JP3756506B1 - インクジェットヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数のヘッド構成要素に対して高精度に共通のノズル板を接着することができるインクジェットヘッドおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】 複数のヘッド構成要素１０を相互に固定して構成したヘッドユニット７と、ヘッドユニット７に固定されたノズル板１７とを備えている。ヘッド構成要素１０は、一対の主表面Ｍと上記一対の主表面Ｍに挟まれた前面Ｆとを有し、前面Ｆには内部に設けられた複数のインク室４にそれぞれ連通する複数の開口４ａが設けられている。ヘッドユニット７を構成するヘッド構成要素１０は、その主表面Ｍを相互に当接して固定されている。ノズル板１７は、ヘッドユニット７を構成する全てのヘッド構成要素１０に跨るようにヘッドユニット７の前面に当接されると共に、開口４ａに対応する位置にはノズル孔１６が設けられている。
【選択図】 図１０

Description

この発明は、インクジェットプリンタなどに用いられるインクジェットヘッドおよびインクジェットヘッドの製造方法に関し、より詳しくは、複数のヘッド構成要素を組み合わせて構成するインクジェットヘッドおよびその製造方法に関する。

インクジェットプリンタは、インクジェットヘッドに設けられた微小なノズル孔から印字データに応じてインクの微小な液滴を噴出することで、紙等の媒体に画像を印刷する。このインクジェット方式のプリンター装置としては、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの４色、またはライトシアン、ライトマゼンダを追加した６色のインクを充填したインクジェットヘッドによってフルカラーの画像を形成するものがある。最近では、このインクジェットヘッドを生産装置へ組み込むことで、配線パターンやカラーフィルター等を作製することも盛んに行われるようになっている。

このようなインクジェットヘッドを構成するヘッド構成要素の構造を図１３および図１４に示す。図１３は従来のヘッド構成要素の構造を示す斜視図、図１４は、図１３の切断線Ｓで切断した、ヘッド構成要素の構造を示す斜視図である。

従来のヘッド構成要素の製造方法について説明する。その厚み方向に分極された圧電基板１０１にダイシング加工を施し、複数の溝を形成する。この複数の溝は、インク室１０４を構成する。このインク室１０４の内壁に電極１０５を形成する。そして、この電極１０５を覆うように、インク室１０４の内壁には１０μｍ程度の厚みの電極保護膜（図示せず）を形成する。インク室１０４の後端部（ノズル板を当接する側と反対側の側）には、電極１０５に導通する導電材（図示せず）を充填する。

圧電基板１０１には、インク室１０４を覆うようにカバー部材１０２が取り付けられる。このカバー部材１０２には、共通インク室１０３が形成されている。この共通インク室１０３は、圧電基板１０１のすべてのインク室１０４と連通しており、この共通インク室１０３から各インク室１０４へインクが供給される。

圧電基板１０１にカバー部材１０２を接着することで、ヘッド構成要素１００が形成される。電極１０５に印字データに応じた電圧を印加すると、このインク室１０４の壁部が変形する。これにより、インク室１０４の内部に充填されたインクが加圧され、インクがインク室１０４から押し出される。

このような圧電方式のインクジェットヘッドでは、電圧を加減して圧電体の変形を制御することによってインクの加圧量及びインク噴出滴量をコントロールすることができるため、階調印刷が容易であるという特徴がある。４色のインクを用いる場合には、４個のヘッド構成要素１００を一体化し、６色のインクを用いる場合には、６個のヘッド構成要素１００を一体化してヘッドユニットを構成する。

図１５は、複数のヘッド構成要素を一体化した従来のヘッドユニットを示す斜視図である。図１５に示すようなヘッドユニット２００においては、各々のヘッド構成要素１００をヘッド保持部材１０６に対して高精度に配置する必要がある。ヘッド保持部材１０６に対して各ヘッド構成要素１００が所定の位置に配置されていない場合は、記録紙の所定位置にインクが着弾せずに色ずれが生じて画像品質不良となる。

ヘッド構成要素１００の位置ずれは、図１５に示す、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の位置ずれと、これらの軸に対する回転方向であるα、β、γ成分の位置ずれとがある。このように６軸の位置決めが精度内に入っていない場合は、上記のような画像品質不良が生じる。

この問題に対して、特許文献１（特許第３２１５７８９号公報）に記載されているインクジェットヘッドにおいては、複数のヘッド構成要素に対して共通のノズル板を、ヘッド構成要素の前面と枠体面に接着している。このインクジェットヘッドによると、各ヘッド構成要素間に相対位置のずれが生じている場合においても、共通のノズル板を接着しているので、インクの着弾精度は、ノズル板の加工精度と共通ノズルにより一体化された複数のインクジェットヘッドの姿勢によって決定される。これにより高精度な着弾精度を簡単に確保することが可能である。

このインクジェットヘッドを組み込んだ、配線パターンやカラーフィルター等を作製する装置においては、インクジェットヘッドを印字方向に対してθ°傾けることにより、インクジェットヘッドのノズルピッチを画素ピッチまたは絵素ピッチに対応させている。
特許第３２１５７８９号公報

しかしながら複数のヘッド構成要素に対して共通のノズル板を接着する場合、各ヘッド構成要素の相対位置を高精度に制御する必要がある。

図１６は、インク室の開口とノズル孔との相対位置を示す正面図である。仮に図１６に示すように、インク室１０４の幅が８０μｍ、深さが２００μｍであった場合を考えると、インク室１０４の内壁に１０μｍ厚さの電極保護膜を形成すると、インク室１０４の開口の寸法は６０μｍ×１８０μｍとなる。

接着するノズル板の厚さを５０μｍ、ノズル孔１１６の入口径を４０μｍ、出口径を２０μｍとした場合、ノズル板の入口径がインク室１０４の開口内に収まるためにはインク室１０４の幅方向に対しては±１０μｍの精度で複数のヘッド構成要素を位置決めする必要がある。

