JP3858794B2 - 液体噴射ヘッドの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット式記録装置用の記録ヘッド、ディスプレー製造装置用の色材噴射ヘッド、電極形成装置用の電極材噴射ヘッド、或いは、バイオチップ製造装置用の有機物噴射ヘッド等の液体噴射ヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の液体噴射ヘッドは、液体導入口からリザーバ（共通液室）及び圧力室を通ってノズル開口に至る一連の液体流路を備えており、圧力発生素子によって圧力室に圧力変動を生じさせ、ノズル開口から液滴を吐出させるものである。この液体噴射ヘッドは複数の部品を接着することで作製されている。例えば、圧力室やノズル開口を有する流路ユニットを、複数のプレート状部材によって構成し、流路ユニットの作製工程では、これらのプレート状部材を積層状態で接着している。また、流路ユニットの取付工程では、この流路ユニットとケースとの間を接着している。そして、これらのケースや流路ユニットには、上記の液体流路が形成されている。例えば、ケースには液体導入口とリザーバとの間を連通する共通液体流路が設けられており、また、流路ユニットにはリザーバから圧力室を通ってノズル開口に至る個別液体流路が圧力室に対応する数だけ設けられている。
【０００３】
複数の構成部品を接着剤で接着した場合、接着剤の一部が上記の液体流路内に露出した状態で硬化してしまう虞がある。そして、この接着剤が万一剥がれてしまうと、液体の流れを悪くしたりノズル開口を詰まらせてしまったりする。例えば、ノズル連通口の縁（隅角部）で硬化した接着剤が部分的に剥離すると、この剥離部分が髭状になって、具体的には、一端がノズル連通口の壁面に接着されたままで自由端部が液体の流れに乗った状態になって、その先端部がノズル開口から外側に露出してしまう虞がある。この状態において髭状部は、液体の流れによっては離脱し難いので、そのままの状態が長期間に亘って継続してしまう。このため、従来は、接着剤の塗布量を精密にコントロールしたり、接着剤が液体流路側に漏れ出さないように形状を工夫する構成が一般的であった。形状を工夫する構成に関し、例えば、液体流路に沿って溝状の隙間を形成し、この隙間内に余剰の接着剤を保持させるようにしていた（例えば、特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１７８５４１号公報（第１１頁，第１４図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、接着剤の塗布量を精密にコントロールする方法は生産性が低下してしまうという問題が生じる。また、形状を工夫する構成は、共通液体流路において有効であるが個別液体流路に適用することは難しい。これは、圧力室がノズル開口の形成ピッチに対応して密に設けられていることによる。即ち、隣り合う圧力室同士の間隔は極く狭いため、溝状の隙間を設けることは事実上困難であった。また、溝状の隙間を設ける構成では型の形状が複雑になり、コストアップの要因となりうる。
【０００６】
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、硬化した余剰の接着剤を除去することで液体の流れを良好に維持し、液体流路の目詰まりを防止することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
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、液体導入口から圧力室を通ってノズル開口に至る一連の液体流路を備え、圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズル開口から液滴を吐出させる液体噴射ヘッドの製造方法において、構成部品同士の間に接着剤を介在させた状態で該接着剤を硬化させる接着工程と、前記液体流路内に露出した状態で硬化した余剰の接着剤を除去する接着剤除去工程とを経て製造され、該接着剤除去工程は、アルカリ性に調整された除去液をヘッド使用時の最高液体流速よりも速い流速で前記液体流路に通液することを特徴とする。
この製造方法によれば、通液によって除去液中の水酸化物イオンが硬化状態の接着剤に作用し、接着剤と構成部品との間の接着力を弱める。さらに、除去液の流れが外力となって接着剤の剥離を促す。これにより、除去液を流すことができる場所であれば、極く狭い場所であっても余剰の接着剤を除去できる。このため、硬化した余剰の接着剤を効率よく除去できる。
また、接着剤の塗布量をラフに管理できるので、生産性の向上が図れる。
さらに、除去液をヘッド使用時の最高液体流速よりも速い流速で流すので、液体噴射ヘッドの使用時において余剰の接着剤が剥離してしまう不具合を確実に防止できる。
【０００８】
また、本発明は、液体導入口から圧力室を通ってノズル開口に至る一連の液体流路を備え、圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズル開口から液滴を吐出させる液体噴射ヘッドの製造方法において、
構成部品同士の間に接着剤を介在させた状態で該接着剤を硬化させる接着工程と、
前記液体流路内に露出した状態で硬化した余剰の接着剤を除去する接着剤除去工程とを経て製造され、
該接着剤除去工程は、アルカリ性に調整された除去液を、ヘッド使用時における液体の許容最高温度よりも高い温度に調整し、前記液体流路に通液することを特徴とする。
この製造方法によれば、液体噴射ヘッドの使用時においてはインクの温度が除去処理時よりも低温であるため、液体噴射ヘッドの使用時において余剰の接着剤が剥離してしまう不具合を確実に防止できる。
【０００９】
また、上記接着工程に先立ってなされるプライマ工程では、シランカップリング剤を含有するプライマ処理液に接着面を浸すプライマ処理を行うことが好ましい。
この製造方法によれば、接着剤による構成部材同士の接着力を損なわずに、余剰の接着剤を選択的に除去できる。また、余剰の接着剤を除去するのに必要な時間が短縮できるので、生産性の向上が図れる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明は、インクジェット式プリンタ等の画像記録装置に用いられるインクジェット式記録へッド（本発明の液体噴射ヘッドの一種，以下記録ヘッドという。）を例に挙げて行うことにする。
【００１２】
まず、記録ヘッドの構成について説明する。ここで、図１は記録ヘッド１の断面図、図２は流路ユニット２の構造を説明する図、図３はノズル連通口３の構造を説明する図である。
【００１３】
図１に示すように、記録ヘッド１は、複数の圧電振動子４を有する振動子ユニット５と、この振動子ユニット５を収納可能なケース６と、ケース６の先端面に接合される流路ユニット２とを備えている。
【００１４】
振動子ユニット５は、複数の圧電振動子４、固定板７、及び、フレキシブルケーブル８等をユニット化した部品である。圧電振動子４は、圧力発生素子の一種であり、電気機械変換素子の一種でもある。本実施形態の圧電振動子４は、３０μｍ〜１００μｍ程度の極めて細い幅に切り分けられた櫛歯状に形成されている。そして、各圧電振動子４は、自由端部を固定板７の縁よりも外側に突出させた片持ち梁の状態で取り付けられている。この圧電振動子４は、圧電体と内部電極とを交互に積層して構成された積層型の圧電振動子４であって、電界方向に直交する縦方向に伸縮可能な、言い換えれば、素子の長手方向に振動可能なタイプの圧電振動子４である。従って、圧電振動子４は、充電により自由端部が振動子長手方向に収縮し、放電により自由端部が素子長手方向に伸長する。固定板７は、上記した様に、各圧電振動子４が接合される部品である。本実施形態では放熱性が良好な金属板、具体的には、厚さ０．７ｍｍ〜１ｍｍ程度のステンレス鋼板を用いている。また、フレキシブルケーブル８は、各圧電振動子４に駆動信号を供給する可撓性を備えた配線部材であり、振動子基端部にて各圧電振動子４と電気的に接続されている。
【００１５】
ケース６は、収納空部９、及び、インク供給路１０を形成した合成樹脂製のブロック状部材である。本実施形態ではこのケース６をエポキシ系樹脂を射出成型することで作製している。収納空部９は、振動子ユニット５を収納するための空部である。振動子ユニット５は、固定板７を収納空部９の壁面に接着することで、この収納空部９内に固定されている。この収納状態において、圧電振動子４の先端面は収納空部９の先端側開口に臨み、流路ユニット２の島部１１に接合されている。また、インク供給路１０は、ケース６の取付面側からリザーバ１２までの間を連通するインク流路であり、共通液体流路の一部を構成する。このインク供給路１０は、ケース６の高さ方向を貫通させて設けられており、ケース６の取付面側にてインク供給針１３（図４参照）と液密状態で連通されている。なお、このインク供給針１３は、液体状のインク（以下、単にインクという。）を記録ヘッド１内に導入するためのインク導入口であり、本発明の液体導入口の一種である。従って、このインク供給針１３とインク供給路１０とによって共通インク流路（共通液体流路の一種）が構成される。
