JP2010105260A - 液体移送装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体流路内に圧電材料の粒子が残存することを防止する。
【解決手段】まず、振動板３１と、流路ユニット４の一部を構成するキャビティプレート４１及びベースプレート４２の３枚のプレートを積層して金属拡散接合により接合する（第１接合工程）。次に、振動板３１の上面に、複数の圧力室１４を覆うように、ＡＤ法により圧電材料の粒子を振動板３１上に堆積させることにより圧電層３２を形成する（圧電層形成工程）。その後、圧電層３２、振動板３１、及び、プレート４１，４２を所定のアニール温度以上に加熱して、圧電層３２に対して熱処理を施す（アニール処理工程）。次に、振動板３１、キャビティプレート４１、及び、ベースプレート４２の３枚のプレートにより形成されたインク流路内に流体を流し込み、インク流路内を洗浄することで、インク流路内に侵入した粒子を除去する（液体流路洗浄工程）。
【選択図】 図５

Description

本発明は、圧電層をエアロゾルデポジション法により形成する液体移送装置の製造方法に関する。

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。

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、その中でもエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）により成膜する方法が知られている。ＡＤ法とは、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である。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が変形するおそれがある。したがって、振動板を変形させないためには、振動板の剛性を高める必要がある。しかし、振動板の剛性を高めると、インクを吐出するための圧電アクチュエータの駆動において、振動板の変形が小さくなり、その結果インク吐出に必要な圧力をインクに付与することができなくなる。そこで、振動板自体は、変形しやすいように比較的剛性が低いものとして構成し、振動板にエアロゾルを噴きつける際には、あらかじめ振動板に流路ユニット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、圧電アクチュエータを製造する際に、圧力室を覆うように流路ユニットの上面にステンレス材料などからなる振動板を接合し、振動板の上面にエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）により圧電層を形成している。

特開２００６−０５４４４２号公報（図３）

しかしながら、振動板に噴きつけられた圧電材料の粒子の一部が、振動板に堆積せずに、液体流路の開口や振動板と流路ユニットの隙間などから液体流路内に侵入して残存してしまい、この残存した粒子によって流路詰まりが生じることが発明者によって知見された。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、圧電材料の粒子が流路の一部であるノズルに詰まると吐出不良になることが考えられる。また、残存した粒子が液体と混ざることで液体の性質が変化するなどの不具合が生じることも発明者によって知見された。

そこで、本発明の目的は、エアロゾルデポジション法による圧電層形成工程時に振動板に堆積しないで液体流路内に侵入した圧電材料の粒子が、液体流路内に残存することを防止した液体移送装置の製造方法を提供することである。

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、を備えた液体移送装置の製造方法であって、前記流路ユニットの一部を構成する第１流路構造体と前記振動板とを積層して接合する第１接合工程と、前記第１接合工程の後、前記振動板の前記圧力室と反対側の面に、エアロゾルデポジション法により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、前記圧電層形成工程の後、前記第１流路構造体に形成された液体流路内に流体を流し込み、前記圧電層形成工程において堆積せずに前記液体流路内に侵入した前記圧電材料の粒子を除去する液体流路洗浄工程と、を備えている。

本発明の液体移送装置の製造方法によると、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、振動板に堆積せずに第１流路構造体に形成された液体流路内に侵入した圧電材料の粒子を洗浄工程において除去することで、この粒子が液体流路内に残存することを防止することができる。

また、前記第１流路構造体は、金属材料からなる複数枚のプレートが積層されて構成されており、前記振動板は金属材料からなり、前記第１接合工程において、当該複数枚のプレートと前記振動板とを積層状態で金属拡散接合によって接合しており、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が好ましい。金属拡散接合は高温で加圧することで、原子の拡散を利用して接合しているため、振動板にエアロゾルデポジション法により圧電層を形成した後に、高温で第１流路構造体と接合された振動板に熱処理を施しても、振動板及び第１流路構造体の接合状態に影響を与えることがない。

さらに、前記第１流路構造体の前記振動板と反対側の面に第２流路構造体を積層し接合することで、前記流路ユニットが構成されていることが好ましい。ＡＤ法による圧電層形成工程時には、振動板の剛性を高めるために何らかのプレートなどを接合しておくことが好ましいが、振動板に流路ユニットを接合してしまうと、液体流路の構造が複雑な場合などには洗浄しても、液体流路内に侵入した圧電材料の粒子が完全に除去されずに残存してしまうことが考えられる。そこで、振動板に流路ユニットの一部を構成する第１流路構造体だけを接合して、圧電層形成工程を行い、その後、第２流路構造体を接合することが望ましい。

