JP2018122554A - 部材、液体噴射ヘッドチップ、液体噴射ヘッド、液体噴射装置および切断方法 - Google Patents

部材、液体噴射ヘッドチップ、液体噴射ヘッド、液体噴射装置および切断方法 Download PDF

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Abstract

【課題】母材から容易に切断するとともに切断面の精度を向上することができる部材、液体噴射ヘッドチップ、液体噴射ヘッド、液体噴射装置および切断方法を提供する。【解決手段】実施形態の部材100は、母材から切断されることによって形成される、切断面Fを有する部材であって、母材に含まれている基材101と、母材に設けられた空隙102に埋設されるとともに基材101よりも切断性に優れる充填材103と、を備え、切断面Fに、基材101及び充填材103が共に露出している。【選択図】図3

Description

本発明は、部材、液体噴射ヘッドチップ、液体噴射ヘッド、液体噴射装置および切断方法に関する。
従来、記録紙等の被記録媒体に液滴状のインクを吐出して、被記録媒体に画像や文字を記録する装置として、インクジェットヘッド(液体噴射ヘッド)を備えたインクジェットプリンタ(液体噴射装置)がある。
例えば、特許文献1には、ノズル孔が二列並んだ二列タイプのインクジェットヘッドにおいて、ポンプ室を内側に並べ、外側からインクを導入し外側にインクを戻す構成が開示されている。
米国特許第8091987号明細書
ところで、製造効率の向上を図る観点等から、インクジェットヘッド等を構成する部材は、容易に切断可能な母材から切り出されることが好ましい。しかし、母材の形成材料の種類によっては、母材を切断することが困難となり、製造効率が低下する場合があった。また、母材を切断することが困難であると、切断面の精度が低下する場合があった。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、母材から容易に切断するとともに切断面の精度を向上することができる部材、液体噴射ヘッドチップ、液体噴射ヘッド、液体噴射装置および切断方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る部材は、母材から切断されることによって形成される、切断面を有する部材であって、前記母材に含まれている基材と、前記母材に設けられた空隙に埋設されるとともに前記基材よりも切断性に優れる充填材と、を備え、前記切断面に、前記基材及び前記充填材が共に露出していることを特徴とする。
この構成によれば、前記切断面に基材及び充填材が共に露出していることで、母材が基材のみで構成された場合と比較して、母材の切断面において基材よりも切断性に優れる充填材の面積を大きく確保することができ、母材を切断する際の負荷を低減することができる。したがって、母材から容易に切断するとともに切断面の精度を向上することができる部材を提供することができる。
上記の部材において、前記充填材は、前記切断面の両端部に設けられていてもよい。
この構成によれば、充填材を切断面の一端部にのみ設けた場合と比較して、母材の切断面において基材よりも切断性に優れる充填材の面積を大きく確保することができ、母材を切断する際の負荷を低減することができる。加えて、母材の切断時において切り始め及び切り終わりの負荷を低減することができる。したがって、母材から部材をより一層容易に切断することができる。
上記の部材において、前記部材は、液体噴射ヘッドチップの部材であり、前記切断面の少なくとも一部には、液体が流れる開口が形成されていてもよい。
この構成によれば、母材から容易に切断するとともに切断面の精度を向上することができる部材を液体噴射ヘッドチップの部材とすることで、液体噴射ヘッドチップの部材の製造効率及び製品精度を向上する観点で実益がある。
上記の部材において、前記基材は、前記充填材よりも脆くてもよい。
この構成によれば、基材が充填材よりも脆い場合であっても、母材の切断面において基材よりも切断性に優れる充填材の面積を大きく確保することができるため、母材を切断する際の負荷を低減することができる。したがって、基材の脆弱性に起因して部材が壊れたり砕けたりすることを抑制しつつ、母材から部材をより一層容易に切断する観点で好ましい。
上記の部材において、前記基材は、カーボン、ケイ素、二酸化ケイ素、窒化ホウ素からなる群から選択される何れか一つ以上の物質であることが好ましい。
この構成によれば、基材の脆弱性に起因して部材が壊れたり砕けたりすることを抑制しつつ、母材から部材をより一層容易に切断する観点でより好ましい。
上記の部材において、前記基材は、前記充填材よりも硬いことが好ましい。
ところで、部材の硬度を高める観点からは、部材における基材を充填材よりも硬くすることが考えられる。しかし、基材を充填材よりも硬くした場合、基材を切断することがより一層困難となる可能性がある。
これに対し、この構成によれば、基材が充填材よりも硬い場合であっても、母材の切断面において基材よりも切断性に優れる充填材の面積を大きく確保することができるため、母材を切断する際の負荷を低減することができる。したがって、部材の硬度を高めつつ、母材から部材をより一層容易に切断する観点で好ましい。
上記の部材において、前記基材は、ケイ素、炭化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化ガリウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、セラミックスからなる群から選択される何れか一つ以上の物質であることが好ましい。
この構成によれば、部材の硬度を高めつつ、母材から部材をより一層容易に切断する観点でより好ましい。
上記の部材において、前記切断面は、第二部材が接合される接合面を兼ねており、前記充填材は、前記基材よりも接着性に優れることが好ましい。
この構成によれば、部材が基材のみで構成された場合と比較して、第二部材の接合面を兼ねる部材の切断面において、基材よりも接着性に優れる充填材の面積を大きく確保することができるため、部材の切断面と第二部材との接着性を高めることができる。
ところで、部材の接着性を高める方法としては、部材を表面処理で改質する方法がある。しかし、部材をいったん表面処理で改質しても、部材と他の部材との接合体(積層体)を切断した後の切断面は表面処理で改質されていない。部材を切断する毎に切断面を表面処理で改質することも考えられるが、加工工数がかかるため好ましくない。これに対し、この構成によれば、部材の切断面において基材よりも接着性に優れる充填材の面積を大きく確保することができるため、切断面を表面処理で改質する必要がなく、加工工数もかからないため好適である。
上記の部材において、前記充填材は、接着剤、レジスト、ゴム、プラスチック、硬化性材料からなる群から選択される何れか一つ以上の物質であることが好ましい。
この構成によれば、部材の切断面と第二部材との接着性を高める観点でより好ましい。
上記の部材において、前記基材は、カーボン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアセタール、フッ素樹脂からなる群から選択される何れか一つ以上の物質であることが好ましい。
この構成によれば、基材が充填材よりも接着性に劣るため、部材の切断面と第二部材との接着性を高める観点でより好ましい。
本発明の一態様に係る液体噴射ヘッドチップは、第1方向に沿って延在する複数のチャネルが前記第1方向に直交する第2方向に間隔をあけて並設されたアクチュエータプレートを備え、前記アクチュエータプレートは、上記の部材であることを特徴とする。
この構成によれば、アクチュエータプレートが上記の部材である液体噴射ヘッドチップにおいて、アクチュエータプレートを容易に作製し且つ切断面の精度を向上することができるため、製造効率及び製品精度を向上することができる。
本発明の一態様に係る液体噴射ヘッドは、第1方向に沿って延在する複数のチャネルが前記第1方向に直交する第2方向に間隔をあけて並設されるとともに、前記第1方向及び前記第2方向に直交する第3方向に対向配置された一対のアクチュエータプレートと、前記一対のアクチュエータプレートにおける前記チャネルの開口端側に配設されるとともに、前記チャネルに連通する循環路が形成された帰還プレートと、前記一対のアクチュエータプレートの間に配設されるとともに、液体が流入する入口流路と前記循環路に連通する出口流路とが前記第1方向に並ぶように形成された流路プレートと、を備え、前記流路プレートは、上記の部材であり、前記流路プレートと前記帰還プレートとは、前記切断面において接合されていることを特徴とする。
この構成によれば、流路プレートが上記の部材である二列タイプの液体噴射ヘッドにおいて、流路プレートを容易に作製し且つ切断面の精度を向上することができるため、製造効率及び製品精度を向上することができる。
本発明の一態様に係る液体噴射装置は、上記の液体噴射ヘッドと、前記液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に移動させる移動機構と、を備えることを特徴とする。
この構成によれば、上記の二列タイプの液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置において、流路プレートを容易に作製し且つ切断面の精度を向上することができるため、製造効率及び製品精度を向上することができる。
本発明の一態様に係る切断方法は、空隙が形成されている、基材を含む母材を形成する母材形成工程と、前記空隙に、前記基材よりも切断性に優れる充填材を埋設する充填材埋設工程と、前記基材及び前記充填材が共に切断面に露出するよう前記母材を同一面で切断する母材切断工程と、を有することを特徴とする。
この方法によれば、基材及び充填材が共に切断面に露出するよう母材を同一面で切断することで、母材が基材のみで構成された場合と比較して、母材の切断面において基材よりも切断性に優れる充填材の面積を大きく確保することができ、母材を切断する際の負荷を低減することができる。したがって、母材から容易に切断するとともに切断面の精度を向上することができる部材を提供することができる。
上記の切断方法において、前記充填材を、前記母材の切断開始位置及び切断終了位置に設けてもよい。
この方法によれば、充填材を母材の切断開始位置又は切断終了位置の何れか一方のみに設けた場合と比較して、母材の切断面において基材よりも切断性に優れる充填材の面積を大きく確保することができ、母材を切断する際の負荷を低減することができる。加えて、母材の切断時において切り始め及び切り終わりの負荷を低減することができる。したがって、母材から部材をより一層容易に切断することができる。
本発明によれば、母材から容易に切断するとともに切断面の精度を向上することができる部材、液体噴射ヘッドチップ、液体噴射ヘッド、液体噴射装置および切断方法を提供することができる。
実施形態に係るインクジェットプリンタの概略構成図である。 実施形態に係るインクジェットヘッド及びインク循環手段の概略構成図である。 実施形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視図である。 実施形態に係るインクジェットヘッドの断面図である。 実施形態に係るインクジェットヘッドの断面図である。 図5のVI−VI断面を含む図である。 実施形態に係るヘッドチップの分解斜視図である。 実施形態に係るカバープレートの斜視図である。 ウエハ準備工程を説明するための工程図である。 実施形態に係るマスクパターン形成工程を説明するための工程図である。 実施形態に係るチャネル形成工程を説明するための工程図である。 実施形態に係るチャネル形成工程を説明するための工程図である。 実施形態に係る触媒付与工程を説明するための工程図である。 実施形態に係るマスク除去工程を説明するための工程図である。 実施形態に係るめっき工程を説明するための工程図である。 実施形態に係るめっき被膜除去工程を説明するための工程図である。 カバープレート作製工程を説明するための工程図(平面図)である。 図17のXVIII−XVIII断面を含む図である。 実施形態に係る共通配線形成工程および個別配線形成工程を説明するための図である。 図19のXX−XX断面を含む図である。 実施形態に係る流路プレート作製工程を説明するための図である。 図4のXXII−XXII断面を含む図であって、各種プレート接合工程を説明するための工程図である。 実施形態の第1変形例に係るヘッドチップの分解斜視図である。 実施形態の第2変形例に係るインクジェットヘッドの断面図である。
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。実施形態では、本発明の液体噴射ヘッドチップ(以下、単に「ヘッドチップ」という。)を備えた液体噴射ヘッドを具備する液体噴射装置の一例として、インク(液体)を利用して被記録媒体に記録を行うインクジェットプリンタ(以下、単に「プリンタ」という。)を例に挙げて説明する。なお、以下の説明に用いる図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
