JP2007175966A - 液体噴射ヘッド用流路ユニットの製造方法、及び、液体噴射ヘッド用流路ユニットの接合治具 - Google Patents

Abstract

【課題】位置決めピンにより流路ユニット構成部材の相対位置を精度良く規定すると共に、接着剤の加高温乾燥時にシリコン単結晶性基材からなる流路形成基板の割れを防止して、各流路ユニット構成部材を接合してユニット化する液体噴射ヘッド用流路ユニットの製造方法、及び、これに用いる液体噴射ヘッド用流路ユニットの接合治具を提供する。
【解決手段】接着工程は、流路形成基板３０の各基準穴４２に対応した位置に貫通穴５２が形成された接着保護板５０をノズル形成基板３１の外側の面と封止板２９の外側の面とに積層し、台座４７上に、流路形成基板の各基準穴に対応した位置に立設された位置決めピン４９を各基準穴と貫通穴４３，４４にそれぞれ挿通して流路形成基板とノズル形成基板と封止板とを位置決めした状態で加圧し、接着保護板は、熱線膨張係数が台座、押圧板４８、ノズル形成基板、及び封止板の熱線膨張係数よりも小さい金属基材から構成した。
【選択図】図７

Description

本発明は、ノズル開口を開設した金属製のノズル形成基板、シリコン単結晶性基材からなる流路形成基板、及び、金属基材からなる封止板をそれぞれ接合してユニット化する液体噴射ヘッド用流路ユニットの製造方法、及び、これに用いる液体噴射ヘッド用流路ユニットの接合治具に関する。

圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズル開口から液滴として吐出させる液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられるインクジェット式記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等がある。

このような液体噴射ヘッドには種々の形式があるが、例えば、インクジェット式記録装置（以下、単にプリンタという）におけるインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッドという）は、複数のノズル開口が開設されたノズル形成基板、共通インク室から圧力室を通ってノズル開口に至る一連のインク流路を区画する圧力室空部や溝部などの流路部が形成された流路形成基板、圧力発生手段（例えば、圧電振動子）の作動に応じて圧力室に対応するダイヤフラム部が弾性変形する振動板（流路形成基板の開口を封止する封止板とも言える）を積層してなる流路ユニットを備えている。流路ユニット構成部材のうち、上記流路形成基板は、記録画像の高密度化や記録動作の高速化に対応すべく、高い加工密度や加工精度が要求される。そのため、この流路形成基板の材料としては、異方性エッチング等によって微細な形状を寸法精度良く形成可能なシリコン単結晶性基材（シリコンウェハー）などの結晶性基材が好適に用いられる。

そして、この記録ヘッドにおいて、精度の高い吐出制御を行うためには、流路ユニットの製造の際に上記の複数の構成部材を正確に位置決めして接合することが重要となる。そのため、この種の記録ヘッドでは、流路ユニット構成部材に位置決めの基準となる貫通穴をそれぞれ少なくとも２箇所ずつ設け、この貫通穴に位置決めピンを通すことで各部材の相対位置を規定した状態で、各構成部材を積層し、接着剤を用いて接合している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−３０４９０号公報

ところで、上記流路ユニットを製造する方法は、各流路ユニット構成部材を、金属製の接合治具の台座上に立設した位置決めピンを各構成部材の基準穴（貫通穴）にそれぞれ挿通して位置決めすると共に、それぞれの部材間に接着剤を介在させて積層した状態で、高温乾燥によって接着剤を熱硬化させて接合している。この場合において、流路形成基板が上記のように熱線膨張係数の小さいシリコン単結晶性基材によって作製されているため、熱線膨張係数の大きい金属製の接合治具とシリコン単結晶性基材との熱膨張率の差が大きくなるので、接着剤を熱硬化させる高温乾燥時に流路形成基板の基準穴同士の間隔よりも接合治具上の位置決めピン同士の間隔が大きく広がる。これにより、脆弱なシリコン単結晶性基材からなる流路形成基板に位置決めピンを介して面方向のストレス（応力）がかかり、流路形成基板に割れが生じるということがあった。

