JP2011062866A

JP2011062866A - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JP2011062866A
Application number: JP2009214129A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Satomi; 真幸里美
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2009-09-16
Filing date: 2009-09-16
Publication date: 2011-03-31

Abstract

【課題】簡便な手法により、高精度な位置決めを行うことのできるインクジェットヘッド組み立て技術を提供する。
【解決手段】複数のノズル孔が形成されるノズルプレートであって、該ノズルプレートの第１面上の前記ノズル孔のインク流入口から該ノズル孔内に流入するインクを、該ノズルプレートの第２面上の該ノズル孔のインク吐出口から吐出させるノズルプレートと、前記ノズルプレートの前記第１面と接着剤により接着され、該ノズルプレートと協働して、インクを前記ノズル孔のインク流入口へと導くインク流路の少なくとも一部を形成する流路形成部材とを備え、前記ノズルプレートには、前記第１面上の前記流路形成部材と接着される箇所の前記接着剤に対する接触角を、前記第１面上の前記流路形成部材が接着される箇所近傍の部分の前記接着剤に対する接触角よりも小さくする表面処理が施されている。
【選択図】図７

Description

本発明は、インクジェットヘッドに関し、特に、その構成部品の高精度な組み立て技術関する。

従来、インクジェットヘッドの組み立て技術として、ＣＣＤ等の光学装置を用いて、ノズルが形成されたノズルプレートとインク流路を構成する部材との高精度な位置合わせを行う技術が知られる（例えば、特許文献１および２参照。）。

上記従来技術では、光学装置等の高価な機器を必要とし、組立作業を行う上での作業負担も大きく、より簡便な手法により高精度な位置決め精度でインクジェットヘッドの組み立てを行う技術が求められている。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、簡便な手法により、高精度な位置決めを行うことのできるインクジェットヘッド組み立て技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様は、複数のノズル孔が形成されるノズルプレートであって、該ノズルプレートの第１面上の前記ノズル孔のインク流入口から該ノズル孔内に流入するインクを、該ノズルプレートの第２面上の該ノズル孔のインク吐出口から吐出させるノズルプレートと、前記ノズルプレートの前記第１面と接着剤により接着され、該ノズルプレートと協働して、インクを前記ノズル孔のインク流入口へと導くインク流路の少なくとも一部を形成する流路形成部材とを備え、前記ノズルプレートには、前記第１面上の前記流路形成部材と接着される箇所の前記接着剤に対する接触角を、前記第１面上の前記流路形成部材が接着される箇所近傍の部分の前記接着剤に対する接触角よりも小さくする表面処理が施されているインクジェットヘッドに関する。

以上に詳述したように、本発明によれば、簡便な手法により、高精度な位置決めを行うことのできるインクジェットヘッド組み立て技術を提供することができる。

インクジェットヘッドの概略を示す図である。ノズルプレート７および流路板３を流路１（インク流路）の方向に対して垂直に（ｚ−ｘ平面で）切断した断面図である。ピエゾ隔壁２がせん断モードで変形する様子を示す図である。ピエゾ隔壁２がせん断モードで変形する様子を示す図である。ノズルプレート７の流路板３側の面（第１面）の様子を示す図である。ノズルプレート７を流路板３に接着するときの様子を示す図である。ノズルプレート７を流路板３に接着するときの様子を示す図である。ノズルプレート７を流路板３に接着するときの様子を示す図である。ノズルプレート７を接着剤層を介して流路板３の上に載せた状態を示す図である。外枠８のノズルプレート７との接着面が流路板３のノズルプレート７との接着面と同じ面上にある構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態について説明する。

まずは図１〜図４を用いてインクジェットヘッドの概略について説明する。図１に示すようにヘッド基板４には２本の流路板３（流路形成部材）が平行に、各流路板３に形成されている流路１が互いに半ピッチずれるように接着されている。さらに外枠（固定部）８が流路板３を囲むようにヘッド基板４に接着されている。ノズルプレート７は、流路板３と外枠８との双方に接着され、ノズルプレート７は流路板３および外枠８と協働してインク室９ａ、９ｂを形成している。ヘッド基板４にはインク室９ａにインクを供給するためのインク供給口１１と、インク室９ｂからインクを排出するためのインク排出口１０が形成されている。

