JP2001018395A - 液体吐出ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

液体吐出ヘッドおよびその製造方法

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俊雄 樫野
Takashi Saito
敬 斉藤
Hiroshi Sugitani
博志 杉谷
Masami Ikeda
雅実 池田
Masashi Miyagawa
昌士 宮川
Yoshiaki Suzuki
良明 鈴木
Hiroaki Mihara
弘明 三原
Shuji Koyama
修司 小山
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 オリフィスプレートとヘッド本体との熱膨張
差を抑え、かつオリフィスプレートの機械的強度および
耐インク性を高める。 【解決手段】 液体吐出ヘッドは、流路401および液
室402を構成するための段差を一体に形成した天板4
00とエネルギー発生素子101形成された基板100
とを接合することによって構成されるヘッド本体と、複
数の吐出口41が形成され、ヘッド本体の開口配設面4
03に接合されたオリフィスプレート40とを有してい
る。オリフィスプレート40は、吐出口41が形成され
る箇所に吐出口41よりも大きな穴が形成された金属か
らなる第1の部材42と、第1の部材42の両表面およ
び穴の内面を被覆する樹脂からなる第2の部材43とに
よって構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液体を噴射し飛翔
液滴を形成して記録を行う液体吐出ヘッドおよび該液体
吐出ヘッドの製造方法に関するものである。また本発明
は紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガ
ラス、木材、セラミックス等の被記録媒体に対し記録を
行う、プリンタ、複写機、通信システムを有するファク
シミリ、プリンタを有するワードプロセッサ等の装置、
さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録
装置に適用できる発明である。
【0002】なお、本発明における「記録」とは、文字
や図形等の意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与す
ることだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を
付与することも意味する。
【0003】
【従来の技術】従来より、液体吐出ヘッドのオリフィス
から記録液(インク)を吐出することにより記録を行う
インクジェット記録装置が、低騒音、高速記録などの点
で優れた記録装置として知られている。
【0004】このインクジェット記録法については、こ
れまでにもさまざまな方式が提案され改良が加えられて
商品化されたものもあれば、現在実用化への努力が続け
られているものもある。
【0005】この種の液体吐出ヘッドは、例えば図10
に示すように、インクを吐出するためのオリフィス10
41を有するオリフィスプレート1040と各オリフィ
スに連通した流路1401とを形成するための天板14
00と、流路1401の一部を構成し、かつ吐出のため
のエネルギーを発生するエネルギー発生素子1101
(以下、「ヒータ」という。)を有する基板1100と
によって構成されている。
【0006】オリフィスプレート1040はインクを吐
出するための微細なオリフィス1041を有し、このオ
リフィス1041が液体吐出ヘッドの吐出性能を左右す
る重要な要素となっている。すなわち液体吐出ヘッドの
オリフィスプレート1040は、微細なオリフィス10
41を設けるため、加工性がよく、また、インクに直接
接触するため耐インク性が良い等の性能が必要とされ
る。
【0007】従来、上記の性能を満たす材料として、S
US、Ni、Cr、Alなどの金属プレートや、所望の
厚み、材料を簡易にしかも安価に得られるポリイミド、
ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニ
レンオキサイド、ポリフェニレンサルファイド、ポリプ
ロピレンなどの樹脂フィルム材などが用いられていた。
【0008】一方、近年の記録技術の進歩に伴って、高
速、高精細な記録が要求されるようになりつつあり、こ
のため、オリフィス1041はその大きさ(オリフィス
径)が微小で、かつ高密度に形成されるようになってき
た。この結果、オリフィス1041の加工法も様々な工
夫がなされており、樹脂フィルムを用いた場合、レーザ
ー光は微細加工に適しているため、樹脂フィルムのオリ
フィス加工にレーザー光を用いている。また、金属プレ
ートを用いる場合は、電鋳などの方法によりオリフィス
1041を形成している。
【0009】ところが、微小なオリフィスが開口したオ
リフィスプレート1040とこれに対応して流路140
1とを、隣接するオリフィス1041と隙間なく接合す
ることは極めて難しい。
【0010】このため、特開平2−187342号公報
などのように、オリフィスプレートの材料としての樹脂
フィルムをヘッド本体に接合した後に、レーザー光によ
ってオリフィス加工する方法や、特開平2−20404
8号公報などのように、オリフィスプレートとしてドラ
イフィルムなどを用い、加熱により軟化した状態でヘッ
ド本体接合面に圧着し、軟化したオリフィスプレートを
流路内に入り込ませ、その後、フォトリソ工程またはレ
ーザー加工によってオリフィスを加工する方法が採られ
