JP4214798B2

JP4214798B2 - インクジェット記録ヘッド及びその製造方法

Info

Publication number: JP4214798B2
Application number: JP2003048855A
Authority: JP
Inventors: 健一大野; 虎彦神田
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2023-02-26
Also published as: JP2004255702A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被印字面にインク滴を吐出して印字を行うインクジェット記録ヘッド及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット記録ヘッドでは、ノズルからインク滴を吐出した際、インク滴がノズル周囲に付着したり、また、ノズルからインクが盛り上がるオーバーシュート現象によるインク漏れが生じる。このため、インク吐出方向が傾いたり、液滴径および速度がばらつくことがあり、これによって、インクジェット記録ヘッドの印字性能が著しく低下する場合がある。そこで、インク滴がノズル周囲に付着するのを防ぐため、ノズル表面に撥水膜を施すことが行われている。
【０００３】
しかし、ノズル周囲に漏れたインクや、付着したゴミを除去するために、ノズル表面をワイピングすると、摩擦でノズル周囲の撥水膜が破壊される。
【０００４】
そこで、図８に示すように、ワイピング等による機械的な摩擦からノズル１０２の周囲の撥水膜を保護する目的として、ノズル１０２周囲に凹部１０４が形成されたインクジェット記録ヘッド１００がある（特許文献１参照）。
【０００５】
このインクジェット記録ヘッド１００のノズルプレート１０８表面に施される撥水処理は、凹部１０４形成後にスプレーコートやスピンコート等で撥水膜１０６を塗布する方法が考えられる。しかし、これらの方法ではノズルプレート１０８の表面と凹部１０４に撥水膜１０６を均一な厚さに塗布することは困難である。
【０００６】
一方、凹部１０４の製造方法として、放電加工、フォトエッチング、ポンチによるプレス加工、およびレーザ加工などの技術が用いられている（特許文献２参照）。
【０００７】
放電加工で凹部１０４を形成する場合には、ノズルプレート１０８は金属製のプレートに限られてしまう。また、放電加工に使用する電極や放電加工の大掛かりな装置が必要となり、コストアップとなる。
【０００８】
また、フォトエッチング又はレーザ加工によって凹部１０４を形成する場合には、ノズルプレート１０８は金属製に限定されないが、プラスチック製のノズルプレート１０８の場合、凹部１０４を形成するために削り取った部分が薄肉となり、その部分の強度が問題となる。
【０００９】
さらに、ポンチによるプレス加工によって凹部を形成する場合、高精度なプレス加工を行うためには、図９（Ａ）に示すように、ノズルプレート１１０の裏面１１０Ａ側に、凹部１１２を形成する為の受け台１１８が必要となり、受け台１１８の作成、凹部１１２を形成する際の受け台１１８の設置等、製造工程においてコスト高となる。
【００１０】
また、受け台の有無に関わらず、ポンチ１１６によって凹部１１２を形成した場合、ノズルプレート１１０の裏面１１０Ａに凸部１１４が発生する。この凸部１１４があることでノズルプレート１１０とノズルプレート１１０の裏面に配置される連通孔プレートとを接合する際に、２つのプレートの位置合わせが困難になるので、図９（Ｂ）に示すように、凸部１１４を研磨等で削ってノズルプレート１１０の裏面１１０Ａを平らにするための研磨等の作業も必要となる。
【００１１】
【特許文献１】
特開平４−１７６６５７号公報（第２−３項、第１図）
【特許文献２】
特開平５−１５５０２７号公報（第２−３項、第１図）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事実を考慮し、凹部の製造工程が簡単なインクジェット記録ヘッド及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法は、インク室に貯留されたインクを吐出するノズルが形成されるノズルプレートの裏面に、前記インク室の一部を構成する壁部を備えた少なくとも一枚のプレートを接合する接合工程と、前記ノズルプレートの表面に撥水膜を形成する成膜工程と、前記ノズルプレートの表面から前記壁部を受け台として凹部を形成するプレス工程と、前記凹部の中央にノズルを形成する穿設工程と、を有することを特徴としている。
