(57)【要約】【課題】圧電層形成工程においてエアロゾルが噴きつけられることによる振動板の変形を抑制する。【解決手段】まず、補強フレーム８４の凹部８５にフィルタプレート３６を配置して、補強フレーム８４とフィルタプレート３６と振動板７０とを積層して、所定温度（例えば、１０００℃）に加熱しながら加圧し、金属拡散接合により接合する（接合工程）。次に、振動板７０の表面に、エアロゾルを噴きつけて圧電材料の粒子を堆積させて圧電層７１を形成する（圧電層形成工程）。その後、圧電層７１、フィルタプレート３６及び補強フレーム８４を所定温度に加熱して、圧電層７１に対して熱処理を施す（アニール処理工程）。次に、すでに接合された振動板７０、フィルタプレート３６及び補強フレーム８４と流路ユニット３１を構成する８枚のプレートとを積層して接着剤などで接合する。【選択図】  図７
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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接合された振動板及び前記振動板の前記圧力室と反対側に接合された圧電層を含んだ圧電アクチュエータと、前記流路ユニットよりも厚みが大きく前記流路ユニットの撓みを抑制するために前記振動板と接合される補強フレームと、を備えた液体移送装置の製造方法であって、
前記振動板と前記補強フレームとを接合する接合工程と、
前記接合工程の後、前記振動板の前記流路ユニットとの接合面と反対側の面に、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、圧電層を形成する圧電層形成工程と、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】
前記圧電層形成工程時には、前記振動板には前記補強フレームのみ接合され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】
前記振動板及び前記補強フレームは、金属材料からなり、
前記接合工程において、前記振動板と前記補強フレームとを積層状態で金属拡散接合によって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】
前記圧電層形成工程の後、前記圧電層を加熱するアニール処理工程をさらに備えてい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】
前記流路ユニットは、前記液体流路に連通する供給口を有しており、
前記接合工程において、前記振動板及び前記補強フレームに加えて、金属材料からなり前記供給口を覆うフィルタが形成されたフィルタプレートを積層状態で金属拡散接合によって接合することを特徴とする請求項３または４に記載の液体移送装置の製造方法。
【請求項６】
前記フィルタプレートは、複数の貫通孔がそれぞれ形成された少なくとも２枚のプレートが積層されて構成されており、
前記少なくとも２枚のプレートが積層されたときに、それぞれのプレートの貫通孔は、平面視で、その一部が互いに重なっており、
前記接合工程において、前記少なくとも２枚のプレートを積層状態で接合することを特徴とする請求項５に記載の液体移送装置の製造方法。
【請求項７】
前記接合工程において、前記フィルタプレートを、前記振動板と前記補強フレームとの間に積層して金属拡散接合によって接合することを特徴とする請求項５または６に記載の液体移送装置の製造方法。
【請求項８】
前記補強フレームは、前記液体移送装置を保持するホルダに取り付けられるものであることを特徴とする請求項１〜７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、振動板にエアロゾルを噴きつけて圧電材料の粒子を堆積させることで、液体に圧力を付与する圧電アクチュエータの圧電層を形成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の面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】
ここで、圧電アクチュエータの圧電層を成膜する方法としては、従来から様々な方法が知られているが、その中でも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高速で振動板に噴きつけて圧電材料の粒子を堆積させて圧電層を形成する方法（エアロゾルデポジション法：ＡＤ法）が知られている。このＡＤ法による成膜において、振動板が薄いと、高速で噴きつけたエアロゾルが振動板に衝突する際の衝突エネルギーによって、振動板は変形するおそれがある。一方、振動板を変形させないためには、振動板を厚くして振動板の剛性を高める必要がある。しかしながら、振動板を厚くすると、圧電アクチュエータの駆動時における振動板の変形が小さくなり、その結果、液体移送に必要な圧力を液体に付与することができなくなる。そこで、振動板自体は剛性を低くして変形しやすいように比較的厚みを薄くして、振動板にエアロゾルを噴きつける際に、あらかじめ振動板に流路ユニットなど厚みのある部材を接合して剛性を高めることが行われている。例えば、特許文献１に記載のインクジェットヘッドにおいては、振動板に流路ユニットを接合して、振動板の上面にＡＤ法により圧電層を形成している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−０５４４４２号公報（図３）
【発明の開示】
