JP2006321171A - インクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ヘッドユニットとこれを補強する補強フレームとの接着に伴う反りを抑制し、高精度の吐出性能を実現する。
【解決手段】 前面に配置されたノズルとインク流路とアクチュエータとを有し金属材料を含んで略扁平形状を呈するヘッドユニット２１と、このヘッドユニットの背面側に配置され金属材料を素材とする略扁平形状の補強フレーム６５とを熱可塑性の接着剤６８を介して重ね合わせ、接着剤６８をその接着条件に応じて加熱して軟化させる工程と、前記加熱によって高温状態にあるヘッドユニット２１と補強フレーム６５との積層体を、ヘッドユニット２１及び補強フレーム６５のそれぞれに当接する冷却部材６９で、積層方向の両側から挟持して急冷する工程と、を備える。
【選択図】 図７

Description

本発明は、インクジェットヘッドの製造方法に係り、特に、前面に配置されたノズルとインク流路と圧電アクチュエータとを有するヘッドユニットと、このヘッドユニットの背面側に配置される補強フレームとの接着に関するものである。

先行技術のインクジェットヘッドとしては、特許文献１等に記載されているように、前面に配置されたノズルとインク流路とを有するキャビティユニットと、キャビティユニット内のインクに吐出圧力を与える圧電アクチュエータとが備えられ、キャビティユニットの背面に圧電アクチュエータが接着剤を介して積層される構造が知られている。

特許文献１では、主に金属材料を素材とするキャビティユニットと、主に圧電材料を素材とする圧電アクチュエータとが、その線膨張係数の違いから接着時に反ることを防止するために、キャビティユニットの線膨張係数と略同じ線膨張係数の歪み矯正部材を、圧電アクチュエータとキャビティユニットとの接着と同時に、キャビティユニットの背面に接着している。この歪み矯正部材は、金属とポリイミドとを複合することによって線膨張係数が設定されており、圧電アクチュエータを囲む枠状に形成されている。

一方、本出願人は、上記歪み矯正部材と同様に圧電アクチュエータを枠状に囲む形状の補強フレームを、キャビティユニットに貼り合わせることで、キャビティユニットの剛性を高めてクロストーク、すなわち多数のノズルに対応するインク流路に対して圧電アクチュエータを選択的に駆動する際に、キャビティユニット全体に変形を及ぼし、他のインク流路に影響するのを防止することを試みた。

そのため、補強フレームは、歪み矯正部材に近似した枠形状を呈するが、その素材を金属材料のみとし、その厚みや面積も歪み矯正部材よりも大きめに設定した。また、製造工程も、あらかじめキャビティユニットと圧電アクチュエータとを接着してヘッドユニットを形成した後に、ヘッドユニットに補強フレームを接着する方法を採用した。さらに、接着剤には、シート状の熱可塑性の接着剤を用いて、ヘッドユニットと補強フレームとの対向面では、全面的に接着するようにした。

ところで、一般的に、キャビティユニットと圧電アクチュエータとを接着したヘッドユニットは、これを支持するヘッドホルダ（キャリッジ）に固着されて、ヘッドホルダとともに、被記録媒体に対して走査される。そして、このヘッドユニットへは、前記ヘッドホルダ側からインクが供給されるから、ヘッドユニットとヘッドホルダとの間には、インクを供給する接続部での漏れを防ぐために、弾性シール部材が介挿される。

歪み矯正部材や補強フレームは、ヘッドユニットをヘッドホルダに固着するための仲介部材として機能するとともに、上記弾性シール部材を圧縮してインク供給路を形成する。
特許２００３−３４１０５０号公報（図１及び図４参照）

前述したように補強フレームは、ヘッドユニットに固着されるが、詳細には、前記歪み矯正部材と同様に、キャビティユニットの背面に圧電アクチュエータを囲むように固着される。すなわち、図９（ａ）に示すように、金属製の補強フレーム８５が、主に金属を素材とするキャビティユニット８０（ヘッドユニット２１）に、前記熱可塑性の接着剤６８を介して接着されることになる。ところが、補強フレーム８５の金属材料とキャビティユニット８０の金属材料とは、必ずしも同種の材料ではなかったり、キャビティユニット８０は複数枚の薄板金属材料を熱硬化性接着剤で積層し、圧電材料のアクチュエータと積層したものである場合、全体としての線膨張係数が相違する。