【００２２】
請求項１に記載の発明によれば、インク室に貯留されたインクを吐出するノズルが形成されたノズルプレートの表面に撥水膜を形成し、その後凹部を形成することで、凹部形成前の平らな状態のノズルプレートに、スピンコート法等の容易な方法によって撥水膜が形成される。これによって、ノズルプレート表面に撥水膜が簡単に、且つ、均一に成膜される。
【００２３】
また、ノズルプレートの裏面には、インク室の一部を構成する壁部を備えたプレートが接合されており、プレートの壁部が受け台となってノズルプレートの表面に凹部が形成される。したがって、ノズルプレートの表面に凹部を形成する際に、ノズルプレートの裏面に別途受け台を配置する必要がないので、製造工程の容易化、製造に要する時間を短縮できる。
【００２４】
請求項２に記載の本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法は、前記ノズルプレートに撥水膜を形成した後にノズルを形成し、前記壁部を受け台として前記ノズルプレートの表面に凹部を形成することを特徴としている。
【００２５】
請求項２に記載の発明によれば、ノズルプレートの表面に凹部を形成する前にノズルを形成することで、表面が平らな状態のノズルプレートにノズルを形成することになり、精度良くノズルが形成される。
【００２６】
請求項３に記載の本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法は、前記凹部は、前記ノズルプレートの表面を弾性体で加圧して形成することを特徴としている。
【００２７】
請求項３に記載の発明によれば、ポンチとしての弾性体でノズルプレートの表面に加圧すると、弾性体はインク室を形成する壁部を受け台としてインク室内に弾性変形を起こしてノズルプレートと一緒に入り込む。これによって、ノズルプレートはインク室内に向かって塑性変形を起こし、ノズルプレートの表面に凹部が形成される。
【００２８】
このようにして、弾性体の弾性変形を利用して凹部を形成することで、金属製のポンチのようにインク室に合わせた形状とする必要がなく、製造工程が簡単になる。また、インク室の形状に合わせて凹部が形成されるので、凹部の折れ曲がりの起点がインク室の壁部となるため、インク室とほぼ同じ大きさの凹部を形成できる。
【００２９】
請求項４に記載の本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法は、前記弾性体は、前記インク室と同形状の凸部が所定ピッチで形成されていることを特徴としている。
【００３０】
請求項４に記載の発明によれば、弾性体にインク室と同形状の凸部を所定ピッチで形成することで、ノズルプレートの表面に弾性体を押し付けたとき、凸部がインク室内へ入り込む。このため、圧力が集中し、ノズルプレートの表面に凹部を形成する際に必要とする加圧力が少なくて済む。
【００３１】
また、弾性体には、ノズルと同ピッチで複数の凸部が形成されているので、一度の加圧工程で複数の凹部を形成することができ、凹部形成に要する時間短縮になる。
【００３２】
請求項５に記載の本発明のインクジェット記録ヘッドの製造方法は、前記弾性体に替えて、剛体で前記ノズルプレートの表面の前記インク室に相当する部分を加圧することを特徴としている。
【００３３】
請求項５に記載の発明によれば、弾性体に替えてインク室と同形状の剛体でノズルプレートの表面のインク室に相当する部分を加圧することで、ノズルプレートの表面に凹部が形成される。
【００３４】
このように、剛体を用いて凹部を形成することで、非常に少ない加圧力でノズルプレート表面に凹部を形成することができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
図１には、本発明の第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッド１２が搭載されたインクジェットプリンタ１０が示されている。
【００３６】
インクジェット記録ヘッド１２は、ノズル３６（図２参照）が形成されたノズルプレート２２が、記録用紙Ｐと対向するようにキャリッジ１４上に搭載されている。このキャリッジ１４は、主走査機構１６によって主走査方向（矢印Ａで示す）に移動される。これにより、インクジェット記録ヘッド１２は、副走査機構１８によって副走査方向（矢印Ｂで示す）へ搬送される記録用紙Ｐへ、画像情報に応じてインク滴を吐出することにより、記録用紙Ｐの全面に画像の記録を行う。
（インクジェット記録ヘッドの概略説明）