<プリンタ>
図1はプリンタ1の概略構成図である。
図1に示すように、本実施形態のプリンタ1は、一対の搬送手段2,3と、インクタンク4と、インクジェットヘッド5(液体噴射ヘッド)と、インク循環手段6と、走査手段7と、を備える。なお、以下の説明では、必要に応じてX,Y,Zの直交座標系を用いて説明する。X方向は、被記録媒体P(例えば、紙等)の搬送方向である。Y方向は、走査手段7の走査方向である。Z方向は、X方向及びY方向に直交する上下方向である。
搬送手段2,3は、被記録媒体PをX方向に搬送する。具体的に、搬送手段2は、Y方向に延設されたグリットローラ11と、グリットローラ11に平行に延設されたピンチローラ12と、グリットローラ11を軸回転させるモータ等の駆動機構(不図示)と、を備える。搬送手段3は、Y方向に延設されたグリットローラ13と、グリットローラ13に平行に延設されたピンチローラ14と、グリットローラ13を軸回転させる駆動機構(不図示)と、を備える。
インクタンク4は、一方向に並んで複数設けられている。実施形態において、複数のインクタンク4は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの四色のインクをそれぞれ収容するインクタンク4Y,4M,4C,4Kである。実施形態において、インクタンク4Y,4M,4C,4Kは、X方向に並んで配置されている。
図2に示すように、インク循環手段6は、インクタンク4とインクジェットヘッド5との間でインクを循環させる。具体的に、インク循環手段6は、インク供給管21及びインク排出管22を有する循環流路23と、インク供給管21に接続された加圧ポンプ24と、インク排出管22に接続された吸引ポンプ25と、を備える。例えば、インク供給管21及びインク排出管22は、インクジェットヘッド5を支持する走査手段7の動作に追従可能な可撓性を有するフレキシブルホースにより構成されている。
加圧ポンプ24は、インク供給管21内を加圧し、インク供給管21を通してインクジェットヘッド5にインクを送り出している。これにより、インクジェットヘッド5に対してインク供給管21側は正圧となっている。
吸引ポンプ25は、インク排出管22内を減圧し、インク排出管22内を通してインクジェットヘッド5からインクを吸引している。これにより、インクジェットヘッド5に対してインク排出管22側は負圧となっている。そして、インクは、加圧ポンプ24及び吸引ポンプ25の駆動により、インクジェットヘッド5とインクタンク4との間を、循環流路23を通して循環可能となっている。
図1に示すように、走査手段7は、インクジェットヘッド5をY方向に往復走査させる。具体的に、走査手段7は、Y方向に延設された一対のガイドレール31,32と、一対のガイドレール31,32に移動可能に支持されたキャリッジ33と、キャリッジ33をY方向に移動させる駆動機構34と、を備える。なお、搬送手段2,3及び走査手段7は、インクジェットヘッド5と被記録媒体Pとを相対的に移動させる移動機構として機能する。
駆動機構34は、X方向におけるガイドレール31,32の間に配設されている。駆動機構34は、Y方向に間隔をあけて配設された一対のプーリ35,36と、一対のプーリ35,36間に巻回された無端ベルト37と、一方のプーリ35を回転駆動させる駆動モータ38と、を備える。
キャリッジ33は、無端ベルト37に連結されている。キャリッジ33には、複数のインクジェットヘッド5が搭載されている。実施形態において、複数のインクジェットヘッド5は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの四色のインクをそれぞれ吐出するインクジェットヘッド5Y,5M,5C,5Kである。実施形態において、インクジェットヘッド5Y,5M,5C,5Kは、Y方向に並んで配置されている。
<インクジェットヘッド>
図3に示すように、インクジェットヘッド5は、一対のヘッドチップ40A,40Bと、流路プレート41と、入口マニホールド42と、出口マニホールド(不図示)と、帰還プレート43と、ノズルプレート44(噴射プレート)と、を備える。インクジェットヘッド5は、吐出チャネル54におけるチャネル延在方向の先端部からインクを吐出する、いわゆるエッジシュートタイプのうち、インクタンク4との間でインクを循環させる循環式(エッジシュート循環式)のものである。
<ヘッドチップ>
一対のヘッドチップ40A,40Bは、第1ヘッドチップ40Aおよび第2ヘッドチップ40Bである。以下、第1ヘッドチップ40Aを中心に説明する。第2ヘッドチップ40Bにおいて、第1ヘッドチップ40Aと同一の構成には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
第1ヘッドチップ40Aは、アクチュエータプレート51と、カバープレート52と、を備える。
<アクチュエータプレート>
アクチュエータプレート51の外形は、X方向に長手を有しかつZ方向に短手を有する矩形板状をなしている。実施形態において、アクチュエータプレート51は、分極方向が厚さ方向(Y方向)で異なる2枚の圧電基板を積層した、いわゆるシェブロンタイプの積層基板である(図6参照)。例えば、圧電基板は、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等からなるセラミックス基板が好適に用いられる。
アクチュエータプレート51のY方向における第1主面(アクチュエータプレート側第1主面)には、複数のチャネル54,55が形成されている。実施形態において、アクチュエータプレート側第1主面は、アクチュエータプレート51のY方向内側面51f1(以下「AP側Y方向内側面51f1」という。)である。ここで、Y方向内側は、インクジェットへッド5のY方向中心側(Y方向において流路プレート41の側)を意味する。実施形態において、アクチュエータプレート側第2主面は、アクチュエータプレート51のY方向外側面(図中符号51f2で示す。)である。
各チャネル54,55は、Z方向(第1方向)に延びる直線状に形成されている。各チャネル54,55は、X方向(第2方向)に間隔をあけて交互に形成されている。各チャネル54,55間は、アクチュエータプレート51からなる駆動壁56によってそれぞれ画成されている。一方のチャネル54は、インクが充填される吐出チャネル54(噴射チャネル)である。他方のチャネル55は、インクが充填されない非吐出チャネル55(非噴射チャネル)である。
吐出チャネル54の上端部は、アクチュエータプレート51内で終端している。吐出チャネル54の下端部は、アクチュエータプレート51の下端面で開口している。
図4は、第1ヘッドチップ40Aにおける吐出チャネル54の断面を含む図である。
図4に示すように、吐出チャネル54は、下端部に位置する延在部54aと、延在部54aから上方に連なる切り上がり部54bと、を有している。
延在部54aは、Z方向の全体に亘って溝深さが一様とされている。切り上がり部54bは、上方に向かうに従い溝深さが漸次浅くなっている。
図3に示すように、非吐出チャネル55の上端部は、アクチュエータプレート51の上端面で開口している。非吐出チャネル55の下端部は、アクチュエータプレート51の下端面で開口している。
図5は、第1ヘッドチップ40Aにおける非吐出チャネル55の断面を含む図である。
図5に示すように、非吐出チャネル55は、下端部に位置する延在部55aと、延在部55aから上方に連なる切り上がり部55bと、を有している。
延在部55aは、Z方向の全体に亘って溝深さが一様とされている。非吐出チャネル55における延在部55aのZ方向の長さは、吐出チャネル54における延在部54a(図4参照)のZ方向の長さよりも長い。切り上がり部55bは、上方に向かうに従い溝深さが漸次浅くなっている。非吐出チャネル55における切り上がり部55bの勾配は、吐出チャネル54における切り上がり部54b(図4参照)の勾配と実質的に同じである。すなわち、吐出チャネル54及び非吐出チャネル55において、延在部54a,55aのZ方向の長さの違いによる勾配開始位置は異なるが、勾配自体(斜度、曲率)は実質的に同じである。
図4に示すように、吐出チャネル54の内面には、共通電極61が形成されている。共通電極61は、吐出チャネル54の内面全体に形成されている。すなわち、共通電極61は、延在部54aの内面全体、及び切り上がり部54bの内面全体に形成されている。
アクチュエータプレート51のうち、吐出チャネル54に対して上方に位置する部分51e(以下「AP側尾部51e」という。)のY方向内側面には、アクチュエータプレート側共通パッド62(以下「AP側共通パッド62」という。)が形成されている。AP側共通パッド62は、共通電極61の上端からAP側尾部51eのY方向内側面に延出して形成されている。すなわち、AP側共通パッド62の下端部は、突出チャネル54内の共通電極61に接続されている。AP側共通パッド62の上端部は、AP側尾部51eのY方向内側面上で終端している。AP側共通パッド62は、共通電極61に連続している。図3に示すように、AP側共通パッド62は、AP側尾部51e(図7参照)のY方向内側面上でX方向に間隔をあけて複数配置されている。
図5に示すように、非吐出チャネル55の内面には、個別電極63が形成されている。図6に示すように、個別電極63は、非吐出チャネル55の内面のうち、X方向で対向する内側面に各別に形成されている。したがって、各個別電極63のうち、同一の非吐出チャネル55内で対向する個別電極63同士は、非吐出チャネル55の底面において電気的に分離されている。個別電極63は、非吐出チャネル55の内側面全体(Y方向及びZ方向の全体)に亘って形成されている。
図5に示すように、AP側尾部51eのY方向内側面には、アクチュエータプレート側個別配線64(以下「AP側個別配線64」という。)が形成されている。図3に示すように、AP側個別配線64は、AP側尾部51e(図7参照)のY方向内側面のうちAP側共通パッド62よりも上方に位置する部分をX方向に延在している。AP側個別配線64は、吐出チャネル54を間に挟んで対向する個別電極63同士を接続している。
<カバープレート>
図3に示すように、カバープレート52の外形は、X方向に長手を有しかつZ方向に短手を有する矩形板状をなしている。カバープレート52の長手方向の長さは、アクチュエータプレート51の長手方向の長さと実質的に同じである。一方、カバープレート52の短手方向の長さは、アクチュエータプレート51の短手方向の長さよりも長い。カバープレート52のうち、AP側Y方向内側面51f1と対向する第1主面(カバープレート側第1主面)は、AP側Y方向内側面51f1に接合されている。実施形態において、カバープレート側第1主面は、カバープレート52のY方向外側面52f1(以下「CP側Y方向外側面52f1」という。)である。ここで、Y方向外側は、インクジェットへッド5のY方向中心側とは反対側(Y方向において流路プレート41の側とは反対側)を意味する。実施形態において、カバープレート側第2主面は、カバープレート52のY方向内側面52f2(以下「CP側Y方向内側面52f2」という。)である。
カバープレート52は、絶縁性を有し、かつアクチュエータプレート51以上の熱伝導率を有する材料により形成されている。例えば、アクチュエータプレート51をPZTにより形成した場合、カバープレート52は、PZTまたはシリコンにより形成することが好ましい。これにより、アクチュエータプレート51での温度ばらつきを緩和し、インク温度の均一化を図ることができる。これにより、インクの吐出速度の均一化を図り、印字安定性を向上させることができる。実施形態において、カバープレート52は、流路プレート41以下の熱伝導率を有する材料により形成されている。
カバープレート52には、カバープレート52をY方向(第3方向)に貫通するとともに、吐出チャネル54に連通する液体供給路70が形成されている。液体供給路70は、カバープレート52をY方向内側に開口する共通インク室71と、共通インク室71に連通するとともにY方向外側に開口しかつX方向に間隔をあけて配置された複数のスリット72と、を含む。共通インク室71は、スリット72を通して各吐出チャネル54内に各別に連通している。一方、共通インク室71は、非吐出チャネル55には連通していない。
図4に示すように、共通インク室71は、CP側Y方向内側面52f2に形成されている。共通インク室71は、Z方向において、吐出チャネル54の切り上がり部54bと実質的に同じ位置に配置されている。共通インク室71は、CP側Y方向外側面52f1側に向けて窪むとともにX方向に延在する溝状に形成されている。共通インク室71には、流路プレート41を通してインクが流入する。
