これにより、粘着部材の粘着力を低下させてから粘着部材を剥離するので、樹脂プレートのインク吐出面となる前記一方の面に粘着成分がほとんど残らない。したがって、ノズル孔からのインクの飛翔方向が安定する。また、粘着成分を除去するための別工程をさらに行う必要がなくなる。また、樹脂プレートをレーザ加工したときに発生した残渣をノズル孔内に残すことなく粘着部材の表面に付着させることができる。そのため、インク吐出面となる前記一方の面に残渣が付着しなくなる。したがって、インクの飛翔方向がさらに安定する。また、粘着部材の粘着力を容易に低下させることが可能となる。また、レーザ加工時に粘着部材の樹脂プレートに対する粘着力が低下しないので、レーザ光によって貫通孔を形成するときに発生する残渣が、粘着部材の表面だけに付着することになり、確実に清浄な面を有する樹脂プレートを得ることができる。
本発明において、前記粘着部材を貼り付ける工程よりも前に、前記樹脂プレートの前記他方の面に、前記樹脂プレートと共に前記ノズルプレートの少なくとも一部を構成し且つ貫通孔を有する支持プレートを固着させる工程をさらに備えており、前記粘着部材を貼り付ける工程において、前記樹脂プレートの前記一方の面において前記支持プレートの前記貫通孔と対向する部分に前記粘着部材を貼り付けることが好ましい。これにより、ノズルプレートの厚みが増して全体的な剛性が向上し、そのハンドリング性が向上する。
また、本発明において、前記粘着部材を貼り付ける工程よりも前に、前記樹脂プレートの前記一方の面を撥水加工する工程をさらに備えていることが好ましい。これにより、インクの飛翔方向がさらに安定する。
また、本発明のノズルプレートの製造方法は、別の観点では、ノズルプレートの少なくとも一部を構成するポリイミド樹脂プレートの一方の面に、撥水層を形成する工程と、前記ノズルプレートの少なくとも一部を構成し且つ貫通孔を有する金属製プレートを準備する工程と、前記ポリイミド樹脂プレートの他方の面に前記金属製プレートを固着させる固着工程と、前記撥水層が形成された前記ポリイミド樹脂プレートの一方の面に紫外線の照射によって重合する紫外線硬化性樹脂を有する粘着部材を貼り付ける工程とを備えている。そして、前記ポリイミド樹脂プレートの他方の面に前記金属製プレートの貫通孔を介してエキシマレーザ光を照射して、前記粘着部材及び前記ポリイミド樹脂プレートに貫通孔を形成する工程と、前記ポリイミド樹脂プレートの一方の面側から前記粘着部材に紫外線を照射して、紫外線硬化性樹脂を重合させる工程と、前記ポリイミド樹脂プレートから前記粘着部材を剥離する工程とを備えている。
これにより、樹脂プレートをレーザ加工したときに発生した残渣を粘着部材の表面に付着させることができるので、ノズル孔内に残渣がほとんど残らなくなる。粘着部材に紫外線を照射することで紫外線硬化性樹脂が重合してその粘着部材の粘着力が低下するので、ポリイミド樹脂プレートから粘着部材を剥離したときにポリイミド樹脂プレートのインク吐出面となる前記一方の面に粘着成分がほとんど残らない。したがって、ノズル孔からのインクの飛翔方向が安定する。また、粘着成分やレーザ加工による残渣を除去するための別工程をさらに行う必要がなくなる。
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
本発明の一実施形態に係る製造方法によって製造されたノズルプレートが適用されたインクジェットヘッドについて説明する。図1は、本実施の形態によるインクジェットヘッド1の斜視図である。図2は、図1のII−II線における断面図であり、インクジェットヘッドを構成するホルダにヘッド本体が組み付けられた状態を示している。図3は、図2に示すヘッド本体に補強板が接着された状態を示す斜視図である。インクジェットヘッド1は、シリアル式のインクジェットプリンタ(図示略)に用いられて、副走査方向に平行に搬送されてきた用紙に対してマゼンタ、イエロー、シアン及びブラックの4色のインクを吐出して記録するものである。図1及び図2に示すようにインクジェットヘッド1は、4色のインクをそれぞれ貯溜する4つのインク室3が形成されたインクタンク71と、このインクタンク71の下方に配置されたヘッド本体70とを備えている。
インクタンク71の内部には、4つのインク室3が主走査方向に並んで形成されており、図2中左方のインク室3からマゼンタ、イエロー、シアン、ブラックのインクが順に貯溜されている。これら4つのインク室3は、対応するインクカートリッジ(図示せず)がチューブ40(図1参照)によってそれぞれ接続されており、インクカートリッジからインク室3に各色のインクが供給されるようになっている。また、図2及び図3に示すようにインクタンク71が、平面矩形形状の補強板41に組み付けられている。この補強板41は、略直方体形状を有するホルダ72に紫外線型硬化剤43で固着されている。さらに、この補強板41には図3に示すように、平面形状が長方形形状の開口部42が形成されており、この開口部42内に後述のアクチュエータユニット21を配置するようにしてヘッド本体70が接着固定されている。インクタンク71の下端部には、4つのインク室3にそれぞれ連通する4つのインク導出口3aが形成されている。一方、補強板41には、図3に示すように、4つのインク導出口3aとそれぞれ連なる平面形状が楕円形状の4つの貫通孔41aが形成されている。
ヘッド本体70は、それぞれの色ごとに複数のインク流路が形成された流路ユニット4と、流路ユニット4の上面にエポキシ系の熱硬化性接着剤によって接着されたアクチュエータユニット21とを含んでいる。流路ユニット4及びアクチュエータユニット21は、複数の薄板を積層して互いに接着させた構成であり、これら流路ユニット4及びアクチュエータユニット21はインクタンク71の下方に配置されている。流路ユニット4の上面には、平面形状が楕円形状の4つのインク供給口4a(図4参照)が形成されている。また、図3に示すように補強板41には、補強板41に形成された貫通孔41aと流路ユニット4に形成されたインク供給口4aとがそれぞれ連なるようにして流路ユニット4が接着されている。この構成により、インクタンク71内の4種類のインクが、インクタンク71に形成された4つのインク導出口3a及び補強板41に形成された4つの貫通孔41aを通ってそれぞれに対応する流路ユニット4の4つのインク供給口4aから流路ユニット4内に供給されている。
