JP2010069800A - インクジェットヘッドの製造方法およびインクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】接着部分から十分に気泡を除去することができるインクジェットヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】インクジェットヘッドの製造方法は、粒状のスペーサ２７を混入させた接着剤１６ａを第１のヘッド構成部材と第２のヘッド構成部材との間に介在させ、第１のヘッド構成部材と第２のヘッド構成部材との距離がスペーサ２７の直径に等しくなるようにこれらを加圧するとともに、硬化温度まで昇温することで接着剤１６ａを硬化させる。
【選択図】図５

Description

本発明は、液滴を吐出して用紙に画像を形成するインクジェットヘッドの製造方法およびインクジェットヘッドに関する。

例えば、接着剤中に気泡が残留しないようにしたインクジェットヘッドの製造方法が開示されている。この製造方法では、接着剤を予熱して粘度を低くした状態で、接着剤を圧電部材の接着面に塗布する。これによって、塗布した接着剤の厚みを薄くして接着剤中に残留する気泡を少なくする。また、接着剤を圧電部材の間に塗布した後に、圧電部材を真空装置内に入れて接着剤中から気泡を脱泡する。さらに、接着剤を挟んで接合させた後に、その部材を接合方向に加圧する。これによって、接着剤の厚みを一層薄くして接着剤中に気泡が残留しないようにする（例えば、特許文献１参照）。

同様に、接着剤中に気泡が残留しないようにしたインクジェットヘッドの製造方法で、他の例が開示されている。この製造方法では、第１の基材と第２の基材との間の接着面に、接着剤を格子状のパターンで配置する。この接着剤の間には、気泡が配置される。そして、接着剤の硬化温度未満の温度にこれらを加熱し、真空装置によって減圧状態にして気泡を溶解する。さらに、接着面方向に均一に圧力をかけて、その後、接着剤の硬化温度以上の第２の温度で加熱する。こうして、接着剤を硬化して第１の基材と第２の基材とを一体化する（例えば、特許文献２参照）。

なお、微細な構造を有するインクジェットヘッドでは、加工や接着プロセスにおいて、ミクロンオーダの精度が必要とされており、ヘッドを構成する部材同士の接着にも、気泡なく均一な厚みで部材同士を接着することが必要である。接着剤中に気泡が残留すると、ノズル毎の液の吐出量にばらつきを生じたり、圧電体に位置ずれを生じてこれを加工する際に圧電体の破損を生じたりする不具合が起こる可能性がある。
特開平９−１２３４６６号公報 特開２００６−３６８６５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明のように、接着剤を予熱して粘度を低下させた状態では、硬化剤の溶解等が始まり徐々に硬化反応が開始する可能性がある。このため、接着剤が不安定となり、接着剤の耐久性が低下する問題がある。また、特許文献２に記載の発明では、接着剤を格子状のパターンにすることで、かえって気泡が残存しやすくなっており、その後に加圧したとしても接着剤から気泡を十分に除去できない可能性がある。さらに、特許文献１、２の記載された発明は、いずれも真空装置を必要としており、製造工程および製造装置の複雑化と製造コストの上昇とを招いている。

本発明の目的は、接着部分から十分に気泡を除去することができるインクジェットヘッドの製造方法を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係るインクジェットヘッドの製造方法は、粒状のスペーサを混合した接着剤を第１のヘッド構成部材と第２のヘッド構成部材との間に介在させ、前記第１のヘッド構成部材と前記第２のヘッド構成部材との距離が前記スペーサの直径に等しくなるようにこれらを近づける方向に加圧するとともに硬化温度まで昇温することで前記接着剤を硬化させる。

