液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置
【課題】圧電素子を補強部材の穴部に挿入する際に、穴間の隔壁が圧電素子と接触してしまうことを防止できる液体噴射ヘッド、及び、液体噴射装置を提供することにある。
【解決手段】圧電素子群の複数の圧電素子が１つの挿通口４０を挿通するようにした。これにより、例えば、補強部材に複数の挿通口を形成し、各圧電素子が別々の挿通口を設けた場合に比べると、アクチュエータユニットを挿通口４０に挿入する際に、圧電素子の先端が挿通口間の隔壁に接触し、不良となることを防止できる。また、隔壁が無いことにより、圧電素子群４５を高密度に配置しても、挿入を容易に行える。従って、アクチュエータユニット４６を挿入する際の不良を防止でき、さらに圧電素子を高密度に配置しても挿入を容易に行える。その結果、記録ヘッド１４の組立を容易に行うことができ、さらに、プリンター１の解像度を向上させることができる。
【解決手段】圧電素子群の複数の圧電素子が１つの挿通口４０を挿通するようにした。これにより、例えば、補強部材に複数の挿通口を形成し、各圧電素子が別々の挿通口を設けた場合に比べると、アクチュエータユニットを挿通口４０に挿入する際に、圧電素子の先端が挿通口間の隔壁に接触し、不良となることを防止できる。また、隔壁が無いことにより、圧電素子群４５を高密度に配置しても、挿入を容易に行える。従って、アクチュエータユニット４６を挿入する際の不良を防止でき、さらに圧電素子を高密度に配置しても挿入を容易に行える。その結果、記録ヘッド１４の組立を容易に行うことができ、さらに、プリンター１の解像度を向上させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子などの圧力発生手段により、圧力発生室の容積を変化させ、ノズル開口から液体を吐出させる液体噴射ヘッドが知られている（例えば、特許文献１参照）。
液体の流路は一枚以上の薄板を接合して形成する。例えば、ノズル開口を有するノズルプレート、圧力発生室が形成されたチャンバプレートおよび共通液体通路と圧力発生室とを連結して圧力発生室への液体流入を制御するリストリクタを形成したリストリクタプレートを位置決めして接合する。
次に、圧電素子の圧力を圧力発生室に伝えるための振動板と、振動板の振動領域を規定する穴部を有するサポート部としてのサポートプレートとを位置決めして接合する。これらの薄板を貼り合わせることで流路形成基板が形成される。流路形成基板に、共通液体通路を形成したケースを同じように位置決めして接合する。
最後に、複数の圧電素子とそれを固定する固定板からなるアクチュエータユニットを位置決めして接合する。アクチュエータユニットは複数の圧電素子からなり、各々の圧電素子は圧力発生室の一つずつに対応するようになっている。各圧電素子は個別電極及び裏側に共通電極が接続されており、個別電極に選択的な電気信号を加えることで、圧電素子を変形させる。圧電素子の変形が振動板を介し圧力発生室に伝わり、液体はノズル開口から液滴として吐出される。
また、サポート部より高剛性の補強部材を、サポート部とケースとの間に少なくとも１枚以上配置し、圧電素子間の接着剤を介したクロストークを抑制させたものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４３９６３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の液体噴射ヘッドでは、圧電素子が挿入される穴部を素子毎に設けているため、穴部間の隔壁が圧電素子と接触してしまうという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］本適用例に係る液体噴射ヘッドは、圧電素子の圧力を圧力発生室に伝えるための振動板と、共通液体室から前記圧力発生室を通ってノズル開口に連通する液体流路を有するキャビティユニットと、複数の前記圧電素子を含む圧電素子群及び該圧電素子群を支持する固定板を有するアクチュエータユニットと、該アクチュエータユニットが収納される収納空部を有するケースとを備えた液体噴射ヘッドであって、前記圧力発生室に対向する部分に一つの穴部が形成され、前記ケースよりも高い剛性により前記キャビティユニットと前記ケースとを補強する補強部材を備え、前記アクチュエータユニットの前記圧電素子群に含まれる各圧電素子の一端が、前記補強部材の前記穴部に挿通され、前記振動板に固定されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【０００７】
本適用例によれば、圧電素子群すべてを挿入できる一つの穴部を設けたことにより、アクチュエータユニットを挿入する際に、隔壁に接触し、不良となることを防止できる。また、隔壁が無いことにより、圧電素子群を高密度に配置しても、挿入を容易に行える。従って、アクチュエータユニットを挿入する際の不良を防止でき、さらに圧電素子を高密度に配置しても挿入を容易に行える液体噴射ヘッドを提供できる。
【０００８】
［適用例２］上記に記載の液体噴射ヘッドを備えていることを特徴とする液体噴射装置。
【０００９】
本適用例によれば、前述の効果を達成できる液体噴射装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】プリンターの斜視図。
【図２】記録ヘッドユニットの分解斜視図。
【図３】記録ヘッドユニットの平面図。
【図４】（ａ）は記録ヘッドユニットの正面図、（ｂ）は記録ヘッドユニットの底面図、（ｃ）は記録ヘッドユニットの側面図。
【図５】図３におけるＡ−Ａ線の断面図。
【図６】図４におけるＢ−Ｂ線の断面図。
【図７】図４におけるＣ−Ｃ線の断面図。
【図８】図５における領域Ｄの拡大図。
【図９】図７における領域Ｅの拡大図。
【図１０】記録ヘッドの構成をより簡略化して要部を拡大した断面図。
【図１１】記録ヘッドの製造方法を説明する図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）はＦ−Ｆ線から見た図、（ｃ）はＧ−Ｇ線から見た図。
【図１２】キャビティユニットを固定した補強部材にアクチュエータユニットを装着した状態図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＨ−Ｈ線の断面図。
【図１３】キャビティユニットおよびアクチュエータユニットを固定した補強部材にケースを装着した状態図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＩ−Ｉ線の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳しく説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。また、以下においては、液体噴射装置として、図１に示すインクジェット式記録装置（以下、単にプリンター１という）を例示する。
【００１２】
図１において、プリンター１は、液体噴射ヘッドの一種であるインクジェット式記録ヘッドユニット（以下、単に記録ヘッドユニット２という）が取り付けられると共に、記録ヘッドユニット２とインクカートリッジ３とから構成されるキャリッジ４、記録ヘッドユニット２の下方に配設されたプラテン５、キャリッジ４を記録紙６（ノズル開口３７から噴射された液体が着弾する着弾対象の一種）の紙幅方向に移動させるキャリッジ移動機構７、紙幅方向に直交する方向である紙送り方向に記録紙６を搬送する紙送り機構８等を備えて概略構成されている。
ここで、紙幅方向とは、主走査方向（記録ヘッドユニット２の往復移動方向）であり、紙送り方向とは、副走査方向（即ち、記録ヘッドユニット２の走査方向に直交する方向）である。
【００１３】
キャリッジ４は、主走査方向に架設されたガイドロッド９に軸支された状態で取り付けられており、キャリッジ移動機構７の作動により、ガイドロッド９に沿って主走査方向に移動するように構成されている。キャリッジ４の主走査方向の位置は、リニアエンコーダー１０によって検出され、検出信号が位置情報として制御部（図示せず）に送信される。これにより、制御部はこのリニアエンコーダー１０からの位置情報に基づいてキャリッジ４（記録ヘッドユニット２）の走査位置を認識しながら、記録ヘッドユニット２による記録動作（噴射動作）等を制御することができる。
【００１４】
次に記録ヘッドユニット２について説明する。図２は、記録ヘッドユニット２の分解斜視図、図３は、記録ヘッドユニット２の平面図、図４（ａ）は、記録ヘッドユニット２の正面図、図４（ｂ）は、記録ヘッドユニット２の底面図、図４（ｃ）は、記録ヘッドユニット２の側面図である。また、図５は、図３におけるＡ−Ａ線の断面図、図６は、図４におけるＢ−Ｂ線の断面図、図７は、図４におけるＣ−Ｃ線の断面図である。
