JP2015107556A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】基板と圧電部材との接着が適正に行われたか否かの判別を、より確実に行うことができるインクジェットヘッドを提供する。【解決手段】基板と、前記基板に固定され、インクを吐出する圧力室が形成される圧電部材と、前記基板の前記圧電部材が固定される領域に形成される第１の色の接着剤で形成される第１接着剤層と、前記第１接着剤層と前記圧電部材との間に形成される前記第１の色とは異なる第２の色の接着剤で形成される第２接着剤層と、を備えるインクジェットヘッド。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、複数のノズルからインクを吐出する、インクジェット記録装置のインクジェットヘッドに関する。

従来、インクジェット記録装置であるインクジェットプリンタが有するインクジェットヘッドは、複数のノズルからインクを吐出しシート上に画像を形成する。インクジェットヘッドとしては、互いに隣接する圧力室の隔壁をアクチュエータとして動作させるインクジェットヘッドが知られている。インクジェットヘッドは、インクを吐出するノズルを有するヘッド基板や、インク供給口とインク排出口を有するマニホールドなどを備える。

ヘッド基板は、基板と、圧力室を構成する圧電素子を含む圧電部材と、ノズルプレートと、圧電部材を駆動するための駆動信号を出力するドライバＩＣと、圧電部材とドライバＩＣを接続するための配線などを備える。圧電部材を駆動するための配線や電極は、レーザーによるパターニングによって形成される導体パターンで形成される。

圧電部材は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）である。圧電部材は基板に対して接着剤で固定される。圧電部材を接着する場合には、圧電部材と基板との間に気泡が残って接着性が低下する場合がある。そのため、両者を貼り合わせる前の前処理として基板の表面に接着剤を塗布して気泡のない接着剤層を形成してから、圧電部材側の接着面に接着剤を塗布して圧電部材を基板表面の接着剤層に対して貼り合わせることが行われている。しかし、圧電部材を基板に貼り合わせた後では、上述した前処理が基板の表面に対して行われていたか否かを確認することは難しい。そのため、前処理が行われないで圧電部材が接着されたとしても、その基板は不良品として除かれることなくそのまま次の製造工程に移行してしまう。

前処理がされていない基板は、基板と圧電部材との接着部において気泡が存在している可能性があり、後工程で不良の原因となりうる。

そこで本願発明は、基板と圧電部材との接着が適正に行われたか否かの判別を、より確実に行うことができるインクジェットヘッドを提供することを目的とする。

実施形態によれば、インクジェットヘッドは、基板と、圧電部材と、第１接着剤層と、第２接着剤層と、を備える。圧電部材は、前記基板に固定され、インクを吐出する圧力室が形成される。第１接着剤層は、前記基板の表面の前記圧電部材が固定される領域に、第１の色の接着剤で形成される。第２接着剤層は、前記第１接着剤層と前記圧電部材との間に、前記第１の色とは異なる第２の色の接着剤で形成される。

実施形態のインクジェット記録装置のヘッドを構成するヘッド基板の斜視図である。 図１に示すヘッド基板のＡ−Ａ矢印位置での断面図である。 圧電部材を基板に固定する接着剤層の詳細な構成を示す図である。 基板の表面に第１接着剤層を形成した状態を示す図である。 切削加工をする前の圧電部材を第２接着剤層により第１接着剤層の上に接着させた状態を示す図である。 接着された圧電部材を台形状に加工する切削加工がされた基板を、上方から見た場合の模式図である。

以下、実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

まず、インクジェット記録装置のインクジェットヘッドを構成するヘッド基板について説明する。図１は、インクジェット記録装置のヘッドを構成するヘッド基板の斜視図である。図２は、図１に示すヘッド基板１のＡ−Ａ矢印位置での断面図である。図３は、圧電部材を基板に固定する接着剤層を詳細に示す図である。

図１に示すヘッド基板１を備えるインクジェットヘッドは、いわゆるインク循環式のインクジェットヘッドである。ヘッド基板１は、ヘッド基板の一例である。ヘッド基板１は、基板２と、枠部材４と、圧電部材６と、ノズルプレート８と、インクジェットヘッドを駆動するドライバＩＣ１８と、ドライバＩＣ１８から圧電部材６に電力を供給する電気配線５０と、を備える。

基板２は、圧電部材６や枠部材４などが取り付けられる、板状の部材である。基板２は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などのセラミックス材料で形成される。基板２は、インク供給口１２とインク排出口１４を備える。