枠体で構成されたヘッド保持部材１０６に対して各ヘッド構成要素１００を所定の位置に配置して固定する場合には、接着剤による固定が一般的である。接着時には各ヘッド構成要素１００が所定の精度内に調整された状態を維持しながら、接着固定を行なう必要がある。ヘッド構成要素１００を接着する時の調整代を確保するため、ヘッド保持部材１０６に対して各ヘッド構成要素１００とが直接当接しないようにしており、ヘッド保持部材１０６とそれぞれのヘッド構成要素１００との間に所定の隙間１０７を設けている。

接着剤による固定時には、調整代となるヘッド保持部材１０６と各ヘッド構成要素１００との隙間１０７に接着剤を充填して固定する。このとき、それぞれのヘッド構成要素１００が、接着剤の硬化収縮や熱膨張差による伸縮等の影響により位置ずれし、接着固定後の位置精度が許容の範囲内に収まらないといった問題が生じる。

また、上記特許文献１記載のインクジェットヘッドにおいては、ヘッド保持部材１０６の前面とヘッド構成要素１００の前面とが同一平面に位置しており、これらの両方に対してノズル板を接着する構造となっているため、ノズル板の面積が大きくなり、ノズル板の接着時に気泡の混入、ダストの混入等が発生しやすい。この場合には、インク室１０４相互間にバイパスが形成され、インクの吐出に悪影響を及ぼす。

さらに、ノズル板の表面に付着する液滴を除去するために、ノズル板の表面をゴム状のワイパーでワイピングするが、ノズル板の面積が大きいほどワイピング領域が大きくなり、メンテナンス領域が大きくなる。ノズル板がヘッド保持部材１０６を覆うようにした場合には、メンテナンス領域が拡大する。一方、ノズル板が、ヘッド構成要素１００のみを覆うようにした場合には、ノズル板に付着した液滴が、ヘッド保持部材に付着するという問題がある。

したがって、この発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、複数のヘッド構成要素に対して高精度に共通のノズル板を接着することができるインクジェットヘッドおよびその製造方法を提供することを目的とする。

この発明に基づいたインクジェットヘッドに従えば、複数のヘッド構成要素を相互に固定して構成したヘッドユニットと、上記ヘッドユニットを構成する上記複数のヘッド構成要素の側面に当接され、これらに跨るように取り付けられたマニホールドと、上記ヘッドユニットに固定されたノズル板とを備えている。上記ヘッド構成要素は、一対の主表面と上記一対の主表面に挟まれた前面とを有し、上記前面には内部に設けられた複数のインク室にそれぞれ連通する複数の開口が設けられている。上記ヘッドユニットを構成するヘッド構成要素は、その主表面を相互に当接して固定されている。上記ノズル板は、上記ヘッドユニットを構成する全てのヘッド構成要素に跨るように上記ヘッドユニットの前面に当接されると共に、上記開口に対応する位置にはノズル孔が設けられている。

この構成によると、ヘッド構成要素の主表面を相互に当接して固定しているので、ヘッド構成要素相互の正確な位置決めを容易に行なうことができる。このように正確に位置決めしたヘッド構成要素を含むヘッドユニットに対して、全てのヘッド構成要素に共通のノズル板を取り付けるので、インクの着弾位置精度を容易に確保できると共に、ヘッドユニットとノズル板とを隙間なく当接することができる。

上記インクジェットヘッドにおいて好ましくは、上記ヘッド構成要素は複数の上記開口およびインク室を構成するヘッドチップと、上記ヘッドチップに当接された放熱部材とで構成されている。この構成によると、ヘッド構成要素を相互に直接固定する場合には、内部の熱が放熱されにくくなるが、それぞれのヘッド構成要素に放熱部材を設けることで、ヘッドチップで発生した熱を効果的に放出することができる。これにより、発熱量の大きい高周波駆動が可能となる。

上記インクジェットヘッドにおいてさらに好ましくは、上記ヘッドチップは、平行な一対の主表面を有し、上記放熱部材は板状部を有し、上記板状部が上記ヘッドチップの一方の主表面に当接されており、上記ヘッドユニットを構成する各ヘッド構成要素の各ヘッドチップ間には上記放熱部材が介在している。この構成によると、各ヘッドチップ間に放熱部材が介在しているので、ヘッドチップで発生した熱をさらに効率的に放出することができる。

上記インクジェットヘッドにおいてさらに好ましくは、上記放熱部材は、セラミクス材料で構成している。この構成によると、より高精度な放熱部材の加工が可能となり、ヘッド構成要素間の相対的な位置精度をさらに向上させることができる。

上記インクジェットヘッドにおいてさらに好ましくは、上記放熱部材は、窒化アルミニウムで構成している。この構成によると、より高精度な放熱部材の加工が可能となるうえ、ヘッドチップを構成する圧電材料と、窒化アルミニウムとは熱膨張率が近似するので、接着時の加熱等による温度変化の影響を最小化することができる。

上記インクジェットヘッドにおいてさらに好ましくは、上記ヘッドユニットの一対の主表面および両側面を囲み、上記ヘッドユニットを保持するヘッドユニット保持部材をさらに備え、上記ヘッドユニットの前面は、上記ヘッドユニット保持部材の前面より、前方に突出している。この突出長さは１ｍｍ以上が好ましい。

この構成によると、ヘッドユニットの前面をヘッドユニット保持部材より突出させているので、ノズル板はヘッドユニット保持部材には当接しない。これにより、ノズル板を接着するときには、ヘッドユニットの前面にのみ接着すればよいので、ノズル板の接着面を小さくすることができる。その結果、ヘッドユニットとノズル板との間に、気泡やダストが混入しにくくなり、それらによる不具合を回避することができる。また、ノズル板の表面に付着したインクはゴム状のワイパーなどで掻き落とす必要があるが、ヘッドユニットを突出させたことにより、ノズル板の前面もヘッドユニット保持部材より前方に突出する。これにより、インクを掻き落とすワイパーがヘッドユニット保持部材に接触しなくなるので、掻き落としたインクがヘッドユニット保持部材に付着することを回避することができる。ヘッドユニットの突出長さを１ｍｍ以上にすることで、その効果をより確実なものとすることができる。