図１において、記録ヘッドユニット２は、キャリッジ４の下側（記録動作時の記録紙６側）の部分を構成しており、上部にはインク（液体の一種）を貯留したインクカートリッジ３が着脱可能に取り付けられている。
また、記録ヘッドユニット２は、図２に示すように、図１に示したインクカートリッジ３が取り付けられる架台１２と、架台１２の下部に備えられた回路基板１３と、回路基板１３を挟んで架台１２の下方（インクカートリッジ３とは反対側）に取り付けられる記録ヘッド１４と、記録ヘッド１４を保護するヘッドカバー１５とから構成されている。
【００１５】
架台１２は、記録ヘッドユニット２の上部を構成する部材である。実施形態の架台１２は、インクカートリッジ３からインクを導入するインク導入部材１７と、インク導入部材１７の下部に装着される環状のシール部材１８と、シール部材１８の内側に配置される接続流路部材１９と、接続流路部材１９の下部に装着される複数のフィルター２０と、これらのフィルター２０を挟んで接続流路部材１９の下方に取り付けられる上流基礎部材２１とから構成されている。
【００１６】
インク導入部材１７は、上面に複数のインクカートリッジ３が着脱可能に取り付けられるインクカートリッジ装着部２２を備えている。このインクカートリッジ装着部２２の底部上面には、装着される各インクカートリッジ３に対応して複数のインク導入針２３が形成されている。実施形態では、４色のインク（例えば、シアンインク、マゼンタインク、イエローインク、ブラックインク）に対応して、４本のインク導入針２３が列設されている（図２等参照）。
インク導入針２３の内部には流路が形成されており、当該流路はインク導入流路２４の一部として機能する（図５等参照）。そして、インク導入針２３をインクカートリッジ３に挿入することで、インク導入流路２４とインクカートリッジ３内部とを連通することができる。これにより、記録ヘッドユニット２内にインクを導入することができる。また、インク導入流路２４の下端部は、インク導入部材１７の下側に接合される接続流路部材１９に形成された中間流路２７（後述）に連通可能に形成されている。
【００１７】
シール部材１８は、内面が接続流路部材１９の外周に沿うように環状に形成された、樹脂等から成る弾性部材である。このシール部材１８は、インク導入部材１７と上流基礎部材２１の間に挟まれ、同様にインク導入部材１７と上流基礎部材２１の間に挟まれる接続流路部材１９の周囲を密封する。
【００１８】
接続流路部材１９は、４本のインク導入針２３にそれぞれ対応して形成された中間流路２７を４つ有する平板状の部材である。この中間流路２７は、一端がインク導入部材１７のインク導入流路２４に連通し、他端が上流基礎部材２１のインク供給路２９（後述）にそれぞれフィルター２０を介して連通している。
ここで、フィルター２０は、接続流路部材１９の中間流路２７と上流基礎部材２１のインク供給路２９の間に装着され、流路内のインクに混入した気泡や異物がインクと共にインク供給路２９に供給されないようにするための部材であり、４本の流路に対応して４つ備えられている。
なお、フィルター２０は、通過するインクの流路抵抗を減らすためにインク導入流路２４や記録ヘッド１４内の流路に比べて大きめに形成されており、これに合わせて中間流路２７の下端部をフィルター２０に向けて拡径させ、下側の開口径をフィルター２０と略同じ大きさに揃えている。
【００１９】
上流基礎部材２１は、架台１２の下端部分を構成する部材であり、下面には、回路基板１３を挟んで記録ヘッド１４が接合されている。また、この上流基礎部材２１の上面には、接続流路部材装着部２８が形成されており、接続流路部材１９が装着される。
また、接続流路部材装着部２８の中央には、インク供給路２９が板厚方向に貫通して形成されている。このインク供給路２９は、上側でフィルター２０を介して接続流路部材１９の中間流路２７と連通し、下側で記録ヘッド１４のケース４８に形成されたケース流路７０（後述）と連通する。
なお、インク供給路２９における上側の開口径は、フィルター２０と略同じ大きさに揃えられており、下側に向けて縮径している。また、インク供給路２９の下端は、上流基礎部材２１の下面より下側（記録ヘッド１４側）に延出しており、後述する回路基板１３の流路挿通孔３４に挿通されている。これにより、インク供給路２９の下端は、回路基板１３を挟んでケース流路７０と液密に接合することができる。そして、上流基礎部材２１が、間にシール部材１８、接続流路部材１９およびフィルター２０を挟んでインク導入部材１７と接合されることで、架台１２を形成している。このとき、インク導入流路２４、中間流路２７およびインク供給路２９がそれぞれ連通し、一連の上流側インク流路が形成される。この上流側インク流路によってインクカートリッジ３内のインクが記録ヘッド１４に送られることになる。
【００２０】
回路基板１３は、表面にＩＣ、抵抗等の電装部品が実装されると共に一側の端部にコネクター３２が形成されており、上記した架台１２と記録ヘッド１４の間に装着されている。この回路基板１３は、後述する記録ヘッド１４のアクチュエータユニット４６を構成するフレキシブルケーブル３３が接合されている。また、コネクター３２には、一端をプリンター１の制御部に接続した信号ケーブル（図示せず）の他端が接続される。そのため、信号ケーブルを通じてプリンター１の制御部から送られてくる駆動信号等を、回路基板１３およびフレキシブルケーブル３３を介してアクチュエータユニット４６に供給することができる。これにより、記録ヘッド１４のインクの噴射動作を制御している。また、インク供給路２９に対応する箇所には、板厚方向に貫通した流路挿通孔３４が形成されている。この流路挿通孔３４にインク供給路２９の下端を挿通して、回路基板１３より下方でインク供給路２９とケース４８のケース流路７０を接続している。
【００２１】
次に記録ヘッド１４の構成について詳しく説明する。図８〜図１０は記録ヘッド１４の断面図であり、図８は、図５における領域Ｄの拡大図、図９は、図７における領域Ｅの拡大図、図１０は、記録ヘッド１４の構成をより簡略化して要部を拡大した断面図である。
実施形態における記録ヘッド１４は、ノズル形成面３６に開口した複数のノズル開口３７にそれぞれ連通する複数の圧力発生室３８（本発明の圧力発生室に相当）を有するキャビティユニット３９と、このキャビティユニット３９のノズル形成面３６とは反対側の面に接合され、少なくとも圧力発生室３８と対向する部分が板厚方向に貫通した穴部としての挿通口４０を有する補強部材４１と、この補強部材４１のキャビティユニット３９とは反対側の面における挿通口４０の縁部に一端面が固定される固定板４２、および、固定板４２から先端部を突出させた状態で基端部がこの固定板４２に支持されると共にキャビティユニット３９の圧力発生室３８に対向する部分に先端部が固定される複数の圧電素子４４（圧電素子群４５）を有するアクチュエータユニット４６と、このアクチュエータユニット４６の一部を内部に収容する収容空部４７を有するケース４８と、を備えて構成される。
【００２２】
まず、キャビティユニット３９について説明する。キャビティユニット３９は、ノズルプレート４９、流路形成基板５０、及び振動板５１から構成され、ノズルプレート４９を流路形成基板５０の一方の表面に、振動板５１をノズルプレート４９とは反対側となる流路形成基板５０の他方の表面にそれぞれ配置して積層し、接着等により一体化することで形成される。
【００２３】
ノズルプレート４９は、ドット形成密度に対応したピッチで複数のノズル開口３７を列状に開設したステンレス鋼製の薄いプレートである。実施形態では、例えば、１８０個のノズル開口３７を列状に開設し、これらのノズル開口３７によってノズル列を構成している。したがって、ノズルプレート４９の下面（流路形成基板５０とは反対側の面）が本発明のノズル形成面３６となる。また、実施形態のノズルプレート４９は、ノズル列を左右対称に２列、主走査方向に横並びに設けている。
【００２４】
流路形成基板５０は、リザーバー５２、インク供給口５３、及び圧力発生室３８からなる一連のインク流路を形成する板状部材である。実施形態の流路形成基板５０は、シリコンウェハーをエッチング処理することで作製されている。
圧力発生室３８は、ノズル開口３７の列設方向（ノズル列方向）に対して直交する方向に細長い室であり、隔壁で区画された状態で各ノズル開口３７に対応して複数列状に形成されている。そして、この圧力発生室３８の列が、流路形成基板５０においてノズル列に直交する方向（記録動作時の主走査方向）に並べて２列形成されている。