インク供給口１２は、インクを貯蔵するインクタンクと流体的に結合する。インク供給口１２は、基板２と、２列の圧電部材６と、ノズルプレート８によって形成される、インク供給路１８の位置に複数形成される。

インク排出口１４は、インク供給口１２から供給されたインクのうち使用されなかったインクを回収するための穴である。インク排出口１４は、インクを貯蔵するインクタンクと結合する。インク排出口１４は、基板２と、圧電部材６と、枠部材４と、ノズルプレート８によって形成される、圧電部材６の外側（枠部材４側）のインク排出路１９の位置に複数形成される。

枠部材４は、圧電部材６によってインクを吐出して印刷を行うために、基板２とノズルプレート８とによって、インクを一定量保持するインク室を形成するための枠である。枠部材４は、ステンレスなどの金属材料や、単結晶シリコンなどの無機材料、ポリイミドフィルムなどの樹脂材料を用いることができる。

圧電部材６は、ノズルプレート８に形成される多数のノズル１０からインクを吐出する多数の圧力室１６を備える。圧力室１６の表面に形成される電極に電圧を印加すると、各圧力室１６の両側の壁となる圧電部材６が変形し、容積が小さくなるように変形した圧力室１６のノズル１０からインクが吐出される。圧電部材６は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）などを用いることができる。また、図２などに示すように、圧電部材６のインク供給口１２側及びインク排出口１４側の両端部は、切削加工などにより形成される傾斜部６ｋとなっている。

本実施形態の圧電部材６は、接着剤層２０により基板２の表面に接着されている。そして、図３に示すように、接着剤層２０は、第１接着剤層２１と、第２接着剤層２２の２層で構成される。第１接着剤層２１は第１の色の接着剤で形成され、第２接着剤層２２は第１の色とは異なる第２の色の接着剤で形成される。各層の接着剤の色は、互いに異なる色であれば限定されないが、第１接着剤層２１と、第２接着剤層２２とを目視で見分けられる程度に違う色であることが好ましい。また、接着剤層を圧電部材６や基板２からも区別して視認しやすいように、圧電部材６や基板２の色とも異なることが好ましい。これは、圧電部材６が基板２に対して、２層で塗布された接着剤で固定されて製造されたものであるか否かを、接着工程の後に確実に確認できるようにするためである。例えば、第１接着剤層２１を赤色とし、第２接着剤層２２を白色とすれば、各接着剤層がはっきり違う色となるので目視での確認が容易である。赤色と白色の組み合わせや、赤色と緑色の組み合わせなどはっきりと目視で見分けやすい色であるのがより好ましい。接着剤層２０の詳細および圧電部材６を基板２に２層の接着剤で固定する接着工程の詳細については後述する。

基板２の表面に形成される電気配線５０と、圧力室１６の表面に形成される電極は、基板２と圧電部材６の表面に形成される金属薄膜（金属膜）によって形成される。具体的には、レーザービームを走査させて、電気配線５０や電極とする部分以外の領域の金属薄膜を除去して導体パターンを形成することで、電気配線５０や電極が形成される。このレーザーパターニングによって残った金属薄膜の基板２上の領域が電気配線５０として用いられ、圧電素子６の圧力室１６表面の部分が電極として用いられる。金属薄膜は、ニッケルや金により形成することができる。また、金属薄膜は、メッキ法、スパッタ法、蒸着法などの方法により形成される。

ノズルプレート８は、枠部材４に接着されて固定される。ノズルプレート８は、上述のように、枠部材４と共にヘッド基板１においてインクを滞留させる空間を形成する。ノズルプレート８には、圧電部材６によって形成される圧力室１６に対応する位置に、複数のノズル１０が形成される。ノズルプレート８は、ステンレスなどの金属材料や、単結晶シリコンなどの無機材料、ポリイミドフィルムなどの樹脂材料を用いることができる。

ドライバＩＣ１８は、圧電部材６の圧力室１６の内面に形成される各電極に対して、電気配線５０を介して、駆動信号を出力する。

次に、図３〜図６等に基づいて、本実施形態の接着剤層２０の構造の詳細および圧電部材６を基板２に固定する接着工程の詳細について説明する。図４は、基板２の表面に第１接着剤層２１を形成した状態を示す図である。図５は、切削加工をする前の圧電部材６を第２接着剤層２２により第１接着剤層２１の上に接着させた状態を示す図である。図６は、接着された圧電部材６を台形状に加工する切削加工がされた基板２を、上方から見た場合の模式図である。