図２はノズルプレート７および流路板３を流路１（インク流路）の方向に対して垂直に（ｚ−ｘ平面で）切断した断面図である。同図に示すように、流路１と圧力発生体としてのピエゾ隔壁２が交互に並んでいるのが分かる。ノズルプレート７はピエゾ隔壁２の上端面に接着されており、ノズルプレート７には各流路１につながるノズル６が形成されている。

ピエゾ隔壁２は、上下方向（ｚ軸方向）において２つの部分に分かれており、それぞれ矢印の示す向きに分極している（図２を参照）。ピエゾ隔壁２により区分されている流路１の側面（ピエゾ隔壁２の側壁）および底面には電極５が形成されており、ヘッド基板４上にはドライブＩＣ１２から流路板３に向かって配線（図示せず）が形成されており、ドライブＩＣ１２の出力端子と電極５とを接続している。

ドライブＩＣ１２から配線を通して電極５に電荷を供給することによりピエゾ隔壁２の内部に電界が発生する。ピエゾ隔壁２の内部に電界が発生すると、図３もしくは図４に示すようにピエゾ隔壁２がせん断モードで変形し、流路１内に満たされているインクに圧力が加わり、ノズル６からインクが吐出する。

図５は、ノズルプレート７の流路板３側の面（第１面）の様子を示している。本実施の形態において、ノズルプレート７の材質としては、例えばステンレスを採用することができる。ノズルプレート７の流路板３側の面の内、流路板３と接着されるエリアＡ（流路形成部材が接着される箇所）以外のエリアＢ（少なくとも、流路形成部材が接着される箇所近傍のエリアを含む）にはノズル６内部を除いてパリレン膜１３が０．１μｍの膜厚で形成されている（表面処理に相当）。

上記構成とすることにより、ノズルプレート７の第１面上の流路板３のピエゾ隔壁２と接着される箇所の接着剤に対する接触角は、当該第１面上の流路板３のピエゾ隔壁２が接着される箇所近傍の部分の接着剤に対する接触角よりも小さくなる。これにより、ノズルプレート７の第1面は、ピエゾ隔壁２が接着される部分には接着剤が付きやすく、且つ、ピエゾ隔壁２が接着される部分以外の部分では接着剤がはじかれやすい構成とすることができる。

なお、パリレン膜をエリアＢのみに形成するには、ノズルプレート７の流路板３側の全面にパリレン膜を形成し、エリアＡおよびノズル部のみ開口したマスクを用いて酸素プラズマによりエッチングすればよい。

図６、図７、図８はノズルプレート７を流路板３に接着するときの様子を示している。

まず、流路板３のピエゾ隔壁２の上端面に３μｍの厚さでエポキシ接着剤１４を塗布する。このとき、外枠８にもエポキシ接着剤１４が３μｍの厚さで塗布されている（図示せず）。エポキシ接着剤１４としては、例えば、３５３ＮＤ（エポテック社製）を採用することができる。ノズルプレート７と流路板３との位置合わせを突き当てで行った後、ノズルプレート７を流路板３の上に載せると例えば図６に示すような状態となる。このとき外枠８の上にもエポキシ接着剤１４を介してノズルプレート７が載っている。

図７に示すように、ノズルプレート７のエリアＢにはパリレン膜１３が形成されており、エポキシ接着剤１４をはじきやすくなっているので、エポキシ接着剤１４はエリアＢに広がることなくエリアＡにとどまっている。すると、エポキシ接着剤１４の表面張力によりノズルプレート７に対して矢印Ｃの方向に力が働く。

この表面張力の作用により、ノズルプレート７は徐々に動き、最終的には図８に示すような状態となり、自動的に流路板３に対する位置合わせが行われる。この後、エポキシ接着剤１４を加熱して硬化させることにより、ノズルプレート７と流路板３との接着およびノズルプレート７と外枠８との接着が完了する。

