JP4605363B2 - インクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、インク滴をノズルから吐出して被記録媒体に記録を行う画像記録装置等に適用可能なインクジェットヘッドの製造方法に関するものである。
先行技術のインクジェットヘッドとしては、本出願人が、特許文献1等に開示しているように、前面に列状に配置された複数個のノズルとインク供給源からのインクを各ノズルに供給するインク流通路とを備えたキャビティユニットと、選択的に各ノズルからインクを吐出させるための活性部を備えた圧電アクチュエータと、圧電アクチュエータに電力を供給するフレキシブルフラットケーブルとを備えた構造が知られている。
前記キャビティユニットは、流路パターンが形成された平板状の基板(プレート)が複数枚積層されてインク流通路が構成されており、基板としては、ノズルが穿設されたノズルプレート、各ノズル毎の圧力室が設けられたキャビティプレート、各圧力室に分配される前のインクを溜めておく共通インク室が設けられたマニホールドプレート等の複数種類がある。
このキャビティユニットの製造では、まずキャビティユニットを構成する基板の種類毎に大判の素材シートが用意される。特許文献1に開示されたタイプの素材シートを図9に例示する。従来の素材シート150は、同一種類の流路パターンが形成された複数個の基板領域151と、これら複数個の基板領域151を囲むように設けられたフレーム部160と、基板領域151とフレーム部160とを繋ぐ細いブリッジ片161とが一体的に形成されている。フレーム部160には、位置合わせ用穴156が穿設されており、この位置合わせ用穴156に圧入された位置決めピンをガイドとして、複数種類の素材シート150が積層されて、素材シート150の積層体が形成される。この積層体をブリッジ片161の箇所にて切断分離して、基板(プレート)の積層体が形成される。
特開2002−105410号公報(図10参照)
しかしながら、図9に示すような従来の素材シート150では、フレーム部160は、素材シート150の積層体を分離して基板(プレート)の積層体が形成される際に不要となるので、廃棄するためのコストが掛かる。
また、フレーム部160を設けているから、複数(所定数)の基板領域151を確保するための1枚の素材シート150の面積が大きくなるという問題があった。
本発明は、上記問題を解消するものであり、キャビティユニットの各プレートを製造する際に使用される素材シートにて、材料の無駄を無くして有効活用し、部品のコストダウンを図ることのできるインクジェットヘッドの製造方法の提供を課題とするものである。
前記目的を達成するために、請求項1に記載の発明におけるインクジェットヘッドの製造方法は、流路パターンが形成された平板状の基板を複数枚積層してインク流通路が構成されるキャビティユニットを備えるインクジェットヘッドの製造方法において、前記基板の複数個分を一体で形成できる面積を少なくとも有する大判の素材シートに、同一の流路パターンが形成された基板領域を、複数個並べて配置するとともに隣接する基板領域同士の間に切断代領域を挟んで当該素材シートの端縁にまで連設して形成し、前記素材シートには、前記流路パターンが形成される面と直交する方向から見て矩形状の前記各基板領域の四隅にその角が除去された面取り部を形成する工程と、前記素材シートにおける前記面取り部の隣接により形成される空間に位置決めピンを接触させて位置決めし、キャビティユニットを構成する基板の種類ごとにそれぞれ形成された複数の前記素材シートを、対応する各基板同士を重ねて積層し、素材シートの積層体を形成する工程と、前記切断代領域にて、前記素材シートの積層体を切断分離し、前記基板の積層体を複数個形成する工程とを有することを特徴とするものである。
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記切断代領域は、前記流路パターンが形成される面に沿う方向であって、前記基板領域が並ぶ方向と直交する方向に延在しており、前記空間は前記素材シートに複数形成されていることを特徴とするものである。
また、請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記素材シートは金属製であり、前記基板領域の流路パターンがウエットエッチングで加工されるときに、前記切断代領域にはウエットエッチングで弱化部が形成されることを特徴とするものである。