ている。
【0011】液体吐出ヘッドのオリフィスは、その形状
が流路側から吐出口側に向かうほど径が小さくなる、い
わゆるテーパ形状が望ましいが、テーパ形状のオリフィ
スをオリフィスプレートに形成した後に、接着樹脂を転
写法などで塗布し、貼り合わせて硬化させると、接着樹
脂がオリフィス内部に進入し、テーパ形状に形成された
オリフィスの形状が変わってしまい、吐出方向にばらつ
きが生じるなどの不具合が生じる。また、密着不良によ
る気泡の進入は、隣接するオリフィスとの間の接着が不
十分となり、吐出不良を起こしてしまう。
【0012】このため、特開平5−330061号公報
などのように、流路およびオリフィス内部に接着樹脂が
入り込まないように、オリフィス近傍に段差加工を施す
方法も採られている。
【0013】また、オリフィスの開口したオリフィスプ
レートをヘッド本体接合面に接着する場合、接着樹脂の
硬化収縮により、硬化時の位置ずれが起きてしまう。こ
のため、特開平2−78560号公報などのように、接
合に用いる材料の硬化収縮による影響を防ぐために、オ
リフィスプレートの接合面に凹凸を形成する方法も採ら
れている。
【0014】また、このようなオリフィスプレートと接
合される液体吐出ヘッド本体を製造する方法としては、
例えば、以下の方法がある。まず最初に、シリコン基板
上に、吐出エネルギ発生素子を形成して、続いて流路壁
を形成する感光性樹脂をラミネートする。この後、前記
感光性樹脂をパターニングして、所望の流路壁を形成す
る。流路壁が形成された後、ガラス等よりなる天板を積
層し、流路が形成される。さらに、ダイヤモンドブレー
ド等によって前記積層体を切断することにより、流路の
長さの調整および分離が行われる。それから、流路に連
通するように、オリフィスプレートが接着剤等を介して
接合され、所望の液体吐出ヘッドが製造される。
【0015】図11は従来の液体吐出ヘッドの他の例を
示す斜視図であり、図12はその平面図である。図11
および図12に示す液体吐出ヘッドは、シリコン基板1
309上に流路壁1301および吐出エネルギ発生素子
として電気熱変換素子1303が設けられ、これに例え
ばシリコン基板よりなる天板1310が接合されてい
る。これに流路1302の位置を調整する等のために、
ダイヤモンドブレードを用いて切断し、オリフィス13
08が設けられたオリフィスプレート1307をエポキ
シ樹脂等の接着剤1306で接合する。
【0016】このような液体吐出ヘッドにおいても、オ
リフィスプレートを接合する際に用いられる接着剤が流
路に入り込んで詰まってしまうという問題点があった。
このため、ここでも特開平5−330061号公報に記
載されているように、オリフィス近傍に段差を設ける加
工を施すことで、流路およびオリフィス内部への接着剤
の入り込みを防ぐ方法が採られている。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記に
説明した従来の従来技術においては、以下に説明する種
々の問題点があった。
【0018】第1の問題は、オリフィスプレートが樹脂
やステンレスなどの金属で形成されている場合、接着時
のオリフィスプレートおよびヘッド本体の加熱により、
両者の熱膨張率差によってピッチがずれるため、このピ
ッチずれを抑え込むだけの荷重をかけなければならず、
製造装置の大型化や生産タクトを延長しなければならな
いといった問題である。また、オリフィスプレートがヘ
ッド本体に接合された後も、印字中の温度上昇や、物流
中の温度変化などで膨張・収縮を繰り返すため、特に1
インチを越える長尺ヘッドにおいては、オリフィスプレ
ートのゆがみや剥れが生じるおそれがある。このよう
に、オリフィスプレートとヘッド本体との熱膨張率差
は、製品開発上の大きな課題であった。
【0019】第2の問題は、オリフィスプレートの機械
的強度が弱いと、ヘッド組立てにおけるハンドリングの
難度が高く、生産技術面で、装置コストに与える影響が
大きいといった問題である。これに対し、熱膨張が小さ
く機械的強度の強い鉄・ニッケル合金(例えば、鉄:ニ
ッケルが58:42の42インバーや、鉄:ニッケルが
64:36の36インバー)などの金属を使用すると、
熱的な問題や機械強度の問題は解決できるが、これらの
金属は耐インク性が弱く、インクによって腐食してしま
うおそれがある。そこで、オリフィスプレートの表面に
金やパラジウムなどの耐食性の高い金属でメッキを施す
方法も考えられるが、この方法は、高コスト化を招くほ
か、メッキの僅かなピンホールから進行する腐食が起き
るおそれがあり、信頼性上の問題がある。
【0020】そこで本発明は、オリフィスプレートとヘ
ッド本体との熱膨張差を抑え、かつオリフィスプレート
の機械的強度および耐インク性を高めることができる液
体吐出ヘッドおよび該液体吐出ヘッドの製造方法を提供
することを目的とする。
【0021】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の液体吐出ヘッドは、液滴を吐出するための
複数の吐出口を有するオリフィスプレートと、前記複数
の吐出口にそれぞれ連通する複数の流路と、該複数の流
路に液体を供給する液室と、前記複数の流路に対応して
配設され、前記液滴を吐出するためのエネルギーを発生
する複数のエネルギー発生素子とを備えたヘッド本体を
有し、前記オリフィスプレートを、前記オリフィスプレ
ートの前記吐出口に連通する前記流路の連通口が配設さ
れた前記ヘッド本体の接合面に接合させてなる液体吐出
ヘッドにおいて、前記オリフィスプレートが、前記吐出
口が形成される箇所に前記吐出口よりも大きな穴が形成
