金属プレートの接合方法及び金属プレート接合用治具
【課題】 表面において開口した内部空洞を有する複数の金属プレートの積層体を拡散接合により接合すること。
【解決手段】 第１治具６１は、平面状の当接面６１ａを有し、側面６１ｃにおいて開口している大気連通路６１ｂを有し、第２治具６２は、平面状の当接面６２ａを有する。第１治具６１の当接面６１ａとキャビティプレート２２とを当接させ、第２治具６２の当接面６２ａとカバープレート２９とを当接させることにより第１治具６１と第２治具とで流路ユニット４を挟み込み、真空条件下の中で高温に加熱しながら第１治具６１と第２治具６２とで流路ユニット４を加圧することにより金属プレート２２〜２９を接合する。
【解決手段】 第１治具６１は、平面状の当接面６１ａを有し、側面６１ｃにおいて開口している大気連通路６１ｂを有し、第２治具６２は、平面状の当接面６２ａを有する。第１治具６１の当接面６１ａとキャビティプレート２２とを当接させ、第２治具６２の当接面６２ａとカバープレート２９とを当接させることにより第１治具６１と第２治具とで流路ユニット４を挟み込み、真空条件下の中で高温に加熱しながら第１治具６１と第２治具６２とで流路ユニット４を加圧することにより金属プレート２２〜２９を接合する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層された複数枚の金属プレートを接合する接合方法及び接合用治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドとして、その内部にインク流路を含む流路ユニットが、積層状の複数枚の金属プレートにより構成されているものがある。例えば、特許文献１に記載のインクジェットヘッドは、マニホールドと、このマニホールドから圧力室を経てノズルに至る個別インク流路を含む流路ユニットを備えており、この流路ユニットは、積層状の複数枚の金属プレートが接合された積層体からなる。ここで、複数枚の金属プレートを接合する方法としては、接着剤による接着や、拡散接合等を採用することができる。
【０００３】
拡散接合により接合する際には、複数枚の金属プレートを両面から平板状の治具で挟み込み、真空条件下で高温（１０００℃程度）に熱しながら加圧することにより、金属プレートの接合面において金属原子を相互に拡散させて接合する。この拡散接合により接合する場合には、複数枚の金属プレートを一度に接合することができるため、工程を簡素化することが可能になる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２７６５６２号公報（図６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、複数枚の金属プレートの積層体を治具で挟み込んだときに、形成されるインク流路が密閉されると共に内部に空気が残留することがある。この積層体を加熱すると、インク流路内の空気が膨張してその内圧が高くなり、接合代に余裕のない部位で接着不良が生じてインク流路にリークが発生したり、温度分布が不均一になり歪みや撓みが生じたりすることがある。
【０００６】
本発明の目的は、接合不良や歪み等を生じさせることなく複数枚の金属プレートを拡散接合により接合することである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００７】
本発明の金属プレートの接合方法は、表面において開口した内部空洞を有する複数枚の金属プレートの積層体を、積層体の両面に当接する平面状の当接面を夫々有し、且つ、少なくとも一方に前記内部空洞と大気とをそれぞれ連通する大気連通路が形成された、１対の治具で挟み込む第１工程と、積層体を加熱しながらこの１対の治具により加圧して、複数枚の金属プレートを接合する第２工程とを備えている。
【０００８】
これによると、金属プレートの積層体を１対の治具で挟み込んだときに、積層体の内部空洞が治具に形成された大気連通路を介して大気に連通した状態となるため、拡散接合前に、内部空洞の空気を大気連通路を介して確実に逃がすことができる。従って、積層体を加熱したときに内部空洞内の空気が膨張することがなく、金属プレートに接合不良が生じたり、積層体の温度分布が不均一になり歪みが生じたりすることを防止することができる。また、治具に大気連通路を設けているので、予め、積層体側に内部空洞を大気に連通させる大気連通路等を設ける工程が不要になり、製造工程を簡略化できる。
【０００９】
また、本発明の金属プレートの接合方法において、大気連通路は、治具の当接面において、内部空洞との連通部から積層体に当接しない部分まで延びる逃がし溝により形成されていてもよい。これによると、逃がし溝を治具の当接面に容易に形成することができ、作製が容易な治具を用いて金属プレートを拡散接合することができる。
【００１０】
また、本発明の金属プレートの接合方法において、大気連通路は、治具の当接面に形成された内部空洞との連通部から治具の内部において延在し、さらに、治具の積層体に当接しない部分において開口していてもよい。これによると、大気連通路は、内部空洞との連通部を除いて治具の内部に形成されているため、１対の治具で金属プレートの積層体を加圧したときに、複数枚の金属プレートが全面的に加圧されるため、その接合状態が良好となる。また、大気連通路の積層体に当接しない部分から内部空洞内の空気を確実に排出できる。
【００１１】
また、本発明の金属プレートの接合方法は、内部空洞が、ノズルからインクが流れるインクジェットヘッドのインク流路である場合にも適用できる。この場合、インク流路を有する金属プレートの積層体１対の治具で挟み込んだときに、インク流路が治具に形成された大気連通路を介して大気に連通した状態となるため、拡散接合前にインク流路内の空気を確実に排出でき、インク流路内の空気が膨張することにより、マニホールド等の内圧が高くなって接合不良が生じてインク流路にリークが発生したり、積層体の温度分布が不均一になり歪みが生じたりするのを防止することができる。
【００１２】
このとき、インク流路は、複数のノズルに夫々連通する複数の圧力室を含み、且つ、これら複数の圧力室において夫々開口している場合には、第１工程において、治具の大気連通路を少なくとも１つの圧力室に連通させた状態で、１対の治具により積層体を挟み込んでもよい。インクを加圧するための圧力室は比較的大きい面積を有するため、第１工程において、治具の大気連通路とインク流路とを連通させるための位置合わせを容易に行うことができる。
【００１３】
また、インク流路が、複数のノズルに連通する共通インク室を含み、且つ、この共通インク室において開口している場合には、第1工程において、治具の大気連通路を共通インク室に連通させた状態で1対の治具により積層体を挟み込んでもよい。一般的に、複数のノズルにインクを供給するための共通インク室は、インク流路の他の部分よりも大きい面積を有するので、第1工程において、治具の大気連通路をインク流路に連通させることがさらに容易になる。
【００１４】
本発明の金属プレート接合用治具は、表面において開口した内部空洞を有する複数枚の金属プレートの積層体の両面に当接可能な平面状の当接可能平面状の当接面を有し、積層体を加熱しながら加圧して複数の金属プレートを接合するための１対の治具であって少なくとも内部空洞と大気とに夫々連通する大気連通路が形成されている。これによると、金属プレートの積層体をこの１対の治具で挟み込んだときに、積層体の内部空洞が治具に形成された大気連通路を介して大気に連通した状態となるため、拡散接合前に、内部空洞内の空気を大気連通路を介して確実に排出することができ、加熱したときに内部空洞内の空気が膨張することにより、金属プレートの接合面に接合不良が生じたり、積層体の温度分布が不均一になり歪みが生じたりするのを防止することができる。
【００１５】
また、本発明の金属プレート接合用治具は、大気連通路が治具の当接面において、内部空洞との連通部から積層体に当接しない部分まで延びる逃がし溝により形成されていてもよい。これによると、逃がし溝を治具の当接面に形成することができ、治具を容易に作製することができる。また、逃がし溝の積層体に当接しない部分から内部空洞内の空気を確実に排出できる。
【００１６】
また、本発明の金属プレート接合用治具は、大気連通路が治具の当接面に形成された内部空洞との連通部から治具の内部において延在し、さらに、治具の積層体に当接しない部分において開口していてもよい。これによると、大気連通路は、内部空間との連通部を除いて治具の内部に形成されるので、この１対の治具で金属プレートの積層体を加圧したときに、複数枚の金属プレートを全面的に加圧し、接合状態を良好なものにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施の形態は、インクジェットプリンタのインクジェットヘッドに本発明を適用した一例である。
【００１８】
まず、図１を参照しつつ、本発明の実施形態におけるインクジェットヘッドの全体構成について説明する。図１は、本実施形態におけるインクジェットヘッド１の外観斜視図である。
【００１９】
インクジェットヘッド１は、用紙に対してインクを吐出するための主走査方向に延在した矩形平面形状を有するヘッドユニット７０と、ヘッドユニット７０に供給されるインクの流路が形成されたベースブロック７１とを備えている。ベースブロック７１は、ホルダ７２により支持されている。このホルダ７２は、ベースブロック７１を収容する把持部７２ａと、把持部７２ａの上面からベースブロック７１の平面に直交する方向に沿って所定間隔をなして延出された一対の平板部材７２ｂとを有する。
