JP2019006090A

JP2019006090A - 液体流路部材の製造方法

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Publication number: JP2019006090A
Application number: JP2017126575A
Authority: JP
Inventors: 直哉塚本; Naoya Tsukamoto; 島津　聡; Satoshi Shimazu; 聡島津
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2017-06-28
Filing date: 2017-06-28
Publication date: 2019-01-17
Anticipated expiration: 2037-06-28
Also published as: JP6896526B2

Abstract

【課題】レーザー溶着装置のコストの増大を抑制しつつ、レーザーの透過部材の凹凸の影響を抑制し、溶着信頼性の高い液体流路部材の製造方法を提供する。【解決手段】液体流路部材の製造方法において、第１の部材１０の面１９と第２の部材２０とが当接された当接部に対して、第１の部材１０の面１８側から第１の部材１０を介してレーザー光を照射して第１の部材１０と第２の部材２０とを溶着する工程において、凹部１１の底面に設けられる谷線は曲面１５を有し、曲面１５を介して当接部にレーザー光を照射することを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッド等に用いられる液体流路部材の製造方法に関する。

インクジェットプリンタは、液体吐出ヘッドから微小なインクを吐出して文字や画像を形成する出力機器であり、家庭用やオフィス機器としての利用だけでなく、近年は産業用途としての利用にまで普及しつつある。

インクジェットプリンタでは、液体を吐出する記録素子に液体を供給する液体流路部材が必要となる。液体流路部材の製造では、液体のリークを抑制した各部材の接合が求められる。また、部材を接合する際にその接合部でのゴミの発生を抑える必要がある。これに対して、液体流路部材を形成する方法として、特許文献１には振動溶着や超音波溶着と比較してゴミ発生の少ないレーザー溶着を用いる方法が提案されている。具体的には、レーザー溶着による接合技術として、勘合用の凹凸形状に対して斜めからレーザー光を照射する方法が提案されている。

特開２００２−２９２７４１号公報

レーザー溶着を行う際に、レーザー透過部材側に流路となる凹凸部を形成し液体流路部材を形成しようとすると、溶着部位によっては、凹凸のある透過部材を介して吸収材にレーザー光を照射する場合が発生する。その場合、レーザー受光面の凹凸角部や表面で発生するレーザー光の表面導波や、形状に起因するレーザー光の屈折によって、レーザーを吸収する吸収材に溶着するに十分なレーザー光が照射されない部分が発生する。結果、溶着が不十分な箇所が発生し、その部位からの液体のリークが発生する懸念がある。

また、特許文献１のように、レーザーの照射角度を適宜最適な状態に変更しようとすると、レーザー照射装置のコストや製造タクトが増大してしまう。

本発明は上記課題を鑑みてなされたもので、レーザー溶着装置のコストの増大を抑制しつつ、レーザーの透過部材の凹凸の影響を抑制し、溶着信頼性の高い液体流路部材の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の液体流路部材の製造方法は、レーザー光に対して透過性を有し、液体の流路を構成する凹部を一方の面に備える第１の部材と、レーザー光に対して吸収性を有し、前記第１の部材の前記一方の面の裏面に設けられる第２の部材と、前記第１の部材の前記一方の面に設けられ、前記凹部を覆う第３の部材と、を備える液体流路部材の製造方法において、前記第１の部材の前記裏面と前記第２の部材とが当接された当接部に対して、前記第１の部材の前記一方の面側から前記第１の部材を介してレーザー光を照射して前記第１の部材と前記第２の部材とを溶着する工程を含み、前記溶着する工程において、前記凹部の底面に設けられる谷線は曲面を有し、前記曲面を介して前記当接部にレーザー光を照射することを特徴とする。

以上、本発明によれば、レーザー溶着装置のコストの増大を抑制しつつ、レーザーの透過部材の凹凸の影響を抑制し、溶着信頼性の高い液体流路部材の製造方法の提供が可能になる。

本発明を適用可能な液体流路部材の分解斜視図である。（ａ）は本発明の第１の実施形態における流路プレートとバルブとのレーザー溶着工程を表す模式図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図であり流路プレートとバルブとのレーザー溶着の様子を示す模式図である。比較例として、レーザー溶着部分の拡大図を示す図である。本発明の第１の実施形態におけるレーザー溶着部分の拡大図を示す図である。本発明の第２の実施形態における、流路プレートとバルブとのレーザー溶着の様子を示す模式図である。本発明の第３の実施形態における、流路プレートとバルブとのレーザー溶着工程を表す模式図である。本発明の第４の実施形態における、液体流路部材を適用した液体吐出ヘッドの構成を示す斜視図である。