【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ように、振動板に流路ユニットを接合してから、ＡＤ法により圧電層を形成しても、流路ユニットの厚みが十分ではない場合には、振動板の補強が十分ではなく、エアロゾルが振動板に衝突した際に振動板が変形してしまう。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、圧電層形成工程においてエアロゾルが噴きつけられることによって振動板が変形するのを抑制した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接合された振動板及び前記振動板の前記圧力室と反対側に接合された圧電層を含んだ圧電アクチュエータと、前記流路ユニットよりも厚みが大きく前記流路ユニットの撓みを抑制するために前記振動板と接合される補強フレームと、を備えた液体移送装置の製造方法であって、前記振動板と前記補強フレームとを接合する接合工程と、前記接合工程の後、前記振動板の前記流路ユニットとの接合面と反対側の面に、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、圧電層を形成する圧電層形成工程と、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、肉薄の流路ユニットの撓みを抑制するために設けられた補強フレームの本来の機能を果たすとともに、圧電層形成工程の前に、接合工程においてこの剛性の高い補強フレームを振動板に接合することで、圧電層形成工程においてエアロゾルが噴きつけられることによって振動板が変形するのを抑制することができる。
【０００９】
また、前記圧電層形成工程時には、前記振動板には前記補強フレームのみ接合されていることが好ましい。圧電層形成工程においては、振動板は補強フレーム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、前記振動板及び前記補強フレームは、金属材料からなり、前記接合工程において、前記振動板と前記補強フレームとを積層状態で金属拡散接合によって接合することが好ましい。金属拡散接合は原子の拡散を利用して接合しているため、接着剤による接合などに比べて、接合の信頼性を高めることができる。さらに、接着剤などの剛性の低い中間材を用いることなく接合でき、振動板と補強フレームを一体化させて剛性を高くすることができ、振動板が変形するのをより抑制することができる。
【００１１】
加えて、前記圧電層形成工程の後、前記圧電層を加熱するアニール処理工程をさらに備えている。本来、金属拡散接合は、接合する金属同士を高温で加圧することで、原子の拡散を利用した接合方法である。そのため、アニール処理工程時に、金属拡散接合で補強フレームと接合された振動板に形成された圧電層に熱処理を施しても、振動板と補強フレームの接合状態に影響を与えることがない。
【００１２】
また、前記流路ユニットは、前記液体流路に連通する供給口を有しており、前記接合工程において、前記振動板及び前記補強フレームに加えて、金属材料からなり前記供給口を覆うフィルタが形成されたフィルタプレートを積層状態で金属拡散接合によって接合することが好ましい。これによると、フィルタプレートを振動板または補強フレームに金属拡散接合によって接合することで、接合の信頼性を高めることができ、接合箇所から液体が漏れ出すことを防止することができる。
【００１３】
さらに、前記フィルタプレートは、複数の貫通孔がそれぞれ形成された少なくとも２枚のプレートが積層されて構成されており、前記少なくとも２枚のプレートが積層されたときに、それぞれのプレートの貫通孔は、平面視で、その一部が互いに重なっており、前記接合工程において、前記少なくとも２枚のプレートを積層状態で接合することが好ましい。これによると、フィルタプレートを少なくとも２枚のプレートを積層して形成することで、フィルタの厚みが増して、貫通孔の容積が大きくなり、ゴミなどが堆積しても貫通孔が塞がりにくく、フィルタとしての使用可能年数が延びる。また、フィルタの厚みが増すことで、フィルタの厚みが薄い場合に比べて、投影面積を大きくせずに、フィルタとしての異物や気泡の捕集性能を維持することができる。
【００１４】
加えて、前記接合工程において、前記フィルタプレートを、前記振動板と前記補強フレームとの間に積層して金属拡散接合によって接合することが好ましい。フィルタは、振動板や補強フレームに比べて外形が小さい。したがって、振動板と補強フレームとの間に積層して金属拡散接合によって接合することで、確実に接合することができる。
【００１５】
また、前記補強フレームは、前記液体移送装置を保持するホルダに取り付けられるものである。これによると、補強フレームは、流路ユニットの撓みを防ぎ、且つ、圧電層形成工程において振動板の変形を抑制するとともに、液体移送装置をホルダに保持するための取り付けフレームとしても機能する。
【発明の効果】
【００１６】
圧電層形成工程においてエアロゾルが噴きつけられることによって振動板が変形するのを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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を左右方向に移動させる。
【００２０】
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）に設けられたノズル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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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て、ヘッドホルダ８１と補強フレーム８４が強固に固定される。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、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に保持される。つまり、補強フレーム８４は、ダンパー装置８２と流路ユニット３１のインク流路を接続すると同時に、流路ユニット３１及び圧電アクチュエータ３２をヘッドホルダ８１に保持するための取り付けフレームとして機能している。
【００２５】
次に、インクジェットヘッド３について詳細に説明する。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。
【００２６】