また、接着剤の乾燥を、金属の熱膨張の影響が少ない常温で行うことも考えられるが、接着強度の信頼性や、乾燥時間の増大等の問題があり、実用的ではない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、位置決めピンにより流路ユニット構成部材の相対位置を精度良く規定すると共に、接着剤の高温乾燥時にシリコン単結晶性基材からなる流路形成基板の割れを防止して、各流路ユニット構成部材を接合してユニット化する液体噴射ヘッド用流路ユニットの製造方法、及び、これに用いる液体噴射ヘッド用流路ユニットの接合治具を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の液体噴射ヘッド用流路ユニットの製造方法は、流路部を形成すると共に、板厚方向に貫通する複数の基準穴を形成したシリコン単結晶性基材からなる流路形成基板と、ノズル開口を開設すると共に、前記流路形成基板の各基準穴に対応した位置に貫通穴をそれぞれ形成した金属製のノズル形成基板と、前記流路形成基板の流路部の開口を封止すると共に、前記流路形成基板の各基準穴に対応した位置に貫通穴をそれぞれ形成した金属基材からなる封止板とを備え、流路形成基板の一方の面にノズル形成基板を、他方の面に封止板をそれぞれ接合してユニット化する液体噴射ヘッド用流路ユニットの製造方法であって、
前記流路形成基板とノズル形成基板と封止板とを、それぞれの間に接着剤を介在させて積層した状態で金属製の接着治具の台座と押圧板との間で挟み込んで加圧しつつ、前記接着剤を熱硬化させて接着する接着工程を含み、
前記接着工程は、前記流路形成基板の各基準穴に対応した位置に貫通穴がそれぞれ形成された接着保護板を前記ノズル形成基板の外側の面と前記封止板の外側の面とに積層し、前記台座上に、前記流路形成基板の各基準穴に対応した位置にそれぞれ立設された位置決めピンを前記各基準穴と貫通穴にそれぞれ挿通して前記流路形成基板とノズル形成基板と封止板とを位置決めした状態で加圧し、
前記接着保護板は、熱線膨張係数が接着治具の台座、押圧板、ノズル形成基板、及び封止板の熱線膨張係数よりも小さい金属基材から構成したことを特徴とする。

この製造方法によれば、接着工程は、前記流路形成基板の各基準穴に対応した位置に貫通穴がそれぞれ形成された接着保護板を前記ノズル形成基板の外側の面と前記封止板の外側の面とに積層し、前記台座上に、前記流路形成基板の各基準穴に対応した位置にそれぞれ立設された位置決めピンを前記各基準穴と貫通穴にそれぞれ挿通して前記流路形成基板とノズル形成基板と封止板とを位置決めした状態で加圧し、前記接着保護板は、熱線膨張係数が接着治具の台座、押圧板、ノズル形成基板、及び封止板の熱線膨張係数よりも小さい金属基材から構成したので、接着剤の熱硬化時における接合治具の熱膨張に伴って位置決めピン同士の間隔が広がることを、これら位置決めピンを挿通した接着保護板によって抑えることができる。したがって、位置決めピンを介して流路形成基板に加わるストレス（応力）を低減することができる。以上のことより、脆弱な流路形成基板の割れの発生を抑えつつ、流路形成基板とノズル形成基板と封止板とを精度良く接合することができる。

そして、前記製造方法に使用する本発明の液体噴射ヘッド用流路ユニットの接合治具は、流路部を形成すると共に、板厚方向に貫通する複数の基準穴を形成したシリコン単結晶性基材からなる流路形成基板と、ノズル開口を開設すると共に、前記流路形成基板の各基準穴に対応した位置に貫通穴をそれぞれ形成した金属製のノズル形成基板と、前記流路形成基板の流路部の開口を封止すると共に、前記流路形成基板の各基準穴に対応した位置に貫通穴をそれぞれ形成した金属基材からなる封止板とを、流路形成基板の一方の面にノズル形成基板を、他方の面に封止板をそれぞれ重ねた状態で間に接着剤を介在させて接合してユニット化する液体噴射ヘッド用流路ユニットの接合治具であって、
前記接合治具は、
前記流路形成基板の各基準穴に対応した位置にそれぞれ位置決めピンを立設した金属製の台座と、
前記流路形成基板の各基準穴に対応した位置に貫通穴がそれぞれ形成され、前記ノズル形成基板の外側の面と前記封止板の外側の面とにそれぞれ積層される接着保護板と、
位置決めピンの先端が嵌合する穴を有し、位置決めピンの先端側に位置する接着保護板を押圧する押圧板と、
からなり、
前記接着保護板を、熱線膨張係数が前記台座、押圧板、ノズル形成基板、及び封止板の熱線膨張係数よりも小さい金属基材から構成し、
前記位置決めピンを前記各基準穴と貫通穴にそれぞれ挿通して前記流路形成基板とノズル形成基板と封止板とを台座上で位置決めした状態で加圧しながら前記接着剤を熱硬化させて接合することを特徴とする。

上記各発明において、前記接着保護板の各貫通穴を、前記流路形成基板における最も小さな基準穴より小さく設定することが望ましい。

この構成によれば、接着保護板の各貫通穴を、前記流路形成基板における最も小さな基準穴より小さくしたので、接着剤を熱硬化させる際に、各部材の熱線膨張係数の違いにより、接着保護板の貫通穴同士の間隔、即ち、位置決めピン同士の間隔と、流路形成基板の基準穴同士との間隔とに小さな差が生じた場合でも、基準穴と貫通穴（位置決めピン）との間に生じる隙間によって吸収することができる。即ち、接着工程の高温下においても、流路形成基板の基準穴の内周面に位置決めピンが接触し難くなるので、位置決めピンを介して流路形成基板に作用するストレス（応力）の影響をより一層低減することができる。