【００２０】
また、ヘッドユニット７０からは２枚のＦＰＣ５０が引き出され、これらＦＰＣ５０は、スポンジなどの弾性部材８３を介して、ホルダ７２の平板部材７２ｂの表面に沿うように配置されている。そして、ＦＰＣ５０上には、弾性部材８３と対向する位置にドライバＩＣ８０が設置されている。また、ＦＰＣ５０の内部には、ドライバＩＣ８０から出力された駆動信号をヘッドユニット７０のアクチュエータユニット２１（図２参照）に伝達するための、給電線としての導体パターンが設けられている。
【００２１】
さらにドライバＩＣ８０の外側表面には、ヒートシンク８２が密着するよう配置されており、ドライバＩＣ８０にて発生する熱がヒートシンク８２に放出されるようになっている。また、ドライバＩＣ８０及びヒートシンク８２の上方には、基板８１が備えられており、ドライバＩＣ８０と基板８１とがＦＰＣ５０を介して電気的に接続されている。
【００２２】
次に、図２を参照しつつ、図１に示したヘッドユニット７０、ベースブロック７１などの構成について、より詳細に説明する。図２は、図１のII−II線における断面図である。
【００２３】
ヘッドユニット７０は、インク流路が形成された流路ユニット４と、流路ユニット４の上面に接着剤を介して接着されたアクチュエータユニット２１とを含んでいる。これら流路ユニット４及びアクチュエータユニット２１は共に、複数の薄板を積層して互いに接着させた構成である。また、アクチュエータユニット２１の上面にはＦＰＣ５０が接着されている。
【００２４】
流路ユニット４の上面において、アクチュエータユニット２１が接着されていない部分には、ベースブロック７１が固定されている。しかし、アクチュエータユニット２１に対しては、所定の間隙を介してベースブロック７１が対向するように構成されている。つまり、図２に示すように、ベースブロック７１の下面外側には、流路ユニット４上のアクチュエータユニット２１の設置位置に対応して凹部７１ａが設けられている。アクチュエータユニット２１はＦＰＣ５０と共にちょうどこの凹部７１ａ内に配置されており、このうちＦＰＣ５０が多少の余裕をベースブロック７１との間に残して引き出されている。
【００２５】
ベースブロック７１は、例えばステンレスなどの金属材料からなり、ホルダ７２の把持部７２ａ内に接着固定されている。また、ベースブロック７１には、後に詳述する、２つの略直方体の中空領域を有するインク溜まり３が設けられている。
【００２６】
なお、平板部７２ｂの表面に配置されたヒートシンク８２は、シール部材８４を介して、基板８１及びＦＰＣ５０に固定されている。また、ＦＰＣ５０は、シール部材８５を介して、ホルダ７２における把持部７２ａ先端及び流路ユニット４上面に固定されている。
【００２７】
次に、図３〜図７を参照しつつ、ヘッドユニット７０について説明する。
【００２８】
図３は、図２に示したヘッドユニット７０の平面図である。インクの供給形態を説明する上での利便性から、ベースブロック７１内に形成された流路（インク溜まり３、開口３ａ、開口３ｂ）を点線で示してある。図３に示すように、ヘッドユニット７０の長手方向には、２つのインク溜まり３が互いに所定間隔をなして平行に延在している。２つのインク溜まり３はそれぞれ一端に開口３ａを有し、この開口３ａを介してインクタンク（図示せず）に連通して常にインクで満たされている。また、各インク溜まり３には２つで１対となった開口３ｂが設けられている。２つのインク溜まり３に設けられた開口３ｂは、ヘッドユニット７０の幅方向において重ならないよう、それぞれ延在方向に所定間隔をなして配置されている。
【００２９】
１対の開口３ｂの間にはそれぞれ、台形の平面形状を有するアクチュエータユニット２１が配置されている。より詳細には、各アクチュエータユニット２１は、ヘッドユニット７０の長手方向に沿った平行対向辺（上辺及び下辺）を持つ台形の平面形状を有して、それぞれ千鳥状に配置され、隣接する斜辺同士をヘッドユニット７０の幅方向にオーバーラップしている。
【００３０】
図４は、図３内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。ここでは、流路ユニット４内に形成された流路を点線で示していない。図４から、各インク溜まり３に設けられた開口３ｂはマニホールド５（共通インク室）に連通し、さらに各マニホールド５の先端部は２つに分岐して副マニホールド５ａを形成している。また、平面視において、アクチュエータユニット２１における２つの斜辺側それぞれから、隣接する開口３ｂから分岐した２つの副マニホールド５ａが延出している。つまり、アクチュエータユニット２１の平行対向辺に沿って計４つの副マニホールド５ａが延在している。
【００３１】
なお、流路ユニット４（図６参照）の下面において、アクチュエータユニット２１と対向する領域には、インクの吐出ノズル８がマトリクス状に配列され、インク吐出領域が形成されている。なお、吐出ノズル８は、図４において部分的に示されているが、流路ユニット４の下面におけるインク吐出領域全体に配列されている。
【００３２】
図５は、図４内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。この図は、アクチュエータユニット２１の端部近傍を拡大したものであるが、図面をわかりやすくするために、アクチュエータユニット２１に隠れて見えないはずのアパーチャ１２から圧力室１０を介してノズル８に至る個別のインク流路が実線で描かれている。なお、流路ユニット４内に形成されている副マニホールド５ａは点線で示されている。図５に示すように、アクチュエータユニット２１の表面には、多数の個別電極３５（後述）が配置されている。圧力室１０と個別電極３５とは、互いに重なる関係に配置され流路ユニット４の表面に沿って相互に隣接するよう形成されている。
【００３３】
また、図５に示すように、圧力室１０と副マニホールド５ａとは、アパーチャ１２を介して連通している。アパーチャ１２は、図４に示すように、その一端を副マニホールド５ａの領域に、他端を略菱形である圧力室１０の鋭角部に、それぞれ配置されている。
【００３４】
なお、図５から、１つの圧力室１０に対して２つのアパーチャ１２が重なり合うように配置されているのがわかる。これは、流路ユニット４内において、圧力室１０とアパーチャ１２とを異なる高さに設けたことにより実現されたものである。これにより、圧力室１０を高密度に配列することが可能になると共に、比較的小さな占有面積のインクジェットヘッド１で高解像度の画像形成を実現することが可能になっている。
【００３５】
本実施の形態において、圧力室１０は、ヘッドユニット７０の長手方向（第１配列方向）と幅方向からやや傾いた方向（第２配列方向）との２方向に、マトリクス状に形成されている。
【００３６】
また、インクの吐出ノズル８は、図５に示すように、副マニホールド５ａの範囲外で且つ略菱形の各圧力室１０における一つの鋭角にほぼ対応する部分に配置されている。本実施形態において、吐出ノズル８は第１配列方向において５０ｄｐｉで配列され、圧力室１０は第２配列方向において各アクチュエータユニット２１に対応する領域内に最大で１２個含まれるように配列されている。そして、第２配列方向に配列された１２個の圧力室１０における第１配列方向を占める長さは、第１配列方向に隣接する２つの圧力室１０の占める長さ（ピッチ）に相当するようになっている。つまり、第１配列方向に隣接する２つの圧力室１０において、それぞれの鋭角部に配置された吐出ノズル８間の範囲内には、インクジェットヘッド１の幅方向に１２個の吐出ノズル８が存在している。尚、アクチュエータユニット２１の斜辺部（図３参照）では、インクジェットヘッド１の幅方向に対向するアクチュエータユニット２１の斜辺部と相補関係となることで、上記条件を満たしている。
【００３７】
したがって、本実施形態におけるインクジェットヘッド１によると、インクジェットヘッド１に対する用紙の副走査方向（図３参照）への相対的な移動に伴って、マトリクス状に配列された多数の吐出ノズル８から順次インク滴を吐出させることで、主走査方向に６００ｄｐｉで印刷を行うことができる。
【００３８】
以上に述べたように、本実施形態のインクジェットヘッド１には、インクタンク（図示せず）からマニホールド５、副マニホールド５ａ、アパーチャ１２及び圧力室１０を経て、先細形状の吐出ノズル８の先端に形成された吐出ノズル８に至る、インク流路３２（図５参照）が形成されている。
【００３９】
次に、図６を参照しつつ、ヘッドユニット７０の断面構成についてより詳細に説明する。図６は、図５におけるヘッドユニット７０のVI−VI線断面図である。
【００４０】
図６に示すように、流路ユニット４は、アクチュエータユニット２１との接合側から順に、キャビティプレート２２、ベースプレート２３、アパーチャプレート２４、サプライプレート２５、マニホールドプレート２６、２７、２８、カバープレート２９、ノズルプレート３０を構成する計９枚の金属プレートが積層されたものである。これら金属プレートは、例えばステンレス等の金属からなる。
【００４１】