された、前記オリフィスプレートの芯となる第1の部材
と、該第1の部材の両表面および前記穴の内面を被覆す
る第2の部材とからなることを特徴とする。
【0022】上記のように構成された本発明の液体吐出
ヘッドによれば、第1の部材によってオリフィスプレー
トの線膨張率を低くするとともに機械的強度を高め、第
2の部材によってオリフィスプレートの耐インク性を高
めることが可能になる。そのため、熱膨張によるオリフ
ィスプレートのゆがみや剥れが生じるおそれが低減され
るとともに、インクによる腐食も防止されるので、液体
吐出ヘッドの信頼性が向上する。
【0023】さらに、前記第1の部材の線膨張係数が前
記ヘッド本体の線膨張係数と略等しい構成とすることに
より、オリフィスプレートとヘッド本体との熱膨張差に
よってオリフィスプレートのゆがみや剥れが生じるおそ
れが一層低減される。
【0024】さらには、前記第1の部材の線膨張係数と
前記第2の部材の線膨張係数とが同等であるか、あるい
は前記第1の部材の線膨張係数が前記第2の部材の線膨
張係数よりも小さい構成としてもよく、また、前記第1
の部材と前記第2の部材とは弾性率およびヤング率の少
なくとも一方が同等であるか、あるいは前記第1の部材
は前記第2の部材よりも弾性率およびヤング率の少なく
とも一方が高い構成としてもよい。これにより、第1の
部材と第2の部材との熱膨張差や歪み差によって、第1
の部材と第2の部材とが剥がれたり、第2の部材にクラ
ックが発生したりするおそれが低減される。
【0025】さらに、前記第1の部材が金属からなり、
前記第2の部材が樹脂からなる構成としてもよい。
【0026】また、前記吐出口は、前記第1の部材の両
表面が前記第2の部材で被覆され、前記第1の部材の前
記穴が前記第2の部材で充填されてなるオリフィスプレ
ート前駆体に対し、前記第1の部材の前記穴を狙って前
記第2の部材を穿孔することによって形成されている構
成としてもよい。
【0027】さらに、前記第1の部材の前記穴が、エッ
チング加工、プレス加工、レーザー加工もしくはエレク
トロフォーミング加工のいずれかによって形成されてい
る構成としてもよい。
【0028】また、本発明の液体吐出ヘッドは、液滴を
吐出するための複数の吐出口を有するオリフィスプレー
トと、前記複数の吐出口にそれぞれ連通する複数の流路
と、該複数の流路に液体を供給する液室と、前記複数の
流路に対応して配設され、前記液滴を吐出するためのエ
ネルギーを発生する複数のエネルギー発生素子とを備え
たヘッド本体を有し、前記オリフィスプレートを、前記
オリフィスプレートの前記吐出口に連通する前記流路の
連通口が配設された前記ヘッド本体の接合面に接合させ
てなる液体吐出ヘッドにおいて、前記オリフィスプレー
トは吐出口形成領域と補強領域とからなり、該補強領域
では前記オリフィスプレートの内部に補強部材が充填さ
れていることを特徴とする。
【0029】また、前記オリフィスプレートと前記ヘッ
ド本体とは接着剤によって接合されている構成としても
よい。
【0030】さらに、前記接着剤が、紫外線照射、赤外
線照射あるいは加熱処理によりBステージ化する樹脂か
らなる構成としてもよく、あるいは、前記接着剤が、熱
硬化性および光エネルギー硬化性の少なくともいずれか
一方の性質を有するエポキシ系樹脂からなる構成として
もよい。
【0031】さらには、前記接着剤からなる接着剤層
が、前記オリフィスプレートの前記ヘッド本体に接合さ
れる面に形成されている構成としてもよい。
【0032】また、前記オリフィスプレートと前記ヘッ
ド本体の端面との間に、前記オリフィスプレートと前記
ヘッド本体との接合によって変形し前記連通口の周囲を
シールする接合補助部材が設けられている構成とするこ
とにより、接合補助部材が変形することによってオリフ
ィスプレートがヘッド本体により密着した状態で接合さ
れる。
【0033】さらに、前記接着剤からなる接着剤層が前
記接合補助部材の表面に形成されている構成としてもよ
い。
【0034】さらに、前記オリフィスプレートの前記ヘ
ッド本体に接合される面とは反対側の面に撥インク層が
形成されている構成としてもよい。
【0035】本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、液
滴を吐出するための複数の吐出口を有するオリフィスプ
レートと、前記複数の吐出口にそれぞれ連通する複数の
流路と、該複数の流路に液体を供給する液室と、前記複
数の流路に対応して配設され、前記液滴を吐出するため
のエネルギーを発生する複数のエネルギー発生素子とを
備えたヘッド本体を有し、前記オリフィスプレートを、
前記オリフィスプレートの前記吐出口に連通する前記流
路の連通口が配設された前記ヘッド本体の接合面に接合
させてなる液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記オ
リフィスプレートの芯となる第1の部材の前記吐出口が
形成される箇所に前記吐出口よりも大きな穴を形成する
工程と、前記第1の部材の両表面を第2の部材で被覆す
るとともに、前記第1の部材の前記穴を前記第2の部材
で充填する工程と、前記第1の部材の前記穴を狙って前
記第2の部材を穿孔することによって前記吐出口を形成
する工程とにより前記オリフィスプレートを形成する工
程を有することを特徴とする。
【0036】上記本発明の液体吐出ヘッドの製造方法に
よれば、熱膨張によるオリフィスプレートのゆがみや剥
れが生じるおそれが低減されるとともにインクによる腐
食も防止され、信頼性が高められた液体吐出ヘッドが製
造される。
【0037】さらに、前記第1の部材の両表面を第2の