上記各発明において、前記接着保護板に、４２アロイを用いることが望ましい。

接着保護板に４２アロイを用いると、４２アロイの熱伝導率が大きいため、接着保護板を介して流路形成基板とノズル形成基板と封止板とに効率良く均一に熱を伝導することが可能となる。即ち、接着工程における接着剤の熱硬化の時間を短縮することが可能となる。また、４２アロイは、他の金属部材と比較しても線膨張係数が非常に低い、即ち、高温下においても形状安定性（寸法安定性）が高いので、高温下でも常温時における接着保護板の平坦度を高い精度で保つことができる。したがって、接着工程において反り等を抑えて精度良く位置規定してより均一に接合することが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下においては、本発明の液体噴射ヘッドとして、インクジェット式プリンタ（以下、プリンタという）に搭載されるインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッドという）を例示する。

図１は、記録ヘッド１の構成を説明する分解斜視図、図２は、記録ヘッド１の構成を説明する要部断面図、図３は、流路ユニット２をヘッドケース３に取り付ける状態を説明する図である。本実施形態における記録ヘッド１は、複数のインク導入針５を立設する導入針ユニット６、複数の圧電振動子７を備えたアクチュエータユニット８、当該アクチュエータユニット８を駆動するための配線基板９、共通インク室１０からインク供給口１１及び圧力室１２を通ってノズル開口１３に至る一連の液体流路インク流路を形成する流路ユニット２、及び、ヘッドケース３を備えて概略構成されている。

上記導入針ユニット６は、例えばエポキシ樹脂などの合成樹脂によって成型されており、その上面にはフィルタ１６を介在させた状態でインク導入針５がそれぞれ取り付けられている。そして、各インク導入針５にはインクカートリッジやサブタンク等が装着されるようになっている。この導入針ユニット６の内部には、インク導入針５側からヘッドケース３側に向けて集束した集束流路（図示せず）が各インク導入針５に対応して複数形成されている。この集束流路の上流端は、インク導入針５の針流路と液密状態で連通する一方、集束流路の下流端は、エラストマー等の弾性部材からなるパッキンシート１７を介在させた状態でヘッドケース３の内部に形成されたケース流路（図示せず）と液密状態で連通する。

上記配線基板９は、プリンタ本体（図示せず）側からの駆動信号を受け、この駆動信号をＴＣＰ（テープ・キャリア・パッケージ）等のフレキシブルケーブル１８（図２参照）を通じてアクチュエータユニット８の圧電振動子７へ供給するための配線パターンが形成された制御基板である。この配線基板９は、プリンタ本体側との接続のためのコネクタ１９や電子部品２０等を実装している。コネクタ１９にはＦＦＣ（フレキシブルフラットケーブル）等の配線部材が接続され、このＦＦＣを介してプリンタ本体側から駆動信号を受けるようになっている。この配線基板９は、電子部品実装面を導入針ユニット６側に向けた状態で、ヘッドケース３の基板取付面２１に配置される。

ヘッドケース３は、中空箱体状のケーシングであり、その内部には各アクチュエータユニット８を個別に収容する収容室２２が形成されている。このヘッドケース３は、熱硬化性樹脂の一種であるエポキシ樹脂によって成型されており、図３に示すように、基板取付面２１とは反対側の流路取付面２３に流路ユニット２が固定される。また、ヘッドケース３の内部には、一端が流路取付面２３に開口したピン保持部２４が２箇所形成され、これらのピン保持部２４に、円柱状の２本のケースピン２５がそれぞれ保持される。これらのケースピン２５を、このケースピン２５にそれぞれ対応した流路ユニット２の各基準穴４２（貫通穴４３，４４）に挿通することで、流路取付面２３に流路ユニット２を精度良く位置規定して接合することができるようになっている。なお、流路ユニット２を構成する流路ユニット構成部材の各基準穴４２、各貫通穴４３，４４については、後で詳述する。

上記のアクチュエータユニット８は、圧力発生手段としての圧電振動子７と、この圧電振動子７が接合される固定板２７と、圧電振動子７に配線基板９からの駆動信号を供給するためのフレキシブルケーブル１８等から構成される。各圧電振動子７は、自由端部が固定板２７の先端面よりも外側に突出した所謂片持ち梁の状態で固定板２７上に取り付けられている。各圧電振動子７を支持する固定板２７は、例えば厚さ１ｍｍ程度のステンレス鋼によって構成されている。なお、圧力発生手段としては、上記圧電振動子以外にも、静電アクチュエータ、磁歪素子、発熱素子等を用いることができる。また、静電アクチュエータ、磁歪素子、発熱素子の取り付け箇所は、一般的に知られている箇所で構わない。

