液体移送装置及び液体移送装置の製造方法
【課題】圧力室の側壁部の剛性を低下させることにより、振動板の撓み変形を促進し、圧電アクチュエータの変位量を増大させること。
【解決手段】インクジェットヘッド３は、ノズル５４及び圧力室５３を含むインク流路が形成された流路ユニット３１と、振動板７０と圧電層７１を有する圧電アクチュエータ３２を備えている。また、流路ユニット３１は、互いに積層されるとともに圧力室５３の一部分をそれぞれ形成する圧力室形成孔５３ａ，５３ｂが設けられた、少なくとも２枚のキャビティプレート４１，４２を有する。さらに、前記２枚のキャビティプレート４１，４２のうち、上層に位置してその表面に振動板７０が接合される第１キャビティプレート４１の、圧力室形成孔５３ａの外側領域には、貫通孔５５が形成されている。
【解決手段】インクジェットヘッド３は、ノズル５４及び圧力室５３を含むインク流路が形成された流路ユニット３１と、振動板７０と圧電層７１を有する圧電アクチュエータ３２を備えている。また、流路ユニット３１は、互いに積層されるとともに圧力室５３の一部分をそれぞれ形成する圧力室形成孔５３ａ，５３ｂが設けられた、少なくとも２枚のキャビティプレート４１，４２を有する。さらに、前記２枚のキャビティプレート４１，４２のうち、上層に位置してその表面に振動板７０が接合される第１キャビティプレート４１の、圧力室形成孔５３ａの外側領域には、貫通孔５５が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体移送装置及び液体移送装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体を移送する液体移送装置の一例として、インクの液滴を噴射するインクジェットヘッドがある。インクジェットヘッドの、インク流路内のインクに噴射圧力を付与するためのアクチュエータとして、ユニモルフ型の圧電アクチュエータが広く知られている。このようなユニモルフ型の圧電アクチュエータは、一般的に、インク流路が形成された流路ユニットの表面に、そのインク流路の一部を構成する圧力室を覆うように配置された振動板（非活性層）と、この振動板の表面に圧力室と対向するように配置された圧電層（活性層）と、圧電層を厚み方向に挟むように配置された１対の電極とを備えている。そして、１対の電極間に所定の駆動電圧が印加されて圧電層に厚み方向の電界が作用したときに、圧電層が面方向に収縮することで、圧力室と対向する部分において振動板に撓み変形が発生する。これにより、圧力室内の容積が変化して、その内部のインクに噴射圧力が付与されることになる。
【０００３】
このような圧電アクチュエータにおいて、従来から、低い駆動電圧で圧力室内のインクに大きな圧力を付与することが求められているが、そのためには、振動板及び圧電層が圧力室と対向する領域において変形しやすい構造にして、圧力室の容積変化を大きくすることが有効である。
【０００４】
圧電アクチュエータ（振動板及び圧電層）の変位量（撓み量）を増大させるために、従来から、振動板や圧電層の一部に凹部やスリットを形成して、圧電アクチュエータの曲げ剛性を局所的に低下させることが行われている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、振動板の圧力室側の面に凹部が形成された圧電アクチュエータが開示されている。また、特許文献２には、圧力室を覆うように配置された２枚の金属板（振動板及び駆動板）と、駆動板の表面に配置された圧電層の、３層構造の圧電アクチュエータが開示されている。このアクチュエータにおいては、最下層に位置する振動板の上面の、圧力室と対向する領域に凹部が形成されるとともに、その上に位置する駆動板と圧電層には、これらを厚み方向に貫通するスリットがそれぞれ形成されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３０９８６４号公報
【特許文献２】特開２００６−３０６０７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、圧電アクチュエータ全体の変位量は、圧力室周囲における振動板の拘束条件にも依存する。従って、振動板や圧電層など、流路ユニットに接合される圧電アクチュエータの構成部材の曲げ剛性を低くしても、流路ユニット側の、圧力室周囲領域において振動板と接合される部分（圧力室の側壁部）の剛性が高いと、圧力室の周囲領域における振動板の変形拘束力が大きく、圧力室と対向する領域において振動板が大きく撓むことができない。
【０００８】
本発明の目的は、圧力室の側壁部の剛性を低下させることにより、振動板の撓み変形を促進し、圧電アクチュエータの変位量を増大させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明の液体移送装置は、圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータとを備えた液体移送装置であって、前記圧電アクチュエータは、前記圧力室を覆うように前記流路ユニットの一表面に接合された振動板と、前記振動板の前記流路ユニットと反対側の面に配置された圧電層と、前記圧電層の両面の前記圧力室と対向する領域にそれぞれ配置された第１電極及び第２電極とを備え、
前記流路ユニットは、
互いに積層されるとともに前記圧力室の一部分をそれぞれ形成する圧力室形成孔が設けられた、少なくとも第１圧力室形成層と第２圧力室形成層の、２枚の圧力室形成層を有し、前記２枚の圧力室形成層のうち、上層に位置してその表面に前記振動板が接合される前記第１圧力室形成層の、前記圧力室形成孔の外側領域に、孔が形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
この構成によれば、振動板と接合される第１圧力室形成層の、圧力室形成孔の周囲領域に孔が設けられることによって、圧力室の側壁部の剛性が低下する。これにより、側壁部が圧力室の内側へ倒れ込むように変形できるようになり、圧力室周囲領域における振動板の変形拘束力が弱まる。従って、圧力室と対向する領域において振動板が大きく変形できるようになり、その結果、圧電アクチュエータの変位量（撓み量）が大きくなる。これにより、所定の変位量を得るために必要な、圧電アクチュエータの駆動電圧（第１電極と第２電極の間の電圧）を低減することも可能となる。あるいは、小さな圧力室であってもその内部の液体に十分な圧力を付与することができるため、圧力室を小さくして装置を小型化することも可能となる。尚、本発明において、第１圧力室形成層に形成される孔には、第１圧力室形成層を厚み方向に貫通する孔と、貫通しない凹状の孔の、両方が含まれる。
【００１１】
第２の発明の液体移送装置は、前記第１の発明において、前記孔が、前記第１圧力室形成層を厚み方向に貫通する貫通孔であることを特徴とするものである。
【００１２】
振動板を拘束する圧力室周囲領域の剛性を局所的に低下させるために圧力室形成層に設けられる孔は、あまり深すぎる（例えば、圧力室と同じ深さ程度である）と剛性が低下しすぎて振動板の変形に支障が出るし、浅すぎると振動板の変形を増大させる効果が得られないため、この孔は、適度な深さに設定される必要がある。ここで、本発明においては、圧力室を形成する層が少なくとも２層に分かれており、振動板と接合される上層に貫通状の孔が形成される一方で、下層には孔は形成されない。従って、圧力室形成層に形成される孔の深さが、上層の第１圧力室形成層の厚みのみで決定されることになり、孔加工時の深さ管理が不要になる。そのため、圧力室ごとに側壁部の剛性がばらつくという問題が生じない。
【００１３】
第３の発明の液体移送装置は、前記第１又は第２の発明において、前記第１圧力室形成層は、前記第２圧力室形成層よりも軟質の材料で形成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
振動板が接合される上層の第１圧力室形成層が、第２圧力室形成層よりも軟質材料で形成されていることから、振動板の変形を拘束する、圧力室の側壁部の剛性がさらに小さくなり、振動板がより一層変形しやすくなる。
【００１５】
第４の発明の液体移送装置は、前記第３の発明において、前記第１圧力室形成層は、樹脂材料で形成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
第１圧力室形成層を樹脂材料で構成することにより、この第１圧力室形成層に、圧力室形成孔や、圧力室の側壁部の剛性を低下させるための孔を、容易且つ精度よく形成することができる。
【００１７】
第５の発明の液体移送装置は、前記第４の発明において、前記流路ユニットは、少なくとも最上層に位置する前記第１圧力室形成層とその下の前記第２圧力室形成層とを含む、複数の層からなる積層体を有し、
前記積層体を構成する複数の層のうち、前記第１圧力室形成層と反対側に位置する最下層が、樹脂材料で形成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
このように、第１圧力室形成層と第２圧力室形成層を含む複数の層からなる積層体の、上下両層が共に樹脂材料で形成されることで、複数層を加熱しながら接着剤で接合した場合の反りが抑制される。その結果、振動板が接合される第１圧力室形成層の上面の、平面度が高くなる。
【００１９】
第６の発明の液体移送装置は、前記第５の発明において、前記最下層が、前記圧力室に連通する液滴噴射用ノズルが形成されたノズルプレートであることを特徴とするものである。
【００２０】
特に、流路ユニットが、前記積層体の最下層として、液体流路に連通する液滴噴射用ノズルが形成されたノズルプレートを有する場合には、このノズルプレートを樹脂材料とすることで、複数層を加熱しながら接着剤で接合する際の積層体の反りを抑制することができる。これに加えて、レーザー加工等によって、ノズルをノズルプレートに容易且つ精度よく形成することができるという効果も得られる。
【００２１】
第７の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、前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータであって、前記圧力室を覆うように前記流路ユニットの一表面に接合された振動板と、前記振動板の前記流路ユニットと反対側の面に配置された圧電層と、前記圧電層の両面の前記圧力室と対向する領域にそれぞれ配置された第１電極及び第２電極とを含む、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、前記流路ユニットを作製する流路ユニット作製工程と、前記圧電アクチュエータを作製するアクチュエータ作製工程とを有し、前記流路ユニット作製工程において、前記圧力室の一部分をそれぞれ形成する圧力室形成孔が設けられた、少なくとも第１圧力室形成層と第２圧力室形成層の、２枚の圧力室形成層を積層させるとともに、前記２枚の圧力室形成層のうち、上層に位置してその表面に前記振動板が接合される前記第１圧力室形成層の、前記圧力室形成孔の外側領域に孔を形成することを特徴とするものである。
【００２２】
このように、振動板と接合される第１圧力室形成層の、圧力室形成孔の周囲領域に孔を形成することにより、圧力室の側壁部の剛性が低下する。そのため、側壁部が圧力室の内側へ倒れ込むように変形できるようになり、圧力室周囲領域における振動板の変形拘束力が弱まる。従って、圧力室と対向する領域において振動板が大きく変形できるようになり、圧電アクチュエータの変位量（撓み量）が大きくなる。これにより、所定の変位量を得るために必要な、圧電アクチュエータの駆動電圧（第１電極と第２電極の間の電圧）を低減することも可能となる。あるいは、小さな圧力室であってもその内部の液体に十分な圧力を付与することができるため、圧力室を小さくして装置を小型化することも可能となる。尚、本発明において、第１圧力室形成層に形成される孔には、第１圧力室形成層を厚み方向に貫通する孔と、貫通しない凹状の孔の、両方が含まれる。
【００２３】
第８の発明の液体移送装置の製造方法は、前記第７の発明において、前記孔が、前記第１圧力室形成層を厚み方向に貫通する貫通孔であることを特徴とするものである。
