(57)【要約】【課題】液滴噴射ヘッドの製造途中で、各圧電素子の接着バラツキから噴射特性の評価を行うことができる液滴噴射ヘッドの製造方法を提供する。【解決手段】液滴噴射ヘッドの製造方法において、液滴を噴射する液滴噴射ヘッドのヘッド基体３に、長尺形状の素子であって長手方向に対する垂直方向の電圧印加に応じて長手方向に沿って伸縮する複数の圧電素子２の各々の一端部を接合する工程と、接合した複数の圧電素子２に各々の長手方向に対して垂直方向に、周期的に変動する電圧を印加し、複数の圧電素子を各々の長手方向に伸縮させて、その際に発生する共振動作から、複数の圧電素子２の非接合部分が有する固有振動数を測定する工程とを有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を噴射する液滴噴射ヘッドのヘッド基体に、長尺形状の素子であって長手方向に対する垂直方向の電圧印加に応じて長手方向に沿って伸縮する複数の圧電素子の各々の一端部を接合する工程と、
接合した前記複数の圧電素子に各々の長手方向に対して垂直方向に、周期的に変動する電圧を印加し、前記複数の圧電素子を各々の長手方向に伸縮させて、その際に発生する共振動作から、前記複数の圧電素子の非接合部分が有する固有振動数を測定する工程と、
を有することを特徴とする液滴噴射ヘッドの製造方法。
【請求項２】
測定した前記複数の圧電素子の非接合部分の各々の固有振動数と、予め設定された許容範囲とを比較し、前記許容範囲を超える固有振動数を有する前記圧電素子を取り除き、取り除いた前記圧電素子に換えて他の前記圧電素子の一端部を前記ヘッド基体に接合する工程を有することを特徴とする請求項１記載の液滴噴射ヘッドの製造方法。
【請求項３】
測定した前記複数の圧電素子の非接合部分の各々の固有振動数と、予め設定された許容範囲とを比較し、接合した前記複数の圧電素子の全てが、前記許容範囲内の固有振動数を有する前記圧電素子である前記ヘッド基体を選択する工程と、
選択した前記ヘッド基体に、前記複数の圧電素子の伸縮により振動する振動プレートを介して、液体を収容する複数の液室を形成する液室プレート、及び前記複数の液室にそれぞれ連通する複数のノズルを有するノズルプレートを設ける工程と、
を有することを特徴とする請求項１記載の液滴噴射ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記接合する工程では、第１基体及び第２基体を組み合わせて構成される前記ヘッド基体において、前記第１基体に前記複数の圧電素子の各々の一端部を接合し、かつ、前記第２基体に前記複数の圧電素子の各々の一端部を接合し、
測定した前記複数の圧電素子の非接合部分の各々の固有振動数と、予め設定された許容範囲とを比較し、接合した前記複数の圧電素子の全てが、前記許容範囲内の固有振動数を有する前記圧電素子である前記第１基体及び前記第２基体を選択する工程と、
選択した前記第１基体及び前記第２基体を組み合わせて前記ヘッド基体を形成する工程と、
を有することを特徴とする請求項１記載の液滴噴射ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴噴射ヘッドの製造方法に関し、特に、複数の圧電素子を有する液滴噴射ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴噴射ヘッドは、塗布対象物に向けて複数のノズルからインク等の液体を液滴としてそれぞれ噴射するの装置、例えばインクジェットヘッド等である。この液滴噴射ヘッドを備える液滴噴射装置は、例えば、液晶表示装置、有機ＥＬ（Electro Luminescence）表示装置、電子放出表示装置、プラズマ表示装置及び電気泳動表示装置等の様々な表示装置を製造するために用いられている。
【０００３】
この液滴噴射ヘッドは、複数の圧電素子を保持するヘッド基体、そのヘッド基体上に設けられ各圧電素子により振動する振動プレート、その振動プレート上に設けられ液体をそれぞれ収容する液室を有する液室プレート、及びその液室プレート上に設けられ各液室にそれぞれ連通する複数のノズルを有するノズルプレート等を備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このような液滴噴射ヘッドの中には、圧電素子が直方体形状に形成され、その圧電素子の一端部がヘッド基体に接着されて設けられた液滴噴射ヘッドも提案されている。この場合の圧電素子は、長手方向に対する垂直方向の電圧印加に応じて長手方向に沿って伸縮する。なお、圧電素子の有効長は、ヘッド基体に対する圧電素子の接着領域のサイズ、すなわち、接着領域における圧電素子の長手方向の長さに応じて異なる。