図２に示すように、インクジェット記録ヘッド１２は、ノズルプレート２２、連通孔プレート２４、２６、供給路プレート２８、３０、圧力発生室プレート３２、および振動板３４の合計７枚のプレートを位置合わせして積層し、接着剤等の接合手段によって接合することにより形成されている。
【００３７】
ノズルプレート２２には、インクを吐出するノズル３６が設けられており、連通孔プレート２４、２６には、連通孔３８、４０がそれぞれ形成されている。また、供給路プレート２８、３０には供給孔４２、４４が形成されている。これらのノズル３６、連通孔３８、４０、供給孔４２、４４は連通孔プレート２４、２６、供給路プレート２８、３０が積層された状態で連通し、圧力発生室プレート３２に形成された圧力発生室４８に繋がっている。
【００３８】
一方、連通孔プレート２４、２６には、それぞれインクプール５１、５２が形成され、図示しないインク供給孔から供給されたインクが貯留されている。また、供給路プレート２８には、このインクプール５２と連結するように供給孔５４が形成されている。さらに、供給路プレート３０には供給溝５６が形成されて、連通孔プレート２４、２６、供給路プレート２８、３０が積層された状態で、インクプール５１、５２と圧力発生室４８とを連通させている。
【００３９】
圧力発生室プレート３２上には振動板３４が積層され、振動板３４の上には圧力発生手段としての単板型の圧電素子５８が取り付けられている。圧電素子５８は、圧力発生室４８に相当する領域に接着されており、ハンダ６８を介してフレキシブル配線基板７０と接続されている。この構成により、駆動電圧波形が圧電素子５８に印加されると、圧電素子５８と共に振動板３４がたわみ変形して圧力発生室４８のインクを加圧し、ノズル３６からインク滴を吐出させる。
【００４０】
また、ノズルプレート２２のインクが吐出される側の面（表面）のノズル３６周辺には、裏面が連通孔３８に入り込むようにして凹部６２が形成されている。ノズルプレート２２の表面と凹部６２とには撥水膜６０が形成されており、この撥水膜６０によってノズル３６周囲のインク漏れ等が防止でき、ノズル３６から吐出するインク滴が常にノズルプレート２２に対して垂直に吐出されるようになる。また、凹部６２が形成されることで、ワイピングによる機械的な摩擦からノズル３６周囲の撥水膜６０を保護する。
（インクジェット記録ヘッドの製造方法）
以上が、本発明の第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッド１２の構成であり、次に、このインクジェット記録ヘッドの製造方法について説明する。
【００４１】
図３（Ａ）に示すように、ノズルプレート２２の一方の面（表面）に、スピンコート法を用いて撥水膜６０を成膜する。ノズルプレート２２には、後述する弾性体６６で加圧するだけで塑性変形を起こすことが可能なポリイミドフィルムが使用されている。
【００４２】
次に、ノズルプレート２２の他方の面（裏面）に連通孔プレート２４を接合し、図３（Ｂ）に示すように、エキシマレーザＬでノズルプレート２２にノズル３６を穿設する。なお、ノズル３６は、後述する凹部６２をノズルプレート２２に形成した後の工程で穿設してもよいが、ノズルプレート２２が平滑な状態の時にノズル３６を形成することで、精度が良いノズル３６を穿設することができる。
【００４３】
次に、図４（Ａ）に示すように、ノズルプレート２２の表面を、断面が流線形状の弾性体６６で加圧する。このとき、連通孔プレート２４は受け部材８６で支持されているので、図４（Ｂ）に示すように、ノズルプレート２２は加圧方向への移動が阻止される。ここで、弾性体６６は連通孔プレート２４の連通孔３８を形成する壁部２４Ａを受け台として弾性変形して連通孔３８内部へ進入し、これに伴ってノズルプレート２２も折れ曲がり、連通孔３８内部へ塑性変形する。これによって、ノズルプレート２２に凹部６２が形成される。このとき、凹部６２の折れ点は、壁部２４Ａの角部付近に形成される。これによって連通孔３８とほぼ同面積の凹部６２が形成される。
【００４４】
次に、図４（Ｃ）に示すように、弾性体６６をノズルプレート２２から離すと、弾性体６６は弾性復帰し、またノズルプレート２２は塑性変形しているので、連通孔３８の内部に裏面が入り込み、凹部６２が維持される。
【００４５】
なお、本実施例では弾性体６６は断面を流線形状としたが、図６に示すような平らな弾性体６７をノズルプレート２２に押し付けた場合でも、壁部２４Ａが受け台となって、ノズルプレート２２の連通孔３８に入り込むように凹部６２が形成される。
【００４６】
次に、図５（Ａ）に示すように、ノズルプレート２２に接合された連通孔プレート２４に、連通孔プレート２６、供給路プレート２８、供給路プレート３０、圧力発生室プレート３２を接合し、図５（Ｂ）に示すように、圧力発生室プレート３２の開口を覆うようにして振動板３４を接合する。