【００１６】
流路ユニット２は、リザーバ１２から各圧力室１４を通って対応するノズル開口１５に至る一連の個別インク流路（個別液体流路の一種）を、ノズル開口１５に対応する複数設けた部品である。この流路ユニット２は、ノズルプレート１６と流路形成基板１７と弾性板１８とから構成され、ノズルプレート１６を流路形成基板１７の一方の表面に接着し、弾性板１８を流路形成基板１７の他方の表面に接着することで作製される。
【００１７】
ノズルプレート１６は、ドット形成密度に対応したピッチで複数のノズル開口１５を列状に開設した薄いプレート状部材である。本実施形態では、１００ミクロン程度の薄いステンレス鋼板に１８０ｄｐｉのピッチで９６個のノズル開口１５を穿設している。また、ノズル開口１５の直径は最細部で４０ミクロン前後である。そして、列設された複数のノズル開口１５によってノズル列を構成している。このノズル列は、吐出可能なインクの種類に応じた数が設けられる。例えば、カラー記録が可能な記録ヘッド１にあっては、４条〜７条のノズル列が横並びに設けられる。
【００１８】
流路形成基板１７は、ノズルプレート１６の各ノズル開口１５に対応させて圧力室１４となる空部を隔壁で区画した状態で複数形成すると共に、ノズル連通口３及びリザーバ１２となる空部等を形成した板状の部材である。本実施形態における流路形成基板１７は、厚さ３００ミクロン程度のシリコンウエハーに対して異方性エッチング処理を施すことにより作製される。これは、結晶面によって圧力室１４，ノズル連通口３，インク供給口１９等を区画できるため、極めて微細な形状であっても寸法精度良く作製できるからである。
【００１９】
図２（ｂ）に示すように、圧力室１４は、ノズル開口１５の列設方向（ノズル列方向）に対して直交する方向に細長い室であり、偏平な凹室で構成されている。本実施形態の圧力室１４は、表面に現れるシリコン結晶面の関係により、細長い並行四辺形状に作製される。そして、圧力室１４の長さ（長手方向の長さ）は１〜２ｍｍ程度であり、幅（短尺方向の長さ）は１００ミクロン程度である。
また、リザーバ１２から遠い側に位置する圧力室１４の長手方向一端部には、板厚方向を貫通するノズル連通口３を設ける。このノズル連通口３は、図２（ｃ）に示すように、圧力室１４とノズル開口１５との間を連通する。このノズル連通口３も結晶面の関係から、平面から見て横に細長い平行四辺形状の貫通口として形成され、その長さ（圧力室長手方向の長さ）は４００ミクロン前後であり、その幅は圧力室１４よりもやや狭い８０ミクロン程度である。そして、各ノズル開口１５は、図２（ｂ）や図３に示すように、対応するノズル連通口３が臨むように、圧力室１４の長手方向一端に配置される。
また、インク供給口１９は、圧力室１４の長手方向他端とリザーバ１２との間に形成された溝状部であり、その流路幅は圧力室１４よりも十分に狭く設けられる。そして、このインク供給口１９、圧力室１４、及び、ノズル連通口３によって、一連の個別インク流路が構成される。
【００２０】
図２（ａ）に示すように、弾性板１８は、支持板２０上に弾性体膜２１をラミネート加工した二重構造である。本実施形態では、支持板２０として厚さ３０ミクロン程度のステンレス鋼板を用い、弾性体膜２１として厚さ数ミクロンの樹脂フィルム（例えば、ポリフェニレンサルファイド）を用いている。この弾性板１８は、圧力室１４の一方の開口面を封止するダイヤフラム部とリザーバ１２の一方の開口面を封止するコンプライアンス部とを備えている。そして、ダイヤフラム部は、圧力室１４に対応した部分の支持板２０を環状にエッチング加工することで作製されており、環内に島部１１が設けられる。また、コンプライアンス部は、支持板２０を部分的にエッチング加工で除去し、リザーバ１２に面する部分を弾性体膜２１だけにすることで作製される。
【００２１】
上記構成の記録ヘッド１では、圧電振動子４を振動子長手方向に伸長させることで、島部１１がノズルプレート１６側に押圧される。この押圧によって、ダイヤフラム部を構成する弾性体膜２１が変形し、圧力室１４が収縮する。また、圧電振動子４を振動子長手方向に収縮させると、弾性体膜２１の弾性により圧力室１４が膨張する。そして、圧力室１４の膨張や収縮によって内部のインク圧力が変動するので、この圧力室１４の膨張や収縮を制御することにより、ノズル開口１５からインク滴（本発明の液滴の一種）を吐出させることができる。
【００２２】
次に、上記構成の記録ヘッド１の製造方法について説明する。記録ヘッド１を製造するにあたり、予め、ケース６、振動子ユニット５、流路ユニット２等の必要な構成部品を作製しておく。
【００２３】
振動子ユニット５を作製する振動子ユニット作製工程では、まず、所定の大きさに切り出した固定板７を用意し、この固定板７の表面に接着剤を塗布する。即ち、振動子群が接着される接着領域に印刷等によって接着剤を塗布する。この接着剤としては、例えば、熱硬化性のエポキシ系接着剤が好適に用いられる。固定板表面に接着剤を塗布したならば、圧電板の片半部分を接着剤塗布面に載置する。ここで、圧電板は、圧電振動子４の基材であり、電極層と圧電体とを何層にも積層してなる板状部材である。圧電板を載置したならば固定板７と圧電板の間に介在する接着剤を硬化させ、圧電板を固定板７に接着する。圧電板を固定板７に接着したならば、圧電板を櫛歯状に切り分けて複数の圧電振動子４を作製する。この切り分けには、例えば、ダイシングソーやワイヤーソーが用いられ、固定板７の先端面から外側に突出している圧電板の先端側部分（つまり、自由端部）から固定板７側に向けて切り込むことでなされる。圧電振動子４に切り分けたならば、フレキシブルケーブル８を接合し、振動子ユニット５が完成する。
【００２４】
流路ユニット２を作製する流路ユニット作製工程では、接着面の下地処理を行うプライマ工程と、弾性板１８、流路形成基板１７及びノズルプレート１６を接着するプレート接着工程（本発明における接着工程の一種）とを順に行う。プライマ工程では、プライマ成分としてシランカップリング剤を用い、このシランカップリング剤を０．２ｗｔ％程度の濃度に調整したプライマ処理液に各プレート部材（弾性板１８、流路形成基板１７、ノズルプレート１６）の接着面を６０分〜７０分程度の時間に亘って浸す。本実施形態では、シランカップリング剤を０．２ｗｔ％含有するプライマ処理液に６０分浸漬した。この処理条件は、各プレート部材同士の接着力は損なわせず、インク流路内に露出した余剰の接着剤を容易に剥離させるために適した条件である。これにより、万一、余剰の接着剤がインク流路に流出したとしても、後述する接着剤除去工程にて、流出した接着剤を容易に除去できる。
【００２５】
プレート接着工程では、流路形成基板１７の一方の表面に弾性板１８を接着し、流路形成基板１７の他方の表面にノズルプレート１６を接着する。これにより、流路ユニット２が作製される。このプレート接着工程において、接着には種々の接着剤が用いられるが、熱硬化性を有する流動性の接着剤、例えば、２液性のエポキシ系接着剤が好適に用いられる。ここで、流路形成基板１７とノズルプレート１６とを接着するにあたっては、流路形成基板１７の上側表面に接着剤を塗布し、その後、この接着面にノズルプレート１６を上方側から載置する。これは、余剰の接着剤が垂れてノズル開口１５が閉塞される不具合を防ぐためである。
【００２６】
これらのケース６、振動子ユニット５、及び、流路ユニット２等を作製したならば、組立工程に移行し、各構成部品を組み立てる。この場合、まず、流路ユニット２をケース６の先端面に接着する。例えば、ケース６の先端面に接着剤を塗布した後、流路ユニット２をケース先端面に位置付け、ピン等により位置を固定する。この場合においても種々の接着剤が選択できるが、例えば、プレート接着工程と同様に、エポキシ系の接着剤が好適に用いられる。
【００２７】
流路ユニット２の位置を固定したならば、ケース６の取付面側から振動子ユニット５を収納空部９内に挿入する。振動子ユニット５の挿入は、まず、各圧電振動子４の先端面に接着剤を転写し、この先端面を先頭にして振動子ユニット５を収納空部９内に挿入する。そして、各圧電振動子４の先端面が対応する島部１１に当接したならば、固定板背面とケース内壁面との間に接着剤を注入する。この接着剤は、比較的粘性が低い流動性の接着剤、例えば、熱硬化性のエポキシ系接着剤が好適に用いられる。この注入された接着剤は、毛細管力によって固定板７とケース内壁面との隙間内を浸透して接着領域を満たす。
