JP4213268B2 - インクジェットヘッド - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットプリンタのヘッドに関し、特にヘッドの素子のインク室を製造する際に用いる基板やその構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のＯＡの発達のもと、インクジェットプリンタが広く事務所、家庭等にて使用されている。
【０００３】
ところで、インクジェットプリンタに用いられるインクジェットヘッドにはいくつかの方式があるが、一般的には大きく２つの方式に分けることができる。
【０００４】
第１の方式は流路の一部に圧電材料を接続し、その圧電材料に電気パルスを印加して圧電材料を変形させ、ひいては流路やインク室の一部を変形させることにより圧力パルスを発生させ、この圧力パルスによりノズルからインク滴を吐出させる方式である。
【０００５】
第２の方式は、流路内に発熱抵抗体を形成し、電気パルスを印加することにより発熱抵抗体を発熱させて流路やインク室のインクを沸騰させて蒸気バブルを発生させ、この蒸気バブルによりノズルからインク滴を吐出させる方式である。
【０００６】
以下、この２つの方式のインクジェットプリンタのうち、第１のタイプのものを、図を参照しつつ少し説明する。（なお、以下に記載する事項は、本発明の説明の都合で「従来の技術」欄に記載するものであり、必ずしも公知や周知の技術とは限らない。）
図２は、このタイプのインクジェットプリンタのヘッドの１素子（ノズル、インク室（圧力室）、アクチュエータ等の一揃いからなるインクジェットヘッドの素子）の縦方向（振動し、また紙面に直行する方向）の基本的な断面を示したものである。
【０００７】
本図の（ａ）において、１は１〜５０μｍ程度の厚さのＣｒ、Ｓｉ、ガラス、セラミック等からなる振動板である。２は、チタン酸ジルコン酸鉛（以下、ＰＺＴと記載する。）よりなる圧電素子である。３は、０．１〜１０μｍ厚さのＰｔ、Ａｕ、Ａｌ等からなる個別電極である。４は、５０〜５００μｍ厚さの感光性ガラス、ＳＵＳ、Ｓｉ、セラミック等からなるインク室（圧力室）部品である。５は、ＳＵＳ、セラミック等からなるインク流路部品である。６は、１５〜１００μｍのガラス、セラミック、ＳＵＳ、Ｃｒ、Ｎｉ、樹脂、ポリイミド等からなるノズル板である。７は、ノズル孔である。８は、インクをノズルより吐出させるための圧力が発生するインク室（圧力室）である。
【０００８】
次に、圧力の発生であるが、Ｃｒ製の共通電極とＰｔ製の個別電極との間に所定のパルス状の電圧を加えると、ＰＺＴからなる圧電素子が薄膜の面方向に収縮し、いわゆるバイメタル効果によってこれら３つからなるアクチュエータが圧力室側へ凸形に突出するようになっている。
【０００９】
そして、これにより生じた圧力で圧力室内の所定量のインクがインク流路部品内の吐出用インク流路９を経由してノズル板に設けられたノズル７より外部（被印字紙面上）へ吐出し、紙面にドット状にインクが付着する。
【００１０】
さて、実際のインクジェットプリンタにおいては、このようなインクジェットヘッドの素子が所定のパターンで縦、横多数プリンタヘッド上に配列されている。
【００１１】
例えば、図３に示す短冊状の素子の場合、これらの素子が縦一列に多数配設されている（ただし、図３では煩雑となるため、３つだけ示してある。）だけでなく、更にブラック、シアン、マゼンタ、イエロの各インク用の素子の列が何段にも、あるいは交互に横に配列されている等である。
【００１２】
更にこのもとで、プリンタヘッドが紙送りと連動した所定のプログラムにのっとって紙面上を主走査方向及び又は副走査方向に動き、この際所定の位置で所定の素子がインクの吐出を行うことによりカラーの印字等がなされる。
【００１３】
また、アクチュエータ部も、図３に例示しているものは、反インク室側の個別電極、個別の圧電素子、個別のＣｒ製電極の順に面積が大きくなっているが、ほぼ同じ大きさであったり、Ｃｒ製電極は広い平面の膜であり、電極としては各素子に共通となっていたり等もされている。
【００１４】
また、図２の（ｂ）に示すように、インク室側電極１と振動板４１が別体のものもある。本図において、４０はセラミックのインク室部品兼振動板部品であり、５０はドライフィルムや感光性ガラスからなるインク流路部品であり、６０は流路抵抗部である。
【００１５】