【００２４】
本発明においては、圧力室を形成する層が少なくとも２層に分かれており、振動板と接合される上層に貫通状の孔を形成する一方、下層には孔は形成されない。従って、圧力室形成層に形成される孔の深さが、上層の第１圧力室形成層の厚みのみで決定されることになり、孔加工時の深さ管理が不要になる。従って、圧力室ごとに側壁部の剛性がばらつくという問題が生じない。
【００２５】
第９の発明の液体移送装置の製造方法は、前記第８の発明において、前記流路ユニット作製工程において、前記第１圧力室形成層を、前記第２圧力室形成層よりも軟質の材料で形成することを特徴とするものである。
【００２６】
本発明によれば、流路ユニットの、圧電アクチュエータとの接合面が軟質材料で構成されることになることから、凹凸が生じたり異物が付着したりしている圧電アクチュエータが流路ユニットに接合された場合であっても、軟質材料からなる接合面によって圧電アクチュエータに生じる応力集中を緩和することができる。従って、接合時における圧電層の割れの発生や、その割れに圧力室内の液体が浸透して電気的なショートを引き起こすといった問題を防止することが可能となる。
【００２７】
第１０の発明の液体移送装置の製造方法は、前記第９の発明において、前記流路ユニット作製工程において、前記第１圧力室形成層を、樹脂材料で形成することを特徴とするものである。
【００２８】
このように、第１圧力室形成層が樹脂材料で構成されていると、この第１圧力室形成層に、圧力室形成孔や、圧力室の側壁部の剛性を低下させるための孔を、容易且つ精度よく形成することができる。
【００２９】
第１１の発明の液体移送装置の製造方法は、前記第１０の発明において、前記流路ユニット作製工程において、少なくとも最上層に位置する前記第１圧力室形成層とその下の前記第２圧力室形成層とを含む、複数の層からなる積層体を作製するとともに、前記積層体を構成する複数の層のうち、前記第１圧力室形成層と反対側に位置する最下層を、前記第１圧力室形成層と同様に、樹脂材料で形成し、前記積層体を構成する前記複数の層を、加熱しながら接着剤で接合することを特徴とするものである。
【００３０】
これによれば、流路ユニットを構成する積層体の、上下両層を共に樹脂材料で形成した上で、積層体を構成する複数の層を加熱しながら接着剤で接合するため、加熱時の積層体全体の反りが抑制される。その結果、振動板が接合される、第１圧力室形成層の上面の平面度が高くなる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、振動板と接合される第１圧力室形成層の、圧力室形成孔の周囲領域に孔が設けられることによって、圧力室の側壁部の剛性が低下する。これにより、側壁部が圧力室の内側へ倒れ込むように変形できるようになり、圧力室周囲領域における振動板の変形拘束力が弱まる。従って、振動板が大きく変形できるようになり、その結果、圧電アクチュエータの変位量（撓み量）が大きくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
次に、本発明の実施の形態について説明する。本実施形態は、インクをノズルまで移送するとともにこのノズルから記録用紙に対してインクの液滴を噴射させる、インクジェットプリンタ用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。
【００３３】
まず、本実施形態のインクジェットヘッド（液体移送装置）を備えたインクジェットプリンタ１の概略構成について説明する。図１は、本実施形態のインクジェットプリンタの概略平面図である。この図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に搭載されたインクジェットヘッド３及びサブタンク４ａ〜４ｄと、インクジェットヘッド３で使用されるインクを貯留するインクカートリッジ５ａ〜５ｄと、記録用紙Ｐを図１の紙送り方向に搬送する搬送機構６等を備えている。
【００３４】
キャリッジ２は、図１の左右方向（走査方向）に平行に延びる２本のガイド軸１７に沿って往復移動可能に構成されている。また、キャリッジ２には、無端ベルト１８が連結されており、キャリッジ駆動モータ１９によって無端ベルト１８が走行駆動されたときに、キャリッジ２は、無端ベルト１８の走行に伴って左右方向に移動するようになっている。
【００３５】
このキャリッジ２には、インクジェットヘッド３と４つのサブタンク４ａ〜４ｄが搭載されている。インクジェットヘッド３は、その下面（図１の紙面向こう側の面）に多数の液滴噴射用ノズル５４（図２参照）を備えている。また、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おり、これら４つのサブタンク４ａ〜４ｄにはチューブジョイント２０が一体的に設けられている。そして、チューブジョイント２０に連結された可撓性のチューブ１１によって、４つのサブタンク４ａ〜４ｄと４つのインクカートリッジ５ａ〜５ｄとがそれぞれ接続されている。
【００３６】
４つのインクカートリッジ５ａ〜５ｄには、例えば、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５ａ〜５ｄは、ホルダ１０に着脱自在に装着されている。
【００３７】
これら４つのインクカートリッジ５ａ〜５ｄに貯留された４色のインクは、４本のチューブ１１を介して４つのサブタンク４ａ〜４ｄに供給され、サブタンク４ａ〜４ｄにおいて一時的に貯留された後、インクジェットヘッド３に供給される。そして、インクジェットヘッド３は、キャリッジ２とともに走査方向に往復移動しつつ、その下面に設けられた多数のノズル５４（図２参照）から、搬送機構６により図１の下方（紙送り方向）に搬送される記録用紙Ｐにインクの液滴を噴射する。
【００３８】
搬送機構６は、インクジェットヘッド３よりも紙送り方向上流側に配置された給紙ローラ２５と、インクジェットヘッド３よりも紙送り方向下流側に配置された排紙ローラ２６とを有する。給紙ローラ２５と排紙ローラ２６は、それぞれ、給紙モータ２７と排紙モータ２８により回転駆動される。そして、この搬送機構６は、給紙ローラ２５により、記録用紙Ｐを図１の上方からインクジェットヘッド３に供給するとともに、排紙ローラ２６により、インクジェットヘッド３によって画像や文字等が記録された記録用紙Ｐを図１の下方へ排出するように構成されている。
【００３９】
次に、インクジェットヘッド３について説明する。図２はインクジェットヘッドの分解斜視図、図３はインクジェットヘッドの一部拡大平面図、図４は流路ユニット（第１キャビティプレート４１）の一部拡大平面図、図５は図３のV-V線断面図である。尚、以下のインクジェットヘッド３の説明においては、図２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。
【００４０】
図２〜図５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内のインクに噴射のための圧力を付与する圧電アクチュエータ３２とを備えている。
【００４１】
流路ユニット３１は、第１キャビティプレート４１（第１圧力室形成層）、第２キャビティプレート４２（第２圧力室形成層）、ベースプレート４３、アパーチャプレート４４、２枚のマニホールドプレート４５，４６、ダンパープレート４７、カバープレート４８、及び、ノズルプレート４９の、計９枚のプレート４１〜４９の積層体からなる。尚、これら９枚のプレートは接着剤によって互いに接合されている。９枚のプレート４１〜４９のうち、最上層の第１キャビティプレート４１と最下層のノズルプレート４９を除く、中間の７枚のプレート４２〜４８は、それぞれ、ステンレス板やニッケル合金鋼板などの金属プレートである。一方、最上層の第１キャビティプレート４１と最下層のノズルプレート４９は、共に、上述した７枚の中間プレート４２〜４８よりも軟質な、ポリイミド等の合成樹脂材料で形成されている。
【００４２】
流路ユニット３１には、前述した４つのサブタンク４ａ〜４ｄにそれぞれ接続される４つのインク供給口５０ａ、５０ｂ、５０ｃと、これら４つのインク供給口５０ａ〜５０ｃに連通したマニホールド流路５１とが設けられ、さらに、マニホールド流路５１からアパーチャ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多数設けられている。
【００４３】
流路ユニット３１の最下層のノズルプレート４９には、インクの液滴をそれぞれ噴射する複数のノズル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。尚、使用されるインクの種類が４色であるのに対して、ノズル５４の配列が５列あるのは、使用頻度の最も高いブラックインクを吐出するノズル５４のみが２列に配列されているためである。
【００４４】
一方、図５に示すように、最上層に位置する第１キャビティプレート４１と、そのすぐ下に位置する第２キャビティプレート４２には、それぞれ、圧力室５３の一部を形成する圧力室形成孔５３ａ，５３ｂが、プレート４１，４２をそれぞれ貫通するように形成されている。また、図３、図４に示すように、これら２枚のキャビティプレート４１，４２に形成された２種類の圧力室形成孔５３ａ，５３ｂは、互いに同じ平面形状、即ち、走査方向を長手方向とする略矩形の平面形状を有する。そして、２枚のプレート４１，４２が互いに積層され、さらに上側の圧電アクチュエータ３２と下側のベースプレート４３とが積層されたときに、両プレート４１，４２にそれぞれ形成された２種類の圧力室形成孔５３ａ，５３ｂにより１つの圧力室５３が形成される。
【００４５】
さらに、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。尚、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、イエロー、シアン、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。
【００４６】
また、図３〜図５に示すように、最上層の第１キャビティプレート４１の、紙送り方向に配列された圧力室形成孔５３ａよりも、圧力室長手方向に関して外側の領域には、圧力室列の全長にわたって紙送り方向に延在するとともに、プレート４１を厚み方向に貫通する貫通孔５５が形成されている。一方、その下に位置する第２キャビティプレート４２にはこのような孔は形成されていない。第１キャビティプレート４１にこのような貫通孔５５が設けられている理由については後ほど説明する。さらに、キャビティプレート４１，４２の紙送り方向の一端部（図２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つのインク供給口５０ａが走査方向に並んで形成されている。
【００４７】
図２、図５に示すように、ベースプレート４３には、平面視で圧力室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、インク供給口５０ａに連通するインク供給孔５０ｂが形成されている。
【００４８】
アパーチャプレート４４には、ベースプレート４３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。
【００４９】
マニホールドプレート４５，４６には、紙送り方向に延在する開口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種類の開口５１ａ，５１ｂが重なった状態で、アパーチャプレート４４とダンパープレート４７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。また、図２に示すように、マニホールド流路５１を形成する２種類の開口５１ａ，５１ｂは、アパーチャプレート４４のインク供給孔５０ｃと重なる位置まで紙送り方向に延設されている。
【００５０】
尚、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。さらに、２枚のマニホールドプレート４５，４６には、アパーチャプレート４４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。