続いて、外枠８のノズルプレート７との接着面が、流路板３のノズルプレート７との接着面よりも後退していることによる効果について説明する。

まず、流路板３のピエゾ隔壁２の上端面と外枠８上にエポキシ接着剤１４を塗布する。そして、ノズルプレート７と流路板３との位置合わせを突き当てで行った後、ノズルプレート７を接着剤層を介して流路板３の上に載せると図９に示すような状態となる。図９に示すように、外枠８の接着面は、流路板３の接着面よりも例えば約０．５ｍｍ後退しているので、ノズルプレート７は外枠８上のエポキシ接着剤１４（図示せず）に接触していない。

図９に示す構成によれば、ノズルプレート７が外枠８上のエポキシ接着剤と接触する場合、例えば外枠８のノズルプレート７との接着面が流路板３のノズルプレート７との接着面と同じ面上（ｚ軸方向における同じ高さ位置）にある場合（図１０を参照）に比べて、エポキシ接着剤１４の表面張力によるノズルプレート７の位置補正を妨げる力、すなわちノズルプレート７が外枠８上のエポキシ接着剤１４と接触することにより発生する抵抗力が働かないため、より早く、より確実にノズルプレート７と流路板３との自動的な位置合わせを実現することができる。その後ノズルプレート７を流路板３および外枠８へ押さえつけて接着剤を硬化させる。このとき、ノズルプレート７は、接着面の段差の分、わずかに変形するが、ノズル周辺部は変形しないので、インクの吐出に影響を与えることはない。

本実施の形態では、接着剤および接着剤をはじく膜としてそれぞれ、エポキシ接着剤３５３ＮＤ（エポテック社製）およびパリレン膜を用いているが、これに限られるものではなく、膜によって接着剤をはじくことのできる組み合わせであればどのようなものでもよい。接着剤をはじく膜としては、例えばＰＴＦＥを採用することができる。また、本実施形態では、接着剤をはじく膜の膜厚として０．１μｍ、接着剤の塗布の厚さとして３μｍ、外枠の接着面の後退量として０．５ｍｍとしたが、これに限らず流路幅、ノズル径等、他の寸法を考慮する等して適宜決定することができることは言うまでもない。

なお、本実施の形態では、ノズルプレート７における、第１面上のピエゾ隔壁２が接着される箇所近傍の部分の接着剤に対する接触角よりも小さい接触角となっている被接着領域は、ピエゾ隔壁２における前記ノズルプレートに接着される被接着面（ピエゾ隔壁２の上端面）と略同じ形状となっている。

このように、ノズルプレート７におけるピエゾ隔壁２の上端面が接着される領域の形状と、ピエゾ隔壁２の上端面の形状とをほぼ同じにすることにより、接着剤と空気との界面で発生する表面張力によるノズルプレートに働く力のｘ−ｙ平面方向における成分が、位置合わせ動作がほぼ完了するまで、位置ずれを少なくする方向に働くので、例えば、ピエゾ隔壁２の上端面が接着される領域の形状がピエゾ隔壁２の上端面の形状より大きい場合には、位置合わせ動作の後期にノズルプレートに働く力が相殺されるが、このような事態を回避することができる。これにより、接着剤の表面張力をより効率的に活用した自動位置合わせを実現することが可能となる。

また、本実施の形態では、ノズルプレート７の第１面上における、ピエゾ隔壁２が接着される領域の外縁からインク流入口の外縁までの距離ａは、ノズルプレート７が接着剤を介してピエゾ隔壁２の被接着面上に載置された状態における接着層の厚みｂよりも大きくなるように設定されている。

以上のように、本実施の形態によれば、ノズルプレート７と流路板３とを貼り付ける際、接着剤が塗布された流路板３に対してある程度位置合わせをしてノズルプレート７を載せると、ノズルプレート７の流路板３側の面（第１面）の内、流路に面する部分はノズルプレート７の流路板３との接着部位にくらべて接着剤をはじきやすくなっているので、接着剤は、流路に面するノズルプレート７表面に広がることがなく、ノズルプレート７の接着部と流路板３とに挟まれた部分にとどまる。その結果、ノズルと流路の位置が多少ずれていても、接着剤の表面張力の作用によってノズルと流路との自動的な位置合わせが行われる。よって、特別な機器を用いた高精度な位置合わせを行う必要がなく、突き当て等の簡便な方法でノズルプレートとヘッド基板との高精度な位置合わせを行うことができる。