加えて、前記第２流路構造体は、複数枚のプレートが積層されて構成されており、前記第２流路構造体を構成する前記複数枚のプレートには、前記液体流路において最も流路抵抗が大きな流路が形成されたプレートが含まれていることが好ましい。液体流路において最も流路抵抗の大きな流路は狭く、流体を用いた洗浄がしにくい。そこで、この最も流路抵抗の大きな流路が形成されたプレートを第１流路構造体に含めないようにすることで、流路洗浄工程において第１流路構造体に形成された液体流路を効率よく洗浄することができる。

また、前記第２流路構造体は、複数枚のプレートが積層されて構成されており、前記第２流路構造体を構成する前記複数枚のプレートは、前記液体流路の途中部において局所的に流路抵抗が大きくなる流路が形成されたプレートを含んでいることが好ましい。これによると、液体流路の途中部において局所的に流路抵抗が大きくなる流路が形成されたプレートを第１流路構造体に含めないようにすることで、流路洗浄工程において第１流路構造体に形成された液体流路を効率よく洗浄することができる。

さらに、前記圧力室は、一平面に沿って複数配置されており、前記第２流路構造体を構成する前記複数枚のプレートは、複数の前記圧力室に液体を共通に供給する共通液供給室が形成されたプレートを含んでおり、前記液体流路の途中部において局所的に流路抵抗が大きくなる流路は、前記圧力室と前記共通液供給室との間を連通させる絞り流路であることが好ましい。絞り流路が形成されていることで、圧電アクチュエータの駆動により圧力室内のインクに発生した圧力波が共通液供給室に逃げにくく、圧力波を効率的にインク吐出に使うことができる。

加えて、前記絞り流路は１枚のプレートにハーフエッチングにより形成されており、前記絞り流路が形成されたプレートは、前記共通液供給室が形成されたプレートと隣接しており、前記共通液供給室が形成されたプレートと、前記絞り流路が形成されたプレートとを積層して接合する第２接合工程をさらに備えていることが好ましい。仮に、第２流路構造体を構成するプレートが、共通液供給室が形成されたプレートと絞り流路が形成されたプレートと絞り流路が形成されたプレートの共通液供給室が形成されたプレートと反対側の面に当接する他のプレートであるとすると、これらのプレートを接合しようとしたときに、開口の大きい共通液供給室と対向する部分では、絞り流路が形成されたプレートと当該他のプレートと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接合が不十分となってしまう。そこで、共通液供給室が形成されたプレートと絞り流路が形成されたプレートとを接合した後に、この積層体を他のプレートと積層して接合することで、積層された全てのプレート間を確実に接合することができる。

また、前記絞り流路は、前記共通液供給室とプレートの積層方向から見て重なる位置に配置されていることが好ましい。プレートの幅を大きくすることなく、共通液供給室が形成されたプレートと絞り流路が形成されたプレートを十分な押圧力を確保して確実に接合することができる。

さらに、前記第２流路構造体は、複数枚のプレートが積層されて構成されており、前記第２流路構造体を構成する前記複数枚のプレートは、前記圧力室に連通する吐出口が形成されたプレートを含んでいることが好ましい。これによると、液体流路において特に流路抵抗が大きい吐出口が形成されたプレートを第１流路構造体に含めないようにすることで、流路洗浄工程において第１流路構造体に形成された液体流路を効率よく洗浄することができる。

加えて、前記第１流路構造体と前記第２流路構造体とを接着剤で接合する第３接合工程をさらに備えていることが好ましい。これによると、複数枚のプレートが十分に接合された流路ユニットを形成することができる。

また、前記流路ユニットを構成する複数枚のプレート及び前記振動板は、平面視したときその外形が全て同じ形状であり、前記振動板には、前記液体流路に液体を供給する液体供給口が形成されていることが好ましい。これによると、複数枚のプレートの全面に均一に押圧力を作用させてより確実に接合することができる。