インク供給口５３は、圧力発生室３８とリザーバー５２との間を連通する流路幅の狭い狭窄部として形成されている。また、リザーバー５２は、複数の圧力発生室３８に共通なインクが導入される空部である。このリザーバー５２の一部は、中央（ノズル開口３７の列設方向と直交する方向において２列のノズル列の間）に向けて延在しており、振動板５１の中央部に開設された後述するインク導入口と連通している。このため、リザーバー５２は、振動板５１のインク導入口、補強部材４１の貫通流路６１、ケース４８のケース流路７０、および、上記した架台１２の上流側インク流路を介してインクカートリッジ３と連通すると共に、インク供給口５３を介して対応する各圧力発生室３８に連通する。その結果、リザーバー５２はインクカートリッジ３に貯留されたインクを各圧力発生室３８に供給することができる。なお、実施形態では、４色のインクカートリッジ３に対応して、２列のリザーバー５２のうちの一方のリザーバー５２を隔壁で区画して３つに分割することで、合計４つのリザーバー５２を形成し、分割していないリザーバー５２を使用頻度の高い色（例えば、ブラックインク）に割り当てている。
【００２５】
振動板５１は、ステンレス鋼等の金属製の支持板５４上にＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂フィルム５５をラミネート加工した二重構造の複合板材であり、補強部材４１の貫通流路６１（後述）と対応するリザーバー５２とを繋げるインク導入口を上下方向に貫通させている。実施形態では、４つのリザーバー５２に対応して４つのインク導入口を中央（ノズル開口３７の列設方向と直交する方向において２列のノズル列の間）に列設させている。
また、振動板５１は、圧力発生室３８の一方の開口面（ノズルプレート４９とは反対側の面）を封止して、この圧力発生室３８の容積を変動させるためのダイヤフラム部５８を形成すると共に、リザーバー５２の一方の開口面（ノズルプレート４９とは反対側の面）を封止するコンプライアンス部５９を形成している。詳しくは、ダイヤフラム部５８は、圧力発生室３８に対応した部分の支持板５４にエッチング加工を施し、当該部分を環状に除去して圧電素子４４の自由端部の先端を接合するための島部６０を複数形成することで構成されている。この島部６０は、圧力発生室３８の平面形状と同様に、ノズル開口３７の列設方向と直交する方向に細長いブロック状であり、この島部６０の周りの樹脂フィルム５５が弾性体膜として機能する。また、コンプライアンス部５９として機能する部分、すなわちリザーバー５２に対応する部分は、このリザーバー５２の開口形状に倣って支持板５４がエッチング加工で除去されて樹脂フィルム５５のみとなっている。
【００２６】
そして、ケース４８は、例えば、エポキシ系樹脂などの樹脂により作製され、中空箱体状のケース本体４８ａと、該ケース本体４８ａの上端において当該ケース本体４８ａから側方に延出した板状部４８ｂとから構成されている。このケース本体４８ａの下面（架台１２とは反対側の面）には、補強部材４１が接着固定されている。
また、ケース本体４８ａの内部には、補強部材４１の挿通口４０と連通される収容空部４７が形成され、この収容空部４７内にアクチュエータユニット４６の一部が収容されている。実施形態では、２列の挿通口４０に対応して収容空部４７が２列形成されており、各収容空部４７は、固定板４２、圧電素子群４５の上部、および、フレキシブルケーブル３３の下部を収容している。
また、収容空部４７は、内壁がアクチュエータユニット４６に当接しないように、平面視におけるアクチュエータユニット４６の面積或いは挿通口４０の開口面積よりも十分に大きい開口面積で開口している。特に、固定板４２が収容空部４７の内壁に接合しないように、固定板４２と対向する側の内壁は、挿通口４０の縁に対応する位置から固定板４２とは反対側に向けて後退した位置に形成されている。これにより、図１０に示すように、固定板４２の背面（圧電素子群４５が接合されている面とは反対側の面）と収容空部４７の内壁との間には、間隙Ｓが設けられている。
【００２７】
また、ケース４８と補強部材４１とを接合した状態で、挿通口４０の内壁と収容空部４７の内壁との間には段差が生じ、これにより、挿通口４０の縁部には、後述する固定板４２の端面が接合される面が形成されている。さらに、２列の収容空部４７の間には、ケース４８の高さ方向に貫通したケース流路７０が４本並べて形成されている。このケース流路７０は、上端が架台１２の上流側インク流路（上流基礎部材２１のインク供給路２９）に連通し、下端が補強部材４１の貫通流路６１に連通している。これにより、インクカートリッジ３からのインクを上流側インク流路、ケース流路７０、貫通流路６１、インク導入口を介してリザーバー５２に供給することができる。
また、列設した各ケース流路７０を結んだ仮想直線上には、下端が補強部材側大気開放通路６６に連通し、上端が記録ヘッド１４と架台１２の部材間に大気開放したケース側大気開放通路７１が、ケース４８の高さ方向に貫通して形成されている。なお、ケース本体４８ａの下面において、ケース流路７０の周囲、ケース側大気開放通路７１の周囲、および当該ケース本体４８ａの周囲には、補強部材４１とは反対側に窪んだシール材接着部７３が形成されており、ここにシール材７４が導入されてケース４８と補強部材４１が接着固定されている（図１０参照）。これにより、ケース４８と補強部材４１の間で連通するケース流路７０と貫通流路６１、ケース側大気開放通路７１と補強部材側大気開放通路６６、および収容空部４７と挿通口４０のそれぞれの接合箇所の周囲が密封されている。
また、ケース本体４８ａの下面において、補強部材４１の基準穴６３と対向する箇所には、当該基準穴６３に挿入する位置決め突起部７５が下方に向けて突設されている（図２参照）。上述のように、この位置決め突起部７５が補強部材４１の基準穴６３に挿通されることにより、各部材の相対位置が規定されるようになっている。さらに、板状部４８ｂの下面には、ケース４８のケース本体４８ａを挟んで両側に２個ずつヘッドカバー位置決め部７６が突設されている（図４等参照）。このヘッドカバー位置決め部７６が後述するヘッドカバー基準穴８１に挿入されることで、ケース４８に対してヘッドカバー１５が位置決めされる。
【００２８】
次に、アクチュエータユニット４６について説明する。実施形態のアクチュエータユニット４６は、フレキシブルケーブル３３、圧電素子群４５および固定板４２から構成されている。圧電素子群４５を構成する圧電素子４４（圧力発生素子の一種）は、基材である圧電振動板を数十μｍ程度の極めて細い幅に切り分けることで、縦方向に細長い櫛歯状に形成されている。この圧電素子４４は縦方向に伸縮可能な縦振動型の圧電素子４４として構成されている。また、各圧電素子４４は、固定端部を固定板４２上に接合することにより、自由端部を固定板４２の先端縁（端面）よりも外側に突出させて所謂片持ち梁の状態で固定されている。そして、各圧電素子４４における自由端部の先端は、補強部材４１の挿通口４０に挿通されて、それぞれキャビティユニット３９におけるダイヤフラム部５８を構成する島部６０に接合される。一方、各圧電素子４４の固定端部側には、固定板４２とは反対側にフレキシブルケーブル３３が電気的に接続されている。このフレキシブルケーブル３３の表面には、各圧電素子４４の駆動等を制御するための制御用ＩＣ等が実装されている。フレキシブルケーブル３３の圧電素子４４とは反対側の端部は、回路基板１３に電気的に接続されている。また、各圧電素子４４を支持する固定板４２は、圧電素子４４からの反力を受け止め得る剛性を備えた金属製の板材によって構成されており、実施形態では、厚さが１ｍｍ程度のステンレス鋼板によって作製されている。この固定板４２の補強部材４１側の端面の一部は、補強部材４１の挿通口４０の縁部に接着固定されている。実施形態では、固定板４２の補強部材４１と対向する端面において、圧電素子４４とは反対側の角部が面取りされた面取り部７７が形成されており、この面取り部７７に接合材の一種であるＵＶ硬化樹脂７８を塗布して補強部材４１と接続した後、ＵＶ照射によりＵＶ硬化樹脂７８を硬化させることで、固定板４２を補強部材４１に固定している。
【００２９】
このように構成された記録ヘッド１４では、島部６０に圧電素子４４の先端面が接合されているので、この圧電素子４４の自由端部を伸縮させることで圧力発生室３８の容積を変動させることができる。この容積変動に伴って圧力発生室３８内のインクに圧力変動が生じる。そして、記録ヘッド１４は、この圧力変動を利用してノズル開口３７からインク滴を噴射（吐出）させる。
【００３０】
ヘッドカバー１５は、ケース４８に接続され、キャビティユニット３９やケース４８を保護する金属製の部材である。このヘッドカバー１５は、薄板部材によって作製され、ケース４８の側面を囲繞すると共に、下端がノズルプレート４９側に略９０度屈曲してノズル形成面３６に当接している。このヘッドカバー１５のノズル形成面３６に当接する面は、ノズル開口３７を露出するように枠状に形成されている。また、ヘッドカバー１５の上端は、側方に向けてフランジ部８０が突設され、このフランジ部８０にヘッドカバー基準穴８１が開設されている。このヘッドカバー基準穴８１はケース４８のヘッドカバー位置決め部７６に挿通して、ヘッドカバー１５を位置決めしている。実施形態では、ケース４８のケース本体４８ａを挟んで両側に２個ずつヘッドカバー基準穴８１を設けている（図４参照）。
【００３１】