スリット72は、CP側Y方向外側面52f1に形成されている。スリット72は、Y方向において共通インク室71と対向する位置に配置されている。スリット72は、共通インク室71と吐出チャネル54とに連通している。スリット72のX方向幅は、吐出チャネル54のX方向幅と実質的に同じである。
カバープレート52において、液体供給路70の内面には共通電極65(以下「液体供給路内電極65」という。)が形成されている。すなわち、液体供給路内電極65は、共通インク室71の全体、及びスリット72の全体に形成されている。
図7に示すように、CP側Y方向外側面52f1におけるスリット72の周囲には、カバープレート側共通パッド66(以下「CP側共通パッド66」という。)が形成されている。図4に示すように、CP側共通パッド66は、液体供給路内電極65の上端からCP側Y方向外側面52f1の上方に向けて延出して形成されている。すなわち、CP側共通パッド66の下端部は、スリット72内の液体供給路内電極65に接続されている。CP側共通パッド66の上端部は、CP側Y方向外側面52f1上で終端している。CP側共通パッド66は、液体供給路内電極65に連続している。CP側共通パッド66は、CP側Y方向外側面52f1上でX方向に間隔をあけて複数配置されている(図7参照)。
CP側共通パッド66は、Y方向においてAP側共通パッド62と対向している。図7に示すように、CP側共通パッド66は、アクチュエータプレート51とカバープレート52とを接合したときにおけるAP側共通パッド62に対応する位置に配置されている。すなわち、アクチュエータプレート51とカバープレート52との接合時において、CP側共通パッド66とAP側共通パッド62とは電気的に接続される。
図4に示すように、CP側Y方向内側面52f2における共通インク室71の周囲には、共通引出配線67が形成されている。図3に示すように、カバープレート52の上端には、カバープレート52のZ方向内側に窪むとともに、X方向に間隔をあけて配置された複数の凹部73が形成されている。図3においては、X方向に実質的に等間隔を開けて配置された4つの凹部73を示している。
図4に示すように、共通引出配線67は、CP側Y方向内側面52f2における共通インク室71の上端からCP側Y方向内側面52f2上を上方に延びた後、カバープレート52の上端の凹部73を経て、CP側Y方向外側面52f1の上端部まで引き出されている。言いかえると、共通引出配線67は、カバープレート52のうち、アクチュエータプレート51に対して上方に位置する部分52e(以下「CP側尾部52e」という。)のY方向外側面まで引き出されている。これにより、複数の吐出チャネル54の内面に形成された共通電極61は、AP側共通パッド62、CP側共通パッド66、液体供給路内電極65および共通引出配線67を経て、共通端子68においてフレキシブル基板45(外部配線)と電気的に接続される。実施形態において、共通引出配線67及び液体供給路内電極65は、共通電極61とフレキシブル基板45とを接続する接続配線60を構成している。接続配線60のうち、共通引出配線67は、カバープレート52においてX方向に少なくとも3以上の複数箇所に分割して形成されている。
図7に示すように、共通引出配線67は、CP側尾部52eのY方向外側面においてX方向に少なくとも3以上の複数個所に分割して形成された共通端子68を備える。実施形態において、共通端子68は、CP側尾部52eのY方向外側面においてX方向に間隔をあけて4つ配置されている。隣り合う2つの共通端子68の間隔は、実質的に等間隔となっている。
カバープレート52には、カバープレート側個別配線69(以下「CP側個別配線69」という。)が形成されている。CP側個別配線69は、CP側Y方向外側面52f1の上端部においてX方向に分割して形成されている。CP側個別配線69は、アクチュエータプレート51とカバープレート52とを接合したときにおけるAP側個別配線64に対応する位置に配置されたカバープレート側個別パッド69a(以下「CP側個別パッド69a」という。)と、CP側個別パッド69aから上側ほどX方向外方に位置するように傾斜した後に上方に直線状に延びて形成された個別端子69bと、を備える。
すなわち、アクチュエータプレート51とカバープレート52との接合時において、CP側個別パッド69aとAP側個別配線64とは電気的に接続される。CP側個別パッド69aは、X方向に間隔をあけて複数配置されている。隣り合う2つのCP側個別パッド69aの間隔(配列ピッチ)は、実質的に等間隔となっている。複数のCP側個別パッド69aと複数のCP側共通パッド66とは、Z方向においてそれぞれ一対一で対向している。言い換えると、各CP側個別パッド69aと各CP側共通パッド66とは、Z方向において一直線上に整列するよう配置されている。
個別端子69bは、CP側尾部52eのY方向外側面の上端まで延出している。これにより、複数の非吐出チャネル55の内面に形成された個別電極63は、AP側個別配線64およびCP側個別パッド69aを経て、個別端子69bにおいてフレキシブル基板45(図5参照)と電気的に接続される。実施形態において、CP側尾部52eのY方向外側面は、フレキシブル基板45が接続される接続面とされている。
個別端子69bは、X方向に間隔をあけて複数配置されている。隣り合う2つの個別端子69bの間隔(配列ピッチ)は、実質的に等間隔となっている。複数の個別端子69bは、X方向に並ぶ複数の共通端子68(共通端子群)の間に配置されている。個別端子69bの配列ピッチと共通端子68の配列ピッチとは、実質的に等間隔となっている。
<一対のアクチュエータプレートの配置関係>
図3に示すように、各ヘッドチップ40A,40Bは、各CP側Y方向内側面52f2同士をY方向で対向させた状態で、Y方向に間隔をあけて配置されている。
第2ヘッドチップ40Bの吐出チャネル54及び非吐出チャネル55は、第1ヘッドチップ40Aの吐出チャネル54及び非吐出チャネル55の配列ピッチに対してX方向に半ピッチずれて配列されている。すなわち、各ヘッドチップ40A,40Bの吐出チャネル54同士及び非吐出チャネル55同士は、千鳥状に配列されている。
すなわち、図4に示すように、第1ヘッドチップ40Aの吐出チャネル54と、第2ヘッドチップ40Bの非吐出チャネル55とは、Y方向で対向している。図5に示すように、第1ヘッドチップ40Aの非吐出チャネル55と、第2ヘッドチップ40Bの吐出チャネル54とは、Y方向で対向している。なお、各ヘッドチップ40A,40Bのチャネル54,55のピッチは、適宜変更可能である。
<流路プレート>
流路プレート41は、第1ヘッドチップ40Aと第2ヘッドチップ40BとのY方向間に挟持されている。流路プレート41は、複数の部材の組合せで形成されている。図3に示すように、流路プレート41の外形は、X方向に長手を有しかつZ方向に短手を有する矩形板状をなしている。Y方向から見て、流路プレート41の外形は、カバープレート52の外形と実質的に同じである。
流路プレート41は、基材101と、基材101に設けられた空隙102に埋設され、かつ、基材101よりも切断性に優れる充填材103と、を備えた部材100である。すなわち、部材100は、インクジェットヘッド5における流路プレート41を構成する。基材101及び充填材103は、同一面で切断された複数の切断面Fを有している。切断面Fにおいて、基材101及び充填材103は共に露出している。複数の切断面Fは、流路プレート41の上面、下面、X方向の一端面およびX方向の他端面である。複数の切断面Fのうち、流路プレート41の下面は、帰還プレート43(第二部材)が接合される接合面を兼ねている。実施形態において、部材100の一部(基材101部分)は、母材130(図21参照)に含まれている。
充填材103は、基材101よりも切断しやすい。充填材103は、切断面Fの両端部に設けられている。具体的に、充填材103は、複数の切断面Fのうち、流路プレート41の上面のX方向両端部、及び流路プレート41の下面のX方向両端部に設けられている。言い換えると、充填材103は、流路プレート41のX方向の一端面における上下両端部、及び流路プレート41のX方向の他端面における上下両端部に設けられている。充填材103は、流路プレート41における流路(入口流路74及び出口流路75)を囲むよう切断面F(接合面)の外周に配置されている。
切断面Fの少なくとも一部には、インク(液体)が流れる開口74a,75a,75bが形成されている。具体的に、開口74a,75a,75bは、複数の切断面Fのうち、流路プレート41の上面を除く面に形成されている。すなわち、開口74a,75a,75bは、複数の切断面Fのうち、流路プレート41の下面、X方向の一端面およびX方向の他端面にそれぞれ形成されている。流路プレート41のX方向の一端面には、入口流路74の開口74aが形成されている。流路プレート41の下面、及び流路プレート41のX方向の他端面には、出口流路75の開口75a,75bがそれぞれ形成されている。
基材101は、充填材103よりも切断しにくい。実施形態において、基材101は、充填材103よりも脆い。ここで「脆い」とは、加工時に付与される外力に対して、切断対象物が崩れやすいことを意味する。すなわち、基材101は、充填材103よりも脆いため切断しにくい。例えば、基材101は、カーボン(炭素繊維強化プラスチック:CFRP)、ケイ素(Si)、二酸化ケイ素(SiO2)、窒化ホウ素(BN)からなる群から選択される何れか一つ以上の物質である。
基材101は、充填材103よりも接着しにくい。基材101の水に対する接触角は、充填材103の水に対する接触角よりも大きい。すなわち、充填材103は、基材101よりも撥水性に優れる。具体的に、基材101の水に対する接触角は、90度以上180度以下である。接触角の測定方法は、協和界面化学株式会社製の接触角計(型式DM−401)を用いて行う。
例えば、基材101は、カーボン(炭素繊維強化プラスチック:CFRP)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリアセタール(POM)、フッ素樹脂からなる群から選択される何れか一つ以上の物質である。
充填材103は、基材101よりも接着性に優れる。ここで「接着性に優れる」とは、接着後に接着面で剥離させる外力に対して、より大きな力に剥離せず耐えることができることを意味する。充填材103の水に対する接触角は、基材101の水に対する接触角よりも小さい。すなわち、充填材103は、基材101よりも親水性に優れる。具体的に、充填材103の水に対する接触角は、0度以上90度未満である。
例えば、充填材103は、接着剤、レジスト、ゴム、プラスチック、硬化性材料からなる群から選択される何れか一つ以上の物質である。
例えば、接着剤は、樹脂系接着剤、シリコン系接着剤、ゴム系接着剤、ホットメルト系接着剤を含む。
レジストは、永久レジストである。例えば、レジストは、フォトレジスト、スクリーン印刷レジスト、エッチングレジストを含む。
例えば、ゴムは、ニトリルゴム、アクリルゴムなどの合成ゴムを含む。
例えば、硬化性材料は、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂を含む。
流路プレート41のY方向における第1主面41f1(第1ヘッドチップ40A側を向く面)には、第1ヘッドチップ40AにおけるCP側Y方向内側面52f2が接合されている。流路プレート41のY方向における第2主面41f2(第2ヘッドチップ40B側を向く面)には、第2ヘッドチップ40BにおけるCP側Y方向内側面52f2が接合されている。
流路プレート41は、絶縁性を有し、かつカバープレート52以上の熱伝導率を有する材料により形成されている。例えば、カバープレート52をシリコンにより形成した場合、流路プレート41は、シリコンまたはカーボンにより形成することが好ましい。これにより、各ヘッドチップ40A,40B間において、カバープレート52での温度ばらつきを緩和することができる。このため、各ヘッドチップ40A,40B間において、アクチュエータプレート51での温度ばらつきを緩和し、インク温度の均一化を図ることができる。これにより、インクの吐出速度の均一化を図り、印字安定性を向上させることができる。
流路プレート41の各主面41f1,41f2には、共通インク室71に各別に連通する入口流路74と、帰還プレート43の循環路76に各別に連通する出口流路75と、が形成されている。流路プレート41は、入口流路74と出口流路75とがZ方向に並ぶように形成されている。流路プレート41のうち、入口流路74を形成する部分(入口流路形成部材)は、アクチュエータプレート51以上の熱伝導率を有する材料により形成されている。流路プレート41のうち、出口流路75を形成する部分(出口流路形成部材)は、アクチュエータプレート51以上の熱伝導率を有する材料により形成されている。実施形態において、流路プレート41のうち基材101の部分(本体部)は、同一の部材により一体に形成されており、カバープレート52以上の熱伝導率を有する材料により形成されている。