（第２の実施の形態）
続いて、本発明の第２の実施の形態について説明する。

本発明の第２の実施の形態は、上述した第１の実施の形態の変形例である。以下、第１の実施の形態にてすでに説明した部分と同様な機能を有する部分には同一符号を付し、説明は割愛する。

上述の実施の形態では、ノズルプレート７の第１面におけるピエゾ隔壁２の上端面と接着される領域以外の部分に、接着剤をはじくコーティングを施す構成を例示したが、本実施の形態では、ノズルプレート７の第１面におけるピエゾ隔壁２の上端面と接着される領域に接着剤が付きやすくなるようなコーティング（接着剤に対する接触角を小さくするための表面処理）を施す構成となっている。例えばステンレス製ノズルプレートに対して、酸化チタン膜を形成する。

この場合、ノズルプレート７の第１面におけるピエゾ隔壁２の上端面と接着される領域以外の部分については、接着剤をはじくコーティングをさらに施してもよいし、特にコーティングをしない構成とすることもできる。

本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、前述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する全ての変形、様々な改良、代替および改質は、すべて本発明の範囲内のものである。

７ノズルプレート、２ピエゾ隔壁、３流路板、４ヘッド基板、８外枠、９ａインク室、９ｂインク室、１０インク排出口、１１インク供給口。

特開２００２−３０７６９１号公報

特開２００７-３１３７３５号公報

Claims

複数のノズル孔が形成されるノズルプレートであって、該ノズルプレートの第１面上の前記ノズル孔のインク流入口から該ノズル孔内に流入するインクを、該ノズルプレートの第２面上の該ノズル孔のインク吐出口から吐出させるノズルプレートと、
前記ノズルプレートの前記第１面と接着剤により接着され、該ノズルプレートと協働して、インクを前記ノズル孔のインク流入口へと導くインク流路の少なくとも一部を形成する流路形成部材とを備え、
前記ノズルプレートには、前記第１面上の前記流路形成部材と接着される箇所の前記接着剤に対する接触角を、前記第１面上の前記流路形成部材が接着される箇所近傍の部分の前記接着剤に対する接触角よりも小さくする表面処理が施されているインクジェットヘッド。
請求項１に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記ノズルプレートの前記第１面上の前記流路形成部材が接着される箇所近傍の部分には、前記接着剤に対する接触角を大きくするための表面処理が施されており、
前記ノズルプレートの前記第１面における前記流路形成部材が接着される箇所には、前記接着剤に対する接触角を大きくするための表面処理が施されていないインクジェットヘッド。
請求項１に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記ノズルプレートの前記第１面における前記流路形成部材が接着される箇所には、前記接着剤に対する接触角を小さくするための表面処理が施されており、
前記ノズルプレートの前記第１面上の前記流路形成部材が接着される箇所近傍の部分には、前記接着剤に対する接触角を小さくするための表面処理が施されていないインクジェットヘッド。
請求項２または３に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記ノズルプレートにおける、前記第１面上の前記流路形成部材が接着される箇所近傍の部分の前記接着剤に対する接触角よりも小さい接触角となっている被接着領域は、前記流路形成部材における前記ノズルプレートに接着される被接着面と略同じ形状となっているインクジェットヘッド。
請求項１〜４のいずれか１項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記流路形成部材は、前記流路形成部材に対して接着されるノズルプレートを固定するための固定部を備え、
前記固定部は、前記ノズルプレートが前記接着剤を介して前記流路形成部材の被接着面上に載置された状態において、前記ノズルプレートに接触しないように形成されているインクジェットヘッド。
請求項２に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記ノズルプレートにおける、前記接着剤に対する接触角を大きくするための表面処理が施された領域は、前記インクジェットヘッドにおける吐出対象となるインクに対する接触角が９０以上であるインクジェットヘッド。
請求項１〜６のいずれか１項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記流路形成部材における、前記ノズルプレートに接着される部位は、ピエゾ隔壁の端面であるインクジェットヘッド。