JP2004025584A - インクジェットヘッド及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ノズルの中心を直線的に配列する。
【解決手段】予めインク供給部材５が接着された天板４を熱硬化性接着剤によりヘッド基板１の一面に直接又は間接的に接着してヘッド基板１に形成された溝を閉塞する際に、又は、ヘッド基板１に直接又は間接的に接着された天板４に後からインク供給部材５を熱硬化性接着剤により接着する際に、接着硬化後にヘッド基板１と天板４の平行状態が維持される荷重Ｗをヘッド基板１と天板４とに付与した状態で接着する。したがって、ヘッド基板１の熱膨張係数に対してインク供給部材５の熱膨張係数が高い場合、又はヘッド基板１の熱膨張係数に対してインク供給部材５と天板４との両方の熱膨張係数が高い場合でも、熱硬化性樹脂が硬化する際のヘッド基板１及び天板４の反りを防止し、これにより、ノズル６の中心を直線上に配列し易くすることができる。
【選択図】 図９
【解決手段】予めインク供給部材５が接着された天板４を熱硬化性接着剤によりヘッド基板１の一面に直接又は間接的に接着してヘッド基板１に形成された溝を閉塞する際に、又は、ヘッド基板１に直接又は間接的に接着された天板４に後からインク供給部材５を熱硬化性接着剤により接着する際に、接着硬化後にヘッド基板１と天板４の平行状態が維持される荷重Ｗをヘッド基板１と天板４とに付与した状態で接着する。したがって、ヘッド基板１の熱膨張係数に対してインク供給部材５の熱膨張係数が高い場合、又はヘッド基板１の熱膨張係数に対してインク供給部材５と天板４との両方の熱膨張係数が高い場合でも、熱硬化性樹脂が硬化する際のヘッド基板１及び天板４の反りを防止し、これにより、ノズル６の中心を直線上に配列し易くすることができる。
【選択図】 図９
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットヘッド及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
まず、従来のインクジェットヘッドの構成について説明する。図１２（ａ）は従来のインクジェットヘッドの一例を示す斜視図、同図（ｂ）はノズルの配列状態を示す説明図である。ここに示す従来のインクジェットヘッドＨ１は、インクが供給される複数の溝（後述する）が形成されたヘッド基板１０１と、このヘッド基板１０１の先端面に接着されたノズルプレート１０２と、ヘッド基板１０１の一面に接着された流路形成部材１０３と、この流路形成部材１０３の天面を閉塞する天板１０４と、この天板１０４に接着されたインク供給部材１０５とを具備する。流路形成部材１０３は枠状の形状を有し、内部でヘッド基板１０１の形成された複数の溝同士を連通させるための部材である。ヘッド基板１０１は圧電部材により形成され、このヘッド基板１０１に形成された複数の溝同士の間には後述する側壁が形成され、溝の内部には後述する電極が形成されている。そして、電極に電圧を印加することにより溝の両側の側壁が変形し、溝の容積が高速で変化する。溝の容積が広がる過程では、溝へのインクの供給がなされ、溝の容積が縮小する過程では内部のインクがノズルプレート１０２のノズル１０６から吐出するように構成されている。ここに示すインクジェットヘッドＨ１の例は、基板１０７，１０８の材料である圧電部材と、その圧電部材に電圧を印加する電極とによりインクを吐出させるアクチュエータが構成されている。
【０００３】
次に、従来のインクジェットヘッドＨ１の細部の構成をその製造工程とともに説明する。図１３ないし図２０はインクジェットヘッドの製造工程を示す説明図である。
【０００４】
まず、図１３に示すように、板圧方向に分極された圧電部材により形成された二枚の基板１０７，１０８を用意し、両者を分極方向が逆向きになるように接着して積層基板１０９を作成する。
【０００５】
次に、図１４に示すように、二枚の基板１０７，１０８の接着面に跨るように基板１０８の一面から複数の溝１１０を平行に形成する。これにより、複数の溝１１０と、これらの溝１１０の間を仕切る側壁１１１とを有するヘッド基板１０１を作成する。溝１１０は、ＩＣウエハ切断用のダイシングソーのダイヤモンドホイールなどを用いた研削加工によって容易になされる。溝１１０の寸法は、インクジェットヘッドＨ１の仕様により決定する。
【０００６】
次に、図１５に示すように、溝１１０の内面に電極１１２を形成し、これらの電極１１２に接続された配線パターン１１３をヘッド基板１０１の一面に形成する。電極１１２と配線パターン１１３とは、ウエットプロセスの無電解メッキ法により形成する。
【０００７】
次に、図１６に示すように、中央に流路１０３ａが形成された枠状の流路形成部材１０３をヘッド基板１０１の一面に接着する。
【０００８】
次に、図１７に示すように、ヘッド基板１０１と流路形成部材１０３とを、溝１１０の先端側で切断する。この切断作業は、溝１１０の長さを一定に揃えるために行うもので、１１４はこの切断作業時に生じた切断片である。
【０００９】
次に、図１８に示すように、ヘッド基板１０１と流路形成部材１０３との先端にノズルプレート１０２を接着し、そのノズルプレート１０２にノズル１０６を形成する。
【００１０】
この後の行程は、図１９に示すように、予めインク供給部材１０５を接着した天板１０４を流路形成部材１０３の上面に接着するか、或いは、図２０に示すように、流路形成部材１０３の上面に天板１０４を接着し、その後に天板１０４に形成されたインク供給孔１０４ａにインク供給部材１０５を接着する。
【００１１】