次に、この素子のインク室部分の製作であるが、アクチュエータ部と圧力室部品との接着やインク流路部品相互等の接着は、エポキシ系や感光性樹脂等各種の性質を有する接着剤を転写法でロールコータ、スピンコート、スクリーン印刷等の方法で塗布して行ったり、シート状の接着剤を使用して行ったりする方法にてなされていた。例えば、特公平３−３２５９８号には、被着体の形状に合わせて加工された熱可塑製樹脂シートを介在させ、加熱、加圧することによって接着する方法が開示されている。また、例えば特公平４−１５０９５号には、感光性樹脂を使用して露光によりパターンを形成し、しかる後圧力を加えつつ本硬化を行う方法が開示されている。
【００１６】
以上の他、感光性樹脂の良好な接着性発揮のため被接着インク流路部品、ノズル板、アクチュエータ部等の表面処理、加熱のし方や押圧方法等に種々の工夫がなされている。ただし、これらについては本発明の趣旨に直接の関係はなく、また前掲の公報等にも記載されている周知技術や公知技術なので、その説明は省略する。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで近年のインクジェットプリンタに対する高速、高品位印刷、その他低騒音化等の要求、そしてこれらに伴うインクジェットヘッドのノズルやヘッドそのものの小型化のもと、感光性樹脂は単に圧力室部品等の接着に使用されるのみならず、その良好なパターン性のため流路パターンを作るのに使用される等種々の用途に積極的に広く使用されている。
【００１８】
流路パターン形成の方法の一例としては、
まず、感光性樹脂を基板や流路に低温で仮接着する。
【００１９】
その後、感光性樹脂をヘッド上のノズル、そして素子の配列や各素子の流路等の形状にあわせて適当な形状とする、いわゆるパターンニングがなされる。
【００２０】
ところで、この時点では、パターンニングされた感光性樹脂には付着性があるため、流路やノズル部材としての、あるいはインク流路部品としてのＳＵＳの薄板や感光性ガラスを感光性樹脂を挟んで貼りあわせてから、感光性樹脂が完全に固まる温度まで加熱して、感光性樹脂を完全に硬化させることで接着を行う。
【００２１】
等のことがなされている。
【００２２】
しかしながら、感光性の樹脂を使用して単に上述のように接着等するだけでは、完全硬化の工程で感光性樹脂に含まれる溶剤の揮発等（その他、化学反応でも生じうる）のため、インク流路やノズル部材と感光性樹脂の界面に溶剤ガスの泡（以下、気泡とも記す）が発生し、インクのリークや接合の信頼性の低下等が生じる。
【００２３】
この気泡の発生の様子を図４に示す。本図において、１１はインク流路部品（含む、インク室部品）たる第１の基板であり、１２は同じく第２の基板であり、１３は感光性樹脂層であり、１４は加熱硬化で発生した気泡であり、１５はインク流路（含む、インク室）である。
【００２４】
といって、感光性樹脂は、本来が接着用に使用されるものではないため溶剤を含有しており、また溶剤を含有しなければ塗布等の工程に差し障りが生じる。
【００２５】
また、ガスが化学反応で発生する場合には、その発生そのものは防止のしようがない。
【００２６】
また、この溶剤は分子量が大きい等のため、加熱に先立って樹脂を真空に晒したり、予備加熱する等の手段ではうまく除去しえない。
【００２７】
このため、小型のインクジェットプリンタ、そしてそのヘッドの場合に特にそうであるが、感光性樹脂を単にインクジェットヘッドに多数配列されたその素子や個々の素子のインク流路の形状に沿ってのパターン化したインク流路壁の形成に使用するだけでなく、ＳＵＳやガラス等の被接着固体からなるインク流路部品の接着材としても使用した場合に、加熱硬化時に気泡が発生しないようにする技術やたとえ発生したとしてもその量を少くする技術の開発が望まれていた。
【００２８】
本発明は、かかる課題に鑑みなされたものである。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明においては、外部へのガス抜き孔やガス溜まりを設けて、感光性樹脂が硬化時発生するガスによる気泡発生の防止を図ることとしている。具体的には、以下のようにしている。
【００３６】
請求項１記載の発明は、互いに重なるように配置された第１の基板と第２の基板と、前記第１の基板と第２の基板の間に設けられ、パターンニング処理されてその膜厚部分にインク流路が形成された感光性樹脂層とを有し、前記第１の基板と第２の基板が前記感光性樹脂層で接着されているインクジェットヘッドにおいて、前記第１の基板又は前記第２の基板の、前記感光樹脂層と接触する面には、前記感光性樹脂層を加熱硬化して該第１及び第２の基板を接着する際に発生するガスを外部に逃がす若しくはその内部に溜めるための複数個の溝が形成されていることを特徴とする。