【００４７】
次に、図５（Ｃ）に示すように、マトリックス状に圧電素子５８がサンドブレスト加工された固定基板７８を上にして、圧電素子５８を振動板３４に接着する。固定基板７８と圧電素子５８は、所定の温度で加熱したとき、発泡して接着力が大幅に低下する性質を有する熱発泡性接着フィルムを用いて接着されている。また、圧電素子５８の両面には電極層がスパッタリングなどで予め形成されており、共通電極として兼用する振動板３４と導電性接着剤で接着することで、圧電素子５８と振動板３４とは電気的に接続される。
【００４８】
次に、図５（Ｄ）に示すように、固定基板７８を加熱して熱発泡性接着フィルムの接着力を低減させて固定基板７８を剥離し、図５（Ｅ）に示すように、各圧電素子５８毎にハンダ６８を介してフレキシブル配線基板７０を接合する。
【００４９】
最後に、図示しないインク供給装置等を取付けることにより、本実施形態のインクジェット記録ヘッド１２が完成する。
【００５０】
ここでは、凹部６２はノズル３６を形成した後に形成したが、ノズルプレート２２に撥水膜６０を成膜し、連通孔プレート２４を接着した後であれば、凹部６２の形成はどの工程で行っても良い。
【００５１】
次に、本発明の第１の実施形態の作用について説明する。
【００５２】
図２に示すように、インクジェット記録ヘッド１２には、インクプール５０から圧力発生室４８、供給孔４４、４２、連通孔４０、３８およびノズル３６へと連続するインクの通路が形成されており、インク供給装置（図示省略）から送られてきたインクは、振動板３４に形成されたインク供給孔（図示省略）を介してインクプール５１、５２に貯留され、インク供給孔５４及び供給溝５６を経て、圧力発生室４８内に充填される。
【００５３】
ここで、画像情報に応じた駆動電圧波形が圧電素子５８に印加されると、圧電素子５８は振動板３４と共に変形して圧力発生室４８を膨張または圧縮させる。これによって、圧力発生室４８に体積変化が生じ、圧力発生室４８内に圧力波が発生する。この圧力波の作用によってインクが運動し、インクがノズル３６から外部へ吐出される。
【００５４】
撥水膜６０が成膜されたノズルプレート２２の表面には、連通孔３８に入り込むようにして凹部６２が形成されている。この凹部６２が形成されたことによって、ノズルプレート２２の表面をブレードでワイピングしても、ノズル３６には凹部６２の凹んだ分だけブレードの当たりが緩和されるので、ノズル３６周辺の撥水膜６０が破壊されることがない。
【００５５】
撥水膜６０が被覆されたノズルプレート２２の表面には、壁部２４Ａで構成された連通孔３８に裏面が入り込むようにしてノズル３６回りに凹部６２が形成されている。すなわち、壁部２４Ａを受け台として凹部６２を形成できるので、凹部６２形成の際に凹部６２形成用の受け台を別途必要せず、製造工程が複雑にならない。
【００５６】
さらに、凹部６２は、ノズルプレート２２と壁部２４Ａの一部を構成する連通孔プレート２４を接合して形成される。このため、連通孔プレート２４を接合する前に凹部６２を形成する製造方法では必要となる、凹部６２と壁部２４Ａに囲まれた開口面との位置合わせが不要となる。
【００５７】
また、凹部６２は、ノズルプレート２２の表面に撥水膜６０を成膜した後で形成されるので、凹部６２の形成前の平らな状態のノズルプレート２２に、スピンコート法等の容易な方法によって撥水膜６０が形成される。これによって、ノズルプレート２２の表面に撥水膜６０が簡単に、且つ、均一に成膜される。
【００５８】
次に、本発明の第２の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドについて説明する。なお、第1の実施形態と共通する部分の説明は割愛する。
【００５９】
図７（Ａ）に示すように、撥水膜６０が成膜されたノズルプレート２２の表面側から、連通孔３８と同形状の凸部８０がノズル３６に合わせて所定のピッチで形成された弾性体８２を押し付ける。図７（Ｂ）に示すように、ノズルプレート２２の表面は、弾性体８２が加圧されることによって連通孔３８側に凸部８０の形状に合わせて塑性変形し、図７（Ｃ）に示すように全てのノズル３６に対して凹部８４が形成される。
【００６０】
次に、本発明の第２の実施形態の作用について説明する。
【００６１】
弾性体８２に連通孔３８と同形状の凸部８０を所定ピッチで形成し、その弾性体８２でノズルプレート２２の表面を加圧すると、凸部８０は連通孔３８に入り込み凹部８４が形成されるので、弾性体８２の加圧は壁部２５には余りかからない。このため、軽い力で弾性体８２をノズルプレート２２の表面に押しつけるだけで、ノズルプレート２２の表面に凹部８４が形成される。また、この方法では、一度の加圧工程で複数の凹部８４を形成することができる。