上記インクジェットヘッドにおいてさらに好ましくは、上記マニホールドは、上記インク室にインクを供給するインク供給管を有し、上記マニホールドの上記ヘッドユニットに当接する面は、上記ヘッドユニットの側面に隙間なく当接する形状を有している。この構成によると、マニホールドをその側面に隙間なく当接するので、ヘッドユニットを構成する各ヘッド構成要素を側面方向に正確に位置決めすることができる。

上記ヘッドユニットを構成する各ヘッド構成要素は、上記ヘッドユニットの両側面に段差が生じるよう段違いに固定されており、上記マニホールドは上記ヘッドユニットの両側面に設けられ、上記ヘッドユニットの両側面は上記マニホールドを介して上記ヘッドユニット保持部材に固定されている。これにより、段違いにヘッド構成要素を固定する場合でも、ヘッド構成要素を正確に位置決めすることができる。

上記インクジェットヘッドにおいてさらに好ましくは、上記マニホールドの前面と上記ヘッドユニットの前面とは同一平面上に位置し、上記ノズル板はマニホールドの前面およびヘッドユニットの前面に当接して固定されている。この構成によると、ヘッド構成要素およびマニホールドの前面は、ヘッドユニットの前面の形状に関わらず任意の平面形状とすることができる。これにより、ノズル板の平面形状が制約されることがない。

この発明に基づいたインクジェットヘッドの製造方法のある局面に従えば、一対の主表面と上記一対の主表面に挟まれた前面とを有し、上記前面には内部に設けられた複数のインク室にそれぞれ連通する複数の開口が設けられた、複数のヘッド構成要素を形成する工程と、上記複数のヘッド構成要素を相互に固定してヘッドユニットを形成する工程と、上記インク室の内壁に設けられた電極を保護する保護膜処理をヘッドユニットに施す工程と、上記ヘッドユニットの側面にマニホールドを配置する工程と、保護膜処理が行なわれた上記ヘッドユニットの前面にノズル板を接着する工程とを含む。

このインクジェットヘッドの製造方法によると、ヘッド構成要素の主表面を相互に当接して固定するのでこれらを正確に位置決めすることが容易であり、その前面に共通のノズル板を固定するので、ノズル板を正確な位置に取り付けることができる。

一方、電極を保護する保護膜としてはパリレン膜等の有機膜が一般的である。ヘッドユニット形成前に保護膜処理を行なった場合には、ヘッド構成要素の主表面を相互に当接して固定する際に保護膜を介在させてしまうことになるため、ユニット化の精度に保護膜の膜厚精度が影響し、精度劣化の一因となる。保護膜処理をヘッドユニット形成後に行なうことで、ヘッド構成要素間に保護膜が介在しないので、保護膜の膜厚の影響を受けることがない、高精度なヘッドユニットを構成することができる。

また、保護膜として一般的な有機膜は、ヘッド構成要素と比較して軟らかく、傷つきやすいため、ユニット化の際に傷が入り、保護膜としての機能を果たさなくなったり、塑性変形して精度を確保できなくなったりする場合がある。ヘッドユニット形成後に保護膜処理を行なうことでこのような不具合が発生することを回避することができる。

さらに、ヘッド構成要素に対する保護膜の密着強度は、ヘッド構成要素を相互に接着した場合の接着強度よりも劣る。ヘッドユニット形成後に保護膜処理を行なうことで、ヘッド構成要素間には保護膜が介在しないので、ヘッド構成要素相互を直接接着することができ、これらをより強固に固定することができる。

この発明に基づいたインクジェットヘッドの製造方法の他の局面に従えば、一対の主表面と上記一対の主表面に挟まれた前面とを有し、上記前面には内部に設けられた複数のインク室にそれぞれ連通する複数の開口が設けられた、複数のヘッド構成要素を形成する工程と、上記複数のヘッド構成要素を相互に固定してヘッドユニットを形成する工程と、上記インク室の内壁に設けられた電極を保護する保護膜処理をヘッドユニットに施す工程と、保護膜処理が行なわれた上記ヘッドユニットの両側面に上記インク室にインクを供給するマニホールドを配置する工程と、上記マニホールドおよび上記ヘッドユニットの前面にノズル板を接着する工程とを含む。

このインクジェットヘッドの製造方法によると、ヘッド構成要素の主表面を相互に当接して固定するのでこれらを正確に位置決めすることが容易である。また、マニホールドをヘッドユニットの両側面に取り付けるので、ヘッド構成要素の側面方向の位置決めを正確に行なうことができる。さらに、マニホールドおよびヘッドユニットの前面に共通のノズル板を固定するので、ヘッド構成要素が段違いに取り付けられている場合でも、ノズル板を正確な位置に取り付けることができる。

保護膜としてはパリレン膜等の有機膜が一般的であるが、パリレン膜は、ダイマーであるジパラキシリレンを低圧下で加熱して熱分解させてラジカルガスを生成させ、これをヘッドユニットに導くことで成膜される。パリレン膜は非常に狭い領域まで成膜することが可能であるが、インクジェットヘッドのインク流路のような形状の場合、共通インク室の開口部から距離に応じて徐々に膜厚が変化する場合がある。インク室の開口部にマニホールドを取り付けた後にパリレン膜の成膜を行なうと膜厚変化がより顕著となり、特性ばらつきの一因となる。マニホールド取り付け前に保護膜処理を行なうことで、このような不具合を回避することができる。