流路ユニット２は、振動板２９、流路形成基板３０、及びノズル形成基板３１からなる流路ユニット構成部材を積層した状態で接合して一体化することにより作製されている。この流路ユニット２における圧力室１２は、ノズル開口１３の列設方向（ノズル列方向）に対して直交する方向に細長い室として形成されている。また、共通インク室１０は、インク導入針５側からのインクが導入される室である。そして、この共通インク室１０に導入されたインクは、インク供給口１１を通じて各圧力室１２に分配供給されるようになっている。なお、この流路ユニット２の製造方法については、後述する。

流路ユニット２の底部に配置されるノズル形成基板３１は、ドット形成密度に対応したピッチ（例えば１８０ｄｐｉ）で複数のノズル開口１３を、副走査方向に列状に開設した金属製の薄い板材である。本実施形態のノズル形成基板３１は、ステンレス鋼の板材によって作製され、ノズル開口１３の列（ノズル列）が、複数並べて設けられている。そして、１つのノズル列は、例えば１８０個のノズル開口１３によって構成される。

ノズル形成基板３１と振動板２９の間に配置される流路形成基板３０は、図４に示すように、インク流路となる流路部３３、具体的には、共通インク室１０となる開口部３４、インク供給口１１となる溝部、及び、圧力室１２となる圧力室空部３５が区画形成された板状の部材である。本実施形態において、流路形成基板３０は、結晶性基材の一種であるシリコンウェハーを異方性エッチング処理することによって作製されている。このシリコンウェハーは、例えば、表面が結晶方位面（１１０）面に設定されたシリコン単結晶性基板である。そして、この流路形成基板３０では、（１１０）面上であって、この（１１０）面に直交する第１（１１１）面の垂直軸方向に圧力室空部３５を列設して圧力室空部列３６が形成されている。各圧力室空部３５は、ノズル形成基板３１のノズル開口１３に１対１に対応している。また、圧力室空部列３６は、第１（１１１）面方向にノズル列毎に対応して複数並設されている。

上記の振動板２９は、図２に示すように、ステンレス鋼等の金属基材からなる支持板３７上にＰＰＳ樹脂等の弾性フィルム３８をラミネート加工した二重構造の複合板材である。この振動板２９において圧力室１２に対応する部分には、圧電振動子７の自由端部の先端を接合するための島部３９が形成されており、この部分がダイヤフラム部として機能する。即ち、この振動板２９は、圧電振動子７の作動に応じて島部３９の周囲の弾性フィルム３８が弾性変形するように構成されている。また、振動板２９は、流路形成基板３０の開口部３４の一方の開口面を封止し、コンプライアンス部４０としても機能する。このコンプライアンス部４０に相当する部分については弾性フィルム３８だけにしている。なお、この振動板２９は、流路形成基板３０に形成された流路部３３の開口面を封止する封止板と言うこともできる。

ここで、上記の流路形成基板３０において、流路部３３の形成領域よりも外側のフレーム領域４１には、図４に示すように、流路ユニット構成部材（振動板２９及びノズル形成基板３１）やヘッドケース３との相対位置を規定するための基準穴４２が２箇所開設されている。具体的には、図４においてフレーム領域４１の左上の隅角部に配置された第１基準穴４２ａと、フレーム領域４１の右上の隅角部に配置された第２基準穴４２ｂとが、圧力室空部３５等と同様に異方性エッチングによって開設されている。

第１基準穴４２ａは、図５（ａ）に示すように、第１（１１１）面と、この第１（１１１）面に７０．５３°で交差すると共に基材表面（流路形成基板３０の表面）に直交する第２（１１１）面とにより、４辺の長さが等しい菱形状に構成されている。この第１基準穴４２ａの寸法に関し、向かい合う辺同士の垂直距離がｄ１となるように定められている。換言すると、基準穴４２ａ，４２ｂに内接する仮想的な内接円Ｃｖの直径がｄ１となるように穴の寸法が定められている。なお、この内接円Ｃｖの直径ｄ１は、後述する接合治具４６の位置決めピン４９の直径ｄｐより極く僅かだけ大きく、振動板２９及びノズル形成基板３１の第１貫通穴４３ａ，４４ａの直径に揃えられている。

一方、第２基準穴４２ｂは、図５（ｂ）に示すように、第１（１１１）面を長辺とすると共に第２（１１１）面を短辺とする平行四辺形状の長穴に構成されている。この第２基準穴４２ｂの短辺の寸法は、第１基準穴４２ａの各辺の寸法に揃えられている。詳しくは、向かい合う長辺同士の垂直距離がｄ１となっている。一方、向かい合う短辺同士の垂直距離は、ｄ１よりも長いｄ２に設定されている。このように、第２基準穴４２ｂが、第１（１１１）面方向（第１基準穴４２ａとの並び方向）に長い長穴となっている。