そのため、接着時に全体を加熱すると、接着剤６８が軟化する一方、補強フレーム８５とキャビティユニット８０（ヘッドユニット２１）とがいずれも膨張して延びるが、図９（ｂ）に示すように、補強フレーム８５の延び（膨張）量ΔＬ１と、キャビティユニット８０（ヘッドユニット２１）の延び（膨張）量ΔＬ２とに差が生じる。なお、図９（ｂ）ではΔＬ１＞ΔＬ２の場合を図示しているが、その逆のΔＬ１＜ΔＬ２の場合もある。

従って、補強フレーム８５とヘッドユニット２１とを接着剤６８を介在させて一旦加熱した後に、自然冷却すると、熱可塑性の接着剤は室温よりもかなり高い温度で硬化し始めるから、補強フレーム８５及びヘッドユニット２１は、その延びた状態のままで、接着剤８５によって固着される。

そして、全体が室温に下がると、補強フレーム８５とヘッドユニット２１とでは、ヘッドユニット２１よりも延び量の大きい補強フレーム８５の方が、元の状態に戻るために大きく縮むことになる。従って、図９（ｃ）に示すように、扁平（平坦）形状に戻らずに湾曲することになる。その結果、ヘッドユニット２１のノズル面（図では下面側）が反るので、吐出曲がりによる記録品質の低下を招くという問題があった。

本発明は、上記問題を解消するものであり、ヘッドユニットとこれを補強する補強フレームとの接着に伴う反りを抑制し、高精度の吐出性能を実現することのできるインクジェットヘッドの製造方法の提供を課題とするものである。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明におけるインクジェットヘッドの製造方法は、前面に配置されたノズルとインク流路とアクチュエータとを有し金属材料を含んで略扁平形状を呈するヘッドユニットと、このヘッドユニットの背面側に配置され金属材料を素材とする略扁平形状の補強フレームとを、その略扁平方向を平行にして重ね合わせて固定するインクジェットヘッドの製造方法において、前記ヘッドユニットと補強フレームとを熱可塑性の接着剤を介して重ね合わせ、前記接着剤をその接着条件に応じて加熱して軟化させる工程と、前記加熱によって高温状態にある前記ヘッドユニットと補強フレームとの積層体を、前記ヘッドユニット及び補強フレームのそれぞれに当接する冷却部材で、積層方向の両側から挟持して急冷する工程と、を備えることを特徴とするものである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記冷却部材は、少なくとも、前記接着剤を介して対向する前記ヘッドユニットと補強フレームの領域を急冷するように設けられていることを特徴とするものである。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記高温状態の積層体におけるヘッドユニットと補強フレームとは、前記冷却部材の当接開始から、略３０秒以内に略室温に冷却されることを特徴とするものである。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記冷却部材は、冷却状態を維持するための冷媒を備えていることを特徴とするものである。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記ヘッドユニットと補強フレームとは、線膨張係数が相違することを特徴とするものである。

また、請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記ヘッドユニットは、金属製のプレートを含む複数枚のプレートを積層したキャビティユニットと、このキャビティユニットの背面の略中央部に積層されるアクチュエータとを備え、前記補強フレームは、前記アクチュエータの周囲を囲むように枠状に形成されて、前記キャビティユニットの背面に積層されることを特徴とするものである。

また、請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記ヘッドユニットは、これを支持するヘッドホルダに、前記補強フレームを介して固着されることを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によれば、ヘッドユニットと補強フレームとが熱可塑性の接着剤を介して重ねられた積層体が、接着に適切な高温に加熱されるから、高温状態では、接着剤は十分に軟化するとともに、ヘッドユニット及び補強フレームは、それぞれの線膨張係数に応じて延伸（膨張）する。

そして、この高温状態にあるヘッドユニット及び補強フレームのそれぞれに冷却部材を当接させてこれらを急冷すると、ヘッドユニット及び補強フレームはいずれも急激に縮んで、延び（膨張）のない加熱前の状態にほぼ復元する。このとき、接着剤は、金属材料を含むヘッドユニット及び金属材料を素材とする補強フレームよりも、熱伝導率が悪いため、ヘッドユニット及び補強フレームの急激な冷却には追従できずに、ゆっくりと冷却される。熱可塑性の接着剤がその硬化温度まで冷えたときには、ヘッドユニット及び補強フレームは、既に延び量に差異がない程度にまで縮んで戻っている。従って、ヘッドユニットと補強フレームとは、熱可塑性の接着剤の硬化によって固着されても、その扁平形状が湾曲しないので、ノズル面にも反りを生じないし、反りに起因する吐出性能の低下が発生する心配もない。