部材で被覆するとともに、前記第1の部材の前記穴を前
記第2の部材で充填する工程の後に、前記第2の部材の
前記ヘッド本体に接合されることとなる面に接着剤層を
形成する工程を有する構成としてもよい。
【0038】さらには、前記第1の部材の両表面を第2
の部材で被覆するとともに、前記第1の部材の前記穴を
前記第2の部材で充填する工程の後に、前記第2の部材
の前記ヘッド本体に接合されることとなる面とは反対側
の面に撥インク層を形成する工程を有する構成としても
よい。
【0039】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。
【0040】図1は本発明の液体吐出ヘッドの一実施形
態を示す模式的断面図、図2は本発明の液体吐出ヘッド
の一実施形態を示す模式的斜視図である。
【0041】図1および図2に示したように、本実施形
態の液体吐出ヘッドは、液室402を構成するための段
差を一体に形成した天板400と、吐出エネルギーを発
生するためのエネルギー発生素子(以下、「ヒータ」と
いう。)101およびこれに電気信号を供給するための
Al配線とが成膜技術によってSi基板上に形成され、
その後、各ヒータに対応してインクの流路を構成する流
路壁401が形成された基板100とを接合することに
よって構成されるヘッド本体とを具えている。この接合
によって各ユニット毎に形成される流路401の開口
(連通口)を配する開口配設面(以下、「ヘッド本体接
合面」という。)403には、オリフィスプレート40
が貼り合わされている。
【0042】ここでオリフィスプレート40には、複数
の穴が設けられオリフィスプレート40の芯(コア)と
なる第1の部材42と、この第1の部材42を被覆する
第2の部材43とから構成されており、第1の部材42
の穴にも充填された第2の部材43を穿孔することよっ
て吐出口41が形成されている。このオリフィスプレー
ト40とヘッド本体とは、接着剤44にて接合されてい
る。
【0043】なお、本実施形態では、第1の部材42と
して厚さ20μmの、鉄:ニッケルが58:42の42
インバーを用い、第2の部材43としてエポキシ樹脂を
用いている。そして、第2の部材43としてのエポキシ
樹脂で第1の部材42の両表面を被覆することにより、
厚さ50μmのオリフィスプレート前駆体を一旦形成し
ている。
【0044】本実施形態のように、低熱膨張の金属から
なるコアとしての第1の部材42を樹脂からなる第2の
部材43で被覆し、オリフィスプレート40とヘッド本
体との線熱膨張係数をほぼ等しくする構成とすることに
より、オリフィスプレート40の加工工程中や液体吐出
ヘッドの組立て工程中における熱膨張による吐出口41
のピッチずれを防止することができる。さらに、液体吐
出ヘッドがいわゆる長尺ヘッドである場合においては、
液体吐出ヘッドの耐熱性的な観点からの信頼性を飛躍的
に高めることができる。
【0045】また、金属からなる第1の部材42を用い
ることにより、オリフィスプレート40の機械的な強度
を高めることができる。さらに、第1の部材42の穴お
よび表面が樹脂で被覆されているため、金属からなる第
1の部材42がインクに直接触れることがない。そのた
め、本実施形態によれば、インクによるオリフィスプレ
ート40の腐食を防止することも併せて可能である。
【0046】さらに、第1の部材42の線膨張係数と第
2の部材43の線膨張係数とが同等であるか、あるいは
第1の部材42の線膨張係数が第2の部材43の線膨張
係数よりも小さい構成とすることが好ましい。また、第
1の部材42と第2の部材43とは弾性率およびヤング
率の少なくとも一方が同等であるか、あるいは第1の部
材42は第2の部材43よりも弾性率およびヤング率の
少なくとも一方が高い構成とすることが好ましい。これ
により、第1の部材42と第2の部材43との熱膨張差
や歪みによって、第1の部材42と第2の部材43とが
剥がれたり、第2の部材43にクラックが発生したりす
るおそれを低減することができる。
【0047】また、金属からなる第1の部材42の加工
には、プレスやレーザーあるいはエッチング、エレクト
ロフォーミングといった大量生産が可能な加工技術を用
いることができ、さらに、被覆樹脂である第2の部材4
3として液状の樹脂を用いることで、安価で信頼性の高
いオリフィスプレート40を大量に製造することができ
る。
【0048】(第1の実施例)図3は、本発明の液体吐
出ヘッドの第1の実施例における、オリフィスプレート
の製造工程を示す断面図である。
【0049】本実施例におけるオリフィスプレート40
の製造工程では、まず最初に、図3(a)および図4に
示すように、42インバーからなる厚さ30μmの第1
の部材42に、ピッチが70.5μmで穴径が45μm
の1340個の丸穴42aをプレス加工によって形成し
た。ここで、図4は、図3(a)に示した第1の部材の
平面図である。
【0050】次に、図3(b)に示すように、第1の部
材42の表面および丸穴42aをエポキシ樹脂からなる
第2の部材43で被覆した後に樹脂を硬化させ、総厚が
70μmのシート状に形成した。この後に、図3(c)
に示すように、第2の部材43の一方の面上に撥インク
性剤を塗布し、他方の面上にカチオン重合型エポキシ樹
脂からなる接着剤44の層を2μmの厚さで形成し、紫
外線照射によりタック性を保持したままBステージ化し
て硬化収縮させ、オリフィスプレート前駆体を形成し
た。
【0051】最後に、以上のように形成したオリフィス
プレート前駆体に対し、図3(d)に示すように接着剤
44層側から第1の部材42の丸穴42aを狙って波長