図３に示すように、振動板２９及びノズル形成基板３１において流路形成基板３０の各基準穴４２に対応する位置には、それぞれ貫通穴４３，４４が開設されている。即ち、振動板２９において、第１基準穴４２ａに対応する位置には第１貫通穴４３ａが、第２基準穴４２ｂに対応する位置には第２貫通穴４３ｂが開設されている。また、ノズル形成基板３１において、第１基準穴４２ａに対応する位置には第１貫通穴４４ａが、第２基準穴４２ｂに対応する位置には第２貫通穴４４ｂが開設されている。各貫通穴４３，４４のうち、第１貫通穴４３ａ，４４ａは、図６（ａ）に示すように、直径がｄ１に設定された丸穴に構成されている。一方、第２貫通穴４３ｂ，４４ｂは、図６（ｂ）に示すように、第１貫通穴４３ａ，４４ａとの並び方向に長い長穴に構成されている。これらの第２貫通穴４３ｂ，４４ｂに関し、第１貫通穴４３ａ，４４ａとの並び方向に直交する方向の内寸がｄ１に設定されているのに対し、第１貫通穴４３ａ，４４ａとの並び方向の内寸ｄ２はｄ１よりも長く設定されている。なお、図６は、各穴の寸法を説明する模式図であり、便宜上、複数の異なる穴を一つの代表した穴で示している。

このように、本実施形態においては、振動板２９の第２貫通穴４３ｂと、ノズル形成基板３１の第２貫通穴４４ｂをそれぞれ長穴としているので、流路形成基板３０における第１基準穴４２ａと第２基準穴４２ｂの間隔に対して、振動板２９における各貫通穴４３同士の間隔、或いは、ノズル形成基板３１における各貫通穴４４同士の間隔に部品公差による差が生じる場合には、各長穴と後述する接合治具４６の第２位置決めピン４９ｂとの間に形成される隙間によって上記の間隔の差を吸収することができる。また、第２基準穴４２ｂや第２貫通穴４３ｂ，４４ｂを長穴にすることで、流路ユニット構成部材を接合する際の接着剤の熱硬化させる高温下においても、金属製の接合治具４６等の熱膨張による影響を小さくすることができる。この点については、後で詳しく説明する。

上記流路ユニット構成部材、即ち、振動板２９、流路形成基板３０、及びノズル形成基板３１を接合する際には、図７に示すように、接合治具４６に各構成部材を順次積層した状態でセットするようになっている。この接合治具４６は、上記流路ユニット構成部材を載置する台座４７と、流路ユニット構成部材を台座４７との間に挟み込んで押圧する押圧板４８と、流路ユニット構成部材を挟み込むように外側の面（ノズル形成基板３１の外側の面と振動板２９の外側の面）にそれぞれ積層される接着保護板５０とで構成される。台座４７は、平坦度を高精度で加工可能な工具用炭素鋼（ＳＫ材）等の金属製の板材からなり、この上面には、上記の第１基準穴４２ａ及び第１貫通穴４３ａ，４４ａに対応する位置には第１位置決めピン４９ａが、第２基準穴４２ｂ及び第２貫通穴４３ｂ，４４ｂに対応する位置には第２位置決めピン４９ｂが、それぞれ立設されている。この位置決めピン４９は、例えば、超硬等の金属によって円柱状に作製されており、その直径ｄｐは、基準穴４２ａの内接円Ｃｖの直径ｄ１よりも僅かに小さく設定されている（図８参照）。また、この接合治具４６の押圧板４８は、台座４７と同様に、工具用炭素鋼（ＳＫ材）等の金属製の板材からなり、位置決めピン４９の先端が嵌合する嵌合穴５１を有している。したがって、流路ユニット構成部材を位置決めピン４９によって位置決めした状態で、台座４７と押圧板４８のとの間で挟み込んで加圧することができる。