【００３７】
上記構成により、以下の作用がなされる。
【００３８】
上記溝は、感光性樹脂層内でなく、剛性の高い上記第１の基板若しくは上記第２の基板に設けられている。このため、どのような感光性樹脂を使用しても素子の剛性の低下の恐れもない。
【００４５】
請求項２記載の発明においては、上記溝は上記基板の厚み方向の一部に形成されていること、すなわち、上記溝は、それが設けられている第１の基板あるいは第２の基板の膜厚方向全体に及ぶものでないことを特徴としている。
【００４６】
上記構成により、以下の作用がなされる。
【００４７】
上記溝は、それが設けられている第１の基板あるいは第２の基板の膜厚方向全体に及ぶものでない。このため、剛性が確保され、またインク室の形状等パターンに対して柔軟に対応可能となる。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態に基づいて説明する。
【００４９】
（第１の参考形態）
図１に、本発明に係わるインクジェットヘッドの第１の参考形態の構成を示す。
【００５０】
本図は、図３に示す短冊状のインクジェットヘッド素子が４つ並列に設けられたヘッドのインク室、そしてインク流路を感光性樹脂にて形成した様子を示す。このため、アクチュエータ部及びノズル板は図示していない。
【００５１】
本図において、１１は第１の基板である。１３は、インク室部品たる（を形成する）感光性樹脂層である。
【００５２】
そして、この感光性樹脂層には、樹脂層の（図では）前後全長かつ層厚さ（図では上下）全てに渡ってのガス抜き用孔１６１と層厚さ全てではあるがインク室の配置との都合で一方のみ（図では手前側）が外部に導通したガス抜き用孔１６２とが設けられている。なお、８は、インク室であり、１０は平行に４個並んだ素子に共通のインク供給路である。
【００５３】
図５に、図１に示す感光性樹脂層からなるインク室部品が設けられた第１の基板上に更にインク流路部材としての第２の基板が設けられた状態でのガス抜き用の孔の様子を示す。本図において、１２は第２の基板であり、１５はインク流路（あるいはインク室）である。
【００５４】
本図に示すように、感光性樹脂層１３には、層に平行な方向の長さ（距離）１６０μｍ毎に（図で、ｔ＝１６０μｍ）、巾１０〜１００μｍのガス抜き用孔１６が形成されている。
【００５５】
このため、感光性樹脂層を加熱硬化する際に、樹脂中に含まれていた溶剤ガスは、この孔を通って外部へ逃げ出すこととなる。
【００５６】
従って、図４に示すような好ましくない気泡は形成されず、ひいてはインクのリーク、インク流路部品の接着不良による剥離等が生じない。
【００５７】
次に、この図１及び図５に示すインクジェットヘッドの製造方法について、簡単に説明する。
【００５８】
（１） ＰＺＴや発熱抵抗体等からなるアクチュエータの形成された基板やインク流路部材上に液状の感光性樹脂をスピンコートで塗布する。
【００５９】
（２） 塗布後、後工程の作業の都合もあり、摂氏（但し、煩雑となるため以降略記する。）５０〜１３０度で１〜６０分加熱して、仮硬化を行う。
【００６０】
（３） 感光性樹脂層に平行に、紫外線を遮るマスクをあわせる。この際、感光性樹脂層が光硬化性ならばマスクのパタンをインク流路溝壁部あるいは隣接するマスクのパタンから壁厚み方向に向かって光の通る幅を１６０μｍ以内とする。（光溶融性ならば光を遮断する幅を１６０μｍ以内とする）
（４） マスク上部より感光性樹脂に水銀ランプ等により紫外線を２００〜６００ｍｊ程度あてて露光する。
【００６１】
（５） アルカリや溶剤等にてエッチングを行うと、インク流路溝壁部や隣接するマスクのパタンから壁厚み方向に向かっての幅（距離）が１６０μｍ以内となった感光性樹脂の形状、あるいは最大巾が１６０μｍ以内の感光性樹脂の層の列ができる。
【００６２】
（６） 上記形状の列上にインク流路部材を接触させ加圧し、更に樹脂の種類や用途にもよるが、１５０〜３５０度で１〜４時間加熱して感光性樹脂を完全硬化させる。
【００６３】
（第１の参考形態の変形例）
本例では、膜厚２５〜１００μｍのドライフィルムタイプの感光性樹脂を使用する。
【００６４】