【００５１】
ダンパープレート４７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って形成された凹部６１が設けられている。つまり、ダンパープレート４７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４７には、マニホールドプレート４６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４８には、ダンパープレート４７の貫通孔６２とノズルプレート４９に形成されたノズル５４とを連通させる貫通孔６３が形成されている。
【００５２】
以上説明した９枚のプレート４１〜４９が積層した状態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からアパーチャ５２及び圧力室５３を経由してノズル５４に至る、多数の個別インク流路が形成されている。
【００５３】
次に、圧電アクチュエータ３２について説明する。図３、図５に示すように、圧電アクチュエータ３２は、複数の圧力室５３を覆うように流路ユニット３１の上面に接合された振動板７０と、この振動板７０の上面（流路ユニット３１と反対側の面）に配置された圧電層７１と、圧電層７１の上面に配置された複数の個別電極７２（第１電極）と、圧電層７１の下面に配置された共通電極７３（第２電極）とを備えている。
【００５４】
振動板７０と圧電層７１は、共に、圧電材料（例えば、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料）により、略矩形の平面形状を有するシート状に形成されている。そして、振動板７０と圧電層７１は、互いに積層された状態で、流路ユニット３１上面に複数の圧力室５３を覆うように連続的に配置されている。また、上層に位置する圧電層７１は、予めその厚み方向に分極されている。一方、振動板７０は、圧電層７１とは違って分極処理は施されていない。
【００５５】
複数の個別電極７２は、それぞれ、圧力室５３よりも一回り小さい略矩形の平面形状を有し、圧電層７１の上面の、複数の圧力室５３の略中央部と対向する領域に配置されている。また、共通電極７３は、振動板７０と圧電層７１の間において、それらの表面のほぼ全域にわたって形成されている。
【００５６】
図２に示すように、圧電アクチュエータ３２の圧電層７１の上面には、本体側の基板から送信された印字データに従って、圧電アクチュエータ３２を駆動するドライバＩＣ８０が実装されている。このドライバＩＣ８０は、前述した複数の個別電極７２と、圧電層７１の上面に形成された配線を介して接続されている。そして、このドライバＩＣ８０から、複数の個別電極７２のそれぞれに対して、所定の駆動電位とグランド電位の一方が選択的に付与されるようになっている。一方、共通電極７３は、ドライバＩＣ８０内のグランド線に接続されることにより、常にグランド電位に保持されている。尚、ドライバＩＣ８０は、フレキシブル配線基板（ＦＰＣ）等に実装され、そのフレキシブル配線基板が圧電アクチュエータ３２と電気的かつ機械的に接合されて、本体側と接続されていてもよい。
【００５７】
このように、振動板７０と圧電層７１は、共に、全ての圧力室５３を共通に覆うように配置された、圧電材料からなる層であるが、上層に位置する圧電層７１は、圧力室５３と対向する領域において個別電極７２と共通電極７３に上下両側から挟まれた構成となっている。即ち、この圧電層７１は、個別電極７２に所定の駆動電位が付与されたときに、厚み方向の電界が印加されて圧電歪みが生じる、活性層として働く。一方、下層に位置する振動板７０は、個別電極７２と共通電極７３に挟まれた構成となっておらず、この振動板７０は、圧電材料で構成されているものの、実際には圧電歪みが生じない非活性層である。
【００５８】
以上の圧電アクチュエータ３２の、インク噴射時における動作について説明する。
ドライバＩＣ８０から、ある個別電極７２に対して駆動電位が付与されると、この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共通電極７３との間に電位差が生じ、これらの電極７２，７３間に挟まれた圧電層７１の部分に厚み方向に電界が印加される。この電界の方向は圧電層７１の分極方向と平行であるので、この圧電層７１は、電界が印加された部分において厚み方向に伸びて面方向に収縮する。一方、非活性層である振動板７０は、圧力室５３の周囲領域において第１キャビティプレート４１に固定されていることから、上層の圧電層７１が面方向に収縮することによって、下層の振動板７０は、圧力室５３と対向する領域において、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から、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からインクの液滴が吐出される。
【００５９】
ところで、先にも少し述べたが、図３〜図５に示すように、流路ユニット３１（積層体）を構成する９枚のプレート４１〜４９のうち、圧電アクチュエータ３２の振動板７０が接合される、最上層に位置する第１キャビティプレート４１には、圧力室形成孔５３ａの周囲領域において貫通孔５５が形成されている。より詳細には、貫通孔５５は、紙送り方向に配列された複数の圧力室形成孔５３ａ（圧力室列）の長手方向両側の領域において、紙送り方向（圧力室５３の配列方向：図４の上下方向）に沿って圧力室列の全長にわたって延在し、平面視で、第１キャビティプレート４１の走査方向に隣接する５列の圧力室列間に、６列の貫通孔５５が走査方向に交互に形成される。
【００６０】
このような貫通孔５５が形成されることによって、第１キャビティプレート４１のうち、圧力室５３の長手方向両側の周囲領域において、振動板７０の変形を拘束する部分（側壁部４１ａ）の剛性が低下することになる。そのため、図５（ｂ）のように、圧電アクチュエータ３２の個別電極７２に駆動電圧が印加され、振動板７０がある圧力室５３と対向する領域において圧力室５３側へ凸となるように変形したときに、圧力室形成孔５３ａの長手方向に関する２つの側壁部４１ａが圧力室５３の内側へ少し倒れ込むように変形することが可能となり、振動板７０の変形拘束力が弱まることになる。これにより、圧力室５３と対向する領域において振動板７０が大きく変形することができるようになり、圧電アクチュエータ３２の変位量（撓み量）が大きくなる。その結果、圧力室５３の容積変化（即ち、インクに付与される圧力）が大きくなり、圧力室５３内のインクに大きな圧力を付与することが可能となる。
【００６１】
また、所定の変位量を得るために必要な、圧電アクチュエータ３２の駆動電圧（個別電極７２と共通電極７３間の電位差）を低減することも可能となる。あるいは、小さな圧力室５３であってもその内部のインクに十分な圧力を付与することができるため、圧力室５３のサイズを小さくして、流路ユニット３１上面に多数の圧力室５３をより高密度に配置でき、インクジェットヘッド３を小型化することが可能となる。
【００６２】
さらに、第１キャビティプレート４１は、金属製の第２キャビティプレート４２よりも軟質な樹脂材料で形成されている。そのため、第１キャビティプレート４１の、振動板７０と接合される側壁部４１ａの剛性が一層低くなり、振動板７０がより一層撓みやすくなる。
【００６３】
次に、本実施形態のインクジェットヘッド３の製造方法について説明する。尚、ここでは、図６（ａ）に示すように、流路ユニット３１と圧電アクチュエータ３２とを、それぞれ別々の工程で作製し、その後で、図６（ｂ）に示すように両者を接合することにより、インクジェットヘッド３を製造している。
【００６４】
（流路ユニット作製工程）
まず、流路ユニット３１の作製工程について説明する。流路ユニット３１（積層体）を構成する９枚のプレート４１〜４９のうち、最上層となる第１キャビティプレート４１と、最下層となるノズルプレート４９を除いた、金属材料からなる７枚のプレート４２〜４８のそれぞれに、圧力室５３、アパーチャ５２、マニホールド５１等のインク流路となる孔や凹部をエッチング等で形成する。
【００６５】
次に、第１キャビティプレート４１をポリイミド等の合成樹脂材料で形成する。さらに、この第１キャビティプレート４１に、第２キャビティプレート４２の圧力室形成孔５３ｂと同じ平面形状を有する圧力室形成孔５３ａと、圧力室形成孔５３ａの長手方向に関する両側においてその配列方向（図６の紙面垂直方向）に延在する貫通孔５５とを、レーザー加工やエッチング等により形成する。
【００６６】
ここで、振動板７０の変形を拘束する側壁部４１ａの剛性を低下させるためにキャビティプレートに設けられる孔は、あまり深すぎる（例えば、圧力室５３と同じ深さ程度である）と側壁部４１ａの剛性が低下しすぎて振動板７０の変形に支障が出るし、浅すぎると振動板７０の変形を増大させる効果が得られないため、この孔は、適度な深さに設定される必要がある。ここで、本実施形態においては、圧力室５３を形成するキャビティプレートが２層に分かれており、振動板７０と接合される上層の第１キャビティプレート４１に貫通孔５５が形成される一方で、下層の第２キャビティプレート４２には孔は形成されない。従って、側壁部４１ａの剛性を低下させるために設けられる孔の深さが、上層の第１キャビティプレート４１の厚みのみで決定されることになり、孔加工時の深さ管理が不要になる。そのため、圧力室５３ごとに側壁部４１ａの剛性がばらついて、その結果、圧力室５３の駆動特性（ノズル５４の噴射特性）がばらついてしまうという問題が生じない。
【００６７】
尚、この樹脂製の第１キャビティプレート４１は、軟質材料で形成されている上に薄いため、ハンドリングが難しい。そこで、金属材料からなり比較的剛性の高い第２キャビティプレート４２に、合成樹脂シートを貼るなどして樹脂材料からなる第１キャビティプレート４１を形成し、２枚のキャビティプレート４１，４２が積層した状態でハンドリングしながら、第１キャビティプレート４１への孔加工等の工程を行うことが好ましい。なお、樹脂の薄膜材料からなる第１キャビティプレート４１と、金属材料の第２キャビティプレートとが、予めはりあわされ一体に形成されている２層のクラッド材を使用することも可能で、その場合は第２キャビティプレートに合成樹脂シートを貼る工程は必要としないため、あやまって合成樹脂シートと第２キャビティプレート４２との間にエアが入ったり、シワができたりするなどの、不良品の発生を少なくすることができる。
【００６８】
さらに、ノズルプレート４９をポリイミド等の合成樹脂材料で形成するとともに、このノズルプレート４９に、複数のノズル５４をレーザー加工等によって形成する。
【００６９】
このように、第１キャビティプレート４１とノズルプレート４９がポリイミド等の合成樹脂で構成されていると、レーザー加工等により、圧力室形成孔５３ａや貫通孔５５、ノズル５４などを容易且つ精度よく形成することができるという利点がある。
【００７０】
そして、９枚のプレート４１〜４９を、それらの間に熱硬化性接着剤（例えば、エポキシ系接着剤）を介在させた状態で積層させ、例えば１８０℃程度に加熱しながら接着剤で接合することで、流路ユニット３１となる積層体を形成する。ここで、樹脂材料からなるプレートと金属材料からなるプレートの積層体を加熱したときには、両者の熱膨張係数の違いから面方向に関する伸びに差が生じ、積層体が反りやすくなる。しかし、本実施形態では、図６（ａ）に示すように、積層体の最上層（第１キャビティプレート４１）と最下層（ノズルプレート４９）が共に樹脂材料からなるプレートであることから、上層と下層とそれぞれ生じる面方向の伸びの差が相殺されるため、積層体の反りが抑制される。従って、圧電アクチュエータ３２の振動板７０が接合される、第１キャビティプレート４１の上面の平面度が高くなる。
【００７１】
（圧電アクチュエータ作製工程）
次に、圧電アクチュエータ３２の作製工程について説明する。まず、未焼成のグリーンシートを２枚用意し、圧電層７１（活性層）となる一方のグリーンシートの両面に、複数の個別電極７２と共通電極７３をそれぞれスクリーン印刷等の方法により形成する。次に、振動板７０及び圧電層７１となる２枚のグリーンシートを、共通電極７３が両者の間に挟まれるように重ねてから、２枚のグリーンシートを高温で焼成する。以上で、圧電アクチュエータ３２の作製工程が完了する。