上記接着保護板５０は、４２アロイ等の金属製の板材からなり、流路形成基板３０の各基準穴４２ａ，４２ｂに対応した位置に貫通穴５２ａ、５２ｂがそれぞれ形成されている。即ち、この接着保護板５０において、第１基準穴４２ａに対応する位置には第１貫通穴５２ａが、第２基準穴４２ｂに対応する位置には第２貫通穴５２ｂが開設されている。この第１貫通穴５２ａと第２貫通穴５２ｂは、共に直径ｄ３の丸穴であり、図８に示すように、直径ｄ３が基準穴４２ａ，４２ｂの内接円Ｃｖの直径ｄ１より極く僅かに小さく、位置決めピン４９の直径ｄｐより極く僅かに大きく設定されている。したがって、接着保護板５０の各貫通穴５２ａ、５２ｂは、流路形成基板３０における最も小さな第１基準穴４２ａや長穴となる第２基準穴４２ｂよりも小さく設定されている。そして、この接着保護板５０は、１組の流路ユニット構成部材ごとに同一形状のものが２つ設けられおり、位置決めピン４９によって位置決めした状態で、流路ユニット構成部材の外側の面の両側（図７の上側と下側）から挟み込むように積層して、接合治具４６の台座４７上に載置されるようになっている。即ち、この接合治具４６は、図７に示すように、この２つの接着保護板５０を流路ユニット構成部材のノズル形成基板３１の外側の面と振動板２９の外側の面とにそれぞれ積層すると共に、位置決めピン４９を接着保護板５０の各貫通穴５２と、流路ユニット構成部材の各基準穴４２や各貫通穴４３，４４にそれぞれ挿通して位置決めした状態で、流路ユニット構成部材を接着保護板５０ごと台座４７と押圧板４８との間で加圧するようになっている。

次に、接合治具４６を用いた記録ヘッド用流路ユニット２の製造方法における接着工程について説明する。
本実施形態においては、まず、第１位置決めピン４９ａを第１貫通穴５２ａに、第２位置決めピン４９ｂを第２貫通穴５２ｂにそれぞれ挿通した状態で、接合治具４６の台座４７上に接着保護板５０を載置する。次に、第１位置決めピン４９ａを第１貫通穴４３ａに、第２位置決めピン４９ｂを第２貫通穴４３ｂにそれぞれ挿通した状態で、接着保護板５０の上に振動板２９を積層する。そして、この振動板２９の上に、第１位置決めピン４９ａを第１基準穴４２ａに、第２位置決めピン４９ｂを第２基準穴４２ｂにそれぞれ挿通し、接着剤を間に介在させた状態で流路形成基板３０を積層する。さらに、第１位置決めピン４９ａを第１貫通穴４４ａに、第２位置決めピン４９ｂを第２貫通穴４４ｂにそれぞれ挿通し、接着剤を間に介在させた状態で流路形成基板３０上にノズル形成基板３１を積層する。最後に、第１位置決めピン４９ａを第１貫通穴５２ａに、第２位置決めピン４９ｂを第２貫通穴５２ｂにそれぞれ挿通した状態で、ノズル形成基板３１上に接着保護板５０を積層する。これにより、相対位置が規定された状態で接着保護板５０と流路形成基板３０と振動板２９とノズル形成基板３１とが積層される。

接着保護板５０と流路ユニット構成部材とを接合治具４６の台座４７に積層したならば、押圧板４８によって位置決めピン４９の先端側に位置する接着保護板５０の上から、例えば、数百ｋｇの押圧力で押圧する。即ち、接着保護板５０と流路形成基板３０と振動板２９とノズル形成基板３１とを位置決めして積層した状態で、接合治具４６の台座４７と押圧板４８との間で挟み込んで加圧する。次に、これらを加圧した状態で、接合治具４６ごと加熱炉（図示せず）内で所定の時間で高温乾燥させる。これにより、各流路ユニット構成部材同士の間に介在された接着剤を熱硬化させることができる。そして、接着剤が熱硬化して各流路ユニット構成部品同士が接合したならば、加熱炉より治具ごと取り出して、接着工程が終了する。なお、接着剤を熱硬化させる乾燥時間・温度は、各部材や接着剤の材質等により、適宜設定される。また、本実形態における接着剤は、エポキシ系の接着剤を用いている。

このようにして、接合治具４６の位置決めピン４９によってノズル形成基板３１、流路形成基板３０、及び振動板２９の相対位置が規定された状態で相互を接合して流路ユニット２を形成する際、各流路ユニット構成部材を接合治具４６の台座４７と押圧板４８との間に挟み込んだ状態で加熱すると、高温下における各流路ユニット構成部材の反りを抑えて、均一に接着することができる。