また、請求項２に記載の発明によれば、接着剤と接触するヘッドユニット及び補強フレームの各領域を、冷却時に確実に収縮させることができる。

また、請求項３に記載の発明によれば、ヘッドユニット及び補強フレームは、素早く冷却されるので、接着剤よりも速く略室温に戻ることができる。

また、請求項４に記載の発明によれば、冷却部材は、冷媒によって低温が維持されているから、高温状態にあるヘッドユニット及び補強フレームに当接してこれらを冷却しても、冷却能力が衰えることなく冷却し続けることができる。

また、請求項５に記載の発明によれば、ヘッドホルダと補強フレームとが、線膨張係数が相違していて、高温時の延び量に差があっても、請求項１から４のいずれかに記載の方法で冷却することにより、ヘッドホルダと補強フレームとは延び（膨張）が無くなった状態で固着されるので、接着完了後の全体の反りを無くすことができる。

また、請求項６に記載の発明によれば、キャビティプレートとアクチュエータとを備えるヘッドユニットは、略扁平形状で全体としての剛性が小さいが、金属製の補強フレームを、アクチュエータを囲むようにキャビティユニットに固着することにより、ヘッドユニットの剛性を高めることができる。

また、請求項７に記載の発明によれば、ヘッドユニットは補強フレームによって剛性が高められているから、当該ヘッドユニットをヘッドホルダに固着する際に、強固な締め付けを行なっても、ヘッドユニットの歪みを防ぐことができ、ノズルからの吐出特性を損なう心配がない。

以下に本発明の基本的な実施形態について図面に基づいて説明する。図１は実施形態のインクジェットヘッドが備えられたインクジェットプリンタの要部平面図、図２はキャリッジの下面図、図３はキャリッジの分解斜視図、図４は図２のIV−IV線矢視断面図、図５はヘッドユニットの斜視図、図６はキャビティユニットの分解斜視図、図７（ａ）は接着における温度変化を示す図、図７（ｂ）はヘッドユニットと補強フレームとの接着における冷却工程を示す模式的な断面図、図８（ａ）は実施例での測定位置を示す図、図８（ｂ）及び（ｃ）は測定結果を示す図である。

次に、本発明を具体化した実施形態について説明する。図１に示すように、インクジェットプリンタ１００は、本体フレーム１に内包されて被記録媒体である用紙Ｐにインクを吐出させて記録する記録機構部２と、記録機構部２におけるインクジェットヘッド３のメンテナンス処理を行うメンテナンスユニット４と、前記本体フレーム１内に固定して配置されるインクジェットヘッド３に供給するインクを貯留する複数のインクタンク（この実施形態では４個）等から構成されている。

フルカラー記録のための複数のインクタンクとしては、ブラックインクが収容されたインクタンク５ａと、シアンインクが収容されたインクタンク５ｂと、マゼンタインクが収容されたインクタンク５ｃと、イエローインクが収容されたインクタンク５ｄとが備えられ、インクの消耗に応じて交換することができる。各インクタンクのインクは、それぞれ可撓性を有するインク供給チューブ１４ａ〜１４ｄ及びキャリッジ９を介してインクジェットヘッド３に供給される。

記録機構部２において、キャリッジ９は、本体フレーム１内に平行状に設けられた左右長手の後ガイド軸６と前ガイド軸７とに摺動自在に載置されている。そして、キャリッジ９は、本体フレーム１の右後側に配置されたキャリッジ駆動モータ１０と、無端帯であるタイミングベルト１１とにより、前記前後ガイド軸６、７に沿って左右方向に往復移動可能に構成されている。インクジェットヘッド３は、このキャリッジ９に取付けられて、用紙Ｐの搬送方向（副走査方向、Ｘ方向）と直交する方向（主走査方向、Ｙ方向）に移動しながら、用紙Ｐに対してインクを吐出する。用紙Ｐは、図示しない公知の用紙搬送機構により、前記インクジェットヘッド３の下面側を水平状に搬送される（図１の矢印Ａ方向）。