まず、図４に示すように、基板２の表面の圧電部材６を固定する範囲に接着剤を塗布し、第１接着剤層２１を形成する。第１接着剤層２１の接着剤は、第１の色であり、例えば上述のように赤色の接着剤である。第１接着剤層２１は図４の円中の拡大図に示すように、基板２の表面の細かい凹凸を埋めるように塗布される。第１接着剤層２１は、例えば第１の色の接着剤をスプレーによって塗布して形成される。第１の接着剤層２１を形成した後、必要に応じてオーブン等で加熱して第１の接着剤層２１の接着剤を硬化させる。

次に、図５に示すように、圧電部材６の基板２への接着面に第２接着剤層２２を形成する接着剤が塗布された状態で、圧電部材６を基板２上の第１接着剤層２１の上に置き、互いに接着させる。第２の接着剤層２２の接着剤は、第１の色とは異なる第２の色の接着剤であり、例えば上述のように白色の接着剤である。図５の円中の拡大図に示すように、第１接着剤層２１が基板表面の細かい凹凸を埋めて、平滑な面が形成されているため、圧電部材６を第２接着剤層２２によって基板２に対して固定した場合に、接着面に気泡が残ることが効果的に抑制される。

一方、第１接着剤層が無く、接着剤が塗布された圧電部材６を基板２の表面に直接固定した場合、基板２表面の細かい凹凸内の空気が気泡として残るので好ましくない。

なお、第１接着剤層２１の接着剤と、第２接着剤層２２の接着剤は、圧電部材６と基板とを接着できれば特に限定されない。また、第１接着剤層と第２接着剤層とは、色が異なれば、同じ種類の接着剤でも異なる種類の接着剤でもよい。

次に、圧電部材６に対して切削加工を行い、図１〜３に示すような台形形状に加工する。本実施形態のヘッド基板１はノズル１０が２列並んだものであり、圧電部材６も加工により２列の台形の圧電部材６が形成される。切削加工により、第１接着剤層２１と第２接着剤層も切削されるので、図３に示すように、接着剤層２０の両端部も圧電部材６の台形の斜面（傾斜部６ｋ）から連続する斜面となる。

この状態において、第１接着剤層２１と第２接着剤層２２が異なる色の接着剤であることにより、圧電部材６が固定された基板２を上方から（図３の矢印Ａ方向から）見ると、２層の接着剤層が形成されていることを目視で容易に確認することができる。図６は、接着された圧電部材６を台形状に加工する切削加工がされた基板２を、上方から見た場合の模式図である。接着剤層２０は、上述の通り圧電部材６に対する切削加工により、左右（圧電部材の長手方向に直交する方向）は傾斜面となっている。そして、左右方向において圧電部材６よりも両側に第２接着剤層２２がはみ出ており、第２接着剤層２２よりもさらに左右方向に第１接着剤層がはみ出ている。つまり、圧電部材６の切削加工後において、圧電部材６の接着面（底面）の面積よりも、第２接着剤層２２の面積が大きく、第２接着剤層２２の面積よりも第１接着剤層２１の面積の方が大きくなっている。このように平面視（図３の矢印Ａ方向視）において、第１接着剤層２１が第２接着剤層２２よりも少し外側に広がっており、第２接着剤層２２が圧電部材６よりも少し外側に広がっていることにより、図６に示すように、基板２側から順番に第１接着剤層２１、第２接着剤層２２、圧電部材６が積層されていることを簡単に目視で確認することができる。

なお、接着剤層２０が２層であるか否かの確認は、基板２の上方からだけでなく、接着剤層を確認できる方向であればどのような方向から行ってもよい。たとえば側方から行ってもよい。

従って、例えば、基板２上に気泡が発生することを防ぐための第１接着剤層２１が塗布されず、第２接着剤層２２の接着剤だけで圧電部材６が基板２に接着された場合、この切削加工後の時点で第２の色（上述の例では、白色）の接着剤層だけ確認され、第１の色の接着剤層は確認できない。そのため、このような基板について基板表面への１層目の接着剤が塗布されないまま基板２に圧電部材６が固定されてしまっていることを簡単に、そしてより確実に確認することができる。このように接着剤塗布工程において２層で接着剤が塗布されたか否かを確実に確認することができ、不良品の発生をより抑制することができる。