請求項1に記載の発明によれば、基板領域が、素材シートの端縁にまで、隣接する基板領域同士の間に切断代領域を挟んで連設されているから、切断代領域に従って複数の基板領域を切断分離したときに、廃棄される素材シートがないので、無駄が無いという効果を奏する。
また、素材シートに余白無く基板領域を配置するので、複数(所定数)の基板領域を確保するための1枚の素材シートの面積を小さくできるという効果も奏する。
その結果、部品コストを大幅に削減することができる。
また、請求項1に記載の発明によれば、前記素材シートにおける前記面取り部の隣接により形成される空間を利用して位置決めピンを配置できるから、位置決め用の穴等のための領域を素材シートにわざわざ設ける必要が無く、素材シートを有効活用できる。
請求項3に記載の発明によれば、切断代領域に従った基板領域の切断分離の作業が容易になるという効果を奏する。また、弱化部の形成が、基板領域の流路パターンと同時にウエットエッチングで行えるため、弱化部の形成のために特別な工程を付加する必要が無く、製造コストが嵩むことがない。
以下に、本発明の基本的な実施形態を図面に基づいて説明する。図1はインクジェットヘッドの分解斜視図、図2はキャビティユニットの分解斜視図、図3はキャビティユニットの拡大分解斜視図、図4は図1のIV−IV線矢視拡大断面図、図5は素材シートの平面図、 図6(a)は素材シート及び位置決めピンの配置例、図6(b)は素材シート及び位置決めピンの他の配置例、図6(c)は素材シート及び位置決めピンの他の配置例、図7(a)は図5のVIIa―VIIa線矢視断面図であり弱化部の一例を示す断面図、図7(b)は図7(a)のVIIb―VIIb線矢視断面図、図7(c)は図5のVIIa―VIIa線矢視断面図であり弱化部の他例を示す断面図、図7(d)は図7(c)のVIId−VIId線矢視断面図、図7(e)は図5のVIIa―VIIa線矢視断面図であり弱化部の他例を示す断面図、図7(f)は図7(e)のVIIf―VIIf線矢視断面図、図8は素材シートの積層を示す説明図である。
図1に示す圧電式のインクジェットヘッド100は、基板としてのプレートを複数枚備えるキャビティユニット1に、プレート型の圧電アクチュエータ2が接合され、このプレート型の圧電アクチュエータ2の上面に外部機器との接続のためのフレキシブルフラットケーブル3が重ね接合されている。そして、キャビティユニット1の下面側に開口されたノズル4から、下向きにインクが吐出するものとする(図4参照)。
前記キャビティユニット1は、図2に示すように、ノズルプレート11、スペーサプレート12、ダンパープレート13、2枚のマニホールドプレート14a、14b、サプライプレート15、ベースプレート16、及びキャビティプレート17の合計8枚の薄い平板を、その各平板面が対向するように接着剤を介して積層し、重ね接合した構造となっている。
実施形態では、各プレート11〜17は50〜150μm程度の厚さを有し、ノズルプレート11はポリイミド等の合成樹脂製で、その他のプレート12〜17は42%ニッケル合金鋼板製である。前記ノズルプレート11には、微小径(実施形態では25μm程度)のインク吐出用のノズル4が微小間隔で多数個穿設されている。このノズル4は、当該ノズルプレート11における長辺方向(X方向)に沿って、千鳥配列状で5列に配列されている。
また、前記キャビティプレート17には、図3に示すように、複数の圧力室36がキャビティプレート17の長辺(前記X方向)に沿って千鳥配列状で5列に配列されている。実施形態では、前記各圧力室36は、平面視細長形状に形成され、その長手方向がキャビティプレート17の短辺方向(Y方向)に沿うようにして穿設され、長手方向の一端部36aがノズル4と連通し、他端部36bが後述する共通インク室7と連通する。
各圧力室36における一端部36aは、ベースプレート16、サプライプレート15、2枚のマニホールドプレート14b、14a、ダンパープレート13、及びスペーサプレート12に、同じく千鳥配列状にて穿設されている微小径の連通孔37を介して、ノズルプレート11における前記各ノズル4に連通している。
キャビティプレート17の下面に隣接するベースプレート16には、各圧力室36の他端部36bに接続する貫通孔38が穿設されている。