前記目的を達成するため、本発明の他の形態に係るインクジェットヘッドの製造方法は、第１の硬化剤と、粒状をなした第２の硬化剤と、を混合した接着剤を第１のヘッド構成部材と第２のヘッド構成部材との間に介在させ、前記第１のヘッド構成部材と前記第２のヘッド構成部材との距離が前記第２の硬化剤の直径に等しくなるようにこれらを近づける方向に加圧するとともに前記第１の硬化剤の融点以上で前記第２の硬化剤の融点以下の温度に昇温し、所定時間経過後に前記加圧状態のまま前記第２の硬化剤の融点以上の温度に昇温することで前記接着剤を硬化させる。

前記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係るインクジェットヘッドは、複数のノズルを有するノズルプレートと、前記ノズルに対応する複数の圧力室と、この圧力室に隣接して設けられるとともに前記圧力室を加圧して前記ノズルから液を吐出させる駆動素子と、を有する圧電体と、前記圧電体が接着される基板と、前記圧電体と前記基板との間に介在されるとともにこれらを接着する接着剤層と、を具備し、前記接着剤層は、粒状のスペーサを含有するとともに、前記圧電体と前記基板とを接着する際に、前記圧電体と前記基板と近づける方向に加圧されることにより、前記スペーサの直径と同等の厚み寸法に形成される。

本発明によれば、接着部分から十分に気泡を除去することができるインクジェットヘッドの製造方法を提供できる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。実施形態に係るインクジェット記録装置は、用紙などのシート状記録媒体に対して液滴を吐出して、この記録媒体上に文字や画像を印刷する。

インクジェットヘッド１１は、第１のヘッド構成部材である基板１２と、基板１２に接着された枠部材１３と、枠部材１３に接着されたノズルプレート１４と、枠部材１３の内側の位置で基板１２に接着された第２のヘッド構成部材である圧電体１５と、基板１２と圧電体１５との間に介在された接着剤層１６と、圧電体１５を駆動するためのヘッド駆動用のプリント回路板と、を有している。インクジェットヘッド１１は、基板１２、枠部材１３、およびノズルプレート１４で囲まれた空間に、共通液室１７を有している。共通液室１７は、後述する各圧力室１８に連通している。また、プリント回路板の図示は省略している。

ノズルプレート１４は、方形のポリイミド製のフィルムで形成されている。ノズルプレート１４は、一対のノズル列２１を有している。各ノズル列２１は、複数のノズル２２を含んでいる。基板１２は、例えば、セラミックス材料によって方形板状に形成されている。基板１２は、孔でそれぞれ構成される供給口２３および排出口２４を有している。

圧電体１５は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）製の板状の第１の圧電部材１５Ａおよび第２の圧電部材１５Ｂを互いの分極方向を対向させるように張り合わせて形成されている。圧電体１５は、断面台形の板状に形成されている。圧電体１５は、その表面から溝状に切削形成される複数の圧力室１８と、各圧力室１８の両側部に設けられる駆動素子である側壁２５と、を有している。圧電体１５は、ノズルプレート１４上のノズル列２１に対応するように基板１２に接着される。圧力室１８および側壁２５は、それぞれノズル２２に対応するように形成されている。

インクジェットヘッド１１は、さらに、圧電体１５の各側壁２５の表面および圧力室１８の底部に形成される電極２６を有している。電極２６は、圧力室１８内で圧電体１５に密着するように設けられている。インクジェットヘッド１１は、電極２６と上記したヘッド駆動用のプリント回路板とを接続するための配線を有しているが、配線の図示を省略している。

接着剤層１６は、例えば、熱硬化型のエポキシ系接着剤で構成されている。接着剤層１６には、図３〜図５に示すように、粒状のスペーサ２７が含有されている。図５に示すように、接着剤層１６の厚み寸法は、スペーサ２７の直径にほぼ等しくなっている。

スペーサ２７は、例えば、シリカ粒子やガラス粒子等の標準粒子で構成されている。このスペーサ２７は、例えば、５〜１０μｍの範囲内の直径（粒径）を有しており、互いの直径が均一になっている。また、接着剤層１６の厚み寸法は、スペーサ２７の直径にほぼ等しくなっている。