次に、ヘッド基板１の全体の製造方法の一例を説明する。まず、インク供給口１２及びインク排出口１４をプレス加工により形成した基板２を焼成する。そして基板２に圧電部材６を接着する。圧電部材６は上述のようにまず基板２上に第１の色の接着剤を塗布して第１接着剤層２１を形成し、硬化させる。そして、圧電部材６の基板２への接着面に第２の色の接着剤を塗布して第２接着剤層２２を形成し、基板２の第１接着剤層２１上に接着させる。なお、この時点の圧電部材６は、圧力室１６を構成する長溝や傾斜部６ｋなどが形成されていない、板状の部材である。

次に、圧電部材６に対する加工を行う。具体的には、圧電部材６の角部を切削する切削加工を行う。角部の切削加工は、圧電部材６の角部を切削して、インク供給口１２側及びインク排出口１４側の両端部に傾斜部６ｋを形成する。角部を切削して傾斜部６ｋを形成することで、圧電部材６は、図２に示すようにノズルプレート側に近づくにつれ幅が狭くなる台形状の形状となる。

そして、上述の通り、基板２をたとえば上方から確認し、第１接着剤層２１と第２接着剤層２２が基板２と圧電部材６との間に形成されているか否かを目視で確認する。

次に、圧力室１６を形成するために、ダイシングソーなどを用いて圧電部材６に対して所定数の長溝を形成する。次に、ヘッド基板１に対して、電極及び電気配線５０を形成する。具体的には、まず、無電解メッキ法等により、基板２及び圧電部材６の表面に、金属薄膜を形成する。そして、レーザーによるパターニングにより、電極及び電気配線５０以外の部分の金属薄膜を除去することにより、電極及び電気配線５０を構成する導体パターンを形成する。

次に、ノズルプレートを接着するための面出しと圧電部材６の上面側の金属薄膜の除去のために、圧電部材６の上部を除去する加工を行う。また、基板１の外形をカットし、周辺の不要な電極の除去を行う。次に、枠部材４を基板２に対して接着し、ノズルプレート１０を枠部材４に接着して固定する。次に、基板２上の電気配線５０に接続するように、ドライバＩＣ１８を基板２に固定する。

以上の工程により本実施形態のヘッド基板１が製造される。製造したヘッド基板１に対してケースを装着することで、インクジェットヘッドを形成することができる。

なお、本実施形態において説明した接着剤層２０の確認のタイミングは、圧電部材６を台形状に加工する切削工程の後に行うとして説明したが、これに限られない。２層の接着剤層が形成された後であって、接着剤層２０が目視で確認できる状態にあるタイミングであれば他のタイミングでも良い。たとえば、圧電部材６を台形状に切削加工する前段階や、圧電部材６に長溝を形成した後でもよい。配線５０等を形成するための金属薄膜を形成した後では、接着剤が金属薄膜により覆われてしまい確認が難しいので、金属薄膜を形成する前に行うのが好ましい。

また、本実施形態では圧電部材が２列並んだヘッド基板１を示したが、圧電部材が１列あるいは３列以上形成されるヘッド基板であってもよい。

以上説明したように本実施形態によれば、基板と圧電部材との接着が適正に行われたか否かの判別を、より確実に行うことができるインクジェットヘッドを提供するできる。

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。

１ ヘッド基板
２ 基板
４ 枠部材
６ 圧電部材
８ ノズルプレート
１６ 圧力室
２０ 接着剤層
２１ 第１接着剤層
２２ 第２接着剤層
５０ 電気配線

特開２００１−３４２４３０号公報

特開平０４−１８０９８０号公報

特開平０２−２１７２３９号公報

Claims (4)

1. 基板と、
   前記基板に固定され、インクを吐出する圧力室が形成される圧電部材と、
   前記基板の表面の前記圧電部材が固定される領域に、第１の色の接着剤で形成される第１接着剤層と、
   前記第１接着剤層と前記圧電部材との間に、前記第１の色とは異なる第２の色の接着剤で形成される第２接着剤層と、
   を備えるインクジェットヘッド。
2. 前記第２接着剤層の面積は前記圧電部材の前記基板との接着面の面積よりも大きく、前記第１接着剤層の面積は前記第２接着剤層の面積よりも大きい請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記圧電部材は、該圧電部材の長手方向に直交する短手方向における両側の側面が傾斜しており、
   前記第２接着剤層は、前記圧電部材の傾斜している前記側面の前記第２接着剤層側の端部の位置より前記短手方向において外側まで出ており、
   前記第１接着剤層は、前記短手方向において前記第２接着剤層よりも外側まで出ている請求項２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記第１の色および前記第２の色は、前記基板および前記圧電部材とは異なる色である請求項１から３のいずれか１つに記載のインクジェットヘッド。

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