248nmのKrFエキシマレーザー光を照射し、吐出
口41の穿孔加工を行った。以上の工程により、オリフ
ィスプレート40を形成した。
【0052】そして、このように形成したオリフィスプ
レート40の吐出口41と、ヘッド本体接合面403の
流路401との位置合わせをし、オリフィスプレート4
0の接着剤44が塗布されている面をヘッド本体に接合
させた。その後、液体吐出ヘッドの吐出口面から約1k
g/cm2の荷重をかけて、オリフィスプレート40を
ヘッド本体に密着させ、その状態を保持して120℃で
加熱圧着し、接着剤44の硬化を終了させた。
【0053】本実施例によれば、120℃まで加熱して
も、流路401と吐出口41との位置ずれや吐出口41
のピッチ変化を生じることなく、オリフィスプレート4
0をヘッド本体に安定的に接合できた。また、接着剤4
4の硬化が終了した液体吐出ヘッドを用いて印字を行っ
たところ、印字中の昇温によってオリフィスプレート4
0がゆがんだり剥れたりすることなく、良好な印字が得
られた。
【0054】なお、上記の接着剤44としては、紫外線
照射、赤外線照射あるいは加熱処理によりBステージ化
する樹脂からなるものや、熱硬化性および光エネルギー
硬化性の少なくともいずれか一方の性質を有するエポキ
シ系樹脂からなるものを用いることができる。
【0055】(第2の実施例)図5は、本発明の液体吐
出ヘッドの第2の実施例を、一部を破断した状態で示す
斜視図である。また、図6は、図5に示したオリフィス
プレートにおける第1の部材を示す平面図である。
【0056】本実施例のオリフィスプレート40は、ヘ
ッド本体に接合される面にゴムレジスト壁45が設けら
れ、ゴムレジスト壁45の表面に接着剤44が塗布され
ている。
【0057】ここで、本実施例におけるオリフィスプレ
ート40の製造工程について説明する。
【0058】本実施例におけるオリフィスプレート40
の製造工程では、まず最初に、図6に示すように、42
インバーからなる厚さ15μmの第1の部材42に、ピ
ッチが42.3μmで35μm×35μmの600個の
角穴42bをエッチングによって形成した。
【0059】次に、第1の部材42の表面および角穴4
2bをエポキシ樹脂からなる第2の部材43で被覆した
後に樹脂を硬化させ、総厚が50μmのシート状に形成
した。この後に、第2の部材43の一方の面上に撥イン
ク性剤を塗布し、他方の面上に環化ゴムをベースにした
感光性ゴムレジストを4μmの厚さで塗布し、パターニ
ングを行って、各インク流路の壁に対応した、弾性部材
からなる接合補助部材としてのゴムレジスト壁45を形
成した。このパターニングの際に、ヘッド本体接合面の
インク流路近傍以外の部分には、線状あるいは島状のパ
ターンを配置した。なお、ゴムレジスト壁45は、オリ
フィスプレート40をヘッド本体に接合させるときに加
えられる押圧力によって弾性変形を生じ、ヘッド本体の
各連通口の周囲を互いに仕切るようにシールする。
【0060】その後、このゴムレジストの壁45の上
に、エポキシ樹脂からなる接着剤44の層を1μm±
0.5μmの厚さで形成し、紫外線照射によりタック性
を保持したままBステージ化して硬化収縮させ、オリフ
ィスプレート前駆体を形成した。
【0061】最後に、以上のように形成したオリフィス
プレート前駆体に対し、接着剤44層側から第1の部材
42の角穴42bを狙って波長248nmのKrFエキ
シマレーザー光を照射し、15μm径の吐出口41を穿
孔した。
【0062】以上の工程により、オリフィスプレート4
0を形成した。
【0063】そして、このように形成したオリフィスプ
レート40の吐出口41と、ヘッド本体接合面403の
流路401との位置合わせをし、オリフィスプレート4
0をヘッド本体に接合させた。その後、液体吐出ヘッド
の吐出口面から約1kg/cm2の荷重をかけて、オリ
フィスプレート40をヘッド本体に密着させ、その状態
を保持して120℃で加熱圧着し、接着剤44の硬化を
終了させた。
【0064】本実施例によれば、オリフィスプレート4
0の熱膨張を抑えることができることに加え、ゴムレジ
スト壁45が弾性変形してヘッド本体に隙間無く密着す
るので、120℃まで加熱しても、流路401と吐出口
41との位置ずれや吐出口41のピッチ変化を生じるこ
となく、オリフィスプレート40をヘッド本体に安定的
に接合できた。さらに、ゴムレジスト壁45を備えるこ
とにより、インク流路間を完全に仕切るとともに、接合
に必要な最小限の接着剤44の量を管理することができ
る。
【0065】また、接着剤44の硬化が終了した液体吐
出ヘッドを用いて印字を行ったところ、印字中の昇温に
よってオリフィスプレート40がゆがんだり剥れたりす
ることなく、吐出液滴の着弾精度が高い良好な印字が得
られた。
【0066】なお、上記第1の実施例および本実施例と
もに、第2の部材43としてエポキシ樹脂を用いた。し
かし、第2の部材43として用いられる材料はこれに限
るものではなく、第1の部材42の穴を充填しかつ吐出
口41を穿孔することができるとともに、インクにより
劣化のない樹脂であればよい。このような材料として
は、他にポリイミドやポリアミドなどが挙げられる。
【0067】(第3の実施例)図7は、本発明の液体吐
出ヘッドの第3の実施例のオリフィスプレートにおける
第1の部材を示す平面図である。
【0068】吐出口41の配列ピッチが先の実施例より
も更に細かくする必要がある場合には、第1の部材42
への穴加工が次第に困難になる。そこで、図7に示すよ
うに、プレス、エッチング、レーザーもしくはエレクト
ロフォーミングによって第1の部材42にスリット状の