各入口流路74は、流路プレート41の各主面41f1,41f2からY方向の内側に向けて窪んでいる。各入口流路74のX方向の一端部は、流路プレート41のX方向の一端面で開口している。各入口流路74は、流路プレート41のX方向の一端面からX方向の他端側ほど下方に位置するように傾斜した後、X方向の他端側に向けて屈曲して直線状に延びている。図4に示すように、入口流路74のZ方向幅は、共通インク室71のZ方向幅よりも大きい。なお、入口流路74のZ方向幅は、共通インク室71のZ方向幅以下であってもよい。
各入口流路74は、共通インク室71にインクを流入させる前に一時的にインクを貯蔵する入口液体貯蔵部74sを含む。図3に示すように、入口液体貯蔵部74sは、上下幅を一定に維持して流路プレート41の上下中央部をX方向に直線状に延在している
図4に示すように、各入口流路74は、第1ヘッドチップ40Aと第2ヘッドチップ40BとのY方向間において、Y方向に間隔をあけて配置されている。すなわち、流路プレート41において、各入口流路74のY方向間の部分は壁部材によって仕切られている。言い換えると、流路プレート41には、入口流路74をY方向における第1ヘッドチップ40A側と第2ヘッドチップ40B側とに仕切る入口流路仕切り壁41aが設けられている。これにより、インク吐出時等に発生するチャネル内の圧力変動が入口流路仕切り壁41a(壁部材)で遮られるため、各ヘッドチップ40A,40B間において、前記圧力変動が流路を介して他のチャネル等に圧力波となって伝播される、いわゆるクロストークを抑制することができる。したがって、優れた吐出性能(印字安定性)を得ることができる。
図3に示すように、出口流路75は、流路プレート41の各主面41f1,41f2からY方向の内側に向けて窪むとともに、流路プレート41の下端面から上方に向けて窪んでいる。各出口流路75の一端部は、流路プレート41のX方向の他端面で開口している。各出口流路75は、流路プレート41のX方向の他端面から下方にクランク状に屈曲した後、X方向の一端側に向けて直線状に延びている。図4に示すように、出口流路75のZ方向幅は、入口流路74のZ方向幅よりも小さい。出口流路75のY方向深さは、入口流路74のY方向深さと実質的に同じである。
出口流路75は、流路プレート41のX方向の他端面において図示しない出口マニホールドに接続されている。出口マニホールドは、インク排出管22(図1参照)に接続されている。
各出口流路75は、循環路76から流出したインクを一時的に貯蔵する出口液体貯蔵部75sを含む。図3に示すように、出口液体貯蔵部75sは、上下幅を一定に維持して流路プレート41の下端部をX方向に直線状に延在している。
図4に示すように、各出口流路75は、第1ヘッドチップ40Aと第2ヘッドチップ40BとのY方向間において、Y方向に間隔をあけて配置されている。すなわち、流路プレート41において、各出口流路75のY方向間の部分は壁部材によって仕切られている。言い換えると、流路プレート41には、出口流路75をY方向における第1ヘッドチップ40A側と第2ヘッドチップ40B側とに仕切る出口流路仕切り壁41bが設けられている。これにより、インク吐出時等に発生するチャネル内の圧力変動が出口流路仕切り壁41b(壁部材)で遮られるため、各ヘッドチップ40A,40B間において、前記圧力変動が流路を介して他のチャネル等に圧力波となって伝播される、いわゆるクロストークを抑制することができる。したがって、優れた吐出性能(印字安定性)を得ることができる。
図4の断面視で、流路プレート41のうち、CP側尾部52eとY方向で重なる部分には、入口流路74及び出口流路75が形成されていない。すなわち、流路プレート41のうち、CP側尾部52eとY方向で重なる部分は、中実部材41cとされている。これにより、流路プレート41のうち、CP側尾部52eとY方向で重なる部分を中空部材とした場合と比較して、流路プレート41とカバープレート52との接続時において、接続時の部材逃げによる圧着不良を回避することができる。
<入口マニホールド>
図3に示すように、入口マニホールド42は、各ヘッドチップ40A,40B及び流路プレート41のX方向の一端面にまとめて接合されている。入口マニホールド42には、各入口流路74に連通する供給路77が形成されている。供給路77は、入口マニホールド42のX方向内端面からX方向外側に向けて窪んでいる。供給路77は、各入口流路74にまとめて連通している。入口マニホールド42は、インク供給管21(図1参照)に接続されている。
<帰還プレート>
帰還プレート43の外形は、X方向に長手を有しかつY方向に短手を有する矩形板状をなしている。帰還プレート43は、各ヘッドチップ40A,40B及び流路プレート41の下端面にまとめて接合されている。言い換えると、帰還プレート43は、第1ヘッドチップ40Aと第2ヘッドチップ40Bとにおける吐出チャネル54の開口端側に配設されている。帰還プレート43は、第1ヘッドチップ40Aと第2ヘッドチップ40Bとにおける吐出チャネル54の開口端と、ノズルプレート44の上端との間に介在するスペーサプレートである。帰還プレート43には、各ヘッドチップ40A,40Bの吐出チャネル54と出口流路75との間を接続する複数の循環路76が形成されている。複数の循環路76は、第1循環路76a及び第2循環路76bを含む。複数の循環路76は、帰還プレート43をZ方向に貫通している。
図4に示すように、第1循環路76aは、第1ヘッドチップ40Aの吐出チャネル54とX方向において実質的に同じ位置に形成されている。第1循環路76aは、第1ヘッドチップ40Aの吐出チャネル54の配列ピッチに対応してX方向に間隔をあけて複数形成されている。
第1循環路76aは、Y方向に延在している。第1循環路76aにおけるY方向の内側端部は、第1ヘッドチップ40AにおけるCP側Y方向内側面52f2よりもY方向の内側に位置している。第1循環路76aにおけるY方向の内側端部は、出口流路75内に連通している。第1循環路76aにおけるY方向の外側端部は、第1ヘッドチップ40Aの吐出チャネル54内に各別に連通している。
以下、第1ヘッドチップ40Aの吐出チャネル54のうち帰還プレート43に対向する部分を、インクの流れ方向と直交する面で切断したときの断面積を「チャネル側流路断面積」という。ここで、第1ヘッドチップ40Aの吐出チャネル54のうち帰還プレート43に対向する部分は、吐出チャネル54と第1循環路76aとが接する部分(境界部分)を意味する。すなわち、チャネル側流路断面積は、インクの流れ方向において、第1ヘッドチップ40Aの吐出チャネル54の下流端の開口面積を意味する。
以下、第1循環路76aをインクの流れ方向と直交する面で切断したときの断面積を「循環路側流路断面積」という。すなわち、循環路側流路断面積は、第1循環路76を自身の延在方向と直交する面で切断したときの断面積を意味する。
実施形態において、循環路側流路断面積は、チャネル側流路断面積よりも小さい。これにより、循環路側流路断面積がチャネル側流路断面積よりも大きい場合と比較して、インク吐出時等に発生するチャネル内の圧力変動が流路を介して他のチャネル等に圧力波となって伝播される、いわゆるクロストーク(循環路76側からのクロストーク)を抑制することができる。したがって、優れた吐出性能(印字安定性)を得ることができる。
図5に示すように、第2循環路76bは、第2ヘッドチップ40Bの吐出チャネル54とX方向において実質的に同じ位置に形成されている。第2循環路76bは、第2ヘッドチップ40Bの吐出チャネル54の配列ピッチに対応してX方向に間隔をあけて複数形成されている。
第2循環路76bは、Y方向に延在している。第2循環路76bにおけるY方向の内側端部は、第2ヘッドチップ40BにおけるCP側Y方向内側面52f2よりもY方向の内側に位置している。第2循環路76bにおけるY方向の内側端部は、出口流路75内に連通している。第2循環路76bにおけるY方向の外側端部は、第2ヘッドチップ40Bの吐出チャネル54内に各別に連通している。
<ノズルプレート>
図3に示すように、ノズルプレート44の外形は、X方向に長手を有しかつY方向に短手を有する矩形板状をなしている。ノズルプレート44の外形は、帰還プレート43の外形と実質的に同じである。ノズルプレート44は、帰還プレート43の下端面に接合されている。ノズルプレート44には、ノズルプレート44をZ方向に貫通する複数のノズル孔78(噴射孔)が配列されている。複数のノズル孔78は、第1ノズル孔78a及び第2ノズル孔78bを含む。複数のノズル孔78は、ノズルプレート44をZ方向に貫通している。
図4に示すように、第1ノズル孔78aは、ノズルプレート44のうち、帰還プレート43の各第1循環路76aとZ方向で対向する部分にそれぞれ形成されている。すなわち、第1ノズル孔78aは、第1循環路76aと同ピッチで、X方向に間隔をあけて一直線上に配列されている。第1ノズル孔78aは、第1循環路76aにおけるY方向の外端部で第1循環路76a内に連通している。これにより、各第1ノズル孔78aは、第1循環路76aを介して第1ヘッドチップ40Aの対応する吐出チャネル54にそれぞれ連通している。
図5に示すように、第2ノズル孔78bは、ノズルプレート44のうち、帰還プレート43の各第2循環路76bとZ方向で対向する部分にそれぞれ形成されている。すなわち、第2ノズル孔78bは、第2循環路76bと同ピッチで、X方向に間隔をあけて一直線上に配列されている。第2ノズル孔78bは、第2循環路76bにおけるY方向の外端部で第2循環路76b内に連通している。これにより、各第2ノズル孔78bは、第2循環路76bを介して第2ヘッドチップ40Bの対応する吐出チャネル54にそれぞれ連通している。
一方、各非吐出チャネル55は、ノズル孔78a,78bには連通しておらず、帰還プレート43により下方から覆われている。
<プリンタの動作方法>
次に、プリンタ1を利用して、被記録媒体Pに文字や図形等を記録する場合のプリンタ1の動作方法について説明する。
なお、初期状態として、図1に示す4つのインクタンク4にはそれぞれ異なる色のインクが十分に封入されているものとする。また、インクタンク4内のインクがインク循環手段6を介してインクジェットヘッド5内に充填された状態となっている。
図1に示すように、初期状態のもと、プリンタ1を作動させると、搬送手段2,3のグリットローラ11,13が回転することで、これらグリットローラ11,13及びピンチローラ12,14間に被記録媒体Pを搬送方向(X方向)に向けて搬送する。また、被記録媒体Pの搬送と同時に、駆動モータ38がプーリ35,36を回転させて無端ベルト37を動かす。これにより、キャリッジ33がガイドレール31,32にガイドされながらY方向に往復移動する。
そして、キャリッジ33の往復移動の間に、各インクジェットヘッド5より4色のインクを被記録媒体Pに適宜吐出させることで、被記録媒体Pに文字や画像等の記録を行うことができる。
ここで、各インクジェットヘッド5の動きについて説明する。
本実施形態のようなエッジシュートタイプのうち、縦循環式のインクジェットヘッド5では、まず図2に示す加圧ポンプ24及び吸引ポンプ25を作動させることで、循環流路23内にインクを流通させる。この場合、インク供給管21を流通するインクは、図3に示す入口マニホールド42の供給路77を通り、流路プレート41の各入口流路74内に流入する。各入口流路74内に流入したインクは、各共通インク室71を通過した後、スリット72を通って各吐出チャネル54内に供給される。各吐出チャネル54内に流入したインクは、帰還プレート43の循環路76を通して出口流路75内で集合し、その後図示しない出口マニホールドを通して図2に示すインク排出管22に排出される。インク排出管22に排出されたインクは、インクタンク4に戻された後、再びインク供給管21に供給される。これにより、インクジェットヘッド5とインクタンク4との間でインクを循環させる。
そして、キャリッジ33(図1参照)によって往復移動が開始されると、フレキシブル基板45を介して各電極61,63に駆動電圧を印加する。この際、個別電極63を駆動電位Vddとし、共通電極61を基準電位GNDとして各電極61,63間に駆動電圧を印加する。すると、吐出チャネル54を画成する2つ駆動壁56に厚み滑り変形が生じ、これら2つの駆動壁56が非吐出チャネル55側へ突出するように変形する。すなわち、本実施形態のアクチュエータプレート51は、厚さ方向(Y方向)に分極処理された2枚の圧電基板が積層されているため、駆動電圧を印加することで、駆動壁56におけるY方向の中間位置を中心にしてV字状に屈曲変形する。これにより、吐出チャネル54があたかも膨らむように変形する。
2つの駆動壁56の変形によって、吐出チャネル54の容積が増大すると、共通インク室71内のインクがスリット72を通って吐出チャネル54内に誘導される。そして、吐出チャネル54の内部に誘導されたインクは、圧力波となって吐出チャネル54の内部に伝搬し、この圧力波がノズル孔78に到達したタイミングで、各電極61,63間に印加した駆動電圧をゼロにする。