搬送される用紙Ｐの幅より外側には、その一端側（実施形態では図１の左端部）に、インク受け部１２が設けられており、他端側には、メンテナンスユニット４が配置されている。これにより、記録動作中に定期的にインクジェットヘッド３は前記インク受け部１２が設けられたフラッシング位置にてノズルの目詰まり防止のためのインク吐出を行い、インク受け部１２にてインクを受ける。他端側のヘッド待機位置では、前記メンテナンスユニット４が配置されてノズル面のクリーニングを行い、また、色毎にインクを選択的に吸引するための回復処理及び後述するダンパー装置１３内の気泡（空気）を除去する除去処理を行う。

次に、キャリッジ９の実施形態について説明する。キャリッジ９は、合成樹脂材料により箱状に形成されたヘッドホルダ２０と、このヘッドホルダ２０に後述する補強フレーム６５を介して固着されるヘッドユニット２１と、ダンパー装置１３と、排気弁手段２６とを有している。ヘッドユニット２１は、略扁平形状を呈し、ヘッドホルダ２０の底側の壁である底板２０ａは、ヘッドユニット２１の扁平面（背面）とほぼ平行であり、この底板２０ａの下面側にヘッドユニット２１が固着される。また、前記底板２０ａの上面側には、前記ダンパー装置１３及び排気弁手段２６が搭載される。

ヘッドユニット２１の下面には、図２（ヘッドユニット２１を下面からみた図）において左側からブラックインク（ＢＫ）用のノズル２２ａ、２２ａ′の２列と、シアンインク（Ｃ）用のノズル２２ｂの列と、イエローインク（Ｙ）用のノズル２２ｃの列と、マゼンタインク（Ｍ）用のノズル２２ｄの列とが、キャリッジ９の移動方向と直交する方向（副走査方向、Ｘ方向）に長く形成されている。そして、用紙Ｐの上面に対向するように各ノズルが下向きにて開口している。

前記ヘッドユニット２１の一端側には、図３及び図５に示すように、キャビティユニット８０のインク供給口８１が、上面に列状に開口して各インク色（本実施形態では４色）毎に設けられ、各インク供給口８１にはインクタンク５ａ〜５ｄからダンパー装置１３を介してインクが供給されるようになっている。これらインク供給口８１（個別には符号８１ａ〜８１ｄを付す）から延びる各インク供給チャンネルにインクが分配され、圧電アクチュエータ２３の駆動によりノズル２２からインクを吐出させるように構成されている。圧電アクチュエータ２３の上面には、その圧電アクチュエータ２３に電圧を印加するフレキシブルフラットケーブル２４が固定されている。ヘッドユニット２１においては、圧電アクチュエータ２３の外形状を、キャビティユニット８０の外形状よりも小さくし、キャビティユニット８０の背面の略中央部に圧電アクチュエータ２３が積層され、キャビティユニット８０の背面の周囲部分（インク供給口８１を含む）が露出するようにしている。

このヘッドユニット２１は、図３及び図４に示すように、その背面に枠状の補強フレーム６５を介在させて、前記ダンパー装置１３（ヘッドホルダ２０）に固定されるようになっている。補強フレーム６５は、ヘッドユニット２１の背面に沿った扁平な板形状を有しているとともに、補強フレーム６５の枠内６５ａの大きさは、前記圧電アクチュエータ２３の外形状よりも僅かに大きく、且つキャビティユニット８０の外形状よりも小さく形成されている。そのため、補強フレーム６５は、その枠内６５ａに圧電アクチュエータ２３を嵌め込み、上側からフレキシブルフラットケーブル２４が引き出されるように、キャビティユニット８０の背面の露出した周囲部分に積層される。

また、補強フレーム６５の厚み寸法は、前記圧電アクチュエータ２３とフレキシブルフラットケーブル２４とを重ねた状態での厚み（高さ）寸法と同じかそれより大きく設定されており、フレキシブルフラットケーブル２４は、底板２０ａに穿設されたスリット２０ｃを通ってヘッドホルダ２０の上面側に引き出される。

この補強フレーム６５は、金属製（例えば、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３０４等）であり、さらにキャビティユニット８０よりも厚くまた外形も大きくして、その剛性を大きくしている。補強フレーム６５は、キャビティユニット８０のインク供給口８１に対応する一端側の位置に、ダンパー装置１３のインク流出口４１と、ヘッドユニット２１のインク供給口８１とを接続するインク通路孔６６が穿設されている。この実施形態では、インク通路孔６６は、４つのインク供給口８１に対応させて、４つが列状に並設されている。