本発明に係るインクジェットヘッドおよびその製造方法によると、複数のヘッド構成要素で構成されたヘッドユニットに対して高精度に共通のノズル板を接着することができる。

以下、本発明に係る実施の形態について、図１から図１２を参照して説明する。本実施の形態に係るインクジェットヘッドは、複数のヘッド構成要素１０を相互に固定して構成したヘッドユニット７と、ヘッドユニット７に固定されたノズル板１７とを備えている。ヘッド構成要素１０は、一対の主表面Ｍと一対の主表面Ｍに挟まれた前面Ｆとを有し、前面Ｆには内部に設けられた複数のインク室４にそれぞれ連通する複数の開口４ａが設けられている。ヘッドユニット７を構成するヘッド構成要素１０は、その主表面Ｍを相互に当接して固定されている。ノズル板１７は、ヘッドユニット７を構成する全てのヘッド構成要素１０に跨るようにヘッドユニット７の前面に当接されると共に、開口４ａに対応する位置にはノズル孔１６が設けられている。

図１は、本実施の形態のヘッドチップの構造を示す斜視図である。ヘッド構成要素１０は、ヘッドチップ１０Ａと放熱部材１０Ｂとで構成されている。ヘッドチップ１０Ａは、以下の手順で作製される。まず、その厚み方向に分極されたＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）基板１ＡとＰＺＴ基板１Ｂとを貼り合わせ、たとえば約０．９ｍｍの厚みの圧電基板１を構成する。次にこの圧電基板１にダイシング加工により複数の平行な溝を形成する。これらの溝はそれぞれインク室４を形成する。

このインク室４の内壁には蒸着、スパッタまたはめっき法などにより電極５を形成する。電極５の材料としては、アルミや銅などが適している。上記の方法により電極５の形成すると、隣接するインク室４を分離する隔壁上面などの、インク室４の内壁以外の部分にも電極５が形成されてしまう。そのため、隣接するインク室４相互が短絡した状態となる。各インク室４を電気的に分離するために、圧電基板１の表面を研削加工して、各インク室４を分離している隔壁上に形成された電極５を除去する。

この研削加工により、圧電基板１の下面と各インク室４を分離している隔壁上面、すなわち圧電基板１の両表面の平面度、平行度は１〜２μｍ程度に加工することが好ましい。電極５の後端部（ノズル板を当接する側と反対の側）には、電極５を外部に導出するための接続端子６を形成する。

カバー部材２を圧電基板１に接着してインク室４を形成する。カバー部材２は、圧電基板１と一体化されるため、圧電基板１とカバー部材２とは熱膨張率が一致または近似しているのが好ましい。また、加工性についても圧電基板１と同等に高精度に加工できるものが望ましい。これらの条件を満たすものとして快削性セラミクスや圧電基板等がある。カバー部材２はこれらの材料により構成している。

カバー部材２の下面側には共通インク室３が形成されている。この共通インク室３は、各圧電基板１のすべてのインク室４と連通し、また、ヘッドチップ１０Ａの側面まで貫通した構造になっている。カバー部材２の厚みは、共通インク室３を加工しても強度的に問題がないような厚みが好ましい。本実施の形態では、カバー部材２の厚みを２ｍｍとしている。この共通インク室３から各インク室４へインクが供給されるようになっている。このカバー部材２についても、共通インク室３の加工後、圧電基板１を加工したのと同一の研削装置で平面研削加工を行なう。これによりカバー部材２の両面を高精度に加工することができる。たとえば、カバー部材２の両面の平面度、平行度は１〜２μｍ程度を確保することができる。圧電基板１とカバー部材２とが接着されることでヘッドチップ１０Ａが構成される。

ヘッドチップ１０Ａはウェハ状態で加工され、ダイシングマシンにより切断されて個々のヘッドチップ１０Ａへと分離される。そのため、ヘッドチップ１０Ａの幅方向の長さ精度および直角度を高精度にすることができる。たとえば、ヘッドチップ１０Ａのダイシングマシンでの切断加工の位置精度は２〜３μｍ程度、切断面の圧電基板１に対する直角度は１〜２μｍとすることが可能である。

図２は、本実施の形態の放熱部材の構造を示す斜視図である。次に、ヘッドチップ１０Ａを図２に示すような、段差を有する板状の放熱部材１０Ｂに接着する。この放熱部材１０Ｂに必要な特性は、次の通りである。（１）ヘッドチップ１０Ａを高周波で駆動させたときに発生する熱を、外部へ効率よく放熱させることができる。（２）この放熱部材１０Ｂを介して複数のヘッドチップ１０Ａを高精度に配置し接着するため、高精度な加工に対応することができる。（３）熱膨張率がヘッドチップ１０Ａと一致または近似する。

このような要求される特性を満足する材料として、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、アルミナ等のセラミクス材料がある。中でも窒化アルミニウムは、熱膨張率のマッチングおよび放熱特性の点で最適である。研削加工により、この放熱部材１０Ｂの裏面８とヘッドチップ１０Ａの搭載面９の平行度、平面度を、たとえば３μｍ以下、厚み公差を±５μｍ以下に加工する。本実施の形態では、放熱部材１０Ｂのヘッドチップ１０Ａの搭載面９における厚みは１ｍｍである。

図３は、本実施の形態のヘッド構成要素の構造を示す斜視図である。放熱部材１０Ｂのヘッドチップ１０Ａの搭載面９に接着剤を塗布し、ヘッドチップ１０Ａを接着する。これにより図３に示すようなヘッド構成要素１０を構成することができる。本実施の形態では、放熱部材１０Ｂおよびヘッドチップ１０Ａからなるヘッド構成要素１０の厚みは３．９ｍｍである。

このとき、放熱部材１０Ｂの前面に対してヘッドチップ１０Ａの前面が５０μｍ程度前方に突出するように、放熱部材１０Ｂを構成している。これはヘッドチップ１０Ａよりも放熱部材１０Ｂの前面が突出した場合には、ノズル板１７とヘッドチップ１０Ａの前面との間に隙間が発生する恐れがあるためである。