長穴42cを形成し、第2の部材で第1の部材42被覆
と併せてこの長穴42cを埋め、しかる後に、長穴42
cを狙ってレーザーを照射して吐出口41を穿孔加工す
ることにより、オリフィスプレートを形成してもよい。
【0069】これにより、上記各実施例のオリフィスプ
レートと同様の性能を維持しつつ、配列密度が1200
dpiから2400dpiまでの微細なオリフィスプレ
ートを形成することができる。
【0070】(第4の実施例)図8は、本発明の液体吐
出ヘッドの第4の実施例のオリフィスプレートにおける
第1の部材を示す斜視図である。
【0071】第1の部材42を形成する際には、プレ
ス、エッチング、レーザーあるいはエレクトロフォーミ
ングなどの加工方法が用いられる。しかし、これらのい
ずれの加工方法によっても、ある一定の厚みを有する第
1の部材42に細径の穴をあけることは困難である。そ
のため、穴径を小さくして吐出口の更なる高密度化を図
ることが困難である。
【0072】そこで、図8に示すように、所定の位置に
穴があけられた比較的に薄い複数の板材を重ね合わせて
第1の部材42を構成することにより、一定の厚みを有
する第1の部材42に細径の穴があけられた第1の部材
42を得ることができる。なお、図8(a)は2枚の板
材が重ねられた場合を示し、図8(b)は3枚の板材が
重ねられた場合を示している。
【0073】いずれの場合においても、板材の重ね合わ
せには接着剤を用いる。このときに用いられる接着剤
は、第2の部材と同様の材質であることが好ましい。こ
れにより、板材の重ね合わせ時に接着剤によって穴づま
りが生じても、吐出口41を穿孔する工程でこの穴詰ま
りは開口されるため何ら問題にならず、先の実施例と同
様の構成および機能を有するオリフィスプレートが形成
される。
【0074】(第5の実施例)図9は、本発明の液体吐
出ヘッドの第5の実施例における、オリフィスプレート
の製造工程を示す断面図である。
【0075】本実施例におけるオリフィスプレート40
の製造工程では、まず最初に、図9(a)に示すよう
に、オリフィスプレート40のベースとなる樹脂とし
て、液状のカチオン重合型エポキシ樹脂50を、厚さが
50μmの離剤が予め塗布されたステンレス製のベース
板(不図示)上にコーティングした。
【0076】次に、図9(b)に示すように、オリフィ
スプレート40の補強領域に対応する部分が開口された
ステンレス製のエッチングマスク51を、エポキシ樹脂
50の表面から数十ミクロンの間隔を隔てて配置し、オ
リフィスプレート40の補強部材となる粒径が数ミクロ
ンの酸化アルミニウム(Al23)微粒子52をエッチ
ングマスク51の開口部51aから樹脂上に落下させ、
沈降させる。
【0077】その後、エポキシ樹脂50がコーティング
されたベース板を加熱処理し、エポキシ樹脂50をベー
ス板から剥離させる。続いて、エポキシ樹脂50の一方
の面上に撥インク性剤53を塗布し、他方の面上にカチ
オン重合型エポキシ樹脂からなる接着剤54の層を2μ
mの厚さで形成し、紫外線照射によりタック性を維持し
たままBステージ化して硬化収縮させ、オリフィスプレ
ート前駆体55を形成した。
【0078】なお、エポキシ樹脂50がコーティングさ
れたベース板を加熱処理した際に、表面に補強部材によ
る凹凸が発生した場合には、表面にエポキシ樹脂をさら
にコーティングしてもよいし、あるいは、表面を研磨し
て平坦化させてもよい。また、補強部材としては上記の
アルミナに限るものでなく、線膨張係数の小さい炭化ケ
イ素(SiC)、窒化シリコン(SiN)、窒化アルミ
ニウム(AlN)、あるいは酸化ジルコニウム(ZrO
2)などの微粉を用いてもよい。
【0079】最後に、上記のように形成したオリフィス
プレート前駆体55に対し、図9(d)に示すように、
接着剤54層側から吐出口形成領域を狙って波長248
μmのKrFエキシマレーザー光を照射し、吐出口の穿
孔加工を行った。
【0080】以上の工程により、オリフィスプレート4
0を形成した。
【0081】そして、このように形成したオリフィスプ
レート40の吐出口41と、ヘッド本体接合面403の
流路401との位置合わせをし、オリフィスプレート4
0の接着剤44が塗布されている面をヘッド本体に接合
させた。その後、液体吐出ヘッドの吐出口面から約1k
g/cm2の荷重をかけて、オリフィスプレート40を
ヘッド本体に密着させ、その状態を保持して120℃で
加熱圧着し、接着剤44の硬化を終了させた。
【0082】本実施例によれば、120℃まで加熱して
も、流路401と吐出口41との位置ずれや吐出口41
のピッチ変化を生じることなく、オリフィスプレート4
0をヘッド本体に安定的に接合できた。また、接着剤4
4の硬化が終了した液体吐出ヘッドを用いて印字を行っ
たところ、印字中の昇温によってオリフィスプレート4
0がゆがんだり剥れたりすることなく、良好な印字が得
られた。
【0083】なお、上記の接着剤44としては、紫外線
照射、赤外線照射あるいは加熱処理によりBステージ化
する樹脂からなるものや、熱硬化性および光エネルギー
硬化性の少なくともいずれか一方の性質を有するエポキ
シ系樹脂からなるものを用いることができる。
【0084】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、オリフ
ィスプレートが、吐出口が形成される箇所に吐出口より
も大きな穴が形成された、オリフィスプレートの芯とな
る第1の部材と、第1の部材の両表面および穴を被覆す
る第2の部材とからなるので、第1の部材によってオリ
フィスプレートの線膨張率を低くするとともに機械的強