ダンパー装置１３と補強フレーム６５との間には、インク通路孔６６の周囲を囲むように弾性シール部材６７が配置され、ダンパー装置１３と補強フレーム６５とを締着することで、ヘッドホルダ２０の底板２０ａに穿設された開口部２０ｂ内において弾性シール部材６７を圧縮状態として、インク通路孔６６とインク流出口４１との接続をシールするようにしている。

この実施形態では、図３に示すように、補強フレーム６５に３箇所のネジ穴１７ａ〜１７ｃが設けられている。そして、このネジ穴１７ａ〜１７ｃに対応させて、ダンパー装置１３の外周面に外周方向に突出する縁状の取付部１８を３箇所設け、各取付部１８にそれぞれ取付穴１５ａ〜１５ｃが穿設されている。そして、締結部材としてネジが、各取付穴１５ａ〜１５ｃに挿入されて、ネジ穴１７ａ〜１７ｃにそれぞれ螺合されるようになっている。３箇所のネジ穴のうち、ネジ穴１７ａ、１７ｂの２箇所は、補強フレーム６５の一端側に列状に配置された４つのインク通路孔６６を挟むように配置され、ネジ穴１７ｃは、補強フレーム６５の他端側に配置されている。補強フレーム６５を含むヘッドユニット２１は、ヘッドホルダ２０に対して所定位置に正確に配置された状態（このとき底板２０ｂの下方に間隔を置いている）で、この間隔に液状の接着剤を充填して固定されている。

補強フレーム６５とヘッドユニット２１とは、接着により固定されるが、接着剤にはシート状の熱可塑性の接着剤６８が用いられている。接着剤６８は、図２に示すように、圧電アクチュエータ２３を連続して囲む形状を有するとともに、さらに、４つのインク供給口８１ａ〜８１ｄをそれぞれ個別に取り囲む形状も有している。

熱可塑性の接着剤６８の種類は多様であるが、本実施形態では、ポリプロピレン樹脂を基材に用いたタイプで、耐インク性に優れたものを使用している。その物性として、ヤング率が１〜１０００ＭＰａ、融点が８０〜１８０℃、ヘッドユニット２１と補強フレーム６５とを接着した後の厚さが５〜１００μｍ、接着強度が１０Ｎ以上（好ましくは２００Ｎ以上）であるものが好適である。

次に、ヘッドユニット２１の構成について説明する。前記キャビティユニット８０は、図６に示すように、ノズルプレート８３、スペーサプレート８４、補助プレート８５、２枚のマニホールドプレート８６ａ、８６ｂ、サプライプレート８７、ベースプレート８８、及びキャビティプレート８９の合計８枚の薄い板をそれぞれ熱硬化性接着剤にて重ね接合した構造としている。

実施形態では、合成樹脂製（ポリイミド等）のノズルプレート８３を除き、各プレート８３〜８９は、４２％ニッケル合金鋼板製で、５０〜１５０μｍ程度の厚さを有する。前記ノズルプレート８３には、微小径（実施形態では２５μｍ程度）のノズル２２が微小間隔で多数個穿設されている。このノズル２２は、ノズルプレート８３における第１の方向（長辺方向、Ｘ方向）に沿って、平行な５列に配列されている。

また、前記キャビティプレート８９には、複数の圧力室８２がキャビティプレート８９の長辺方向（Ｘ方向）に沿って５列に配列されている。各圧力室８２における先端部は、ベースプレート８８、サプライプレート８７、２枚のマニホールドプレート８６ｂ、８６ａ、補助プレート８５、及びスペーサプレート８４に穿設されているインク流路としての微小径の貫通孔９０を介して、ノズルプレート８３における前記各ノズル２２に連通している。

キャビティプレート８９の下面に隣接するベースプレート８８には、各圧力室８２の他端部に接続するために、前記各他端部に対応する位置にインク流路としての連通孔９１が穿設されている。

ベースプレート８８の下面に隣接するサプライプレート８７には、後述する共通インク室９２から前記各圧力室８２へインクを供給するための接続流路９３が設けられる。

２枚のマニホールドプレート８６ａ，８６ｂには、その長辺方向（Ｘ方向）に沿って長い５つの共通インク室９２が前記ノズル２２の各列に沿って延びるように板厚さを貫通して形成されている。すなわち２枚のマニホールドプレート８６ａ、８６ｂを積層し、且つその上面をサプライプレート８７にて覆い、下面を補助プレート８５にて覆うことにより、合計５つの共通インク室（マニホールド室）９２が密閉状に形成される。各共通インク室９２は、各プレートの積層方向から平面視したときに、前記圧力室８２の一部と重なって圧力室８２の列方向に沿って長く延びている。接続流路９３の一端は共通インク室９２に、他端は連通孔９１を介して圧力室８２にそれぞれ連通している。