【００７２】
（接合工程）
最後に、流路ユニット作製工程で得られた流路ユニット３１の、第１キャビティプレート４１の上面に、圧電アクチュエータ作製工程で得られた圧電アクチュエータ３２の振動板７０を、接着剤で接合する。
【００７３】
ここで、前述した圧電アクチュエータ作製工程において、グリーンシートの焼成後に得られた、圧電材料からなる振動板７０の表面には、凹凸が生じたり、あるいは、微細な異物が付着したりすることが少なからずある。しかし、流路ユニット３１の、圧電アクチュエータ３２との接合面が、軟質材料である樹脂材料からなる第１キャビティプレート４１の上面となっている。そのため、たとえ、その下面において凹凸や異物が存在する圧電アクチュエータ３２が流路ユニット３１に接合された場合でも、軟質の接合面によって圧電アクチュエータ３２に生じる応力集中を緩和することができる。従って、圧電層７１や振動板７０における割れの発生や、その割れに圧力室５３内の液体が浸透して電気的なショートを引き起こすといった問題を防止することが可能となる。
【００７４】
次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
【００７５】
まず、第１キャビティプレート４１の圧力室形成孔５３ａの外側領域に形成される孔に関して、以下のような変更を加えることが可能である。
【００７６】
（変更形態１）
第１キャビティプレート４１の圧力室形成孔５３ａの外側領域に形成される貫通孔が、圧力室の配列方向に連続的に延在している必要は必ずしもなく、図７に示すように、複数の貫通孔５５Ａが、圧力室５３の配列方向（図８の上下方向）に沿って間隔を空けて配置されてもよい。
【００７７】
（変更形態２）
図８に示すように、第１キャビティプレート４１の圧力室形成孔５３ａの短手方向に関する両側にも、貫通孔５５Ｂが形成されてもよい。この場合には、各圧力室５３のほぼ全周にわたって側壁部４１ａの剛性が低下するため、振動板７０が一層撓みやすくなる。
【００７８】
（変更形態３）
図９に示すように、第１キャビティプレート４１に形成される孔５５Ｃが、このプレート４１を厚み方向に貫通する孔ではなく、凹状の孔であってもよい（変更形態３）。この場合でも、圧力室５３の側壁部４１ａの剛性がある程度低下することから、振動板７０の撓み変形を促進するという効果が得られる。
【００７９】
（変更形態４）
圧電アクチュエータ３２の振動板７０が接合される、最上層の第１キャビティプレート４１が、第２キャビティプレート４２よりも軟質の材料（例えば樹脂材料）で形成される必要は必ずしもなく、第１キャビティプレート４１と第２キャビティプレート４２が同じ材料（例えば金属材料）で形成されてもよい。その場合、圧力室５３の側壁部の剛性をより低下させる必要がある場合は、上層の第１キャビティプレート４１の板厚が、第２キャビティプレート４２の板厚よりも薄くなっていると効果的である。また、金属材料は、第１キャビティプレート４１と第２キャビティプレート４２とが異素材の金属材料でもよく、その場合も、板厚を調整することにより、効果的に圧力室５３の側壁部の剛性を低下させることができる。
【００８０】
（変更形態５）
図１０に示すように、圧力室５３が３枚以上のキャビティプレートで形成されてもよく、圧力室５３としての容積を大きくすることもできる。尚、この場合には、少なくとも最上層のキャビティプレート４１の圧力室形成孔５３ａの外側領域に孔５５Ｄが形成される一方で、最下層のキャビティプレート４２には孔が形成されない。また、圧力室５３の側壁部の剛性をかなり低下させる必要がある場合には、中間層のキャビティプレート８０にも、最上層のキャビティプレート４１の貫通孔５５Ｄに連なる孔が形成されてもよいし、逆に、側壁部の剛性をそれほど大きく低下させる必要がない場合には、中間層のプレート８０には、最下層のプレート４２と同様に孔が形成されなくてもよい。
【００８１】
また、本発明を適用可能な圧電アクチュエータの構造は、前記実施形態で例示したものに限られず、以下のような変更を加えることが可能である。
【００８２】
（変更形態６）
圧電アクチュエータ３２の振動板が圧電材料からなる層である必要は特にない。従って、例えば、ステンレスやニッケル含有合金などの金属材料からなる振動板や、圧電特性を有さないセラミックス材料（例えば、アルミナやジルコニア等）からなる振動板が用いられてもよい。
【００８３】
（変更形態７）
圧電アクチュエータは、１枚の振動板と１枚の圧電層からなる、２層構造のユニモルフ式アクチュエータに限られるものではない。例えば、図１１に示すように、１枚の振動板７０の上面に、電極８３，８４，８５に挟まれた２枚の圧電層８１，８２（活性層）が配置されている、ユニモルフ式アクチュエータであってもよい。
【００８４】
（変更形態８）
さらに、圧電アクチュエータは、ユニモルフ式アクチュエータ、即ち、主に、圧電層に生じる圧電横効果（面方向の収縮）によって振動板を変形させるものに限られず、主に圧電縦効果（厚み方向の伸張）によって振動板を変形させる、積層型のアクチュエータであってもよい。尚、積層型の圧電アクチュエータとは、図１２に示すように、振動板７０の上面に、それぞれ２種類の電極９４，９５に挟まれた、複数枚の圧電層９０，９１，９２（活性層）が配置された構造を有し、複数枚の圧電層９０，９１，９２がそれぞれ圧電縦効果によって厚み方向に伸びることを利用して、圧力室５３内のインクに接する振動板７０を撓ませるものを指す。この積層型の圧電アクチュエータが採用された場合でも、振動板が接合される、第１キャビティプレート４１の圧力室形成孔５３ａの外側領域に孔５５が形成されていると、圧力室５３の側壁部４１ａの剛性が低下して、振動板７０が撓みやすくなるという効果が得られる。
【００８５】
以上、本発明の実施の形態として、圧力室内のインクに圧力を付与してノズルから噴射させる、インクジェットヘッドに本発明を適用した例を挙げて説明したが、本発明の適用対象は、このようなインクジェットヘッドに限られるものではない。即ち、インク以外の液体、例えば、薬液や化学溶液等の液体を、外部への液滴噴射以外の目的で所定の位置まで移送する、様々な分野で使用される液体移送装置に本発明を適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本実施形態に係るインクジェットプリンタの概略平面図である。
【図２】インクジェットヘッドの分解斜視図である。
【図３】インクジェットヘッドの一部拡大平面図である。
【図４】流路ユニット（第１キャビティプレート）の一部拡大平面図である。
【図５】（ａ）は図３のV-V線断面図、（ｂ）は個別電極に駆動電位が印加された状態を示すインクジェットヘッドの一部拡大断面図である。
【図６】インクジェットヘッドの製造工程を示す図であり、（ａ）は流路ユニットと圧電アクチュエータの接合前の状態を示す図、（ｂ）は接合後の状態を示す図である。
【図７】変更形態１の第１キャビティプレートの一部拡大平面図である。
【図８】変更形態２の第１キャビティプレートの一部拡大平面図である。
【図９】変更形態３のインクジェットヘッドの図５相当の断面図である。
【図１０】変更形態５のインクジェットヘッドの図５相当の断面図である。
【図１１】変更形態７のインクジェットヘッドの図５相当の断面図である。
【図１２】変更形態８のインクジェットヘッドの図５相当の断面図である。
【符号の説明】
【００８７】
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
４１ 第１キャビティプレート
４２ 第２キャビティプレート
４９ ノズルプレート
５３ 圧力室
５３ａ 圧力室形成孔
５３ｂ 圧力室形成孔
５４ ノズル
５５，５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｄ 貫通孔
５５Ｃ 孔
７０ 振動板
７１ 圧電層
７２ 個別電極
７３ 共通電極
８１，８２ 圧電層
８３，８４，８５ 電極
９０，９１，９２ 圧電層
９４，９５ 電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体移送装置及び液体移送装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体を移送する液体移送装置の一例として、インクの液滴を噴射するインクジェットヘッドがある。インクジェットヘッドの、インク流路内のインクに噴射圧力を付与するためのアクチュエータとして、ユニモルフ型の圧電アクチュエータが広く知られている。このようなユニモルフ型の圧電アクチュエータは、一般的に、インク流路が形成された流路ユニットの表面に、そのインク流路の一部を構成する圧力室を覆うように配置された振動板（非活性層）と、この振動板の表面に圧力室と対向するように配置された圧電層（活性層）と、圧電層を厚み方向に挟むように配置された１対の電極とを備えている。そして、１対の電極間に所定の駆動電圧が印加されて圧電層に厚み方向の電界が作用したときに、圧電層が面方向に収縮することで、圧力室と対向する部分において振動板に撓み変形が発生する。これにより、圧力室内の容積が変化して、その内部のインクに噴射圧力が付与されることになる。
【０００３】
このような圧電アクチュエータにおいて、従来から、低い駆動電圧で圧力室内のインクに大きな圧力を付与することが求められているが、そのためには、振動板及び圧電層が圧力室と対向する領域において変形しやすい構造にして、圧力室の容積変化を大きくすることが有効である。
【０００４】
圧電アクチュエータ（振動板及び圧電層）の変位量（撓み量）を増大させるために、従来から、振動板や圧電層の一部に凹部やスリットを形成して、圧電アクチュエータの曲げ剛性を局所的に低下させることが行われている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、振動板の圧力室側の面に凹部が形成された圧電アクチュエータが開示されている。また、特許文献２には、圧力室を覆うように配置された２枚の金属板（振動板及び駆動板）と、駆動板の表面に配置された圧電層の、３層構造の圧電アクチュエータが開示されている。このアクチュエータにおいては、最下層に位置する振動板の上面の、圧力室と対向する領域に凹部が形成されるとともに、その上に位置する駆動板と圧電層には、これらを厚み方向に貫通するスリットがそれぞれ形成されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３０９８６４号公報
【特許文献２】特開２００６−３０６０７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、圧電アクチュエータ全体の変位量は、圧力室周囲における振動板の拘束条件にも依存する。従って、振動板や圧電層など、流路ユニットに接合される圧電アクチュエータの構成部材の曲げ剛性を低くしても、流路ユニット側の、圧力室周囲領域において振動板と接合される部分（圧力室の側壁部）の剛性が高いと、圧力室の周囲領域における振動板の変形拘束力が大きく、圧力室と対向する領域において振動板が大きく撓むことができない。
【０００８】
本発明の目的は、圧力室の側壁部の剛性を低下させることにより、振動板の撓み変形を促進し、圧電アクチュエータの変位量を増大させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明の液体移送装置は、圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータとを備えた液体移送装置であって、前記圧電アクチュエータは、前記圧力室を覆うように前記流路ユニットの一表面に接合された振動板と、前記振動板の前記流路ユニットと反対側の面に配置された圧電層と、前記圧電層の両面の前記圧力室と対向する領域にそれぞれ配置された第１電極及び第２電極とを備え、
前記流路ユニットは、