図４は、本実施の形態のヘッド構成要素にフレキシブル配線基板を取り付けた状態を示す斜視図である。図４に示すように、ヘッド構成要素１０の電極５の後端部（ノズル板を当接する側と反対の側）に形成した、電極５を外部に導出するための接続端子６（図１参照）に対して、フレキシブル配線基板１１接続する。フレキシブル配線基板１１は、異方性導電樹脂（図示せず）を介して接続端子６に接続する。これにより、ヘッド構成要素１０の電極５に外部から電圧を印加して、ヘッド構成要素１０を駆動することが可能となる。

図５は、本実施の形態における、複数のヘッド構成要素を組み合わせたヘッドユニットの構造を示す斜視図である。以上の手順で作製した、フレキシブル配線基板１１が接続されたヘッド構成要素１０を、吐出させたいインクの数であるｎ個（図５中では３個）接着してマルチヘッド化を行なう。このとき、ヘッド構成要素１０の主表面Ｍを相互に当接して接着する。これにより、ヘッド構成要素１０相互間の、主表面Ｍの法線方向の相対位置および、主表面Ｍに沿う方向の相対角度を正確に位置決めすることができる。また、上述のように、ヘッドチップ１０Ａおよび放熱部材１０Ｂの主表面は非常に高い精度で加工されているので、ヘッド構成要素１０の主表面においても非常に高い精度が確保されている。その結果、多数のヘッド構成要素１０を順に接着していくような場合でも、高い精度のヘッドユニット７を構成することができる。

また、図５に示すように、ヘッド構成要素１０を組み合わせる際、ヘッド構成要素１０を構成するヘッドチップ１０Ａと放熱部材１０Ｂとが交互に位置するようにしているので、ヘッドチップ１０Ａで発生した熱を放熱部材１０Ｂにより効果的に放出することができる。特に、ヘッドチップ１０Ａを高周波駆動するような場合には、発熱量が増大するが、そのような場合でも、ヘッドチップ１０Ａの温度を、一定の温度以下に保つことができる。

ここで、明細書および特許請求の範囲において、主表面とは、その部材を構成する外面のうち実質的に最も広い面とそれに対応する反対面とを意味する。主表面は、必ずしも完全な平面に限らず、たとえばその面内に、対向する主表面と符合する溝や段差などの凹凸が形成されているような場合も含む。

インク室４を形成する時の溝加工ピッチには限界がある。そのため、溝加工の加工限界より小さいノズルピッチが必要となるような、たとえば、微細な配線パターンやカラーフィルター等の画素ピッチまたは絵素ピッチに対応させるために、インクジェットヘッドのノズル孔の整列する方向を印字方向に対して所定角度傾斜させている。特にカラーフィルターのような各絵素に異なるインクを吐出させる必要がある場合においては、ノズルピッチを小さくする必要がある上、各色のインクの着弾位置は非常に高い精度が要求される。

このため多色印刷を行なうため本実施の形態のインクジェットヘッドでは、次のように各インクに対応するヘッド構成要素１０を組み合わせている。たとえば液晶パネルのカラーフィルターを作製する場合であれば、その絵素ピッチに対応するような傾き角度を算出する。そしてその傾き角度に、ヘッドチップの吐出孔を傾ける。この傾き角度において印刷方向に送られたときに、各インクが同一の延長線上に着弾するよう、各ヘッド構成要素１０をずらして配列する。図５では、インクの色数である３個のヘッド構成要素１０を組み合わせてマルチヘッド化を行なっている。

次に、ヘッド構成要素１０を組み合わせたヘッドユニット７に対して、電極５を保護するため保護膜処理を行なう。この保護膜としてはパリレン膜等の有機膜が一般的である。ここで、ヘッドユニット７を形成する前に保護膜処理を行なった場合には、ヘッド構成要素１０の主表面Ｍを相互に当接して固定する際に保護膜を介在させてしまうことになる。そのため、ユニット化における精度に保護膜の膜厚精度が影響し、精度劣化の一因となる。本実施の形態のように、保護膜処理をヘッドユニット形成後に行なうことで、ヘッド構成要素間に保護膜が介在しないので、保護膜の膜厚の影響を受けることがない、高精度なヘッドユニット７を構成することができる。

また、保護膜として一般的な有機膜は、ヘッド構成要素１０と比較して軟らかく、傷つきやすいため、ユニット化の際に傷が入り、保護膜としての機能を果たさなくなったり、塑性変形して精度を確保できなくなったりする場合がある。ヘッドユニット形成後に保護膜処理を行なうことで、このような不具合が発生することを回避することができる。

さらに、ヘッド構成要素１０に対する保護膜の密着強度は、ヘッド構成要素１０を相互に接着した場合の接着強度よりも劣る。ヘッドユニット７を形成した後に保護膜処理を行なうことで、ヘッド構成要素１０間には保護膜が介在しないので、ヘッド構成要素１０相互を直接接着することができ、これらをより強固に固定することができる。

一方、パリレン膜は、ダイマーであるジパラキシリレンを低圧下で加熱して熱分解させてラジカルガスを生成させ、これをヘッドユニット７に導くことで成膜される。パリレン膜は非常に狭い領域まで成膜することが可能であるが、インクジェットヘッドのインク流路のような形状の場合、共通インク室３の開口部から距離に応じて徐々に膜厚が変化する場合がある。共通インク室３の開口部にマニホールドを取り付けた後にパリレン膜の成膜を行なうと膜厚変化がより顕著となり、特性ばらつきの一因となる。そこで、本実施の形態では、マニホールド１２を取り付ける前に保護膜処理を行なうことで、このような不具合を回避している。

続いて、保護膜処理されたヘッドユニット７の側面に、ヘッドユニット７にインクを供給するマニホールド１２を取り付ける。ヘッドユニット７の側面の、各ヘッド構成要素１０の側面間には、図５に示すような段差が生じている。マニホールド１２は、このような段差が形成されたヘッドユニット７の側面に取り付けられる。