ところで、予めノズル１０６を形成したノズルプレート１０２をヘッド基板１０１に接着する方法を採用した場合、溝１１０の中心部とノズル１０６の中心とを一致させるためには、ノズルプレート１０２の接着位置を厳密に管理しなければならず作業が困難である。そのために、ヘッド基板１０１にノズルプレート１０２を接着した後に、溝１１０の中心に合わせてノズルプレート１０２に複数のノズル１０６を形成する方法を採用することがある。この方法を採用した場合、溝１１０を開放した状態にしてノズルプレート１０２の内面側からノズル１０６を形成する方法と、ノズルプレート１０２の外側からノズル１０６を形成する方法とがあるが、前者の場合はノズル加工のために、後者の場合はノズル加工時の切削屑を溝１１０から取り出すために、ヘッド基板１０１に天板１０４を接着する前の状態（図１８に示す状態）でノズル１０６を形成する行程順となっている。
【００１２】
一方、天板１０４は平坦な部材であって形状も単純であるので、ヘッド基板１０１の熱膨張係数と同等の熱膨張係数をもつ材料の選択範囲も広いが、インク供給部材１０５は、インク供給系統との接続の関係もあって構造が複雑であり、強度も必要であるので、材料の選択範囲は狭い。このために、多くは金属製のインク供給部材１０５が用いられている。
【００１３】
したがって、基板１０７，１０８同士の接着、ヘッド基板１０１と流路形成部材１０３との接着、流路形成部材１０３と天板１０４との接着に際しては、熱硬化性接着剤を用いても、熱硬化性接着剤が硬化する過程で各部材に反りが発生することはない。
【００１４】
しかし、図１９に示すように、予めインク供給部材１０５が接着された天板１０４を流路形成部材１０３に接着するときは、熱硬化性接着剤の硬化時に１００℃前後に達する熱が天板１０４からインク供給部材１０５に伝わるが、金属製のインキ供給部材１０５は、天板１０４よりも熱膨張係数が高いので伝導した熱が冷める過程で大きく収縮し、天板１０４を長手方向の外側から内側に向けて引っ張るため、薄い天板１０４は両端が図１９において上方上がりの方向に湾曲する。このため、天板１０４に順次接着されている流路形成部材１０３、ヘッド基板１０１及びノズルプレート１０２も天板１０４の湾曲に倣って変形する。
【００１５】
図２０に示すように、流路形成部材１０３の上に接着された天板１０４に金属製のインク供給部材１０５を熱硬化性接着剤により接着する場合は、熱硬化性接着剤の硬化時に１００℃前後に達する熱によってインク供給部材１０５及び天板１０４の温度が上昇し、インキ供給部材１０５は、熱が冷める過程で大きく収縮し、天板１０４を長手方向の外側から内側に向けて引っ張る。これにより、図１９に示す場合と同様に、薄い天板１０４が湾曲し、流路形成部材１０３、ヘッド基板１０１及びノズルプレート１０２も天板１０４の湾曲に倣って変形する。
【００１６】
これにより、図１９、図２０に示す何れの手順を採用しても、図１２（ｂ）に示すように、両端に配置されたノズル１０６の中心を結ぶ仮想直線Ａに対し、内側のノズル１０６は中心が仮想直線Ａからずれてしまう。
【００１７】
なお、熱硬化性接着剤が硬化するときの温度は、選択する接着剤により、例えば、１２０℃、１００℃、８０℃、６０℃などと異なる。
【００１８】
【発明解決しようとする課題】
インク供給部材を製作するために、ヘッド基板の熱膨張係数と同等の熱膨張係数の材料を選択範囲は狭く、製造コストの上昇は否めない。
【００１９】
本発明は、材料の違いに左右されることなく、多数のノズルの中心を直線的に配列することができるインクジェットヘッド及びその製造方法に関する。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、予めインク供給部材が接着された天板を熱硬化性接着剤によりヘッド基板の一面に直接又は間接的に接着して前記ヘッド基板に形成された溝を閉塞する際に、前記ヘッド基板と前記溝を閉塞する天板とを重ねて保持しながら接着硬化後に前記ヘッド基板と前記天板の平行状態が形成される荷重を付与した状態で接着する。或いは、前記ヘッド基板に直接又は間接的に接着された前記天板に後から前記インク供給部材を熱硬化性接着剤により接着する際に、前記ヘッド基板と前記溝を閉塞する天板とに接着硬化後も互いの平行状態が保持される荷重を付与した状態で接着する。
【００２１】
したがって、ヘッド基板の熱膨張係数に対してインク供給部材の熱膨張係数が高い場合、又はヘッド基板の熱膨張係数に対してインク供給部材と天板との両方の熱膨張係数が高い場合でも、熱硬化性樹脂が硬化する際のヘッド基板及び天板の反りの発生を防止することが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明のインクジェトヘッドの構成について説明する。図１（ａ）はインクジェットヘッドの一例を示す斜視図、同図（ｂ）はノズルの配列状態を示す説明図である。本発明のインクジェットヘッドＨ２は、インクが供給される複数の溝（後述する）が形成されたヘッド基板１と、このヘッド基板１の先端面に接着されたノズルプレート２と、ヘッド基板１の一面に接着された流路形成部材３と、この流路形成部材３の天面を閉塞する天板４と、この天板４に接着されたインク供給部材５とを具備する。流路形成部材３は枠状の形状を有し、内部でヘッド基板１の形成された複数の溝同士を連通させるための部材である。ヘッド基板１は圧電部材により形成され、このヘッド基板１に形成された複数の溝同士の間には後述する側壁が形成され、溝の内部には後述する電極が形成されている。そして、電極に電圧を印加することにより溝の両側の側壁が変形し、溝の容積が高速で変化する。溝の容積が広がる過程では、溝へのインクの供給がなされ、溝の容積が縮小する過程では内部のインクがノズルプレート２のノズル６から吐出するように構成されている。すなわち、本実施の形態におけるインクジェットヘッドＨ２の例は、ヘッド基板１の材料である圧電部材と、その圧電部材に電圧を印加する電極とによりインクを吐出させるアクチュエータが構成されている。
【００２３】
次に、本発明のインクジェットヘッドＨ２の構成を、そのインクジェットヘッドの第一の製造方法とともに説明する。図２ないし図８はインクジェットヘッドの第一の製造方法における製造工程を示す斜視図、図９はインクジェットヘッドの製造工程を示す正面図である。
【００２４】
まず、図２に示すように、板圧方向に分極された圧電部材により形成された二枚の基板７，８を用意し、両者を分極方向が逆向きになるように接着して積層基板９を作成する。