互いに積層されるとともに前記圧力室の一部分をそれぞれ形成する圧力室形成孔が設けられた、少なくとも第１圧力室形成層と第２圧力室形成層の、２枚の圧力室形成層を有し、前記２枚の圧力室形成層のうち、上層に位置してその表面に前記振動板が接合される前記第１圧力室形成層の、前記圧力室形成孔の外側領域に、孔が形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
この構成によれば、振動板と接合される第１圧力室形成層の、圧力室形成孔の周囲領域に孔が設けられることによって、圧力室の側壁部の剛性が低下する。これにより、側壁部が圧力室の内側へ倒れ込むように変形できるようになり、圧力室周囲領域における振動板の変形拘束力が弱まる。従って、圧力室と対向する領域において振動板が大きく変形できるようになり、その結果、圧電アクチュエータの変位量（撓み量）が大きくなる。これにより、所定の変位量を得るために必要な、圧電アクチュエータの駆動電圧（第１電極と第２電極の間の電圧）を低減することも可能となる。あるいは、小さな圧力室であってもその内部の液体に十分な圧力を付与することができるため、圧力室を小さくして装置を小型化することも可能となる。尚、本発明において、第１圧力室形成層に形成される孔には、第１圧力室形成層を厚み方向に貫通する孔と、貫通しない凹状の孔の、両方が含まれる。
【００１１】
第２の発明の液体移送装置は、前記第１の発明において、前記孔が、前記第１圧力室形成層を厚み方向に貫通する貫通孔であることを特徴とするものである。
【００１２】
振動板を拘束する圧力室周囲領域の剛性を局所的に低下させるために圧力室形成層に設けられる孔は、あまり深すぎる（例えば、圧力室と同じ深さ程度である）と剛性が低下しすぎて振動板の変形に支障が出るし、浅すぎると振動板の変形を増大させる効果が得られないため、この孔は、適度な深さに設定される必要がある。ここで、本発明においては、圧力室を形成する層が少なくとも２層に分かれており、振動板と接合される上層に貫通状の孔が形成される一方で、下層には孔は形成されない。従って、圧力室形成層に形成される孔の深さが、上層の第１圧力室形成層の厚みのみで決定されることになり、孔加工時の深さ管理が不要になる。そのため、圧力室ごとに側壁部の剛性がばらつくという問題が生じない。
【００１３】
第３の発明の液体移送装置は、前記第１又は第２の発明において、前記第１圧力室形成層は、前記第２圧力室形成層よりも軟質の材料で形成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
振動板が接合される上層の第１圧力室形成層が、第２圧力室形成層よりも軟質材料で形成されていることから、振動板の変形を拘束する、圧力室の側壁部の剛性がさらに小さくなり、振動板がより一層変形しやすくなる。
【００１５】
第４の発明の液体移送装置は、前記第３の発明において、前記第１圧力室形成層は、樹脂材料で形成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
第１圧力室形成層を樹脂材料で構成することにより、この第１圧力室形成層に、圧力室形成孔や、圧力室の側壁部の剛性を低下させるための孔を、容易且つ精度よく形成することができる。
【００１７】
第５の発明の液体移送装置は、前記第４の発明において、前記流路ユニットは、少なくとも最上層に位置する前記第１圧力室形成層とその下の前記第２圧力室形成層とを含む、複数の層からなる積層体を有し、
前記積層体を構成する複数の層のうち、前記第１圧力室形成層と反対側に位置する最下層が、樹脂材料で形成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
このように、第１圧力室形成層と第２圧力室形成層を含む複数の層からなる積層体の、上下両層が共に樹脂材料で形成されることで、複数層を加熱しながら接着剤で接合した場合の反りが抑制される。その結果、振動板が接合される第１圧力室形成層の上面の、平面度が高くなる。
【００１９】
第６の発明の液体移送装置は、前記第５の発明において、前記最下層が、前記圧力室に連通する液滴噴射用ノズルが形成されたノズルプレートであることを特徴とするものである。
【００２０】
特に、流路ユニットが、前記積層体の最下層として、液体流路に連通する液滴噴射用ノズルが形成されたノズルプレートを有する場合には、このノズルプレートを樹脂材料とすることで、複数層を加熱しながら接着剤で接合する際の積層体の反りを抑制することができる。これに加えて、レーザー加工等によって、ノズルをノズルプレートに容易且つ精度よく形成することができるという効果も得られる。
【００２１】
第７の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、前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータであって、前記圧力室を覆うように前記流路ユニットの一表面に接合された振動板と、前記振動板の前記流路ユニットと反対側の面に配置された圧電層と、前記圧電層の両面の前記圧力室と対向する領域にそれぞれ配置された第１電極及び第２電極とを含む、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、前記流路ユニットを作製する流路ユニット作製工程と、前記圧電アクチュエータを作製するアクチュエータ作製工程とを有し、前記流路ユニット作製工程において、前記圧力室の一部分をそれぞれ形成する圧力室形成孔が設けられた、少なくとも第１圧力室形成層と第２圧力室形成層の、２枚の圧力室形成層を積層させるとともに、前記２枚の圧力室形成層のうち、上層に位置してその表面に前記振動板が接合される前記第１圧力室形成層の、前記圧力室形成孔の外側領域に孔を形成することを特徴とするものである。
【００２２】
このように、振動板と接合される第１圧力室形成層の、圧力室形成孔の周囲領域に孔を形成することにより、圧力室の側壁部の剛性が低下する。そのため、側壁部が圧力室の内側へ倒れ込むように変形できるようになり、圧力室周囲領域における振動板の変形拘束力が弱まる。従って、圧力室と対向する領域において振動板が大きく変形できるようになり、圧電アクチュエータの変位量（撓み量）が大きくなる。これにより、所定の変位量を得るために必要な、圧電アクチュエータの駆動電圧（第１電極と第２電極の間の電圧）を低減することも可能となる。あるいは、小さな圧力室であってもその内部の液体に十分な圧力を付与することができるため、圧力室を小さくして装置を小型化することも可能となる。尚、本発明において、第１圧力室形成層に形成される孔には、第１圧力室形成層を厚み方向に貫通する孔と、貫通しない凹状の孔の、両方が含まれる。
【００２３】
第８の発明の液体移送装置の製造方法は、前記第７の発明において、前記孔が、前記第１圧力室形成層を厚み方向に貫通する貫通孔であることを特徴とするものである。
【００２４】
本発明においては、圧力室を形成する層が少なくとも２層に分かれており、振動板と接合される上層に貫通状の孔を形成する一方、下層には孔は形成されない。従って、圧力室形成層に形成される孔の深さが、上層の第１圧力室形成層の厚みのみで決定されることになり、孔加工時の深さ管理が不要になる。従って、圧力室ごとに側壁部の剛性がばらつくという問題が生じない。
【００２５】
第９の発明の液体移送装置の製造方法は、前記第８の発明において、前記流路ユニット作製工程において、前記第１圧力室形成層を、前記第２圧力室形成層よりも軟質の材料で形成することを特徴とするものである。
【００２６】
本発明によれば、流路ユニットの、圧電アクチュエータとの接合面が軟質材料で構成されることになることから、凹凸が生じたり異物が付着したりしている圧電アクチュエータが流路ユニットに接合された場合であっても、軟質材料からなる接合面によって圧電アクチュエータに生じる応力集中を緩和することができる。従って、接合時における圧電層の割れの発生や、その割れに圧力室内の液体が浸透して電気的なショートを引き起こすといった問題を防止することが可能となる。
【００２７】
第１０の発明の液体移送装置の製造方法は、前記第９の発明において、前記流路ユニット作製工程において、前記第１圧力室形成層を、樹脂材料で形成することを特徴とするものである。
【００２８】
このように、第１圧力室形成層が樹脂材料で構成されていると、この第１圧力室形成層に、圧力室形成孔や、圧力室の側壁部の剛性を低下させるための孔を、容易且つ精度よく形成することができる。
【００２９】
第１１の発明の液体移送装置の製造方法は、前記第１０の発明において、前記流路ユニット作製工程において、少なくとも最上層に位置する前記第１圧力室形成層とその下の前記第２圧力室形成層とを含む、複数の層からなる積層体を作製するとともに、前記積層体を構成する複数の層のうち、前記第１圧力室形成層と反対側に位置する最下層を、前記第１圧力室形成層と同様に、樹脂材料で形成し、前記積層体を構成する前記複数の層を、加熱しながら接着剤で接合することを特徴とするものである。
【００３０】
これによれば、流路ユニットを構成する積層体の、上下両層を共に樹脂材料で形成した上で、積層体を構成する複数の層を加熱しながら接着剤で接合するため、加熱時の積層体全体の反りが抑制される。その結果、振動板が接合される、第１圧力室形成層の上面の平面度が高くなる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、振動板と接合される第１圧力室形成層の、圧力室形成孔の周囲領域に孔が設けられることによって、圧力室の側壁部の剛性が低下する。これにより、側壁部が圧力室の内側へ倒れ込むように変形できるようになり、圧力室周囲領域における振動板の変形拘束力が弱まる。従って、振動板が大きく変形できるようになり、その結果、圧電アクチュエータの変位量（撓み量）が大きくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
次に、本発明の実施の形態について説明する。本実施形態は、インクをノズルまで移送するとともにこのノズルから記録用紙に対してインクの液滴を噴射させる、インクジェットプリンタ用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。
【００３３】
まず、本実施形態のインクジェットヘッド（液体移送装置）を備えたインクジェットプリンタ１の概略構成について説明する。図１は、本実施形態のインクジェットプリンタの概略平面図である。この図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に搭載されたインクジェットヘッド３及びサブタンク４ａ〜４ｄと、インクジェットヘッド３で使用されるインクを貯留するインクカートリッジ５ａ〜５ｄと、記録用紙Ｐを図１の紙送り方向に搬送する搬送機構６等を備えている。
【００３４】
キャリッジ２は、図１の左右方向（走査方向）に平行に延びる２本のガイド軸１７に沿って往復移動可能に構成されている。また、キャリッジ２には、無端ベルト１８が連結されており、キャリッジ駆動モータ１９によって無端ベルト１８が走行駆動されたときに、キャリッジ２は、無端ベルト１８の走行に伴って左右方向に移動するようになっている。
【００３５】
このキャリッジ２には、インクジェットヘッド３と４つのサブタンク４ａ〜４ｄが搭載されている。インクジェットヘッド３は、その下面（図１の紙面向こう側の面）に多数の液滴噴射用ノズル５４（図２参照）を備えている。また、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おり、これら４つのサブタンク４ａ〜４ｄにはチューブジョイント２０が一体的に設けられている。そして、チューブジョイント２０に連結された可撓性のチューブ１１によって、４つのサブタンク４ａ〜４ｄと４つのインクカートリッジ５ａ〜５ｄとがそれぞれ接続されている。
【００３６】
４つのインクカートリッジ５ａ〜５ｄには、例えば、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５ａ〜５ｄは、ホルダ１０に着脱自在に装着されている。
【００３７】