これにより、駆動壁56が復元し、一旦増大した吐出チャネル54の容積が元の容積に戻る。この動作によって、吐出チャネル54の内部の圧力が増加し、インクが加圧される。その結果、インクをノズル孔78から吐出させることができる。この際、インクはノズル孔78を通過する際に、液滴状のインク滴となって吐出される。これにより、上述したように被記録媒体Pに文字や画像等を記録することができる。
なお、インクジェットヘッド5の動作方法は上述した内容に限られない。例えば、通常状態の駆動壁56が吐出チャネル54の内側に変形し、吐出チャネル54があたかも内側に凹むように構成しても構わない。この場合は、各電極61,63間に印可する電圧を上述した電圧とは正負逆の電圧にするか、電圧の正負は変えずにアクチュエータプレート51の分極方向を逆にすることで実現可能である。また、吐出チャネル54が外側に膨らむように変形させた後で、吐出チャネル54が内側に凹むように変形させ、吐出時のインクの加圧力を高めても構わない。
<インクジェットヘッドの製造方法>
次に、インクジェットヘッド5の製造方法について説明する。本実施形態のインクジェットヘッド5の製造方法は、ヘッドチップ作製工程と、流路プレート作製工程と、各種プレート接合工程と、帰還プレート等接合工程と、を含む。なお、ヘッドチップ作製工程は、各ヘッドチップ40A,40Bともに同様の方法により行うことが可能である。したがって、以下の説明では第1ヘッドチップ40Aにおけるヘッドチップ作製工程について説明する。
<ヘッドチップ作製工程>
実施形態のヘッドチップ作製工程は、アクチュエータプレート側の工程として、ウエハ準備工程、マスクパターン形成工程、チャネル形成工程および電極形成工程を含む。
図9に示すように、ウエハ準備工程では、まず厚さ方向(Y方向)に分極処理された2枚の圧電ウエハ110a,110bを、分極方向を逆向きにして積層する。これにより、シェブロンタイプのアクチュエータウエハ110が形成される。
その後、アクチュエータウエハ110の表面(一方の圧電ウエハ110a)を研削する。なお、本実施形態では、厚さの等しい圧電ウエハ110a,110bを貼り合わせた場合について説明したが、予め厚さの異なる圧電ウエハ110a,110bを貼り合わせても構わない。
図10に示すように、マスクパターン形成工程では、電極形成工程で用いるマスクパターン111を形成する。具体的には、アクチュエータウエハ110の裏面にマウンティングテープ112を貼付けた後、アクチュエータウエハ110の表面に感光性ドライフィルム等のマスク材料を貼り付ける。その後、フォトリソグラフィ技術を用いてマスク材料をパターニングすることで、マスク材料のうち上述したAP側共通パッド62及びAP側個別配線64(図7参照)の形成領域に位置する部分マスク材料を除去する。これにより、アクチュエータウエハ110の表面上において、少なくともAP側共通パッド62及びAP側個別配線64の形成領域が開口するマスクパターン111が形成される。この場合、マスクパターン111は、アクチュエータウエハ110のうち、AP側共通パッド62及びAP側個別配線64の形成領域以外の部分を被覆している。なお、マスク材料は、アクチュエータウエハ110の表面に塗布等により形成しても構わない。
図11に示すように、チャネル形成工程では、図示しないダイシングブレード等により、アクチュエータウエハ110の表面に対して切削加工を行う。具体的には、図12に示すように、アクチュエータウエハ110の表面上に、複数のチャネル54,55がX方向に間隔をあけて平行に並ぶように形成する。この場合、アクチュエータウエハ110の表面のうち、各チャネル54,55の形成領域を上述したマスクパターン111ごと切削する。
なお、上述したマスクパターン形成工程及びチャネル形成工程は、マスクパターン111を所望の形状に形成することができれば工程の順番が逆になっても構わない。また、上述したマスクパターン形成工程において、吐出チャネル54及び非吐出チャネル55の形成領域に位置する部分のマスク材料を予め除去しても構わない。
電極形成工程は、脱脂工程と、エッチング工程と、脱鉛工程と、触媒付与工程と、マスク除去工程と、めっき工程と、めっき被膜除去工程と、を含む。
脱脂工程では、アクチュエータウエハ110に付着している油脂等の汚れを除去する。
エッチング工程では、フッ化アンモニウム溶液等でアクチュエータウエハ110をエッチングする。これにより、めっき工程にて形成するめっき被膜と、アクチュエータウエハ110との密着力を向上させる。
脱鉛工程では、アクチュエータウエハ110をPZTにより形成した場合、アクチュエータウエハ110の表面の鉛を除去する。これにより、アクチュエータウエハ110の表面における鉛の触媒抑制効果を抑える。
例えば、触媒付与工程は、センシタイザー・アクチベーター法により行う。図13に示すように、センシタイザー・アクチベーター法では、まず塩化第1錫水溶液に浸漬させ、アクチュエータウエハ110に塩化第1錫を吸着させるセンシタイジング処理を行う。続いて、アクチュエータウエハ110を水洗等により軽く洗浄する。その後、アクチュエータウエハ110を塩化パラジウム水溶液に浸漬させ、アクチュエータウエハ110に塩化パラジウムを吸着させる。すると、アクチュエータウエハ110に吸着した塩化パラジウムと、上述したセンシタイジング処理で吸着した塩化第1錫と、の間で酸化還元反応が生じることで、触媒113として金属パラジウムが析出される(アクチベーティング処理)。なお、触媒付与工程は、複数回行っても構わない。
なお、触媒付与工程は、上述したセンシタイザー・アクチベーター法以外の方法で行ってもよい。例えば、触媒付与工程は、キャタリスト・アクセレーター法により行ってもよい。キャタリスト・アクセレーター法では、アクチュエータウエハ110を、錫とパラジウムとのコロイド溶液に浸漬する。続いて、アクチュエータウエハ110を酸性溶液(例えば塩酸溶液)に浸漬して活性化し、アクチュエータウエハ110の表面に金属パラジウムを析出させる。
次に、図14に示すように、マスク除去工程では、アクチュエータウエハ110の表面に形成されたマスクパターン111をリフトオフ等により除去する。なお、触媒113のうち、マスクパターン111上に付与された部分は、マスクパターン111とともに除去される。すなわち、本実施形態では、アクチュエータウエハ110のうち、マスクパターン111から露出している部分(各チャネル54,55の内面、並びにAP側共通パッド62及びAP側個別配線64の形成領域等)のみに触媒113が残存する。なお、マスク除去工程は、めっき工程の後に行っても構わない。
図15に示すように、めっき工程では、アクチュエータウエハ110をめっき液に浸漬する。すると、アクチュエータウエハ110のうち、触媒113が付与された部分に金属被膜114が析出される。なお、めっき工程で使用する電極金属としては、例えば、Ni(ニッケル)、Co(コバルト)、Cu(銅)、Au(金)等が好ましく、特にNiを用いることが好ましい。
図16に示すように、めっき被膜除去工程では、金属被膜114(図15参照)のうち、非吐出チャネル55の底面に位置する部分を除去する。具体的に、非吐出チャネル55の底面に向けてレーザ光Lを照射した状態で、レーザ光LをZ方向に走査する。すると、金属被膜114(図15参照)のうち、レーザ光Lが照射された部分が選択的に除去される。これにより、金属被膜114(図15参照)が非吐出チャネル55の底面で分離される。これにより、アクチュエータウエハ110のうち、チャネル54,55の内面に共通電極61及び個別電極63がそれぞれ形成される。また、アクチュエータウエハ110の表面には、対応する共通電極61及び個別電極63に接続されるAP側共通パッド62及びAP側個別配線64(図7参照)が形成される。
なお、レーザ光Lに代えてダイサーを用いてもよい。また、めっき被膜除去工程において、金属被膜114のうち非吐出チャネル55の底面に位置する部分を除去することに限らない。例えば、触媒除去工程において、触媒113のうち、非吐出チャネル55の底面に位置する部分を除去しても構わない。具体的に、触媒除去工程において、非吐出チャネル55の底面に向けてレーザ光Lを照射した状態で、レーザ光LをZ方向に走査し、触媒113のうち、レーザ光Lが照射された部分を選択的に除去してもよい。
その後、マウンティングテープ112を剥がし、ダイサー等を用いてアクチュエータウエハ110を個片化することで、上述したアクチュエータプレート51(図5参照)が完成する。
実施形態のヘッドチップ作製工程は、カバープレート側の工程として、共通インク室形成工程、スリット形成工程、凹部形成工程および電極・配線形成工程を含む。
図17に示すように、共通インク室形成工程では、カバーウエハ120に対して表面側から図示しないマスクを通してサンドブラスト等を行い、共通インク室71を形成する。
続いて、図18に示すように、スリット形成工程では、カバーウエハ120に対して裏面側から図示しないマスクを通してサンドブラスト等を行い、共通インク室71内に各別に連通するスリット72を形成する。
凹部形成工程では、図17に示すように、カバーウエハ120に対して表面側または裏面側から図示しないマスクを通してサンドブラスト等を行い、凹部73(図7参照)を形成するためのスリット121を形成する。その後、ダイサー等を用いてスリット121の軸線に沿ってカバーウエハ120を個片化することで、カバーウエハ120に対して凹部73を形成する。これにより、凹部73が形成されたカバープレート52(図3参照)が完成する。
なお、共通インク室形成工程、スリット形成工程および凹部形成工程の各工程は、サンドブラストに限らず、ダイシング、切削等により行っても構わない。
次に、図19に示すように、電極・配線形成工程では、カバープレート52に、液体供給路内電極65、CP側共通パッド66、共通引出配線67およびCP側個別配線69などの各種電極・配線を形成する。
具体的に、電極・配線形成工程では、図20に示すように、まずカバープレート52の全面(表面、裏面および上端面、並びに凹部73の形成面を含む。)に、各種電極および各種配線(液体供給路内電極65、CP側共通パッド66、共通引出配線67、及びCP側個別配線69)の形成領域が開口する図示しないマスクを配置する。その後、カバープレート52の全面に対して無電解めっき等により電極材料を成膜する。これにより、マスクの開口を通してカバープレート52の全面に各種電極および各種配線となる電極材料が成膜される。なお、マスクとしては、例えば感光性ドライフィルム等を用いることができる。また、電極・配線形成工程は、めっきに限らず、蒸着等により行っても構わない。
電極・配線形成工程程の終了後には、カバープレート52の全面からマスクを除去する。
そして、各アクチュエータプレート51と各カバープレート52同士を接合し、各ヘッドチップ40A,40Bを作製する。具体的に、各AP側Y方向内側面51f1を、各CP側Y方向外側面52f1に貼り付ける。
<流路プレート作製工程>
実施形態の流路プレート作製工程は、実施形態の切断方法を含む。実施形態の切断方法は、空隙102が形成されている、基材101を含む母材130を形成する母材形成工程と、空隙102に、基材101よりも切断性に優れる充填材103を埋設する充填材埋設工程と、基材101及び充填材103が共に切断面Fに露出するよう母材130を同一面で切断する母材切断工程と、を有する。実施形態において、母材130は流路ウエハ130である。例えば、基材101(流路ウエハ130)の形成材料はカーボンを用いる。
実施形態の母材形成工程は、入口流路74及び出口流路75を形成する流路形成工程と、空隙102となる貫通孔132、および貫通孔132に連なる溝133を形成する空隙等形成工程と、を含む。
図21に示すように、流路形成工程(表面側流路形成工程)では、流路ウエハ130に対して表面側から図示しないマスクを通してサンドブラスト等を行い、入口流路74及び出口流路75を形成する。
加えて、流路形成工程(裏面側流路形成工程)では、流路ウエハ130に対して裏面側から図示しないマスクを通してサンドブラスト等を行い、入口流路74及び出口流路75を形成する。なお、流路形成工程の各工程は、サンドブラストに限らず、ダイシング、切削等により行っても構わない。
空隙等形成工程では、流路ウエハ130に対して表面側または裏面側から図示しないマスクを通してサンドブラスト等を行い、空隙102となる貫通孔132、および貫通孔132に連なる溝133を形成する。なお、流路形成工程の各工程は、サンドブラストに限らず、ダイシング、切削等により行っても構わない。また、空隙等形成工程は、流路形成工程と同じ工程で行っても構わない。
空隙等形成工程では、流路ウエハ130をY方向に貫通する貫通孔132を、Z方向に隣り合う2つの入口流路74の間などに形成する。空隙等形成工程では、流路ウエハ130のY方向内側に窪む溝133を、流路ウエハ130のX方向両端に形成する。すなわち、溝133の開口端が流路ウエハ130の切断開始位置J1及び切断終了位置J2に位置するよう溝133を形成する。