図６は、本実施の形態のマニホールドの構造を示す斜視図である。マニホールド１２は図６に示すようにマルチヘッド化に伴う段差に対応する形状に構成されている。各段差は、研削加工により、段差精度を２〜３μｍの精度で加工することが好ましい。マニホールド１２の各ヘッド構成要素１０に対応する各段差部には、それぞれ開口部１４が設けられている。開口部１４は、パイプ１３に連通している。パイプ１３にはそれぞれ対応するインクが供給される。

図７は、本実施の形態のマニホールドを取り付けたヘッドユニットの構造を示す斜視図である。マニホールド１２をヘッドユニット７の側面に取り付けることで、マニホールド１２の開口部１４は、それぞれ対応するヘッド構成要素１０の両側面に開口した共通インク室３に連通する。これによりパイプ１３からマニホールド１２の開口部１４を介してヘッド構成要素１０の各共通インク室３にインクを供給することが可能となる。このマニホールド１２は、ヘッドユニット７の両側面に接合されるものであるため、ヘッドユニット７に対する熱膨張の影響が小さいため、金属材料で作製しても問題ない。マニホールド１２の前面は、ヘッドユニット７に取り付けられた状態において、ヘッドユニット７の前面と同一平面を構成するように加工されている。

以下、インクジェットヘッドのマルチヘッド化、およびマニホールド１２の接合方法について図８、９を用いて説明する。図８は、本実施の形態で用いる治具の斜視図、図９は、本実施の形態における、ヘッドユニットにマニホールドを取り付ける工程を示す斜視図である。

図８に示すような、組み立て治具２１を作製する。この組み立て治具２１は、ベース部材２３と一対の角柱状のポール２２からなり、いずれもセラミクス材料で構成されている。一対のポール２２は、ベース材料２３の表面に立設されており、ベース部材の表面とポール２２の直角度は１〜２μｍ程度の高精度にすることが好ましい。

続いて複数個（図９中では３個）のヘッド構成要素１０を、組み立て治具２１のベース部材２３上に配置する。ヘッド構成要素１０を押圧してベース部材２３の表面に押し付けながら、ノズル板貼り付け面となるヘッド構成要素１０の前面をポール２２に押し付ける。これによりヘッド構成要素１０のＹ、Ｚ、α、β、γ方向が規制される。

次に、高精度に段差加工されたマニホールド１２を複数個（図９中では３個）のヘッド構成要素１０の両側面に押し当てるように加圧する。これによりＸ方向が規制される。マニホールド１２の前面は、ヘッドユニット７の前面と同一平面を構成するように加工されている。ヘッドチップ１０Ａ、放熱部材１０Ｂおよびマニホールド１２をそれぞれ高精度で加工を行なっているため、組み立て治具２１に押し付けるだけでＹ、Ｚ、α、β、γ方向を最大５μｍ程度の精度で位置決めすることが可能である。

また、マニホールド１２をの両側面に対して押し付けることで、Ｘ方向についても最大５μｍ程度の精度で位置決めすることが可能となる。この状態で、各ヘッド構成要素１０とマニホールド１２とを接着固定することで、インクジェットヘッドのマルチヘッド化を高精度に行なうことができる。本実施の形態では、ヘッド構成要素１０を図９に示すように、３個配置しているので、その厚さは３．９ｍｍ×３個となる。

図１０は、本実施の形態のヘッドユニット保持部材に、マニホールドを取り付けたヘッドユニットを保持した状態を示す斜視図である。続いて、図１０に示すように、マルチヘッド化したヘッドユニット７を、ヘッドユニット保持部材１５に取り付ける。ヘッドユニット保持部材１５は、長方形の開口部を有する板状部材である。両側にマニホールド１２を取り付けたヘッドユニット７は、ヘッドユニット保持部材１５の開口部に挿入されて、ヘッドユニット保持部材１５に保持される。

したがって、ヘッドユニット７の主表面Ｍはヘッドユニット保持部材１５に直接保持される。一方、ヘッドユニット７の側面は、マニホールド１２を介して保持される。このとき、ヘッドユニット７およびマニホールド１２の前面は、ヘッドユニット保持部材１５の前面から前方に約１ｍｍ突出させて接着固定している。これによりマルチインクのインクジェットヘッド２０が形成される。

図１１は、本実施の形態のノズル板の構造を示す正面図である。ノズル板１７は、長方形であり、ヘッドチップ１０Ａの前面の開口に対応する複数のノズル孔１６を備えている。本実施の形態では、ヘッドユニット７が３個のヘッドチップ１０Ａを有している。ノズル板１７は、全てのヘッドチップ１０Ａに跨る共通のものであるので、ノズル孔１６は３列に設けられている。

図１２は、本実施の形態のインクジェットヘッドの構造を示す斜視図である。図１２に示すように、ヘッドユニット７およびマニホールド１２の前面に、長方形のノズル板１７を接着してインクジェットヘッド２０が完成する。ノズル板１７の表面には、インクに対して撥水性を有する膜が形成されている。この実施の形態では、ノズル板１７の幅は、ヘッドユニット７の高さである３．９ｍｍ×３個と略一致するようにしている。このようにノズル板１７は、ヘッドユニット７およびマニホールド１２の前面にのみ対応する大きさとしており、ヘッドユニット保持部材１５には接着しないので、ノズル板１７の面積を小さくすることができる。これにより、ノズル板１７の接着を容易に行なうことが可能である。