流路ユニット４における最上層のキャビティプレート２２は、圧力室１０に対応する略菱形の開口が多数設けられた金属プレートである。ベースプレート２３は、キャビティプレート２２に形成された各圧力室１０と下層のプレートに形成されたアパーチャ１２との連絡孔、及び、圧力室１０から吐出ノズル８への連絡孔が設けられた金属プレートである。アパーチャプレート２４は、アパーチャ１２、及び、ベースプレート２３に形成された連絡孔と連通する吐出ノズル８への連絡孔が設けられた金属プレートである。サプライプレート２５は、アパーチャ１２と下層のプレートに形成された副マニホールド５ａとの連絡孔、及び、アパーチャプレート２４に形成された連絡孔と連通する吐出ノズル８への連絡孔が設けられた金属プレートである。マニホールドプレート２８は、副マニホールド５ａ、及び、サプライプレート２５に形成された連絡孔と連通する吐出ノズル８への連絡孔が設けられた金属プレートである。カバープレート２９は、マニホールドプレート２６、２７、２８の連絡孔より小さな吐出ノズル８への連絡孔が設けられた金属プレートである。ノズルプレート３０は、インクの吐出ノズル８が多数設けられた金属プレートである。なお、インク吐出領域は、アクチュエータユニット２１に対応して形成された吐出ノズル８が分布する領域に相当する。
【００４２】
これら９枚の金属プレート２２〜３０を、図６に示したインク流路３２が形成されるよう、互いに位置合わせして積層することにより、流路ユニット４が構成されている。インク流路３２は、副マニホールド５ａから上方へ向かい、アパーチャ１２にて水平に延在し、それからさらに上方に向かい、圧力室１０において再び水平に延在し、それからしばらくアパーチャ１２から離れる方向に斜め下方に向かってから垂直下方に吐出ノズル８へと向かう。
【００４３】
次に、図７を参照しつつ、流路ユニット４のキャビティプレート２２に積層されたアクチュエータユニット２１の構成について説明する。図７は図６のアクチュエータユニット２１の拡大断面図である。
【００４４】
図７に示すように、アクチュエータユニット２１には、４枚の連続平板層である圧電シート４１、４２、４３、４４が積層されている。これら圧電シート４１、４２、４３、４４のそれぞれは、加工性に富み且つ強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなる。これら圧電シート４１〜４４は、圧電素子を構成するものであり、１つのインク吐出領域に対応して形成された多数の圧力室１０に跨って配置されている。これにより、圧電素子の機械的剛性が高く保たれると共に、インクジェットヘッド１におけるインク吐出性能の応答性が高まるようになっている。
【００４５】
最上層の圧電シート４１上には、圧力室１０に対向して個別電極３５が形成されている。また、図７に示すように、最上層の圧電シート４１とその下側の圧電シート４２との間、及び、圧電シート４３とその下側の圧電シート４４との間には、シート全面に形成された共通電極３４ａ、３４ｂが夫々介在している。尚、圧電シート４２と圧電シート４３の間には電極が配置されていない。これら個別電極３５及び共通電極３４ａ、３４ｂは共に、例えばＡｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなり、後に詳述するように、圧電シート４１〜４４に電界を印加して変形させることにより圧力室１０の容積を変化させるためのものである。
【００４６】
個別電極３５は、図５に示したように、圧力室１０とほぼ相似である略菱形の平面形状を有している。略菱形の個別電極３５における鋭角部の一方は延出され、その先端に、個別電極３５と電気的に接続された、円形のランド部３６が設けられている。ランド部３６は、図７に示すように、個別電極３５における延出部表面上に形成されている。ランド部３６の材質は、例えばガラスフリットを含む金である。ランド部３６は、ＦＰＣ５０を介してドライバＩＣ８０に接続され、ドライバＩＣ８０により個別電極３５に駆動電圧が印加される。
【００４７】
図７に示すように、ランド部３６が、圧力室１０の一端部に相当する位置に設けられている。圧電シート４１〜４４の積層方向において、個別電極３５の射影領域は圧力室１０の領域に含まれるよう配置されているが、上記のランド部３６の射影領域は圧力室１０の領域に含まれていない。つまり、ランド部３６は、キャビティプレート２２に形成され、圧力室１０を画定するとともに隣接する圧力室１０から隔離する桁部に対向して配置されている。
【００４８】
尚、図４及び図５に示すように、アクチュエータユニット２１の外縁近傍には、接地用電極３８が多数離隔配置されている。この接地用電極３８は図７には示されていないが、アクチュエータユニット２１最上層の圧電シート４１表面に印刷されており、いずれも圧電シート４１に形成されたスルーホールを介して共通電極３４ａに接続されている。そしてこの共通電極３４ａともう一方の共通電極３４ｂとが、圧電シート４２、４３に形成されたスルーホールを介して接続されている。
【００４９】
また、図示されていないが、ＦＰＣ５０には、後述するドライバＩＣ８０と接続された配線である導体パターン５３以外に、接地用電極３８と接続される接地用端子を有し且つ接地するための配線である導体パターンが設けられている。ＦＰＣ５０の接地用端子（図示せず）と接地用電極３８とが接合されると、接地用電極３８に接続された共通電極３４ａ、３４ｂが全ての圧力室１０に対応する領域において等しくグランド電位に保たれるようになっている。
【００５０】
ここで、本実施形態におけるアクチュエータユニット２１の駆動方法について述べる。
【００５１】
アクチュエータユニット２１における圧電シート４１〜４４の分極方向はその厚み方向であり、いわゆるユニモルフタイプの構成である。先ず、ドライバＩＣ８０を制御することにより、ＦＰＣ５０を介して、個別電極３５を正又は負の所定電位とする。例えば電界と分極とが同方向であれば、活性層である圧電シート４１が分極方向と直角方向に縮み、その他の圧電シート４２〜４４は電界の影響を受けないため自発的には縮まない。このとき圧電シート４１と下層の圧電シート４２〜４４との間では分極方向への歪みに差が生じ、圧電シート４１〜４４全体に非活性側、即ち圧力室１０側に凸となる変形（ユニモルフ変形）が生じる。すると圧力室１０の容積が低下してインクの圧力が上昇し、図５に示した吐出ノズル８からインクが吐出される。その後、個別電極３５への駆動電圧の印加が停止されれば、圧電シート４１〜４４は元の形状に戻って圧力室１０の容積も元の容積に戻り、マニホールド５側からインクが吸い込まれる。
【００５２】
また、例えば電界と分極とが逆方向であれば、活性層である圧電シート４１が分極方向と直角方向に伸び、圧電シート４１〜４４は圧電横効果により圧力室側に凹となるように湾曲する。すると圧力室１０の容積が増加してマニホールド５側からインクが吸い込まれる。その後、個別電極３５への駆動電圧の印加が停止されると、圧電シート４１〜４４は元の形状に戻って圧力室１０の容積も元の容積に戻り、吐出ノズル８からインクが吐出される。
【００５３】
他の駆動方法としては、予め個別電極３５に電圧を印加しておき、吐出要求があるごとに一旦電圧の印加を停止し、その後所定のタイミングにて再び電圧を印加する方法もある。この場合、電圧の印加が停止されたタイミングで圧電シート４１〜４４が元の形状に戻ることにより、圧力室１０の容積は初期状態（予め電圧が印加された状態）と比較して増加し、マニホールド５側からインクが吸い込まれる。その後再び電圧が印加されたタイミングで圧電シート４１〜４４が圧力室１０側へ凸となるように変形し、圧力室１０の容積低下によりインクへの圧力が上昇し、吐出ノズル８からインクが吐出される。
【００５４】
次にインクジェットヘッドの製造方法について説明する。まず、流路ユニット４を構成する金属プレート２２〜３０のうち、ノズルプレート３０を除く８枚の金属プレートを拡散接合により接合する。
【００５５】
金属プレート２２〜２９を拡散接合するには、図８に示すように、金属プレート２２〜２９を位置合わせして積層させ、後述の第１治具６１、第２治具６２をキャビティプレート２２、カバープレート２９に夫々当接させる。つまり、金属プレート２２〜２９の積層体を第１治具６１と第２治具６２とで挟み込む（第１工程）。
【００５６】
次に、第１治具６１と第２治具６２とで挟み込んだ金属プレート２２〜２９の積層体を炉に入れ真空ポンプ等により炉内を大気圧以下に排気にし、１０００℃程度に加熱しながら、第１治具６１及び第２治具６２により金属プレート２２〜２９の積層体を積層方向に加圧する（第２工程）。これにより、金属プレート２２〜２９の接合面において金属原子が互いに拡散し、これにより金属プレート２２〜２９が接合される。なお、より確実な接合をするためには、真空ポンプにより炉内を真空状態となるまで排気しておくことが好適である。
【００５７】
ここで、金属プレート２２〜２９を挟み込んだ、第１治具６１及び第２治具６２について説明する。第１治具６１及び第２治具６２は、セラミックス材料からなる矩形の板状体であり、板状体の一表面に夫々、キャビティプレート２２及びカバープレート２９に当接する平面状の当接面６１ａ及び６２ａを有する。
【００５８】
さらに、第１治具６１には、大気連通路６１ｂが設けられている。大気連通路６１ｂは、第１治具６１の当接面６１ａの一部が開口した開口部６１ｄから内部に垂直に延び、その途中で当接面６１ａに平行な方向に曲がり、第１治具６１の側面６１ｃにおいて開口している。本実施の形態においては、開口部６１ｄが本願の連通部に相当する。尚、大気連通路６１ｂは、第１治具６１のキャビティプレート２２が当接していない領域であればどこで開口していてもよく、例えば、第１治具６１の当接面６１ａと反対側の面や、当接面６１ａのうちキャビティプレート２２と当接しない部分において開口していてもよい。
【００５９】
第１工程においては、図８のように、キャビティプレート２２の圧力室１０の１つと第１治具６１の開口部６１ｄとが連通するように位置合わせしながらキャビティプレート２２と第１治具６１の当接面６１ａとを当接させ、キャビティプレート３０と第２治具６２の当接面６２ａとを当接させている。