次に上記のような記録ヘッド１４の製造方法について説明する。この記録ヘッド１４の製造方法は、キャビティユニット３９に補強部材４１を重ね合わせて接合する補強部材接合工程と、アクチュエータユニット４６の位置決め基準とキャビティユニット３９の位置決め基準とをそれぞれカメラ８３により撮影し、アクチュエータユニット４６及びキャビティユニット３９の相対位置を認識する位置認識工程と、アクチュエータユニット４６を動かして、アクチュエータユニット４６の位置決め基準とキャビティユニット３９の位置決め基準とが水平面（ノズル形成面３６に平行な面）内において重なるように当該アクチュエータユニット４６とキャビティユニット３９の相対的な位置を調整する位置調整工程と、位置調整工程で位置決めした状態で、アクチュエータユニット４６をノズル形成面３６に垂直な方向に移動させて、補強部材４１の挿通口４０に各圧電素子４４の先端部を挿通してキャビティユニット３９の圧力発生室３８に対応する部分にそれぞれ接合すると共に固定板４２を補強部材４１の挿通口４０の縁部に固定するアクチュエータユニット固定工程と、を経る。
【００３２】
補強部材接合工程では、図示しないアライメント装置のワークセット台にキャビティユニット３９をセットする。このとき、キャビティユニット３９は、基準穴にワークセット台に突設した位置決めピン（図示せず）が挿通され位置が規定されている。次に、補強部材４１をアライメント装置の図示しない把持機構により把持し、キャビティユニット３９を補強部材４１の上部に移動させる。この状態で、補強部材４１またはキャビティユニット３９に接着剤を塗布する。その後、把持機構を垂直方向（ノズル形成面３６に垂直な方向）に移動させ、ワークセット台の位置決めピンに補強部材４１の基準穴６３を挿通させると共に、キャビティユニット３９と補強部材４１を接合する。なお、把持機構は、接着剤が硬化するまでの間に亘って補強部材４１をキャビティユニット３９に接続した状態で支持しており、その後、接着剤が硬化すれば、把持機構による補強部材４１の把持を解除する。
【００３３】
次に、位置認識工程では、把持機構によってアクチュエータユニット４６（固定板４２）を把持し、ワークセット台に載置されている補強部材４１が接合されたキャビティユニット３９の上部にアクチュエータユニット４６を移動させる。実施形態では、２つの把持機構（図示せず）によって２つのアクチュエータユニット４６を同時に把持している。この状態で、アライメント装置に備えたカメラ８３を用いて、アクチュエータユニット４６およびキャビティユニット３９の位置決め基準を撮影する。
実施形態では、各部材のノズル列方向における両端部に、キャビティユニット３９の位置決め基準を撮影する下方カメラ８３ｂおよびアクチュエータユニット４６の位置決め基準を撮影する上方カメラ８３ａをそれぞれ備えている（図１１参照）。
【００３４】
まず、アクチュエータユニット４６の位置決め基準として、一方のアクチュエータユニット４６の複数の圧電素子４４のうち両端に位置する圧電素子４４の自由端部の先端を、２つの上方カメラ８３ａで同時に撮影する。また、キャビティユニット３９の位置決め基準として、アクチュエータユニット４６の位置決め基準である各圧電素子４４に対応するキャビティユニット３９の島部６０（２列に列設した複数の島部６０のうち一方に列設した複数の島部６０の両端に位置する島部６０）を、補強部材４１に開口した挿通口４０の上部から２つの下方カメラ８３ｂで同時に撮影する。
各部材に形成された位置決め基準は、カメラ８３によって撮影されて、モニターなどに映し出される。映し出された画像には、基準マーク（例えば、十字マーク等の図記号。図示せず）が重畳する状態で表示されるようになっている。これにより、位置決め基準と基準マークとのズレ量が認識される。その結果、キャビティユニット３９に対する一方のアクチュエータユニット４６の相対位置を認識することができる。
【００３５】
次に、位置調製工程では、カメラ８３を並行に移動させて、同様に他方のアクチュエータユニット４６についてもキャビティユニット３９に対する相対位置を認識する。この位置認識工程で認識した相対位置に基づいて、ノズル形成面３６に平行な面内において、アクチュエータユニット４６の位置決め基準として用いた圧電素子４４の位置と、これに対応するキャビティユニット３９の位置決め基準として用いた島部６０とが重なるように、各把持機構をＸ方向、Ｙ方向、およびθ方向（補強部材４１の中心を通るＺ方向を軸とする回転方向）にそれぞれ移動させて、各アクチュエータユニット４６の位置決めをする。
【００３６】
そして、アクチュエータユニット固定工程では、上記位置決めをした状態で、各圧電素子４４の先端部に接着剤を塗布すると共に、固定板４２の面取り部７７にＵＶ硬化樹脂７８を塗布する。その後、各把持機構によって各アクチュエータユニット４６をノズル形成面に垂直な方向に移動させ、補強部材４１の挿通口４０に各圧電素子４４の先端部を挿通して島部６０に当接させると共に、固定板４２を補強部材４１の挿通口４０の縁部に当接させる。この状態で、各固定板４２に塗布したＵＶ硬化樹脂７８にＵＶを照射し、ＵＶ硬化樹脂７８を硬化させて、固定板４２を補強部材４１に固定し、把持機構による固定板４２の把持を解除する。そして、ある程度の時間が経つと島部６０と圧電素子４４の先端部との間の接着剤が硬化し、両者が固定される（図１２参照）。
ここで、アクチュエータユニット４６の固定板４２が、ＵＶ硬化樹脂７８にＵＶを照射することによって即座に固定されるため、島部６０と圧電素子４４が接着剤の硬化によって固定されるまでの間、把持機構を用いてアクチュエータユニット４６を支持する必要が無く、製造時間を短縮することができる。
【００３７】
その後、ケース固定工程では、把持機構（図示せず）によってケース４８を把持し、補強部材４１およびアクチュエータユニット４６が接合されたキャビティユニット３９の上部にケース４８を移動させる。この状態で、補強部材４１のケース４８側の面における所定の位置にシール材７４を塗布する。その後、ケース４８を補強部材４１に向けて垂直方向に移動させ、収容空部４７内にアクチュエータユニット４６の一部を収容すると共に、補強部材４１の基準穴６３にケース４８の位置決め突起部７５を挿通し、ケース４８と補強部材４１を接合する（図１３参照）。そして、この補強部材４１等が接続されたケース４８をアライメント装置から取り外した後、ヘッドカバー１５をキャビティユニット３９側から近づけて、ケース４８に位置決め固定する。このようにして、実施形態の記録ヘッド１４を作成することができる。
【００３８】
このように実施形態の記録ヘッド１４は、圧電素子群の複数の圧電素子が１つの挿通口４０を挿通するようにした。これにより、例えば、補強部材に複数の挿通口を形成し、各圧電素子が別々の挿通口を設けた場合に比べると、アクチュエータユニットを挿通口４０に挿入する際に、圧電素子の先端が挿通口間の隔壁に接触し、不良となることを防止できる。また、隔壁が無いことにより、圧電素子群を高密度に配置しても、挿入を容易に行える。従って、アクチュエータユニットを挿入する際の不良を防止でき、さらに圧電素子を高密度に配置しても挿入を容易に行える。その結果、記録ヘッド１４の組立を容易に行うことができ、さらに、プリンター１の解像度を向上させることができる。
【００３９】
ところで、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターを製造するディスプレイ製造装置、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイやＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極を形成する電極製造装置、バイオチップ（生物化学素子）を製造するチップ製造装置、ごく少量の試料溶液を正確な量供給するマイクロピペット等の製造方法にも適用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１…液体噴射装置としてのプリンター、２…記録ヘッドユニット、１４…液体噴射ヘッドとしての記録ヘッド、３６…ノズル形成面、３７…ノズル開口、３８…圧力発生室、３９…キャビティユニット、４０…穴部としての挿通口、４１…補強部材、４２…固定板、４４…圧電素子、４５…圧電素子群、４６…アクチュエータユニット、４７…収容空部、４８…ケース、５１…振動板、５２…共通液体室としてのリザーバー、５３…液体流路としてのインク供給口。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子などの圧力発生手段により、圧力発生室の容積を変化させ、ノズル開口から液体を吐出させる液体噴射ヘッドが知られている（例えば、特許文献１参照）。
液体の流路は一枚以上の薄板を接合して形成する。例えば、ノズル開口を有するノズルプレート、圧力発生室が形成されたチャンバプレートおよび共通液体通路と圧力発生室とを連結して圧力発生室への液体流入を制御するリストリクタを形成したリストリクタプレートを位置決めして接合する。