これにより、感光性樹脂を積極的にインク流路部品として使用し、コストと工数の低減をはかるものである。
【００６５】
上記（１）、（２）の工程で感光性樹脂がフィルム状の場合には、真空ラミネータやロールラミネータを用いて５０〜１３０度で１〜６０分加熱しながら加圧することより仮硬化をおこなう。
【００６６】
なお、本参考形態では、感光性樹脂として、デュポン製リストン、パイロラックス１５００、同２０００、バクレル、日立化成工業製フォテックＳＲ２３００Ｇ、同３０００、日合モートン製ダイナマスク５０３０等を使用したが、これは、後に説明する他の実施の形態でも同様である。
【００６７】
（第２の参考形態）
図６に、本発明のインクジェットヘッドの第２の参考形態を示す。
【００６８】
本図は、先の第１の参考形態における図１に対応するものであるが、ガス抜きの孔１６３が基板全長にわたるもの、わたらないもの１６４の何れもが外部に導通せず、ガス留りとなっているのが相違する。
【００６９】
本参考形態においては、発生した溶媒ガスの一部は、このガス留り内に停まることとなる。
【００７０】
しかしながら、この場合においても、図４に示すような固体インク室流路部品の感光性樹脂との被接着面における気泡は発生せず、良好な接着性、液（インク）密性を示した。
【００７１】
なお、ガス溜まり分だけの非接着部が生じるが、その部分の面積が少ない上に規則的な形状、配列であるため応力集中等生じないため、接着力の低下に繋がらない。
【００７２】
次に、本参考形態における製造方法は、その他を除いては、先の第１の参考形態と同じである。
【００７３】
（第３の参考形態）
図７に、本発明のインクジェットヘッドの第３の参考形態を示す。
【００７４】
本図は、先の第１の参考形態における図５に相当するものである。
【００７５】
しかしながら、図５と比較すれば明らかなように、ガス抜きとしての感光性樹脂層内の孔１６５はｔ＝１６０μｍの間隔で並んでいるのは同じであるが、この樹脂層全てにわたって存在するあるいは膜を貫通、言わば切断するのではなく、膜厚方向の一部にのみ（深さ５〜２０μｍ）形成されているのが、先の第１の参考形態と異なる。
【００７６】
なおこの場合の溝の形成であるが、切削やレーザ加工、また現像時間の調整、感光性樹脂のテーパ等をもちいてなされる。
【００７７】
これにより、ガス抜きとしての役は充分担え、しかも反ガス抜き孔存在側の被接着のインク流路部品に形成されるインク流路等のパターンに弾力的に対応することが可能となる。また、感光性樹脂層の種類、素子の形状や寸法にもよるが、ガス抜き孔を層の一部に停めることにより感光性樹脂層の剛性の低下の防止も得られる。
【００７８】
（第１の実施の形態）
図８に、本発明のインクジェットヘッドの第１の実施の形態を示す。
【００７９】
本図は、先の第１の参考形態における図５に相当するものである。
【００８０】
しかしながら、図５と比較すれば明らかなように、ガス抜きとしての孔１６６は、感光性樹脂層１３でなく、被接着材たるインク室流路部品１２内にその層の全厚さ方向にわたってではなく、一部の厚方向さに形成されているのが、異なる。
【００８１】
なおこの場合の溝であるが、第２の基板たるインク流路部品は感光性ガラス、ＳＵＳ等であり、エッチングや切削にて形成した。
【００８２】
以上、本発明のいくつかの参考形態及び実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は何もこれらに限定されないのは勿論である。すなわち、例えば以下のようにしてもよい。
【００８３】
（１） 感光性樹脂のメーカ、ネガ形かポジ形か等の材質は実施の形態とは別の物である。また、これらに伴い、加熱温度、加熱時間等は当然実施の形態とは異なった値である。
【００８４】
（２） 素子の形状、寸法等に応じて感光性樹脂の層の厚さは、実施の形態より厚かったり、逆に薄かったりしている。
【００８５】
（３） 孔は、四角形、正方形でなく三角形等ほかの形状としている。
【００８６】
（４） インクジェットヘッドそのものは、従来の技術欄で説明したアクチュエータ型以外のものである。
【００８７】
（５） 厚膜のシートを使用する場合、第１の基板と第１の基板の両方の樹脂接着界面にガス抜き孔を設けている。
【００８８】
（６） 孔は、原則として外部に通じているが、パターンの都合でそれを成しえない場合のみガス溜まりとしている。
【００８９】