充填材埋設工程では、流路ウエハ130における貫通孔132及び溝133に充填材103を埋設する。実施形態では、貫通孔132及び溝133全体に充填材103を埋設する。充填材埋設工程では、充填材103を、流路ウエハ130の切断開始位置J1及び切断終了位置J2に設ける。例えば、充填材103は、樹脂系接着剤を用いる。例えば、流路ウエハ130における貫通孔132及び溝133に接着剤を流し込んで硬化させる。
その後、母材切断工程では、ダイシング等を用いて、流路ウエハ130を個片化する。具体的に、溝133のX方向中心軸線(仮想線D1)に沿って流路ウエハ130を切断した後、X方向両端に位置する貫通孔132のZ方向軸線(仮想線D2)に沿って流路ウエハ130を切断する。仮想線D1,D2に沿って流路ウエハ130を切断することで、流路ウエハ130の切断面と、充填材103(硬化した接着剤)の切断面とが同一面に現れるようにする。これにより、流路プレート41(図3参照)が完成する。
なお、母材切断工程は、ダイシングに限らず、レーザ、サンドブラスト等により行っても構わない。
ところで、流路ウエハ130の材料と切断手段との相性などによっては、流路ウエハ130を切断しやすくなったり切断しにくくなったりする。そのため、切断手段の種類に応じて、切断手段と相性のよい流路ウエハ130の材料を選択することが好ましい。
例えば、切断手段としてダイシングを用いる場合には、ブレードが材料に負けることを抑制する観点から、流路ウエハ130の材料としては、酸化アルミニウム(アルミナ、Al23)、炭化ケイ素(SiC)等のような硬い材料よりも柔らかい材料が好ましい。
また、ブレードの目潰れ又は目詰まりを抑制する観点から、流路ウエハ130の材料としては、Au(金)等の金属のような延性のある材料、樹脂およびガラスのような粘り気がある材料よりも、硬度・曲げ強度が低い材料が好ましい。
例えば、切断手段としてレーザを用いる場合には、反射率などが切断しやすさに影響することから、流路ウエハ130の材料としては、金属よりも反射率が低い樹脂が好ましい。
例えば、切断手段としてサンドブラストを用いる場合には、研磨材のめり込みを抑制する観点から、流路ウエハ130の材料としては、樹脂のような柔らかい材料よりも、硬度・曲げ強度が低い材料が好ましい。
例えば、硬度・曲げ強度が低い材料としては、雲母のような劈開性の高い成分、層状構造(カーボン、窒化ホウ素)を含む材料が挙げられる。
<各種プレート接合工程>
次に、図22に示すように、各種プレート接合工程では、各ヘッドチップ40A,40Bにおけるカバープレート52と流路プレート41とを接合する。具体的に、流路プレート41のY方向外側面(各主面41f1,41f2)を、各ヘッドチップ40A,40BにおけるCP側Y方向内側面52f2に貼り付ける。
これにより、プレート接合体5Aを作製する。
なお、すべてのプレートをウエハ状態で貼り合わせてからのチップ分割(個片化)を行ってもよい。
<帰還プレート等接合工程>
次いで、プレート接合体5Aに対して帰還プレート43およびノズルプレート44を接合する。具体的に、帰還プレート43の上面を、プレート接合体5Aにおける吐出チャネル54の開口端面に貼り付ける。すなわち、切断面の1つである流路プレート41の下面(接合面)に、帰還プレート43を接合する。
次に、ノズルプレート44の上面を、帰還プレート43の下面に貼り付ける。その後、CP側尾部52eに対してフレキシブル基板45(図4参照)を実装する。
以上により、本実施形態のインクジェットヘッド5が完成する。
以上説明したように、本実施形態に係る部材100は、母材130から切断されることによって形成される、切断面Fを有する部材であって、母材130に含まれている基材101と、母材130に設けられた空隙102に埋設されるとともに基材101よりも切断性に優れる充填材103と、を備え、切断面Fに、基材101及び充填材103が共に露出している。
本実施形態によれば、切断面Fに基材101及び充填材103が共に露出していることで、母材130が基材101のみで構成された場合と比較して、母材130の切断面Fにおいて基材101よりも切断性に優れる充填材103の面積を大きく確保することができ、母材130を切断する際の負荷を低減することができる。したがって、母材130から容易に切断するとともに切断面Fの精度を向上することができる部材100を提供することができる。
また、本実施形態では、充填材103は、切断面Fの両端部に設けられている。
本実施形態によれば、充填材103を切断面Fの一端部にのみ設けた場合と比較して、母材130の切断面Fにおいて基材101よりも切断性に優れる充填材103の面積を大きく確保することができ、母材130を切断する際の負荷を低減することができる。加えて、母材130の切断時において切り始め及び切り終わりの負荷を低減することができる。したがって、母材130から部材100をより一層容易に切断することができる。本実施形態においては、切断面Fの両端部において基材101よりも接着性に優れる充填材103の面積を大きく確保することができるため、部材100の切断面F(実施形態では流路プレート41の下面)と第二部材(実施形態では帰還プレート43)との接着性をより一層高めることができる。
また、本実施形態では、部材100は、インクジェットヘッド5の流路プレート41であり、切断面Fの少なくとも一部には、インクが流れる開口74a,75a,75bが形成されている。
本実施形態によれば、母材130(実施形態では流路ウエハ130)から容易に切断することができる部材100をインクジェットヘッド5の流路プレート41とすることで、流路プレート41の製造効率及び製品精度を向上する観点で実益がある。
また、本実施形態では、基材101は、充填材103よりも脆い。
本実施形態によれば、基材101が充填材103よりも脆い場合であっても、母材130の切断面Fにおいて基材101よりも切断性に優れる充填材103の面積を大きく確保することができるため、母材130を切断する際の負荷を低減することができる。したがって、基材101の脆弱性に起因して部材が壊れたり砕けたりすることを抑制しつつ、母材130から部材100をより一層容易に切断する観点で好ましい。
また、本実施形態では、基材101は、カーボン、ケイ素、二酸化ケイ素、窒化ホウ素からなる群から選択される何れか一つ以上の物質である。
本実施形態によれば、基材101の脆弱性に起因して部材100が壊れたり砕けたりすることを抑制しつつ、母材130から部材100をより一層容易に切断する観点でより好ましい。
また、本実施形態では、切断面Fは、第二部材(実施形態では帰還プレート43)が接合される接合面を兼ねており、充填材103は、基材101よりも接着性に優れる。
本実施形態によれば、部材100が基材101のみで構成された場合と比較して、第二部材の接合面を兼ねる部材100の切断面F(実施形態では流路プレート41の下面)において、基材101よりも接着性に優れる充填材103の面積を大きく確保することができるため、部材100の切断面F(実施形態では流路プレート41の下面)と第二部材(実施形態では帰還プレート43)との接着性を高めることができる。したがって、インク漏れ等のリークを防ぐことができる。本実施形態においては、部材100の切断面F(実施形態では流路プレート41の下面)に開口75aが設けられている場合であっても、流路プレート41の下面と帰還プレート43との接着性を高めることができるため、外力およびインク加圧時の圧力などの影響で接着部分が剥がれてしまうことを回避することができる。特に、本実施形態においては、充填材103が流路プレート41における流路(入口流路74及び出口流路75)を囲むよう接合面の外周に配置されているため、外力およびインク加圧時の圧力などの影響で接着部分が剥がれてしまうことをより効果的に回避することができる。
また、本実施形態では、充填材103は、接着剤、レジスト、ゴム、プラスチック、硬化性材料からなる群から選択される何れか一つ以上の物質である。
本実施形態によれば、部材100の切断面F(実施形態では流路プレート41の下面)と第二部材(実施形態では帰還プレート43)との接着性を高める観点でより好ましい。本実施形態においては、基材101が充填材103よりも脆い場合であっても、充填材103が上記の物質であれば、充填材103は基材101よりも形状維持性に優れるため、母材130を切断した後の部材100の形状維持性を高めることができる。
また、本実施形態では、基材101は、カーボン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアセタール、フッ素樹脂からなる群から選択される何れか一つ以上の物質である。
本実施形態によれば、基材101が充填材103よりも接着性に劣るため、部材100の切断面F(実施形態では流路プレート41の下面)と第二部材(実施形態では帰還プレート43)との接着性を高める観点でより好ましい。
本実施形態に係るインクジェットヘッド5は、Z方向に沿って延在する複数のチャネル54,55がX方向に間隔をあけて並設されるとともに、Y方向に対向配置された一対のアクチュエータプレート51と、一対のアクチュエータプレート51におけるチャネル54,55の開口端側に配設されるとともに、チャネル54,55に連通する循環路76が形成された帰還プレート43と、一対のアクチュエータプレート51の間に配設されるとともに、インクが流入する入口流路74と循環路76に連通する出口流路75とがZ方向に並ぶように形成された流路プレート41と、を備え、流路プレート41は、上記の部材100であり、流路プレート41と帰還プレート43とは、切断面Fにおいて接合されていることを特徴とする。
この構成によれば、流路プレート41が上記の部材100である二列タイプのインクジェットヘッド5において、流路プレート41を容易に作製し且つ切断面の精度を向上することができるため、製造効率及び製品精度を向上することができる。本実施形態においては、部材100の切断面Fの両端部において基材101よりも接着性に優れる充填材103の面積を大きく確保することができるため、流路プレート41と帰還プレート43との接着性をより一層高めることができる。
また、本実施形態では、インクジェットヘッド5において、入口流路74は、共通インク室71にインクを流入させる前に一時的にインクを貯蔵するとともにX方向に延在する入口液体貯蔵部74sを含む。
本実施形態によれば、X方向に延在する入口液体貯蔵部74sがあることで、インクを通じて熱を伝達することができるため、アクチュエータプレート51の温度が均一化し易くなる。
また、本実施形態では、インクジェットヘッド5において、出口流路75は、循環路76から流出したインクを一時的に貯蔵するとともにX方向に延在する出口液体貯蔵部75sを含む。
本実施形態によれば、X方向に延在する出口液体貯蔵部75sがあることで、インクを通じて熱を伝達することができるため、アクチュエータプレート51の温度が均一化し易くなる。本実施形態においては、入口液体貯蔵部74sおよび出口液体貯蔵部75s(2つの液体貯蔵部74s,75s)があることで、入口液体貯蔵部74sまたは出口液体貯蔵部75sの何れか一方のみがある場合と比較して、アクチュエータプレート51の温度が均一化し易い。
また、本実施形態では、インクジェットヘッド5において、入口流路74は、流路プレート41のX方向の一端面で開口している。
本実施形態によれば、入口流路74を流路プレート41のZ方向の一端面で開口させた場合と比較して、インクの流入側においてインクジェットヘッド5のZ方向の長さを短縮することができる。また、入口流路74を流路プレート41のY方向の一端面で開口させた場合と比較して、インクの流入側においてインクジェットヘッド5の厚み(インクジェットヘッド5のY方向の長さ)を短縮することができる。
また、本実施形態では、インクジェットヘッド5において、出口流路75は、流路プレート41のX方向の他端面で開口している。
本実施形態によれば、出口流路75を流路プレート41のZ方向の一端面で開口させた場合と比較して、インクの流出側においてインクジェットヘッド5のZ方向の長さを短縮することができる。また、出口流路75を流路プレート41のY方向の一端面で開口させた場合と比較して、インクの流出側においてインクジェットヘッド5の厚み(インクジェットヘッド5のY方向の長さ)を短縮することができる。本実施形態においては、入口流路74が流路プレート41のX方向の一端面で開口し、かつ、出口流路75が流路プレート41のX方向の他端面で開口しているため、インクジェットヘッド5のZ方向の長さおよびインクジェットヘッド5の厚み(インクジェットヘッド5のY方向の長さ)を短縮する上で実益が大きい。