【００２８】
この接着領域が接着剤で満たされたならばケース６を加熱する。この加熱により、流路ユニット２はケース先端面に、振動子ユニット５の固定板７はケース内壁面にそれぞれ接着される。なお、この工程も、本発明の接着工程の一種である。このようにして、流路ユニット２及び振動子ユニット５をケース６に接着したならば、プリント基板等の必要な部品を取り付けて記録ヘッド１の組み立てを終了する。
【００２９】
ところで、上記したプレート接着工程にて、流路形成基板１７の表面に塗布した接着剤の量が過多であった場合には、余剰の接着剤がノズル連通口３の縁（図３に符号Ａで示す側面同士が交差する隅角部。）を伝わって流下してしまう虞がある。そして、この垂れた接着剤はノズル連通口３の縁で硬化してしまう。
また、接着剤を硬化させる前にノズルプレート１６を少しずらし、流路形成基板１７との位置合わせを行った場合には、ノズルプレート１６側に転写された接着剤がノズル連通口３の開口縁付近（図３に符号Ｂで示す部分。）にはみ出してしまう可能性がある。この場合、開口縁付近ではみ出した接着剤も、はみ出した状態で硬化することになる。同様に、流路形成基板１７と弾性板１８とを接着する際において、流路形成基板１７を少しずらして位置合わせを行っても、接着剤のはみ出しが生じる。
さらに、流路ユニット２とケース６との接着時においても余剰の接着剤がインク供給路１０内に垂れてしまう可能性があり、インク供給路１０内に垂れてしまった場合には垂れた接着剤がインク供給路１０内で硬化することになる。
【００３０】
このように、余剰の接着剤がインク流路内で硬化してしまうと、使用時におけるインクの流れによって、この接着剤がインク流路の壁面から剥離してしまう虞がある。この場合、剥離された接着剤がノズル開口１５を通過し得る程度の大きさであれば、この接着剤はインクと共にノズル開口１５から排出されるので支障はない。しかし、剥離された接着剤がノズル開口１５やインク供給口１９を通過し得ない大きさであった場合には、目詰まりが生じてしまう。また、ノズル連通口３の縁で硬化した接着剤が部分的に剥離すると、図３に符号Ａ´の仮想線で示すように、この剥離部分が髭状になって自由端部が液体の流れに乗り、その先端部がノズル開口１５から外側に露出してしまうことがある。この状態になってしまうと、髭状部は、液体の流れによっては離脱し難いので、そのままの状態が長期間に亘って継続し、印字不良等の原因となり得る。
【００３１】
この点に鑑み、本実施形態では、組み立て終了後の記録ヘッド１に対して接着剤除去工程を行い、インク流路内で硬化した余剰の接着剤を除去するようにした。以下、この接着剤除去工程について説明する。
【００３２】
本実施形態における接着剤除去工程は、アルカリ性に調整された除去液を、記録ヘッド１内のインク流路に連続的に通液する（流す）ことで行う。従って、この接着剤除去工程は、通液除去工程と表現することもできる。この接着剤除去工程では、図４に示す通液装置３１を用いる。この通液装置３１は、除去液３２を貯留した除去液貯留部（貯留容器）３３と、除去液貯留部３３内と記録ヘッド１のインク供給針１３（液体導入口）との間を連通する供給側チューブ３４と、記録ヘッド１のノズル面（ノズルプレート１６の外側表面）に液密状態で当接可能なキャップ部材３５と、このキャップ部材３５と除去液貯留部３３との間を連通する排液側チューブ３６と、排液側チューブ３６の途中に取り付けられた吸引ポンプ３７と、除去液貯留部３３に貯留された除去液３２を加熱するヒータ３８とを備える。
【００３３】
除去液貯留部３３は、除去液３２の成分に耐性を有する素材の容器、例えば、ガラス製容器によって構成される。除去液３２はアルカリ性の溶液、例えば、水酸化カリウムの水溶液や炭酸水素ナトリウムの水溶液が用いられる。ここで、アルカリ性の溶液を用いるのは、インク流路内に露出している余剰の接着剤について、その接着力を弱めるためである。即ち、この種の記録ヘッド１に用いられる接着剤は、例示したエポキシ系接着剤をはじめ一般的に樹脂系である。そして、樹脂系の接着剤であれば、通液によって除去液３２中の水酸化物イオンが硬化状態の接着剤に作用し、例えば、接着点に存在するシラノール基に作用し、接着剤と部品との間の接着力を弱めることができる。
【００３４】
供給側チューブ３４は、一端が除去液貯留部３３内、即ち、除去液３２中に配置されている。また供給側チューブ３４の他端は、記録ヘッド１のインク供給針１３に取り付けられている。この供給側チューブ３４は、除去液３２に耐性を有する素材であれば種々のものを用いることができる。キャップ部材３５は、上面に凹部（封止空部）を形成したトレー状の部材であり、この凹部を囲うように液密（気密）性を確保するためのパッキンを配設している。そして、排液側チューブ３６の一端はこの凹部内に連通している。この排液側チューブ３６は弾性を有するチューブによって構成され、その一端がキャップ部材３５のチューブ取付管（図示せず）に取り付けられている。また、排液側チューブ３６の他端は除去液貯留部３３に臨んでおり、排液側チューブ３６から排出された除去液３２を除去液貯留部３３に戻すようにしている。吸引ポンプ３７は、種々の形式のものを用いることができるが、本実施形態では、ローラーでチューブを挟み、このローラーをチューブに沿って移動させることでチューブ内の液体（気体）を送り出す、所謂しごきタイプのポンプを用いている。このタイプのポンプでは、ローラーの移動速度を可変することで液体の吸引量（液体の循環量）を変えることができる。なお、この吸引ポンプ３７に代えて送液ポンプを供給側チューブ３４の途中に設けてもよい。
【００３５】
この通液装置３１によって、除去液３２を記録ヘッド１内に通液するためには、キャップ部材３５でノズル面を封止した状態で吸引ポンプ３７を作動させる。この吸引ポンプ３７の作動により、キャップ部材３５内の凹部が負圧化され、圧力室１４やインク供給路１０等のインク流路を構成する部分も負圧化される。これに伴い、記録ヘッド１内のインク流路、及び、供給側チューブ３４内も負圧化され、除去液貯留部３３に貯留された除去液３２が供給側チューブ３４側に吸い上げられる。この吸い上げられた除去液３２はインク供給針１３を通じて記録ヘッド１内に導入され、インク供給路１０、リザーバ１２、圧力室１４、及び、ノズル連通口３を順次満たす。即ち、記録ヘッド１内のインク流路を満たす。さらに、記録ヘッド１内のインク流路を満たした除去液３２は、ノズル開口１５からキャップ部材３５の凹部に吸い出される。この吸い出された除去液３２は、排液側チューブ３６を通って除去液貯留部３３に戻される。
【００３６】
従って、通液装置３１の作動により、除去液３２は記録ヘッド１内のインク流路を連続的に流れる。このように、除去液３２が記録ヘッド１内のインク流路に通液されると、上記したように、除去液３２中の水酸化物イオンが硬化状態の接着剤に作用し、接着剤と部品との間の接着力を弱める。さらに、除去液３２の流れが外力（摩擦力）となって接着剤の剥離を促す。これにより、インク流路内に露出した余剰の接着剤は、その一部が極く小さな小片にちぎれて除去液３２中に遊離し、ノズル開口１５を通じて記録ヘッド１の外側に排出される。また、ノズル連通口３の隅角部で硬化した接着剤については、根本部分がノズル連通口３に残り他の部分がノズル連通口３から剥離した髭状になるが、除去液３２を通液することで髭状部分が少しずつ溶解して細く小さくなる。その結果、余剰な接着剤は、最終的にはノズル開口１５を通じてヘッド外部に排出される。従って、インク流路内で硬化した余剰の接着剤を除去することができる。さらに、上記プライマ工程での条件設定により、インク流路内に露出している接着剤の接着力をプレート部材同士の接着力よりも弱くしているので、余剰の接着剤を効率よく剥離することができる。
【００３７】
そして、インク流路内の余剰な接着剤が除去されるまで通液状態を継続したならば、同様な手順で洗浄液を通液し、アルカリ成分（水酸化物イオン）を除去する。例えば、除去液３２に代えて洗浄用の純水を除去液貯留部３３に貯留し、この純水を記録ヘッド１のインク流路に通液する。この純水の通液により、接着剤除去工程が終了する。なお、この接着剤除去工程にて余剰な接着剤が除去されたことを確認するため、接着剤除去工程後の記録ヘッド１を適宜抜き取り、検査することが好ましい。
【００３８】
ところで、接着剤除去工程における接着剤の剥離は、除去液３２中の水酸化物イオンによる化学反応と、硬化状態の接着剤に除去液３２の流れが接触するために生じる外力とによって起こっていると考えられる。このため、接着剤の剥離を効率よく行うには、これらの条件を最適化する必要がある。以下、この点について説明する。
【００３９】