マニホールドプレート８６ａの下面に隣接する補助プレート８５の下面側には、共通インク室９２と隔絶された補助室９４が凹み形成されている。この各補助室９４の位置および形状は、前記各共通インク室９２と一致させている。この補助プレート８５は、適宜弾性変形し得る金属素材であるため、補助室９４の薄い板状の天井部は、共通インク室９２側にも、補助室９４側にも自由に振動することができる。インク吐出時に、圧力室８２で発生した圧力変動が共通インク室９２に伝播しても、前記天井部が弾性変形して振動することにより、前記圧力変動を吸収減衰させるというダンパー効果を有し、圧力変動が他の圧力室８２へ伝播するというクロストークを防止する効果を奏するものである。

また、図６に示すように、キャビティプレート８９、べースプレート８８、及びサプライプレート８７の一端部には、上下の位置を対応させて、それぞれ４つのインク供給口８１が穿設されている。これら４つのインク供給口（個別には、符号８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄとする）に、前述したように、ダンパー装置１３のインク流出口４１が接続される。そして、これらインク供給口８１によって、インクタンク５ａ〜５ｄから供給されたインクが、共通インク室９２の一端部に連通するようになっている。

インク供給口８１からノズル２２に至るインク流通路では、インクは、インク供給口８１から共通インク室９２に供給された後、サプライプレート８７の接続流路９３及びベースプレート８８の連通孔９１を経由して各圧力室８２の他端部に分配供給される。そして、後述するように、圧電アクチュエータ２３の駆動により、インクは各圧力室８２内から前記貫通孔９０を通って、その圧力室８２に対応するノズル２２に至るという構成になっている。

この実施形態では、インク供給口８１が４つ設けられているのに対して、図６に示すように、共通インク室９２が５つ設けられており、インク供給口８１ａには、図６における左側に配置された２つの共通インク室９２，９２が接続されている。インク供給口８１ａには、ブラックインクが供給されるように設定されており、ブラックインクがその他のカラーインクに比べて使用頻度が高いことを考慮したものである。他のインク供給口８１ｂ、８１ｃ、８１ｄには、シアン、イエロー、マゼンタの各インクがそれぞれ単独に供給される。

一方、前記圧電アクチュエータ２３は、特開平４−３４１８５３号公報に開示されたものと同様に、図示しない複数枚の圧電シートと、トップシートとを積層した構造で、１枚の厚さが３０μｍ程度の各圧電シートの下から偶数段目の圧電シートの上面（広幅面）には、前記キャビティユニット８０における各圧力室８２に対応した箇所ごとに細幅の個別電極が長辺方向（Ｙ方向）に沿って列状に形成されている。下から奇数段目の圧電シートの上面（広幅面）には、複数個の圧力室８２に対して共通のコモン電極が形成されており、最上段のトップシートの上面には、表面電極９５（図６参照）として、前記個別電極の各々に対して電気的に接続される表面電極と、前記コモン電極に対して電気的に接続される表面電極とが設けられている。

そして、このような構成のプレート型の圧電アクチュエータ２３における下面（圧力室８２と対面する広幅面）全体に、接着剤としてのインク非浸透性の合成樹脂材からなるシート状の熱硬化性接着剤（図示せず）を予め貼着し、次いで、前記キャビティユニット８０に対して、圧電アクチュエータ２３が、その各個別電極を前記キャビティユニット８０における各圧力室８２の各々に対応させて接着固定される。また、この圧電アクチュエータ２３における上側の表面には、前記フレキシブルフラットケーブル２４が重ね押圧されることにより、このフレキシブルフラットケーブル２４における各種の配線パターン（図示せず）が、前記各表面電極９５に電気的に接合される。

次に、前記構成のインクジェットヘッド３の製造における、ヘッドユニット２１と補強フレーム６５との接着工程について説明する。

前述したように、事前の工程によって、キャビティユニット８０の背面の略中央部には、圧電アクチュエータ２３（フレキシブルフラットケーブル２４）が接着剤によって固着されている。そして、補強フレーム６５の下面側に、前述した形状を有する熱可塑性の接着剤６８が位置合わせされて、その接着条件に応じて押圧加熱され、補強フレーム６５の下面側に接着剤６８が仮転写される。