【００６０】
従って、インク流路３２は大気連通路６１ｂを介して大気に連通しており、炉の中を真空状態にするときに、インク流路３２内を確実に真空状態にすることができる。このため、積層体を加熱する段階でインク流路３２内部の空気が膨張することにより、インク流路内の内圧が上昇し金属プレートに接合不良が生じ流路リークが発生したり、金属プレート２２〜２９の温度分布が不均一になり流路ユニットに歪みが発生したりするのを防止することができる。
【００６１】
また、キャビティプレート２２と第１治具６１の当接面６１ａとを当接させるとき、圧力室１０は比較的大きい面積を有するため、圧力室１０と第１治具６１の開口部６１ｄとの位置合わせを容易に行うことができる。
【００６２】
また、大気連通路６１ｂの開口部６１ｄ以外の部分は第１治具６１の内部に設けられているので、治具６１、６２で金属プレート２２〜２９を加圧したとき、金属プレート２２〜２９が全面的に加圧されるため接合状態が良好となる。さらに、大気連通路６１ｂを第１治具６１に設けることにより、金属プレート２２〜２９の一部に大気に連通させる大気連通路などを設ける工程が不要になるので、製造工程を簡略化できる。
【００６３】
尚、第１治具６１及び第２治具６２は板状体であるので、金属プレートの積層体を１対の治具で挟み込んだものを複数積み重ね、加熱しながら両側から積層方向に加圧することにより複数の積層体を同時に製造することができる。この場合は、大気連通路６１ｂは第１治具６１の当接面６１ａと反対側の面よりも第１治具６１の側面において開口していることが好ましい。
【００６４】
このように金属プレート２２〜２９を接合した後で、カバープレート２９の下面にノズルプレート３０を接着剤等により接着する。さらに、図７に示すように、キャビティプレート２２に形成された夫々の圧力室１０同士を仕切る壁部の部分の上面に接着剤層ｇを転写等の適宜の方法で形成した上で、アクチュエータユニット２１をその上からセラミックヒータを押し当てて押圧・加熱することにより流路ユニット４と接着する。このとき、アクチュエータユニット２１上の個別電極３５とこれに対応する圧力室１０とが対向するように位置合わせされる。
【００６５】
次に、本実施の形態に種々の変更加えた変更形態について説明する。但し、本実施の形態と同一の構成を有するものは、同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。
【００６６】
１］図９に示すように、第１治具６３の当接面６３ａの一部が開口し、圧力室１０の１つに対向する領域から金属プレート２２〜２９が当接しない部分にまで延びた逃がし溝６３ａが形成されていてもよい（変更形態１）。この場合、逃がし溝６３ａによりインク流路と大気とが連通しているので、拡散接合の前に真空ポンプ等によりインク流路内を真空状態にすることができる。このため、加熱したときにインク流路内の空気が膨張することにより、流路リークが発生して接合不良が生じたり、金属プレート２２〜２９の温度分布が不均一になり流路ユニット４に歪みが発生したりするのを防止することができる。また、逃がし溝６３ｂは当接面６３ａに形成されるので、逃がし溝６３ａを容易に形成することができる。
【００６７】
２］カバープレート２９を省略、又は、後で別工程により接合する場合には、マニホールドプレート２８が第２治具６６に当接することになる。この場合、図１０に示すように、第２治具６６に当接面６６ａの一部が開口した開口部６６ｄが内部に垂直に延在し、途中で当接面６６ａに平行な方向に曲がり、第２治具６６の側面６６ｃにおいて開口した大気連通路６６ｂが設けられていてもよい（変更形態２）。この場合には、キャビティプレート２２と第１治具６５の当接面６５ａとを当接させ、副マニホールド５ａ（共通インク室）と開口部６６ｄとが連通するように位置合わせしながらマニホールドプレート２８と第２治具６６の当接面６６ａとを当接させることにより、積層された７枚の金属プレート２２〜２７を第１治具６５及び第２治具６６で挟み込み、金属プレート２２〜２８を加熱・押圧することにより拡散接合を行う。このとき、副マニホールド５ａは大気連通路６６ｂを介して大気に連通しているので、拡散接合を行う前にインク流路３２内を真空状態にすることができる。また、副マニホールド５ａは図３及び図４に示すように圧力室１０よりも大きい面積を有するため、第２治具６６の当接面６６ａとマニホールドプレート２８との当接の際に、副マニホールド５ａと第２治具６６の開口部６６ｄとを連通させる位置合わせがさらに容易になる。また、この場合は、拡散接合により金属プレート２２〜２８を接合させた後にカバープレート２９及びノズルプレート３０を接合する。尚、変更形態２では、第２治具６６の側面において大気連通路６６ｂを開口しているが、大気連通路６６ｂは第２治具６６のマニホールドプレート２８が当接しない領域であればどこで開口していてもよく、例えば、第２治具６６の当接面６６ａと反対側の面や当接面６６ａのうちマニホールドプレート２８が当接していない部分で開口していてもよい。
【００６８】
また、金属プレート２２〜２９の一部のみを接合する場合にも本発明の接合方法を適用することができる。さらに、本発明の金属プレートの接合方法及び接合用治具の適用は、インクジェットヘッドに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本実施の形態に係るインクジェットの外観斜視図である。
【図２】図１のII−II線における断面図。
【図３】図２のヘッドユニットの拡大平面図である。
【図４】図３の一点鎖線で囲まれた部分の拡大平面図である。
【図５】図４の一点鎖線で囲まれた部分拡大平面図である。
【図６】図５のVI−VI線断面図である。
【図７】図６のアクチュエータユニットの拡大断面図である。
【図８】図６の流路ユニットの接合方法を表した断面図である。
【図９】変更形態１の図８相当の断面図である。
【図１０】変更形態２の図８相当の断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１ インクジェットヘッド
４ 流路ユニット
５ マニホールド
５ａ 副マニホールド
２１ アクチュエータユニット
２２ キャビティプレート
２３ ベースプレート
２４ アパーチャプレート
２５ サプライプレート
２６、２７、２８ マニホールドプレート
２９ カバープレート
３０ ノズルプレート
６１ 第１治具
６１ａ 当接面
６１ｂ 大気連通路
６２ 第２治具
６２ａ 当接面
６３ 第１治具
６３ａ 当接面
６３ｂ 逃がし溝
６５ 第１治具
６５ａ 当接面
６６ 第２治具
６６ａ 当接面
６６ｂ 大気連通路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層された複数枚の金属プレートを接合する接合方法及び接合用治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドとして、その内部にインク流路を含む流路ユニットが、積層状の複数枚の金属プレートにより構成されているものがある。例えば、特許文献１に記載のインクジェットヘッドは、マニホールドと、このマニホールドから圧力室を経てノズルに至る個別インク流路を含む流路ユニットを備えており、この流路ユニットは、積層状の複数枚の金属プレートが接合された積層体からなる。ここで、複数枚の金属プレートを接合する方法としては、接着剤による接着や、拡散接合等を採用することができる。
【０００３】
拡散接合により接合する際には、複数枚の金属プレートを両面から平板状の治具で挟み込み、真空条件下で高温（１０００℃程度）に熱しながら加圧することにより、金属プレートの接合面において金属原子を相互に拡散させて接合する。この拡散接合により接合する場合には、複数枚の金属プレートを一度に接合することができるため、工程を簡素化することが可能になる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２７６５６２号公報（図６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、複数枚の金属プレートの積層体を治具で挟み込んだときに、形成されるインク流路が密閉されると共に内部に空気が残留することがある。この積層体を加熱すると、インク流路内の空気が膨張してその内圧が高くなり、接合代に余裕のない部位で接着不良が生じてインク流路にリークが発生したり、温度分布が不均一になり歪みや撓みが生じたりすることがある。
【０００６】
本発明の目的は、接合不良や歪み等を生じさせることなく複数枚の金属プレートを拡散接合により接合することである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００７】
本発明の金属プレートの接合方法は、表面において開口した内部空洞を有する複数枚の金属プレートの積層体を、積層体の両面に当接する平面状の当接面を夫々有し、且つ、少なくとも一方に前記内部空洞と大気とをそれぞれ連通する大気連通路が形成された、１対の治具で挟み込む第１工程と、積層体を加熱しながらこの１対の治具により加圧して、複数枚の金属プレートを接合する第２工程とを備えている。
【０００８】