まず、化学反応の観点から検討する。水酸化物イオンの作用によって接着剤の剥離が生じるということは、接着対象物との境界（接着点）に存在する接着物質が水酸化物イオンとの接触で化学変化をし、その結果接着力が弱められていると考えられる。この場合において、接着剤の剥離が化学反応であれば、その剥離開始時間はアレニウスの式に基づいてシミュレーションできると考えられる。
【００４０】
ここで、アレニウスの式とは、化学反応の速度定数の温度変化を示すものであり、次式（１）で表される。
ln(k)＝−Ea／(RT)＝−(Ea／R）×(1／T) … (1)
なお、ｋ：反応速度定数，Ｔ：絶対温度，Ｅａ：活性化エネルギー，Ｒ：気体定数である。
【００４１】
また、硬化した接着剤の剥離開始時間ｔは次式（２）で表すことができる。
ln(t)＝ln([AH]／ｖ)＝−ln(k×[OH])＝−ln(k)−ln[OH] … (2)
なお、［ＡＨ］：酸濃度（シラノール基の量），［ＯＨ］：アルカリ濃度，ｖ：化学反応速度（v=k×[AH]×[OH]）
【００４２】
これらの式（１）と式（２）とから次式（３）を導くことができ、剥離開始時間ｔの自然対数は、除去液温度Ｔの逆数に比例することが判る。
ln(t)＝(Ea／R)×(1／T)−ln[OH] … (3)
【００４３】
そして、図５は、硬化接着剤の剥離開始時間と除去液３２の温度との関係を数点測定し、これらの測定結果から得られた剥離開始時間ｔの自然対数（縦軸）と除去液温度Ｔの逆数（横軸）との関係を示した図である。また、図６は、図５の関係に基づいて得られた剥離開始時間ｔ（縦軸）と除去液温度Ｔ（横軸）の関係を示した図である。
【００４４】
これらの図から、剥離開始時間は、除去液温度に依存して変化すること、即ち、除去液３２を高温にする程に剥離開始時間が短くなることが判る。従って、高温に調整した除去液３２を通液することで、余剰な硬化接着剤を短時間で除去することができる。例えば、除去液３２を３１０［Ｋ］（約３７℃）の温度に調整した場合には剥離開始までに約１８００時間必要であるのに対し、除去液３２を３４３［Ｋ］（約７０℃）の温度に調整した場合には、３１０［Ｋ］よりも十分短い時間（約４６時間）で済むことが判った。
また、図５に示す直線の切片（剥離開始時間）は、上記式（３）から除去液３２のアルカリ濃度に依存して変化することが判る。即ち、除去液３２のアルカリ濃度が増える程に切片が小さくなることが判る。このことは、除去液３２のアルカリ性を強くする程（ｐＨを高くする程）に剥離開始時間が短くなることを意味する。
【００４５】
次に、除去液３２の流れによる外力の観点から検討する。ここで、図７は、除去液３２を３４３［Ｋ］の温度に調整した際における接着剤の剥離開始時間を示し、流速１００％、即ち、記録ヘッド１使用時の最大液体流速で除去液３２を通液した場合の結果を示している。また、流速１７９％は、上記最大液体流速に対して１．７９倍の流速で除去液３２を通液した場合の結果を示している。
この図７から明らかなように、流速１００％では約４６時間で接着剤の剥離が開始したのに対し、流速１７９％では約３３時間で接着剤の剥離が開始した。このことから、除去液３２の流速を高める程に余剰の接着剤を短時間で除去できることが判る。
【００４６】
以上を総括すると、余剰の接着剤を短時間で除去するためには、除去液３２の温度は高温に、除去液３２のアルカリ濃度は高く、除去液３２の通液速度は速く設定すればよいことが判る。この場合において、除去液３２の通液速度は、ヘッド使用時の最高液体流速よりも速い流速であることが好ましい。このように設定すると、記録ヘッド１の使用時においてはインクの流速が除去処理時よりも遅いので、使用中に余剰の接着剤が剥離してしまう不具合を確実に防止できる。同様に、除去液３２の温度は、使用時におけるインクの許容最高温度よりも高い温度に調整することが好ましい。このように設定すると、記録ヘッド１の使用時においてはインクの温度が除去処理時よりも低温であるため、使用中に余剰の接着剤が剥離してしまう不具合を確実に防止できる。
【００４７】
但し、温度や速度等の許容範囲は、弊害が生じないように設定する必要がある。例えば、除去液３２の温度を沸騰するまでに上昇させてしまうと、ケース６や弾性体膜２１に変形が生じてしまう可能性がある。また、除去液３２のアルカリ濃度を過剰に高くすると、流路ユニット２を構成する各プレート状部材１６〜１８に剥離が生じてしまったり、流路ユニット２がケース６から剥がれてしまう可能性がある。さらに、除去液３２の通液速度を過剰に高くすると弾性体膜２１が破損してしまう可能性がある。
【００４８】
この弊害を考慮するならば、除去液３２の温度は常温以上であってケース６や弾性体膜２１の耐熱温度以下に設定することが求められる。また、除去液３２のアルカリ濃度は、接着剤除去工程終了後において、流路ユニット２とケース６との接着強度が確保でき、流路ユニット２を構成する各プレート状部材の接着強度が確保できる程度に設定することが求められる。そして、本発明者の実験によれば、アルカリ濃度に関してｐＨ７．２〜ｐＨ９．６の範囲であれば、余剰の接着剤を除去でき、各部材同士の接着強度を接着剤除去工程終了後においても必要以上に維持できることが確認できた。さらに、除去液３２の通液速度に関し、ヘッド使用時におけるインクの最高流速の２〜３倍であれば、記録ヘッド１を破損させることなく余剰の接着剤を除去することができる。
【００４９】
なお、以上は、液体噴射ヘッドの一種である記録ヘッド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にも適用することができる。例えば、液晶ディスプレイやＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の製造に用いられる色材噴射ヘッドや電極材噴射ヘッドにも適用することができる。また、バイオチップの製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドにも適用できるし、マイクロピペット（試料噴射ヘッド）にも適用できる。
【００５０】
また、圧力発生素子に関し、上記した各実施形態では圧電振動子４を例示したが、これに限定されるものではない。圧力発生素子は、圧力室１４内の液体に圧力変動を生じさせ得る素子であればよく、例えば電気機械変換素子の一種である磁歪素子であってもよいし、圧力室１４内の液体を突沸させる発熱素子であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 記録ヘッドの断面図である。
【図２】 （ａ）〜（ｃ）は、流路ユニットの構造を説明する図である。
【図３】 ノズル連通口を説明する断面図である。
【図４】 通液装置を説明する模式図である。
【図５】 剥離開始時間ｔの自然対数（縦軸）と除去液温度Ｔの逆数（横軸）との関係を示した図である。
【図６】 剥離開始時間ｔ（縦軸）と除去液温度Ｔ（横軸）の関係を示した図である。
【図７】 剥離開始時間と除去液の流速との関係を説明する図である。
【符号の説明】
１…インクジェット式記録ヘッド，２…流路ユニット，３…ノズル連通口，４…圧電振動子，５…振動子ユニット，６…ケース，７…固定板，８…フレキシブルケーブル，９…収納空部，１０…インク供給路，１１…島部，１２…リザーバ，１３…インク供給針，１４…圧力室，１５…ノズル開口，１６…ノズルプレート，１７…流路形成基板，１８…弾性板，１９…インク供給口，２０…支持板，２１…弾性体膜，３１…通液装置，３２…アルカリ性除去液，３３…除去液貯留部，３４…供給側チューブ，３５…キャップ部材，３６…排液側チューブ，３７…吸引ポンプ，３８…ヒータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット式記録装置用の記録ヘッド、ディスプレー製造装置用の色材噴射ヘッド、電極形成装置用の電極材噴射ヘッド、或いは、バイオチップ製造装置用の有機物噴射ヘッド等の液体噴射ヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の液体噴射ヘッドは、液体導入口からリザーバ（共通液室）及び圧力室を通ってノズル開口に至る一連の液体流路を備えており、圧力発生素子によって圧力室に圧力変動を生じさせ、ノズル開口から液滴を吐出させるものである。この液体噴射ヘッドは複数の部品を接着することで作製されている。例えば、圧力室やノズル開口を有する流路ユニットを、複数のプレート状部材によって構成し、流路ユニットの作製工程では、これらのプレート状部材を積層状態で接着している。また、流路ユニットの取付工程では、この流路ユニットとケースとの間を接着している。そして、これらのケースや流路ユニットには、上記の液体流路が形成されている。例えば、ケースには液体導入口とリザーバとの間を連通する共通液体流路が設けられており、また、流路ユニットにはリザーバから圧力室を通ってノズル開口に至る個別液体流路が圧力室に対応する数だけ設けられている。