【００２５】
次に、図３に示すように、二枚の基板７，８の接着面に跨るように基板８の一面から複数の溝１０を平行に形成する。これにより、複数の溝１０と、これらの溝１０の間を仕切る側壁１１とを形成する（溝・側壁形成工程）。溝１０は、ＩＣウエハ切断用のダイシングソーのダイヤモンドホイールなどを用いた研削加工によって容易になされる。溝１０の寸法は、インクジェットヘッドＨ２の仕様により決定する。具体的には、ヘッド基板１の大きさを長さ１４０ｍｍ、奥行き幅４０ｍｍとしたとき、溝１０の深さは０．１〜１ｍｍ、溝１０の幅は２０〜２００μｍ、溝１０の長さは２〜２００ｍｍの範囲で決定される。
【００２６】
次に、図４に示すように、溝１０の内面に電極１２を形成し、これらの電極１２に接続された配線パターン１３をヘッド基板１の一面に形成することにより、アクチュエータを具備するヘッド基板１を製作する（ヘッド基板製作工程）。この例では、電極１２と配線パターン１３とは、ウエットプロセスの無電解メッキ法により形成する。
【００２７】
なお、溝１０内に供給されたインクを吐出させるためのアクチュエータは、基板７，８の材料である圧電部材と、この圧電部材に電圧を印加する電極１２とにより構成されるが、基板７，８のうちの何れか一方のみが圧電部材であってもよい。さらには、圧電部材製の一枚の基板７でヘッド基板を作成することも可能である。
【００２８】
次に、図５に示すように、中央に流路３ａが形成された枠状の流路形成部材３をヘッド基板１の一面に接着する。本実施の形態において、流路形成部材３は基板７，８の材料と同様に圧電部材により形成され、その熱膨張係数は４×１０−６／℃である。
【００２９】
次に、図６に示すように、ヘッド基板１と流路形成部材３とを、溝１０の先端側で切断する。この切断作業は、溝１０の長さを一定に揃えるために行うもので、１４はこの切断作業時に生じた切断片である。
【００３０】
次に、図７に示すように、ヘッド基板１と流路形成部材３との先端にノズルプレート２を接着する（ノズルプレート接着工程）。ノズル６はノズルプレート２をヘッド基板１に接着した後に形成することがベターであるが、治具などの改良によってヘッド基板１に対するノズルプレート２の位置合せの精度が高められるのであれば、予めノズル６が形成されたノズルプレート２をヘッド基板１に接着してもよい。
【００３１】
次に、図８及び図９に示すように天板接着工程に移行する。この例では、天板４は、ヘッド基板１に直接的に接着するのではなく、流路形成部材３を介在させて間接的にヘッド基板１に接着する。天板４の内面に各溝１０を連通するような凹部が形成されている場合には、その天板４が流路形成部材３としての機能を果たすので、天板４をヘッド基板１に直接的に接着しても構わない。また、この例では、天板４は基板７，８及び流路形成部材３と同様の圧電部材により形成されている。そして、その圧電部材よりも熱膨張係数が１６．５×１０−６／℃と高いＳＵＳなどの金属材により形成されたインク供給部材５が予め接着されている天板４を流路形成部材３に接着する（天板接着工程）。
【００３２】
この天板接着工程では、ヘッド基板１と天板４とを重ねて保持しながら接着硬化後にヘッド基板１と天板４の水平状態が形成される荷重を付与した状態を維持する。ここで言う「水平状態」とは、「平行状態」の概念に含まれる。具体的には、図９に示すように、天板４の長手方向の両端の２点を支点１５により支え、天板４とは反対側のヘッド基板１の平面に荷重Ｗをかける。この例では荷重Ｗは１ｋｇが適正であった。
【００３３】
したがって、熱硬化性接着剤が硬化するときの熱により、金属製のインク供給部材５の熱が高くなり、そのインク供給部材５の温度が下がる過程でインク供給部材５が天板４を引っ張ったとしても、ヘッド基板１、流路形成部材３、天板４の反りが防止され、ノズルプレート２の変形が防止されるため、ノズル６の配列位置のずれを微小に抑えることができる。完成したインクジェットヘッドＨ２を見ると、ヘッド基板１の大きさを、長さ１４０ｍｍ×幅４０ｍｍとしたとき、図１（ｂ）に示すように、両端に配置されたノズル６の中心を結ぶ仮想直線Ａに対し、内側のノズル６は中心のずれ量ｓは５μｍ以下に収まることが確認された。
【００３４】
上記のように、天板４とインク供給部材５とを予め接着し、その後に天板４をヘッド基板１に熱硬化性接着剤によって接着する場合には、図９に示すように、ヘッド基板１と天板４とを重ねて保持しながら接着硬化後にヘッド基板１と天板４の平行状態が形成される荷重Ｗを付与した状態で天板４を流路形成部材３に接着する方法を採るならば、天板４はインク供給部材５の熱膨張係数と同等の熱膨張係数をもつ材料により形成されてもよい。例えば、天板４をインク供給部材５と同様にＳＵＳにより形成しても、上記の場合と同様に、反りの発生を防止することができる。この例では荷重Ｗは１．５ｋｇが適正であった。
【００３５】
ヘッド基板１と天板４とを重ねて保持しながら接着硬化後にヘッド基板１と天板４の水平状態が形成される荷重を付与した状態を得るために、図９に示すように、天板４の長手方向の両端の２点を支点１５により支え、天板４とは反対側のヘッド基板１の平面に荷重Ｗをかける場合、インク供給部材５は天板４の中心から外れた位置に接続されている場合がある（図１１参照）。この場合には、天板４とは反対側のヘッド基板１の平面におけるインク供給部材５と対向する位置に荷重Ｗをかけることが、天板７を水平状態に保持する上でより効果的である。
【００３６】
次に、本発明の第二の実施の形態として、インクジェットヘッドの第二の製造方法について説明する。前記実施の形態と同一部分は同一符号を用い説明も省略する。
【００３７】
