JP2013166320A - 液体噴射ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】連通孔内の接着剤の剥がれを防ぎ、ノズルから噴射される液体の噴射特性のばらつきを抑制することができる液体噴射ヘッドを提供する。
【解決手段】圧力発生手段１８の駆動により容積が変化する圧力室３５が形成された流路基板２０と、該流路基板の一側の面に接合され、当該面側から圧力室を区画すると共に、圧力室に連通する連通孔３９が板厚方向に貫通された連通板１９と、該連通板の流路基板とは反対側の面に接合され、連通孔に連通するノズル４４が開口されたノズル基板２２と、を備えた液体噴射ヘッド２であって、流路基板と連通板とを接合する第１の接着剤４０と、連通板とノズル基板とを接合する第２の接着剤４１とが、連通孔の内面に沿って延在する第１の接着剤又は第２の接着剤を介して接続された。
【選択図】図２

Description

本発明は、ノズルに連通した圧力室に圧力変動を与えて、圧力室内の液体をノズルから噴射させる液体噴射ヘッドに関する。

液体噴射装置は液体噴射ヘッドを備え、この噴射ヘッドから各種の液体を噴射する装置である。この液体噴射装置としては、例えば、インクジェット式プリンターやインクジェット式プロッター等の画像記録装置があるが、最近ではごく少量の液体を所定位置に正確に着弾させることができるという特長を生かして各種の製造装置にも応用されている。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターを製造するディスプレイ製造装置，有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイやＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極を形成する電極形成装置，バイオチップ（生物化学素子）を製造するチップ製造装置に応用されている。そして、画像記録装置用の記録ヘッドでは液状のインクを噴射し、ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドではＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を噴射する。また、電極形成装置用の電極材噴射ヘッドでは液状の電極材料を噴射し、チップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッドでは生体有機物の溶液を噴射する。

この種の液体噴射ヘッドには、例えば、図５（ａ）に示すように、圧力室９０が形成された流路基板９１と、ノズル９２が開口されたノズル基板９３との間に、連通板９４を設けたものがある（例えば、特許文献１参照）。この連通板９４には、圧力室９０とノズル９２とを連通させる連通孔９５が設けられている。また、流路基板９１と連通板９４、連通板９４とノズル基板９３は、接着剤９６ａ、９６ｂを介して接合されている。そして、圧電素子９７（圧力発生手段の一種）を駆動することにより圧力室９０内の液体に圧力変化を与え、この圧力変化を利用して圧力室９０内の液体が連通孔９５を介してノズル９２から噴射される。

上記した連通板９４は、例えば、表面を（１１０）面としたシリコン単結晶基板をウェットエッチングすることにより作成される。このため、連通孔９５の形状は、流路基板９１と連通板９４との接合面側から見て平行四辺形状に形成されている。また、各基板を接合する接着剤９６ａ、９６ｂは、基板間の隙間を充填させるために液体状の接着剤が用いられる。

特開２００９−０５６６０１号公報

上記のような構成において、ノズル基板９３と連通板９４とを接着剤９６ｂを介して接合する際に、この接着剤９６ｂが毛細管力により連通孔９５の内角部分に沿って上側（流路基板９１側）に進行する現象が確認されている。このため、ノズル基板９３と連通板９４を接合した後において、図５（ａ）に示すように、硬化した接着剤９６ｂが連通孔９５の内面に残ることがあった。この接着剤９６ｂのうち圧力室９０の中央側に残った接着剤９６ｂは、その先端部が圧力室９０側に露出するため、図５（ｂ）に示すように、圧力室９０からノズル９２に向かう液体の流れ等により先端部側から剥がれる虞があった。この剥がれた接着剤９６ｂが、ノズル９２から外側に突出すると、ノズル９２から噴射される液滴の噴射特性（液滴の量、飛翔速度、飛翔方向等）がばらつく虞があった。また、この接着剤９６ｂがノズル９２を目詰まりさせる虞もあった。