また、前記振動板の前記圧力室と反対側の面、または、前記第１流路構造体の前記振動板と接合される面に、前記液体流路に液体を供給する液体供給口が形成されている場合には、液体供給口は、エアロゾルデポジション法により圧電材料の粒子が噴きつけられる面と同じ側の面にある。そのため、振動板に噴きつけられた圧電材料の粒子が液体供給口から液体流路内に侵入しやすい。このような構成において、液体流路洗浄工程による洗浄の必要性が高くなる。

エアロゾルデポジション法による圧電層形成工程時に飛散する圧電材料の粒子が液体流路内に残存することを防止することができる。

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。

まず、このインクジェットヘッドを有するインクジェットプリンタについて説明する。図１は、本実施形態に係るインクジェットプリンタの概略構成図である。図１に示すように、インクジェットプリンタ１００は、図１の左右方向（走査方向）に往復移動可能なキャリッジ２と、このキャリッジ２の下面に設けられ、記録用紙Ｐに対してインクを吐出するシリアル型のインクジェットヘッド１と、記録用紙Ｐを図１の前方へ搬送する搬送ローラ３などを有している。

インクジェットプリンタ１００は、キャリッジ２とともにインクジェットヘッド１を走査方向に往復移動させながら、インクジェットヘッド１のノズル２０（図２〜図４参照）から記録用紙Ｐへインクを吐出させて、記録用紙Ｐに所定の画像や文字などを記録するとともに、画像などが記録された記録用紙Ｐを搬送ローラ３により前方へ排出する。

次に、インクジェットヘッド１について説明する。図２は、インクジェットヘッドの平面図である。図３は、図２の部分拡大図である。図４は、図３のＡ―Ａ線断面図である。図２〜図４に示すように、インクジェットヘッド１は、多数のノズル２０や圧力室１４を含むインク流路が形成された流路ユニット４と、この流路ユニット４の上面に配置され、圧力室１４内のインクに圧力を付与する圧電アクチュエータ５とを有している。

まず、流路ユニット４について説明する。流路ユニット４は、上層から順に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、平面視で同じ外形を有する計８枚のプレート４１〜４８が積層状態で接合されている。

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。プレート４１，４２間、プレート４３，４４間、プレート４４，４５間、プレート４５，４６間は、金属拡散により互いに接合されている。また、プレート４２，４３間、プレート４６，４７間、プレート４７，４８間は、接着剤により互いに接合されている。

８枚のプレート４１〜４８のうち、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１４が厚み方向に貫通して形成されている。各圧力室１４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、その上側に後述する振動板３１と下側のベースプレート４２とが積層されたときに、圧力室１４が形成される。複数の圧力室１４は、紙送り方向（図２の上下方向）に２列に配列されている。

ベースプレート４２には、圧力室１４の長手方向の両端部にそれぞれ連通する貫通孔１５，１６が形成されている。アパーチャプレート４３には、ベースプレート４２の貫通孔１５に連通するとともに圧力室１４の長手方向に沿って延び、平面視で後述するマニホールド流路１７と重なる位置にハーフエッチングにより形成された絞り流路５２と、貫通孔１６に連通する貫通孔５８が形成されている。絞り流路５２は、圧力室１４と後述するマニホールド流路１７との間を連通させる流路であり、後述する振動板３１に形成されたインク供給口１８からノズル２０に至るインク流路の途中部において、局所的に流路抵抗が大きくなった流路である。絞り流路５２が形成されていることで、圧電アクチュエータ５の駆動により圧力室１４内のインクに発生した圧力波がマニホールド流路１７に逃げにくく、圧力波を効率的にインク吐出に使うことができる。

２枚の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１７の一部をなすマニホールド形成孔１７ａ，１７ｂが、圧力室１４の列に対応して形成されている。そして、これら２つのマニホールド形成孔１７ａ，１７ｂ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１７が紙送り方向に２列形成されている。

これら２列のマニホールド流路１７は、平面視で、２列に配列された圧力室１４のマニホールド形成孔１７ａ，１７ｂ側の部分と重なるように、紙送り方向に延びている。これら２列のマニホールド流路１７は、後述する振動板３１に形成されたインク供給口１８に連通しており、図示しないインクタンクからインク供給口１８を介してマニホールド流路１７へインクが供給される。マニホールド流路１７に供給されたインクは、複数の圧力室１４へ供給される。つまり、マニホールド流路１７は、複数の圧力室１４にインクを共通に供給する共通インク室となっている。さらに、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。