この第二の製造方法は、基板７，８に溝１０と側壁１１とを形成する溝・側壁形成工程（図２，３参照）と、溝１０の内部に供給されたインクに吐出圧を付与するためのアクチュエータを前記基板に基板に設けてヘッド基板を製作するヘッド基板製作工程（図４参照）と、ヘッド基板１の先端面にノズルプレート２を接着するノズルプレート接着工程（図７参照）と、ヘッド基板１の熱膨張係数と同等の熱膨張係数をもつ材料（この例では圧電部材）により形成されて溝１０を閉塞する天板４を直接又は間接的にヘッド基板１の一面に接着する天板接着工程（図１０参照）と、ヘッド基板１と天板４とに接着硬化後も互いの平行状態が保持される荷重を付与した状態で、天板４の熱膨張係数より高い熱膨張係数をもつ材料（この例では前述と同様にＳＵＳなどの金属材）により形成されたインク供給部材５を天板４に熱硬化性接着剤により接着するインク供給部材接着工程と、よりなる。ここで言う「水平状態」とは、「平行状態」の概念に含まれる。
【００３８】
この例のアクチュエータも、前記実施の形態と同様に、基板７，８の材料である圧電部材と、これに電圧を印加する電極１２とにより構成される。
【００３９】
この場合、図１０に示す天板接着工程では、天板４はヘッド基板１と同じ熱膨張係数の圧電部材により形成されているので反ることはない。金属製のインク供給部材５を熱硬化性接着剤により天板４に接着するときは、前記実施の形態と同様に、ヘッド基板１と天板４とを重ねて保持しながら接着硬化後にヘッド基板１と天板４の水平状態が形成される荷重を付与した状態（図９においてインク供給部材５を除いた状態）に維持することにより、ヘッド基板１や天板４の反りを防止することができる。
【００４０】
インク供給部材接着工程では、ヘッド基板１と天板４とに接着硬化後も互いの平行状態が保持される荷重を付与した状態に維持するために、例えば、図１１に示すように、天板４の両端を支点１５などによって支えることでヘッド基板１と天板４との積層物を水平状態に支持し、インク供給部材５を剛性の高い部材１６で支え、天板４とは反対側のヘッド基板１の平面におけるインク供給部材５と対向する位置に荷重Ｗをかけるようにした。これにより、インク供給部材５には荷重Ｗの反力を部材１６から受ける。
【００４１】
本発明は、インクを供給するために基板に形成された多数の溝にアクチュエータとしての発熱素子を設けた方式のインクジェットヘッド及びその製造方法にも適用し得るものである。
【００４２】
【発明の効果】
本発明のインクジェットヘッドの製造方法によれば、ヘッド基板の熱膨張係数に対してインク供給部材の熱膨張係数が高い場合、又はヘッド基板の熱膨張係数に対してインク供給部材と天板との両方の熱膨張係数が高い場合でも、熱硬化性樹脂が硬化する際のヘッド基板及び天板の反りの発生を防止することができ、これにより、ノズルプレートに形成されたノズルの中心を略直線的に配列することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第一の実施の形態におけるインクジェットヘッドの構成を示す斜視図、（ｂ）はノズルの配列状態を示す説明図である。
【図２】そのインクジェットヘッドの第一の製造方法における製造工程を示す斜視図である。
【図３】そのインクジェットヘッドの第一の製造方法における製造工程を示す斜視図である。
【図４】そのインクジェットヘッドの第一の製造方法における製造工程を示す斜視図である。
【図５】そのインクジェットヘッドの第一の製造方法における製造工程を示す斜視図である。
【図６】そのインクジェットヘッドの第一の製造方法における製造工程を示す斜視図である。
【図７】そのインクジェットヘッドの第一の製造方法における製造工程を示す斜視図である。
【図８】そのインクジェットヘッドの第一の製造方法における製造工程を示す斜視図である。
【図９】そのインクジェットヘッドの第一の製造方法における製造工程を示す正面図である。
【図１０】インクジェットヘッドの第二の製造方法における天板接着工程を示す説明図である。
【図１１】インク供給部材と対向する位置で天板に荷重をかける状態を示す正面図である。
【図１２】（ａ）は従来のインクジェットヘッドの一例を示す斜視図、（ｂ）はノズルの配列状態を示す説明図である。
【図１３】従来のインクジェットヘッドの製造方法における製造工程を示す説明図である。
【図１４】従来のインクジェットヘッドの製造方法における製造工程を示す説明図である。
【図１５】従来のインクジェットヘッドの製造方法における製造工程を示す説明図である。
【図１６】従来のインクジェットヘッドの製造方法における製造工程を示す説明図である。
【図１７】従来のインクジェットヘッドの製造方法における製造工程を示す説明図である。
【図１８】従来のインクジェットヘッドの製造方法における製造工程を示す説明図である。
【図１９】従来のインクジェットヘッドの製造方法における製造工程を示す説明図である。
【図２０】従来のインクジェットヘッドの製造方法における製造工程を示す説明図である。
【符号の説明】
１…ヘッド基板、２…ノズルプレート、４…天板、５…インク供給部材、６…ノズル、７，８…基板、圧電部材、１０…溝、１１…側板
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットヘッド及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
まず、従来のインクジェットヘッドの構成について説明する。図１２（ａ）は従来のインクジェットヘッドの一例を示す斜視図、同図（ｂ）はノズルの配列状態を示す説明図である。ここに示す従来のインクジェットヘッドＨ１は、インクが供給される複数の溝（後述する）が形成されたヘッド基板１０１と、このヘッド基板１０１の先端面に接着されたノズルプレート１０２と、ヘッド基板１０１の一面に接着された流路形成部材１０３と、この流路形成部材１０３の天面を閉塞する天板１０４と、この天板１０４に接着されたインク供給部材１０５とを具備する。流路形成部材１０３は枠状の形状を有し、内部でヘッド基板１０１の形成された複数の溝同士を連通させるための部材である。ヘッド基板１０１は圧電部材により形成され、このヘッド基板１０１に形成された複数の溝同士の間には後述する側壁が形成され、溝の内部には後述する電極が形成されている。そして、電極に電圧を印加することにより溝の両側の側壁が変形し、溝の容積が高速で変化する。溝の容積が広がる過程では、溝へのインクの供給がなされ、溝の容積が縮小する過程では内部のインクがノズルプレート１０２のノズル１０６から吐出するように構成されている。ここに示すインクジェットヘッドＨ１の例は、基板１０７，１０８の材料である圧電部材と、その圧電部材に電圧を印加する電極とによりインクを吐出させるアクチュエータが構成されている。