図３及び図４に示すように、インクジェットヘッド３は、多数のノズル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内のインクにノズル５４から吐出させるための圧力を付与する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（図２参照）と、振動板７０と補強フレーム８４の間に配置されたフィルタプレート３６と、を有している。
【００２７】
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。
【００２８】
流路ユニット３１には、上述した４つのサブタンク４ａ〜４ｄ（図１参照）にそれぞれ接続されるそれぞれ４つのインク供給孔５０ａ、５０ｂ、５０ｃと、これらそれぞれ４つのインク供給孔５０ａ〜５０ｃに連通したマニホールド流路５１（マニホールド形成孔５１ａ、５１ｂ）とが設けられ、さらに、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を介してノズル５４に至る個別インク流路が複数設けられている。
【００２９】
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が貫通形成されている。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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。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、２つの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。
【００３３】
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。
【００３４】
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（マゼンタ、シアン、イエロー）をそれぞれ吐出するノズル列である。
【００３５】
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で接合されることにより、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。
【００３６】
次に、圧電アクチュエータ３２について説明する。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。
【００３７】
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、７枚のプレート４１〜４７と同様にステンレス板などの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つのフィルタ７７が走査方向に沿って形成されている。各フィルタ７７は、エッチングにより形成された、紙送り方向に沿った細長い平面形状の複数の貫通孔７７ａが走査方向に並んで構成されている。
【００３８】
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にまたが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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
次に、フィルタプレート３６について説明する。図３に示すように、フィルタプレート３６は、ステンレス鋼などの金属材料で形成された略矩形状をしており、振動板７０に形成された４つのフィルタ７７を覆っている。フィルタプレート３６には、４つのフィルタ７７とそれぞれ連通する４つのフィルタ３７が走査方向に沿って形成されている。各フィルタ３７は、エッチングにより形成された、走査方向に沿った細長い平面形状の複数の貫通孔３７ａが紙送り方向に並んで構成されている。
【００４２】
フィルタプレート３６と振動板７０とを積層したときに形成される流路について説明する。図５は、振動板にフィルタプレートを積層したときの平面図である。図５に示すように、フィルタプレート３６と振動板７０とが積層されると、平面視で、フィルタプレート３６に形成された走査方向に細長い平面形状の貫通孔３７ａと、振動板７０に形成された紙送り方向に細長い平面形状の貫通孔７７ａとが交差する。そして、フィルタプレート３６に形成されたある貫通孔３７ａは、平面視で、振動板７０に形成された複数の貫通孔７７ａの一部と重なって連通する。このようにフィルタプレート３６と振動板７０とを積層することで、平面視で貫通する複数の部分のそれぞれの面積が小さく、且つ、立体的に入り組んだ構造の流路が形成される。貫通する複数の部分のそれぞれの面積が小さい流路を厚いプレートにエッチングで形成することは、エッチング技術上困難である。２枚のプレートを積層してフィルタを形成することで、貫通する複数の部分のそれぞれの面積が小さいフィルタを容易に形成できる。さらに、フィルタの厚みが増して、フィルタを形成する流路の容積が平面状のフィルタよりも大きくなり、ゴミなどがフィルタを形成する流路の一部に堆積しても貫通孔が塞がりにくく、フィルタとしての使用可能年数が延びる。また、フィルタが厚いことで、厚みが薄い場合に比べて、投影面積を大きくせずに、フィルタとしての異物などのゴミや気泡の捕集性能を維持することができる。
【００４３】
続いて、補強フレーム８４について説明する。図６は、振動板と接合された補強フレームの側面図である。図２及び図６に示すように、補強フレーム８４は、ステンレス鋼などの金属材料で形成されており、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。補強フレーム８４は、開口８４ａを有しており、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、液滴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を補強する役割を持つ。つまり、補強フレーム８４は、流路ユニット３１及び圧電アクチュエータ３２をヘッドホルダ８１に保持するための取り付けフレームとして、且つ、流路ユニット３１の撓みを抑制するためのフレームとして機能する。