次に、圧電素子の圧力を圧力発生室に伝えるための振動板と、振動板の振動領域を規定する穴部を有するサポート部としてのサポートプレートとを位置決めして接合する。これらの薄板を貼り合わせることで流路形成基板が形成される。流路形成基板に、共通液体通路を形成したケースを同じように位置決めして接合する。
最後に、複数の圧電素子とそれを固定する固定板からなるアクチュエータユニットを位置決めして接合する。アクチュエータユニットは複数の圧電素子からなり、各々の圧電素子は圧力発生室の一つずつに対応するようになっている。各圧電素子は個別電極及び裏側に共通電極が接続されており、個別電極に選択的な電気信号を加えることで、圧電素子を変形させる。圧電素子の変形が振動板を介し圧力発生室に伝わり、液体はノズル開口から液滴として吐出される。
また、サポート部より高剛性の補強部材を、サポート部とケースとの間に少なくとも１枚以上配置し、圧電素子間の接着剤を介したクロストークを抑制させたものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４３９６３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の液体噴射ヘッドでは、圧電素子が挿入される穴部を素子毎に設けているため、穴部間の隔壁が圧電素子と接触してしまうという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］本適用例に係る液体噴射ヘッドは、圧電素子の圧力を圧力発生室に伝えるための振動板と、共通液体室から前記圧力発生室を通ってノズル開口に連通する液体流路を有するキャビティユニットと、複数の前記圧電素子を含む圧電素子群及び該圧電素子群を支持する固定板を有するアクチュエータユニットと、該アクチュエータユニットが収納される収納空部を有するケースとを備えた液体噴射ヘッドであって、前記圧力発生室に対向する部分に一つの穴部が形成され、前記ケースよりも高い剛性により前記キャビティユニットと前記ケースとを補強する補強部材を備え、前記アクチュエータユニットの前記圧電素子群に含まれる各圧電素子の一端が、前記補強部材の前記穴部に挿通され、前記振動板に固定されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【０００７】
本適用例によれば、圧電素子群すべてを挿入できる一つの穴部を設けたことにより、アクチュエータユニットを挿入する際に、隔壁に接触し、不良となることを防止できる。また、隔壁が無いことにより、圧電素子群を高密度に配置しても、挿入を容易に行える。従って、アクチュエータユニットを挿入する際の不良を防止でき、さらに圧電素子を高密度に配置しても挿入を容易に行える液体噴射ヘッドを提供できる。
【０００８】
［適用例２］上記に記載の液体噴射ヘッドを備えていることを特徴とする液体噴射装置。
【０００９】
本適用例によれば、前述の効果を達成できる液体噴射装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】プリンターの斜視図。
【図２】記録ヘッドユニットの分解斜視図。
【図３】記録ヘッドユニットの平面図。
【図４】（ａ）は記録ヘッドユニットの正面図、（ｂ）は記録ヘッドユニットの底面図、（ｃ）は記録ヘッドユニットの側面図。
【図５】図３におけるＡ−Ａ線の断面図。
【図６】図４におけるＢ−Ｂ線の断面図。
【図７】図４におけるＣ−Ｃ線の断面図。
【図８】図５における領域Ｄの拡大図。
【図９】図７における領域Ｅの拡大図。
【図１０】記録ヘッドの構成をより簡略化して要部を拡大した断面図。
【図１１】記録ヘッドの製造方法を説明する図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）はＦ−Ｆ線から見た図、（ｃ）はＧ−Ｇ線から見た図。
【図１２】キャビティユニットを固定した補強部材にアクチュエータユニットを装着した状態図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＨ−Ｈ線の断面図。
【図１３】キャビティユニットおよびアクチュエータユニットを固定した補強部材にケースを装着した状態図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＩ−Ｉ線の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳しく説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。また、以下においては、液体噴射装置として、図１に示すインクジェット式記録装置（以下、単にプリンター１という）を例示する。
【００１２】
図１において、プリンター１は、液体噴射ヘッドの一種であるインクジェット式記録ヘッドユニット（以下、単に記録ヘッドユニット２という）が取り付けられると共に、記録ヘッドユニット２とインクカートリッジ３とから構成されるキャリッジ４、記録ヘッドユニット２の下方に配設されたプラテン５、キャリッジ４を記録紙６（ノズル開口３７から噴射された液体が着弾する着弾対象の一種）の紙幅方向に移動させるキャリッジ移動機構７、紙幅方向に直交する方向である紙送り方向に記録紙６を搬送する紙送り機構８等を備えて概略構成されている。
ここで、紙幅方向とは、主走査方向（記録ヘッドユニット２の往復移動方向）であり、紙送り方向とは、副走査方向（即ち、記録ヘッドユニット２の走査方向に直交する方向）である。
【００１３】
キャリッジ４は、主走査方向に架設されたガイドロッド９に軸支された状態で取り付けられており、キャリッジ移動機構７の作動により、ガイドロッド９に沿って主走査方向に移動するように構成されている。キャリッジ４の主走査方向の位置は、リニアエンコーダー１０によって検出され、検出信号が位置情報として制御部（図示せず）に送信される。これにより、制御部はこのリニアエンコーダー１０からの位置情報に基づいてキャリッジ４（記録ヘッドユニット２）の走査位置を認識しながら、記録ヘッドユニット２による記録動作（噴射動作）等を制御することができる。
【００１４】
次に記録ヘッドユニット２について説明する。図２は、記録ヘッドユニット２の分解斜視図、図３は、記録ヘッドユニット２の平面図、図４（ａ）は、記録ヘッドユニット２の正面図、図４（ｂ）は、記録ヘッドユニット２の底面図、図４（ｃ）は、記録ヘッドユニット２の側面図である。また、図５は、図３におけるＡ−Ａ線の断面図、図６は、図４におけるＢ−Ｂ線の断面図、図７は、図４におけるＣ−Ｃ線の断面図である。
図１において、記録ヘッドユニット２は、キャリッジ４の下側（記録動作時の記録紙６側）の部分を構成しており、上部にはインク（液体の一種）を貯留したインクカートリッジ３が着脱可能に取り付けられている。
また、記録ヘッドユニット２は、図２に示すように、図１に示したインクカートリッジ３が取り付けられる架台１２と、架台１２の下部に備えられた回路基板１３と、回路基板１３を挟んで架台１２の下方（インクカートリッジ３とは反対側）に取り付けられる記録ヘッド１４と、記録ヘッド１４を保護するヘッドカバー１５とから構成されている。
【００１５】
架台１２は、記録ヘッドユニット２の上部を構成する部材である。実施形態の架台１２は、インクカートリッジ３からインクを導入するインク導入部材１７と、インク導入部材１７の下部に装着される環状のシール部材１８と、シール部材１８の内側に配置される接続流路部材１９と、接続流路部材１９の下部に装着される複数のフィルター２０と、これらのフィルター２０を挟んで接続流路部材１９の下方に取り付けられる上流基礎部材２１とから構成されている。
【００１６】
インク導入部材１７は、上面に複数のインクカートリッジ３が着脱可能に取り付けられるインクカートリッジ装着部２２を備えている。このインクカートリッジ装着部２２の底部上面には、装着される各インクカートリッジ３に対応して複数のインク導入針２３が形成されている。実施形態では、４色のインク（例えば、シアンインク、マゼンタインク、イエローインク、ブラックインク）に対応して、４本のインク導入針２３が列設されている（図２等参照）。
インク導入針２３の内部には流路が形成されており、当該流路はインク導入流路２４の一部として機能する（図５等参照）。そして、インク導入針２３をインクカートリッジ３に挿入することで、インク導入流路２４とインクカートリッジ３内部とを連通することができる。これにより、記録ヘッドユニット２内にインクを導入することができる。また、インク導入流路２４の下端部は、インク導入部材１７の下側に接合される接続流路部材１９に形成された中間流路２７（後述）に連通可能に形成されている。
【００１７】