ここで、ｎ個（図１２では３個）一体のノズル板１７の接着に関して、仮に図１６に示すように、インク室４（１０４）が幅８０μｍ、深さ２００μｍの寸法であった場合を考える。インク室４の内壁に１０μｍ厚さの電極保護膜を形成した場合には、インク室４の開口４ａの寸法は６０μｍ×１８０μｍとなる。これに対し、接着するノズル板１７の寸法を、厚さ５０μｍ、入口径４０μｍ、出口径２０μｍとした場合、ノズル板１７の入口径がインク室４の開口４ａ内に収まるためにはインク室４の幅方向、深さ方向に対しては±１０μｍの精度で、複数のヘッド構成要素１０を位置決めする必要がある。本実施の形態のインクジェットヘッド２０の場合、最大５μｍ程度の精度で各ヘッドチップ１０Ａの相対位置決めを行なうことができるため、ｎ個（図中では３個）一体ノズル板１７の接着においては、ノズル板１７の入口径をインク室４の開口４ａ内に収めた状態で行なうことが可能である。

また、ノズル板１７の表面には、インクに対して撥水性を有する膜を形成しており、インクの吐出によりノズル孔１６周辺に付着したインク液滴はゴム状のワイパーで接触ワイピングすることにより、容易に除去される。このときに、マルチヘッド化したヘッドユニット７の前面はヘッドユニット保持部材１５の前面に対して１ｍｍ突出させて接着させている。そのため、ゴム状のワイパーはノズル板１７部分にのみ接触して付着したインク液滴を掻き落すが、ヘッドユニット保持部材１５には接触しないため、ワイプ範囲は小さく、メンテナンス領域を小さく構成することが可能となる。また、掻き落としたインクがヘッドユニット保持部材１５の前面に付着しないので、これによる汚れを防止することができる。

ここで、ゴム状のワイパー形状、材質にもよるが、ヘッドユニット７の突出量が１ｍｍ未満の場合、ヘッドユニット保持部材１５にもワイパーが接触し、掻き落したインク液滴がヘッドユニット保持部材１５に付着する可能性がある。そのため、ヘッドユニット７は、ヘッドユニット保持部材１５に対して１ｍｍ以上突出させることが好ましい。

さらに、ノズル板１７のサイズが小さくなることにより、ワイピング領域が小さくなってメンテナンスが簡単になるだけでなく、メンテナンス領域が小さくなることにより、装置全体の大きさをよりコンパクトなものにすることができる。

以上のようにして作製したマルチヘッドのインクジェットヘッド２０において、各ヘッド構成要素１０のフレキシブル配線基板１１を通じて電極５に印字データに応じた電圧を印加すると、対応するインク室４の壁部が変形し、インク室４内のインクを加圧する。その結果、このインクがノズル孔１６から噴出される。

上記実施の形態においては、インクジェットヘッド２０は、作製したい液晶パネルのカラーフィルターの絵素ピッチなどに対応するような傾き角度を算出し、吐出させたいインクの数であるｎ個のヘッド構成要素１０をその角度に傾斜させて配置しているので、ノズル孔１６のピッチをカラーフィルターの絵素ピッチなどに対応させてインクを吐出させることが可能である。

以上まとめると、本実施の形態のインクジェットヘッドにより次のような効果が得られる。

（１）高精度に加工された、圧電基板１、カバー部材２、放熱部材１０Ｂを相互に貼り合わせてヘッド構成要素１０を作製し、そのヘッド構成要素１０の主表面Ｍを当接しながらこれらを組み合わせ、さらに、ヘッドユニット７の側面にマニホールド１２を隙間なく当接するので、各ヘッド構成要素１０を基準となるヘッド構成要素１０に押し付けた状態で貼り合わせるだけで、Ｘ、Ｙ、Ｚとこれらの軸に対する回転方向であるα、β、γ成分の位置ずれがない状態で接着することが可能となる。これにより、±５μｍ程度の精度を確保しながら、複数のヘッド構成要素１０に対して共通のノズル板１７を接着することができる。

（２）圧電基板１、カバー部材２、放熱部材１０Ｂ相互の熱膨張率を一致させるため、カバー部材２は圧電材料で作製し圧電基板１との熱膨張率を一致させている。また、放熱部材１０Ｂは高精度加工が必要であることからセラミクス材料とし、さらに、圧電基板１と熱膨張率を一致させるために窒化アルミニウムで構成した。これにより熱特性が向上する。圧電基板１、カバー部材２、放熱部材１０Ｂ相互の熱膨張率を一致させることで、接着剤の硬化収縮、熱膨張率の差による伸縮を考慮しなくても良い。

（３）圧電基板１、カバー部材２、放熱部材１０Ｂ相互を直接貼り合わせてヘッド構成要素１０を作製するため、各ヘッド構成要素１０の厚みは、たとえば４ｍｍ程度にすることができる。これにより、ヘッドユニット７の厚みは、４ｍｍ×色数となり、ヘッドユニット７の前面の面積を小さくすることができるので、ノズル板１７の接着を容易にすることができる。また、ノズル板１７の面積が小さくなることにより、ワイピング領域が小さくなり、メンテナンスが簡単に、メンテナンス領域が小さくなり装置サイズをコンパクトにすることができる。

上記実施の形態では、一例として３個のヘッド構成要素１０を用いてヘッドユニット７およびインクジェットヘッド２０を構成しているが、ヘッド構成要素１０の個数は、その用途に応じて適宜変更できる。また、上記実施の形態では、ヘッドユニット７の両側にマニホールド１２を設けて側面方向の位置決めをしているが、片側にのみ設けてもよい。さらに、インクの供給を他の方法で行なう場合には、マニホールド１２を省略しても良い。

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるのではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