これによると、金属プレートの積層体を１対の治具で挟み込んだときに、積層体の内部空洞が治具に形成された大気連通路を介して大気に連通した状態となるため、拡散接合前に、内部空洞の空気を大気連通路を介して確実に逃がすことができる。従って、積層体を加熱したときに内部空洞内の空気が膨張することがなく、金属プレートに接合不良が生じたり、積層体の温度分布が不均一になり歪みが生じたりすることを防止することができる。また、治具に大気連通路を設けているので、予め、積層体側に内部空洞を大気に連通させる大気連通路等を設ける工程が不要になり、製造工程を簡略化できる。
【０００９】
また、本発明の金属プレートの接合方法において、大気連通路は、治具の当接面において、内部空洞との連通部から積層体に当接しない部分まで延びる逃がし溝により形成されていてもよい。これによると、逃がし溝を治具の当接面に容易に形成することができ、作製が容易な治具を用いて金属プレートを拡散接合することができる。
【００１０】
また、本発明の金属プレートの接合方法において、大気連通路は、治具の当接面に形成された内部空洞との連通部から治具の内部において延在し、さらに、治具の積層体に当接しない部分において開口していてもよい。これによると、大気連通路は、内部空洞との連通部を除いて治具の内部に形成されているため、１対の治具で金属プレートの積層体を加圧したときに、複数枚の金属プレートが全面的に加圧されるため、その接合状態が良好となる。また、大気連通路の積層体に当接しない部分から内部空洞内の空気を確実に排出できる。
【００１１】
また、本発明の金属プレートの接合方法は、内部空洞が、ノズルからインクが流れるインクジェットヘッドのインク流路である場合にも適用できる。この場合、インク流路を有する金属プレートの積層体１対の治具で挟み込んだときに、インク流路が治具に形成された大気連通路を介して大気に連通した状態となるため、拡散接合前にインク流路内の空気を確実に排出でき、インク流路内の空気が膨張することにより、マニホールド等の内圧が高くなって接合不良が生じてインク流路にリークが発生したり、積層体の温度分布が不均一になり歪みが生じたりするのを防止することができる。
【００１２】
このとき、インク流路は、複数のノズルに夫々連通する複数の圧力室を含み、且つ、これら複数の圧力室において夫々開口している場合には、第１工程において、治具の大気連通路を少なくとも１つの圧力室に連通させた状態で、１対の治具により積層体を挟み込んでもよい。インクを加圧するための圧力室は比較的大きい面積を有するため、第１工程において、治具の大気連通路とインク流路とを連通させるための位置合わせを容易に行うことができる。
【００１３】
また、インク流路が、複数のノズルに連通する共通インク室を含み、且つ、この共通インク室において開口している場合には、第1工程において、治具の大気連通路を共通インク室に連通させた状態で1対の治具により積層体を挟み込んでもよい。一般的に、複数のノズルにインクを供給するための共通インク室は、インク流路の他の部分よりも大きい面積を有するので、第1工程において、治具の大気連通路をインク流路に連通させることがさらに容易になる。
【００１４】
本発明の金属プレート接合用治具は、表面において開口した内部空洞を有する複数枚の金属プレートの積層体の両面に当接可能な平面状の当接可能平面状の当接面を有し、積層体を加熱しながら加圧して複数の金属プレートを接合するための１対の治具であって少なくとも内部空洞と大気とに夫々連通する大気連通路が形成されている。これによると、金属プレートの積層体をこの１対の治具で挟み込んだときに、積層体の内部空洞が治具に形成された大気連通路を介して大気に連通した状態となるため、拡散接合前に、内部空洞内の空気を大気連通路を介して確実に排出することができ、加熱したときに内部空洞内の空気が膨張することにより、金属プレートの接合面に接合不良が生じたり、積層体の温度分布が不均一になり歪みが生じたりするのを防止することができる。
【００１５】
また、本発明の金属プレート接合用治具は、大気連通路が治具の当接面において、内部空洞との連通部から積層体に当接しない部分まで延びる逃がし溝により形成されていてもよい。これによると、逃がし溝を治具の当接面に形成することができ、治具を容易に作製することができる。また、逃がし溝の積層体に当接しない部分から内部空洞内の空気を確実に排出できる。
【００１６】
また、本発明の金属プレート接合用治具は、大気連通路が治具の当接面に形成された内部空洞との連通部から治具の内部において延在し、さらに、治具の積層体に当接しない部分において開口していてもよい。これによると、大気連通路は、内部空間との連通部を除いて治具の内部に形成されるので、この１対の治具で金属プレートの積層体を加圧したときに、複数枚の金属プレートを全面的に加圧し、接合状態を良好なものにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施の形態は、インクジェットプリンタのインクジェットヘッドに本発明を適用した一例である。
【００１８】
まず、図１を参照しつつ、本発明の実施形態におけるインクジェットヘッドの全体構成について説明する。図１は、本実施形態におけるインクジェットヘッド１の外観斜視図である。
【００１９】
インクジェットヘッド１は、用紙に対してインクを吐出するための主走査方向に延在した矩形平面形状を有するヘッドユニット７０と、ヘッドユニット７０に供給されるインクの流路が形成されたベースブロック７１とを備えている。ベースブロック７１は、ホルダ７２により支持されている。このホルダ７２は、ベースブロック７１を収容する把持部７２ａと、把持部７２ａの上面からベースブロック７１の平面に直交する方向に沿って所定間隔をなして延出された一対の平板部材７２ｂとを有する。
【００２０】
また、ヘッドユニット７０からは２枚のＦＰＣ５０が引き出され、これらＦＰＣ５０は、スポンジなどの弾性部材８３を介して、ホルダ７２の平板部材７２ｂの表面に沿うように配置されている。そして、ＦＰＣ５０上には、弾性部材８３と対向する位置にドライバＩＣ８０が設置されている。また、ＦＰＣ５０の内部には、ドライバＩＣ８０から出力された駆動信号をヘッドユニット７０のアクチュエータユニット２１（図２参照）に伝達するための、給電線としての導体パターンが設けられている。
【００２１】
さらにドライバＩＣ８０の外側表面には、ヒートシンク８２が密着するよう配置されており、ドライバＩＣ８０にて発生する熱がヒートシンク８２に放出されるようになっている。また、ドライバＩＣ８０及びヒートシンク８２の上方には、基板８１が備えられており、ドライバＩＣ８０と基板８１とがＦＰＣ５０を介して電気的に接続されている。
【００２２】
次に、図２を参照しつつ、図１に示したヘッドユニット７０、ベースブロック７１などの構成について、より詳細に説明する。図２は、図１のII−II線における断面図である。
【００２３】
ヘッドユニット７０は、インク流路が形成された流路ユニット４と、流路ユニット４の上面に接着剤を介して接着されたアクチュエータユニット２１とを含んでいる。これら流路ユニット４及びアクチュエータユニット２１は共に、複数の薄板を積層して互いに接着させた構成である。また、アクチュエータユニット２１の上面にはＦＰＣ５０が接着されている。
【００２４】
流路ユニット４の上面において、アクチュエータユニット２１が接着されていない部分には、ベースブロック７１が固定されている。しかし、アクチュエータユニット２１に対しては、所定の間隙を介してベースブロック７１が対向するように構成されている。つまり、図２に示すように、ベースブロック７１の下面外側には、流路ユニット４上のアクチュエータユニット２１の設置位置に対応して凹部７１ａが設けられている。アクチュエータユニット２１はＦＰＣ５０と共にちょうどこの凹部７１ａ内に配置されており、このうちＦＰＣ５０が多少の余裕をベースブロック７１との間に残して引き出されている。
【００２５】
ベースブロック７１は、例えばステンレスなどの金属材料からなり、ホルダ７２の把持部７２ａ内に接着固定されている。また、ベースブロック７１には、後に詳述する、２つの略直方体の中空領域を有するインク溜まり３が設けられている。
【００２６】
なお、平板部７２ｂの表面に配置されたヒートシンク８２は、シール部材８４を介して、基板８１及びＦＰＣ５０に固定されている。また、ＦＰＣ５０は、シール部材８５を介して、ホルダ７２における把持部７２ａ先端及び流路ユニット４上面に固定されている。
【００２７】
次に、図３〜図７を参照しつつ、ヘッドユニット７０について説明する。
【００２８】
図３は、図２に示したヘッドユニット７０の平面図である。インクの供給形態を説明する上での利便性から、ベースブロック７１内に形成された流路（インク溜まり３、開口３ａ、開口３ｂ）を点線で示してある。図３に示すように、ヘッドユニット７０の長手方向には、２つのインク溜まり３が互いに所定間隔をなして平行に延在している。２つのインク溜まり３はそれぞれ一端に開口３ａを有し、この開口３ａを介してインクタンク（図示せず）に連通して常にインクで満たされている。また、各インク溜まり３には２つで１対となった開口３ｂが設けられている。２つのインク溜まり３に設けられた開口３ｂは、ヘッドユニット７０の幅方向において重ならないよう、それぞれ延在方向に所定間隔をなして配置されている。
【００２９】
１対の開口３ｂの間にはそれぞれ、台形の平面形状を有するアクチュエータユニット２１が配置されている。より詳細には、各アクチュエータユニット２１は、ヘッドユニット７０の長手方向に沿った平行対向辺（上辺及び下辺）を持つ台形の平面形状を有して、それぞれ千鳥状に配置され、隣接する斜辺同士をヘッドユニット７０の幅方向にオーバーラップしている。