上記構成のインクジェットヘッド１１をプリンタに搭載して、このプリンタで印刷処理を行うには、プリンタのインクタンクからインクジェットヘッド１１に液（インク）を供給する必要がある。液の供給は、供給口２３を介して行われ、インクタンクから流出した液は、供給口２３を経由して圧力室１８内に満たされる。圧力室１８内で使用されなかった液は、排出口２４によってインクタンクに回収される。

また、この状態で、ユーザがプリンタに対して印刷を指示すると、プリンタの制御部は、インクジェットヘッド１１に対して印字信号をヘッド駆動用のプリント回路板に出力する。印刷信号を受けたプリント回路板は、配線および電極２６を介して駆動パルス電圧を側壁２５に印加する。これにより、左右一対の側壁２５は、シェアモード変形を行って湾曲するように離反する。そして、これらを初期位置に復帰させて圧力室１８内の圧力を高くすることで、ノズル２２から液滴が勢い良く吐出される。

続いて、図３〜図５を参照して、本実施形態のインクジェットヘッド１１の製造方法について説明する。まず、基板１２に対して一対の圧電体１５を接着する。このとき、一対の圧電体１５は、図示しない治具によって基板１２に対して位置決めされている。

図３に示すように、基板１２に対して例えばスクリーン印刷によって接着剤１６ａを塗布する。接着剤１６ａの塗布方法は、スクリーン印刷に限定されるものはなく、ディスペンサ法などでもよい。この接着剤１６ａの塗布面積は、基板１２と圧電体１５とが接着される接着部の面積よりも小さくなっている。また、この接着剤１６ａを塗布する際には、実際に接着剤層１６となる際の厚みよりも例えば２倍以上の厚みで塗布される。接着剤１６ａは、粒状のスペーサ２７が含有した熱硬化型のエポキシ系接着剤である。この接着剤１６ａは、予め脱泡処理がなされている。

図４に示すように、接着剤１６ａを塗布した基板１２に対して圧電体１５を当接させる。そして、図５に示すように、例えばプレス装置や接着加圧治具などを利用して、基板１２と圧電体１５とを近づける方向に加圧する。これによって、接着剤１６ａ中に残存している気泡２８を外に押し出すようにする。また、加圧するのと同時に、接着剤１６ａの硬化する推奨硬化温度、例えば本実施形態のエポキシ系接着剤では１２０℃に保持して、２〜３時間放置する。こうして、気泡２８が残留せずに接着剤の硬化がなされ、接着剤層１６が形成される。接着剤層１６の厚みは、スペーサ２７の直径にほぼ等しくなる。

このように基板１２に接着された圧電体１５に対して圧力室１８となる溝を形成する。この溝加工は、例えば、ＩＣウェハーの切断等に用いられているダイシングソーのダイヤモンドホイールを用いる。続いて、溝の内面に電極２６を形成するとともに、基板１２上に第１の実施形態と同様の配線を形成する。電極２６および配線は、例えば、無電解メッキによって形成された例えばニッケル薄膜で構成されている。

さらに、レーザを照射してパターニングを行って、電極２６、および配線の以外の部位からニッケル薄膜を除去する。このノズルプレート１４にレーザを照射してノズル２２を形成する。基板１２上の配線に接続するようにプリント回路板を基板１２に固定する。基板１２に対して図示しないインクケースを接着して、インクジェットヘッド１１の製造工程が終了する。なお、本実施形態は、第１のヘッド構成部材の一例として基板１２を用い、第２のヘッド構成部材の一例として圧電体１５を用いているが、これに限定されるものではなく、第１の圧電部材１５Ａを第１のヘッド構成部材とし、第２の圧電部材１５Ｂを第２のヘッド構成部材として、本発明を適用してもよい。