【０００３】
次に、従来のインクジェットヘッドＨ１の細部の構成をその製造工程とともに説明する。図１３ないし図２０はインクジェットヘッドの製造工程を示す説明図である。
【０００４】
まず、図１３に示すように、板圧方向に分極された圧電部材により形成された二枚の基板１０７，１０８を用意し、両者を分極方向が逆向きになるように接着して積層基板１０９を作成する。
【０００５】
次に、図１４に示すように、二枚の基板１０７，１０８の接着面に跨るように基板１０８の一面から複数の溝１１０を平行に形成する。これにより、複数の溝１１０と、これらの溝１１０の間を仕切る側壁１１１とを有するヘッド基板１０１を作成する。溝１１０は、ＩＣウエハ切断用のダイシングソーのダイヤモンドホイールなどを用いた研削加工によって容易になされる。溝１１０の寸法は、インクジェットヘッドＨ１の仕様により決定する。
【０００６】
次に、図１５に示すように、溝１１０の内面に電極１１２を形成し、これらの電極１１２に接続された配線パターン１１３をヘッド基板１０１の一面に形成する。電極１１２と配線パターン１１３とは、ウエットプロセスの無電解メッキ法により形成する。
【０００７】
次に、図１６に示すように、中央に流路１０３ａが形成された枠状の流路形成部材１０３をヘッド基板１０１の一面に接着する。
【０００８】
次に、図１７に示すように、ヘッド基板１０１と流路形成部材１０３とを、溝１１０の先端側で切断する。この切断作業は、溝１１０の長さを一定に揃えるために行うもので、１１４はこの切断作業時に生じた切断片である。
【０００９】
次に、図１８に示すように、ヘッド基板１０１と流路形成部材１０３との先端にノズルプレート１０２を接着し、そのノズルプレート１０２にノズル１０６を形成する。
【００１０】
この後の行程は、図１９に示すように、予めインク供給部材１０５を接着した天板１０４を流路形成部材１０３の上面に接着するか、或いは、図２０に示すように、流路形成部材１０３の上面に天板１０４を接着し、その後に天板１０４に形成されたインク供給孔１０４ａにインク供給部材１０５を接着する。
【００１１】
ところで、予めノズル１０６を形成したノズルプレート１０２をヘッド基板１０１に接着する方法を採用した場合、溝１１０の中心部とノズル１０６の中心とを一致させるためには、ノズルプレート１０２の接着位置を厳密に管理しなければならず作業が困難である。そのために、ヘッド基板１０１にノズルプレート１０２を接着した後に、溝１１０の中心に合わせてノズルプレート１０２に複数のノズル１０６を形成する方法を採用することがある。この方法を採用した場合、溝１１０を開放した状態にしてノズルプレート１０２の内面側からノズル１０６を形成する方法と、ノズルプレート１０２の外側からノズル１０６を形成する方法とがあるが、前者の場合はノズル加工のために、後者の場合はノズル加工時の切削屑を溝１１０から取り出すために、ヘッド基板１０１に天板１０４を接着する前の状態（図１８に示す状態）でノズル１０６を形成する行程順となっている。
【００１２】
一方、天板１０４は平坦な部材であって形状も単純であるので、ヘッド基板１０１の熱膨張係数と同等の熱膨張係数をもつ材料の選択範囲も広いが、インク供給部材１０５は、インク供給系統との接続の関係もあって構造が複雑であり、強度も必要であるので、材料の選択範囲は狭い。このために、多くは金属製のインク供給部材１０５が用いられている。
【００１３】
したがって、基板１０７，１０８同士の接着、ヘッド基板１０１と流路形成部材１０３との接着、流路形成部材１０３と天板１０４との接着に際しては、熱硬化性接着剤を用いても、熱硬化性接着剤が硬化する過程で各部材に反りが発生することはない。
【００１４】
しかし、図１９に示すように、予めインク供給部材１０５が接着された天板１０４を流路形成部材１０３に接着するときは、熱硬化性接着剤の硬化時に１００℃前後に達する熱が天板１０４からインク供給部材１０５に伝わるが、金属製のインキ供給部材１０５は、天板１０４よりも熱膨張係数が高いので伝導した熱が冷める過程で大きく収縮し、天板１０４を長手方向の外側から内側に向けて引っ張るため、薄い天板１０４は両端が図１９において上方上がりの方向に湾曲する。このため、天板１０４に順次接着されている流路形成部材１０３、ヘッド基板１０１及びノズルプレート１０２も天板１０４の湾曲に倣って変形する。
【００１５】
図２０に示すように、流路形成部材１０３の上に接着された天板１０４に金属製のインク供給部材１０５を熱硬化性接着剤により接着する場合は、熱硬化性接着剤の硬化時に１００℃前後に達する熱によってインク供給部材１０５及び天板１０４の温度が上昇し、インキ供給部材１０５は、熱が冷める過程で大きく収縮し、天板１０４を長手方向の外側から内側に向けて引っ張る。これにより、図１９に示す場合と同様に、薄い天板１０４が湾曲し、流路形成部材１０３、ヘッド基板１０１及びノズルプレート１０２も天板１０４の湾曲に倣って変形する。
【００１６】
これにより、図１９、図２０に示す何れの手順を採用しても、図１２（ｂ）に示すように、両端に配置されたノズル１０６の中心を結ぶ仮想直線Ａに対し、内側のノズル１０６は中心が仮想直線Ａからずれてしまう。
【００１７】
なお、熱硬化性接着剤が硬化するときの温度は、選択する接着剤により、例えば、１２０℃、１００℃、８０℃、６０℃などと異なる。
【００１８】
【発明解決しようとする課題】
インク供給部材を製作するために、ヘッド基板の熱膨張係数と同等の熱膨張係数の材料を選択範囲は狭く、製造コストの上昇は否めない。
【００１９】