ダンパープレート４６の下面の、平面視でマニホールド流路１７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１７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が形成されている。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。

８枚のプレート４１〜４８のうち、最下層に位置するノズルプレート４８には、カバープレート４７の貫通孔６３に連通するノズル２０が形成されている。図２に示すように、複数のノズル２０は、紙送り方向に２列配列された複数の圧力室１４のマニホールド流路１７と反対側の端部とそれぞれ重なるように配置されて、紙送り方向に２列のノズル列を構成している。

以上説明した８枚のプレート４１〜４８が積層した状態で接合されることにより、流路ユニット４内に、後述する振動板３１のインク供給口１８に連通するマニホールド流路１７から分岐して絞り流路５２及び圧力室１４を経由してノズル２０に至るインク流路が形成されている。

次に、圧電アクチュエータ５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５は、振動板３１、圧電層３２及び複数の個別電極３３を有している。

振動板３１は、流路ユニット４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。この金属製の振動板３１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。また、振動板３１の紙送り方向一端（図２の下方）には、図示しないインクタンクからインクが供給され、マニホールド流路１７に連通したインク供給口１８が形成されている。

圧電層３２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３１の上面（圧力室１４と反対側）に、複数の圧力室１４にまたがって連続的に配置されている。また、圧電層３２は、予めその厚み方向に分極されている。

複数の個別電極３３は、圧力室１４より一回り小さい略楕円形の平面形状を有し、圧電層３２の上面であって、平面視で複数の圧力室１４の略中央部と重なる位置に配置されている。個別電極３３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３３の長手方向に関するノズル２０と反対側の端部は、走査方向に圧力室１４と対向しない部分まで延びており、その先端部が、図示しないＦＰＣに接続される接続端子となっている。個別電極３３には、図示しないドライバＩＣによりＦＰＣを介して駆動電位が付与される。

ここで、圧電アクチュエータ５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２０からインクを吐出させる場合には、このノズル２０に連通する圧力室１４に対応する個別電極３３に、ドライバＩＣ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３３とグランド電位に保持されている振動板３１との間に電位差が生じ、両者に挟まれた圧電層３２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３２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３２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３１の圧力室１４と対向する部分が圧力室１４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１４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１４に連通するノズル２０からインクが吐出される。

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図であり、（ａ）は各プレートの接合工程、（ｂ）は圧電層形成工程、（ｃ）は個別電極形成工程、（ｄ）は各積層体の接合工程である。図６は、圧電層形成工程時のチャンバー内の概略構成図である。

まず、流路ユニット４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１４やマニホールド流路１７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。また、振動板３１に厚み方向に貫通したインク供給口１８を形成する。これらのプレート４１〜４７及び振動板３１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に絞り流路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。

そして、図５（ａ）に示すように、振動板３１と、流路ユニット４の一部を構成するキャビティプレート４１及びベースプレート４２の３枚のプレートとを積層して接合する（第１接合工程）。複数枚のプレート４１〜４７の中でも比較的厚みのあるベースプレート４２をキャビティプレート４１とともに振動板３１に接合していることで、後述するＡＤ法によるエアロゾルの高速での噴きつけにおいても、エアロゾルの衝突エネルギーで振動板３１が大きく変形することはない。キャビティプレート４１及びベースプレート４２は、接合されて積層体８１（第１流路構造体）を構成する。この接合工程において、積層した振動板３１及び各プレート４１，４２を所定温度（例えば、１０００℃）以上に加熱しながら加圧し、金属拡散接合により接合する。このとき、振動板３１、キャビティプレート４１、及び、ベースプレート４２が平面視で同じ外形であるため、均一に押圧力を作用させて確実に接合することができる。

また、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の４枚のプレートを、上述した３枚のプレート３１，４１，４２とは別に金属拡散接合により接合する（第２接合工程）。

さらに、合成樹脂製のノズルプレート４８に複数のノズル２０をレーザ加工などで形成した後に、このノズルプレート４８をカバープレート４７の下面に接着剤などで接合する。なお、ノズルプレート４８を、流路ユニット４を構成する他の７枚のプレート４１〜４７と同様にステンレス鋼などの金属材料で形成してもよく、その場合には、ノズルプレート４８とカバープレート４７とを金属拡散接合により接合してもよい。