ベースプレート16の下面に隣接するサプライプレート15には、後述する共通インク室7から前記各圧力室36へインクを供給するための接続流路40が設けられる。そして各接続流路40には、共通インク室7からインクが入る入口孔と、圧力室36(貫通孔38)側に開口する出口孔、入口孔と出口孔との間にあって、接続流路40中で最も大きな流路抵抗となるように断面積を小さくして形成された絞り部とが備えられている。
2枚のマニホールドプレート14a,14bには、その長辺方向(X方向)に沿って長い5つの共通インク室7が前記ノズル4の各列に沿って延びるように板厚さを貫通して形成されている。すなわち、図2及び図4に示すように、2枚のマニホールドプレート14a、14bを積層し、かつその上面をサプライプレート15にて覆い、下面をダンパープレート13にて覆うことにより、合計5つの共通インク室(マニホールド室)7が密閉状に形成される。各共通インク室7は、各プレートの積層方向から平面視したときに、前記圧力室36の一部と重なって圧力室36の列方向(ノズル4の列方向)に沿って長く延びている。
図3及び図4に示すように、マニホールドプレート14aの下面に隣接するダンパープレート13の下面側には、共通インク室7と隔絶されたダンパ室45が凹み形成されている。この各ダンパ室45の位置および形状は、図2に示すように、前記各共通インク室7と一致させている。このダンパプレート13は、適宜弾性変形し得る金属素材であるため、ダンパ室45上部の薄い板状の天井部は、共通インク室7側にも、ダンパ室45側にも自由に振動することができる。インク吐出時に、圧力室36で発生した圧力変動が共通インク室7に伝播しても、前記天井部が弾性変形して振動することにより、前記圧力変動を吸収減衰させるというダンパ効果を奏し、圧力変動が他の圧力室36へ伝播するというクロストークを防止することができるものである。
また、図2に示すように、キャビティプレート17には、キャビティユニット1へのインクの入口として4つのインク供給口47(図2の左側から順に個別に47a、47b、47c、47dと付す)が穿設されている。これら4つのインク供給口47は、ベースプレート16及びサプライプレート15に、各インク供給口47に対応して穿設された開口を介して、共通インク室の長手方向の一端部に接続されている。
インク供給口47からノズル4に至るインク流通路では、インク供給源からのインクが、インク供給口47からインク供給チャンネルとしての共通インク室7に供給された後、サプライプレート15の接続流路40及びベースプレート16の貫通孔38を経由して各圧力室36に分配供給される。そして、圧電アクチュエータ2の駆動により、インクは各圧力室36内から前記連通孔37を通って、その圧力室36に対応するノズル4に至るという構成になっている。
この実施形態では、図2に示すように、インク供給口47が4つ設けられているのに対して、共通インク室7が5つ設けられており、インク供給口47aだけが、2つの共通インク室7,7に接続されている。インク供給口47aには、ブラックインクが供給されるように設定されており、ブラックインクがその他のカラーインクに比べて使用頻度が高いことを考慮したものである。他のインク供給口47b、47c、47dには、イエロー、マゼンタ、シアンの各インクがそれぞれ単独に供給される。インク供給口47a,47b,47c,47dには、それぞれの開口に対応する濾過部20aを有するフィルタ体20が接着剤等で貼着されている(図2参照)。
なお、前記各金属製のプレート12〜17におけるインク供給口47、共通インク室7、連通孔37、貫通孔38、接続流路40、ダンパ室45等の凹み形成や貫通する孔等は、ウエットエッチング加工により形成されている。なお、加工方法は、放電加工、プラズマ加工、レーザ加工等でもよい。また、フィルタ体20は、ポリイミド等の合成樹脂製で平面視ほぼ矩形薄シート状であり、濾過部20aはレーザ加工等にて極小孔が穿設されている。フィルタ体20を金属製にする場合には、電鋳加工により形成すればよい。
一方、前記圧電アクチュエータ2は、特開平4−341853号公報等に開示された公知のものと同様に、図示しないが複数枚の圧電シートを積層した構造で、1枚の厚さが30μm程度の各圧電シートのうち下から偶数段目の圧電シートの上面(広幅面)には、前記キャビティユニット1における各圧力室36に対応した箇所ごとに細幅の個別電極が長辺方向(X方向)に沿って列状に形成されている。下から奇数段目の圧電シートの上面(広幅面)には、複数個の圧力室36に対して共通のコモン電極が形成されており、最上段のシートの上面には、表面電極48として、前記個別電極の各々に対して電気的に接続される表面電極と、前記コモン電極に対して電気的に接続される表面電極とが設けられている。