【０００３】
複数の構成部品を接着剤で接着した場合、接着剤の一部が上記の液体流路内に露出した状態で硬化してしまう虞がある。そして、この接着剤が万一剥がれてしまうと、液体の流れを悪くしたりノズル開口を詰まらせてしまったりする。例えば、ノズル連通口の縁（隅角部）で硬化した接着剤が部分的に剥離すると、この剥離部分が髭状になって、具体的には、一端がノズル連通口の壁面に接着されたままで自由端部が液体の流れに乗った状態になって、その先端部がノズル開口から外側に露出してしまう虞がある。この状態において髭状部は、液体の流れによっては離脱し難いので、そのままの状態が長期間に亘って継続してしまう。このため、従来は、接着剤の塗布量を精密にコントロールしたり、接着剤が液体流路側に漏れ出さないように形状を工夫する構成が一般的であった。形状を工夫する構成に関し、例えば、液体流路に沿って溝状の隙間を形成し、この隙間内に余剰の接着剤を保持させるようにしていた（例えば、特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１７８５４１号公報（第１１頁，第１４図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、接着剤の塗布量を精密にコントロールする方法は生産性が低下してしまうという問題が生じる。また、形状を工夫する構成は、共通液体流路において有効であるが個別液体流路に適用することは難しい。これは、圧力室がノズル開口の形成ピッチに対応して密に設けられていることによる。即ち、隣り合う圧力室同士の間隔は極く狭いため、溝状の隙間を設けることは事実上困難であった。また、溝状の隙間を設ける構成では型の形状が複雑になり、コストアップの要因となりうる。
【０００６】
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、硬化した余剰の接着剤を除去することで液体の流れを良好に維持し、液体流路の目詰まりを防止することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
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、液体導入口から圧力室を通ってノズル開口に至る一連の液体流路を備え、圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズル開口から液滴を吐出させる液体噴射ヘッドの製造方法において、構成部品同士の間に接着剤を介在させた状態で該接着剤を硬化させる接着工程と、前記液体流路内に露出した状態で硬化した余剰の接着剤を除去する接着剤除去工程とを経て製造され、該接着剤除去工程は、アルカリ性に調整された除去液をヘッド使用時の最高液体流速よりも速い流速で前記液体流路に通液することを特徴とする。
この製造方法によれば、通液によって除去液中の水酸化物イオンが硬化状態の接着剤に作用し、接着剤と構成部品との間の接着力を弱める。さらに、除去液の流れが外力となって接着剤の剥離を促す。これにより、除去液を流すことができる場所であれば、極く狭い場所であっても余剰の接着剤を除去できる。このため、硬化した余剰の接着剤を効率よく除去できる。
また、接着剤の塗布量をラフに管理できるので、生産性の向上が図れる。
さらに、除去液をヘッド使用時の最高液体流速よりも速い流速で流すので、液体噴射ヘッドの使用時において余剰の接着剤が剥離してしまう不具合を確実に防止できる。
【０００８】
また、本発明は、液体導入口から圧力室を通ってノズル開口に至る一連の液体流路を備え、圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズル開口から液滴を吐出させる液体噴射ヘッドの製造方法において、
構成部品同士の間に接着剤を介在させた状態で該接着剤を硬化させる接着工程と、
前記液体流路内に露出した状態で硬化した余剰の接着剤を除去する接着剤除去工程とを経て製造され、
該接着剤除去工程は、アルカリ性に調整された除去液を、ヘッド使用時における液体の許容最高温度よりも高い温度に調整し、前記液体流路に通液することを特徴とする。
この製造方法によれば、液体噴射ヘッドの使用時においてはインクの温度が除去処理時よりも低温であるため、液体噴射ヘッドの使用時において余剰の接着剤が剥離してしまう不具合を確実に防止できる。
【０００９】
また、上記接着工程に先立ってなされるプライマ工程では、シランカップリング剤を含有するプライマ処理液に接着面を浸すプライマ処理を行うことが好ましい。
この製造方法によれば、接着剤による構成部材同士の接着力を損なわずに、余剰の接着剤を選択的に除去できる。また、余剰の接着剤を除去するのに必要な時間が短縮できるので、生産性の向上が図れる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明は、インクジェット式プリンタ等の画像記録装置に用いられるインクジェット式記録へッド（本発明の液体噴射ヘッドの一種，以下記録ヘッドという。）を例に挙げて行うことにする。
【００１２】
まず、記録ヘッドの構成について説明する。ここで、図１は記録ヘッド１の断面図、図２は流路ユニット２の構造を説明する図、図３はノズル連通口３の構造を説明する図である。
【００１３】
図１に示すように、記録ヘッド１は、複数の圧電振動子４を有する振動子ユニット５と、この振動子ユニット５を収納可能なケース６と、ケース６の先端面に接合される流路ユニット２とを備えている。
【００１４】
振動子ユニット５は、複数の圧電振動子４、固定板７、及び、フレキシブルケーブル８等をユニット化した部品である。圧電振動子４は、圧力発生素子の一種であり、電気機械変換素子の一種でもある。本実施形態の圧電振動子４は、３０μｍ〜１００μｍ程度の極めて細い幅に切り分けられた櫛歯状に形成されている。そして、各圧電振動子４は、自由端部を固定板７の縁よりも外側に突出させた片持ち梁の状態で取り付けられている。この圧電振動子４は、圧電体と内部電極とを交互に積層して構成された積層型の圧電振動子４であって、電界方向に直交する縦方向に伸縮可能な、言い換えれば、素子の長手方向に振動可能なタイプの圧電振動子４である。従って、圧電振動子４は、充電により自由端部が振動子長手方向に収縮し、放電により自由端部が素子長手方向に伸長する。固定板７は、上記した様に、各圧電振動子４が接合される部品である。本実施形態では放熱性が良好な金属板、具体的には、厚さ０．７ｍｍ〜１ｍｍ程度のステンレス鋼板を用いている。また、フレキシブルケーブル８は、各圧電振動子４に駆動信号を供給する可撓性を備えた配線部材であり、振動子基端部にて各圧電振動子４と電気的に接続されている。
【００１５】
ケース６は、収納空部９、及び、インク供給路１０を形成した合成樹脂製のブロック状部材である。本実施形態ではこのケース６をエポキシ系樹脂を射出成型することで作製している。収納空部９は、振動子ユニット５を収納するための空部である。振動子ユニット５は、固定板７を収納空部９の壁面に接着することで、この収納空部９内に固定されている。この収納状態において、圧電振動子４の先端面は収納空部９の先端側開口に臨み、流路ユニット２の島部１１に接合されている。また、インク供給路１０は、ケース６の取付面側からリザーバ１２までの間を連通するインク流路であり、共通液体流路の一部を構成する。このインク供給路１０は、ケース６の高さ方向を貫通させて設けられており、ケース６の取付面側にてインク供給針１３（図４参照）と液密状態で連通されている。なお、このインク供給針１３は、液体状のインク（以下、単にインクという。）を記録ヘッド１内に導入するためのインク導入口であり、本発明の液体導入口の一種である。従って、このインク供給針１３とインク供給路１０とによって共通インク流路（共通液体流路の一種）が構成される。
【００１６】
流路ユニット２は、リザーバ１２から各圧力室１４を通って対応するノズル開口１５に至る一連の個別インク流路（個別液体流路の一種）を、ノズル開口１５に対応する複数設けた部品である。この流路ユニット２は、ノズルプレート１６と流路形成基板１７と弾性板１８とから構成され、ノズルプレート１６を流路形成基板１７の一方の表面に接着し、弾性板１８を流路形成基板１７の他方の表面に接着することで作製される。
【００１７】