以上が、インクジェットヘッド１１の第１の実施形態である。第１の実施形態のインクジェットヘッドの製造方法によれば、粒状のスペーサ２７を混合した接着剤１６ａを第１のヘッド構成部材と第２のヘッド構成部材との間に介在させ、第１のヘッド構成部材と第２のヘッド構成部材との距離がスペーサ２７の直径に等しくなるようにこれらを近づける方向に加圧するとともに、硬化温度まで昇温することで接着剤１６ａを硬化させる。

この構成によれば、接着剤１６ａが加圧状態で硬化されるため、接着剤１６ａ中に気泡２８が残留することがない。これによって、ノズル２２毎の液の吐出量が均一化されるとともに、側壁２５、圧力室１８、ひいては電極２６の位置精度を向上することができる。これによって、インクジェットヘッド１１の信頼性を向上できると共に、インクジェットヘッド１１の製造時の歩留りを向上することができる。また、製造工程において真空装置を利用した脱泡処理を必要としないので、製造工程を簡略化できるだけでなく、製造に用いられる装置の構成も簡単になり、製造コストを低減することができる。

また、接着剤１６ａは、予め脱泡処理がなされている。この構成によれば、接着剤１６ａ中に気泡２８が残留してしまう可能性をより一層低減することができる。

さらに、接着剤１６ａは、第１のヘッド構成部材と第２のヘッド構成部材とが接着される部分の面積よりも小さい面積で、第１のヘッド構成部材および第２のヘッド構成部材のいずれか一方に塗布される。この構成によれば、接着剤１６ａは、接着工程の初期において、初めから薄く広げたものに比して、厚み寸法が大きくなる。このため、接着の初期において、接着剤１６ａが外気に触れる表面積が大きくなるので、この外気にふれる部分を利用して、接着剤１６ａ中に残留する気泡２８を効率よく外部に放出することができる。これによって、初めから薄く塗り広げたものに比して、接着剤１６ａ中に残留する気泡２８の量を少なくすることができる。また、上記の構成によれば、第１のヘッド構成部材と第２のヘッド構成部材とを近づけるように加圧する際に、接着剤１６ａのはみ出し量を少なくすることができる。

続いて、図６、図７を参照して、インクジェットヘッドの第２の実施形態について説明する。第２の実施形態のインクジェットヘッド１１は、その外観および主要な構成において、図１、図２に示す第１の実施形態のものと共通しているが、接着剤１６ａの組成およびインクジェットヘッド１１の製造方法が第１の実施形態と異なっている。このため、主として第１の実施形態とは異なるインクジェットヘッドの製造方法について説明し、共通する箇所については共通の符号を付して説明を省略する。

第２の実施形態の接着剤３１ａは、使用される箇所が第１の実施形態とは異なり、圧電体１５の第１の圧電部材１５Ａと第２の圧電部材１５Ｂとの接着に用いられる。この接着剤３１ａは、熱硬化型のエポキシ系接着剤であり、種類の異なる第１の硬化剤３２と第２の硬化剤３３とが混合されている。第１の硬化剤３２は、直径（粒径）が５〜１０μｍの粒状をなしており、互いに均一な直径を有している。第１の硬化剤３２は、例えば、融点が７０℃になっている。一方、第２の硬化剤３３は、第１の硬化剤３２と同様に直径が５〜１０μｍの粒状をなしており、互いに均一な直径を有している。第２の硬化剤３３は、例えば、融点が１２０℃になっている。もっとも、第１の硬化剤３２に関しては、粒状をなしている必要はなく、初めから液状のものを用いても良い。

第２の実施形態のインクジェットヘッドの製造方法では、まず、第１のヘッド構成部材ある第１の圧電部材１５Ａと、第２のヘッド構成部材である第２の圧電部材１５Ｂとを接着して、圧電部材同士の分極方向が対向する圧電体１５を形成する。

