４の下面とによって囲まれた平面視で枠状の空間となっている。逆にいうとアクチュエータ４の下面には、保護板３と接触することなく空間４４を介して薄肉部４２の上面と対向する部分が、平面視で枠状に形成されることとなる。
【００５６】
図９はこのようにして製造されたインクジェットヘッド１の動作説明図である。図９（ａ）は、個別電極３６，３７に駆動電圧が印加されておらずアクチュエータ４に歪み変形が生じていない活性部４０の定常状態を示している。この状態であっても、前述したように空間４４では、真空状態にされることで、薄肉部４２はその面方向が水平に延びる状態（図６（ｃ）参照）から上方へと弾性変形して、部分的にアクチュエータ４の下面に接着している状態を維持している。
【００５７】
個別電極３６，３７に駆動電圧が印加されると、活性部４０が面方向に収縮して厚さ方向に伸びる。この厚さ方向への伸長に伴って薄肉部４２の接触部４６は下方に変形し、圧力室２４の容積変動に貢献する。このとき、接着部４６では、薄肉部４２の弾性変形している状態のまま接着状態を維持しているため、接着部４６においては弾性変形にともなう下方向への反力が内部応力として働いている状態となっている。従って接触部４６は活性部４０の伸長動作が生じると、それを妨げることがなく、助長して円滑に変形する。つまり、活性部４０が伸長することによるエネルギーが接触部４６の弾性変形によって消費される量が小さくて済み、圧力室２４を所望量だけ容積変動させるために必要となる駆動電圧を小さく抑えることができるようになる。
【００５８】
なお、本実施形態では、薄肉部４２は、空間４４を真空状態にすることで弾性変形されて接着によりその状態を維持された状態であるが、弾性変形により接触した状態においも反力は発生するため、駆動時の活性部４０の伸長を妨げることはなく円滑に変形する。
【００５９】
また、圧電層３１，３２及びトップシート３３においては、活性部４０周辺の領域が、活性部４０の変形に伴いその肉が集められるようにして引きつられて撓む。もし、保護板３の薄肉部４２の中央部がアクチュエータ４と接触した状態を維持されていない場合、活性部４０の変形が空間４４に向かって行われるため、その変形を圧力室２４に円滑に伝えることができず、変形効率が小さくなってしまう。また、保護板３の薄肉部４０が設けられていない場合、アクチュエータ４と保護板３とは全面接着されていることになるため、活性部の変形に伴い、保護板３はその活性部に対応して変形する。このように活性部の周辺の領域が保護板３と接触していると、活性部４０周辺の領域が保護板３によって拘束された状態になるため、上述したような活性部４０周辺の領域の肉が集められるように引きつられて撓むことができないため、活性部４０の変形を阻害しやすくなってしまう。しかしながら、本実施形態では、前述したようにこの活性部４０の周辺領域は平面視で空間４４と重なっているため、保護板３に対して自由となっている。そのため、活性部４０の周辺領域の変形動作が保護板３によって阻害されることがない。そして、結果として駆動電圧を小さくしても圧力室２４の容積変動量を大きくすることができ、所望量のインクを吐出するに際してアクチュエータ４に供給する駆動電圧を小さく抑えることができる。なお、本実施形態においては、薄肉部４２の中央部を弾性変形させてアクチュエータ４と接触させ、活性部４０の周辺領域に空間を形成しているが、保護板３を塑性変形させてその形状が維持されている場合であっても、弾性変形時に発生する反力がかからないため、反力による駆動効率には寄与することはないが、上記同様の空間４４を確保することができるため、活性部４０の変形を阻害しないという効果を得ることができる。薄肉部４２が塑性変形する場合、アクチュエータ４とは接着剤等を用いて接着されていてもよいし、単に接触しているだけであってもよい。
【００６０】
このように本実施形態においては、金属製の保護板３を電鋳法を用いて成形することによりなるべくその板厚を小さくするに際し、キャビティユニット２とアクチュエータ４とで挟まれる領域においては板厚を大きくし、圧力室２４及び活性部４０と平面視で重なる領域のみ板厚を小さくしている。このため、厚肉部においては、インクジェットヘッド１が上下方向に無用に大型にならない程度で板厚を確保することができ、これにより十分なハンドリング性を得ることができる。他方、薄肉部においてはハンドリング性を考慮する必要がなくなり、アクチュエータ４の変形動作の阻害を防ぐべくその剛性を低くすることを目的としてその板厚を出来る限り小さくすることができる。このように本実施形態の保護板３によれば、アクチュエータ４の変形動作を阻害しないようにすることと、ハンドリング性を維持することとが両立される。
【００６１】
［第２実施形態］
図１０は本発明の第２実施形態に係るインクジェットヘッド１０１のうちキャビティユニット１０２と保護板１０３とを組み立てた状態にして示すインクジェットヘッド１０１の部分平面図である。本実施形態は第１実施形態に対し、空間に繋がる排気経路が変更されたものである。その他の点では第１実施形態と共通しており、これら共通する構成については同一の符号を付して重複する詳細な説明を省略する。
【００６２】
図１０に示す保護板１０３には、第１実施形態と同様にして凹溝４１が上面に開口している。この凹溝４１がアクチュエータ４の下面で閉鎖されることにより第１実施形態と同様にして空間（図示せず）が区画形成される。図１０には、アクチュエータ４と保護板１０３とが接着されると、この空間と連通する排気経路１５０が共に構成されるように、各凹溝４１に繋がる凹溝１５１，１５２，１５３，１５４が形成されている。
【００６３】