【０００５】
一方、液滴噴射ヘッドの噴射特性（液滴量や飛翔速度等）を評価する場合には、まず、液滴噴射ヘッドを製造し、その完成後、液滴噴射ヘッドによる液滴の噴射試験を行い、噴射特性（吐出特性）のバラツキを評価する。この噴射特性のバラツキの原因としては、各圧電素子の接着バラツキ（接着領域サイズのバラツキ）やノズルプレートの各ノズルの製造バラツキ等が挙げられる。
【特許文献１】特開２００５−２７０７４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述のような噴射特性の評価を行う場合には、液滴噴射ヘッドの完成後に噴射特性の評価を行う必要があり、液滴噴射ヘッドの製造途中に噴射特性の評価を行うことはできない。このため、噴射特性のバラツキが大きい場合には、完成後の液滴噴射ヘッドを解体し、再度組み立てて評価する必要がある。加えて、液滴噴射ヘッドを解体することが不可能である場合には、液滴噴射ヘッドを破棄して処分する必要がある。
【０００７】
また、前述のような噴射特性の評価を行う場合には、噴射特性の評価のため液滴を噴射する必要があり、液体が浪費されてしまう。さらに、噴射特性のバラツキの原因が、各圧電素子の接着バラツキであるのか、ノズルプレートの各ノズルの製造バラツキであるのかを区別することもできない。このため、液滴噴射ヘッドを再度組み立てる場合には、ヘッド基体に対する各圧電素子の接合から製造工程をやり直すことになってしまう。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、液滴噴射ヘッドの製造途中で、各圧電素子の接着バラツキから噴射特性の評価を行うことができる液滴噴射ヘッド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】
【０００９】
本発明の実施の形態に係る特徴は、液滴噴射ヘッドの製造方法において、液滴を噴射する液滴噴射ヘッドのヘッド基体に、長尺形状の素子であって長手方向に対する垂直方向の電圧印加に応じて長手方向に沿って伸縮する複数の圧電素子の各々の一端部を接合する工程と、接合した複数の圧電素子に各々の長手方向に対して垂直方向に、周期的に変動する電圧を印加し、複数の圧電素子を各々の長手方向に伸縮させて、その際に発生する共振動作から、複数の圧電素子の非接合部分が有する固有振動数を測定する工程とを有することである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、液滴噴射ヘッドの製造途中で、各圧電素子の接着バラツキから噴射特性の評価を行うことができる液滴噴射ヘッドの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施の一形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
図１及び図２に示すように、本発明の実施の形態に係る液滴噴射ヘッド１は、複数の圧電素子２を保持するヘッド基体３と、そのヘッド基体３上に設けられ、各圧電素子２の伸縮により振動する振動プレート（ダイヤフラム）４と、その振動プレート４上に設けられ、インク等の液体をそれぞれ収容する複数の液室５ａの壁面を形成する液室プレート５と、その液室プレート５上に設けられ、各液室５ａにそれぞれ連通する複数のノズル６ａを有するノズルプレート６とを備えている。
【００１３】
ヘッド基体３は、互いに対向する面であって各圧電素子２の一端がそれぞれ接合される一対の接合面３ａと、それらの接合面３ａに接合された各圧電素子２のもう一端がそれぞれ挿入される複数の貫通孔３ｂと、互いに対向する位置に位置付けて一対の接合面３ａにそれぞれ設けられた一対の凹部３ｃとを有している。各貫通孔３ｂは、２列に並べられてヘッド基体３の表面に形成されている。一対の凹部３ｃは、貫通孔３ｂの整列方向に沿って伸びるようにそれぞれ形成されている。これらの凹部３ｃには、各圧電素子２が略平行に架け渡されている。このようなヘッド基体３は、例えば、ステンレス等の金属材料により形成されている。なお、ヘッド基体３は、例えば、第１基体３Ａ及び第２基体３Ｂを組み合わすことによって形成されている。