これら４つのインクカートリッジ５ａ〜５ｄに貯留された４色のインクは、４本のチューブ１１を介して４つのサブタンク４ａ〜４ｄに供給され、サブタンク４ａ〜４ｄにおいて一時的に貯留された後、インクジェットヘッド３に供給される。そして、インクジェットヘッド３は、キャリッジ２とともに走査方向に往復移動しつつ、その下面に設けられた多数のノズル５４（図２参照）から、搬送機構６により図１の下方（紙送り方向）に搬送される記録用紙Ｐにインクの液滴を噴射する。
【００３８】
搬送機構６は、インクジェットヘッド３よりも紙送り方向上流側に配置された給紙ローラ２５と、インクジェットヘッド３よりも紙送り方向下流側に配置された排紙ローラ２６とを有する。給紙ローラ２５と排紙ローラ２６は、それぞれ、給紙モータ２７と排紙モータ２８により回転駆動される。そして、この搬送機構６は、給紙ローラ２５により、記録用紙Ｐを図１の上方からインクジェットヘッド３に供給するとともに、排紙ローラ２６により、インクジェットヘッド３によって画像や文字等が記録された記録用紙Ｐを図１の下方へ排出するように構成されている。
【００３９】
次に、インクジェットヘッド３について説明する。図２はインクジェットヘッドの分解斜視図、図３はインクジェットヘッドの一部拡大平面図、図４は流路ユニット（第１キャビティプレート４１）の一部拡大平面図、図５は図３のV-V線断面図である。尚、以下のインクジェットヘッド３の説明においては、図２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。
【００４０】
図２〜図５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内のインクに噴射のための圧力を付与する圧電アクチュエータ３２とを備えている。
【００４１】
流路ユニット３１は、第１キャビティプレート４１（第１圧力室形成層）、第２キャビティプレート４２（第２圧力室形成層）、ベースプレート４３、アパーチャプレート４４、２枚のマニホールドプレート４５，４６、ダンパープレート４７、カバープレート４８、及び、ノズルプレート４９の、計９枚のプレート４１〜４９の積層体からなる。尚、これら９枚のプレートは接着剤によって互いに接合されている。９枚のプレート４１〜４９のうち、最上層の第１キャビティプレート４１と最下層のノズルプレート４９を除く、中間の７枚のプレート４２〜４８は、それぞれ、ステンレス板やニッケル合金鋼板などの金属プレートである。一方、最上層の第１キャビティプレート４１と最下層のノズルプレート４９は、共に、上述した７枚の中間プレート４２〜４８よりも軟質な、ポリイミド等の合成樹脂材料で形成されている。
【００４２】
流路ユニット３１には、前述した４つのサブタンク４ａ〜４ｄにそれぞれ接続される４つのインク供給口５０ａ、５０ｂ、５０ｃと、これら４つのインク供給口５０ａ〜５０ｃに連通したマニホールド流路５１とが設けられ、さらに、マニホールド流路５１からアパーチャ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多数設けられている。
【００４３】
流路ユニット３１の最下層のノズルプレート４９には、インクの液滴をそれぞれ噴射する複数のノズル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。尚、使用されるインクの種類が４色であるのに対して、ノズル５４の配列が５列あるのは、使用頻度の最も高いブラックインクを吐出するノズル５４のみが２列に配列されているためである。
【００４４】
一方、図５に示すように、最上層に位置する第１キャビティプレート４１と、そのすぐ下に位置する第２キャビティプレート４２には、それぞれ、圧力室５３の一部を形成する圧力室形成孔５３ａ，５３ｂが、プレート４１，４２をそれぞれ貫通するように形成されている。また、図３、図４に示すように、これら２枚のキャビティプレート４１，４２に形成された２種類の圧力室形成孔５３ａ，５３ｂは、互いに同じ平面形状、即ち、走査方向を長手方向とする略矩形の平面形状を有する。そして、２枚のプレート４１，４２が互いに積層され、さらに上側の圧電アクチュエータ３２と下側のベースプレート４３とが積層されたときに、両プレート４１，４２にそれぞれ形成された２種類の圧力室形成孔５３ａ，５３ｂにより１つの圧力室５３が形成される。
【００４５】
さらに、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。尚、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、イエロー、シアン、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。
【００４６】
また、図３〜図５に示すように、最上層の第１キャビティプレート４１の、紙送り方向に配列された圧力室形成孔５３ａよりも、圧力室長手方向に関して外側の領域には、圧力室列の全長にわたって紙送り方向に延在するとともに、プレート４１を厚み方向に貫通する貫通孔５５が形成されている。一方、その下に位置する第２キャビティプレート４２にはこのような孔は形成されていない。第１キャビティプレート４１にこのような貫通孔５５が設けられている理由については後ほど説明する。さらに、キャビティプレート４１，４２の紙送り方向の一端部（図２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つのインク供給口５０ａが走査方向に並んで形成されている。
【００４７】
図２、図５に示すように、ベースプレート４３には、平面視で圧力室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、インク供給口５０ａに連通するインク供給孔５０ｂが形成されている。
【００４８】
アパーチャプレート４４には、ベースプレート４３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。
【００４９】
マニホールドプレート４５，４６には、紙送り方向に延在する開口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種類の開口５１ａ，５１ｂが重なった状態で、アパーチャプレート４４とダンパープレート４７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。また、図２に示すように、マニホールド流路５１を形成する２種類の開口５１ａ，５１ｂは、アパーチャプレート４４のインク供給孔５０ｃと重なる位置まで紙送り方向に延設されている。
【００５０】
尚、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。さらに、２枚のマニホールドプレート４５，４６には、アパーチャプレート４４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。
【００５１】
ダンパープレート４７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って形成された凹部６１が設けられている。つまり、ダンパープレート４７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４７には、マニホールドプレート４６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４８には、ダンパープレート４７の貫通孔６２とノズルプレート４９に形成されたノズル５４とを連通させる貫通孔６３が形成されている。
【００５２】
以上説明した９枚のプレート４１〜４９が積層した状態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からアパーチャ５２及び圧力室５３を経由してノズル５４に至る、多数の個別インク流路が形成されている。
【００５３】
次に、圧電アクチュエータ３２について説明する。図３、図５に示すように、圧電アクチュエータ３２は、複数の圧力室５３を覆うように流路ユニット３１の上面に接合された振動板７０と、この振動板７０の上面（流路ユニット３１と反対側の面）に配置された圧電層７１と、圧電層７１の上面に配置された複数の個別電極７２（第１電極）と、圧電層７１の下面に配置された共通電極７３（第２電極）とを備えている。
【００５４】
振動板７０と圧電層７１は、共に、圧電材料（例えば、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料）により、略矩形の平面形状を有するシート状に形成されている。そして、振動板７０と圧電層７１は、互いに積層された状態で、流路ユニット３１上面に複数の圧力室５３を覆うように連続的に配置されている。また、上層に位置する圧電層７１は、予めその厚み方向に分極されている。一方、振動板７０は、圧電層７１とは違って分極処理は施されていない。
【００５５】
複数の個別電極７２は、それぞれ、圧力室５３よりも一回り小さい略矩形の平面形状を有し、圧電層７１の上面の、複数の圧力室５３の略中央部と対向する領域に配置されている。また、共通電極７３は、振動板７０と圧電層７１の間において、それらの表面のほぼ全域にわたって形成されている。
【００５６】
図２に示すように、圧電アクチュエータ３２の圧電層７１の上面には、本体側の基板から送信された印字データに従って、圧電アクチュエータ３２を駆動するドライバＩＣ８０が実装されている。このドライバＩＣ８０は、前述した複数の個別電極７２と、圧電層７１の上面に形成された配線を介して接続されている。そして、このドライバＩＣ８０から、複数の個別電極７２のそれぞれに対して、所定の駆動電位とグランド電位の一方が選択的に付与されるようになっている。一方、共通電極７３は、ドライバＩＣ８０内のグランド線に接続されることにより、常にグランド電位に保持されている。尚、ドライバＩＣ８０は、フレキシブル配線基板（ＦＰＣ）等に実装され、そのフレキシブル配線基板が圧電アクチュエータ３２と電気的かつ機械的に接合されて、本体側と接続されていてもよい。
【００５７】
このように、振動板７０と圧電層７１は、共に、全ての圧力室５３を共通に覆うように配置された、圧電材料からなる層であるが、上層に位置する圧電層７１は、圧力室５３と対向する領域において個別電極７２と共通電極７３に上下両側から挟まれた構成となっている。即ち、この圧電層７１は、個別電極７２に所定の駆動電位が付与されたときに、厚み方向の電界が印加されて圧電歪みが生じる、活性層として働く。一方、下層に位置する振動板７０は、個別電極７２と共通電極７３に挟まれた構成となっておらず、この振動板７０は、圧電材料で構成されているものの、実際には圧電歪みが生じない非活性層である。
【００５８】
以上の圧電アクチュエータ３２の、インク噴射時における動作について説明する。
ドライバＩＣ８０から、ある個別電極７２に対して駆動電位が付与されると、この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共通電極７３との間に電位差が生じ、これらの電極７２，７３間に挟まれた圧電層７１の部分に厚み方向に電界が印加される。この電界の方向は圧電層７１の分極方向と平行であるので、この圧電層７１は、電界が印加された部分において厚み方向に伸びて面方向に収縮する。一方、非活性層である振動板７０は、圧力室５３の周囲領域において第１キャビティプレート４１に固定されていることから、上層の圧電層７１が面方向に収縮することによって、下層の振動板７０は、圧力室５３と対向する領域において、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から、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からインクの液滴が吐出される。
【００５９】
ところで、先にも少し述べたが、図３〜図５に示すように、流路ユニット３１（積層体）を構成する９枚のプレート４１〜４９のうち、圧電アクチュエータ３２の振動板７０が接合される、最上層に位置する第１キャビティプレート４１には、圧力室形成孔５３ａの周囲領域において貫通孔５５が形成されている。より詳細には、貫通孔５５は、紙送り方向に配列された複数の圧力室形成孔５３ａ（圧力室列）の長手方向両側の領域において、紙送り方向（圧力室５３の配列方向：図４の上下方向）に沿って圧力室列の全長にわたって延在し、平面視で、第１キャビティプレート４１の走査方向に隣接する５列の圧力室列間に、６列の貫通孔５５が走査方向に交互に形成される。