【００３０】
図４は、図３内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。ここでは、流路ユニット４内に形成された流路を点線で示していない。図４から、各インク溜まり３に設けられた開口３ｂはマニホールド５（共通インク室）に連通し、さらに各マニホールド５の先端部は２つに分岐して副マニホールド５ａを形成している。また、平面視において、アクチュエータユニット２１における２つの斜辺側それぞれから、隣接する開口３ｂから分岐した２つの副マニホールド５ａが延出している。つまり、アクチュエータユニット２１の平行対向辺に沿って計４つの副マニホールド５ａが延在している。
【００３１】
なお、流路ユニット４（図６参照）の下面において、アクチュエータユニット２１と対向する領域には、インクの吐出ノズル８がマトリクス状に配列され、インク吐出領域が形成されている。なお、吐出ノズル８は、図４において部分的に示されているが、流路ユニット４の下面におけるインク吐出領域全体に配列されている。
【００３２】
図５は、図４内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。この図は、アクチュエータユニット２１の端部近傍を拡大したものであるが、図面をわかりやすくするために、アクチュエータユニット２１に隠れて見えないはずのアパーチャ１２から圧力室１０を介してノズル８に至る個別のインク流路が実線で描かれている。なお、流路ユニット４内に形成されている副マニホールド５ａは点線で示されている。図５に示すように、アクチュエータユニット２１の表面には、多数の個別電極３５（後述）が配置されている。圧力室１０と個別電極３５とは、互いに重なる関係に配置され流路ユニット４の表面に沿って相互に隣接するよう形成されている。
【００３３】
また、図５に示すように、圧力室１０と副マニホールド５ａとは、アパーチャ１２を介して連通している。アパーチャ１２は、図４に示すように、その一端を副マニホールド５ａの領域に、他端を略菱形である圧力室１０の鋭角部に、それぞれ配置されている。
【００３４】
なお、図５から、１つの圧力室１０に対して２つのアパーチャ１２が重なり合うように配置されているのがわかる。これは、流路ユニット４内において、圧力室１０とアパーチャ１２とを異なる高さに設けたことにより実現されたものである。これにより、圧力室１０を高密度に配列することが可能になると共に、比較的小さな占有面積のインクジェットヘッド１で高解像度の画像形成を実現することが可能になっている。
【００３５】
本実施の形態において、圧力室１０は、ヘッドユニット７０の長手方向（第１配列方向）と幅方向からやや傾いた方向（第２配列方向）との２方向に、マトリクス状に形成されている。
【００３６】
また、インクの吐出ノズル８は、図５に示すように、副マニホールド５ａの範囲外で且つ略菱形の各圧力室１０における一つの鋭角にほぼ対応する部分に配置されている。本実施形態において、吐出ノズル８は第１配列方向において５０ｄｐｉで配列され、圧力室１０は第２配列方向において各アクチュエータユニット２１に対応する領域内に最大で１２個含まれるように配列されている。そして、第２配列方向に配列された１２個の圧力室１０における第１配列方向を占める長さは、第１配列方向に隣接する２つの圧力室１０の占める長さ（ピッチ）に相当するようになっている。つまり、第１配列方向に隣接する２つの圧力室１０において、それぞれの鋭角部に配置された吐出ノズル８間の範囲内には、インクジェットヘッド１の幅方向に１２個の吐出ノズル８が存在している。尚、アクチュエータユニット２１の斜辺部（図３参照）では、インクジェットヘッド１の幅方向に対向するアクチュエータユニット２１の斜辺部と相補関係となることで、上記条件を満たしている。
【００３７】
したがって、本実施形態におけるインクジェットヘッド１によると、インクジェットヘッド１に対する用紙の副走査方向（図３参照）への相対的な移動に伴って、マトリクス状に配列された多数の吐出ノズル８から順次インク滴を吐出させることで、主走査方向に６００ｄｐｉで印刷を行うことができる。
【００３８】
以上に述べたように、本実施形態のインクジェットヘッド１には、インクタンク（図示せず）からマニホールド５、副マニホールド５ａ、アパーチャ１２及び圧力室１０を経て、先細形状の吐出ノズル８の先端に形成された吐出ノズル８に至る、インク流路３２（図５参照）が形成されている。
【００３９】
次に、図６を参照しつつ、ヘッドユニット７０の断面構成についてより詳細に説明する。図６は、図５におけるヘッドユニット７０のVI−VI線断面図である。
【００４０】
図６に示すように、流路ユニット４は、アクチュエータユニット２１との接合側から順に、キャビティプレート２２、ベースプレート２３、アパーチャプレート２４、サプライプレート２５、マニホールドプレート２６、２７、２８、カバープレート２９、ノズルプレート３０を構成する計９枚の金属プレートが積層されたものである。これら金属プレートは、例えばステンレス等の金属からなる。
【００４１】
流路ユニット４における最上層のキャビティプレート２２は、圧力室１０に対応する略菱形の開口が多数設けられた金属プレートである。ベースプレート２３は、キャビティプレート２２に形成された各圧力室１０と下層のプレートに形成されたアパーチャ１２との連絡孔、及び、圧力室１０から吐出ノズル８への連絡孔が設けられた金属プレートである。アパーチャプレート２４は、アパーチャ１２、及び、ベースプレート２３に形成された連絡孔と連通する吐出ノズル８への連絡孔が設けられた金属プレートである。サプライプレート２５は、アパーチャ１２と下層のプレートに形成された副マニホールド５ａとの連絡孔、及び、アパーチャプレート２４に形成された連絡孔と連通する吐出ノズル８への連絡孔が設けられた金属プレートである。マニホールドプレート２８は、副マニホールド５ａ、及び、サプライプレート２５に形成された連絡孔と連通する吐出ノズル８への連絡孔が設けられた金属プレートである。カバープレート２９は、マニホールドプレート２６、２７、２８の連絡孔より小さな吐出ノズル８への連絡孔が設けられた金属プレートである。ノズルプレート３０は、インクの吐出ノズル８が多数設けられた金属プレートである。なお、インク吐出領域は、アクチュエータユニット２１に対応して形成された吐出ノズル８が分布する領域に相当する。
【００４２】
これら９枚の金属プレート２２〜３０を、図６に示したインク流路３２が形成されるよう、互いに位置合わせして積層することにより、流路ユニット４が構成されている。インク流路３２は、副マニホールド５ａから上方へ向かい、アパーチャ１２にて水平に延在し、それからさらに上方に向かい、圧力室１０において再び水平に延在し、それからしばらくアパーチャ１２から離れる方向に斜め下方に向かってから垂直下方に吐出ノズル８へと向かう。
【００４３】
次に、図７を参照しつつ、流路ユニット４のキャビティプレート２２に積層されたアクチュエータユニット２１の構成について説明する。図７は図６のアクチュエータユニット２１の拡大断面図である。
【００４４】
図７に示すように、アクチュエータユニット２１には、４枚の連続平板層である圧電シート４１、４２、４３、４４が積層されている。これら圧電シート４１、４２、４３、４４のそれぞれは、加工性に富み且つ強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなる。これら圧電シート４１〜４４は、圧電素子を構成するものであり、１つのインク吐出領域に対応して形成された多数の圧力室１０に跨って配置されている。これにより、圧電素子の機械的剛性が高く保たれると共に、インクジェットヘッド１におけるインク吐出性能の応答性が高まるようになっている。
【００４５】
最上層の圧電シート４１上には、圧力室１０に対向して個別電極３５が形成されている。また、図７に示すように、最上層の圧電シート４１とその下側の圧電シート４２との間、及び、圧電シート４３とその下側の圧電シート４４との間には、シート全面に形成された共通電極３４ａ、３４ｂが夫々介在している。尚、圧電シート４２と圧電シート４３の間には電極が配置されていない。これら個別電極３５及び共通電極３４ａ、３４ｂは共に、例えばＡｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなり、後に詳述するように、圧電シート４１〜４４に電界を印加して変形させることにより圧力室１０の容積を変化させるためのものである。
【００４６】
個別電極３５は、図５に示したように、圧力室１０とほぼ相似である略菱形の平面形状を有している。略菱形の個別電極３５における鋭角部の一方は延出され、その先端に、個別電極３５と電気的に接続された、円形のランド部３６が設けられている。ランド部３６は、図７に示すように、個別電極３５における延出部表面上に形成されている。ランド部３６の材質は、例えばガラスフリットを含む金である。ランド部３６は、ＦＰＣ５０を介してドライバＩＣ８０に接続され、ドライバＩＣ８０により個別電極３５に駆動電圧が印加される。
【００４７】
図７に示すように、ランド部３６が、圧力室１０の一端部に相当する位置に設けられている。圧電シート４１〜４４の積層方向において、個別電極３５の射影領域は圧力室１０の領域に含まれるよう配置されているが、上記のランド部３６の射影領域は圧力室１０の領域に含まれていない。つまり、ランド部３６は、キャビティプレート２２に形成され、圧力室１０を画定するとともに隣接する圧力室１０から隔離する桁部に対向して配置されている。