【００６２】
なお、本発明においては、インクを吐出する手段として、加圧方式を例に採って説明したが、サーマル方式等のインクジェット記録ヘッドにも、本発明の凹部の製造方法は有効である。
【００６３】
また、本実施例においては、ノズルプレート２２の表面に弾性体で加圧することで凹部６２を形成したが、弾性体６６の代わりに連通孔３８と同形状の剛体を用いてもよい。この場合、軽い力で剛体をノズルプレート２２の表面に押し付けるだけで、ノズルプレート２２の表面に凹部６２を形成することができる。
【００６４】
なお、弾性体は、クロロプレンゴム（ＣＲ）、エチレン・プロピレン・ターポリマー（ＥＰＴ）、天然ゴム（ＮＲ）等が使用される。
【００６５】
ＣＲは、耐候性、耐油性に優れ、インクジェット記録ヘッドを量産するのに好適である。また、ＥＰＴは、耐候性、耐熱性、耐オゾン性、耐老化性及び電気的性質に優れており、ＮＲは、弾性、伸縮性に優れている、という性質を有するので、これらもノズルプレートに凹部を形成する弾性体として適している。
【００６６】
【発明の効果】
本発明は上記構成にしたので、ノズルプレートに形成される凹部の製造が簡単となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第1の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを搭載するインクジェットプリンタを示す斜視図である。
【図２】本発明の第1の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す側面の断面図である。
【図３】本発明の第1の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造工程を示す側面の断面図である。
【図４】本発明の第1の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造工程を示す側面の断面図である。
【図５】本発明の第1の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造工程を示す側面の断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造工程において、別の形状の弾性体を用いた場合を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造工程を示す、図３の７−７線で切断した断面図である。
【図８】従来のインクジェット記録ヘッドを示す図である。
【図９】従来のインクジェット記録ヘッドを示す図である。
【符号の説明】
１０インクジェットプリンタ
１２インクジェット記録ヘッド
２２ノズルプレート
２４連通孔プレート
２４Ａ壁部
３６ノズル
３８連通孔（インク室）
６０撥水膜
６２凹部
６６弾性体
８０凸部
８２弾性体
８４凹部

Claims

インク室に貯留されたインクを吐出するノズルが形成されるノズルプレートの裏面に、前記インク室の一部を構成する壁部を備えた少なくとも一枚のプレートを接合する接合工程と、前記ノズルプレートの表面に撥水膜を形成する成膜工程と、前記ノズルプレートの表面から前記壁部を受け台として凹部を形成するプレス工程と、前記凹部の中央にノズルを形成する穿設工程と、を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
前記ノズルプレートに撥水膜を形成した後にノズルを形成し、前記壁部を受け台として前記ノズルプレートの表面に凹部を形成することを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
前記凹部は、前記ノズルプレートの表面を弾性体で加圧して形成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
前記弾性体は、前記インク室と同形状の凸部が所定ピッチで形成されていることを特徴とする請求項３に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
前記弾性体に替えて、剛体で前記ノズルプレートの表面の前記インク室に相当する部分を加圧することを特徴とする請求項３または請求項４に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。