【００１４】
各圧電素子２は、一方向に延伸する長尺形状、例えば、直方体形状に形成されている。これらの圧電素子２は、一方向に並べられて一対の接合面３ａにそれぞれ固着されている。このとき、圧電素子２の一端が貫通孔３ｂに挿入され、その後、もう一端が接合面３ａに固着される。また、貫通孔３ｂに挿入された圧電素子２の端部は、振動プレート４に接着固定される。このような圧電素子２には、電圧印加用の電極が設けられている。各圧電素子２に電圧（電界）が印加されると、各圧電素子２の伸縮により振動プレート４が振動する。このとき、圧電素子２は、その長手方向に対して垂直方向に電界が印加され、その長手方向に伸縮（膨張及び収縮）する。
【００１５】
振動プレート４は、ヘッド基体３の表面（各貫通孔３ｂが形成された面）上に設けられている。この振動プレート４は、各圧電素子２の伸縮により変形し、液室プレート５の各液室５ａの容積をそれぞれ増減させる。これにより、各液室５ａ内の液体が各ノズル６ａから液滴として噴射される。この振動プレート４は、例えば弾性材料により形成されている。
【００１６】
液室プレート５は、液体をそれぞれ収容する各液室５ａと、それらの液室５ａにそれぞれ連通する２つの液体供給溝５ｂとを有している。各液室５ａは、液体供給溝５ｂから供給された液体を収容する収容部であり、液室プレート５の略中央に２列に並べてそれぞれ設けられている。これらの液室５ａの底面は、振動プレート４により形成されている。これにより、各液室５ａの容積は振動プレート４により変化することになる。各液体供給溝５ｂは、２列に並ぶ各液室５ａを挟持するように略平行に設けられている。これらの液体供給溝５ｂには、外部の液体タンク等からチューブ等の供給径路（図示せず）を介して液体が供給される。このような液室プレート５は、例えば金属やセラミック等の材料により形成されている。
【００１７】
ノズルプレート６は、各液室５ａにそれぞれ連通する各ノズル６ａを有するオリフィスプレートである。これらのノズル６ａは、２列に並べて設けられている。このようなノズルプレート６は、例えば金属やセラミック等の材料により形成されている。
【００１８】
このような液滴噴射ヘッド１では、電圧が各圧電素子２にそれぞれ印加されると、各圧電素子２が縮み、振動プレート４を変形させて、対応する液室５ａの容積を増大させる。このとき、容積が増大した液室５ａには、液体供給溝５ｂから液体が補充される。その後、電圧が各圧電素子２に印加されなくなると、振動プレート４が元の形状に復帰し、対応する液室５ａの容積も元に戻る。このとき、液室５ａ内の液体が圧迫され、その液体がノズル６ａから液滴として噴射される。なお、圧電素子２は、その長手方向に対して垂直方向に、周期的に変動する電圧が印加され、その長手方向に伸縮する。
【００１９】
次に、液滴噴射ヘッド１の製造方法について説明する。
【００２０】
液滴噴射ヘッド１の製造工程では、図１に示すように、まず、ヘッド基体３を構成する第１基体３Ａ及び第２基体３Ｂに各圧電素子２を接合し、その第１基体３Ａ及び第２基体３Ｂを組み合わせてヘッド基体３を形成し、図１及び図３に示すように、そのヘッド基体３に振動プレート４を貼り合わせ、その後、各圧電素子２の固有振動数を測定する。次いで、図１に示すように、その振動プレート４上に液室プレート５及びノズルプレート６を積層する。
【００２１】
各圧電素子２の接合工程では、図３に示すように、ヘッド基体３を構成する第１基体３Ａ及び第２基体３Ｂの各々の接合面３ａに、圧電素子２の接着用として、導電性を有する接着剤Ｓ１を塗布する。この接着剤Ｓ１としては、例えば、シルバーエポキシ樹脂等を用いる。その後、各圧電素子２の端部をヘッド基体３の各貫通孔３ｂにそれぞれ挿入し、それらのもう一端部を接合面３ａの接着剤Ｓ１上に載置して接合面３ａに接合する。
【００２２】
ここで、図３に示すように、圧電素子２の接着領域（接合部）の長さ（接着領域における圧電素子２の長手方向の長さ）はＬ１であり、圧電素子２の非接着領域（非接合部）の長さ（非接着領域における圧電素子２の長手方向の長さ）、すなわち圧電素子２の有効長はＬ２である。接着領域の長さＬ１が変わると、圧電素子２の有効長Ｌ２も変化する。すなわち、接着領域の長さＬ１が増加すると、圧電素子２の有効長Ｌ２は減少し、接着領域の長さＬ１が減少すると、圧電素子２の有効長Ｌ２は増加する。このように圧電素子２の有効長Ｌ２が変わると、それに応じて圧電素子２の固有振動数も変化する。