また、ヘッド本体70は、流路ユニット4のインク吐出面70aを外部に露出する状態で、補強板41がホルダ72の下面に形成された段付き状の開口部72aに装着されており、ホルダ72と流路ユニット4との間はシール剤73により封止されている。また、ヘッド本体70の底面は微小径を有する多数のノズル8(図6参照)が配列されたインク吐出面70aとなっている。また、アクチュエータユニット21の上面には、給電部材であるフレキシブルプリント回路(FPC:Flexible Printed Circuit)50が接合され主走査方向の一方に引き出されるとともに、屈曲しながら上方に引き出されている。FPC50のアクチュエータユニット21と対向する部分における上面には、FPC50及びアクチュエータユニット21を保護する保護プレート44が貼付されている。
アクチュエータユニット21に接合されたFPC50は、スポンジなどの弾性部材74を介してインクタンク71の側面に沿うように引き出され、このFPC50上にドライバIC75が設置されている。一方で、FPC50は、ドライバIC75から出力された駆動信号をヘッド本体70のアクチュエータユニット21(後に詳述)に伝達するように、ハンダ付けによって電気的に接合されている。
図2において、ホルダ72のドライバIC75に対向する側壁には、ドライバIC75の熱を外部に放散する為の開口部72bが形成されている。さらに、ドライバIC75とホルダ72の開口部72bとの間には、略直方体形状のアルミ板からなるヒートシンク76がドライバIC75に密着するように配置されている。これらヒートシンク76及び開口部72bにより、ドライバIC75で発生した熱を効率的に散逸させることができる。また、開口部72b内には、ホルダ72の側壁とヒートシンク76の隙間を埋めるためのシール剤77が配置されており、インクジェットヘッド1の本体にゴミやインクが侵入することを防いでいる。
図4は、ヘッド本体70の平面図である。図4に示すように、ヘッド本体70は流路ユニット4の一方向(副走査方向)に延在した矩形平面形状を有している。図4において、流路ユニット4内には、流路ユニット4の長手方向(一方向)に沿って互いに平行に延在された4つのマニホールド流路5が形成されている。これらマニホールド流路5には、流路ユニット4の4つのインク供給口4aを通じてインクタンク71のインク室3からそれぞれインクが供給される。本実施の形態では、図4中の4つのマニホールド流路5は上方から下方に向かって順にマゼンタ、イエロー、シアン及びブラックに対応するマニホールド流路5M、5Y、5C、5Kとなっている。これら4つのマニホールド流路5M,5Y,5C,5Kのうち、3つのマニホールド流路5M,5Y,5Cは流路ユニット4の幅方向(主走査方向)において等間隔に配置されており、マニホールド流路5Kは3つのマニホールド流路5M、5Y、5Cの配置間隔より大きい配置間隔でマニホールド流路5Cから離隔された位置(図4中流路ユニット4の下方位置)に形成されている。また、流路ユニット4の上面であって4つのインク供給口4aを覆う位置には、フィルタ部材45が配置されている。フィルタ部材45は、各インク供給口4aと重なる位置に複数の微小孔が形成されたフィルタ45aを有している。こうして、インクタンク71から流路ユニット4内に流通するインク内のゴミなどがフィルタ部材45のフィルタ45aによって捕獲される。
流路ユニット4の上面には、平面形状が長方形形状のアクチュエータユニット21が、インク供給口4aを避けたほぼ中央部分に接着されている。アクチュエータユニット21と流路ユニット4との接着領域と対応する流路ユニット4の下面は、多数のノズル8(ノズル孔)が配列されたインク吐出領域となっている。アクチュエータユニット21に対向する流路ユニット4の接着領域には、マトリクス状に配列された多数の圧力室10(図6参照)及び空隙60(図5参照)が形成されている。言い換えると、アクチュエータユニット21はすべての圧力室10及び空隙60に跨る寸法を有している。
図5は、図4内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。流路ユニット4には、多数の圧力室10がマニホールド流路5と平行に配列された16本の圧力室列11と、多数の空隙60が圧力室列11と平行に配列された4本の空隙列61とが形成されている。16本の圧力室列11は、隣接して形成された4本の空隙列61の集団によって、12本の集団と4本の集団とに隔てられている。図5に示すように、圧力室10及び空隙60は平面形状及びサイズが同じである。多数の圧力室10及び空隙60は、両者を区別のないものと考えたときに、流路ユニット4において1つの配列パターンが形成されるように規則的に配列されている。
流路ユニット4に形成された圧力室10は、角部にアールが施された菱形の平面形状を有しており、その長い方の対角線は流路ユニット4の幅方向(主走査方向)に平行である。各圧力室10の一端はノズル8に連通しており、他端はアパーチャ13を介してマニホールド流路5に連通している。これにより、各マニホールド流路5には、ノズル8に連通して圧力室10毎に形成された多数の個別インク流路7(図6参照)が接続されている。図5には、図面を分かりやすくするために流路ユニット4内にあって破線で描くべき圧力室10、アパーチャ13及びノズル8等を実線で描いている。
図6は、個別インク流路を示す断面図であり、図5に示すVI−VI線に沿った断面図である。図6から分かるように、各ノズル8は、圧力室10及びアパーチャ(すなわち絞り)13を介してマニホールド流路5と連通している。すなわち、マニホールド流路5の出口からアパーチャ13、圧力室10を経てノズル8に至る1つの流路が構成されている。このようにして、ヘッド本体70には、個別インク流路7が圧力室10ごとに形成されている。