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、連通孔内の接着剤の剥がれを防ぎ、ノズルから噴射される液体の噴射特性のばらつきを抑制することができる液体噴射ヘッドを提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、圧力発生手段の駆動により容積が変化する圧力室が形成された流路基板と、
該流路基板の一側の面に接合され、当該面側から前記圧力室を区画すると共に、前記圧力室に連通する連通孔が板厚方向に貫通された連通板と、
該連通板の流路基板とは反対側の面に接合され、前記連通孔に連通するノズルが開口されたノズル基板と、
を備えた液体噴射ヘッドであって、
前記流路基板と連通板とを接合する第１の接着剤と、前記連通板とノズル基板とを接合する第２の接着剤とが、前記連通孔の内面に沿って延在する前記第１の接着剤又は前記第２の接着剤を介して接続されたことを特徴とする。

本発明によれば、第１の接着剤と第２の接着剤とが、連通孔の内面に沿って延在する接着剤（第１の接着剤又は第２の接着剤）を介して接続されたので、この接着剤が剥がれるのを防止することができる。これにより、剥がれた接着剤によって圧力室からノズルへ向かう液体の流れが阻害されることを防止でき、ノズルから噴射される液滴の噴射特性のばらつきを抑制することができる。

上記構成において、前記連通孔は、前記流路基板と連通板との接合面側から見て多角形状に形成され、
前記第１の接着剤又は前記第２の接着剤が、前記連通孔の内角部分に沿って延在することが望ましい。

この構成によれば、接着剤を毛細管力により連通孔の内角部分に沿って進行させることができる。これにより、第１の接着剤と第２の接着剤とを容易に接続することができる。

プリンターの構成を説明する斜視図である。 記録ヘッドの要部断面図である。 図２におけるＡ−Ａ線断面の要部拡大図である。 記録ヘッドの製造方法を説明する模式図である。 従来の記録ヘッドの要部断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を、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、以下の説明は、本発明の液体噴射装置として、インクジェット式プリンター１（本発明の液体噴射装置の一種）を例に挙げて行う。

図１はプリンター１の構成を示す斜視図である。このプリンター１は、液体噴射ヘッドの一種であるインクジェット式記録ヘッド２（以下、記録ヘッド）が取り付けられると共に、液体貯留部材の一種であるインクカートリッジ３が着脱可能に取り付けられるキャリッジ４を備えている。このキャリッジ４の後部には、キャリッジ４を記録紙５（記録媒体および着弾対象の一種）の紙幅方向、即ち、主走査方向に往復移動させるキャリッジ移動機構６を備えている。また、記録動作時における記録ヘッド２の下方には、間隔を空けてプラテン７を備えている。このプラテン７上には、プリンター１の後方に備えた搬送機構８によって、記録紙５が主走査方向に直交する副走査方向に搬送される。

キャリッジ４は、主走査方向に架設されたガイドロッド９に軸支された状態で取り付けられており、キャリッジ移動機構６の作動により、ガイドロッド９に沿って主走査方向に移動する。キャリッジ４の主走査方向の位置は、位置情報検出手段の一種であるリニアエンコーダー１０によって検出され、その検出信号、即ち、エンコーダーパルス（位置情報の一種）をプリンター１の制御部に送信する。キャリッジ４の移動範囲内における記録領域よりも外側の端部領域には、キャリッジ４の走査の基点となるホームポジションが設定されている。プリンター１は、このホームポジションから反対側の端部へ向けてキャリッジ４が移動する往動時と、反対側の端部からホームポジション側にキャリッジ４が戻る復動時との双方向で記録紙５上に文字や画像等を記録する所謂双方向記録を行う。

また、ホームポジションには、後述するノズル形成面（ノズル基板２２：図２参照）を封止するキャッピング部材１１と、ノズル形成面を払拭するためのワイパー部材１２とが配置されている。そして、プリンター１は、このホームポジションから反対側の端部へ向けてキャリッジ４が移動する往動時と、反対側の端部からホームポジション側にキャリッジ４が戻る復動時との双方向で記録紙５上に文字や画像等を記録する所謂双方向記録を行う。

記録ヘッド２について説明する。図２は、記録ヘッド２の要部断面図である。図３は、図２におけるＡ−Ａ線断面の要部拡大図である。本実施形態における記録ヘッド２は、ヘッドケース１５、コンプライアンス基板１６、保護基板１７、圧電素子１８（圧力発生手段の一種）、振動板１９、流路基板２０、連通板２１およびノズル基板２２を積層して構成されている。