【００２３】
ヘッド基体３の形成工程では、図１に示すように、各圧電素子２が接合された第１基体３Ａ及び第２基体３Ｂを、例えば、ネジ等の締結部材や接着剤等により組み合わせ、ヘッド基体３を形成する。
【００２４】
振動プレート４の貼り合せ工程では、図３に示すように、ヘッド基体３の表面（各貫通孔３ｂが形成された面）に、振動プレート４の接着用として、非導電性を有する接着剤Ｓ２を塗布する。この接着剤Ｓ２としては、例えば、シリコーン樹脂等を用いる。その後、ヘッド基体３の表面の接着剤Ｓ２上に振動プレート４を載置し、ヘッド基体３の表面に貼り合せる。
【００２５】
各圧電素子２の固有振動数の測定工程では、図３に示すように、各圧電素子２に各々の長手方向に対して垂直方向（すなわち、分極方向）に、周期的に変動する電圧をそれぞれ印加し、各圧電素子２を各々の長手方向に伸縮させて、その際に発生する共振動作から、各圧電素子２の非接合部分が有する固有振動数を測定する。例えば、圧電素子２に接続された測定器により、図４に示すように、圧電素子２の電圧波形（駆動波形）を測定し、この電圧波形（すなわち、電圧波形の立下り後の波形Ｈ１）から圧電素子２の固有振動数を求める。ここでは、圧電素子２の固有振動数を求めるために、例えば、図４に示すような電圧波形の立ち下がり点を検出し、電圧波形の立下り後の波形Ｈ１だけを測定する。
【００２６】
次いで、測定した各圧電素子２の固有振動数が、予め設定されている所定の許容範囲内（例えば、所望の固有振動数範囲内）にあるか否かを判断する。例えば、設計値の固有振動数が１２０ｋＨｚである場合には、１２０±５ｋＨｚが所定の許容範囲（１１５ｋＨｚ≦固有振動数≦１２５ｋＨｚ）となる。ここで、１２０ｋＨｚが所定の基準値であり、±５ｋＨｚが所定の許容差である。なお、所定の許容範囲は、使用する液体等により異なる。
【００２７】
測定した各圧電素子２の固有振動数が所定の許容範囲内であると判断した場合には、各圧電素子２の接合が合格であり、製造工程を次の工程に進める。一方、測定した各圧電素子２の固有振動数が所定の許容範囲内にないと判断した場合には、各圧電素子２の接合が不合格であり、製造を中断し、不合格品の廃棄を行う。また、各圧電素子２の接合のやり直しが可能である場合には、各圧電素子２の接合のやり直しを行い、再び、各圧電素子２の固有振動数の測定を行う。詳しくは、許容範囲を超える固有振動数を有する圧電素子２を取り除き、取り除いた圧電素子２に換えて他の圧電素子２の一端部をヘッド基体３に接合し、その後、その圧電素子２の固有振動数の測定を行う。
【００２８】
液室プレート５及びノズルプレート６の積層工程では、図１に示すように、ヘッド基体３に固着された振動プレート４上に接着剤等により液室プレート５を固着し、さらに、その液室プレート５上に接着剤等によりノズルプレート６を固着する。これにより、液滴噴射ヘッド１が完成する。
【００２９】
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、ヘッド基体３に接合した各圧電素子２に各々の長手方向に対して垂直方向に、周期的に変動する電圧を印加し、各圧電素子２を各々の長手方向に伸縮させ、各圧電素子２の非接合部分が有する固有振動数を測定することによって、例えば、測定した固有振動数が所定の許容範囲内にあるか否かを判断することが可能になるので、液滴噴射ヘッド１の製造途中で、各圧電素子２の接着バラツキ（各圧電素子２の接着領域の長さＬ１のバラツキ）から噴射特性の評価を行うことができる。
【００３０】
その結果、各圧電素子２の接着バラツキが大きい場合には、各圧電素子２の接合工程後の工程を行う必要がなくなるので、液滴噴射ヘッド１の完成後に噴射特性の評価を行う場合に比べ、無駄な工程を行うことを防止することができる。さらに、各圧電素子２の固有振動数を測定すればよく、液滴を噴射して噴射特性を評価する場合に比べ、液滴の噴射を行わずに済むので、液体の消費量の増加を抑えることができる。
【００３１】