ヘッド本体70は、図6に示すように、上から、アクチュエータユニット21、キャビティプレート22、ベースプレート23、アパーチャプレート24、マニホールドプレート25,26、ダンパプレート27、ノズルプレート28の合計8枚のシート材が積層された積層構造を有している。これらのうち、アクチュエータユニット21を除いた7枚のプレートから流路ユニット4が構成されている。
アクチュエータユニット21は、後で詳述するように、4枚の圧電シート41〜44(図7参照)が積層され、そのうちの最上層だけが電界印加時に活性部となる部分を有する層(以下、単に「活性部を有する層」というように記する)とされ、残り3層が活性部を有しない非活性層とされたものである。キャビティプレート22は、圧力室10及び空隙60を構成する菱形の孔が、アクチュエータユニット21の貼付範囲(接着領域)内に多数設けられた金属プレートである。ベースプレート23は、キャビティプレート22の1つの圧力室10について、圧力室10とアパーチャ13との連絡孔及び圧力室10からノズル8への連絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。
アパーチャプレート24は、キャビティプレート22の1つの圧力室10について、アパーチャ13となる孔のほかに圧力室10からノズル8への連絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。マニホールドプレート25,26は、マニホールド流路5に加えて、キャビティプレート22の1つの圧力室10について、圧力室10からノズル8への連絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。
ダンパプレート27は、各マニホールド流路5のすぐ下に位置するダンパ溝27aと、キャビティプレート22の1つの圧力室10について、圧力室10からノズル8への連絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。なお、ダンパ溝27aは、ダンパプレート27のスペーサプレート29(後述する)に対向する面(ダンパプレート27の図6中下面)にハーフエッチングで凹設されており、各マニホールド流路5に対応するように流路ユニット4の長手方向に延在されている。このダンパ溝27aによってインク吐出時に圧力室10で発生した圧力変動がマニホールド流路5に伝搬しても、ダンパ溝27aの底面部(図6中ダンパ溝27aとマニホールド流路5とで挟まれた部分)が弾性変形して振動することによってその圧力変動を吸収減衰させることができる。
ノズルプレート28は、キャビティプレート22の1つの圧力室10について、圧力室10からノズル8への連絡孔(貫通孔)29aがそれぞれ設けられた金属製のスペーサプレート(支持プレート)29と、キャビティプレート22の1つの圧力室10について、ノズル8となる孔(貫通孔)がそれぞれ設けられた樹脂プレート30とが積層されて構成されている。つまり、ノズルプレート28は異なる材料からなる2枚のプレート29,30が積層されたコンポジットプレートとなっている。樹脂プレート30には、インク出口の直径が約20μmのノズル8が形成されている。図6に示すようにノズル8の断面形状は、インク出口部分が先細りとなるようにテーパー形状に形成されている。このようにノズル8がインク出口に向かって先細り形状にされていることで、インク吐出圧を高める絞り機能を有することとなり、インクの吐出速度が速められる。また、樹脂プレート30には、撥水膜(撥水層)30aが樹脂プレート30の下面全体に均一な厚みを有するように形成されており、この撥水膜30aの表面がインク吐出面70aとなる。この撥水膜30aによってノズル8から吐出されたインクがインク吐出面70aに付着しにくくなる。本実施の形態における樹脂プレート30はポリイミド樹脂からなるが、例えば、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリベンズイミダゾール、ポリアセタール、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンサルファイド、ポリプロピレン、ポリエーテルケトンなどの樹脂からなる樹脂プレートであってもよい。
これら8枚のプレート21〜28は、図6に示すような個別インク流路7が形成されるように、互いに位置合わせして積層されている。この個別インク流路7は、マニホールド流路5からまず上方へ向かい、アパーチャ13において水平に延在し、それからさらに上方に向かい、圧力室10において再び水平に延在し、それからしばらくアパーチャ13から離れる方向に斜め下方に向かってから垂直下方にノズル8へと向かう。なお、流路ユニット4を構成する7枚のプレートのうち、ノズルプレート28を除く6枚のプレート22〜27は、本実施の形態において、同一金属材料から構成されており、SUS430が使用されているが、SUS316や42合金などの金属材料であってもよい。また、ノズルプレート28のスペーサプレート29も上述した6枚のプレート22〜27と同じSUS430からなる。また、各プレート22〜27,29が異なる金属材料から構成されていても良い。
図6から明らかなように、各プレートの積層方向において圧力室10とアパーチャ13とは異なるレベルに設けられている。これにより、図5に示すように、アクチュエータユニット21に対向した流路ユニット4内において、1つの圧力室10と連通したアパーチャ13を、当該圧力室に隣接する別の圧力室10と平面視で同じ位置に配置することが可能となっている。この結果、圧力室10同士が密着して高密度に配列されるため、比較的小さな占有面積のインクジェットヘッド1により高解像度の画像印刷が実現される。
図5に戻って、各圧力室10は、その長い対角線の一端においてノズル8に連通していると共に、長い対角線の他端においてアパーチャ13を介してマニホールド流路5に連通している。後述するように、アクチュエータユニット21上には、平面形状がほぼ菱形で圧力室10よりも一回り小さい個別電極35(図7参照)が、圧力室10と対向するようにマトリクス状に配列されている。なお、図5には、図面を簡略にするために、複数の個別電極35のうちの幾つかだけを描いている。