本発明の実施形態に関わる液体を流動させる液体流路部材およびその製造方法について、概略を説明する。図１は本発明が適用可能な液体流路部材の分解斜視図である。液体流路部材は、図１のように、主に流路プレート１０、流路開閉用バルブを備えるバルブ部材２０、流路形成材４０から構成されている。流路プレートと流路形成材で構成される液体流路の途中に設けられた流量（圧力）制御部材であるバルブ部材２０でインクの流れを制御し、液体吐出ヘッドに液体を供給する。

流路プレートは、厚さ３〜１０ｍｍ程度の樹脂のプレートに液体流路となる凹部が形成されている。この流路プレートは、成型や、板材に機械加工を施すなどの手段で製作される。また、後述するように、バルブ部材２０をレーザー溶着で流路プレート１０に接合するため、流路プレートにはレーザー光を透過する性質を持つ樹脂材が用いられる。尚、各実施形態において流量（圧力）制御部材としてバルブ部材２０を用いて説明しているが、本発明はこれに限られず、液体の流量や圧力を調整する、各種の流量（圧力）制御部材が適用可能である。また流量（圧力）制御部材に限られず、流路プレート１０の上に設けられる部材で、レーザー光を吸収する特性を備える部材であれば本発明を適用可能である。

流量（圧力）制御部材としてのバルブ部材２０には、例えば流路の開閉を行うバルブや、流路内での駆動力を与えるポンプなどがある。本実施形態における流路プレート１０とバルブ部材２０は、両者を当接した後、所謂レーザー溶着によって接合される。このため、バルブ部材２０には、レーザー光を吸収して発熱し、流路プレート１０と相溶して接合する性質を持つ樹脂材が用いられる。レーザー出力などの製造条件は、流路プレート１０のレーザー透過率やバルブ部材２０の溶着時の発熱量、所望の溶着強度に応じて、適宜変更する。

流路形成材４０は、流路プレート１０に貼り付けることによって、液体流路を形成するための部材である。つなわち、流路プレート１０に設けられた流路となる凹部に対して、流路形成材４０を設けることで凹部の蓋部材と機能し、流路形成材４０が流路の壁の一部を形成する。この流路形成材４０には、樹脂の板材やフィルム等が適用可能である。流路形成材４０の流路プレート１０への貼付は、流路プレート１０とバルブ部材２０とのレーザー溶着への影響度合に応じて、レーザー溶着前に行うかレーザー溶着後に行うかを適宜選択する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図２（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。図２では図１に示す液体流路部材１の製造工程を示す図であり、図２（ａ）は、第１の実施形態における流路プレート１０とバルブ部材２０とを溶着する、レーザー溶着工程を表す模式図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ’断面図であり、流路プレート１０とバルブ部材２０とのレーザー溶着の様子を示す模式図である。流路プレート１０の一方の面であるレーザー受光面１８には、液体流路となる凹部が形成されており、流路プレート１０のレーザー受光面１８の裏面１９にはバルブ部材２０が当接されている。流路プレートのレーザー受光面１８に対してレーザー光３０を照射し、流路プレート１０を介して流路プレート１０とバルブ部材２０との当接部にレーザー光を照射する。つまり、流路プレート１０の一方の面側（面１８）から流路プレート１０を介して当接部にレーザー光を照射する。レーザー光３０と被照射部である液体流路部材１とを相対移動させることで、溶着部１２が形成され両者が接合（溶着）される。ここで流路プレート１０はレーザー光に対して透過性を有する部材で形成され、バルブ部材２０はレーザー光に対して吸収性を有する部材で形成されている。なお、レーザー照射方法は本実施形態のような走査型の照射に限定されるものではなく、例えば、広い領域を一括して照射することが可能なレーザー光源を用いて、溶着領域に対してレーザー光を一括照射しても良い。