そして、このような構成のプレート型の圧電アクチュエータ2における下面(圧力室36と対面する広幅面)全体に、接着剤としてのインク非浸透性の合成樹脂材からなる接着剤シート(図示せず)を予め貼着し、次いで、前記キャビティユニット1に対して、圧電アクチュエータ2が、その各個別電極を前記キャビティユニット1における各圧力室36の各々に対応させて接着・固定される。また、この圧電アクチュエータ2における上側の表面には、前記フレキシブルフラットケーブル3(図4参照)が重ね押圧されることにより、このフレキシブルフラットケーブル3における各種の配線パターン(図示せず)が、前記各表面電極48に電気的に接合される。
次に、上記構成のインクジェットヘッド100におけるキャビティユニット1の製造方法について説明する。
キャビティユニット1は、前述したように8枚のプレートから構成されているが、本実施形態では、ノズルプレート11及びスペーサプレート12の2枚のプレートによる第1の積層体1aと、ダンパープレート13、マニホールドプレート14a、14b、サプライプレート15、ベースプレート16、及びキャビティプレート17の6枚のプレートによる第2の積層体1bとが、それぞれ別個に積層形成されたのちに重ねられて、キャビティユニット1が製造される(図4参照)。
第2の積層体1bを構成する6枚のプレートについては、あらかじめ各プレートに対応させた大判の素材シート50が用意される。この素材シート50は、同一種類のプレートの複数個分を一体で形成できる面積を少なくとも有している。素材シート50において、プレート(基板)1枚分の流路パターンが形成された領域を基板領域51と称すると、1枚の素材シート50は、図5に示すように、同一種類の流路パターンが形成された複数個の基板領域51が、隣接する基板領域51同士の間に切断代領域52を挟んで端縁にまで連設して形成されている。すなわち、隣接配置された複数の基板領域51における側辺のうち、他の基板領域51と切断代領域52を挟んで隣接しない箇所の側辺は、素材シート50の端縁となっており、素材シート50には、基板領域51を囲むフレーム状の余白が全く設けられていない。
図5は、サプライプレート15の素材シート50を例示したものであるが、その他のプレートにもそれぞれ同様に素材シート50が形成される。第2の積層体1bを構成する6枚のプレートは、いずれも平面視略長方形状の同一形状であるため、前記6枚のプレートに対応する素材シート50も同一形状となる。この実施形態の素材シート50は1枚で、プレート(基板)を4枚取りできる面積を有しており、4つの基板領域51がその長辺同士を対向させて1列に並べられる。素材シート50における、基板領域51の数や配列、流路パターンの向き(配置)は任意である。例えば、同じく4枚取りの場合でも、図6(b)に示すように、縦横に2個ずつ配列する形態としてもよく、また、図6(c)に示すように、1枚の素材シート50の中で流路パターンの向き(配置)を変える形態としてもよい。
また、基板領域51の平面視における四隅には、角を除去した面取り部53が形成されている。面取り部53は、各基板領域51の流路パターンに対して所定の位置に正確にかつ流路パターンと同時に形成される。面取り部53ではいずれも角を斜めに切り落とした形状となっているため、素材シート50の端縁(側辺)にて2つの面取り部53が隣接することで形成される空間は、切欠空間55となる。また、図6(b)及び図6(c)に示すように、素材シート50の広幅面内にて4つの面取り部53が隣接する場合には、前記空間は前記広幅面に開口する穴空間56となる。そして、素材シート50の積層の際に、切欠空間55及び穴空間56の隣接する2辺を位置決めピン54の外周に当て、素材シート50が相互に位置決めされる。