ノズルプレート１６は、ドット形成密度に対応したピッチで複数のノズル開口１５を列状に開設した薄いプレート状部材である。本実施形態では、１００ミクロン程度の薄いステンレス鋼板に１８０ｄｐｉのピッチで９６個のノズル開口１５を穿設している。また、ノズル開口１５の直径は最細部で４０ミクロン前後である。そして、列設された複数のノズル開口１５によってノズル列を構成している。このノズル列は、吐出可能なインクの種類に応じた数が設けられる。例えば、カラー記録が可能な記録ヘッド１にあっては、４条〜７条のノズル列が横並びに設けられる。
【００１８】
流路形成基板１７は、ノズルプレート１６の各ノズル開口１５に対応させて圧力室１４となる空部を隔壁で区画した状態で複数形成すると共に、ノズル連通口３及びリザーバ１２となる空部等を形成した板状の部材である。本実施形態における流路形成基板１７は、厚さ３００ミクロン程度のシリコンウエハーに対して異方性エッチング処理を施すことにより作製される。これは、結晶面によって圧力室１４，ノズル連通口３，インク供給口１９等を区画できるため、極めて微細な形状であっても寸法精度良く作製できるからである。
【００１９】
図２（ｂ）に示すように、圧力室１４は、ノズル開口１５の列設方向（ノズル列方向）に対して直交する方向に細長い室であり、偏平な凹室で構成されている。本実施形態の圧力室１４は、表面に現れるシリコン結晶面の関係により、細長い並行四辺形状に作製される。そして、圧力室１４の長さ（長手方向の長さ）は１〜２ｍｍ程度であり、幅（短尺方向の長さ）は１００ミクロン程度である。
また、リザーバ１２から遠い側に位置する圧力室１４の長手方向一端部には、板厚方向を貫通するノズル連通口３を設ける。このノズル連通口３は、図２（ｃ）に示すように、圧力室１４とノズル開口１５との間を連通する。このノズル連通口３も結晶面の関係から、平面から見て横に細長い平行四辺形状の貫通口として形成され、その長さ（圧力室長手方向の長さ）は４００ミクロン前後であり、その幅は圧力室１４よりもやや狭い８０ミクロン程度である。そして、各ノズル開口１５は、図２（ｂ）や図３に示すように、対応するノズル連通口３が臨むように、圧力室１４の長手方向一端に配置される。
また、インク供給口１９は、圧力室１４の長手方向他端とリザーバ１２との間に形成された溝状部であり、その流路幅は圧力室１４よりも十分に狭く設けられる。そして、このインク供給口１９、圧力室１４、及び、ノズル連通口３によって、一連の個別インク流路が構成される。
【００２０】
図２（ａ）に示すように、弾性板１８は、支持板２０上に弾性体膜２１をラミネート加工した二重構造である。本実施形態では、支持板２０として厚さ３０ミクロン程度のステンレス鋼板を用い、弾性体膜２１として厚さ数ミクロンの樹脂フィルム（例えば、ポリフェニレンサルファイド）を用いている。この弾性板１８は、圧力室１４の一方の開口面を封止するダイヤフラム部とリザーバ１２の一方の開口面を封止するコンプライアンス部とを備えている。そして、ダイヤフラム部は、圧力室１４に対応した部分の支持板２０を環状にエッチング加工することで作製されており、環内に島部１１が設けられる。また、コンプライアンス部は、支持板２０を部分的にエッチング加工で除去し、リザーバ１２に面する部分を弾性体膜２１だけにすることで作製される。
【００２１】
上記構成の記録ヘッド１では、圧電振動子４を振動子長手方向に伸長させることで、島部１１がノズルプレート１６側に押圧される。この押圧によって、ダイヤフラム部を構成する弾性体膜２１が変形し、圧力室１４が収縮する。また、圧電振動子４を振動子長手方向に収縮させると、弾性体膜２１の弾性により圧力室１４が膨張する。そして、圧力室１４の膨張や収縮によって内部のインク圧力が変動するので、この圧力室１４の膨張や収縮を制御することにより、ノズル開口１５からインク滴（本発明の液滴の一種）を吐出させることができる。
【００２２】
次に、上記構成の記録ヘッド１の製造方法について説明する。記録ヘッド１を製造するにあたり、予め、ケース６、振動子ユニット５、流路ユニット２等の必要な構成部品を作製しておく。
【００２３】
振動子ユニット５を作製する振動子ユニット作製工程では、まず、所定の大きさに切り出した固定板７を用意し、この固定板７の表面に接着剤を塗布する。即ち、振動子群が接着される接着領域に印刷等によって接着剤を塗布する。この接着剤としては、例えば、熱硬化性のエポキシ系接着剤が好適に用いられる。固定板表面に接着剤を塗布したならば、圧電板の片半部分を接着剤塗布面に載置する。ここで、圧電板は、圧電振動子４の基材であり、電極層と圧電体とを何層にも積層してなる板状部材である。圧電板を載置したならば固定板７と圧電板の間に介在する接着剤を硬化させ、圧電板を固定板７に接着する。圧電板を固定板７に接着したならば、圧電板を櫛歯状に切り分けて複数の圧電振動子４を作製する。この切り分けには、例えば、ダイシングソーやワイヤーソーが用いられ、固定板７の先端面から外側に突出している圧電板の先端側部分（つまり、自由端部）から固定板７側に向けて切り込むことでなされる。圧電振動子４に切り分けたならば、フレキシブルケーブル８を接合し、振動子ユニット５が完成する。
【００２４】
流路ユニット２を作製する流路ユニット作製工程では、接着面の下地処理を行うプライマ工程と、弾性板１８、流路形成基板１７及びノズルプレート１６を接着するプレート接着工程（本発明における接着工程の一種）とを順に行う。プライマ工程では、プライマ成分としてシランカップリング剤を用い、このシランカップリング剤を０．２ｗｔ％程度の濃度に調整したプライマ処理液に各プレート部材（弾性板１８、流路形成基板１７、ノズルプレート１６）の接着面を６０分〜７０分程度の時間に亘って浸す。本実施形態では、シランカップリング剤を０．２ｗｔ％含有するプライマ処理液に６０分浸漬した。この処理条件は、各プレート部材同士の接着力は損なわせず、インク流路内に露出した余剰の接着剤を容易に剥離させるために適した条件である。これにより、万一、余剰の接着剤がインク流路に流出したとしても、後述する接着剤除去工程にて、流出した接着剤を容易に除去できる。
【００２５】
プレート接着工程では、流路形成基板１７の一方の表面に弾性板１８を接着し、流路形成基板１７の他方の表面にノズルプレート１６を接着する。これにより、流路ユニット２が作製される。このプレート接着工程において、接着には種々の接着剤が用いられるが、熱硬化性を有する流動性の接着剤、例えば、２液性のエポキシ系接着剤が好適に用いられる。ここで、流路形成基板１７とノズルプレート１６とを接着するにあたっては、流路形成基板１７の上側表面に接着剤を塗布し、その後、この接着面にノズルプレート１６を上方側から載置する。これは、余剰の接着剤が垂れてノズル開口１５が閉塞される不具合を防ぐためである。
【００２６】
これらのケース６、振動子ユニット５、及び、流路ユニット２等を作製したならば、組立工程に移行し、各構成部品を組み立てる。この場合、まず、流路ユニット２をケース６の先端面に接着する。例えば、ケース６の先端面に接着剤を塗布した後、流路ユニット２をケース先端面に位置付け、ピン等により位置を固定する。この場合においても種々の接着剤が選択できるが、例えば、プレート接着工程と同様に、エポキシ系の接着剤が好適に用いられる。
【００２７】
流路ユニット２の位置を固定したならば、ケース６の取付面側から振動子ユニット５を収納空部９内に挿入する。振動子ユニット５の挿入は、まず、各圧電振動子４の先端面に接着剤を転写し、この先端面を先頭にして振動子ユニット５を収納空部９内に挿入する。そして、各圧電振動子４の先端面が対応する島部１１に当接したならば、固定板背面とケース内壁面との間に接着剤を注入する。この接着剤は、比較的粘性が低い流動性の接着剤、例えば、熱硬化性のエポキシ系接着剤が好適に用いられる。この注入された接着剤は、毛細管力によって固定板７とケース内壁面との隙間内を浸透して接着領域を満たす。
【００２８】
この接着領域が接着剤で満たされたならばケース６を加熱する。この加熱により、流路ユニット２はケース先端面に、振動子ユニット５の固定板７はケース内壁面にそれぞれ接着される。なお、この工程も、本発明の接着工程の一種である。このようにして、流路ユニット２及び振動子ユニット５をケース６に接着したならば、プリント基板等の必要な部品を取り付けて記録ヘッド１の組み立てを終了する。
【００２９】
ところで、上記したプレート接着工程にて、流路形成基板１７の表面に塗布した接着剤の量が過多であった場合には、余剰の接着剤がノズル連通口３の縁（図３に符号Ａで示す側面同士が交差する隅角部。）を伝わって流下してしまう虞がある。そして、この垂れた接着剤はノズル連通口３の縁で硬化してしまう。