【００４４】
補強フレーム８４の底面（振動板７０と対向する面）の、平面視で、フィルタプレート３６と重なる領域には、ハーフエッチングにより凹部８５が形成されている。そして、補強フレーム８４は、凹部８５にフィルタプレート３６が装着され、振動板７０と積層された状態で金属拡散接合により接合されている。振動板７０と補強フレーム８４とを接着剤などの剛性の低い中間材を用いて接合する場合に比べて、振動板７０と補強フレーム８４を一体化させて剛性を高くすることができる。そのため、ある個別インク流路のノズル５４から液滴を吐出させるための振動板７０の変形が他個別インク流路にまで影響を及ぼす、いわゆるクロストークを低減することができる。
【００４５】
また、フィルタプレート３６も振動板７０及び補強フレーム８４に金属拡散接合によって接合されている。フィルタプレート３６は、振動板７０や補強フレーム８４に比べて外形が小さい。したがって、振動板７０と補強フレーム８４との間に積層して金属拡散接合によって接合することで、確実に接合することができる。また、接着剤で接合する場合に比べて金属拡散接合によって接合する場合には、接合の信頼性を高めることができ、接合箇所からインクが漏れ出すことを防止することができる。
【００４６】
また、補強フレーム８４の一端部（図２の右下部）の、平面視で、フィルタプレート３６のフィルタ３７（振動板７０のフィルタ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、フィルタプレート３６のフィルタ３７、及び、振動板７０のフィルタ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。
【００４７】
このとき、振動板７０に形成されたフィルタ７７とフィルタプレート３６に形成されたフィルタ３７とから構成されたフィルタ流路により、サブタンク４ａ〜４ｄから導入されたインクに混入するゴミや気泡などをトラップすることができる。また、補強フレーム８４よりも流路ユニット３１に近い下流側にフィルタが構成されている。補強フレーム８４のインク供給孔８４ｃは流路ユニット３１に形成されたインク流路に比べて流路面積が大きく、インク供給孔８４ｃ内はインクの流速が遅い。インクの流速が遅い部分では気泡が動きにくい。流路内に気泡が発生すると、ノズル５４から液滴が吐出されないなどの不具合が生じるおそれがある。しかし、フィルタが補強フレーム８４よりも流路ユニット３１に近い下流側に構成されているため、フィルタより下流のインク流路において、流速が遅い部分がなく、フィルタの流路ユニット３１側に気泡が滞留することを低減することができる。
【００４８】
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７はインクジェットヘッドの製造方法を示す図であり、（ａ）は振動板とフィルタと補強プレートの接合工程、（ｂ）は圧電層形成工程、（ｃ）は流路ユニットの接合工程である。
【００４９】
まず、振動板７０に複数の貫通孔７７ａ、フィルタプレート３６に複数の貫通孔３７ａ、及び、補強フレーム８４に開口８４ａ、インク供給孔８４ｃをエッチングにより形成する。また、補強フレーム８４に凹部８５をハーフエッチングにより形成する。そして、図７（ａ）に示すように、補強フレーム８４の凹部８５にフィルタプレート３６を配置して、補強フレーム８４とフィルタプレート３６と振動板７０とを積層して、所定温度（例えば、１０００℃）に加熱しながら加圧し、金属拡散接合により接合する（接合工程）。
【００５０】
次に、図７（ｂ）に示すように、振動板７０の表面に、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）。
【００５１】
ＡＤ法は、振動板７０、フィルタプレート３６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。
【００５２】
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は変形するおそれがある。そこで、ＡＤ法による成膜前に、振動板７０に十分に厚みのある補強フレーム８４を接合して、振動板７０を補強している。これにより、エアロゾルの高速での噴きつけにおけるエアロゾルの衝突エネルギーでの振動板７０の変形を抑制することができる。また、この補強フレーム８４は、流路ユニット３１を補強する目的で設けられるものであり、圧電層工程時においては、振動板７０を補強して、振動板７０の変形を抑制するとともに、インクジェットヘッド３製造後においては、補強フレーム８４の本来の機能である、流路ユニット３１の撓みの抑制と、インクジェットヘッド３とヘッドホルダ８１を接合の両方の機能を果たすことができる。すなわち、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必須な部材を振動板７０の補強にも併用することができる。
【００５３】
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、圧電層７１、フィルタプレート３６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、高温で振動板７０、フィルタプレート３６及び補強フレーム８４に熱処理を施しても、振動板７０、フィルタプレート３６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、フィルタプレート３６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、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。
【００５４】
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形成する。これらのプレート４１〜４７は、金属材料からなるため、エッチングによりインク流路を構成する厚み方向に貫通した孔を容易に形成することができる。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をレーザ加工などで形成する。