【００６０】
このような貫通孔５５が形成されることによって、第１キャビティプレート４１のうち、圧力室５３の長手方向両側の周囲領域において、振動板７０の変形を拘束する部分（側壁部４１ａ）の剛性が低下することになる。そのため、図５（ｂ）のように、圧電アクチュエータ３２の個別電極７２に駆動電圧が印加され、振動板７０がある圧力室５３と対向する領域において圧力室５３側へ凸となるように変形したときに、圧力室形成孔５３ａの長手方向に関する２つの側壁部４１ａが圧力室５３の内側へ少し倒れ込むように変形することが可能となり、振動板７０の変形拘束力が弱まることになる。これにより、圧力室５３と対向する領域において振動板７０が大きく変形することができるようになり、圧電アクチュエータ３２の変位量（撓み量）が大きくなる。その結果、圧力室５３の容積変化（即ち、インクに付与される圧力）が大きくなり、圧力室５３内のインクに大きな圧力を付与することが可能となる。
【００６１】
また、所定の変位量を得るために必要な、圧電アクチュエータ３２の駆動電圧（個別電極７２と共通電極７３間の電位差）を低減することも可能となる。あるいは、小さな圧力室５３であってもその内部のインクに十分な圧力を付与することができるため、圧力室５３のサイズを小さくして、流路ユニット３１上面に多数の圧力室５３をより高密度に配置でき、インクジェットヘッド３を小型化することが可能となる。
【００６２】
さらに、第１キャビティプレート４１は、金属製の第２キャビティプレート４２よりも軟質な樹脂材料で形成されている。そのため、第１キャビティプレート４１の、振動板７０と接合される側壁部４１ａの剛性が一層低くなり、振動板７０がより一層撓みやすくなる。
【００６３】
次に、本実施形態のインクジェットヘッド３の製造方法について説明する。尚、ここでは、図６（ａ）に示すように、流路ユニット３１と圧電アクチュエータ３２とを、それぞれ別々の工程で作製し、その後で、図６（ｂ）に示すように両者を接合することにより、インクジェットヘッド３を製造している。
【００６４】
（流路ユニット作製工程）
まず、流路ユニット３１の作製工程について説明する。流路ユニット３１（積層体）を構成する９枚のプレート４１〜４９のうち、最上層となる第１キャビティプレート４１と、最下層となるノズルプレート４９を除いた、金属材料からなる７枚のプレート４２〜４８のそれぞれに、圧力室５３、アパーチャ５２、マニホールド５１等のインク流路となる孔や凹部をエッチング等で形成する。
【００６５】
次に、第１キャビティプレート４１をポリイミド等の合成樹脂材料で形成する。さらに、この第１キャビティプレート４１に、第２キャビティプレート４２の圧力室形成孔５３ｂと同じ平面形状を有する圧力室形成孔５３ａと、圧力室形成孔５３ａの長手方向に関する両側においてその配列方向（図６の紙面垂直方向）に延在する貫通孔５５とを、レーザー加工やエッチング等により形成する。
【００６６】
ここで、振動板７０の変形を拘束する側壁部４１ａの剛性を低下させるためにキャビティプレートに設けられる孔は、あまり深すぎる（例えば、圧力室５３と同じ深さ程度である）と側壁部４１ａの剛性が低下しすぎて振動板７０の変形に支障が出るし、浅すぎると振動板７０の変形を増大させる効果が得られないため、この孔は、適度な深さに設定される必要がある。ここで、本実施形態においては、圧力室５３を形成するキャビティプレートが２層に分かれており、振動板７０と接合される上層の第１キャビティプレート４１に貫通孔５５が形成される一方で、下層の第２キャビティプレート４２には孔は形成されない。従って、側壁部４１ａの剛性を低下させるために設けられる孔の深さが、上層の第１キャビティプレート４１の厚みのみで決定されることになり、孔加工時の深さ管理が不要になる。そのため、圧力室５３ごとに側壁部４１ａの剛性がばらついて、その結果、圧力室５３の駆動特性（ノズル５４の噴射特性）がばらついてしまうという問題が生じない。
【００６７】
尚、この樹脂製の第１キャビティプレート４１は、軟質材料で形成されている上に薄いため、ハンドリングが難しい。そこで、金属材料からなり比較的剛性の高い第２キャビティプレート４２に、合成樹脂シートを貼るなどして樹脂材料からなる第１キャビティプレート４１を形成し、２枚のキャビティプレート４１，４２が積層した状態でハンドリングしながら、第１キャビティプレート４１への孔加工等の工程を行うことが好ましい。なお、樹脂の薄膜材料からなる第１キャビティプレート４１と、金属材料の第２キャビティプレートとが、予めはりあわされ一体に形成されている２層のクラッド材を使用することも可能で、その場合は第２キャビティプレートに合成樹脂シートを貼る工程は必要としないため、あやまって合成樹脂シートと第２キャビティプレート４２との間にエアが入ったり、シワができたりするなどの、不良品の発生を少なくすることができる。
【００６８】
さらに、ノズルプレート４９をポリイミド等の合成樹脂材料で形成するとともに、このノズルプレート４９に、複数のノズル５４をレーザー加工等によって形成する。
【００６９】
このように、第１キャビティプレート４１とノズルプレート４９がポリイミド等の合成樹脂で構成されていると、レーザー加工等により、圧力室形成孔５３ａや貫通孔５５、ノズル５４などを容易且つ精度よく形成することができるという利点がある。
【００７０】
そして、９枚のプレート４１〜４９を、それらの間に熱硬化性接着剤（例えば、エポキシ系接着剤）を介在させた状態で積層させ、例えば１８０℃程度に加熱しながら接着剤で接合することで、流路ユニット３１となる積層体を形成する。ここで、樹脂材料からなるプレートと金属材料からなるプレートの積層体を加熱したときには、両者の熱膨張係数の違いから面方向に関する伸びに差が生じ、積層体が反りやすくなる。しかし、本実施形態では、図６（ａ）に示すように、積層体の最上層（第１キャビティプレート４１）と最下層（ノズルプレート４９）が共に樹脂材料からなるプレートであることから、上層と下層とそれぞれ生じる面方向の伸びの差が相殺されるため、積層体の反りが抑制される。従って、圧電アクチュエータ３２の振動板７０が接合される、第１キャビティプレート４１の上面の平面度が高くなる。
【００７１】
（圧電アクチュエータ作製工程）
次に、圧電アクチュエータ３２の作製工程について説明する。まず、未焼成のグリーンシートを２枚用意し、圧電層７１（活性層）となる一方のグリーンシートの両面に、複数の個別電極７２と共通電極７３をそれぞれスクリーン印刷等の方法により形成する。次に、振動板７０及び圧電層７１となる２枚のグリーンシートを、共通電極７３が両者の間に挟まれるように重ねてから、２枚のグリーンシートを高温で焼成する。以上で、圧電アクチュエータ３２の作製工程が完了する。
【００７２】
（接合工程）
最後に、流路ユニット作製工程で得られた流路ユニット３１の、第１キャビティプレート４１の上面に、圧電アクチュエータ作製工程で得られた圧電アクチュエータ３２の振動板７０を、接着剤で接合する。
【００７３】
ここで、前述した圧電アクチュエータ作製工程において、グリーンシートの焼成後に得られた、圧電材料からなる振動板７０の表面には、凹凸が生じたり、あるいは、微細な異物が付着したりすることが少なからずある。しかし、流路ユニット３１の、圧電アクチュエータ３２との接合面が、軟質材料である樹脂材料からなる第１キャビティプレート４１の上面となっている。そのため、たとえ、その下面において凹凸や異物が存在する圧電アクチュエータ３２が流路ユニット３１に接合された場合でも、軟質の接合面によって圧電アクチュエータ３２に生じる応力集中を緩和することができる。従って、圧電層７１や振動板７０における割れの発生や、その割れに圧力室５３内の液体が浸透して電気的なショートを引き起こすといった問題を防止することが可能となる。
【００７４】
次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
【００７５】
まず、第１キャビティプレート４１の圧力室形成孔５３ａの外側領域に形成される孔に関して、以下のような変更を加えることが可能である。
【００７６】
（変更形態１）
第１キャビティプレート４１の圧力室形成孔５３ａの外側領域に形成される貫通孔が、圧力室の配列方向に連続的に延在している必要は必ずしもなく、図７に示すように、複数の貫通孔５５Ａが、圧力室５３の配列方向（図８の上下方向）に沿って間隔を空けて配置されてもよい。
【００７７】
（変更形態２）
図８に示すように、第１キャビティプレート４１の圧力室形成孔５３ａの短手方向に関する両側にも、貫通孔５５Ｂが形成されてもよい。この場合には、各圧力室５３のほぼ全周にわたって側壁部４１ａの剛性が低下するため、振動板７０が一層撓みやすくなる。
【００７８】
（変更形態３）
図９に示すように、第１キャビティプレート４１に形成される孔５５Ｃが、このプレート４１を厚み方向に貫通する孔ではなく、凹状の孔であってもよい（変更形態３）。この場合でも、圧力室５３の側壁部４１ａの剛性がある程度低下することから、振動板７０の撓み変形を促進するという効果が得られる。
【００７９】
（変更形態４）
圧電アクチュエータ３２の振動板７０が接合される、最上層の第１キャビティプレート４１が、第２キャビティプレート４２よりも軟質の材料（例えば樹脂材料）で形成される必要は必ずしもなく、第１キャビティプレート４１と第２キャビティプレート４２が同じ材料（例えば金属材料）で形成されてもよい。その場合、圧力室５３の側壁部の剛性をより低下させる必要がある場合は、上層の第１キャビティプレート４１の板厚が、第２キャビティプレート４２の板厚よりも薄くなっていると効果的である。また、金属材料は、第１キャビティプレート４１と第２キャビティプレート４２とが異素材の金属材料でもよく、その場合も、板厚を調整することにより、効果的に圧力室５３の側壁部の剛性を低下させることができる。
【００８０】
（変更形態５）
図１０に示すように、圧力室５３が３枚以上のキャビティプレートで形成されてもよく、圧力室５３としての容積を大きくすることもできる。尚、この場合には、少なくとも最上層のキャビティプレート４１の圧力室形成孔５３ａの外側領域に孔５５Ｄが形成される一方で、最下層のキャビティプレート４２には孔が形成されない。また、圧力室５３の側壁部の剛性をかなり低下させる必要がある場合には、中間層のキャビティプレート８０にも、最上層のキャビティプレート４１の貫通孔５５Ｄに連なる孔が形成されてもよいし、逆に、側壁部の剛性をそれほど大きく低下させる必要がない場合には、中間層のプレート８０には、最下層のプレート４２と同様に孔が形成されなくてもよい。
【００８１】
また、本発明を適用可能な圧電アクチュエータの構造は、前記実施形態で例示したものに限られず、以下のような変更を加えることが可能である。
【００８２】
（変更形態６）
圧電アクチュエータ３２の振動板が圧電材料からなる層である必要は特にない。従って、例えば、ステンレスやニッケル含有合金などの金属材料からなる振動板や、圧電特性を有さないセラミックス材料（例えば、アルミナやジルコニア等）からなる振動板が用いられてもよい。
【００８３】
（変更形態７）
圧電アクチュエータは、１枚の振動板と１枚の圧電層からなる、２層構造のユニモルフ式アクチュエータに限られるものではない。例えば、図１１に示すように、１枚の振動板７０の上面に、電極８３，８４，８５に挟まれた２枚の圧電層８１，８２（活性層）が配置されている、ユニモルフ式アクチュエータであってもよい。
【００８４】
（変更形態８）
さらに、圧電アクチュエータは、ユニモルフ式アクチュエータ、即ち、主に、圧電層に生じる圧電横効果（面方向の収縮）によって振動板を変形させるものに限られず、主に圧電縦効果（厚み方向の伸張）によって振動板を変形させる、積層型のアクチュエータであってもよい。尚、積層型の圧電アクチュエータとは、図１２に示すように、振動板７０の上面に、それぞれ２種類の電極９４，９５に挟まれた、複数枚の圧電層９０，９１，９２（活性層）が配置された構造を有し、複数枚の圧電層９０，９１，９２がそれぞれ圧電縦効果によって厚み方向に伸びることを利用して、圧力室５３内のインクに接する振動板７０を撓ませるものを指す。この積層型の圧電アクチュエータが採用された場合でも、振動板が接合される、第１キャビティプレート４１の圧力室形成孔５３ａの外側領域に孔５５が形成されていると、圧力室５３の側壁部４１ａの剛性が低下して、振動板７０が撓みやすくなるという効果が得られる。