ここで、本実施形態では、流路ユニット構成部材の外側の面を両側から２つの接着保護板５０で挟み込むことによって、高温乾燥時に流路ユニット構成部材の脆弱なシリコン結晶性基板からなる流路形成基板３０の割れの発生を抑えることができる。具体的に説明すると、図９の表に示すように、接着保護板５０の素材として、台座４７（ＳＫ材）、押圧板４８（ＳＫ材）、ノズル形成基板３１（ＳＵＳ３１６）、及び、振動板２９（ＳＵＳ４３０）よりも熱線膨張係数の小さい金属素材、例えば、４２アロイ等を用いることで、接着剤の高温乾燥時における接合治具４６の位置決めピン４９同士の間隔が熱膨張に伴って広がることを、これら位置決めピン４９を挿通した接着保護板５０の貫通穴５２によって抑えることができる。特に、４２アロイの熱線膨張係数が４５〜６５×１０^−７／Ｋであり、シリコンの熱線膨張係数が２６×１０^−７／Ｋであるから、接着保護板５０と流路形成基板３０との熱線膨張係数が近いため、接着剤を熱硬化させる高温乾燥時においても、接着保護板５０の各貫通穴５２同士の間隔と流路形成基板３０の基準穴４２同士の間隔との差は非常に小さくなる。したがって、高温乾燥の高温下における接合治具４６の位置決めピン４９同士の間隔を、流路形成基板３０の基準穴４２同士の間隔と差が非常に小さい接着保護部材５０の各貫通穴４２同士の間隔に抑えることができるので、位置決めピン４９を介して流路形成基板３０に加わるストレス（応力）を従来よりも低減することができる。以上のことより、脆弱な流路形成基板３０の割れの発生を抑えつつ、流路ユニット構成部材を精度良く位置規定して接合することが可能となる。

また、本実施形態においては、接着保護板５０の各貫通穴５２ａ，５２ｂを、流路形成基板３０における最も小さな第１基準穴４２ａより小さく設定している。具体的には、図８に示すように、接着保護板５０の各貫通穴５２ａ，５２ｂの直径ｄ３を、第１基準穴４２ａに内接する仮想的な内接円Ｃｖの直径ｄ１より僅かに小さく設定している。そして、第２基準穴４２ｂ、第２貫通穴４３ｂ，４４ｂを各基準穴５２の並び方向に長穴としているのに対し、第２貫通穴５２ｂを直径ｄ３の丸穴としている。これにより、高温下において、接着保護板５０の第１貫通穴５２ａと第２貫通穴５２ｂとの間隔と、流路形成基板３０の第１基準穴４２ａと第２基準穴４２ｂとの間隔とに上述したように非常に小さな差が生じた場合でも、特に第２基準穴４２ａと第２位貫通穴５２ｂ（位置決めピン４９ｂ）との間に生じる隙間によって吸収することができる。即ち、接着工程等の高温下においても、流路形成基板３０の基準穴４２の内周面に位置決めピン４９が接触し難くなるので、位置決めピン７５を介して流路形成基板３０に加わるストレス（応力）をより一層低減することができる。したがって、脆弱な流路形成基板３０の割れの発生をより一層抑えつつ、流路ユニット構成部材を精度良く位置決めした状態で接合することが可能となる。

さらに、接着保護板５０に４２アロイを用いて、この２つの接着保護板５０で流路ユニット構成部材の外側の面を両側から挟み込んで高温乾燥させる場合には、図９の表に示すように、４２アロイの熱伝導率が３５．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）と大きいため、加熱炉からの熱を接着保護板５０を介して効率良く均一に流路ユニット構成部材に伝導することが可能となる。したがって、接着工程における高温乾燥の時間（接着剤を熱硬化させる時間）を短縮することが可能となる。この結果より、作業効率が向上し、コストダウンに寄与する。また、４２アロイは、同図の表に示すように、他の金属部材と比較しても線膨張係数が非常に低い、即ち、高温下においても形状安定性（寸法安定性）が高いので、上述したように、２つの接着保護板５０で流路ユニット構成部材を両側から挟み込んで高温乾燥させる場合は、高温下でも常温時における接着保護板５０の平坦度を高い精度で保てるため、積層された各流路ユニット構成部材を、反り等を抑えて精度良く位置規定しつつ、より均一に接合することが可能となる。

ところで、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。

例えば、流路形成基板３０における各基準穴の形状に関し、上記実施形態では、第１（１１１）面と第２（１１１）面によって平行四辺形状に構成した例を示したが、これには限らない。例えば、エッチング残りを利用して、六角形の穴に構成することもできる。

記録ヘッドの構成を説明する分解斜視図である。 記録ヘッドの構成を説明する要部断面図である。 流路ユニットをヘッドケースに接合する状態を説明する図である。 流路形成基板の構成の一例を説明する平面図である。 流路形成基板における第１基準穴及び第２基準穴の寸法を説明する図である。 （ａ）は、振動板及びノズル形成基板における第１貫通穴の寸法を説明する図であり、（ｂ）は、振動板及びノズル形成基板における第２貫通穴の寸法を説明する図である。 接合治具を用いて流路ユニット構成部材を積層する状態を説明する断面図である。 位置決めピン、各基準穴、各貫通孔の寸法の関係を説明する図である。 流路ユニット構成部材、接合治具等の材質・熱線膨張係数・熱伝導率を示す表である。