【００４８】
尚、図４及び図５に示すように、アクチュエータユニット２１の外縁近傍には、接地用電極３８が多数離隔配置されている。この接地用電極３８は図７には示されていないが、アクチュエータユニット２１最上層の圧電シート４１表面に印刷されており、いずれも圧電シート４１に形成されたスルーホールを介して共通電極３４ａに接続されている。そしてこの共通電極３４ａともう一方の共通電極３４ｂとが、圧電シート４２、４３に形成されたスルーホールを介して接続されている。
【００４９】
また、図示されていないが、ＦＰＣ５０には、後述するドライバＩＣ８０と接続された配線である導体パターン５３以外に、接地用電極３８と接続される接地用端子を有し且つ接地するための配線である導体パターンが設けられている。ＦＰＣ５０の接地用端子（図示せず）と接地用電極３８とが接合されると、接地用電極３８に接続された共通電極３４ａ、３４ｂが全ての圧力室１０に対応する領域において等しくグランド電位に保たれるようになっている。
【００５０】
ここで、本実施形態におけるアクチュエータユニット２１の駆動方法について述べる。
【００５１】
アクチュエータユニット２１における圧電シート４１〜４４の分極方向はその厚み方向であり、いわゆるユニモルフタイプの構成である。先ず、ドライバＩＣ８０を制御することにより、ＦＰＣ５０を介して、個別電極３５を正又は負の所定電位とする。例えば電界と分極とが同方向であれば、活性層である圧電シート４１が分極方向と直角方向に縮み、その他の圧電シート４２〜４４は電界の影響を受けないため自発的には縮まない。このとき圧電シート４１と下層の圧電シート４２〜４４との間では分極方向への歪みに差が生じ、圧電シート４１〜４４全体に非活性側、即ち圧力室１０側に凸となる変形（ユニモルフ変形）が生じる。すると圧力室１０の容積が低下してインクの圧力が上昇し、図５に示した吐出ノズル８からインクが吐出される。その後、個別電極３５への駆動電圧の印加が停止されれば、圧電シート４１〜４４は元の形状に戻って圧力室１０の容積も元の容積に戻り、マニホールド５側からインクが吸い込まれる。
【００５２】
また、例えば電界と分極とが逆方向であれば、活性層である圧電シート４１が分極方向と直角方向に伸び、圧電シート４１〜４４は圧電横効果により圧力室側に凹となるように湾曲する。すると圧力室１０の容積が増加してマニホールド５側からインクが吸い込まれる。その後、個別電極３５への駆動電圧の印加が停止されると、圧電シート４１〜４４は元の形状に戻って圧力室１０の容積も元の容積に戻り、吐出ノズル８からインクが吐出される。
【００５３】
他の駆動方法としては、予め個別電極３５に電圧を印加しておき、吐出要求があるごとに一旦電圧の印加を停止し、その後所定のタイミングにて再び電圧を印加する方法もある。この場合、電圧の印加が停止されたタイミングで圧電シート４１〜４４が元の形状に戻ることにより、圧力室１０の容積は初期状態（予め電圧が印加された状態）と比較して増加し、マニホールド５側からインクが吸い込まれる。その後再び電圧が印加されたタイミングで圧電シート４１〜４４が圧力室１０側へ凸となるように変形し、圧力室１０の容積低下によりインクへの圧力が上昇し、吐出ノズル８からインクが吐出される。
【００５４】
次にインクジェットヘッドの製造方法について説明する。まず、流路ユニット４を構成する金属プレート２２〜３０のうち、ノズルプレート３０を除く８枚の金属プレートを拡散接合により接合する。
【００５５】
金属プレート２２〜２９を拡散接合するには、図８に示すように、金属プレート２２〜２９を位置合わせして積層させ、後述の第１治具６１、第２治具６２をキャビティプレート２２、カバープレート２９に夫々当接させる。つまり、金属プレート２２〜２９の積層体を第１治具６１と第２治具６２とで挟み込む（第１工程）。
【００５６】
次に、第１治具６１と第２治具６２とで挟み込んだ金属プレート２２〜２９の積層体を炉に入れ真空ポンプ等により炉内を大気圧以下に排気にし、１０００℃程度に加熱しながら、第１治具６１及び第２治具６２により金属プレート２２〜２９の積層体を積層方向に加圧する（第２工程）。これにより、金属プレート２２〜２９の接合面において金属原子が互いに拡散し、これにより金属プレート２２〜２９が接合される。なお、より確実な接合をするためには、真空ポンプにより炉内を真空状態となるまで排気しておくことが好適である。
【００５７】
ここで、金属プレート２２〜２９を挟み込んだ、第１治具６１及び第２治具６２について説明する。第１治具６１及び第２治具６２は、セラミックス材料からなる矩形の板状体であり、板状体の一表面に夫々、キャビティプレート２２及びカバープレート２９に当接する平面状の当接面６１ａ及び６２ａを有する。
【００５８】
さらに、第１治具６１には、大気連通路６１ｂが設けられている。大気連通路６１ｂは、第１治具６１の当接面６１ａの一部が開口した開口部６１ｄから内部に垂直に延び、その途中で当接面６１ａに平行な方向に曲がり、第１治具６１の側面６１ｃにおいて開口している。本実施の形態においては、開口部６１ｄが本願の連通部に相当する。尚、大気連通路６１ｂは、第１治具６１のキャビティプレート２２が当接していない領域であればどこで開口していてもよく、例えば、第１治具６１の当接面６１ａと反対側の面や、当接面６１ａのうちキャビティプレート２２と当接しない部分において開口していてもよい。
【００５９】
第１工程においては、図８のように、キャビティプレート２２の圧力室１０の１つと第１治具６１の開口部６１ｄとが連通するように位置合わせしながらキャビティプレート２２と第１治具６１の当接面６１ａとを当接させ、キャビティプレート３０と第２治具６２の当接面６２ａとを当接させている。
【００６０】
従って、インク流路３２は大気連通路６１ｂを介して大気に連通しており、炉の中を真空状態にするときに、インク流路３２内を確実に真空状態にすることができる。このため、積層体を加熱する段階でインク流路３２内部の空気が膨張することにより、インク流路内の内圧が上昇し金属プレートに接合不良が生じ流路リークが発生したり、金属プレート２２〜２９の温度分布が不均一になり流路ユニットに歪みが発生したりするのを防止することができる。
【００６１】
また、キャビティプレート２２と第１治具６１の当接面６１ａとを当接させるとき、圧力室１０は比較的大きい面積を有するため、圧力室１０と第１治具６１の開口部６１ｄとの位置合わせを容易に行うことができる。
【００６２】
また、大気連通路６１ｂの開口部６１ｄ以外の部分は第１治具６１の内部に設けられているので、治具６１、６２で金属プレート２２〜２９を加圧したとき、金属プレート２２〜２９が全面的に加圧されるため接合状態が良好となる。さらに、大気連通路６１ｂを第１治具６１に設けることにより、金属プレート２２〜２９の一部に大気に連通させる大気連通路などを設ける工程が不要になるので、製造工程を簡略化できる。
【００６３】
尚、第１治具６１及び第２治具６２は板状体であるので、金属プレートの積層体を１対の治具で挟み込んだものを複数積み重ね、加熱しながら両側から積層方向に加圧することにより複数の積層体を同時に製造することができる。この場合は、大気連通路６１ｂは第１治具６１の当接面６１ａと反対側の面よりも第１治具６１の側面において開口していることが好ましい。
【００６４】
このように金属プレート２２〜２９を接合した後で、カバープレート２９の下面にノズルプレート３０を接着剤等により接着する。さらに、図７に示すように、キャビティプレート２２に形成された夫々の圧力室１０同士を仕切る壁部の部分の上面に接着剤層ｇを転写等の適宜の方法で形成した上で、アクチュエータユニット２１をその上からセラミックヒータを押し当てて押圧・加熱することにより流路ユニット４と接着する。このとき、アクチュエータユニット２１上の個別電極３５とこれに対応する圧力室１０とが対向するように位置合わせされる。
【００６５】
次に、本実施の形態に種々の変更加えた変更形態について説明する。但し、本実施の形態と同一の構成を有するものは、同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。
【００６６】
１］図９に示すように、第１治具６３の当接面６３ａの一部が開口し、圧力室１０の１つに対向する領域から金属プレート２２〜２９が当接しない部分にまで延びた逃がし溝６３ａが形成されていてもよい（変更形態１）。この場合、逃がし溝６３ａによりインク流路と大気とが連通しているので、拡散接合の前に真空ポンプ等によりインク流路内を真空状態にすることができる。このため、加熱したときにインク流路内の空気が膨張することにより、流路リークが発生して接合不良が生じたり、金属プレート２２〜２９の温度分布が不均一になり流路ユニット４に歪みが発生したりするのを防止することができる。また、逃がし溝６３ｂは当接面６３ａに形成されるので、逃がし溝６３ａを容易に形成することができる。
【００６７】