また、前述の製造方法により完成した液滴噴射ヘッド１において、噴射特性のバラツキが大きい場合には、その原因は各圧電素子２の接着バラツキ以外の原因、例えば、ノズルプレート６の各ノズル６ａの製造バラツキであると判断することが可能になる。これにより、噴射特性のバラツキの原因を判断することができず、ヘッド基体３に対する各圧電素子２の接合から製造工程をやり直す場合に比べ、例えば、ノズルプレート６の交換だけを行えばよく、無駄な工程を行うことを防止することができる。
【００３２】
ここで、例えば、測定した各圧電素子２の非接合部分の各々の固有振動数と、予め設定された許容範囲とを比較し、許容範囲を超える固有振動数を有する圧電素子２を取り除き、取り除いた圧電素子２に換えて他の圧電素子２の一端部をヘッド基体３に接合することによって、液滴噴射ヘッド１の製造途中で、接合が不合格である圧電素子２が取り除かれるので、その圧電素子２を用いるような無駄な工程を行わずに、噴射特性のバラツキが抑えられた液滴噴射ヘッド１を得ることができる。
【００３３】
また、例えば、測定した各圧電素子２の非接合部分の各々の固有振動数と、予め設定された許容範囲とを比較し、接合した各圧電素子２の全てが、許容範囲内の固有振動数を有する圧電素子２であるヘッド基体３を選択し、選択したヘッド基体３に振動プレート４を介して液室プレート５及びノズルプレート６を設けることによって、圧電素子２の接合が合格したヘッド基体３だけが液滴噴射ヘッド１の製造に用いられるので、圧電素子２の接合が不合格であるヘッド基体３を用いるような無駄な工程を行わずに、噴射特性のバラツキが抑えられた液滴噴射ヘッド１を得ることができる。
【００３４】
また、例えば、第１基体３Ａ及び第２基体３Ｂを組み合わせて構成されるヘッド基体３において、第１基体３Ａに各圧電素子２の各々の一端部を接合し、かつ、第２基体３Ｂに各圧電素子２の各々の一端部を接合し、さらに、測定した各圧電素子２の非接合部分の各々の固有振動数と、予め設定された許容範囲とを比較し、接合した各圧電素子２の全てが、許容範囲内の固有振動数を有する圧電素子２である第１基体３Ａ及び第２基体３Ｂを選択し、選択した第１基体３Ａ及び第２基体３Ｂを組み合わせてヘッド基体３を形成することによって、圧電素子２の接合が合格した第１基体３Ａ及び第２基体３Ｂだけがヘッド基体３の製造に用いられるので、圧電素子２の接合が不合格である第１基体３Ａ及び第２基体３Ｂを用いるような無駄な工程を行わずに、噴射特性のバラツキが抑えられた液滴噴射ヘッド１を得ることができる。
【００３５】
（他の実施の形態）
なお、本発明は、前述の実施の形態に限るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。
【００３６】
例えば、前述の実施の形態においては、振動プレート４上に液室プレート５及びノズルプレート６を積層して接着剤により固定するようにしているが、これに限るものではなく、例えば、ネジ等の締結部材を用いて固定するようにしてもよい。
【００３７】
また、前述の実施の形態においては、測定した各圧電素子２の固有振動数が所定の許容範囲内にあるか否かを判断しているが、これに限るものではなく、例えば、測定した各圧電素子２の固有振動数が所定の固有振動数であるか否かを判断するようにしてもよい。加えて、使用する液体等によっては、各圧電素子２の固有振動数が所定の固有振動数以上であるか否かを判断するようにしてもよく、逆に、所定の固有振動数以下であるか否かを判断するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の一形態に係る液滴噴射ヘッドの概略構成を示す分解斜視図である。
【図２】図１のＡ１−Ａ１線断面図である。
【図３】図１及び図２に示す液滴噴射ヘッドが備えるヘッド基体に対する圧電素子及び振動プレートの接合を説明する工程断面図である。
【図４】図１及び図２に示す液滴噴射ヘッドが備える圧電素子から測定される電圧波形を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
１…液滴噴射ヘッド、２…圧電素子、３…ヘッド基体、３Ａ…第１基体、３Ｂ…第２基体、４…振動プレート、５…液室プレート、５ａ…液室、６…ノズルプレート、６ａ…ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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