次に、キャビティユニット８０のインク供給口８１と補強フレーム６５のインク通路孔６６とが位置合わせされる。そして、接着剤６８を介して重ね合わされたヘッドユニット２１と補強フレーム６５とが、接着剤６８の接着条件に応じて押圧加熱される。この実施形態では、１４０℃以上で軟化する接着剤６８を用いているので、図７（ａ）に示すように、軟化開始温度（１４０℃）よりも十分に高い２００℃まで全体を加熱する。押圧加熱の方法としては、ここでは、積層方向の両側からヒータブロックで挟持して行なうものとするが、この他に、挟持用治具で挟んだ状態でオーブン等に入れて加熱する等、適宜手段を採用できる。

次いで、２００℃において接着条件に応じた所定時間が経過した後に、高温状態にあるヘッドユニット２１と補強フレーム６５との積層体を、図７（ｂ）に示すように、ヘッドユニット２１及び補強フレーム６５のそれぞれに当接する冷却部材６９で、積層方向の両側から挟持して急冷する。ここでは、ヒータブロックを素早く取り外して、冷却部材６９で挟持するようにしている。

この冷却部材６９は、その表面が、アルミや銅等の熱伝導性に優れた素材で形成されている。また、冷却部材６９はその内部を通って冷媒（アンモニア、フロン等）が循環できる構造を備えており、低温状態を維持できるようになっている。これにより、冷却部材６９は、あらかじめ−２０℃〜０℃程度に冷却されている。また、この冷却部材６９は、略扁平形状のヘッドユニット２１及び補強フレーム６５と面接触する当接面と有しており、この当接面は、少なくとも、ヘッドユニット２１と補強フレーム６５とが熱可塑性接着剤６８を挟んで対向する領域と重なる（覆う）大きさを有するように設けられている。前述したように、補強フレーム６５の枠内６５ａからは、フレキシブルフラットケーブル２４が引き出されているから、少なくとも補強フレーム６５と当接する側の冷却部材６９は、フレキシブルフラットケーブル２４を挟まずに直接補強フレーム６５と面接触することが望ましいため、この実施形態では、補強フレーム６５と当接する側の冷却部材６９を、補強フレーム６５と略同様の枠状に形成している。そして、このように構成された冷却部材６９を用いることによって、高温状態にあるヘッドユニット２１と補強フレーム６５との積層体は、図７（ａ）に示すように、冷却部材６９の当接開始から、略３０秒以内に略室温（２５℃）に冷却される。なお、参考までに、図７（ａ）では、自然冷却の場合の温度低下のカーブを点線で示している。

前述した高温状態では、熱可塑性接着剤６８も十分に軟化し、また、ヘッドユニット２１及び補強フレーム６５は、それぞれの線膨張係数に従って延びた（膨張した）状態となっている。すなわち、ヘッドユニット２１のうち補強フレーム６５が重ねられるキャビティユニット８０は、ノズルプレート８３を除く残りのプレートが４２％ニッケル合金鋼板（線膨張係数；４×１０^-6／℃）製であり、補強フレーム６５はＳＵＳ４３０（線膨張 係数；１０×１０^-6／℃）製あるいはＳＵＳ３０４（線膨張係数；１７×１０^-6／℃）製であるから、それぞれの物性に応じた分だけ延びることになる。

この高温状態にあるヘッドユニット２１及び補強フレーム６５に、冷却部材６９をそれぞれ当接させて急冷すると、前述したように金属素材を含むヘッドユニット２１と、金属素材からなる補強フレーム６５とは、熱伝導率がよいので、急激に冷却される（図７（ａ）の実線参照）。ところが、熱可塑性の接着剤６８は樹脂製であって熱伝導率が悪いため、ヘッドユニット２１及び補強フレーム６５の冷却に素早く追従できずに緩やかに冷却される。その結果、接着剤６８が冷えて硬化温度（１４０℃）に達するときには、急冷されたヘッドユニット２１及び補強フレーム６５は既に略室温に下がっており膨張が解消されている。