また、キャビティプレート22に形成された複数の空隙60は、キャビティプレート22に形成された圧力室10と同じ形状及び同じ大きさを有する孔がアクチュエータユニット21及びベースプレート23によって塞がれることによって画定されている。そのため、空隙60にはインク流路が接続されておらず、複数の空隙60はインクで満たされることがない。複数の空隙60は、配列方向A(第1の方向)及び配列方向B(第2の方向)の2方向に千鳥状配列パターンでマトリクス状に隣接配置されている。複数の空隙60は、互いに平行な4列の空隙列61を形成しており、それら4列の空隙列61によって空隙群62が構成されている。この空隙群62を挟むようにして複数の圧力室10が流路ユニット4に形成されている。
なお、本実施の形態では、圧力室10も空隙60もその形状、サイズ、配置状態に区別なく形成されている。そして、全体的には、圧力室10と空隙60とが、配列方向A及び配列方向Bの2方向に千鳥状配列パターンでマトリクス状に隣接配置されている。配列方向Aは、インクジェットヘッド1の長手方向(一方向)、すなわち流路ユニット4の延在方向であって、圧力室10の短い方の対角線と平行である。配列方向Bは、配列方向Aと鈍角θをなす圧力室10の一斜辺方向である。
配列方向A及び配列方向Bの2方向にマトリクス状に隣接配置された圧力室10は、配列方向Aに沿って解像度に対応した間隙を介して配置されている。例えば、本実施の形態では、ノズル8は150dpiの解像度による印字を可能とするため、隣接する圧力室10は配列方向Aに沿って37.5dpiに相当する距離ずつ離隔されている。
圧力室10は、アクチュエータユニット21内において、配列方向Bに沿って4つの空隙60を挟むようにして16個並べられているとともに、図5の紙面に対して垂直な方向(第3の方向)から見て、配列方向Aと直交する方向(第4の方向)に沿って2つの空隙60を挟むようにして8個並べられている。
マトリクス状に配置された多数の圧力室10は、図5に示す配列方向Aに沿って、16列の圧力室列11を形成している。16列の圧力室列11は、第3の方向から見て、各マニホールド流路5との相対位置に応じて、第1の圧力室列11a、第2の圧力室列11b、第3の圧力室列11c、及び、第4の圧力室列11dに分けられる。これら第1〜第4の圧力室列11a〜11dは、アクチュエータユニット21の幅方向(主走査方向)における一方から他方(図5中上方から下方)に向けて、11c→11a→11d→11b→11c→11a→・・11bという順番で周期的に4個ずつ配置されている。これら周期的に配置されて隣接した第1〜第4の圧力室列11a〜11dが1つの圧力室列群12を形成している。各圧力室列群12の圧力室10が各マニホールド流路5とそれぞれアパーチャ13を介して連通している。つまり、各圧力室列群12はマニホールド流路5毎に形成されているため、4つの圧力室列群12は4色のインクに対応するように圧力室列群12M,12Y,12C,12Kとなっている。これら4つの圧力室群12M,12Y,12C,12Kのそれぞれに属する圧力室10がアクチュエータユニット21によって容積変化されることで4色のインクを各圧力室列群12に属する圧力室10と連通したノズル8から吐出することが可能になる。
第1の圧力室列11aを構成する圧力室10a及び第3の圧力室列11cを構成する圧力室10cにおいては、第3の方向から見て、配列方向Aと直交する方向(第4の方向)に関して、ノズル8が図5の紙面下側に偏在しているとともにそれぞれ対応する圧力室10の下端部の左側付近と隣接している。一方、第2の圧力室列11bを構成する圧力室10b及び第4の圧力室列11dを構成する圧力室10dにおいては、第4の方向に関して、ノズル8が図4の紙面上側に偏在しているとともに、それぞれ対応する圧力室10の上端部の右側付近と隣接している。第1及び第4の圧力室列11a、11dにおいては、第3の方向から見て、圧力室10a、10dの半分以上の領域が、マニホールド流路5と重なっている。第2及び第3の圧力室列11b、11cにおいては、第3の方向から見て、圧力室10b、10cのほぼ全領域が、マニホールド流路5aと重なっていない。そのため、いずれの圧力室列に属する圧力室10についてもこれに連通するノズル8がマニホールド流路5aと重ならないようにしつつ、マニホールド流路5の幅を可能な限り広くして各圧力室10にインクを円滑に供給することが可能となっている。
次に、アクチュエータユニット21の構成について説明する。アクチュエータユニット21上には、圧力室10と同じ配列パターンで多数の個別電極35がマトリクス状に配置されている。各個別電極35は、平面視において圧力室10と対向する位置に配置されている。このように複数の圧力室10及び個別電極35が規則正しく配置されていることで、設計が容易になる。
図7は、アクチュエータユニットを示しており、(a)は図6における一点鎖線で囲まれた部分の拡大図であり、(b)は個別電極の平面図である。なお、図7(a)においては各個別電極35と電気的に接続されたFPC50を2点鎖線で描いている。図7(a)、(b)に示すように、個別電極35は圧力室10と対向する位置に配置されており、平面視において圧力室10の平面領域内に形成された主電極領域35aと、主電極領域35aにつながっており且つ圧力室10の平面領域外に形成された補助電極領域35bとから構成されている。
図7(a)に示すように、アクチュエータユニット21は、それぞれ厚みが15μm程度で同じになるように形成された4枚の圧電シート41、42、43、44を含んでいる。これら圧電シート41〜44は、ヘッド本体70内のインク吐出領域内に形成された多数の圧力室10に跨って配置されるように連続した層状の平板(連続平板層)となっている。圧電シート41〜44が連続平板層として多数の圧力室10に跨って配置されることで、例えばスクリーン印刷技術を用いることにより圧電シート41上に個別電極35を高密度に配置することが可能となっている。そのため、個別電極35に対応する位置に形成される圧力室10をも高密度に配置することが可能となって、高解像度画像の印刷ができるようになる。圧電シート41〜44は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系のセラミックス材料からなるものである。