シール部材１８は、内面が接続流路部材１９の外周に沿うように環状に形成された、樹脂等から成る弾性部材である。このシール部材１８は、インク導入部材１７と上流基礎部材２１の間に挟まれ、同様にインク導入部材１７と上流基礎部材２１の間に挟まれる接続流路部材１９の周囲を密封する。
【００１８】
接続流路部材１９は、４本のインク導入針２３にそれぞれ対応して形成された中間流路２７を４つ有する平板状の部材である。この中間流路２７は、一端がインク導入部材１７のインク導入流路２４に連通し、他端が上流基礎部材２１のインク供給路２９（後述）にそれぞれフィルター２０を介して連通している。
ここで、フィルター２０は、接続流路部材１９の中間流路２７と上流基礎部材２１のインク供給路２９の間に装着され、流路内のインクに混入した気泡や異物がインクと共にインク供給路２９に供給されないようにするための部材であり、４本の流路に対応して４つ備えられている。
なお、フィルター２０は、通過するインクの流路抵抗を減らすためにインク導入流路２４や記録ヘッド１４内の流路に比べて大きめに形成されており、これに合わせて中間流路２７の下端部をフィルター２０に向けて拡径させ、下側の開口径をフィルター２０と略同じ大きさに揃えている。
【００１９】
上流基礎部材２１は、架台１２の下端部分を構成する部材であり、下面には、回路基板１３を挟んで記録ヘッド１４が接合されている。また、この上流基礎部材２１の上面には、接続流路部材装着部２８が形成されており、接続流路部材１９が装着される。
また、接続流路部材装着部２８の中央には、インク供給路２９が板厚方向に貫通して形成されている。このインク供給路２９は、上側でフィルター２０を介して接続流路部材１９の中間流路２７と連通し、下側で記録ヘッド１４のケース４８に形成されたケース流路７０（後述）と連通する。
なお、インク供給路２９における上側の開口径は、フィルター２０と略同じ大きさに揃えられており、下側に向けて縮径している。また、インク供給路２９の下端は、上流基礎部材２１の下面より下側（記録ヘッド１４側）に延出しており、後述する回路基板１３の流路挿通孔３４に挿通されている。これにより、インク供給路２９の下端は、回路基板１３を挟んでケース流路７０と液密に接合することができる。そして、上流基礎部材２１が、間にシール部材１８、接続流路部材１９およびフィルター２０を挟んでインク導入部材１７と接合されることで、架台１２を形成している。このとき、インク導入流路２４、中間流路２７およびインク供給路２９がそれぞれ連通し、一連の上流側インク流路が形成される。この上流側インク流路によってインクカートリッジ３内のインクが記録ヘッド１４に送られることになる。
【００２０】
回路基板１３は、表面にＩＣ、抵抗等の電装部品が実装されると共に一側の端部にコネクター３２が形成されており、上記した架台１２と記録ヘッド１４の間に装着されている。この回路基板１３は、後述する記録ヘッド１４のアクチュエータユニット４６を構成するフレキシブルケーブル３３が接合されている。また、コネクター３２には、一端をプリンター１の制御部に接続した信号ケーブル（図示せず）の他端が接続される。そのため、信号ケーブルを通じてプリンター１の制御部から送られてくる駆動信号等を、回路基板１３およびフレキシブルケーブル３３を介してアクチュエータユニット４６に供給することができる。これにより、記録ヘッド１４のインクの噴射動作を制御している。また、インク供給路２９に対応する箇所には、板厚方向に貫通した流路挿通孔３４が形成されている。この流路挿通孔３４にインク供給路２９の下端を挿通して、回路基板１３より下方でインク供給路２９とケース４８のケース流路７０を接続している。
【００２１】
次に記録ヘッド１４の構成について詳しく説明する。図８〜図１０は記録ヘッド１４の断面図であり、図８は、図５における領域Ｄの拡大図、図９は、図７における領域Ｅの拡大図、図１０は、記録ヘッド１４の構成をより簡略化して要部を拡大した断面図である。
実施形態における記録ヘッド１４は、ノズル形成面３６に開口した複数のノズル開口３７にそれぞれ連通する複数の圧力発生室３８（本発明の圧力発生室に相当）を有するキャビティユニット３９と、このキャビティユニット３９のノズル形成面３６とは反対側の面に接合され、少なくとも圧力発生室３８と対向する部分が板厚方向に貫通した穴部としての挿通口４０を有する補強部材４１と、この補強部材４１のキャビティユニット３９とは反対側の面における挿通口４０の縁部に一端面が固定される固定板４２、および、固定板４２から先端部を突出させた状態で基端部がこの固定板４２に支持されると共にキャビティユニット３９の圧力発生室３８に対向する部分に先端部が固定される複数の圧電素子４４（圧電素子群４５）を有するアクチュエータユニット４６と、このアクチュエータユニット４６の一部を内部に収容する収容空部４７を有するケース４８と、を備えて構成される。
【００２２】
まず、キャビティユニット３９について説明する。キャビティユニット３９は、ノズルプレート４９、流路形成基板５０、及び振動板５１から構成され、ノズルプレート４９を流路形成基板５０の一方の表面に、振動板５１をノズルプレート４９とは反対側となる流路形成基板５０の他方の表面にそれぞれ配置して積層し、接着等により一体化することで形成される。
【００２３】
ノズルプレート４９は、ドット形成密度に対応したピッチで複数のノズル開口３７を列状に開設したステンレス鋼製の薄いプレートである。実施形態では、例えば、１８０個のノズル開口３７を列状に開設し、これらのノズル開口３７によってノズル列を構成している。したがって、ノズルプレート４９の下面（流路形成基板５０とは反対側の面）が本発明のノズル形成面３６となる。また、実施形態のノズルプレート４９は、ノズル列を左右対称に２列、主走査方向に横並びに設けている。
【００２４】
流路形成基板５０は、リザーバー５２、インク供給口５３、及び圧力発生室３８からなる一連のインク流路を形成する板状部材である。実施形態の流路形成基板５０は、シリコンウェハーをエッチング処理することで作製されている。
圧力発生室３８は、ノズル開口３７の列設方向（ノズル列方向）に対して直交する方向に細長い室であり、隔壁で区画された状態で各ノズル開口３７に対応して複数列状に形成されている。そして、この圧力発生室３８の列が、流路形成基板５０においてノズル列に直交する方向（記録動作時の主走査方向）に並べて２列形成されている。
インク供給口５３は、圧力発生室３８とリザーバー５２との間を連通する流路幅の狭い狭窄部として形成されている。また、リザーバー５２は、複数の圧力発生室３８に共通なインクが導入される空部である。このリザーバー５２の一部は、中央（ノズル開口３７の列設方向と直交する方向において２列のノズル列の間）に向けて延在しており、振動板５１の中央部に開設された後述するインク導入口と連通している。このため、リザーバー５２は、振動板５１のインク導入口、補強部材４１の貫通流路６１、ケース４８のケース流路７０、および、上記した架台１２の上流側インク流路を介してインクカートリッジ３と連通すると共に、インク供給口５３を介して対応する各圧力発生室３８に連通する。その結果、リザーバー５２はインクカートリッジ３に貯留されたインクを各圧力発生室３８に供給することができる。なお、実施形態では、４色のインクカートリッジ３に対応して、２列のリザーバー５２のうちの一方のリザーバー５２を隔壁で区画して３つに分割することで、合計４つのリザーバー５２を形成し、分割していないリザーバー５２を使用頻度の高い色（例えば、ブラックインク）に割り当てている。
【００２５】
振動板５１は、ステンレス鋼等の金属製の支持板５４上にＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂フィルム５５をラミネート加工した二重構造の複合板材であり、補強部材４１の貫通流路６１（後述）と対応するリザーバー５２とを繋げるインク導入口を上下方向に貫通させている。実施形態では、４つのリザーバー５２に対応して４つのインク導入口を中央（ノズル開口３７の列設方向と直交する方向において２列のノズル列の間）に列設させている。
また、振動板５１は、圧力発生室３８の一方の開口面（ノズルプレート４９とは反対側の面）を封止して、この圧力発生室３８の容積を変動させるためのダイヤフラム部５８を形成すると共に、リザーバー５２の一方の開口面（ノズルプレート４９とは反対側の面）を封止するコンプライアンス部５９を形成している。詳しくは、ダイヤフラム部５８は、圧力発生室３８に対応した部分の支持板５４にエッチング加工を施し、当該部分を環状に除去して圧電素子４４の自由端部の先端を接合するための島部６０を複数形成することで構成されている。この島部６０は、圧力発生室３８の平面形状と同様に、ノズル開口３７の列設方向と直交する方向に細長いブロック状であり、この島部６０の周りの樹脂フィルム５５が弾性体膜として機能する。また、コンプライアンス部５９として機能する部分、すなわちリザーバー５２に対応する部分は、このリザーバー５２の開口形状に倣って支持板５４がエッチング加工で除去されて樹脂フィルム５５のみとなっている。