また、本実施形態では、インクジェットヘッド5において、チャネル54,55のうち帰還プレート43に対向する部分をインクの流れ方向と直交する面で切断したときの断面積をチャネル側流路断面積とし、循環路76をインクの流れ方向と直交する面で切断したときの断面積を循環路側流路断面積としたとき、循環路側流路断面積は、チャネル側流路断面積よりも小さい。
本実施形態によれば、循環路側流路断面積がチャネル側流路断面積よりも大きい場合と比較して、インク吐出時等に発生するチャネル内の圧力変動が流路を介して他のチャネル等に圧力波となって伝播される、いわゆるクロストーク(循環路76側からのクロストーク)を抑制することができる。したがって、優れた吐出性能(印字安定性)を得ることができる。
また、本実施形態では、インクジェットヘッド5において、流路プレート41には、入口流路74をY方向における一対のアクチュエータプレート51の一方側と他方側とに仕切る入口流路仕切り壁41aが設けられている。
本実施形態によれば、インク吐出時等に発生するチャネル内の圧力変動が入口流路仕切り壁41aで遮られるため、各アクチュエータプレート51間において、前記圧力変動が流路を介して他のチャネル等に圧力波となって伝播される、いわゆるクロストークを抑制することができる。したがって、優れた吐出性能(印字安定性)を得ることができる。
また、本実施形態では、インクジェットヘッド5において、流路プレート41には、出口流路75をY方向における一対のアクチュエータプレート51の一方側と他方側とに仕切る出口流路仕切り壁41bが設けられている。
本実施形態によれば、インク吐出時等に発生するチャネル内の圧力変動が出口流路仕切り壁41bで遮られるため、各アクチュエータプレート51間において、前記圧力変動が流路を介して他のチャネル等に圧力波となって伝播される、いわゆるクロストークを抑制することができる。したがって、優れた吐出性能(印字安定性)を得ることができる。
また、本実施形態では、インクジェットヘッド5において、流路プレート41のうち、入口流路74を形成する入口流路形成部材は、アクチュエータプレート51以上の熱伝導率を有する材料により形成されている。
本実施形態によれば、各アクチュエータプレート51間のうち、流路プレート41の入口流路形成部材とY方向で重なる部分の温度ばらつきを緩和し、インク温度の均一化を図ることができる。これにより、インクの吐出速度の均一化を図り、印字安定性を向上させることができる。
また、本実施形態では、インクジェットヘッド5において、流路プレート41のうち、出口流路75を形成する出口流路形成部材は、アクチュエータプレート51以上の熱伝導率を有する材料により形成されている。
本実施形態によれば、各アクチュエータプレート51間のうち、流路プレート41の出口流路形成部材とY方向で重なる部分の温度ばらつきを緩和し、インク温度の均一化を図ることができる。これにより、インクの吐出速度の均一化を図り、印字安定性を向上させることができる。
また、本実施形態では、インクジェットヘッド5において、流路プレート41のうち基材101の部分(本体部)は、同一の部材により一体に形成されている。
本実施形態によれば、流路プレート41のうち基材101の部分(本体部)を複数の部材の組合せで形成した場合と比較して、流路プレート41の作製工数を削減することができる。加えて、流路プレート41の本体部を複数の部材の組合せで形成した場合と比較して、流路プレート41の寸法精度を高めることができる。本実施形態においては、流路プレート41の本体部全体がアクチュエータプレート51以上の熱伝導率を有する材料により形成されていることで、各アクチュエータプレート51間のうち、流路プレート41の本体部とY方向で重なる部分の温度ばらつきを緩和し、インク温度の均一化を図ることができる。これにより、インクの吐出速度の均一化を図り、印字安定性をより一層向上させることができる。
また、本実施形態では、インクジェットヘッド5において、AP側Y方向内側面51f1に積層されて複数のチャネル54,55を閉塞するとともに、流路プレート41を間に挟んでY方向に対向配置され、かつ、Y方向に貫通するとともにチャネル54,55に連通する液体供給路70が形成された一対のカバープレート52を更に備える。
本実施形態によれば、一対のカバープレート52を更に備えた構成において、一対のアクチュエータプレート51の間に、液体供給路70を含むインクの流路を集約することができる。そのため、外側からインクを導入し外側にインクを戻す構成と比較して、インクジェットヘッド5の厚み(インクジェットヘッド5のY方向の長さ)を可及的に薄くすることができる。
また、本実施形態では、インクジェットヘッド5において、カバープレート52は、アクチュエータプレート51以上であって流路プレート41以下の熱伝導率を有する材料により形成されている。
本実施形態によれば、各アクチュエータプレート51間のうち、カバープレート52とY方向で重なる部分の温度ばらつきを緩和し、インク温度の均一化を図ることができる。これにより、インクの吐出速度の均一化を図り、印字安定性を向上させることができる。
また、本実施形態では、インクジェットヘッド5において、CP側Y方向外側面52f1は、フレキシブル基板45が接続される接続面とされている。
本実施形態によれば、CP側Y方向内側面52f2が接続面とされた場合と比較して、接続面においてフレキシブル基板45と電極端子(共通端子68及び個別端子69b)との接続作業を容易に行うことができる。
また、本実施形態では、インクジェットヘッド5において、カバープレート52には、アクチュエータプレート51とカバープレート52との積層状態において、カバープレート52のうち、アクチュエータプレート51のZ方向の一端面よりも外方に延出するとともに、前記接続面を有するCP側尾部52eが設けられ、流路プレート41のうち、CP側尾部52eとY方向で重なる部分は、中実部材41cとされている。
本実施形態によれば、流路プレート41のうち、CP側尾部52eとY方向で重なる部分を中空部材とした場合と比較して、流路プレート41とカバープレート52との接続時において、接続時の部材逃げによる圧着不良を回避することができる。例えば、流路プレート41とカバープレート52との接続時において、流路プレート41の割れ又は欠け等を回避することができる。
本実施形態に係るインクジェットヘッド5は、上記のヘッドチップ40A,40Bを備える。
本実施形態によれば、上記のヘッドチップ40A,40Bを備えた二列タイプのインクジェットヘッド5において、流路プレート41を容易に作製し且つ切断面の精度を向上することができるため、製造効率及び製品精度を向上することができる。
本実施形態に係るプリンタ1は、上記のインクジェットヘッド5と、インクジェットヘッド5と被記録媒体Pとを相対的に移動させる移動機構2,3,7と、を備える。
本実施形態によれば、上記の二列タイプのインクジェットヘッド5を備えたプリンタ1において、流路プレート41を容易に作製し且つ切断面の精度を向上することができるため、製造効率及び製品精度を向上することができる。加えてインクジェットヘッド5の厚みを薄くして軽量化を図ることができる。インクジェットヘッド5の厚みを薄くすることによって、インクジェットヘッド5を動かし易くなるため、利便性を向上することができる。インクジェットヘッド5を軽量化することによって、モータ等の駆動源の動力が低減するため、低消費電力化およびモータの小型化などを実現し、低コスト化を図ることができる。
本実施形態に係る切断方法は、空隙102が形成されている、基材101を含む母材130を形成する母材形成工程と、空隙102に、基材101よりも切断性に優れる充填材103を埋設する充填材埋設工程と、基材101及び充填材103が共に切断面Fに露出するよう母材130を同一面で切断する母材切断工程と、を有する。
本実施形態によれば、基材101及び充填材103が共に切断面Fに露出するよう母材130を同一面で切断することで、母材130が基材101のみで構成された場合と比較して、母材130の切断面Fにおいて基材101よりも切断性に優れる充填材103の面積を大きく確保することができ、母材130を切断する際の負荷を低減することができる。したがって、母材130から容易に切断するとともに切断面Fの精度を向上することができる部材100を提供することができる。
また、本実施形態では、充填材埋設工程において、充填材103を、母材130の切断開始位置J1及び切断終了位置J2に設ける。
本実施形態によれば、充填材103を母材130の切断開始位置J1又は切断終了位置J2の何れか一方のみに設けた場合と比較して、母材130の切断面Fにおいて基材101よりも切断性に優れる充填材103の面積を大きく確保することができ、母材130を切断する際の負荷を低減することができる。加えて、母材130の切断時において切り始め及び切り終わりの負荷を低減することができる。したがって、母材130から部材100をより一層容易に切断することができる。
なお、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上述した実施形態では、液体噴射装置の一例として、インクジェットプリンタ1を例に挙げて説明したが、プリンタに限られるものではない。例えば、ファックスやオンデマンド印刷機等であっても構わない。
上述した実施形態では、ノズル孔78が二列並んだ二列タイプのインクジェットヘッド5について説明したが、これに限られない。例えば、ノズル孔が三列以上のインクジェットヘッド5としてもよく、ノズル孔が一列のインクジェットヘッド5としてもよい。
上述した実施形態では、吐出チャネル54と非吐出チャネル55とが交互に配列された構成について説明したが、この構成のみに限られない。例えば、全チャネルから順次インクを吐出する、いわゆる3サイクル方式のインクジェットヘッドに本発明を適用しても構わない。
上述した実施形態では、アクチュエータプレートとしてシェブロンタイプを用いた構成について説明したが、これに限られない。すなわち、モノポールタイプ(分極方向が厚さ方向で一方向)のアクチュエータプレートを用いても構わない。
上述した実施形態では、入口流路74が流路プレート41のX方向の一端面で開口している構成について説明したが、この構成のみに限られない。例えば、入口流路74を流路プレート41のZ方向の一端面で開口させてもよいし、入口流路74を流路プレート41のY方向の一端面で開口させてもよい。
上述した実施形態では、出口流路75が流路プレート41のX方向の他端面で開口している構成について説明したが、この構成のみに限られない。例えば、出口流路75を流路プレート41のZ方向の一端面で開口させてもよいし、出口流路75を流路プレート41のY方向の一端面で開口させてもよい。
上述した実施形態では、循環路側流路断面積がチャネル側流路断面積よりも小さい構成について説明したが、この構成のみに限られない。例えば、循環路側流路断面積をチャネル側流路断面積以上の大きさとしてもよい。
上述した実施形態では、CP側Y方向外側面52f1がフレキシブル基板45の接続面とされている構成について説明したが、この構成のみに限られない。例えば、CP側Y方向内側面52f2が接続面とされていてもよい。
上述した実施形態では、流路プレート41のうちCP側尾部52eとY方向で重なる部分が中実部材41cとされている構成について説明したが、この構成のみに限られない。例えば、流路プレート41のうちCP側尾部52eとY方向で重なる部分を中空部材としてもよい。
上述した実施形態では、流路プレート41が複数の部材の組合せで形成された構成について説明したが、この構成のみに限られない。例えば、流路プレート41が同一の部材により一体に形成されていてもよい。
上述した実施形態では、流路プレート41の本体部(基材101)が同一の部材により一体に形成された構成について説明したが、この構成のみに限られない。例えば、流路プレート41の本体部(基材101)が複数の部材の組合せで形成されていてもよい。
上述した実施形態では、母材130が流路ウエハ130である構成について説明したが、この構成のみに限られない。例えば、母材130が流路ウエハ130以外の他のウエハを含んでいてもよい。すなわち、母材130の少なくとも一部に基材101が含まれていればよい。
上述した実施形態では、部材100が、基材101と、基材101に設けられた空隙102に埋設され、かつ、基材101よりも切断性に優れる充填材103と、を備えた構成について説明したが、この構成のみに限られない。例えば、部材100が、充填材103を備えず、空隙102が形成されている基材101のみを備えていてもよい。
上述した実施形態では、部材100の一部(基材101部分)が母材130に含まれている構成について説明したが、この構成のみに限られない。例えば、部材100の全部が母材130に含まれていてもよい。すなわち、部材100の少なくとも一部が母材130に含まれていればよい。
上述した実施形態では、流路プレート41が部材100である構成について説明したが、この構成のみに限られない。例えば、アクチュエータプレート51が部材100であってもよい。また、カバープレート52などのインクジェットヘッド5における流路プレート41以外の構成要素が部材100であってもよい。また、インクジェットヘッド5以外(プリンタ1以外)の装置の構成要素が部材100であってもよい。