図３は、本発明の比較例として示すレーザー溶着部分の拡大図である。レーザー受光面１８に液体流路となる凹部１１が形成されており、図３に示すようにこの凹部の谷線部分１４が角形状の場合、レーザー光３０の表面導波の影響によって、流路プレート１０とバルブ部材２０との当接面の一部にレーザー光の未照射部分が発生する。具体的には、図３に示すように凹部１１の谷線部分１４の直下の位置にこのような未照射部分が発生する。結果、流路プレート１０とバルブ部材２０との当接箇所において溶着途切れが発生したり、溶着が弱い箇所が発生したりして、流路から液体のリークが発生する懸念が発生する。

図４は、本実施形態における溶着工程を示す図であり、図２（ｂ）のレーザー溶着部分２６の拡大図を示す。本実施形態において流路プレート１０のレーザー受光面１８に形成される凹部１１の底部には曲面１５が形成されている。具体的には、凹部１１の谷線部分の角を丸めた曲面１５が形成されている。この曲面１５の作用によって、レーザー光３０が屈折し、図３で示すようなバルブ部材２０のレーザー光未照射部分が無くなる。結果、図３で示すような溶着途切れの発生が抑制され、図３の谷線部分１４が角形状の場合と比較して流路プレート１０とバルブ部材２０との溶着信頼性を向上することができる。本実施形態では、凹部谷線部分の曲面１５におけるＲ形状の半径を約１ｍｍとした。なお、この値は本実施形態に限定されるものではなく、流路プレート１０の厚さ、流路となる凹部の寸法、流路プレート１０のレーザー透過率等に応じて適宜変更することができる。

流路プレート１０とバルブ部材２０とをレーザー溶着によって接合した後、流路形成材４０を流路プレート１０の面１８に接合する。本実施形態では、流路形成材４０にポリプロピレン（ＰＰ）をラミネートしたアルミフィルムを用い、熱溶着によって流路プレート１０に接合した。なお、流路形成材４０および流路プレート１０との接合方法は本実施形態に限定されるものではない。例えば流路形成材４０はガスバリア性、耐インク性を有していることが好ましく、上述した材料以外の各種部材が適用可能であり、樹脂フィルムや樹脂板、表面処理を施した金属板等も利用することが可能である。また、接合方法に関しても、接合時のゴミ発生が少ない方法が好ましく、接着やシール部材を利用したビス止め等も利用することができる。

流路形成材４０と流路プレート１０との接合に対して、振動溶着や超音波溶着は溶着時のゴミ発生が比較的多いことから好適ではない。また、レーザー溶着も技術的に可能ではあるものの、レーザー溶着の際に２方向からのレーザー照射方向が必要になり、装置コストが上昇してしまう。レーザー透過材である流路プレート１０に対して、別方向から組付けられているバルブ部材２０と流路形成材４０それぞれに対してレーザー光を照射することになるからである。よって、流路プレート１０とバルブ部材２０との接合はレーザー溶着で行い、流路プレート１０と流路形成材４０との接合は熱溶着や接着等の接合方法を適用することが好ましい。

以上、本発明の実施形態によれば、レーザー受光面１８に形成される凹部１１の影響を抑制し、また、装置コストを大幅に上げることなしに、溶着信頼性の高い液体流路部材の製造方法を提供することが可能になる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について、図５を参照して説明する。図５は第１の実施形態である図４で説明した凹部１１の谷線曲面１５に加えて、凹部１１の稜線をＲ形状である曲面１６を備える形状としている。このとき、凹部稜線の曲面１６におけるＲ形状の半径（曲率半径）は凹部谷線角部の曲面１５におけるＲ形状の半径（曲率半径）よりも小さい。本実施形態においては、凹部１１の開口部に設けられる曲面１６の曲率半径を０．５ｍｍ、凹部１１の底面部に設けられる曲面１５の曲率半径を１ｍｍにしている。なお、この値は本実施形態に限定されるものではなく、流路プレート１０の厚さ、凹部１１の寸法、流路プレート１０のレーザー透過率等に応じて適宜変更することができる。以上、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得られる他、レーザー光３０の屈折を利用して、所望の位置に対して部分的に溶着強度を向上させることが可能になる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について、図６を参照して説明する。本実施形態では、流路プレート１０および流路形成材４０の両方にレーザー光を透過する性質を持つ樹脂材を用いる。また、流路プレート１０と流路形成材４０の成型には、所謂、ＤＳＩ成型（ダイスライドインジェクション成型）技術を用いて一体成型した。そして、ＤＳＩ成型による流路プレート１０と流路形成材４０の接合後、レーザー溶着によってバルブ部材２０と流路プレート１０とを接合する。なお、流路プレート１０と流路形成材４０の接合方法は本実施形態に限るものではなく、共にレーザー光を透過する性質さえ有していれば、熱溶着や接着などの方法を用いることも可能である。