【００５５】
そして、図７（ｃ）に示すように、すでに接合された振動板７０、フィルタプレート３６及び補強フレーム８４と流路ユニット３１を構成する８枚のプレート４１〜４８とを積層して接着剤などで接合し、インクジェットヘッド３が完成する。
【００５６】
仮に、振動板７０を補強するために、流路ユニット３１を圧電層形成工程前に振動板７０に接合していると、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、補強のために振動板７０に接合しているのは、液体流路などが形成されていない補強フレーム８４なので、振動板７０に堆積しなかった圧電材料の粒子による不具合が生じることもない。
【００５７】
さらに、流路ユニット３１は、圧電層形成工程後に接合するため、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。加えて、補強フレーム８４は、流路ユニット３１の撓みを抑制することが目的であるため、流路ユニット３１よりもさらに厚みがあるため、流路ユニット３１を接合する場合よりも振動板７０をより効率的に補強することができ、振動板７０の変形を抑制することができる。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。
【００５８】
また、流路ユニット３１ではなく、補強フレーム８４によって振動板７０の補強をしており、振動板７０に形成された圧電層７１に対して高温で熱処理を施すアニール処理工程の後に、振動板７０に流路ユニット３１を接合しているため、振動板７０と流路ユニット３１を構成する複数枚のプレート４１〜４８の接合方法に関する自由度が高くなる。例えば、振動板７０の補強のために流路ユニット３１を圧電層形成工程前に振動板７０に接合する場合には、接着剤による接合だと、その後のアニール処理工程時に接着剤が熱分解することがあり、流路ユニット３１を構成する複数枚のプレート４１〜４８及び振動板７０の接合状態を維持することが困難である。一方、流路ユニット３１を構成する複数枚のプレート４１〜４８を金属拡散接合する場合には、開口の大きいマニホールド流路５１と対向する部分では、マニホールドプレート４４，４５以外のプレートの間に十分な押圧力を確保することができず、プレート間の金属拡散が不十分となり、接合不良となってしまうことがある。具体的には、特に、平面視でマニホールド流路５１と重なる位置におけるベースプレート４２とアパーチャプレート４３間、および振動板７０とベースプレート４２の間の金属拡散が不十分になってしまうことがある。そのため、開口の大きい部分を有するプレートを接合する場合には、接着剤による接合が好ましい。本実施形態では、アニール処理工程後に、振動板７０と流路ユニット３１を構成する複数枚のプレート４１〜４８を接合するため、上述したような問題を考慮しつつ所望の接合方法を適用することができる。
【００５９】
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。
【００６０】
本実施形態においては、圧電アクチュエータ３２には、圧電層７１の下面に共通電極を兼ねた振動板７０が配置されていたが、圧電層７１の下面に振動板７０との間に絶縁層を挟んで共通電極が配置されていてもよい。この場合、振動板７０上に、絶縁層を成膜した後、スパッタ法などにより共通電極を形成して、ＡＤ法により圧電層を形成する。
【００６１】
また、本実施形態において、流路ユニット３１を構成する８枚のプレート４１〜４８、及び、振動板７０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プレートは全て金属拡散接合で接合して、ノズルプレートだけ接着剤により接合してもよい。
【００６２】
さらに、本実施形態においては、フィルタプレート３６は、振動板７０と補強フレーム８４との間に挟んで接合していたが、サブタンク４ａ〜４ｄから流路ユニット３１に形成されたインク流路に連通する流路のどこかに配置されていればよく、例えば、補強フレーム８４の上面に接合されてもよい。また、フィルタプレート３６は、補強フレーム８４と振動板７０との接合工程とは別工程において接合されてもよい。
【００６３】
また、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は、流路ユニット３１を囲むような枠体であったが、厚みや材質を選定して流路ユニット３１を補強可能であれば、例えば、流路ユニット３１の長手方向にのみ延在する細長いプレートであってもよい。
【００６４】
さらに、本実施形態においては、フィルタプレート３６に形成されたフィルタ３７と、振動板７０に形成されたフィルタ７７を積層してゴミなどを捕集する流路を形成していたが、振動板７０にはフィルタとして機能しない単なる貫通孔が形成されているだけであって、細長形状の貫通孔が複数形成されたフィルタプレートが複数枚あり、これらのフィルタプレートを積層したときに、それぞれのフィルタプレートに形成された細長形状の貫通孔と、他のフィルタプレートに形成された複数の細長形状の貫通孔とが、平面視で、一部が互いに重なるように積層してフィルタ流路を形成してもよい。
【００６５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【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】振動板にフィルタプレートを積層したときの斜視図である。
【図６】振動板と接合された補強フレームの側面図である。
【図７】インクジェットヘッドの製造方法を示す図であり、（ａ）は振動板とフィルタと補強プレートの接合工程、（ｂ）は圧電層形成工程、（ｃ）は流路ユニットの接合工程である。
【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
７０  振動板
７１  圧電層
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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