また、接着剤を硬化させる前にノズルプレート１６を少しずらし、流路形成基板１７との位置合わせを行った場合には、ノズルプレート１６側に転写された接着剤がノズル連通口３の開口縁付近（図３に符号Ｂで示す部分。）にはみ出してしまう可能性がある。この場合、開口縁付近ではみ出した接着剤も、はみ出した状態で硬化することになる。同様に、流路形成基板１７と弾性板１８とを接着する際において、流路形成基板１７を少しずらして位置合わせを行っても、接着剤のはみ出しが生じる。
さらに、流路ユニット２とケース６との接着時においても余剰の接着剤がインク供給路１０内に垂れてしまう可能性があり、インク供給路１０内に垂れてしまった場合には垂れた接着剤がインク供給路１０内で硬化することになる。
【００３０】
このように、余剰の接着剤がインク流路内で硬化してしまうと、使用時におけるインクの流れによって、この接着剤がインク流路の壁面から剥離してしまう虞がある。この場合、剥離された接着剤がノズル開口１５を通過し得る程度の大きさであれば、この接着剤はインクと共にノズル開口１５から排出されるので支障はない。しかし、剥離された接着剤がノズル開口１５やインク供給口１９を通過し得ない大きさであった場合には、目詰まりが生じてしまう。また、ノズル連通口３の縁で硬化した接着剤が部分的に剥離すると、図３に符号Ａ´の仮想線で示すように、この剥離部分が髭状になって自由端部が液体の流れに乗り、その先端部がノズル開口１５から外側に露出してしまうことがある。この状態になってしまうと、髭状部は、液体の流れによっては離脱し難いので、そのままの状態が長期間に亘って継続し、印字不良等の原因となり得る。
【００３１】
この点に鑑み、本実施形態では、組み立て終了後の記録ヘッド１に対して接着剤除去工程を行い、インク流路内で硬化した余剰の接着剤を除去するようにした。以下、この接着剤除去工程について説明する。
【００３２】
本実施形態における接着剤除去工程は、アルカリ性に調整された除去液を、記録ヘッド１内のインク流路に連続的に通液する（流す）ことで行う。従って、この接着剤除去工程は、通液除去工程と表現することもできる。この接着剤除去工程では、図４に示す通液装置３１を用いる。この通液装置３１は、除去液３２を貯留した除去液貯留部（貯留容器）３３と、除去液貯留部３３内と記録ヘッド１のインク供給針１３（液体導入口）との間を連通する供給側チューブ３４と、記録ヘッド１のノズル面（ノズルプレート１６の外側表面）に液密状態で当接可能なキャップ部材３５と、このキャップ部材３５と除去液貯留部３３との間を連通する排液側チューブ３６と、排液側チューブ３６の途中に取り付けられた吸引ポンプ３７と、除去液貯留部３３に貯留された除去液３２を加熱するヒータ３８とを備える。
【００３３】
除去液貯留部３３は、除去液３２の成分に耐性を有する素材の容器、例えば、ガラス製容器によって構成される。除去液３２はアルカリ性の溶液、例えば、水酸化カリウムの水溶液や炭酸水素ナトリウムの水溶液が用いられる。ここで、アルカリ性の溶液を用いるのは、インク流路内に露出している余剰の接着剤について、その接着力を弱めるためである。即ち、この種の記録ヘッド１に用いられる接着剤は、例示したエポキシ系接着剤をはじめ一般的に樹脂系である。そして、樹脂系の接着剤であれば、通液によって除去液３２中の水酸化物イオンが硬化状態の接着剤に作用し、例えば、接着点に存在するシラノール基に作用し、接着剤と部品との間の接着力を弱めることができる。
【００３４】
供給側チューブ３４は、一端が除去液貯留部３３内、即ち、除去液３２中に配置されている。また供給側チューブ３４の他端は、記録ヘッド１のインク供給針１３に取り付けられている。この供給側チューブ３４は、除去液３２に耐性を有する素材であれば種々のものを用いることができる。キャップ部材３５は、上面に凹部（封止空部）を形成したトレー状の部材であり、この凹部を囲うように液密（気密）性を確保するためのパッキンを配設している。そして、排液側チューブ３６の一端はこの凹部内に連通している。この排液側チューブ３６は弾性を有するチューブによって構成され、その一端がキャップ部材３５のチューブ取付管（図示せず）に取り付けられている。また、排液側チューブ３６の他端は除去液貯留部３３に臨んでおり、排液側チューブ３６から排出された除去液３２を除去液貯留部３３に戻すようにしている。吸引ポンプ３７は、種々の形式のものを用いることができるが、本実施形態では、ローラーでチューブを挟み、このローラーをチューブに沿って移動させることでチューブ内の液体（気体）を送り出す、所謂しごきタイプのポンプを用いている。このタイプのポンプでは、ローラーの移動速度を可変することで液体の吸引量（液体の循環量）を変えることができる。なお、この吸引ポンプ３７に代えて送液ポンプを供給側チューブ３４の途中に設けてもよい。
【００３５】
この通液装置３１によって、除去液３２を記録ヘッド１内に通液するためには、キャップ部材３５でノズル面を封止した状態で吸引ポンプ３７を作動させる。この吸引ポンプ３７の作動により、キャップ部材３５内の凹部が負圧化され、圧力室１４やインク供給路１０等のインク流路を構成する部分も負圧化される。これに伴い、記録ヘッド１内のインク流路、及び、供給側チューブ３４内も負圧化され、除去液貯留部３３に貯留された除去液３２が供給側チューブ３４側に吸い上げられる。この吸い上げられた除去液３２はインク供給針１３を通じて記録ヘッド１内に導入され、インク供給路１０、リザーバ１２、圧力室１４、及び、ノズル連通口３を順次満たす。即ち、記録ヘッド１内のインク流路を満たす。さらに、記録ヘッド１内のインク流路を満たした除去液３２は、ノズル開口１５からキャップ部材３５の凹部に吸い出される。この吸い出された除去液３２は、排液側チューブ３６を通って除去液貯留部３３に戻される。
【００３６】
従って、通液装置３１の作動により、除去液３２は記録ヘッド１内のインク流路を連続的に流れる。このように、除去液３２が記録ヘッド１内のインク流路に通液されると、上記したように、除去液３２中の水酸化物イオンが硬化状態の接着剤に作用し、接着剤と部品との間の接着力を弱める。さらに、除去液３２の流れが外力（摩擦力）となって接着剤の剥離を促す。これにより、インク流路内に露出した余剰の接着剤は、その一部が極く小さな小片にちぎれて除去液３２中に遊離し、ノズル開口１５を通じて記録ヘッド１の外側に排出される。また、ノズル連通口３の隅角部で硬化した接着剤については、根本部分がノズル連通口３に残り他の部分がノズル連通口３から剥離した髭状になるが、除去液３２を通液することで髭状部分が少しずつ溶解して細く小さくなる。その結果、余剰な接着剤は、最終的にはノズル開口１５を通じてヘッド外部に排出される。従って、インク流路内で硬化した余剰の接着剤を除去することができる。さらに、上記プライマ工程での条件設定により、インク流路内に露出している接着剤の接着力をプレート部材同士の接着力よりも弱くしているので、余剰の接着剤を効率よく剥離することができる。
【００３７】
そして、インク流路内の余剰な接着剤が除去されるまで通液状態を継続したならば、同様な手順で洗浄液を通液し、アルカリ成分（水酸化物イオン）を除去する。例えば、除去液３２に代えて洗浄用の純水を除去液貯留部３３に貯留し、この純水を記録ヘッド１のインク流路に通液する。この純水の通液により、接着剤除去工程が終了する。なお、この接着剤除去工程にて余剰な接着剤が除去されたことを確認するため、接着剤除去工程後の記録ヘッド１を適宜抜き取り、検査することが好ましい。
【００３８】
ところで、接着剤除去工程における接着剤の剥離は、除去液３２中の水酸化物イオンによる化学反応と、硬化状態の接着剤に除去液３２の流れが接触するために生じる外力とによって起こっていると考えられる。このため、接着剤の剥離を効率よく行うには、これらの条件を最適化する必要がある。以下、この点について説明する。
【００３９】
まず、化学反応の観点から検討する。水酸化物イオンの作用によって接着剤の剥離が生じるということは、接着対象物との境界（接着点）に存在する接着物質が水酸化物イオンとの接触で化学変化をし、その結果接着力が弱められていると考えられる。この場合において、接着剤の剥離が化学反応であれば、その剥離開始時間はアレニウスの式に基づいてシミュレーションできると考えられる。
【００４０】
ここで、アレニウスの式とは、化学反応の速度定数の温度変化を示すものであり、次式（１）で表される。
ln(k)＝−Ea／(RT)＝−(Ea／R）×(1／T) … (1)
なお、ｋ：反応速度定数，Ｔ：絶対温度，Ｅａ：活性化エネルギー，Ｒ：気体定数である。
【００４１】
また、硬化した接着剤の剥離開始時間ｔは次式（２）で表すことができる。
ln(t)＝ln([AH]／ｖ)＝−ln(k×[OH])＝−ln(k)−ln[OH] … (2)
なお、［ＡＨ］：酸濃度（シラノール基の量），［ＯＨ］：アルカリ濃度，ｖ：化学反応速度（v=k×[AH]×[OH]）
【００４２】