第１の圧電部材１５Ａに対して例えばスクリーン印刷によって接着剤３１ａを塗布する。この接着剤３１ａの塗布面積は、第１の圧電部材１５Ａと第２の圧電部材１５Ｂとが接着される接着部の面積よりも小さくなっている。また、この接着剤３１ａを塗布する際には、実際に接着剤層３１となる際の厚みよりも約２倍以上の厚みで塗布される。この接着剤３１ａは、予め脱泡処理がなされている。

図６に示すように、接着剤３１ａを塗布した第１の圧電部材１５Ａに対して第２の圧電部材１５Ｂを当接させる。そして、図７に示すように、例えばプレス装置や接着加圧治具などを利用して、第１の圧電部材１５Ａと第２の圧電部材１５Ｂとを近づける方向に加圧する。これによって、接着剤３１ａ中に残存している気泡２８を外に押し出すようにする。また、加圧するのと同時に、第１の硬化剤３２の融点である７０℃以上の温度、すなわち本実施形態では、例えば７０℃で３０分から１時間放置して、接着剤３１ａの硬化を徐々に促進する。このとき、この工程においては、第２の硬化剤３３は溶解しないので、上記加圧状態において、接着剤層３１の厚み寸法は、第２の硬化剤３３の直径にほぼ等しくなる。続いて、第１の圧電部材１５Ａと第２の圧電部材１５Ｂとを加圧した状態のまま、第１の圧電部材１５Ａおよび第２の圧電部材１５Ｂを、第２の硬化剤３３の融点である１２０℃以上の温度、すなわち本実施形態では、例えば１２０℃で２〜３時間放置する。こうして、第２の硬化剤３３が溶融され、気泡２８が残留せずに接着剤３１ａの硬化がなされて接着剤層３１が形成される。なお、上記のように加圧した状態で第２の硬化剤３３が溶融する温度にしたとしても、第１の硬化剤３２によってすでに接着剤３１ａの硬化がある程度なされているため、接着剤層３１が押しつぶされてしまうことはない。接着剤層３１の厚み寸法は、第２の硬化剤３３の直径とほぼ等しくなるように形成される。

このように形成した圧電体１５を基板１２に接着する。これ以降の工程は第１の実施形態と同様である。

第２の実施形態によれば、インクジェットヘッドの製造方法は、第１の硬化剤３２と、粒状をなした第２の硬化剤３３と、を混合した接着剤３１ａを第１のヘッド構成部材と第２のヘッド構成部材との間に介在させ、第１のヘッド構成部材と第２のヘッド構成部材との距離が第２の硬化剤３３の直径に等しくなるようにこれらを近づける方向に加圧するとともに第１の硬化剤３２の融点以上で第２の硬化剤３３の融点以下の温度に昇温し、所定時間経過後に加圧状態のまま第２の硬化剤３３の融点以上の温度に昇温することで接着剤３１ａを硬化させる。

この構成によれば、まず、第１の硬化剤３２が溶融され、接着剤３１ａの硬化が徐々になされる。このとき、第２の硬化剤３３の溶融はなされないので、第２の硬化剤３３は、粒状の形態を維持する。また、第１のヘッド構成部材と第２のヘッド構成部材とを近づける方向に加圧しているため、これらの間の距離は、第２の硬化剤３３の直径にほぼ等しくなる。これに伴って、接着剤３１ａ中の気泡２８が外部に排出される。一方、その後、第２の硬化剤３３の融点以上の温度に昇温され、第２の硬化剤３３が溶融して、さらに接着剤３１ａの硬化が促進される。なお、第２の硬化剤３３が溶融したとしても、第１の硬化剤３２によって接着剤３１ａの硬化がある程度促進されているため、加圧状態のまま第２の硬化剤３３の溶融を行っても、接着剤３１ａが押しつぶされて外に押し出されてしまうことがない。