ヘッドケース１５は、インクカートリッジ３からのインクを後述するリザーバー３２に供給するケース流路２４が形成された部材である。ケース流路２４は、下端側がリザーバー３２の上部（天井部分）と連通され、上端側がインクカートリッジ３に接続されるインク導入針（図示せず）と連通されている。また、ヘッドケース１５の下面のうちコンプライアンス基板１６の封止部２９（後述）に対向する部分には、封止膜２６の可撓変形を阻害しない程度の封止空間２５が備えられている。

コンプライアンス基板１６は、可撓性を有する封止膜２６と金属等の硬質の部材からなる固定基板２７とを積層した基板であり、ヘッドケース１５の下面に接合されている。このコンプライアンス基板１６には、リザーバー３２にインクを導入するインク導入口２８が厚さ方向に貫通して形成されている。また、コンプライアンス基板１６のリザーバー３２に対向する領域のうちインク導入口２８以外の領域は、固定基板２７が除去された封止膜２６のみからなる封止部２９となっている。これにより、リザーバー３２は可撓性を有する封止部２９により封止され、コンプライアンスが得られることになる。

保護基板１７は、圧電素子１８に対向する領域にその変位を阻害しない程度の大きさの圧電素子保持空間３０が形成された基板であり、コンプライアンス基板１６の下面に接合されている。この保護基板１７には、後述する流路基板２０の連通空部３７に対向する位置に、厚さ方向に貫通した導入空部３１が設けられている。導入空部３１は連通空部３７と連通し、圧力室３５にインクを供給するリザーバー３２（共通液室）を構成する。

振動板１９は、弾性膜および絶縁体膜が積層された弾性基板であり、保護基板１７の下面に接合されている。この振動板１９の導入空部３１に対応する部分は上下に貫通しており、導入空部３１と連通空部３７とを連通させている。また、振動板１９（絶縁体膜）上であって、後述する流路基板２０の圧力室３５に対向する部分には、下電極膜、圧電体層及び上電極膜が順次積層された圧電素子１８が形成されている。この圧電素子１８は、図示しない配線部材に接続されている。そして、圧電素子１８は、配線部材を通じて制御部からの駆動信号（駆動電圧）が印加されることにより、撓み変形する。これにより、圧力室３５内の容積を変化させることができる。

流路基板２０は、振動板１９（弾性膜）の下面に接合された、シリコン単結晶からなる基板である。この流路基板２０には、圧力室３５、インク供給路３６および連通空部３７が板厚方向に貫通した状態で形成されている。圧力室３５は、ノズル列方向に直交する方向に長尺な空部であり、各ノズル４４に対応して複数形成されている。この圧力室３５のインク供給路３６（リザーバー３２）とは反対側の端部には、後述する連通板２１の連通孔３９が連通されている。そして、この連通孔３９を介して、圧力室３５はノズル４４と連通されている。インク供給路３６は、圧力室３５と連通空部３７とを繋ぐ流路であり、圧力室３５よりも狭い幅で形成されている。連通空部３７は、導入空部３１に対応する部分に形成され、この導入空部３１と共にリザーバー３２を構成している。なお、本実施形態の圧力室３５、インク供給路３６および連通空部３７の下面（底面）は、連通板２１によって区画されている。そして、これらの表面は、後述する第１の接着剤４０によって覆われている。

連通板２１は、流路基板２０の下面に接合された、シリコン単結晶からなる基板であ
る。この連通板２１には、連通孔３９が板厚方向を貫通した状態で形成されている。本実施形態の連通板２１は、表面を（１１０）面としたシリコン単結晶基板をウェットエッチングすることにより作成されている。このため、連通孔３９は、図３に示すように、流路基板２０と連通板２１との接合面側から見て平行四辺形状に形成されている。そして、この連通板２１の流路基板２０側の表面には、連通板２１と流路基板２０とを接合する第１の接着剤４０の層が形成されている。また、連通板２１のノズル基板２２側の表面には、連通板２１とノズル基板２２とを接合する第２の接着剤４１の層が形成されている。