最上層の圧電シート41上に形成された個別電極35の主電極領域35aは、図7(b)に示すように、圧力室10とほぼ相似である略菱形の平面形状を有している。略菱形の主電極領域35aにおける図7(b)中左側の一鋭角部は、圧力室10の一鋭角部と重なる領域に延出され、補助電極領域35bとつながっている。補助電極領域35bの先端には、個別電極35と電気的に接続された円形のランド部36が設けられている。図7(b)に示すように、ランド部36は、キャビティプレート22において圧力室10が形成されていない領域に対向している。ランド部36は、例えばガラスフリットを含む金からなり、図7(a)に示すように、補助電極領域35bにおける表面上に形成されている。
最上層の圧電シート41とその下側の圧電シート42との間には、圧電シート41と同じ外形及び略2μmの厚みを有する共通電極34が介在している。個別電極35及び共通電極34は共に、例えばAg−Pd系などの金属材料からなる。
共通電極34は、図示しない領域において接地されている。これにより、共通電極34は、すべての圧力室10に対応する領域において等しく一定の電位、本実施の形態ではグランド電位に保たれている。
FPC50は、図7(a)に示すように、ベースフィルム49と、その下面に形成された複数の導体パターン48と、ベースフィルム49の下面のほぼ全体を覆うカバーフィルム52と、を含む。ベースフィルム49は略25μm、導体パターン48は略9μm、カバーフィルム52は略20μmの厚みをそれぞれ有する。カバーフィルム52には、導体パターン48より小さな面積の貫通孔53が、複数の導体パターン48のそれぞれに対応するように、複数形成されている。ベースフィルム49、導体パターン48、及び、カバーフィルム52は、各貫通孔53の中心と導体パターン48の中心とが対応し、導体パターン48の外周縁部分がカバーフィルム52に覆われるよう、互いに位置合わせして積層される。FPC50の端子46は、貫通孔53を介して、導体パターン48と接続されている。
ベースフィルム49及びカバーフィルム52は、いずれも絶縁性を有するシート部材である。本実施形態において、ベースフィルム49はポリイミド樹脂からなり、カバーフィルム52は感光性材料からなる。このようにカバーフィルム52を感光性材料から構成することで、多数の貫通孔53を形成するのが容易になる。
導体パターン48は、銅箔により形成されている。導体パターン48は、ドライバIC75と接続された配線であり、ベースフィルム49の下面において、所定のパターンを形成している。
端子46は、例えばニッケルなどの導電性材料から構成されている。端子46は、貫通孔53を塞ぐと共に、貫通孔53の外側周縁を覆い、カバーフィルム52の下面より突出して形成されている。端子46の径は略50μm、カバーフィルム40下面からの厚みは略30μmである。
FPC50は多数の端子46を有し、各端子46はそれぞれ1つのランド部36と対応するよう構成されている。したがって、各ランド部36と電気的に接続された各個別電極35は、それぞれFPC50における独立した導体パターン48を介してドライバIC75に接続される。これにより、圧力室10ごとに電位を制御することが可能となっている。
次に、アクチュエータユニット21の駆動方法について述べる。アクチュエータユニット21における圧電シート41の分極方向はその厚み方向である。つまり、アクチュエータユニット21は、上側(つまり、圧力室10とは離れた)1枚の圧電シート41を活性部が存在する層とし且つ下側(つまり、圧力室10に近い)3枚の圧電シート42〜44を非活性層とした、いわゆるユニモルフタイプの構成となっている。従って、個別電極35を正又は負の所定電位とすると、例えば電界と分極とが同方向であれば圧電シート41中の電極に挟まれた電界印加部分が活性部(圧力発生部)として働き、圧電横効果により分極方向と直角方向に縮む。
本実施の形態では、圧電シート41において個別電極35と共通電極34とによって挟まれた部分は、電界が印加されると圧電効果によって歪みを発生する活性部として働く。一方、圧電シート41の下方にある3枚の圧電シート42〜44は、外部から電界が印加されることが無く、そのために活性部としてほとんど機能しない。したがって、圧電シート41において主に主電極領域35aと共通電極34とによって挟まれた部分が、圧電横効果により分極方向と直角方向に縮む。
一方、圧電シート42〜44は、電界の影響を受けないため自発的には変位しないので、上層の圧電シート41と下層の圧電シート42〜44との間で、分極方向と垂直な方向への歪みに差を生じることとなり、圧電シート41〜44全体が非活性側に凸となるように変形しようとする(ユニモルフ変形)。このとき、図7(a)に示したように、圧電シート41〜44で構成されたアクチュエータユニット21の下面は圧力室を区画する隔壁(キャビティプレート)22の上面に固定されているので、結果的に圧電シート41〜44は圧力室側へ凸になるように変形する。このため、圧力室10の容積が低下して、インクの圧力が上昇し、ノズル8からインクが吐出される。その後、個別電極35を共通電極34と同じ電位に戻すと、圧電シート41〜44は元の形状になって圧力室10の容積が元の容積に戻るので、インクをマニホールド流路5側から吸い込む。
なお、他の駆動方法として、予め個別電極35を共通電極34と異なる電位にしておき、吐出要求があるごとに個別電極35を共通電極34と一旦同じ電位とし、その後所定のタイミングにて再び個別電極35を共通電極34と異なる電位にすることもできる。この場合は、個別電極35と共通電極34とが同じ電位になるタイミングで、圧電シート41〜44が元の形状に戻ることにより、圧力室10の容積は初期状態(両電極の電位が異なる状態)と比較して増加し、インクがマニホールド流路5側から圧力室10内に吸い込まれる。その後再び個別電極35を共通電極34と異なる電位にしたタイミングで、圧電シート41〜44が圧力室10側へ凸となるように変形し、圧力室10の容積低下によりインクへの圧力が上昇し、インクが吐出される。こうして、ノズル8からインクが吐出されると共に、インクジェットヘッド1が適宜、主走査方向に移動され用紙に所望画像が印刷される。