この発明に基づいた実施の形態におけるヘッドチップの構造を示す斜視図である。 この発明に基づいた実施の形態における放熱部材の構造を示す斜視図である。 この発明に基づいた実施の形態におけるヘッド構成要素の構造を示す斜視図である。 この発明に基づいた実施の形態におけるヘッド構成要素にフレキシブル配線基板を取り付けた状態を示す斜視図である。 この発明に基づいた実施の形態における複数のヘッド構成要素を組み合わせたヘッドユニットの構造を示す斜視図である。 この発明に基づいた実施の形態におけるマニホールドの構造を示す斜視図である。 この発明に基づいた実施の形態におけるマニホールドを取り付けたヘッドユニットの構造を示す斜視図である。 この発明に基づいた実施の形態で用いる治具の斜視図である。 この発明に基づいた実施の形態におけるヘッドユニットにマニホールドを取り付ける工程を示す斜視図である。 この発明に基づいた実施の形態におけるヘッドユニット保持部材に、マニホールドを取り付けたヘッドユニットを保持した状態を示す斜視図である。 この発明に基づいた実施の形態におけるノズル板の構造を示す正面図である。 この発明に基づいた実施の形態におけるインクジェットヘッドの構造を示す斜視図である。 従来のヘッド構成要素の構造を示す斜視図である。 図１３の切断線Ｓで切断した、従来のヘッド構成要素の構造を示す斜視図である。 複数のヘッド構成要素を一体化した従来のヘッドユニットを示す斜視図である。 インク室の開口とノズル孔との相対位置を示す正面図である。

符号の説明

１ 圧電基板、２ カバー部材、４ インク室、４ａ 開口、５ 電極、７ ヘッドユニット、１０ ヘッド構成要素、１０Ａ ヘッドチップ、１０Ｂ 放熱部材、１２ マニホールド、１５ ヘッドユニット保持部材、１６ ノズル孔、１７ ノズル板、２０ インクジェットヘッド、Ｆ 前面、Ｍ 主表面。

Claims (12)

1. 複数のヘッド構成要素を相互に固定して構成したヘッドユニットと、前記ヘッドユニットを構成する前記複数のヘッド構成要素の側面に当接され、これらに跨るように取り付けられたマニホールドと、前記ヘッドユニットに固定されたノズル板とを備え、
   前記ヘッド構成要素は、一対の主表面と前記一対の主表面に挟まれた前面とを有し、前記前面には内部に設けられた複数のインク室にそれぞれ連通する複数の開口が設けられ、
   前記ヘッドユニットを構成するヘッド構成要素は、その主表面を相互に当接して固定されており、
   前記ノズル板は、前記ヘッドユニットを構成する全てのヘッド構成要素に跨るように前記ヘッドユニットの前面に当接されると共に、前記開口に対応する位置にはノズル孔が設けられている、インクジェットヘッド。
2. 前記ヘッド構成要素は複数の前記開口およびインク室を構成するヘッドチップと、前記ヘッドチップに当接された放熱部材とで構成されている、請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記ヘッドチップは、平行な一対の主表面を有し、
   前記放熱部材は板状部を有し、前記板状部が前記ヘッドチップの一方の主表面に当接されており、
   前記ヘッドユニットを構成する各ヘッド構成要素の各ヘッドチップ間には前記放熱部材が介在している、請求項２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記放熱部材は、セラミクス材料で構成されている、請求項２または３に記載のインクジェットヘッド。
5. 前記放熱部材は、窒化アルミニウムで構成されている、請求項４に記載のインクジェットヘッド。
6. 前記ヘッドユニットの一対の主表面および両側面を囲み、前記ヘッドユニットを保持するヘッドユニット保持部材をさらに備え、
   前記ヘッドユニットの前面は、前記ヘッドユニット保持部材の前面より、前方に突出している、請求項１から５のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
7. 前記突出長さは１ｍｍ以上である、請求項６に記載のインクジェットヘッド。
8. 前記マニホールドは、前記インク室にインクを供給するインク供給管を有し、
   前記マニホールドの前記ヘッドユニットに当接する面は、前記ヘッドユニットの側面に隙間なく当接する形状を有する、請求項１から７のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
9. 前記マニホールドは、前記インク室にインクを供給するインク供給管を有し、
   前記マニホールドの前記ヘッドユニットに当接する面は、前記ヘッドユニットの側面に隙間なく当接する形状を有し、
   前記ヘッドユニットを構成する各ヘッド構成要素は、前記ヘッドユニットの両側面に段差が生じるよう段違いに固定されており、
   前記マニホールドは前記ヘッドユニットの両側面に設けられ、前記ヘッドユニットの両側面は前記マニホールドを介して前記ヘッドユニット保持部材に固定されている、請求項６または７に記載のインクジェットヘッド。
10. 前記マニホールドの前面と前記ヘッドユニットの前面とは同一平面上に位置し、
    前記ノズル板はマニホールドの前面およびヘッドユニットの前面に当接して固定されている、請求項８または９に記載のインクジェットヘッド。
11. 一対の主表面と前記一対の主表面に挟まれた前面とを有し、前記前面には内部に設けられた複数のインク室にそれぞれ連通する複数の開口が設けられた、複数のヘッド構成要素を形成する工程と、
    前記複数のヘッド構成要素を相互に固定してヘッドユニットを形成する工程と、
    前記インク室の内壁に設けられた電極を保護する保護膜処理をヘッドユニットに施す工程と、
    前記ヘッドユニットの側面にマニホールドを配置する工程と、
    保護膜処理が行なわれた前記ヘッドユニットの前面にノズル板を接着する工程とを含む、インクジェットヘッドの製造方法。
12. 一対の主表面と前記一対の主表面に挟まれた前面とを有し、前記前面には内部に設けられた複数のインク室にそれぞれ連通する複数の開口が設けられた、複数のヘッド構成要素を形成する工程と、
    前記複数のヘッド構成要素を相互に固定してヘッドユニットを形成する工程と、
    前記インク室の内壁に設けられた電極を保護する保護膜処理をヘッドユニットに施す工程と、
    保護膜処理が行なわれた前記ヘッドユニットの両側面に前記インク室にインクを供給するマニホールドを配置する工程と、
    前記マニホールドおよび前記ヘッドユニットの前面にノズル板を接着する工程とを含む、インクジェットヘッドの製造方法。

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