本実施形態では、第２の接着剤４１が、ノズル基板２２側から流路基板２０側に向けて連通孔３９の内面に沿って延在されている。この連通孔３９の内面に沿って延在された第２の接着剤４１を介して、第１の接着剤４０と第２の接着剤４１とが流路基板２０側（圧力室３５側）で接続されている。より具体的には、連通孔３９の平行四辺形状の四隅（４つの内角部分４２）において、第２の接着剤４１がノズル基板２２側から流路基板２０側に亘って延在し、その端部（先端部）が、連通板２１の上面（流路基板２０との接合面）に塗布された第１の接着剤４０と接続されている。すなわち、第１の接着剤４０は、連通板２１の上面において連通孔３９の開口縁まで塗布されており、この開口縁の隅角部分で、連通板２１の下面側から各内角部分４２（４２ａ〜４２ｄ）に沿って延在する第２の接着剤４１とそれぞれ接続されている。なお、第１の接着剤４０および第２の接着剤４１は、例えば、液体状のエポキシ系接着剤が使用される。

ノズル基板２２は、連通板２１の下面（流路基板２０とは反対側の面）に第２の接着剤４１を介して接合されている。このノズル基板２２には、ドット形成密度に対応したピッチで複数のノズル４４が列状に開設されている。例えば、３６０ｄｐｉに対応するピッチで３６０個のノズル４４を列設することでノズル列（ノズル群の一種）が構成されている。また、本実施形態のノズル４４は、図３に示すように、流路基板２０と連通板２１との接合面側から見て連通孔３９の中央部に連通されている。

そして、インクカートリッジ３からのインクは、ケース流路２４、リザーバー３２、インク供給路３６、を介して圧力室３５に供給される。この状態で圧電素子１８を駆動させると、圧力室３５内のインクに圧力変動が生じる。この圧力変動を利用することで連通孔３９を介してノズル４４からインクを噴射している。

次に、記録ヘッド２の製造方法について説明する。図４（ａ）〜（ｃ）は、記録ヘッド２の製造工程を説明した模式図である。

まず、図４（ａ）に示すように、連通板２１の上面（流路基板２０側の面）の全面に転写等の塗布方法により、第１の接着剤４０が略均一に塗布される。この状態で、保護基板１７、圧電素子１８、振動板１９および流路基板２０を予め積層してユニット化したアクチュエーターユニット４５が、連通板２１の上面側から押し当てられて接着される。なお、第１の接着剤４０は、連通孔３９の縁から垂れ落ちない程度の量に設定されている。

次に、図４（ｂ）に示すように、連通板２１の下面（ノズル基板２２側の面）の全面に第２の接着剤４１が塗布される。このとき、第２の接着剤４１は、ノズル基板２２と連通板２１とを接着する際に連通孔３９の縁から漏れ出る程度の量に設定される。この状態で、ノズル基板２２を連通板２１の下面側から押し当てると、連通孔３９の縁から漏れ出た第２の接着剤４１が、毛細管力により連通孔３９の内角部分４２に沿って上側（流路基板２０側）に進行する。なお、本実施形態の連通孔３９では、図３に示すように、内角部分４２として鋭角部分４２ｂ、４２ｃと鈍角部分４２ａ、４２ｄとが存在するが、両部分とも第２の接着剤４１が進行する。そして、連通板２１の上面側の連通孔３９の開口縁まで進行した第２の接着剤４１は、硬化した第１の接着剤４０と接続される。この状態で、第２の接着剤４１が硬化すると、連通板２１にノズル基板２２が固定されると共に、第１の接着剤４０に第２の接着剤４１の先端部が固定される（図４（ｃ）参照）。ここで、第１の接着剤４０と第２の接着剤４１は、同種の接着剤であることが望ましい。このようにすれば、第１の接着剤４０と第２の接着剤４１とを強固に接続することができる。

そして、図４（ｃ）に示すように、予めコンプライアンス基板１６が接合されたヘッドケース１５が、アクチュエーターユニット４５（保護基板１７）の上面側（ノズル基板２２とは反対側）から接着剤等を用いて接合される。