次に、図５（ｂ）に示すように、振動板３１の上面に、複数の圧力室１４を覆うように、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振動板３１上に堆積させることにより圧電層３２を形成する（圧電層形成工程）。

ＡＤ法は、図６に示すように、振動板３１及び積層体８１をチャンバー７０内のステージ７１に振動板３１が下方になるように接着させるなどして保持する。そして、チャンバー７０内を真空にして、チャンバー７０と圧電層３２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７３からエアロゾルを振動板３１に噴きつけて、粒子を高速で振動板３１に衝突させるとともに、ステージ７１を水平方向に往復移動させることにより振動板３１上に圧電材料の粒子を堆積させる成膜法である。

ＡＤ法により圧電層３２を形成した場合に、圧電層３２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３１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３２、積層体８１を所定のアニール温度（例えば、６５０〜９００℃）以上に加熱して、圧電層３２に対して熱処理を施す（アニール処理工程）。このとき、圧電層３２のアニール温度以上の高温で振動板３１及び積層体８１に熱処理を施しても、振動板３１及び積層体８１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３１及び積層体８１の接合状態に影響を与えることがない。

また、ＡＤ法により圧電層３２を形成した場合に、振動板３１に噴きつけられたエアロゾルに含まれる粒子の一部は、非常に微細であるため、振動板３１に堆積せずに、インク供給口１８やプレート間の微小な隙間などから圧力室１４などのインク流路内に侵入してしまうことが考えられる。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１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やインク吐出時にノズル２０詰まりなど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インクの性質が変化するなどの不具合が生じるおそれがある。

そこで、振動板３１、キャビティプレート４１、及び、ベースプレート４２の３枚のプレートにより形成されたインク流路内に流体を流し込み、インク流路内を洗浄することで、インク流路内に侵入した粒子を除去する（液体流路洗浄工程）。洗浄方法としては、インク流路内にエアなどの気体や水などの液体を流し込む方法が挙げられる。なお、インク流路の壁面に粒子が固着している場合などには、さらに、インク流路内に充填した水などの液体を高周波の超音波で振動させて、固着した粒子を引き剥がして液体とともに排出する。

なお、ＡＤ法により振動板３１に圧電層３２を形成する前に、あらかじめインク供給口１８に取り外し可能なシールを貼ってインク流路内に粒子が入らないようにインク供給口１８を塞いでいることが好ましい。しかしながら、このシールはインクジェットヘッド１の完成時に取り外すものであるから、完全にインク供給口１８を密封できるほどのシール性能はなく、粒子の侵入を完全に防止できるものではない。そのため、上述したように、インク流路内を洗浄することがインク流路内に粒子を残存させないために効果的となる。

また、上述したように、ＡＤ法の前に振動板３１に２枚のプレート４１，４２を金属拡散接合により接合し、エアロゾルの噴きつけにおいてもエアロゾルの衝突エネルギーで振動板３１が大きく変形することはないが、このとき、振動板３１と接合された複数枚のプレートによって形成されたインク流路に、流路ユニット４のインク流路全体において最も流路抵抗が大きな流路や局所的に流路が大きくなる流路が含まれていると、洗浄がしにくく、粒子の排出が困難となる。

例えば、インク供給口１８からノズル２０に至るインク流路の途中部において、局所的に流路抵抗の大きな絞り流路５２が形成されたアパーチャプレート４３も同時に接合してしまうことも可能だが、絞り流路５２は流路抵抗が高いため、インク流路内に流し込む流体が流れにくく、また流速を速めて洗浄する場合には、流体に高い圧力を付与する必要があり、洗浄がしにくい。また、インク供給口１８からノズル２０に至るインク流路において、流路抵抗が大きなノズル２０が形成されたノズルプレート４８も金属製である場合には同時に接合してしまうことも可能だが、絞り流路５２が形成されたアパーチャプレート４３を同時に接合した場合と同様に洗浄がしにくい。

そこで、これらの絞り流路５２が形成されたアパーチャプレート４３やノズル２０が形成されたノズルプレート４８を除いて、振動板３１と２枚のプレート４１，４２だけを金属拡散接合してから圧電層形成を行うことで流路洗浄工程において効率よくインク流路内を洗浄することができる。また、ＡＤ法を行うために振動板３１をチャンバー７０のステージ７１に移動させるときに、振動板３１に２枚のプレート４１，４２が接合されていることで厚みが増し、振動板３１が折れ曲がったりすることなくハンドリングしやすい。