本発明は、材料の違いに左右されることなく、多数のノズルの中心を直線的に配列することができるインクジェットヘッド及びその製造方法に関する。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、予めインク供給部材が接着された天板を熱硬化性接着剤によりヘッド基板の一面に直接又は間接的に接着して前記ヘッド基板に形成された溝を閉塞する際に、前記ヘッド基板と前記溝を閉塞する天板とを重ねて保持しながら接着硬化後に前記ヘッド基板と前記天板の平行状態が形成される荷重を付与した状態で接着する。或いは、前記ヘッド基板に直接又は間接的に接着された前記天板に後から前記インク供給部材を熱硬化性接着剤により接着する際に、前記ヘッド基板と前記溝を閉塞する天板とに接着硬化後も互いの平行状態が保持される荷重を付与した状態で接着する。
【００２１】
したがって、ヘッド基板の熱膨張係数に対してインク供給部材の熱膨張係数が高い場合、又はヘッド基板の熱膨張係数に対してインク供給部材と天板との両方の熱膨張係数が高い場合でも、熱硬化性樹脂が硬化する際のヘッド基板及び天板の反りの発生を防止することが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明のインクジェトヘッドの構成について説明する。図１（ａ）はインクジェットヘッドの一例を示す斜視図、同図（ｂ）はノズルの配列状態を示す説明図である。本発明のインクジェットヘッドＨ２は、インクが供給される複数の溝（後述する）が形成されたヘッド基板１と、このヘッド基板１の先端面に接着されたノズルプレート２と、ヘッド基板１の一面に接着された流路形成部材３と、この流路形成部材３の天面を閉塞する天板４と、この天板４に接着されたインク供給部材５とを具備する。流路形成部材３は枠状の形状を有し、内部でヘッド基板１の形成された複数の溝同士を連通させるための部材である。ヘッド基板１は圧電部材により形成され、このヘッド基板１に形成された複数の溝同士の間には後述する側壁が形成され、溝の内部には後述する電極が形成されている。そして、電極に電圧を印加することにより溝の両側の側壁が変形し、溝の容積が高速で変化する。溝の容積が広がる過程では、溝へのインクの供給がなされ、溝の容積が縮小する過程では内部のインクがノズルプレート２のノズル６から吐出するように構成されている。すなわち、本実施の形態におけるインクジェットヘッドＨ２の例は、ヘッド基板１の材料である圧電部材と、その圧電部材に電圧を印加する電極とによりインクを吐出させるアクチュエータが構成されている。
【００２３】
次に、本発明のインクジェットヘッドＨ２の構成を、そのインクジェットヘッドの第一の製造方法とともに説明する。図２ないし図８はインクジェットヘッドの第一の製造方法における製造工程を示す斜視図、図９はインクジェットヘッドの製造工程を示す正面図である。
【００２４】
まず、図２に示すように、板圧方向に分極された圧電部材により形成された二枚の基板７，８を用意し、両者を分極方向が逆向きになるように接着して積層基板９を作成する。
【００２５】
次に、図３に示すように、二枚の基板７，８の接着面に跨るように基板８の一面から複数の溝１０を平行に形成する。これにより、複数の溝１０と、これらの溝１０の間を仕切る側壁１１とを形成する（溝・側壁形成工程）。溝１０は、ＩＣウエハ切断用のダイシングソーのダイヤモンドホイールなどを用いた研削加工によって容易になされる。溝１０の寸法は、インクジェットヘッドＨ２の仕様により決定する。具体的には、ヘッド基板１の大きさを長さ１４０ｍｍ、奥行き幅４０ｍｍとしたとき、溝１０の深さは０．１〜１ｍｍ、溝１０の幅は２０〜２００μｍ、溝１０の長さは２〜２００ｍｍの範囲で決定される。
【００２６】
次に、図４に示すように、溝１０の内面に電極１２を形成し、これらの電極１２に接続された配線パターン１３をヘッド基板１の一面に形成することにより、アクチュエータを具備するヘッド基板１を製作する（ヘッド基板製作工程）。この例では、電極１２と配線パターン１３とは、ウエットプロセスの無電解メッキ法により形成する。
【００２７】
なお、溝１０内に供給されたインクを吐出させるためのアクチュエータは、基板７，８の材料である圧電部材と、この圧電部材に電圧を印加する電極１２とにより構成されるが、基板７，８のうちの何れか一方のみが圧電部材であってもよい。さらには、圧電部材製の一枚の基板７でヘッド基板を作成することも可能である。
【００２８】
次に、図５に示すように、中央に流路３ａが形成された枠状の流路形成部材３をヘッド基板１の一面に接着する。本実施の形態において、流路形成部材３は基板７，８の材料と同様に圧電部材により形成され、その熱膨張係数は４×１０−６／℃である。
【００２９】
次に、図６に示すように、ヘッド基板１と流路形成部材３とを、溝１０の先端側で切断する。この切断作業は、溝１０の長さを一定に揃えるために行うもので、１４はこの切断作業時に生じた切断片である。
【００３０】
次に、図７に示すように、ヘッド基板１と流路形成部材３との先端にノズルプレート２を接着する（ノズルプレート接着工程）。ノズル６はノズルプレート２をヘッド基板１に接着した後に形成することがベターであるが、治具などの改良によってヘッド基板１に対するノズルプレート２の位置合せの精度が高められるのであれば、予めノズル６が形成されたノズルプレート２をヘッド基板１に接着してもよい。
【００３１】
次に、図８及び図９に示すように天板接着工程に移行する。この例では、天板４は、ヘッド基板１に直接的に接着するのではなく、流路形成部材３を介在させて間接的にヘッド基板１に接着する。天板４の内面に各溝１０を連通するような凹部が形成されている場合には、その天板４が流路形成部材３としての機能を果たすので、天板４をヘッド基板１に直接的に接着しても構わない。また、この例では、天板４は基板７，８及び流路形成部材３と同様の圧電部材により形成されている。そして、その圧電部材よりも熱膨張係数が１６．５×１０−６／℃と高いＳＵＳなどの金属材により形成されたインク供給部材５が予め接着されている天板４を流路形成部材３に接着する（天板接着工程）。