本実施形態によれば、第１の実施形態および第２の実施形態と同様の効果を得られる他、流路形成材４０と流路プレート１０とを接合した後であっても、流路プレート１０とバルブ部材２０とをレーザー溶着することが可能である。即ち、工程順序を柔軟に設定することが可能になる。また、流路プレート１０と流路形成材４０を予め一体化することにより、液体流路の曝露領域や曝露している時間を減らせることから、製造過程での液体流路内へのゴミの混入を軽減することが可能になる。以上のことから、液体流路部材の生産性を更に向上させることが可能になる。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態について図７を用いて説明する。図７は、液体流路部材１をインクジェットヘッドに代表される液体吐出ヘッド２５に適用した例を示す。液体吐出ヘッド２５には、上述した各実施形態における液体流路部材１が適用可能である。
図７（ａ）に示すように、液体吐出ヘッド２５は、液体を吐出するエネルギー発生素子を備える記録素子基板２１と、記録素子基板２１のエネルギー発生素子を駆動するための制御回路や電気実装部品を備える配線基板２２を備える。さらに、この配線基板と記録素子基板２１とを電気的に接続するフレキシブル配線２３および枠体２４を備える。本実施形態における液体吐出ヘッド２５は、記録素子基板２１が直線状に配列され、記録を行う被記録媒体の幅に対応した長さを有する、所謂フルライン型（ページワイド型）の液体吐出ヘッド２５である。

図７（ｂ）に示すように、液体吐出ヘッドの長手方向に延在する流路プレート１０と、流路プレート１０の内部を流れる液体の圧力を制御するためのバルブ部材２０を備える。本実施形態においては１つの流路プレート１０に対して複数のバルブ部材２０を備え、各バルブ部材２０により、記録装置本体から記録素子基板２１に供給される液体の圧力を調整（制御）している。

１液体流路部材
１０流路プレート
１１液体流路
１２溶着部
１３未溶着部
１４凹部の谷線角部
１５凹部の谷線曲面
１６凹部の稜線曲面
１７溶着強度向上部
２０バルブ部材
３０レーザー光
４０流路形成材

Claims

レーザー光に対して透過性を有し、液体の流路を構成する凹部を一方の面に備える第１の部材と、レーザー光に対して吸収性を有し、前記第１の部材の前記一方の面の裏面に設けられる第２の部材と、前記第１の部材の前記一方の面に設けられ、前記凹部を覆う第３の部材と、を備える液体流路部材の製造方法において、
前記第１の部材の前記裏面と前記第２の部材とが当接された当接部に対して、前記第１の部材の前記一方の面側から前記第１の部材を介してレーザー光を照射して前記第１の部材と前記第２の部材とを溶着する工程を含み、
前記溶着する工程において、前記凹部の底面に設けられる谷線は曲面を有し、前記曲面を介して前記当接部にレーザー光を照射することを特徴とする液体流路部材の製造方法。
前記溶着する工程において、前記凹部の開口部に設けられる稜線は曲面を有し、前記開口部に設けられる曲面を介して前記当接部にレーザー光を照射する、請求項１に記載の液体流路部材の製造方法。
前記開口部に設けられる曲面の曲率半径は、前記底面に設けられる曲面の曲率半径よりも小さい、請求項２に記載の液体流路部材の製造方法。
前記溶着する工程の後に、前記第１の部材と前記第３の部材とを熱溶着によって接合する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液体流路部材の製造方法。
前記第３の部材はレーザー光に対して透過性を有し、前記第１の部材と前記第３の部材とをダイスライドインジェクション成型によって一体成型する、請求項１に記載の液体流路部材の製造方法。
前記溶着する工程より前に、前記ダイスライドインジェクション成型により前記第１の部材と前記第３の部材とを一体成型する、請求項５に記載の液体流路部材の製造方法。
前記溶着する工程において、前記第３の部材および前記第１の部材を介して前記当接部にレーザー光を照射する、請求項５または６に記載の液体流路部材の製造方法。
前記第２の部材は、前記流路内の液体の流れを制御するバルブ部材を含む、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の液体流路部材の製造方法。
前記第３の部材に対して液体を吐出する記録素子基板を設ける、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の液体流路部材の製造方法。