これらの式（１）と式（２）とから次式（３）を導くことができ、剥離開始時間ｔの自然対数は、除去液温度Ｔの逆数に比例することが判る。
ln(t)＝(Ea／R)×(1／T)−ln[OH] … (3)
【００４３】
そして、図５は、硬化接着剤の剥離開始時間と除去液３２の温度との関係を数点測定し、これらの測定結果から得られた剥離開始時間ｔの自然対数（縦軸）と除去液温度Ｔの逆数（横軸）との関係を示した図である。また、図６は、図５の関係に基づいて得られた剥離開始時間ｔ（縦軸）と除去液温度Ｔ（横軸）の関係を示した図である。
【００４４】
これらの図から、剥離開始時間は、除去液温度に依存して変化すること、即ち、除去液３２を高温にする程に剥離開始時間が短くなることが判る。従って、高温に調整した除去液３２を通液することで、余剰な硬化接着剤を短時間で除去することができる。例えば、除去液３２を３１０［Ｋ］（約３７℃）の温度に調整した場合には剥離開始までに約１８００時間必要であるのに対し、除去液３２を３４３［Ｋ］（約７０℃）の温度に調整した場合には、３１０［Ｋ］よりも十分短い時間（約４６時間）で済むことが判った。
また、図５に示す直線の切片（剥離開始時間）は、上記式（３）から除去液３２のアルカリ濃度に依存して変化することが判る。即ち、除去液３２のアルカリ濃度が増える程に切片が小さくなることが判る。このことは、除去液３２のアルカリ性を強くする程（ｐＨを高くする程）に剥離開始時間が短くなることを意味する。
【００４５】
次に、除去液３２の流れによる外力の観点から検討する。ここで、図７は、除去液３２を３４３［Ｋ］の温度に調整した際における接着剤の剥離開始時間を示し、流速１００％、即ち、記録ヘッド１使用時の最大液体流速で除去液３２を通液した場合の結果を示している。また、流速１７９％は、上記最大液体流速に対して１．７９倍の流速で除去液３２を通液した場合の結果を示している。
この図７から明らかなように、流速１００％では約４６時間で接着剤の剥離が開始したのに対し、流速１７９％では約３３時間で接着剤の剥離が開始した。このことから、除去液３２の流速を高める程に余剰の接着剤を短時間で除去できることが判る。
【００４６】
以上を総括すると、余剰の接着剤を短時間で除去するためには、除去液３２の温度は高温に、除去液３２のアルカリ濃度は高く、除去液３２の通液速度は速く設定すればよいことが判る。この場合において、除去液３２の通液速度は、ヘッド使用時の最高液体流速よりも速い流速であることが好ましい。このように設定すると、記録ヘッド１の使用時においてはインクの流速が除去処理時よりも遅いので、使用中に余剰の接着剤が剥離してしまう不具合を確実に防止できる。同様に、除去液３２の温度は、使用時におけるインクの許容最高温度よりも高い温度に調整することが好ましい。このように設定すると、記録ヘッド１の使用時においてはインクの温度が除去処理時よりも低温であるため、使用中に余剰の接着剤が剥離してしまう不具合を確実に防止できる。
【００４７】
但し、温度や速度等の許容範囲は、弊害が生じないように設定する必要がある。例えば、除去液３２の温度を沸騰するまでに上昇させてしまうと、ケース６や弾性体膜２１に変形が生じてしまう可能性がある。また、除去液３２のアルカリ濃度を過剰に高くすると、流路ユニット２を構成する各プレート状部材１６〜１８に剥離が生じてしまったり、流路ユニット２がケース６から剥がれてしまう可能性がある。さらに、除去液３２の通液速度を過剰に高くすると弾性体膜２１が破損してしまう可能性がある。
【００４８】
この弊害を考慮するならば、除去液３２の温度は常温以上であってケース６や弾性体膜２１の耐熱温度以下に設定することが求められる。また、除去液３２のアルカリ濃度は、接着剤除去工程終了後において、流路ユニット２とケース６との接着強度が確保でき、流路ユニット２を構成する各プレート状部材の接着強度が確保できる程度に設定することが求められる。そして、本発明者の実験によれば、アルカリ濃度に関してｐＨ７．２〜ｐＨ９．６の範囲であれば、余剰の接着剤を除去でき、各部材同士の接着強度を接着剤除去工程終了後においても必要以上に維持できることが確認できた。さらに、除去液３２の通液速度に関し、ヘッド使用時におけるインクの最高流速の２〜３倍であれば、記録ヘッド１を破損させることなく余剰の接着剤を除去することができる。
【００４９】
なお、以上は、液体噴射ヘッドの一種である記録ヘッド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にも適用することができる。例えば、液晶ディスプレイやＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の製造に用いられる色材噴射ヘッドや電極材噴射ヘッドにも適用することができる。また、バイオチップの製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドにも適用できるし、マイクロピペット（試料噴射ヘッド）にも適用できる。
【００５０】
また、圧力発生素子に関し、上記した各実施形態では圧電振動子４を例示したが、これに限定されるものではない。圧力発生素子は、圧力室１４内の液体に圧力変動を生じさせ得る素子であればよく、例えば電気機械変換素子の一種である磁歪素子であってもよいし、圧力室１４内の液体を突沸させる発熱素子であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 記録ヘッドの断面図である。
【図２】 （ａ）〜（ｃ）は、流路ユニットの構造を説明する図である。
【図３】 ノズル連通口を説明する断面図である。
【図４】 通液装置を説明する模式図である。
【図５】 剥離開始時間ｔの自然対数（縦軸）と除去液温度Ｔの逆数（横軸）との関係を示した図である。
【図６】 剥離開始時間ｔ（縦軸）と除去液温度Ｔ（横軸）の関係を示した図である。
【図７】 剥離開始時間と除去液の流速との関係を説明する図である。
【符号の説明】
１…インクジェット式記録ヘッド，２…流路ユニット，３…ノズル連通口，４…圧電振動子，５…振動子ユニット，６…ケース，７…固定板，８…フレキシブルケーブル，９…収納空部，１０…インク供給路，１１…島部，１２…リザーバ，１３…インク供給針，１４…圧力室，１５…ノズル開口，１６…ノズルプレート，１７…流路形成基板，１８…弾性板，１９…インク供給口，２０…支持板，２１…弾性体膜，３１…通液装置，３２…アルカリ性除去液，３３…除去液貯留部，３４…供給側チューブ，３５…キャップ部材，３６…排液側チューブ，３７…吸引ポンプ，３８…ヒータ
Claims (4)
- 液体導入口から圧力室を通ってノズル開口に至る一連の液体流路を備え、圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズル開口から液滴を吐出させる液体噴射ヘッドの製造方法において、
構成部品同士の間に接着剤を介在させた状態で該接着剤を硬化させる接着工程と、
前記液体流路内に露出した状態で硬化した余剰の接着剤を除去する接着剤除去工程とを経て製造され、
該接着剤除去工程は、アルカリ性に調整された除去液をヘッド使用時の最高液体流速よりも速い流速で前記液体流路に通液することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。 - 液体導入口から圧力室を通ってノズル開口に至る一連の液体流路を備え、圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズル開口から液滴を吐出させる液体噴射ヘッドの製造方法において、
構成部品同士の間に接着剤を介在させた状態で該接着剤を硬化させる接着工程と、
前記液体流路内に露出した状態で硬化した余剰の接着剤を除去する接着剤除去工程とを経て製造され、
該接着剤除去工程は、アルカリ性に調整された除去液を、ヘッド使用時における液体の許容最高温度よりも高い温度に調整し、前記液体流路に通液することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。 - 前記接着工程は、圧力室及びノズル連通口となる空部を複数設けた流路形成基板と、圧力室の一部を区画する弾性板と、複数のノズル開口が穿設されたノズルプレートとを積層状態で接着する工程を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
- 前記接着工程に先立ってなされるプライマ工程にて、シランカップリング剤を含有するプライマ処理液に接着面を浸すプライマ処理を行うことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
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