その後、図５（ｃ）に示すように、圧電層３２上の複数の圧力室１４と対向する領域に、複数の個別電極３３をそれぞれ形成する。複数の個別電極３３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。

最後に、図５（ｄ）に示すように、振動板３１、キャビティプレート４１と接合されたベースプレート４２の下面に３枚のプレート４４〜４６と接合されたアパーチャプレート４３の上面を接着剤で接合する。また、ダンパープレート４６の下面にノズルプレート４８が接合されたカバープレート４７の上面を接着剤で接合し（第３接合工程）、インクジェットヘッド１が完成する。アパーチャプレート４３からノズルプレート４８が積層された６枚のプレート４３〜４８は、接合されて積層体８２（第２流路構造体）を構成する。

以上、説明したインクジェットヘッド１の製造方法によると、圧電層形成工程において振動板３１に噴きつけられたが、振動板３１に堆積せずに積層体８１に形成されたインク流路内に侵入した粒子を除去することで、この粒子がインク流路内に残存することを防止することができる。

また、本実施形態にように、インク供給口１８が振動板３１の圧電層３２が形成された面に形成されていると、ＡＤ法により振動板３１に噴きつけられたエアロゾルに含まれる粒子がインク流路内に侵入しやすい。このような構成において、液体流路洗浄工程による洗浄の必要性が高くなる。

なお、第１接合工程において、洗浄のしやすさという観点を除けば、合成樹脂製のノズルプレート４８を除き、流路ユニット４を構成する残り７枚のプレート４１〜４７、及び、振動板３１は全て金属製であるため、まとめて積層して金属拡散接合することも考えられる。しかしながら、流路ユニット４のすべてのプレートと振動板３１とをまとめて積層して金属拡散接合するには、開口の大きいマニホールド流路１７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。具体的には、特に、平面視でマニホールド流路１７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３１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。また、インク流路を構成する空洞が積層方向に複数並ばないようにすることも考えられるが、各プレートの幅が大きくなってしまう。

したがって、本実施形態においては、マニホールド流路１７が形成されたマニホールドプレート４４，４５と、その両側に位置する多くとも１枚ずつのマニホールドプレート４４と隣接する絞り流路５２が形成されたアパーチャプレート４３と、マニホールドプレート４５と隣接するダンパープレート４６とだけを積層して金属拡散接合により接合している。その後、上述したように振動板３１、キャビティプレート４１と接合されたベースプレート４２の下面に、３枚のプレート４４〜４６と接合されたアパーチャプレート４３の上面を接着剤で接合している。このため、各プレートの幅を大きくすることなく、十分な押圧力で積層された全てのプレート間を確実に接合することができる。

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。

本実施形態においては、圧電アクチュエータ５には、圧電層３２の上面に複数の個別電極３３が配置され、圧電層３２の下面に共通電極を兼ねた振動板３１が配置されていたが、圧電層３２の下面に振動板３１との間に絶縁層を挟んで共通電極が配置されているとともに、圧電層３２の上面に複数の個別電極３３が配置されていてもよい。

また、本実施形態において、第１接合工程では、振動板３１、キャビティプレート４１及びベースプレート４２を接合していたが、振動板３１及びキャビティプレート４１だけを接合してもよいし、振動板３１と３枚以上のプレートを接合してもよい。積層体の厚みによるハンドリングしやすさや、第１接合工程の後に行われる液体流路洗浄工程でのインク流路の洗浄しやすさなどに応じて適宜の枚数接合することが好ましい。

さらに、本実施形態においては、アニール処理工程の後に液体流路洗浄工程を行っていたが、液体流路洗浄工程は圧電層形成工程の後であればどのタイミングで行ってもよい。ただし、インク流路の洗浄しやすさを考慮すると、液体流路洗浄工程は第３接合工程より先に行うことが好ましい。

振動板３１が流路ユニット４を構成する各プレート４１〜４８よりも小さく、少なくとも圧力室１４を覆うような外形である場合などには、インク流路に連通するインク供給口は、例えば、流路ユニット４を構成する各プレート４１〜４８のうち、最も上層に位置するキャビティプレート４１でもよいし、流路ユニット４の側面や底面など任意の位置に形成されていてもよい。