符号の説明

１…記録ヘッド，２…流路ユニット，３…ヘッドケース，５…インク導入針，６…導入針ユニット，７…圧電振動子，８…アクチュエータユニット，９…配線基板，１０…共通インク室，１１…インク供給口，１２…圧力室，１３…ノズル開口，１６…フィルタ，１７…パッキンシート，１８…フレキシブルケーブル，１９…コネクタ，２０…電子部品，２１…基板取付面，２２…収容室，２３…流路取付面，２４…ピン保持部，２５…ケースピン，２７…固定板，２９…振動板，３０…流路形成基板，３１…ノズル形成基板，３３…流路部，３４…開口部，３５…圧力室空部，３６…圧力室空部列，３７…支持板，３８…弾性フィルム，３９…島部，４０…コンプライアンス部，４１…フレーム領域，４２…基準穴，４３…貫通穴，４４…貫通穴，４６…接合治具，４７…台座，４８…押圧板，４９…位置決めピン，５０…接着保護板，５１…嵌合穴，５２…貫通穴

Claims (6)

1. 流路部を形成すると共に、板厚方向に貫通する複数の基準穴を形成したシリコン単結晶性基材からなる流路形成基板と、ノズル開口を開設すると共に、前記流路形成基板の各基準穴に対応した位置に貫通穴をそれぞれ形成した金属製のノズル形成基板と、前記流路形成基板の流路部の開口を封止すると共に、前記流路形成基板の各基準穴に対応した位置に貫通穴をそれぞれ形成した金属基材からなる封止板とを備え、流路形成基板の一方の面にノズル形成基板を、他方の面に封止板をそれぞれ接合してユニット化する液体噴射ヘッド用流路ユニットの製造方法であって、
   前記流路形成基板とノズル形成基板と封止板とを、それぞれの間に接着剤を介在させて積層した状態で金属製の接着治具の台座と押圧板との間で挟み込んで加圧しつつ、前記接着剤を熱硬化させて接着する接着工程を含み、
   前記接着工程は、前記流路形成基板の各基準穴に対応した位置に貫通穴がそれぞれ形成された接着保護板を前記ノズル形成基板の外側の面と前記封止板の外側の面とに積層し、前記台座上に、前記流路形成基板の各基準穴に対応した位置にそれぞれ立設された位置決めピンを前記各基準穴と貫通穴にそれぞれ挿通して前記流路形成基板とノズル形成基板と封止板とを位置決めした状態で加圧し、
   前記接着保護板は、熱線膨張係数が接着治具の台座、押圧板、ノズル形成基板、及び封止板の熱線膨張係数よりも小さい金属基材から構成したことを特徴とする液体噴射ヘッド用流路ユニットの製造方法。
2. 前記接着保護板の各貫通穴を、前記流路形成基板における最も小さな基準穴より小さく設定したことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド用流路ユニットの製造方法。
3. 前記接着保護板に、４２アロイを用いたことを特徴とする請求項１又は２に記載の液体噴射ヘッド用流路ユニットの製造方法。
4. 流路部を形成すると共に、板厚方向に貫通する複数の基準穴を形成したシリコン単結晶性基材からなる流路形成基板と、ノズル開口を開設すると共に、前記流路形成基板の各基準穴に対応した位置に貫通穴をそれぞれ形成した金属製のノズル形成基板と、前記流路形成基板の流路部の開口を封止すると共に、前記流路形成基板の各基準穴に対応した位置に貫通穴をそれぞれ形成した金属基材からなる封止板とを、流路形成基板の一方の面にノズル形成基板を、他方の面に封止板をそれぞれ重ねた状態で間に接着剤を介在させて接合してユニット化する液体噴射ヘッド用流路ユニットの接合治具であって、
   前記接合治具は、
   前記流路形成基板の各基準穴に対応した位置にそれぞれ位置決めピンを立設した金属製の台座と、
   前記流路形成基板の各基準穴に対応した位置に貫通穴がそれぞれ形成され、前記ノズル形成基板の外側の面と前記封止板の外側の面とにそれぞれ積層される接着保護板と、
   位置決めピンの先端が嵌合する穴を有し、位置決めピンの先端側に位置する接着保護板を押圧する押圧板と、
   からなり、
   前記接着保護板を、熱線膨張係数が前記台座、押圧板、ノズル形成基板、及び封止板の熱線膨張係数よりも小さい金属基材から構成し、
   前記位置決めピンを前記各基準穴と貫通穴にそれぞれ挿通して前記流路形成基板とノズル形成基板と封止板とを台座上で位置決めした状態で加圧しながら前記接着剤を熱硬化させて接合することを特徴とする液体噴射ヘッド用流路ユニットの接合治具。
5. 前記接着保護板の各貫通穴を、前記流路形成基板における最も小さな基準穴より小さく設定したことを特徴とする請求項４に記載の液体噴射ヘッド用流路ユニットの接合治具。
6. 前記接着保護板に、４２アロイを用いたことを特徴とする請求項４又は５に記載の液体噴射ヘッド用流路ユニットの接合治具。

Images