度を高め、第2の部材によってオリフィスプレートの耐
インク性を高めることが可能になるため、熱膨張による
オリフィスプレートのゆがみや剥れが生じるおそれを低
減できるとともにインクによる腐食も防止でき、液体吐
出ヘッドの信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の液体吐出ヘッドの一実施形態を示す模
式的断面図である。
【図2】本発明の液体吐出ヘッドの一実施形態を示す模
式的斜視図である。
【図3】本発明の液体吐出ヘッドの第1の実施例におけ
る、オリフィスプレートの製造工程を示す断面図であ
る。
【図4】図3(a)に示した第1の部材の平面図であ
る。
【図5】本発明の液体吐出ヘッドの第2の実施例を、一
部を破断した状態で示す斜視図である。
【図6】図5に示したオリフィスプレートにおける第1
の部材を示す平面図である。
【図7】本発明の液体吐出ヘッドの第3の実施例のオリ
フィスプレートにおける第1の部材を示す平面図であ
る。
【図8】本発明の液体吐出ヘッドの第4の実施例のオリ
フィスプレートにおける第1の部材を示す斜視図であ
る。
【図9】本発明の液体吐出ヘッドの第5の実施例におけ
る、オリフィスプレートの製造工程を示す断面図であ
る。
【図10】従来の液体吐出ヘッドを分解した状態で示す
斜視図である。
【図11】従来の液体吐出ヘッドの他の例を示す斜視図
である。
【図12】図11に示した液体吐出ヘッドの平面断面図
である。
【符号の説明】
40 オリフィスプレート 41 吐出口 42 第1の部材 42a 丸穴 42b 角穴 42c 長穴 43 第2の部材 44 接着剤 45 ゴムレジスト壁 50 エポキシ樹脂 51 エッチングマスク 51a 開口部 52 アルミナ微粒子 53 撥インク剤 54 接着剤 55 オリフィスプレート前駆体 100 基板 101 エネルギー発生素子 400 天板 401 流路 402 液室 403 開口配設面(ヘッド本体接合面)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉谷 博志 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 池田 雅実 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 宮川 昌士 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 鈴木 良明 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 三原 弘明 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 小山 修司 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 Fターム(参考) 2C057 AF70 AF93 AG12 AP02 AP13 AP22 AP23 AP25 AP31 BA03 BA13

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液滴を吐出するための複数の吐出口を有
    するオリフィスプレートと、前記複数の吐出口にそれぞ
    れ連通する複数の流路と、該複数の流路に液体を供給す
    る液室と、前記複数の流路に対応して配設され、前記液
    滴を吐出するためのエネルギーを発生する複数のエネル
    ギー発生素子とを備えたヘッド本体を有し、前記オリフ
    ィスプレートを、前記オリフィスプレートの前記吐出口
    に連通する前記流路の連通口が配設された前記ヘッド本
    体の接合面に接合させてなる液体吐出ヘッドにおいて、 前記オリフィスプレートが、前記吐出口が形成される箇
    所に前記吐出口よりも大きな穴が形成された、前記オリ
    フィスプレートの芯となる第1の部材と、該第1の部材
    の両表面および前記穴の内面を被覆する第2の部材とか
    らなることを特徴とする液体吐出ヘッド。
  2. 【請求項2】 前記第1の部材の線膨張係数が前記ヘッ
    ド本体の線膨張係数と略等しい請求項1に記載の液体吐
    出ヘッド。
  3. 【請求項3】 前記第1の部材の線膨張係数と前記第2
    の部材の線膨張係数とが同等であるか、あるいは前記第
    1の部材の線膨張係数が前記第2の部材の線膨張係数よ
    りも小さい請求項2に記載の液体吐出ヘッド。
  4. 【請求項4】 前記第1の部材と前記第2の部材とは弾
    性率およびヤング率の少なくとも一方が同等であるか、
    あるいは前記第1の部材は前記第2の部材よりも弾性率
    およびヤング率の少なくとも一方が高い請求項2または
    3に記載の液体吐出ヘッド。
  5. 【請求項5】 前記第1の部材が金属からなり、前記第
    2の部材が樹脂からなる請求項1から4のいずれか1項
    に記載の液体吐出ヘッド。
  6. 【請求項6】 前記吐出口は、前記第1の部材の両表面
    が前記第2の部材で被覆され、前記第1の部材の前記穴
    が前記第2の部材で充填されてなるオリフィスプレート
    前駆体に対し、前記第1の部材の前記穴を狙って前記第
    2の部材を穿孔することによって形成されている請求項
    1から5のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
  7. 【請求項7】 前記第1の部材の前記穴が、エッチング
    加工、プレス加工、レーザー加工もしくはエレクトロフ