【００２６】
そして、ケース４８は、例えば、エポキシ系樹脂などの樹脂により作製され、中空箱体状のケース本体４８ａと、該ケース本体４８ａの上端において当該ケース本体４８ａから側方に延出した板状部４８ｂとから構成されている。このケース本体４８ａの下面（架台１２とは反対側の面）には、補強部材４１が接着固定されている。
また、ケース本体４８ａの内部には、補強部材４１の挿通口４０と連通される収容空部４７が形成され、この収容空部４７内にアクチュエータユニット４６の一部が収容されている。実施形態では、２列の挿通口４０に対応して収容空部４７が２列形成されており、各収容空部４７は、固定板４２、圧電素子群４５の上部、および、フレキシブルケーブル３３の下部を収容している。
また、収容空部４７は、内壁がアクチュエータユニット４６に当接しないように、平面視におけるアクチュエータユニット４６の面積或いは挿通口４０の開口面積よりも十分に大きい開口面積で開口している。特に、固定板４２が収容空部４７の内壁に接合しないように、固定板４２と対向する側の内壁は、挿通口４０の縁に対応する位置から固定板４２とは反対側に向けて後退した位置に形成されている。これにより、図１０に示すように、固定板４２の背面（圧電素子群４５が接合されている面とは反対側の面）と収容空部４７の内壁との間には、間隙Ｓが設けられている。
【００２７】
また、ケース４８と補強部材４１とを接合した状態で、挿通口４０の内壁と収容空部４７の内壁との間には段差が生じ、これにより、挿通口４０の縁部には、後述する固定板４２の端面が接合される面が形成されている。さらに、２列の収容空部４７の間には、ケース４８の高さ方向に貫通したケース流路７０が４本並べて形成されている。このケース流路７０は、上端が架台１２の上流側インク流路（上流基礎部材２１のインク供給路２９）に連通し、下端が補強部材４１の貫通流路６１に連通している。これにより、インクカートリッジ３からのインクを上流側インク流路、ケース流路７０、貫通流路６１、インク導入口を介してリザーバー５２に供給することができる。
また、列設した各ケース流路７０を結んだ仮想直線上には、下端が補強部材側大気開放通路６６に連通し、上端が記録ヘッド１４と架台１２の部材間に大気開放したケース側大気開放通路７１が、ケース４８の高さ方向に貫通して形成されている。なお、ケース本体４８ａの下面において、ケース流路７０の周囲、ケース側大気開放通路７１の周囲、および当該ケース本体４８ａの周囲には、補強部材４１とは反対側に窪んだシール材接着部７３が形成されており、ここにシール材７４が導入されてケース４８と補強部材４１が接着固定されている（図１０参照）。これにより、ケース４８と補強部材４１の間で連通するケース流路７０と貫通流路６１、ケース側大気開放通路７１と補強部材側大気開放通路６６、および収容空部４７と挿通口４０のそれぞれの接合箇所の周囲が密封されている。
また、ケース本体４８ａの下面において、補強部材４１の基準穴６３と対向する箇所には、当該基準穴６３に挿入する位置決め突起部７５が下方に向けて突設されている（図２参照）。上述のように、この位置決め突起部７５が補強部材４１の基準穴６３に挿通されることにより、各部材の相対位置が規定されるようになっている。さらに、板状部４８ｂの下面には、ケース４８のケース本体４８ａを挟んで両側に２個ずつヘッドカバー位置決め部７６が突設されている（図４等参照）。このヘッドカバー位置決め部７６が後述するヘッドカバー基準穴８１に挿入されることで、ケース４８に対してヘッドカバー１５が位置決めされる。
【００２８】
次に、アクチュエータユニット４６について説明する。実施形態のアクチュエータユニット４６は、フレキシブルケーブル３３、圧電素子群４５および固定板４２から構成されている。圧電素子群４５を構成する圧電素子４４（圧力発生素子の一種）は、基材である圧電振動板を数十μｍ程度の極めて細い幅に切り分けることで、縦方向に細長い櫛歯状に形成されている。この圧電素子４４は縦方向に伸縮可能な縦振動型の圧電素子４４として構成されている。また、各圧電素子４４は、固定端部を固定板４２上に接合することにより、自由端部を固定板４２の先端縁（端面）よりも外側に突出させて所謂片持ち梁の状態で固定されている。そして、各圧電素子４４における自由端部の先端は、補強部材４１の挿通口４０に挿通されて、それぞれキャビティユニット３９におけるダイヤフラム部５８を構成する島部６０に接合される。一方、各圧電素子４４の固定端部側には、固定板４２とは反対側にフレキシブルケーブル３３が電気的に接続されている。このフレキシブルケーブル３３の表面には、各圧電素子４４の駆動等を制御するための制御用ＩＣ等が実装されている。フレキシブルケーブル３３の圧電素子４４とは反対側の端部は、回路基板１３に電気的に接続されている。また、各圧電素子４４を支持する固定板４２は、圧電素子４４からの反力を受け止め得る剛性を備えた金属製の板材によって構成されており、実施形態では、厚さが１ｍｍ程度のステンレス鋼板によって作製されている。この固定板４２の補強部材４１側の端面の一部は、補強部材４１の挿通口４０の縁部に接着固定されている。実施形態では、固定板４２の補強部材４１と対向する端面において、圧電素子４４とは反対側の角部が面取りされた面取り部７７が形成されており、この面取り部７７に接合材の一種であるＵＶ硬化樹脂７８を塗布して補強部材４１と接続した後、ＵＶ照射によりＵＶ硬化樹脂７８を硬化させることで、固定板４２を補強部材４１に固定している。
【００２９】
このように構成された記録ヘッド１４では、島部６０に圧電素子４４の先端面が接合されているので、この圧電素子４４の自由端部を伸縮させることで圧力発生室３８の容積を変動させることができる。この容積変動に伴って圧力発生室３８内のインクに圧力変動が生じる。そして、記録ヘッド１４は、この圧力変動を利用してノズル開口３７からインク滴を噴射（吐出）させる。
【００３０】
ヘッドカバー１５は、ケース４８に接続され、キャビティユニット３９やケース４８を保護する金属製の部材である。このヘッドカバー１５は、薄板部材によって作製され、ケース４８の側面を囲繞すると共に、下端がノズルプレート４９側に略９０度屈曲してノズル形成面３６に当接している。このヘッドカバー１５のノズル形成面３６に当接する面は、ノズル開口３７を露出するように枠状に形成されている。また、ヘッドカバー１５の上端は、側方に向けてフランジ部８０が突設され、このフランジ部８０にヘッドカバー基準穴８１が開設されている。このヘッドカバー基準穴８１はケース４８のヘッドカバー位置決め部７６に挿通して、ヘッドカバー１５を位置決めしている。実施形態では、ケース４８のケース本体４８ａを挟んで両側に２個ずつヘッドカバー基準穴８１を設けている（図４参照）。
【００３１】
次に上記のような記録ヘッド１４の製造方法について説明する。この記録ヘッド１４の製造方法は、キャビティユニット３９に補強部材４１を重ね合わせて接合する補強部材接合工程と、アクチュエータユニット４６の位置決め基準とキャビティユニット３９の位置決め基準とをそれぞれカメラ８３により撮影し、アクチュエータユニット４６及びキャビティユニット３９の相対位置を認識する位置認識工程と、アクチュエータユニット４６を動かして、アクチュエータユニット４６の位置決め基準とキャビティユニット３９の位置決め基準とが水平面（ノズル形成面３６に平行な面）内において重なるように当該アクチュエータユニット４６とキャビティユニット３９の相対的な位置を調整する位置調整工程と、位置調整工程で位置決めした状態で、アクチュエータユニット４６をノズル形成面３６に垂直な方向に移動させて、補強部材４１の挿通口４０に各圧電素子４４の先端部を挿通してキャビティユニット３９の圧力発生室３８に対応する部分にそれぞれ接合すると共に固定板４２を補強部材４１の挿通口４０の縁部に固定するアクチュエータユニット固定工程と、を経る。
【００３２】
補強部材接合工程では、図示しないアライメント装置のワークセット台にキャビティユニット３９をセットする。このとき、キャビティユニット３９は、基準穴にワークセット台に突設した位置決めピン（図示せず）が挿通され位置が規定されている。次に、補強部材４１をアライメント装置の図示しない把持機構により把持し、キャビティユニット３９を補強部材４１の上部に移動させる。この状態で、補強部材４１またはキャビティユニット３９に接着剤を塗布する。その後、把持機構を垂直方向（ノズル形成面３６に垂直な方向）に移動させ、ワークセット台の位置決めピンに補強部材４１の基準穴６３を挿通させると共に、キャビティユニット３９と補強部材４１を接合する。なお、把持機構は、接着剤が硬化するまでの間に亘って補強部材４１をキャビティユニット３９に接続した状態で支持しており、その後、接着剤が硬化すれば、把持機構による補強部材４１の把持を解除する。
【００３３】