【００３２】
この天板接着工程では、ヘッド基板１と天板４とを重ねて保持しながら接着硬化後にヘッド基板１と天板４の水平状態が形成される荷重を付与した状態を維持する。ここで言う「水平状態」とは、「平行状態」の概念に含まれる。具体的には、図９に示すように、天板４の長手方向の両端の２点を支点１５により支え、天板４とは反対側のヘッド基板１の平面に荷重Ｗをかける。この例では荷重Ｗは１ｋｇが適正であった。
【００３３】
したがって、熱硬化性接着剤が硬化するときの熱により、金属製のインク供給部材５の熱が高くなり、そのインク供給部材５の温度が下がる過程でインク供給部材５が天板４を引っ張ったとしても、ヘッド基板１、流路形成部材３、天板４の反りが防止され、ノズルプレート２の変形が防止されるため、ノズル６の配列位置のずれを微小に抑えることができる。完成したインクジェットヘッドＨ２を見ると、ヘッド基板１の大きさを、長さ１４０ｍｍ×幅４０ｍｍとしたとき、図１（ｂ）に示すように、両端に配置されたノズル６の中心を結ぶ仮想直線Ａに対し、内側のノズル６は中心のずれ量ｓは５μｍ以下に収まることが確認された。
【００３４】
上記のように、天板４とインク供給部材５とを予め接着し、その後に天板４をヘッド基板１に熱硬化性接着剤によって接着する場合には、図９に示すように、ヘッド基板１と天板４とを重ねて保持しながら接着硬化後にヘッド基板１と天板４の平行状態が形成される荷重Ｗを付与した状態で天板４を流路形成部材３に接着する方法を採るならば、天板４はインク供給部材５の熱膨張係数と同等の熱膨張係数をもつ材料により形成されてもよい。例えば、天板４をインク供給部材５と同様にＳＵＳにより形成しても、上記の場合と同様に、反りの発生を防止することができる。この例では荷重Ｗは１．５ｋｇが適正であった。
【００３５】
ヘッド基板１と天板４とを重ねて保持しながら接着硬化後にヘッド基板１と天板４の水平状態が形成される荷重を付与した状態を得るために、図９に示すように、天板４の長手方向の両端の２点を支点１５により支え、天板４とは反対側のヘッド基板１の平面に荷重Ｗをかける場合、インク供給部材５は天板４の中心から外れた位置に接続されている場合がある（図１１参照）。この場合には、天板４とは反対側のヘッド基板１の平面におけるインク供給部材５と対向する位置に荷重Ｗをかけることが、天板７を水平状態に保持する上でより効果的である。
【００３６】
次に、本発明の第二の実施の形態として、インクジェットヘッドの第二の製造方法について説明する。前記実施の形態と同一部分は同一符号を用い説明も省略する。
【００３７】
この第二の製造方法は、基板７，８に溝１０と側壁１１とを形成する溝・側壁形成工程（図２，３参照）と、溝１０の内部に供給されたインクに吐出圧を付与するためのアクチュエータを前記基板に基板に設けてヘッド基板を製作するヘッド基板製作工程（図４参照）と、ヘッド基板１の先端面にノズルプレート２を接着するノズルプレート接着工程（図７参照）と、ヘッド基板１の熱膨張係数と同等の熱膨張係数をもつ材料（この例では圧電部材）により形成されて溝１０を閉塞する天板４を直接又は間接的にヘッド基板１の一面に接着する天板接着工程（図１０参照）と、ヘッド基板１と天板４とに接着硬化後も互いの平行状態が保持される荷重を付与した状態で、天板４の熱膨張係数より高い熱膨張係数をもつ材料（この例では前述と同様にＳＵＳなどの金属材）により形成されたインク供給部材５を天板４に熱硬化性接着剤により接着するインク供給部材接着工程と、よりなる。ここで言う「水平状態」とは、「平行状態」の概念に含まれる。
【００３８】
この例のアクチュエータも、前記実施の形態と同様に、基板７，８の材料である圧電部材と、これに電圧を印加する電極１２とにより構成される。
【００３９】
この場合、図１０に示す天板接着工程では、天板４はヘッド基板１と同じ熱膨張係数の圧電部材により形成されているので反ることはない。金属製のインク供給部材５を熱硬化性接着剤により天板４に接着するときは、前記実施の形態と同様に、ヘッド基板１と天板４とを重ねて保持しながら接着硬化後にヘッド基板１と天板４の水平状態が形成される荷重を付与した状態（図９においてインク供給部材５を除いた状態）に維持することにより、ヘッド基板１や天板４の反りを防止することができる。
【００４０】
インク供給部材接着工程では、ヘッド基板１と天板４とに接着硬化後も互いの平行状態が保持される荷重を付与した状態に維持するために、例えば、図１１に示すように、天板４の両端を支点１５などによって支えることでヘッド基板１と天板４との積層物を水平状態に支持し、インク供給部材５を剛性の高い部材１６で支え、天板４とは反対側のヘッド基板１の平面におけるインク供給部材５と対向する位置に荷重Ｗをかけるようにした。これにより、インク供給部材５には荷重Ｗの反力を部材１６から受ける。
【００４１】
本発明は、インクを供給するために基板に形成された多数の溝にアクチュエータとしての発熱素子を設けた方式のインクジェットヘッド及びその製造方法にも適用し得るものである。
【００４２】
【発明の効果】
本発明のインクジェットヘッドの製造方法によれば、ヘッド基板の熱膨張係数に対してインク供給部材の熱膨張係数が高い場合、又はヘッド基板の熱膨張係数に対してインク供給部材と天板との両方の熱膨張係数が高い場合でも、熱硬化性樹脂が硬化する際のヘッド基板及び天板の反りの発生を防止することができ、これにより、ノズルプレートに形成されたノズルの中心を略直線的に配列することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第一の実施の形態におけるインクジェットヘッドの構成を示す斜視図、（ｂ）はノズルの配列状態を示す説明図である。
【図２】そのインクジェットヘッドの第一の製造方法における製造工程を示す斜視図である。
【図３】そのインクジェットヘッドの第一の製造方法における製造工程を示す斜視図である。