（７） ドライフィルムタイプの樹脂の膜厚が大きい場合であって、ガス抜き孔がシート膜の一部のみのときやガラス流路部品にガス抜き孔を形成しているときには、ガス抜き孔の間隔に樹脂の膜厚を考慮している。
【００９０】
（８） ヘッドの寸法その他、樹脂の種類、加熱時間、加熱温度等により、ガス抜き孔の間隔を適宜他の値としている。例えば、ヘッドの寸法が大きければインクのバイパス等まず生じない等のため、ガス抜き孔の間隔を大きくする等である。
【００９１】
（９） 孔等は、直線状でなく、インク流路等のパターンの都合で曲がったり、分岐したりしている。
【００９２】
【発明の効果】
以上説明してきたように本発明によれば、インク流路の接着にパターン化された感光性樹脂を接着材として用いたインクジェットヘッドにおいて、感光性樹脂を加熱硬化させるときに発生する溶剤ガスを各部へ逃したりガス貯りへ閉じ込めたりするため、接着面に意図せざる気泡が生ぜず、ひいてはインクのリークやインク流路部品の接着不良が生じない。このため、優れたインクジェットヘッドやその素子あるいはインクジェットプリンタを提供しうる。
【００９３】
更に、特にヘッド上に多数の小さい素子が配列されたインクジェットプリンタにおいてこの効果が大きい。
【００９４】
また、特にシート状の感光性樹脂を積極的にインク流路部品として使用する場合には、感光性樹脂そのものを圧力室品として使用しうるため、コストが低くなる。また、この場合には小さなインク吐出用ノズル孔に適応して小さなインク供給路を精度よく形成することも容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係わるインクジェットヘッドの第１の参考形態において、感光性樹脂膜が圧力室部品として使用され、この際１６０μｍ毎にスリットが設けられているのを概念的に示す図である。
【図２】 従来技術に係るインクジェットヘッドのインク室（圧力室）と圧電素子部を中心とした構成図である。
【図３】 インクジェットヘッドに短冊状の素子がパターン化されて多数配列されている様子の１例を示すである。
【図４】 従来技術に係わるインクジェットヘッドの製造において、硬化した感光性樹脂層の接着部に気泡が発生している様子を示す図である。
【図５】 本発明に係わるインクジェットヘッドの第１の参考形態において固体の構成部材間の感光性樹脂層内に気泡発生防止、発生したガスを逃す孔が１６０μｍ毎に設けられているのを示す図である。
【図６】 本発明に係わるインクジェットヘッドの第２の参考形態において、硬化した感光性樹脂層内の気泡逃しのための孔が外部に導通していない場合を示す図である。
【図７】 本発明に係わるインクジェットヘッドの第３の参考形態において、硬化した感光性樹脂層内の厚さ方向の一部にのみガス抜きのための孔が設けられているのを示す図である。
【図８】 本発明に係わるインクジェットヘッドの第１の実施の形態において、感光性樹脂層にて接着される固体部品の厚さ方向の一部にのみガス抜きのための孔が設けられているのを示す図である。
【符号の説明】
１ 振動板兼圧力室側電極
２ 圧電素子
３ 個別化された反圧力室側電極
４ インク室（圧力室）
５ インク流路部品
６ ノズル板
７ ノズル孔
８ インク室（圧力室）
９ インク流路
１０ インク供給孔
１１ 第１の基板
１２ 第２の基板
１３ 感光性樹脂層
１４ 気泡
１５ インク流路
１６１ ガス抜き用孔
１６２ ガス抜き用孔
１６３ ガス抜き用孔
１６４ ガス抜き用孔
１６５ ガス抜き用孔（溝）
１６６ ガス抜き用孔（溝）

Claims (2)

1. 互いに重なるように配置された第１の基板と第２の基板と、
   前記第１の基板と第２の基板の間に設けられ、パターンニング処理されてその膜厚部分にインク流路が形成された感光性樹脂層とを有し、
   前記第１の基板と第２の基板が前記感光性樹脂層で接着されているインクジェットヘッドにおいて、
   前記第１の基板又は前記第２の基板の、前記感光樹脂層と接触する面には、前記感光性樹脂層を加熱硬化して該第１及び第２の基板を接着する際に発生するガスを外部に逃がす若しくはその内部に溜めるための複数個の溝が形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記溝は、前記基板の厚み方向の一部に形成されている請求項１記載のインクジェットヘッド。

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