従って、ヘッドユニット２１及び補強フレーム６５は、延び量に差異が無い状態で、接着剤６８によって固着されるので、接着が完了しても、湾曲を生じることがない。その結果、ノズル面に反りが生じないので、吐出曲がりのない優れた吐出性能を発揮することができる。また、ヘッドユニット２１に補強フレーム６５が固着されることによって、その剛性が高められているから、圧電アクチュエータの駆動にともなう、キャビティユニット全体の変形を抑え、他のノズルからの吐出に影響を及ぼすのを防止することができる。

次に、具体的に、ヘッドユニット２１と補強フレーム６５との接着において、押圧加熱後に、従来どおり自然冷却した場合と、上記実施形態の急冷をした場合の、それぞれの反り量（平坦面に対する浮き上がり量）を比較する実験を行なった。実験には、図３に示すようなヘッドユニット２１と補強フレーム６５とを使用し、補強フレーム６５を接着した後のヘッドユニット２１の複数の測定位置での反り量を測定して比較した。測定位置としては、図８（ａ）に示すように、ヘッドユニット２１の長辺寄りでノズル２２の列に平行なＬ１線に沿った１〜９と、ヘッドユニット２１の中央でノズル列に平行なＬ２線に沿った１１〜１９を設定した。図８（ｂ）はＬ１線に沿った１〜９の測定位置を比較したもので、図８（ｃ）はＬ２線に沿った１１〜１９の測定位置を比較したものである。いずれも縦軸に反り量（μｍ）を、横軸に測定位置を示している。

図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、Ｌ１線上及びＬ２線上のいずれでも、ヘッドユニット２１の長手方向の中央部で反り量が大きくなる傾向を有しているものの、本発明の急冷方法は、従来の自然冷却の場合に比べて、補強フレーム６５を接着した後のヘッドユニット２１の反り量を小さく抑制する効果を有していることが確認できた。

実施形態のインクジェットヘッドが備えられたインクジェットプリンタの要部平面図である。 キャリッジの下面図である。 キャリッジの分解斜視図である。 図２のIV−IV線矢視断面図である。 ヘッドユニットの斜視図である。 キャビティユニットの分解斜視図である。 （ａ）は接着における温度変化を示す図、（ｂ）はヘッドユニットと補強フレームとの接着における冷却工程を示す模式的な断面図である。 （ａ）は、実施例での測定位置を示す図、（ｂ）及び（ｃ）は、測定結果を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、従来のヘッドユニットと補強フレームとの接着状態を説明する断面図である。

符号の説明

１ 本体フレーム
２ 記録機構部
３ インクジェットヘッド
９ キャリッジ
２０ ヘッドホルダ
２１ ヘッドユニット
２３ 圧電アクチュエータ
２４ フレキシブルフラットケーブル
６５ 補強フレーム
６８ 熱可塑性接着剤
６９ 冷却部材
８０ キャビティユニット
１００ インクジェットプリンタ

Claims (7)

1. 前面に配置されたノズルとインク流路とアクチュエータとを有し金属材料を含んで略扁平形状を呈するヘッドユニットと、このヘッドユニットの背面側に配置され金属材料を素材とする略扁平形状の補強フレームとを、その略扁平方向を平行にして重ね合わせて固定するインクジェットヘッドの製造方法において、
   前記ヘッドユニットと補強フレームとを熱可塑性の接着剤を介して重ね合わせ、前記接着剤をその接着条件に応じて加熱して軟化させる工程と、
   前記加熱によって高温状態にある前記ヘッドユニットと補強フレームとの積層体を、前記ヘッドユニット及び補強フレームのそれぞれに当接する冷却部材で、積層方向の両側から挟持して急冷する工程と、
   を備えることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
2. 前記冷却部材は、少なくとも、前記接着剤を介して対向する前記ヘッドユニットと補強フレームの領域を急冷するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
3. 前記高温状態の積層体におけるヘッドユニットと補強フレームとは、前記冷却部材の当接開始から、略３０秒以内に略室温に冷却されることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
4. 前記冷却部材は、冷却状態を維持するための冷媒を備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。
5. 前記ヘッドユニットと補強フレームとは、線膨張係数が相違することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。
6. 前記ヘッドユニットは、金属製のプレートを含む複数枚のプレートを積層したキャビティユニットと、このキャビティユニットの背面の略中央部に積層されるアクチュエータとを備え、
   前記補強フレームは、前記アクチュエータの周囲を囲むように枠状に形成されて、前記キャビティユニットの背面に積層されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。
7. 前記ヘッドユニットは、これを支持するヘッドホルダに、前記補強フレームを介して固着されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。
   
   

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