２］カバープレート２９を省略、又は、後で別工程により接合する場合には、マニホールドプレート２８が第２治具６６に当接することになる。この場合、図１０に示すように、第２治具６６に当接面６６ａの一部が開口した開口部６６ｄが内部に垂直に延在し、途中で当接面６６ａに平行な方向に曲がり、第２治具６６の側面６６ｃにおいて開口した大気連通路６６ｂが設けられていてもよい（変更形態２）。この場合には、キャビティプレート２２と第１治具６５の当接面６５ａとを当接させ、副マニホールド５ａ（共通インク室）と開口部６６ｄとが連通するように位置合わせしながらマニホールドプレート２８と第２治具６６の当接面６６ａとを当接させることにより、積層された７枚の金属プレート２２〜２７を第１治具６５及び第２治具６６で挟み込み、金属プレート２２〜２８を加熱・押圧することにより拡散接合を行う。このとき、副マニホールド５ａは大気連通路６６ｂを介して大気に連通しているので、拡散接合を行う前にインク流路３２内を真空状態にすることができる。また、副マニホールド５ａは図３及び図４に示すように圧力室１０よりも大きい面積を有するため、第２治具６６の当接面６６ａとマニホールドプレート２８との当接の際に、副マニホールド５ａと第２治具６６の開口部６６ｄとを連通させる位置合わせがさらに容易になる。また、この場合は、拡散接合により金属プレート２２〜２８を接合させた後にカバープレート２９及びノズルプレート３０を接合する。尚、変更形態２では、第２治具６６の側面において大気連通路６６ｂを開口しているが、大気連通路６６ｂは第２治具６６のマニホールドプレート２８が当接しない領域であればどこで開口していてもよく、例えば、第２治具６６の当接面６６ａと反対側の面や当接面６６ａのうちマニホールドプレート２８が当接していない部分で開口していてもよい。
【００６８】
また、金属プレート２２〜２９の一部のみを接合する場合にも本発明の接合方法を適用することができる。さらに、本発明の金属プレートの接合方法及び接合用治具の適用は、インクジェットヘッドに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本実施の形態に係るインクジェットの外観斜視図である。
【図２】図１のII−II線における断面図。
【図３】図２のヘッドユニットの拡大平面図である。
【図４】図３の一点鎖線で囲まれた部分の拡大平面図である。
【図５】図４の一点鎖線で囲まれた部分拡大平面図である。
【図６】図５のVI−VI線断面図である。
【図７】図６のアクチュエータユニットの拡大断面図である。
【図８】図６の流路ユニットの接合方法を表した断面図である。
【図９】変更形態１の図８相当の断面図である。
【図１０】変更形態２の図８相当の断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１ インクジェットヘッド
４ 流路ユニット
５ マニホールド
５ａ 副マニホールド
２１ アクチュエータユニット
２２ キャビティプレート
２３ ベースプレート
２４ アパーチャプレート
２５ サプライプレート
２６、２７、２８ マニホールドプレート
２９ カバープレート
３０ ノズルプレート
６１ 第１治具
６１ａ 当接面
６１ｂ 大気連通路
６２ 第２治具
６２ａ 当接面
６３ 第１治具
６３ａ 当接面
６３ｂ 逃がし溝
６５ 第１治具
６５ａ 当接面
６６ 第２治具
６６ａ 当接面
６６ｂ 大気連通路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面において開口した内部空洞を有する複数枚の金属プレートの積層体を、前記積層体の両面に当接する平面状の当接面を夫々有し、且つ、少なくとも一方に前記内部空洞と大気とに夫々連通する大気連通路が形成された、１対の治具で挟み込む第１工程と、
前記積層体を加熱しながら前記１対の治具により加圧して、前記複数枚の金属プレートを接合する第２工程と、
を備えたことを特徴とする金属プレートの接合方法。
【請求項２】
前記大気連通路は、前記治具の前記当接面において、前記内部空洞との連通部から前記積層体に当接しない部分まで延びる逃がし溝により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の金属プレートの接合方法。
【請求項３】
前記大気連通路は、前記治具の前記当接面に形成された前記内部空洞との連通部から前記治具の内部において延在し、さらに、前記治具の前記積層体に当接しない部分において開口していることを特徴とする請求項１に記載の金属プレートの接合方法。
【請求項４】
前記内部空洞は、ノズルから吐出されるインクが流れる、インクジェットヘッドのインク流路であることを特徴とする請求項１〜３に記載の金属プレートの接合方法。
【請求項５】
前記インク流路は、複数の前記ノズルに夫々連通する複数の圧力室を含み、且つ、これら複数の圧力室において夫々開口しており、
前記第１工程において、前記治具の前記大気連通路を少なくとも１つの前記圧力室に連通させた状態で、前記１対の治具により前記積層体を挟み込むことを特徴とする請求項４に記載の金属プレートの接合方法。
【請求項６】
前記インク流路は、複数の前記ノズルに連通する共通インク室を含み、且つ、この共通インク室において開口しており、
前記第１工程において、前記治具の前記大気連通路を前記共通インク室に連通させた状態で、前記１対の治具により前記積層体を挟み込むことを特徴とする請求項４に記載の金属プレートの接合方法。
【請求項７】
表面において開口した内部空洞を有する複数の金属プレートの積層体の両面に当接可能な平面状の当接面を夫々有し、前記積層体を加熱しながら加圧して前記複数の金属プレートを接合するための１対の治具であって、
少なくとも一方に、前記内部空洞と大気とに夫々連通する大気連通路が形成されていることを特徴とする金属プレート接合用治具。
【請求項８】
前記大気連通路は、前記治具の前記当接面において、前記内部空洞との連通部から前記積層体に当接しない部分まで延びる逃がし溝により形成されていることを特徴とする請求項７に記載の金属プレートの接合用治具。
【請求項９】
前記大気連通路は、前記治具の前記当接面に形成された前記内部空洞との連通部から前記治具の内部において延在し、さらに、前記治具の前記積層体に当接しない部分において開口していることを特徴とする請求項７に記載の金属プレート接合用治具。
【請求項１】
表面において開口した内部空洞を有する複数枚の金属プレートの積層体を、前記積層体の両面に当接する平面状の当接面を夫々有し、且つ、少なくとも一方に前記内部空洞と大気とに夫々連通する大気連通路が形成された、１対の治具で挟み込む第１工程と、
前記積層体を加熱しながら前記１対の治具により加圧して、前記複数枚の金属プレートを接合する第２工程と、
を備えたことを特徴とする金属プレートの接合方法。
【請求項２】
前記大気連通路は、前記治具の前記当接面において、前記内部空洞との連通部から前記積層体に当接しない部分まで延びる逃がし溝により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の金属プレートの接合方法。
【請求項３】
前記大気連通路は、前記治具の前記当接面に形成された前記内部空洞との連通部から前記治具の内部において延在し、さらに、前記治具の前記積層体に当接しない部分において開口していることを特徴とする請求項１に記載の金属プレートの接合方法。
【請求項４】
前記内部空洞は、ノズルから吐出されるインクが流れる、インクジェットヘッドのインク流路であることを特徴とする請求項１〜３に記載の金属プレートの接合方法。
【請求項５】
前記インク流路は、複数の前記ノズルに夫々連通する複数の圧力室を含み、且つ、これら複数の圧力室において夫々開口しており、
前記第１工程において、前記治具の前記大気連通路を少なくとも１つの前記圧力室に連通させた状態で、前記１対の治具により前記積層体を挟み込むことを特徴とする請求項４に記載の金属プレートの接合方法。
【請求項６】
前記インク流路は、複数の前記ノズルに連通する共通インク室を含み、且つ、この共通インク室において開口しており、
前記第１工程において、前記治具の前記大気連通路を前記共通インク室に連通させた状態で、前記１対の治具により前記積層体を挟み込むことを特徴とする請求項４に記載の金属プレートの接合方法。
【請求項７】
表面において開口した内部空洞を有する複数の金属プレートの積層体の両面に当接可能な平面状の当接面を夫々有し、前記積層体を加熱しながら加圧して前記複数の金属プレートを接合するための１対の治具であって、
少なくとも一方に、前記内部空洞と大気とに夫々連通する大気連通路が形成されていることを特徴とする金属プレート接合用治具。
【請求項８】
前記大気連通路は、前記治具の前記当接面において、前記内部空洞との連通部から前記積層体に当接しない部分まで延びる逃がし溝により形成されていることを特徴とする請求項７に記載の金属プレートの接合用治具。
【請求項９】
前記大気連通路は、前記治具の前記当接面に形成された前記内部空洞との連通部から前記治具の内部において延在し、さらに、前記治具の前記積層体に当接しない部分において開口していることを特徴とする請求項７に記載の金属プレート接合用治具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−１８７７８４（Ｐ２００６−１８７７８４Ａ）
【公開日】平成１８年７月２０日（２００６．７．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１０４６（Ｐ２００５−１０４６）
【出願日】平成１７年１月６日（２００５．１．６）
【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１８年７月２０日（２００６．７．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月６日（２００５．１．６）
【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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