また、本実施形態によれば、接着剤３１ａ中から気泡２８が除去されるので、ノズル２２毎の液の吐出量が均一化されるとともに、側壁２５、圧力室１８、電極２６の位置精度を向上することができる。なお、第２の実施形態では、第１のヘッド構成部材の一例として第１の圧電部材１５Ａを用い、第２のヘッド構成部材の一例として第２の圧電部材１５Ｂを用いているが、これに限定されるものではない。基板１２を第１のヘッド構成部材とし、圧電体１５を第２のヘッド構成部材として、本発明を適用してもよい。

本発明は、前記実施の形態に限定されるものではない。このほか、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。

第１の実施形態に係るインクジェットヘッドの一部を破断して示す斜視図。 図１に示すインクジェットヘッドの圧電体の周囲を拡大して示す断面図。 図１に示すインクジェットヘッドの製造工程を示す断面図。 図３に示すインクジェットヘッドの製造工程のうち、次の工程を示す断面図。 図４に示すインクジェットヘッドの製造工程の次の工程を示す断面図。 第２の実施形態のインクジェットヘッドの製造工程を示す断面図。 図６に示すインクジェットヘッドの製造工程の次の工程を示す断面図。

符号の説明

１１…インクジェットヘッド、１２…基板、１４…ノズルプレート、１５…圧電体、１５Ａ…第１の圧電部材、１５Ｂ…第２の圧電部材、１６…接着剤層、１６ａ…接着剤、１８…圧力室、２２…ノズル、２５…側壁、２６…電極、２７…スペーサ、３１…接着剤層、３１ａ…接着剤、３２…第１の硬化剤、３３…第２の硬化剤

Claims (7)

1. ノズルから液を吐出するインクジェットヘッドの製造方法であって、粒状のスペーサを混合した接着剤を第１のヘッド構成部材と第２のヘッド構成部材との間に介在させ、前記第１のヘッド構成部材と前記第２のヘッド構成部材との距離が前記スペーサの直径に等しくなるようにこれらを近づける方向に加圧するとともに硬化温度まで昇温することで前記接着剤を硬化させ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. 前記接着剤は、予め脱泡処理がなさ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. 前記接着剤は、前記第１のヘッド構成部材と前記第２のヘッド構成部材とが接着される部分の面積よりも小さい面積で、前記第１のヘッド構成部材および前記第２のヘッド構成部材のいずれか一方に塗布されることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
4. ノズルから液を吐出するインクジェットヘッドの製造方法であって、第１の硬化剤と、粒状をなした第２の硬化剤と、を混合した接着剤を第１のヘッド構成部材と第２のヘッド構成部材との間に介在させ、前記第１のヘッド構成部材と前記第２のヘッド構成部材との距離が前記第２の硬化剤の直径に等しくなるようにこれらを近づける方向に加圧するとともに前記第１の硬化剤の融点以上で前記第２の硬化剤の融点以下の温度に昇温し、所定時間経過後に前記加圧状態のまま前記第２の硬化剤の融点以上の温度に昇温することで前記接着剤を硬化させることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
5. 前記接着剤は、予め脱泡処理がなされていることを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
6. 前記接着剤は、前記第１のヘッド構成部材と前記第２のヘッド構成部材とが接着される部分の面積よりも小さい面積で、前記第１のヘッド構成部材および前記第２のヘッド構成部材のいずれか一方に塗布されることを特徴とする請求項５に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
7. 複数のノズルを有するノズルプレートと、
   前記ノズルに対応する複数の圧力室と、この圧力室に隣接して設けられるとともに前記圧力室を加圧して前記ノズルから液を吐出させる駆動素子と、を有する圧電体と、
   前記圧電体が接着される基板と、
   前記圧電体と前記基板との間に介在されるとともにこれらを接着する接着剤層と、
   を具備し、
   前記接着剤層は、粒状のスペーサを含有するとともに、前記圧電体と前記基板とを接着する際に、前記圧電体と前記基板と近づける方向に加圧されることにより、前記スペーサの直径と同等の厚み寸法に形成されることを特徴とするインクジェットヘッド。

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