【図４】そのインクジェットヘッドの第一の製造方法における製造工程を示す斜視図である。
【図５】そのインクジェットヘッドの第一の製造方法における製造工程を示す斜視図である。
【図６】そのインクジェットヘッドの第一の製造方法における製造工程を示す斜視図である。
【図７】そのインクジェットヘッドの第一の製造方法における製造工程を示す斜視図である。
【図８】そのインクジェットヘッドの第一の製造方法における製造工程を示す斜視図である。
【図９】そのインクジェットヘッドの第一の製造方法における製造工程を示す正面図である。
【図１０】インクジェットヘッドの第二の製造方法における天板接着工程を示す説明図である。
【図１１】インク供給部材と対向する位置で天板に荷重をかける状態を示す正面図である。
【図１２】（ａ）は従来のインクジェットヘッドの一例を示す斜視図、（ｂ）はノズルの配列状態を示す説明図である。
【図１３】従来のインクジェットヘッドの製造方法における製造工程を示す説明図である。
【図１４】従来のインクジェットヘッドの製造方法における製造工程を示す説明図である。
【図１５】従来のインクジェットヘッドの製造方法における製造工程を示す説明図である。
【図１６】従来のインクジェットヘッドの製造方法における製造工程を示す説明図である。
【図１７】従来のインクジェットヘッドの製造方法における製造工程を示す説明図である。
【図１８】従来のインクジェットヘッドの製造方法における製造工程を示す説明図である。
【図１９】従来のインクジェットヘッドの製造方法における製造工程を示す説明図である。
【図２０】従来のインクジェットヘッドの製造方法における製造工程を示す説明図である。
【符号の説明】
１…ヘッド基板、２…ノズルプレート、４…天板、５…インク供給部材、６…ノズル、７，８…基板、圧電部材、１０…溝、１１…側板
Claims (6)
- 基板に互いに平行に配列された複数の溝とこれらの溝との間を仕切る側壁とが形成されるとともに前記溝の内部に供給されたインクに吐出圧を付与するアクチュエータを有するヘッド基板と、
前記溝の先端に対向するノズルを有し前記ヘッド基板の先端面に接着されたノズルプレートと、
前記ヘッド基板の一面に直接又は間接的に接着されて前記溝の開口面を閉塞する天板と、
前記ヘッド基板の熱膨張係数より高い熱膨張係数をもつ材料により形成されて前記天板に接着され前記溝のそれぞれにインクを供給するインク供給部材と、
を具備し、
前記ヘッド基板と前記天板と前記インク供給部材とが接着により固着された状態において、前記ノズルは、そのノズルの配列方向における両端の前記ノズルの中心を結ぶ仮想直線に対して、各ノズルの中心の離反距離が５μｍ以下となる位置に配置されていることを特徴とするインクジェットヘッド。 - 基板に互いに平行に配列された複数の溝とこれらの溝の間を仕切る側壁とを形成する溝・側壁形成工程と、
前記溝の内部に供給されたインクに吐出圧を付与するためのアクチュエータを前記基板に設けてヘッド基板を製作するヘッド基板製作工程と、
前記ヘッド基板の先端面にノズルプレートを接着するノズルプレート接着工程と、
前記ヘッド基板と前記溝を閉塞する天板とを重ねて保持しながら接着硬化後に前記ヘッド基板と前記天板の平行状態が形成される荷重を付与した状態で、前記ヘッド基板の熱膨張係数より高い熱膨張係数をもつ材料により形成されたインク供給部材が予め接着された前記天板を直接又は間接的に前記ヘッド基板の一面に熱硬化性接着剤により接着する天板接着工程と、
よりなるインクジェットヘッドの製造方法。 - 前記天板は前記インク供給部材の熱膨張係数と同等の熱膨張係数をもつ材料により形成されている請求項２記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 基板に互いに平行に配列された複数の溝とこれらの溝との間を仕切る側壁とを形成する溝・側壁形成工程と、
前記溝の内部に供給されたインクに吐出圧を付与するためのアクチュエータを前記基板に設けてヘッド基板を製作するヘッド基板製作工程と、
前記ヘッド基板の先端面にノズルプレートを接着するノズルプレート接着工程と、
前記ヘッド基板の熱膨張係数と同等の熱膨張係数をもつ材料により形成されて前記溝を閉塞する天板を直接又は間接的に前記ヘッド基板の一面に接着する天板接着工程と、
前記ヘッド基板と前記天板とに接着硬化後も互いの平行状態が保持される荷重を付与した状態で、前記天板の熱膨張係数より高い熱膨張係数をもつ材料により形成されたインク供給部材を前記天板に熱硬化性接着剤により接着するインク供給部材接着工程と、
よりなるインクジェットヘッドの製造方法。 - 前記ヘッド基板と前記天板とを重ねて保持しながら接着硬化後に前記ヘッド基板と前記天板の平行状態が形成される荷重を付与した状態を維持するために、前記天板の長手方向の両端の２点を支点により支え、前記天板とは反対側の前記ヘッド基板の平面における前記インク供給部材と対向する位置に荷重をかけるようにした請求項２記載のインクジェットヘッドの製造方法。
- 前記ヘッド基板と前記天板とに接着硬化後も互いの平行状態が保持される荷重を付与した状態を維持するために、前記ヘッド基板と前記天板との積層物を平行状態に支持し、前記インク供給部材と、前記天板とは反対側の前記ヘッド基板の平面における前記インク供給部材と対向する位置とに荷重をかけるようにした請求項４記載のインクジェットヘッドの製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP2002184421A JP2004025584A (ja) | 2002-06-25 | 2002-06-25 | インクジェットヘッド及びその製造方法 |
| US10/602,367 US6896361B2 (en) | 2002-06-25 | 2003-06-23 | Method of manufacturing ink jet head and ink jet head |
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