次に、上述したインクジェットヘッド1の製造方法について、図8を参照しつつ説明する。図8は、インクジェットヘッド1の製造工程図である。
インクジェットヘッド1を製造するには、流路ユニット4及びアクチュエータユニット21などの部品を別々に作製し、それから各部品を組み付ける。まず、ステップ1(S1)では、流路ユニット4を作製する。流路ユニット4を作製するには、これを構成する各プレート22〜28のうち、ノズルプレート28を除く各プレート22〜27に、パターニングされたフォトレジストをマスクとしたエッチング及びハーフエッチングを施して、図6に示すような孔又はダンパ溝27aとなる凹部を各プレート22〜27に形成する。そして、後述するようにノズルプレート28に撥水膜30aを形成し、エキシマレーザで複数のノズル8を形成した後、個別インク流路7が形成されるように位置合わせされた7枚のプレート22〜28を、エポキシ系の熱硬化性接着剤を介して重ね合わせる。そして、7枚のプレート22〜28を熱硬化性接着剤の硬化温度以上の温度に加圧しつつ加熱する。これによって、熱硬化性接着剤が硬化して7枚のプレート22〜28が互いに固着され、図6に示すような流路ユニット4が得られる。このとき、ノズルプレート28の樹脂プレート30を除く各プレート22〜27,29が同一の金属材料で形成されているので、各プレート22〜27,29の線膨張係数が同じになるため、流路ユニット4が一方に反らない。なお、ノズルプレート28の樹脂プレート30は、予めスペーサプレート29と固着された状態で、他の6枚のプレート22〜27と接着されて加圧及び加熱されているので、樹脂プレート30が他のプレート22〜27,29と形成材料が異なるにも拘わらず、他のプレート22〜27,29と同じように延びる。
一方、アクチュエータユニット21を作製するには、まず、ステップ2(S2)において、圧電セラミックスのグリーンシートを複数用意する。グリーンシートは、予め焼成による収縮量を見込んで形成される。そのうちの一部のグリーンシート上に、導電性ペーストを共通電極34のパターンにスクリーン印刷する。そして、治具を用いてグリーンシート同士を位置合わせしつつ、導電性ペーストが印刷されていないグリーンシートの下に、共通電極34のパターンで導電性ペーストが印刷されたグリーンシートを重ね合わせ、さらにその下に、導電性ペーストが印刷されていないグリーンシートを2枚重ね合わせる。
そして、ステップ3(S3)において、ステップ2で得られた積層体を公知のセラミックスと同様に脱脂し、さらに所定の温度で焼成する。これにより、4枚のグリーンシートが圧電シート41〜44となり、導電性ペーストが共通電極34となる。その後、最上層にある圧電シート41上に、導電性ペーストを個別電極35のパターンにスクリーン印刷する。そして、積層体を加熱処理することによって導電性ペーストを焼成して、圧電シート41上に個別電極35を形成する。しかる後、ガラスフリットを含む金を個別電極35上に印刷して、ランド部36を形成する。このようにして、図7に描かれたようなアクチュエータユニット21を作製することができる。
変形例として、個別電極35及びランド部36が形成されていないアクチュエータユニット(本明細書において、このようなものを便宜上アクチュエータユニットということがある)と流路ユニット4との加熱接着後に、アクチュエータユニット上に導電性ペーストを個別電極35のパターンにスクリーン印刷し、さらに加熱処理を行ってもよい。また、導電性ペーストを個別電極35のパターンにスクリーン印刷したグリーンシートを用意し、その下に、共通電極34のパターンで導電性ペーストが印刷されたグリーンシートを重ね合わせ、さらにその下に、導電性ペーストが印刷されていないグリーンシートを2枚重ね合わせた積層体に加熱処理を施してもよい。
なお、ステップ1の流路ユニット作製工程と、ステップ2〜3のアクチュエータユニット作製工程は、独立に行われるものであるため、いずれを先に行ってもよいし、並行して行ってもよい。
次に、ステップ4(S4)において、ステップ1で得られた流路ユニット4の圧力室に相当する凹部が多数形成された面に、熱硬化温度が80℃程度であるエポキシ系の熱硬化性接着剤を、バーコーターを用いて塗布する。熱硬化性接着剤としては、例えば二液混合タイプのものが用いられる。
続いて、ステップ5において、流路ユニット4に塗布された熱硬化性接着剤層状に、アクチュエータユニット21を載置する。このとき、各アクチュエータユニット21は、活性部と圧力室10とが対向するように流路ユニット4に対して位置決めされる。この位置決めは、予め作製工程(ステップ1〜ステップ3)において流路ユニット4及びアクチュエータユニット21に形成された位置決めマーク(図示せず)に基づいて行われる。
次に、ステップ6(S6)において、流路ユニット4と、流路ユニット4とアクチュエータユニット21との間の熱硬化性接着剤と、アクチュエータユニット21との積層体を図示しない加熱・加圧装置で熱硬化性接着剤の硬化温度以上に加熱しながら加圧する。そして、ステップ7(S7)において、加熱・加圧装置から取り出された積層体を自然冷却する。こうして、流路ユニット4とアクチュエータユニット21とで構成されたヘッド本体70が製造される。
しかる後、FPC50の接着工程を行った後、FPC50上に保護プレート44を接着する。そして、インク導出口3aと貫通孔41aとインク供給口4aとがそれぞれ連通するようにヘッド本体70と補強板41とインクタンク71との固着工程を行った後、それらをホルダ72内に収納して固定し、弾性部材74及びヒートシンク76を設ける工程を経ることによって、上述したインクジェットヘッド1が完成する。