各凹溝４１には、その幅方向の中心線に沿うようにして横方向一方側に延びる凹溝１５１が連通している。凹溝４１は合計１０個の縦方向列をなして配列されているが、各列の横方向一方側には縦方向に延在する凹溝１５２が形成されており、各凹溝１５１はこの凹溝１５２に直角に交差するようにして接続されている。すなわち、この凹溝１５２は合計１０条形成されている。
【００６４】
保護板３の縦方向一端側においては、横方向に延在する辺縁に沿って凹溝１５３が形成されており、上記各凹溝１５２は、その縦方向の一端部において凹溝１５３に直角に交わるようにして連通している。この凹溝１５３は上側に開口しているが、保護板１０３とアクチュエータ４とを接着すると、その開口の全域がアクチュエータ４の下面で閉鎖されるようにして配置されている。また、凹溝５３の横方向一端部５３ａは、平面視において共通インク室２２と重ならないように配置されている。凹溝１５３の横方向一端部５３ａには、上面に開口する凹溝１５４が縦方向一方側に向けて延びている。この凹溝１５４の縦方向一端部は、保護板１０３とアクチュエータ４とを積層した状態において、アクチュエータ４の外形輪郭線の外側に位置する。つまり、凹溝１５４の開口はアクチュエータ４によって完全には閉鎖されず、部分的に上方に露出する。以降ではこの凹溝１５４の開口のうち上方に露出する部分を露出部１５４ａと呼んで説明する。
【００６５】
なお、第１実施形態においては、保護板３に形成された凹溝５１〜５４と連通するキャビティ側排気経路５５が形成され、キャビティ側排気経路５５の開口を利用して空間４４に負圧を印加している（図４，図５，図７参照）が、本実施形態のキャビティユニット１０２にはこのようなキャビティ側排気経路が形成されていない。
【００６６】
本実施形態では、凹溝４１によって区画形成される空間を略真空状態にするに際し、この開口露出部１５４ａを利用する。例えば、キャビティユニット２、保護板及びアクチュエータ４の３つの部品の接着を終えた後に、その組立体を図示しない真空炉内に入れる。すると、開口露出部１５４ａを介して排気経路１５０内に負圧が印加され、更に凹溝４１によって形成される空間に負圧が印加される。これにより、第１実施形態と同様にして凹溝の形成後に残る薄肉部４２が上方へと弾性変形して部分的にアクチュエータ４の下面に接触した状態とすることができる。このようにして本実施形態においても第１実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００６７】
これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の構成に限られず適宜変更可能である。例えば第１実施形態において真空炉を利用してもよく、また第２実施形態において真空ポンプを用いてもよい。
【００６８】
また、本発明に係る液体吐出ヘッドは、インクジェットプリンタに搭載されてインクを吐出するインクジェットヘッドに限定されず、インク以外の液体、例えば着色液を吐出して液晶表示装置のカラーフィルタを製造する装置や、導電液を吐出して電気配線を形成する装置等に使用する液体吐出装置に搭載される液体吐出ヘッドにも好適に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
以上のように本発明は、アクチュエータをインクから保護する保護層に関し、アクチュエータの変形動作を阻害しないようにすることと、ハンドリング性を維持することとが両立されるという優れた作用効果を奏するものであり、インクジェットプリンタに搭載されるインクジェットヘッドに適用すると有益である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視図である。
【図２】図１に示すインクジェットヘッドを組み立てた状態にしてII−II線に沿って切断して示すインクジェットヘッドの部分縦断面図である。
【図３】図１に示すインクジェットヘッドを組み立てた状態にしてIII−III線に沿って切断して示すインクジェットヘッドの部分横断面図である。
【図４】図３の部分拡大図である。
【図５】図１に示すインクジェットヘッドのうちキャビティユニットと保護板とを組み立てた状態にして示すインクジェットヘッドの部分平面図である。
【図６】図１に示すインクジェットヘッドの組立手順の説明図であり、（ａ）はキャビティユニットと保護板とが積層接着された状態、（ｂ）は保護板の上面に接着剤を塗布した状態、（ｃ）は保護板とアクチュエータとが積層接着された状態をそれぞれ示している。
【図７】図１及び図５のVII−VII線に沿って切断して示すインクジェットヘッドの部分縦断面図である。
【図８】図４のVIII−VIII線に沿って切断して示すインクジェットヘッドの部分平断面図である。
【図９】図１に示すインクジェットヘッドの動作説明図であり、（ａ）は活性部が定常の状態、（ｂ）は活性部が変形している状態をそれぞれ示している。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るインクジェットヘッドのうちキャビティユニットと保護板とを組み立てた状態にして示すインクジェットヘッドの部分平面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１  インクジェットヘッド（液体吐出ヘッド）
２  キャビティユニット
３  保護板
４  アクチュエータ
２０  インク流路
２４  圧力室
４０  活性部
４１  凹溝
４２  薄肉部
４３  厚肉部
４４  空間（真空室）
１０１  インクジェットヘッド（液体吐出ヘッド）
１０２  キャビティユニット
１０３  保護板