また、流路ユニット４によって形成されたインク流路の流路構造が複雑でなく、流路抵抗がさほど高くない場合には、流路ユニット４を構成する全てのプレートを接合してから圧電層形成工程においてＡＤ法を行い、流路洗浄工程を行ってもよい。

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。

本実施形態に係るインクジェットプリンタの概略構成図である。 インクジェットヘッドの平面図である。 図２の部分拡大図である。 図３のＡ―Ａ線断面図である。 インクジェットヘッドの製造方法を示す図であり、（ａ）は各プレートの接合工程、（ｂ）は圧電層形成工程、（ｃ）は個別電極形成工程、（ｄ）は各積層体の接合工程である。 圧電層形成工程時のチャンバー内の概略構成図である。

符号の説明

１ インクジェットヘッド
４ 流路ユニット
５ 圧電アクチュエータ
１４ 圧力室
３１ 振動板
３２ 圧電層
８１ 積層体
１００ インクジェットプリンタ

Claims (12)

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、を備えた液体移送装置の製造方法であって、
   前記流路ユニットの一部を構成する第１流路構造体と前記振動板とを積層して接合する第１接合工程と、
   前記第１接合工程の後、前記振動板の前記圧力室と反対側の面に、エアロゾルデポジション法により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、
   前記圧電層形成工程の後、前記第１流路構造体に形成された液体流路内に流体を流し込み、前記圧電層形成工程において堆積せずに前記液体流路内に侵入した前記圧電材料の粒子を除去する液体流路洗浄工程と、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。
2. 前記第１流路構造体は、金属材料からなる複数枚のプレートが積層されて構成されており、
   前記振動板は金属材料からなり、
   前記第１接合工程において、当該複数枚のプレートと前記振動板とを積層状態で金属拡散接合によって接合しており、
   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１に記載の液体移送装置の製造方法。
3. 前記第１流路構造体の前記振動板と反対側の面に第２流路構造体を積層し接合することで、前記流路ユニットが構成されてい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。
4. 前記第２流路構造体は、複数枚のプレートが積層されて構成されており、
   前記第２流路構造体を構成する前記複数枚のプレートには、前記液体流路において最も流路抵抗が大きな流路が形成されたプレートが含まれ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。
5. 前記第２流路構造体は、複数枚のプレートが積層されて構成されており、
   前記第２流路構造体を構成する前記複数枚のプレートは、前記液体流路の途中部において局所的に流路抵抗が大きくなる流路が形成されたプレートを含んで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。
6. 前記圧力室は、一平面に沿って複数配置されており、
   前記第２流路構造体を構成する前記複数枚のプレートは、複数の前記圧力室に液体を共通に供給する共通液供給室が形成されたプレートを含んでおり、
   前記液体流路の途中部において局所的に流路抵抗が大きくなる流路は、前記圧力室と前記共通液供給室との間を連通させる絞り流路であ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。
7. 前記絞り流路は１枚のプレートにハーフエッチングにより形成されており、
   前記絞り流路が形成されたプレートは、前記共通液供給室が形成されたプレートと隣接しており、
   前記共通液供給室が形成されたプレートと、前記絞り流路が形成されたプレートとを積層して接合する第２接合工程をさらに備えていることを特徴とする請求項６に記載の液体移送装置の製造方法。
8. 前記絞り流路は、前記共通液供給室とプレートの積層方向から見て重なる位置に配置されていることを特徴とする請求項７に記載の液体移送装置の製造方法。
9. 前記第２流路構造体は、複数枚のプレートが積層されて構成されており、
   前記第２流路構造体を構成する前記複数枚のプレートは、前記圧力室に連通する吐出口が形成されたプレートを含んで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。
10. 前記第１流路構造体と前記第２流路構造体とを接着剤で接合する第３接合工程をさらに備えていることを特徴とする請求項３〜９のいずれか１項に記載の液体移送装置の製造方法。
11. 前記流路ユニットを構成する複数枚のプレート及び前記振動板は、平面視したときその外形が全て同じ形状であり、
    前記振動板には、前記液体流路に液体を供給する液体供給口が形成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の液体移送装置の製造方法。
12. 前記振動板の前記圧力室と反対側の面、または、前記第１流路構造体の前記振動板と接合される面には、前記液体流路に液体を供給する液体供給口が形成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の液体移送装置の製造方法。

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