次に、位置認識工程では、把持機構によってアクチュエータユニット４６（固定板４２）を把持し、ワークセット台に載置されている補強部材４１が接合されたキャビティユニット３９の上部にアクチュエータユニット４６を移動させる。実施形態では、２つの把持機構（図示せず）によって２つのアクチュエータユニット４６を同時に把持している。この状態で、アライメント装置に備えたカメラ８３を用いて、アクチュエータユニット４６およびキャビティユニット３９の位置決め基準を撮影する。
実施形態では、各部材のノズル列方向における両端部に、キャビティユニット３９の位置決め基準を撮影する下方カメラ８３ｂおよびアクチュエータユニット４６の位置決め基準を撮影する上方カメラ８３ａをそれぞれ備えている（図１１参照）。
【００３４】
まず、アクチュエータユニット４６の位置決め基準として、一方のアクチュエータユニット４６の複数の圧電素子４４のうち両端に位置する圧電素子４４の自由端部の先端を、２つの上方カメラ８３ａで同時に撮影する。また、キャビティユニット３９の位置決め基準として、アクチュエータユニット４６の位置決め基準である各圧電素子４４に対応するキャビティユニット３９の島部６０（２列に列設した複数の島部６０のうち一方に列設した複数の島部６０の両端に位置する島部６０）を、補強部材４１に開口した挿通口４０の上部から２つの下方カメラ８３ｂで同時に撮影する。
各部材に形成された位置決め基準は、カメラ８３によって撮影されて、モニターなどに映し出される。映し出された画像には、基準マーク（例えば、十字マーク等の図記号。図示せず）が重畳する状態で表示されるようになっている。これにより、位置決め基準と基準マークとのズレ量が認識される。その結果、キャビティユニット３９に対する一方のアクチュエータユニット４６の相対位置を認識することができる。
【００３５】
次に、位置調製工程では、カメラ８３を並行に移動させて、同様に他方のアクチュエータユニット４６についてもキャビティユニット３９に対する相対位置を認識する。この位置認識工程で認識した相対位置に基づいて、ノズル形成面３６に平行な面内において、アクチュエータユニット４６の位置決め基準として用いた圧電素子４４の位置と、これに対応するキャビティユニット３９の位置決め基準として用いた島部６０とが重なるように、各把持機構をＸ方向、Ｙ方向、およびθ方向（補強部材４１の中心を通るＺ方向を軸とする回転方向）にそれぞれ移動させて、各アクチュエータユニット４６の位置決めをする。
【００３６】
そして、アクチュエータユニット固定工程では、上記位置決めをした状態で、各圧電素子４４の先端部に接着剤を塗布すると共に、固定板４２の面取り部７７にＵＶ硬化樹脂７８を塗布する。その後、各把持機構によって各アクチュエータユニット４６をノズル形成面に垂直な方向に移動させ、補強部材４１の挿通口４０に各圧電素子４４の先端部を挿通して島部６０に当接させると共に、固定板４２を補強部材４１の挿通口４０の縁部に当接させる。この状態で、各固定板４２に塗布したＵＶ硬化樹脂７８にＵＶを照射し、ＵＶ硬化樹脂７８を硬化させて、固定板４２を補強部材４１に固定し、把持機構による固定板４２の把持を解除する。そして、ある程度の時間が経つと島部６０と圧電素子４４の先端部との間の接着剤が硬化し、両者が固定される（図１２参照）。
ここで、アクチュエータユニット４６の固定板４２が、ＵＶ硬化樹脂７８にＵＶを照射することによって即座に固定されるため、島部６０と圧電素子４４が接着剤の硬化によって固定されるまでの間、把持機構を用いてアクチュエータユニット４６を支持する必要が無く、製造時間を短縮することができる。
【００３７】
その後、ケース固定工程では、把持機構（図示せず）によってケース４８を把持し、補強部材４１およびアクチュエータユニット４６が接合されたキャビティユニット３９の上部にケース４８を移動させる。この状態で、補強部材４１のケース４８側の面における所定の位置にシール材７４を塗布する。その後、ケース４８を補強部材４１に向けて垂直方向に移動させ、収容空部４７内にアクチュエータユニット４６の一部を収容すると共に、補強部材４１の基準穴６３にケース４８の位置決め突起部７５を挿通し、ケース４８と補強部材４１を接合する（図１３参照）。そして、この補強部材４１等が接続されたケース４８をアライメント装置から取り外した後、ヘッドカバー１５をキャビティユニット３９側から近づけて、ケース４８に位置決め固定する。このようにして、実施形態の記録ヘッド１４を作成することができる。
【００３８】
このように実施形態の記録ヘッド１４は、圧電素子群の複数の圧電素子が１つの挿通口４０を挿通するようにした。これにより、例えば、補強部材に複数の挿通口を形成し、各圧電素子が別々の挿通口を設けた場合に比べると、アクチュエータユニットを挿通口４０に挿入する際に、圧電素子の先端が挿通口間の隔壁に接触し、不良となることを防止できる。また、隔壁が無いことにより、圧電素子群を高密度に配置しても、挿入を容易に行える。従って、アクチュエータユニットを挿入する際の不良を防止でき、さらに圧電素子を高密度に配置しても挿入を容易に行える。その結果、記録ヘッド１４の組立を容易に行うことができ、さらに、プリンター１の解像度を向上させることができる。
【００３９】
ところで、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターを製造するディスプレイ製造装置、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイやＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極を形成する電極製造装置、バイオチップ（生物化学素子）を製造するチップ製造装置、ごく少量の試料溶液を正確な量供給するマイクロピペット等の製造方法にも適用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１…液体噴射装置としてのプリンター、２…記録ヘッドユニット、１４…液体噴射ヘッドとしての記録ヘッド、３６…ノズル形成面、３７…ノズル開口、３８…圧力発生室、３９…キャビティユニット、４０…穴部としての挿通口、４１…補強部材、４２…固定板、４４…圧電素子、４５…圧電素子群、４６…アクチュエータユニット、４７…収容空部、４８…ケース、５１…振動板、５２…共通液体室としてのリザーバー、５３…液体流路としてのインク供給口。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子の圧力を圧力発生室に伝えるための振動板と、共通液体室から前記圧力発生室を通ってノズル開口に連通する液体流路を有するキャビティユニットと、複数の前記圧電素子を含む圧電素子群及び該圧電素子群を支持する固定板を有するアクチュエータユニットと、該アクチュエータユニットが収納される収納空部を有するケースとを備えた液体噴射ヘッドであって、
前記圧力発生室に対向する部分に一つの穴部が形成され、前記ケースよりも高い剛性により前記キャビティユニットと前記ケースとを補強する補強部材を備え、
前記アクチュエータユニットの前記圧電素子群に含まれる各圧電素子の一端が、前記補強部材の前記穴部に挿通され、前記振動板に固定されている
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の液体噴射ヘッドを備えている
ことを特徴とする液体噴射装置。
【請求項１】
圧電素子の圧力を圧力発生室に伝えるための振動板と、共通液体室から前記圧力発生室を通ってノズル開口に連通する液体流路を有するキャビティユニットと、複数の前記圧電素子を含む圧電素子群及び該圧電素子群を支持する固定板を有するアクチュエータユニットと、該アクチュエータユニットが収納される収納空部を有するケースとを備えた液体噴射ヘッドであって、
前記圧力発生室に対向する部分に一つの穴部が形成され、前記ケースよりも高い剛性により前記キャビティユニットと前記ケースとを補強する補強部材を備え、
前記アクチュエータユニットの前記圧電素子群に含まれる各圧電素子の一端が、前記補強部材の前記穴部に挿通され、前記振動板に固定されている
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の液体噴射ヘッドを備えている
ことを特徴とする液体噴射装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−２３２５０１（Ｐ２０１２−２３２５０１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０２７５４（Ｐ２０１１−１０２７５４）
【出願日】平成２３年５月２日（２０１１．５．２）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２日（２０１１．５．２）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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