上述した実施形態では、基材101が単一の部材である構成について説明したが、この構成のみに限られない。例えば、基材101が多層の積層構造であってもよい。
上述した実施形態では、空隙102が単体(単層)で形成された構成について説明したが、この構成のみに限られない。例えば、空隙102が多層によって構成されていてもよい。すなわち、空隙102が積層構造を有する基材101の境界面間の隙間であってもよい。空隙102は、基材101を含む二つ以上の材料で構成されることも含まれる。例えば、空隙102には、基材101に設けられた貫通孔、有底孔、溝、スリット等が含まれ、さらに基材101同士の間に形成された空間も含まれる。
上述した実施形態では、充填材103が空隙102の全体に埋設された構成について説明したが、この構成のみに限られない。例えば、充填材103が空隙102の一部に埋設されていてもよい。すなわち、充填材103は空隙102の少なくとも一部に埋設されていればよい。
上述した実施形態では、基材101が充填材103よりも脆い構成について説明したが、この構成のみに限られない。例えば、基材101が充填材103よりも硬くてもよい。すなわち、基材101は、充填材103よりも硬いため切断しにくい。具体的に、基材101のモース硬度は、7以上10以下である。なお、基材101の新モース硬度(修正モース硬度)は、8以上15以下である。
例えば、基材101は、ケイ素(シリコン、Si)、炭化ケイ素(SiC)、酸化アルミニウム(アルミナ、Al23)、窒化ガリウム(GaN)、タンタル酸リチウム(LT)、ニオブ酸リチウム(LN)、セラミックスからなる群から選択される何れか一つ以上の物質である。
ところで、部材100の硬度を高める観点からは、部材100における基材101を充填材103よりも硬くすることが考えられる。しかし、基材101を充填材103よりも硬くした場合、基材101を切断することがより一層困難となる可能性がある。
これに対し、この構成によれば、基材101が充填材103よりも硬い場合であっても、母材130の切断面Fにおいて基材101よりも切断性に優れる充填材103の面積を大きく確保することができるため、母材130を切断する際の負荷を低減することができる。したがって、部材100の硬度を高めつつ、母材130から部材100をより一層容易に切断する観点で好ましい。
また、基材101が上記の物質であれば、部材100の硬度を高めつつ、母材130から部材100をより一層容易に切断する観点でより好ましい。
なお、基材101が充填材103よりも脆く、かつ、硬くてもよい。すなわち、基材101は、充填材103よりも脆く硬いため切断しにくい場合でも構わない。
例えば、切断性の判断基準としては、工具寿命、切断温度、切りくず、切断抵抗、仕上げ面、加工時間が挙げられる。具体的には、工具寿命が短いか、不安定であるほど、切断性の悪さに大きく影響する。切断温度が高温になるほど、切断性の悪さに大きく影響する。切りくずが伸びるか、大きく振動するほど、切断性の悪さに大きく影響する。切断抵抗が高いほど、切断性の悪さに大きく影響する。仕上げ面にバリが出やすいほど、切断性の悪さに大きく影響する。加工時間が長くかかるほど、切断性の悪さに大きく影響する。
以下の変形例において、上記実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
<第1変形例>
例えば、図23に示すように、CP側Y方向外側面52f1には、複数のCP側共通パッド66に接続される横断共通電極80が形成されていてもよい。横断共通電極80は、CP側Y方向外側面52f1のうちスリット72とCP側個別パッド69aとの間の部分をX方向に延在している。横断共通電極80は、CP側Y方向外側面52f1においてX方向に沿って帯状に形成されている。横断共通電極80は、CP側Y方向外側面52f1上で複数のCP側共通パッド66の上端部に接続されている。一方、横断共通電極80は、CP側Y方向外側面52f1上でCP側個別パッド69aに当接していない。
AP側尾部51eのY方向内側面には、横断共通電極80の逃げ溝81(以下「電極逃げ溝81」という。)が形成されていてもよい。電極逃げ溝81は、AP側尾部51eのY方向内側面のうちAP側共通パッド62とAP側個別配線64との間の部分をX方向に延在している。電極逃げ溝81は、Y方向において横断共通電極80と対向している。電極逃げ溝81は、アクチュエータプレート51とカバープレート52とを接合したときにおける横断共通電極80に対応する位置に配置されている。すなわち、アクチュエータプレート51とカバープレート52との接合時において、横断共通電極80は電極逃げ溝81内に配置される。
本変形例では、CP側Y方向外側面52f1上には、複数のCP側共通パッド66に接続されるとともに、X方向に延在する横断共通電極80が形成されている。
本変形例によれば、横断共通電極80によって複数のCP側共通パッド66を予備的に接続することができるため、複数のCP側共通パッド66が液体供給路内電極65にのみ接続された場合と比較して、複数のCP側共通パッド66の電気的接続の信頼性を高めることができる。
また、本変形例では、AP側尾部51eのY方向内側面には、X方向に延在するとともに、Y方向において横断共通電極80と対向する電極逃げ溝81が形成されている。
本変形例によれば、アクチュエータプレート51とカバープレート52との接合時において、電極逃げ溝81内に横断共通電極80を収容することができるため、アクチュエータプレート51側の電極(例えば、AP側個別配線64)と横断共通電極80とが短絡することを回避することができる。
<第2変形例>
例えば、図24に示すように、実施形態の凹部73(図4参照)に代えて、カバープレート52の上端部には、Y方向に貫通するとともに、X方向に間隔をあけて配置された複数の貫通孔90が形成されていてもよい。
共通引出配線67は、CP側Y方向内側面52f2における共通インク室71の上端からCP側Y方向内側面52f2上を上方に延びた後、カバープレート52の上端部の貫通孔90を経て、CP側Y方向外側面52f1の上端部まで引き出されている。言いかえると、共通引出配線67は、貫通孔90内の貫通電極91を介してCP側尾部52eのY方向外側面まで引き出されている。これにより、複数の吐出チャネル54の内面に形成された共通電極61は、AP側共通パッド62、CP側共通パッド66、液体供給路内電極65および共通引出配線67を経て、共通端子68においてフレキシブル基板45と電気的に接続される。
例えば、貫通電極91は、蒸着等によって貫通孔90の内周面にのみ形成されている。なお、貫通電極91は、導電ペースト等によって貫通孔90内に充填されていてもよい。
本変形例では、CP側尾部52eの上端部には、カバープレート52をY方向に貫通するとともに、X方向に間隔をあけて配置された複数の貫通孔90が形成され、共通引出配線67は、貫通孔90を介して液体供給路内電極65とフレキシブル基板45とを接続している。
本変形例によれば、凹部73(図4参照)を介して共通引出配線67を液体供給路内電極65とフレキシブル基板45とに接続した場合と比較して、共通引出配線67を貫通孔形成部(壁部)で保護することができるため、貫通孔90内において共通引出配線67が損傷することを回避するこができる。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上述した各変形例を適宜組み合わせても構わない。
1…インクジェットプリンタ(液体噴射装置)
2…搬送手段(移動機構)
3…搬送手段(移動機構)
5,5K,5C,5M,5Y…インクジェットヘッド(液体噴射ヘッド)
7…走査手段(移動機構)
41…流路プレート
41a…入口流路仕切り壁
41b…出口流路仕切り壁
41c…中実部材
43…帰還プレート
45…フレキシブル基板(外部配線)
51…アクチュエータプレート
52…カバープレート
52e…CP側尾部(カバープレートのうち、アクチュエータプレートの第1方向の一端面よりも外方に延出する尾部)
54…吐出チャネル(噴射チャネル)
55…非吐出チャネル(非噴射チャネル)
70…液体供給路
74…入口流路
74a…開口
75…出口流路
75a,75b…開口
76…循環路
100…母材
101…基材
102…空隙
103…充填材
130…流路ウエハ(母材)
F…切断面
J1…切断開始位置
J2…切断終了位置
P…被記録媒体

Claims (15)

  1. 母材から切断されることによって形成される、切断面を有する部材であって、
    前記母材に含まれている基材と、
    前記母材に設けられた空隙に埋設されるとともに前記基材よりも切断性に優れる充填材と、を備え、
    前記切断面に、前記基材及び前記充填材が共に露出していることを特徴とする部材。
  2. 前記充填材は、前記切断面の両端部に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の部材。
  3. 前記部材は、液体噴射ヘッドチップの部材であり、
    前記切断面の少なくとも一部には、液体が流れる開口が形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の部材。
  4. 前記基材は、前記充填材よりも脆いことを特徴とする請求項1から3の何れか一項に記載の部材。
  5. 前記基材は、カーボン、ケイ素、二酸化ケイ素、窒化ホウ素からなる群から選択される何れか一つ以上の物質であることを特徴とする請求項4に記載の部材。
  6. 前記基材は、前記充填材よりも硬いことを特徴とする請求項1から5の何れか一項に記載の部材。
  7. 前記基材は、ケイ素、炭化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化ガリウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、セラミックスからなる群から選択される何れか一つ以上の物質であることを特徴とする請求項6に記載の部材。
  8. 前記切断面は、第二部材が接合される接合面を兼ねており、
    前記充填材は、前記基材よりも接着性に優れることを特徴とする請求項1から7の何れか一項に記載の部材。
  9. 前記充填材は、接着剤、レジスト、ゴム、プラスチック、硬化性材料からなる群から選択される何れか一つ以上の物質であることを特徴とする請求項8に記載の部材。
  10. 前記基材は、カーボン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアセタール、フッ素樹脂からなる群から選択される何れか一つ以上の物質であることを特徴とする請求項8又は9に記載の部材。
  11. 第1方向に沿って延在する複数のチャネルが前記第1方向に直交する第2方向に間隔をあけて並設されたアクチュエータプレートを備え、
    前記アクチュエータプレートは、請求項1から10の何れか一項に記載の部材であることを特徴とする液体噴射ヘッドチップ。
  12. 第1方向に沿って延在する複数のチャネルが前記第1方向に直交する第2方向に間隔をあけて並設されるとともに、前記第1方向及び前記第2方向に直交する第3方向に対向配置された一対のアクチュエータプレートと、
    前記一対のアクチュエータプレートにおける前記チャネルの開口端側に配設されるとともに、前記チャネルに連通する循環路が形成された帰還プレートと、
    前記一対のアクチュエータプレートの間に配設されるとともに、液体が流入する入口流路と前記循環路に連通する出口流路とが前記第1方向に並ぶように形成された流路プレートと、を備え、
    前記流路プレートは、請求項1から10の何れか一項に記載の部材であり、
    前記流路プレートと前記帰還プレートとは、前記切断面において接合されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
  13. 請求項12に記載の液体噴射ヘッドと、
    前記液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に移動させる移動機構と、を備えることを特徴とする液体噴射装置。
  14. 空隙が形成されている、基材を含む母材を形成する母材形成工程と、
    前記空隙に、前記基材よりも切断性に優れる充填材を埋設する充填材埋設工程と、
    前記基材及び前記充填材が共に切断面に露出するよう前記母材を同一面で切断する母材切断工程と、
    を有することを特徴とする切断方法。
  15. 前記充填材を、前記母材の切断開始位置及び切断終了位置に設けることを特徴とする請求項14に記載の切断方法。
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