    ォーミング加工のいずれかによって形成されている請求
    項1から6のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
  8. 【請求項8】 前記第1の部材は、前記穴が形成された
    複数の板部材が互いに重ね合わせられることにより構成
    されている請求項1から7のいずれか1項に記載の液体
    吐出ヘッド。
  9. 【請求項9】 液滴を吐出するための複数の吐出口を有
    するオリフィスプレートと、前記複数の吐出口にそれぞ
    れ連通する複数の流路と、該複数の流路に液体を供給す
    る液室と、前記複数の流路に対応して配設され、前記液
    滴を吐出するためのエネルギーを発生する複数のエネル
    ギー発生素子とを備えたヘッド本体を有し、前記オリフ
    ィスプレートを、前記オリフィスプレートの前記吐出口
    に連通する前記流路の連通口が配設された前記ヘッド本
    体の接合面に接合させてなる液体吐出ヘッドにおいて、 前記オリフィスプレートは吐出口形成領域と補強領域と
    からなり、該補強領域では前記オリフィスプレートの内
    部に補強部材が充填されていることを特徴とする液体吐
    出ヘッド。
  10. 【請求項10】 前記オリフィスプレートと前記ヘッド
    本体とは接着剤によって接合されている請求項1から9
    のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
  11. 【請求項11】 前記接着剤が、紫外線照射、赤外線照
    射あるいは加熱処理によりBステージ化する樹脂からな
    る請求項10に記載の液体吐出ヘッド。
  12. 【請求項12】 前記接着剤が、熱硬化性および光エネ
    ルギー硬化性の少なくともいずれか一方の性質を有する
    エポキシ系樹脂からなる請求項10に記載の液体吐出ヘ
    ッド。
  13. 【請求項13】 前記接着剤からなる接着剤層が、前記
    オリフィスプレートの前記ヘッド本体に接合される面に
    形成されている請求項10から12のいずれか1項に記
    載の液体吐出ヘッド。
  14. 【請求項14】 前記オリフィスプレートと前記ヘッド
    本体の端面との間に、前記オリフィスプレートと前記ヘ
    ッド本体との接合によって変形し前記連通口の周囲をシ
    ールする接合補助部材が設けられている請求項1から1
    2のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
  15. 【請求項15】 前記オリフィスプレートと前記ヘッド
    本体の端面との間に、前記オリフィスプレートと前記ヘ
    ッド本体との接合によって変形し前記連通口の周囲をシ
    ールする接合補助部材が設けられ、前記接着剤からなる
    接着剤層が前記接合補助部材の表面に形成されている請
    求項10から12のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッ
    ド。
  16. 【請求項16】 前記オリフィスプレートの前記ヘッド
    本体に接合される面とは反対側の面に撥インク層が形成
    されている請求項1から15のいずれか1項に記載の液
    体吐出ヘッド。
  17. 【請求項17】 液滴を吐出するための複数の吐出口を
    有するオリフィスプレートと、前記複数の吐出口にそれ
    ぞれ連通する複数の流路と、該複数の流路に液体を供給
    する液室と、前記複数の流路に対応して配設され、前記
    液滴を吐出するためのエネルギーを発生する複数のエネ
    ルギー発生素子とを備えたヘッド本体を有し、前記オリ
    フィスプレートを、前記オリフィスプレートの前記吐出
    口に連通する前記流路の連通口が配設された前記ヘッド
    本体の接合面に接合させてなる液体吐出ヘッドの製造方
    法であって、 前記オリフィスプレートの芯となる第1の部材の前記吐
    出口が形成される箇所に前記吐出口よりも大きな穴を形
    成する工程と、 前記第1の部材の両表面を第2の部材で被覆するととも
    に、前記第1の部材の前記穴を前記第2の部材で充填す
    る工程と、 前記第1の部材の前記穴を狙って前記第2の部材を穿孔
    することによって前記吐出口を形成する工程とにより前
    記オリフィスプレートを形成する工程を有することを特
    徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
  18. 【請求項18】 前記第1の部材の両表面を第2の部材
    で被覆するとともに、前記第1の部材の前記穴を前記第
    2の部材で充填する工程の後に、前記第2の部材の前記
    ヘッド本体に接合されることとなる面に接着剤層を形成
    する工程を有する請求項17に記載の液体吐出ヘッドの
    製造方法。
  19. 【請求項19】 前記第1の部材の両表面を第2の部材
    で被覆するとともに、前記第1の部材の前記穴を前記第
    2の部材で充填する工程の後に、前記第2の部材の前記
    ヘッド本体に接合されることとなる面とは反対側の面に
    撥インク層を形成する工程を有する請求項17または1
    8に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
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