このように、第１の接着剤４０と第２の接着剤４１とが、連通孔３９の内面に沿って延在する第２の接着剤４１を介して接続されたので、この第２の接着剤４１が剥がれるのを防止することができる。これにより、剥がれた第２の接着剤４１によって圧力室３５からノズル４４へ向かうインクの流れが阻害されることを防止でき、ノズル４４から噴射されるインク滴の噴射特性（インク滴の量、飛翔速度、飛翔方向等）のばらつきを抑制することができる。また、連通孔３９が、流路基板２０と連通板２１との接合面側から見て平行四辺形状に形成されたので、第２の接着剤４１を毛細管力により連通孔３９の内角部分４２に沿って進行させることができる。これにより、第１の接着剤４０と第２の接着剤４１とを容易に接続することができる。

ところで、本発明は、上記した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、上記した実施形態では、第２の接着剤４１を連通孔３９内に延在させて第１の接着剤４０と第２の接着剤４１とを接続したが、第１の接着剤を連通孔内に延在させてもよい。この場合、アクチュエーターユニット（流路基板）と連通板とを接着する際に、連通板の表面に第１の接着剤を多めに塗布することで、第１の接着剤を連通孔の縁から垂れ落ちさせる。これにより、連通孔内に第１の接着剤を延在させることができ、連通孔の下端側（ノズル基板側）で第１の接着剤と第２の接着剤とを接続することができる。

また、上記した実施形態では、連通孔３９の形状が流路基板２０と連通板２１との接合面側から見て平行四辺形状に形成されたが、これには限られず、例えば、六角形状に形成することも可能である。すなわち、連通孔は、流路基板と連通板との接合面側から見て多角形状に形成され、第１の接着剤又は第２の接着剤が連通孔の内角部分に沿って延在されていればよい。

さらに、上記した実施形態では、圧力発生手段として、所謂撓み振動型の圧電素子１８を例示したが、これには限られず、例えば、所謂縦振動型の圧電素子を採用することも可能である。その他、圧力発生手段としては、発熱によりインクを突沸させることで圧力変動を生じさせる発熱素子や、静電気力により圧力室の区画壁を変位させることで圧力変動を生じさせる静電アクチュエーターなどの圧力発生手段を採用する構成においても本発明を適用することが可能である。

そして、以上では、液体噴射ヘッドの一種であるインクジェット式記録ヘッド２を備えたプリンター１を例に挙げて説明したが、本発明は、他の液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置にも適用することができる。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）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を備えた液体噴射装置にも本発明を適用することができる。

１…プリンター，２…記録ヘッド，３…インクカートリッジ，４…キャリッジ，５…記録紙，１５…ヘッドケース，１６…コンプライアンス基板，１７…保護基板，１８…圧電素子，１９…振動板，２０…流路基板，２１…連通板，２２…ノズル基板，２４…ケース流路，２５…封止空間，２６…封止膜，２７…固定基板，２８…インク導入口，２９…封止部，３０…圧電素子保持空間，３１…導入空部，３２…リザーバー，３３…弾性膜，３４…絶縁体膜，３５…圧力室，３６…インク供給路，３７…連通空部，３９…連通孔，４０…第１の接着剤，４１…第２の接着剤，４２…内角部分，４４…ノズル，４５…アクチュエーターユニット

Claims (2)

1. 圧力発生手段の駆動により容積が変化する圧力室が形成された流路基板と、
   該流路基板の一側の面に接合され、当該面側から前記圧力室を区画すると共に、前記圧力室に連通する連通孔が板厚方向に貫通された連通板と、
   該連通板の流路基板とは反対側の面に接合され、前記連通孔に連通するノズルが開口されたノズル基板と、
   を備えた液体噴射ヘッドであって、
   前記流路基板と連通板とを接合する第１の接着剤と、前記連通板とノズル基板とを接合する第２の接着剤とが、前記連通孔の内面に沿って延在する前記第１の接着剤又は前記第２の接着剤を介して接続されたことを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 前記連通孔は、前記流路基板と連通板との接合面側から見て多角形状に形成され、
   前記第１の接着剤又は前記第２の接着剤が、前記連通孔の内角部分に沿って延在することを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。

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