【００８５】
以上、本発明の実施の形態として、圧力室内のインクに圧力を付与してノズルから噴射させる、インクジェットヘッドに本発明を適用した例を挙げて説明したが、本発明の適用対象は、このようなインクジェットヘッドに限られるものではない。即ち、インク以外の液体、例えば、薬液や化学溶液等の液体を、外部への液滴噴射以外の目的で所定の位置まで移送する、様々な分野で使用される液体移送装置に本発明を適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本実施形態に係るインクジェットプリンタの概略平面図である。
【図２】インクジェットヘッドの分解斜視図である。
【図３】インクジェットヘッドの一部拡大平面図である。
【図４】流路ユニット（第１キャビティプレート）の一部拡大平面図である。
【図５】（ａ）は図３のV-V線断面図、（ｂ）は個別電極に駆動電位が印加された状態を示すインクジェットヘッドの一部拡大断面図である。
【図６】インクジェットヘッドの製造工程を示す図であり、（ａ）は流路ユニットと圧電アクチュエータの接合前の状態を示す図、（ｂ）は接合後の状態を示す図である。
【図７】変更形態１の第１キャビティプレートの一部拡大平面図である。
【図８】変更形態２の第１キャビティプレートの一部拡大平面図である。
【図９】変更形態３のインクジェットヘッドの図５相当の断面図である。
【図１０】変更形態５のインクジェットヘッドの図５相当の断面図である。
【図１１】変更形態７のインクジェットヘッドの図５相当の断面図である。
【図１２】変更形態８のインクジェットヘッドの図５相当の断面図である。
【符号の説明】
【００８７】
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
４１ 第１キャビティプレート
４２ 第２キャビティプレート
４９ ノズルプレート
５３ 圧力室
５３ａ 圧力室形成孔
５３ｂ 圧力室形成孔
５４ ノズル
５５，５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｄ 貫通孔
５５Ｃ 孔
７０ 振動板
７１ 圧電層
７２ 個別電極
７３ 共通電極
８１，８２ 圧電層
８３，８４，８５ 電極
９０，９１，９２ 圧電層
９４，９５ 電極
【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、
前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータとを備えた液体移送装置であって、
前記圧電アクチュエータは、前記圧力室を覆うように前記流路ユニットの一表面に接合された振動板と、前記振動板の前記流路ユニットと反対側の面に配置された圧電層と、前記圧電層の両面の前記圧力室と対向する領域にそれぞれ配置された第１電極及び第２電極とを備え、
前記流路ユニットは、
互いに積層されるとともに前記圧力室の一部分をそれぞれ形成する圧力室形成孔が設けられた、少なくとも第１圧力室形成層と第２圧力室形成層の、２枚の圧力室形成層を有し、
前記２枚の圧力室形成層のうち、上層に位置してその表面に前記振動板が接合される前記第１圧力室形成層の、前記圧力室形成孔の外側領域に、孔が形成されていることを特徴とする液体移送装置。
【請求項２】
前記孔が、前記第１圧力室形成層を厚み方向に貫通する貫通孔であることを特徴とする請求項１に記載の液体移送装置。
【請求項３】
前記第１圧力室形成層は、前記第２圧力室形成層よりも軟質の材料で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体移送装置。
【請求項４】
前記第１圧力室形成層は、樹脂材料で形成さ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。
【請求項５】
前記流路ユニットは、少なくとも最上層に位置する前記第１圧力室形成層とその下の前記第２圧力室形成層とを含む、複数の層からなる積層体を有し、
前記積層体を構成する複数の層のうち、前記第１圧力室形成層と反対側に位置する最下層が、樹脂材料で形成されていることを特徴とする請求項４に記載の液体移送装置。
【請求項６】
前記最下層が、前記圧力室に連通する液滴噴射用ノズルが形成されたノズルプレート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。
【請求項７】
圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、
前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータであって、前記圧力室を覆うように前記流路ユニットの一表面に接合された振動板と、前記振動板の前記流路ユニットと反対側の面に配置された圧電層と、前記圧電層の両面の前記圧力室と対向する領域にそれぞれ配置された第１電極及び第２電極とを含む、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、
前記流路ユニットを作製する流路ユニット作製工程と、
前記圧電アクチュエータを作製するアクチュエータ作製工程と、
を有し、
前記流路ユニット作製工程において、前記圧力室の一部分をそれぞれ形成する圧力室形成孔が設けられた、少なくとも第１圧力室形成層と第２圧力室形成層の、２枚の圧力室形成層を積層させるとともに、
前記２枚の圧力室形成層のうち、上層に位置してその表面に前記振動板が接合される前記第１圧力室形成層の、前記圧力室形成孔の外側領域に、孔を形成することを特徴とする液体移送装置の製造方法。
【請求項８】
前記孔が、前記第１圧力室形成層を厚み方向に貫通する貫通孔であ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。
【請求項９】
前記流路ユニット作製工程において、前記第１圧力室形成層を、前記第２圧力室形成層よりも軟質の材料で形成することを特徴とする請求項８に記載の液体移送装置の製造方法。
【請求項１０】
前記流路ユニット作製工程において、前記第１圧力室形成層を、樹脂材料で形成することを特徴とする請求項９に記載の液体移送装置の製造方法。
【請求項１１】
前記流路ユニット作製工程において、少なくとも最上層に位置する前記第１圧力室形成層とその下の前記第２圧力室形成層とを含む、複数の層からなる積層体を作製するとともに、前記積層体を構成する複数の層のうち、前記第１圧力室形成層と反対側に位置する最下層を、前記第１圧力室形成層と同様に、樹脂材料で形成し、
前記積層体を構成する前記複数の層を、加熱しながら接着剤で接合することを特徴とする請求項１０に記載の液体移送装置の製造方法。
【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、
前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータとを備えた液体移送装置であって、
前記圧電アクチュエータは、前記圧力室を覆うように前記流路ユニットの一表面に接合された振動板と、前記振動板の前記流路ユニットと反対側の面に配置された圧電層と、前記圧電層の両面の前記圧力室と対向する領域にそれぞれ配置された第１電極及び第２電極とを備え、
前記流路ユニットは、
互いに積層されるとともに前記圧力室の一部分をそれぞれ形成する圧力室形成孔が設けられた、少なくとも第１圧力室形成層と第２圧力室形成層の、２枚の圧力室形成層を有し、
前記２枚の圧力室形成層のうち、上層に位置してその表面に前記振動板が接合される前記第１圧力室形成層の、前記圧力室形成孔の外側領域に、孔が形成されていることを特徴とする液体移送装置。
【請求項２】
前記孔が、前記第１圧力室形成層を厚み方向に貫通する貫通孔であることを特徴とする請求項１に記載の液体移送装置。
【請求項３】
前記第１圧力室形成層は、前記第２圧力室形成層よりも軟質の材料で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体移送装置。
【請求項４】
前記第１圧力室形成層は、樹脂材料で形成さ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。
【請求項５】
前記流路ユニットは、少なくとも最上層に位置する前記第１圧力室形成層とその下の前記第２圧力室形成層とを含む、複数の層からなる積層体を有し、
前記積層体を構成する複数の層のうち、前記第１圧力室形成層と反対側に位置する最下層が、樹脂材料で形成されていることを特徴とする請求項４に記載の液体移送装置。
【請求項６】
前記最下層が、前記圧力室に連通する液滴噴射用ノズルが形成されたノズルプレート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。
【請求項７】
圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、
前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータであって、前記圧力室を覆うように前記流路ユニットの一表面に接合された振動板と、前記振動板の前記流路ユニットと反対側の面に配置された圧電層と、前記圧電層の両面の前記圧力室と対向する領域にそれぞれ配置された第１電極及び第２電極とを含む、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、
前記流路ユニットを作製する流路ユニット作製工程と、
前記圧電アクチュエータを作製するアクチュエータ作製工程と、
を有し、
前記流路ユニット作製工程において、前記圧力室の一部分をそれぞれ形成する圧力室形成孔が設けられた、少なくとも第１圧力室形成層と第２圧力室形成層の、２枚の圧力室形成層を積層させるとともに、
前記２枚の圧力室形成層のうち、上層に位置してその表面に前記振動板が接合される前記第１圧力室形成層の、前記圧力室形成孔の外側領域に、孔を形成することを特徴とする液体移送装置の製造方法。
【請求項８】
前記孔が、前記第１圧力室形成層を厚み方向に貫通する貫通孔であ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。
【請求項９】
前記流路ユニット作製工程において、前記第１圧力室形成層を、前記第２圧力室形成層よりも軟質の材料で形成することを特徴とする請求項８に記載の液体移送装置の製造方法。
【請求項１０】
前記流路ユニット作製工程において、前記第１圧力室形成層を、樹脂材料で形成することを特徴とする請求項９に記載の液体移送装置の製造方法。
【請求項１１】
前記流路ユニット作製工程において、少なくとも最上層に位置する前記第１圧力室形成層とその下の前記第２圧力室形成層とを含む、複数の層からなる積層体を作製するとともに、前記積層体を構成する複数の層のうち、前記第１圧力室形成層と反対側に位置する最下層を、前記第１圧力室形成層と同様に、樹脂材料で形成し、
前記積層体を構成する前記複数の層を、加熱しながら接着剤で接合することを特徴とする請求項１０に記載の液体移送装置の製造方法。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−１７８８４４（Ｐ２００９−１７８８４４Ａ）
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７０３５（Ｐ２００８−１７０３５）
【出願日】平成２０年１月２９日（２００８．１．２９）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月２９日（２００８．１．２９）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
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