続いて、上述した流路ユニット4の一部を構成するノズルプレート28の製造方法の詳細について以下に説明する。図9は、本実施の形態によるノズルプレート28の製造方法の製造工程を示しており、(a)は樹脂プレートの片面に保護シートが貼り付けられた状態を示す図であり、(b)は樹脂プレートに撥水膜を形成したときの状況を示す図であり、(c)はスペーサプレートと樹脂プレートとを固着した状況を示す図であり、(d)は撥水膜に粘着部材を貼り付けた状況を示す図であり、(e)は樹脂プレートにノズルとなる孔を形成する状況を示した図である。図10は、本実施の形態によるノズルプレート28の製造方法の製造工程を示しており、(a)は粘着部材に紫外線を照射した状態を示す図であり、(b)は樹脂プレートから粘着部材を剥離した状態を示す図である。
まず、ノズルプレート30を製造するには、図9(a)に示すように、ポリイミド樹脂からなる樹脂プレート30の一面(図9(a)においては樹脂プレート30の上面)全体に保護シート78が貼り付けられた状態にする。樹脂プレート30の上下面の両方には、予め2枚の保護シートが貼り付けられた状態となっており、樹脂プレート30の上下面に傷が付かないように保護されている。したがって、ここでは樹脂プレート30の下面側の保護シートだけを剥がすことで、樹脂プレート30の上面にだけ保護シート78が貼り付けられた状態となる。
次に、図9(b)に示すように、樹脂プレート30の下面にだけ撥水膜30aを形成する。本実施の形態における撥水膜30aの形成は、樹脂プレート30の下面に対して撥水膜30aをスプレーコーティングにより付着させた後、仮乾燥を行っているが、例えば、ディッピング法、転写法、水面展開膜の転写、キャストコーティング、ブレードコーティングなどから適宜選択して撥水膜30aを樹脂プレート30の下面に付着させた後、仮乾燥を行って撥水膜30aを形成してもよい。また、本実施の形態における撥水膜30aは、溶剤可溶性含フッ素重合体で非結晶となっているが、例えば、サイトップ(旭硝子社の登録商標)のような溶媒可溶性含フッ素重合体、ポリジバーフルオロアルキルフマレート、テフロンAF(デュポン社の登録商標)、あるいは、ビニルエーテルと三フッ化塩化エチレンとの交互共重合体、スチレンとジパーフルオロアルキルフマレートとの交互共重合体、ビニルエステルと四フッ化エチレンとの交互共重合体などの含フッ素エチレンとビニルエステルとの交互共重合体もしくはその類似体ないし誘導体を適用してもよい。なお、撥水膜30aが樹脂プレート30の下面に付着しにくい場合は、樹脂プレート30の下面に対して、プライマー処理、プラズマ処理、コロナ処理、オゾン処理などのいずれかの下地処理を適宜選択して行うことで、撥水膜30aと樹脂プレート30の下面との付着力を向上させることが好ましい。
次に、撥水膜30aが形成された樹脂プレート30を、スペーサプレート29と同じ平面形状となるように切り取る。そして、切り取られた樹脂プレート30の外観検査を行う。
次に、予め連絡孔29aがエッチングにて形成されたスペーサプレート29の一面(図9(c)においてはスペーサプレート29の下面)全体にオゾン処理又はコロナ処理を行い、スペーサプレート29の下面に熱硬化性接着剤を塗布して準備する。そして、図9(c)に示すように、樹脂プレート30の上面に貼り付けられた保護シート78を樹脂プレート30から剥離した後に、スペーサプレート29と樹脂プレート30とを位置合わせしつつスペーサプレート29を樹脂プレート30の上面に熱硬化性接着剤を介して重ね合わせる。そして、各プレート29,30を熱硬化性接着剤の硬化温度以上の温度に加圧しつつ加熱する。これによって、熱硬化性接着剤が硬化して各プレート29,30が互いに固着する。このように、スペーサプレート29と樹脂プレート30とが固着することで、ノズルプレート28の厚みが増し全体的な剛性が向上する。そのため、流路ユニット4を形成するときに、ノズルプレート30のハンドリング性が向上する。
変形例として、スペーサプレート29と同じ平面形状に切り取られた樹脂プレート30とスペーサプレート29とを熱硬化性接着剤を介して重ね合わせ、熱硬化性接着剤の硬化温度以上に加圧しつつ加熱して、各プレート29,30とを互いに固着させる。そして、樹脂プレート29のスペーサプレート29と固着した反対側の面に、上述と同様な撥水膜30aを形成してもよい。
次に、図9(d)に示すように連絡孔29aと対向する部分であって撥水膜30aの表面(インク吐出面70aとなる面)に粘着部材80を貼り付ける。粘着部材80は、可撓性及び透過性を有する基材81と、基材81の撥水膜30a側の面にコーティングされた粘着剤82とを有している。基材81は厚みが約25μmのポリエステルフィルムからなる。粘着剤82は、光開始剤、架橋剤及びその他添加剤が配合された紫外線硬化性樹脂とアクリル系粘着剤とが所定割合で混合されたものであり、後述するように樹脂プレート30にノズルとなる孔を形成するときに撥水膜30aから剥がれない程度の粘着力を有している。
次に、図9(e)に示すように、樹脂プレート30のスペーサプレート29の連絡孔29aに対向する部分に、連絡孔29aを通過させたエキシマレーザ光88を照射する。このとき、エキシマレーザ光88は、ノズル8となる孔が樹脂プレート30、撥水膜30a及び粘着部材80を貫通して形成され、且つノズル8となる孔の断面が先細りテーパ形状となるように図示しないレーザ光発生装置から照射されている。すわなち、エキシマレーザ光88はレーザ光発生装置からエキシマレーザ光88の照射時間及び照射角度が適宜決められて照射されている。このようにして形成されたノズル8となる孔は、樹脂プレート30において、スペーサプレート側の開口8aの直径が約45μmとなり、撥水膜30a側の開口8bの直径が約20μmとなっている。また、ノズル8となる孔近傍の粘着部材80の表面には、エキシマレーザ加工の際に発生する樹脂プレート30の残渣85が付着する。なお、エキシマレーザ光88の波長は248nmとなっているので、エキシマレーザ光88によって後述のように粘着部材80の粘着剤82が重合することがない。そのため、エキシマレーザ加工時に粘着部材80の樹脂プレート30に対する粘着力が低下せず、さらにエキシマ加工性を粘着部材が有するので、エキシマレーザ光88によって樹脂プレート30だけでなく粘着部材80にもノズル8となる孔を形成しやすくなる。また、発生した残渣85が粘着部材80の表面だけに付着することになるので、粘着部材80を後述するように剥離することで、確実に清浄な面を有する樹脂プレート30を得ることができる。
次に、図10(a)に示すように高圧水銀ランプの紫外線照射装置(不図示)を用いて、粘着部材80の基材81側から粘着部材80に対して、波長が250〜400nmの紫外線89を照射する。このときの紫外線89の波長が250〜400nmの領域となっているが、最も強く照射されている紫外線89の波長は350nm付近の領域である。このような紫外線89が照射された粘着部材80は波長が350nm付近の紫外線89によって粘着剤82が硬化するので、その粘着力がほとんどなくなった状態となる。なお、エキシマレーザ光88の波長(248nm)が紫外線89の下限値の波長(250nmの波長)と近い波長になっているが、本実施の形態における粘着部材80の粘着剤82は波長が350nm付近の紫外線89によって硬化するので、エキシマレーザ光88で粘着剤82が硬化することがない。粘着剤82は、それに含まれた光開始剤が紫外線89の照射によって励起し、この励起エネルギーによって紫外線硬化性樹脂がモノマーからポリマーに転換するときに、紫外線硬化性樹脂がアクリル系粘着剤を取り込みながら重合して硬化するので、粘着剤82の粘着力を特定波長領域(350nm付近の波長)の紫外線89で容易に低下させることが可能となる。そのため、粘着剤82の粘着力がほとんど失われた状態にすることができる。そして、図10(b)に示すように粘着力がほとんどなくなった状態の粘着剤82を粘着部材80とともに撥水膜30aから剥離する。このとき、粘着部材80の表面に付着した残渣85も除去されることになる。こうして、図10(b)に示すようなノズル8が形成されたノズルプレート28の製造が完了する。
以上のようなインクジェットヘッド1のノズルプレート28の製造方法によると、樹脂プレート30をエキシマレーザ光88でレーザ加工したときに発生した樹脂プレート30の残渣85を粘着部材80の表面(図9(e)においては粘着部材80の下面)に付着させることができる。つまり、照射されたエキシマレーザ光88が樹脂プレート30、撥水膜30a及び粘着部材80を貫通したときの出口(ノズル8となる孔の出口)近傍の表面が粘着部材80の表面になっているので、エキシマレーザ光88とともにその出口から樹脂プレート30の残渣85が出てきても付着する表面が粘着部材80の表面となる。残渣85が付着した粘着部材80はノズルプレート28から剥離されるので、残渣85もともに除去されることになる。そのため、ノズルプレート28のインク吐出面70aに樹脂プレート30の残渣85が付着することがなくなる。さらに、粘着部材80の粘着力のもとになる粘着剤82が特定波長領域を有する紫外線89の照射によって硬化しその粘着力をほとんど失うので、樹脂プレート30の撥水膜30aから粘着部材80が剥離されたときに、粘着剤82が撥水膜30aの表面にほとんど残らず、粘着部材80とともに剥離される。したがって、ノズルプレート28のインク吐出面70aには、残渣85や粘着剤82が残らないため、ノズル8からのインクの飛翔方向が残渣85や粘着剤82によって変化されることがなくなり、ノズル8からの安定したインク飛翔を実現することができる。また、ノズルプレート28のインク吐出面70aに残渣85や粘着剤82が付着していないので、残渣85や粘着剤82の付着物を除去する別工程を行う必要がなくなる。
また、ノズルプレート28の樹脂プレート30の表面には、撥水膜30aが形成されているので、インク出口となるノズル8近傍のインク吐出面70aにインクが付着しにくくなる。そのため、ノズル8からのインクの飛翔方向がさらに安定する。
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。例えば、上述した本実施の形態におけるノズルプレート28の製造方法においては、エキシマレーザ光88によってノズル8となる孔をノズルプレート28に形成するときに、粘着部材80も貫通させてその孔を形成しているが、粘着部材80の基材81を貫通しない程度のエキシマレーザ光でノズル8となる孔をノズルプレート28に形成してもよい。つまり、ノズル8となる孔は所定の開口径を有して樹脂プレート30と撥水膜30aさえ貫通しておれば、粘着部材80を剥離させたときにノズル8となる。また、上述のように粘着部材80を完全に貫通していなくても、エキシマレーザ加工時に生じる樹脂プレート30の残渣は粘着部材80に形成された貫通しない穴に付着することになるので、ノズル8の内周面やインク吐出面70aにその残渣が付着することがほとんどない。したがって、ノズル8からのインクの飛翔方向が安定する。
また、上述した本実施の形態におけるノズルプレート28の製造方法において、粘着部材80の粘着剤82は紫外線硬化性樹脂が含まれているので、粘着部材80に紫外線89を照射することで、その粘着力が低下しているが、粘着剤がエキシマレーザ光には感度がなくて紫外線硬化性樹脂以外のγ線、X線、可視光線及び赤外線などの特定波長領域によって硬化する硬化性樹脂又は加熱することで硬化する樹脂を含んでいてもよい。これにより、上述した紫外線硬化性樹脂を含んだ粘着剤82と同様に特定波長領域の電磁波を粘着剤に照射又は粘着部材を加熱することで、その粘着力がほとんどなくなり、容易にノズルプレートから剥離することが可能になる。したがって、上述と同様な効果を得ることができる。また、樹脂プレート30の厚みを増やせば、スペーサプレート29を樹脂プレート30に固着させなくても、樹脂プレートのハンドリング性は向上する。また、スペーサプレート29がなくてもよい。また、レーザ光はエキシマレーザ光以外であってもよいし、またレーザ光の波長が紫外線領域の波長でもよく、レーザ加工時に粘着部材の粘着剤が硬化して、その粘着剤の粘着力がノズルプレートから粘着部材が剥がれない程度に低下してもよい。また、ノズルプレート28は2枚のプレート29,30から構成されるだけでなく、3枚以上のプレートから構成されていてもよい。また、樹脂プレート30に撥水膜30aを形成する撥水加工をしなくてもよい。