この実施形態の素材シート50は、前述したように4つの基板領域51が一列に並べられた平面視長方形状に形成されており、素材シート50の長辺となる端縁(側辺)にはそれぞれ3箇所ずつの切欠空間55が形成される(図5参照)。従って、図6(a)に示すように、一方の長辺側では3箇所の切欠空間55のうちの両端の2箇所に、他方の長辺側では3箇所の切欠空間55のうちの中央の1箇所に位置決めピン54を配置すると、バランスよく素材シート50を位置決めすることができる。この位置決めピン54の配置個所や本数は、もちろん適宜変更可能である。また、図6(b)及び図6(c)に示す素材シート50のように、広幅面の中央部に穴空間56が形成されている場合には、端縁の切欠空間55のいずれか1箇所と穴空間56とに位置決めピンを配置することで、バランスよく素材シート50を位置決めすることができる。
隣接する基板領域51の間に設けられた切断代領域52は、基板領域51の側辺に沿って当該側辺と略同じ長さ寸法に設けられている。そして、切断代領域52には、その切断分離を容易化するための弱化部として、図7(a)及び図7(b)に示すように、表裏面の両方から板厚を薄くするための溝加工が施されている。この弱化部の加工は、基板領域51に形成される流路パターンをウエットエッチングで加工する際に同時に行うことができるので、特別な工程を付加する必要はない。
弱化部としては、この他に、図7(c)及び図7(d)に示すように、素材シート50における表裏面のいずれか一方からのみ溝加工を施したり、あるいは図7(e)及び図7(f)に示すように、素材シート50の板厚を貫通する貫通加工を、切断代領域52が延びる方向に沿って間欠的に施したりしてもよい。なお、切断代領域52に沿ってダイサー装置で切断加工(ダイシング加工)する場合には、弱化部を設ける必要はなく、切断代領域52の幅寸法を、ダイサー装置の刃幅に応じて設定するだけでよい。
このような構成の素材シート50が、第2の積層体1bを構成する6枚のプレートにそれぞれ対応させて形成されると、積層面に接着剤を介して、図8に示すように、接着用の治具(図示せず)にて、第2の積層体1bの積層順に従って重ねられる。このとき、3本の位置決めピン54が、図7(a)に示す素材シート50の3箇所の切欠空間55に、がたつきなく嵌まり込むように治具に設置される。そして、位置決めピン54をガイドにして、6枚の素材シート50が順次積層されることにより、4つの基板領域51の各々が、対応する上下の基板領域51と正しく位置合わせされる。そして、6枚の素材シート50が接着剤で固着された積層体が形成される。
なお、スペーサプレート12も、大判の素材プレートに他の金属プレートと同様に複数個分一体に形成され、この素材プレートの各スペーサプレート12の領域に個々に独立したノズルプレート素材が接着される。このとき、ノズルプレート素材はノズル14が未加工で、連通孔37が形成されたスペーサプレート12の領域と重ねて接着される。その状態で連通孔37を通してレーザ光がノズルプレート素材に照射されることにより、ノズル14が連通孔37と対応する位置に形成される。
この複数個連接したスペーサプレート12とノズルプレート11の組は、上記の6枚の素材シート50の積層体に、上記と同様に治具を使用して基板領域同士が正しく位置合わせされて接着される。なお、上記のように予め6枚の素材シート50の積層体をつくることなく、スペーサプレート12の素材シートを含む7枚を重ね同時に押圧して接着することもできる。
次に、素材シート50の積層体は、治具から外された後に、前記切断代領域52に沿って切断分離され、4つの第2の積層体1bが形成される。切断代領域52には弱化部が形成されているため、折り曲げる程度の力で容易に分離できる。
このように、本発明は、素材シート50の端縁にまで基板領域51を連設させて、従来設けられていたようなフレーム部(図9参照)を無くしているため、素材シート50の積層体から基板の積層体1bを切断分離する際に、フレーム部等の残渣を廃棄する必要がない。また、同じ数の基板領域51を確保する際に、従来と比べて、1枚の素材シート50の面積を小さくできる。あるいは、従来と同じ面積の素材シート50を用いる場合には、フレーム部のない分だけ、従来と同じサイズのエッチングマスクに、多くの基板領域51を配置して、1枚当たりの基板の取数を多くすることができる。その結果、部品コストを削減することができる。
また、基板領域51に設けた面取り部53を利用して、積層時の位置決めピン54を配置できるようにしているため、従来位置決め用の穴が穿設されていたフレーム部を上述したように無くしても、位置決めに支障を来たすことがない。
さらに、図9に示す従来の形態では、基板領域151が細いブリッジ片161でフレーム部160に繋がれていたから、特に、基板領域151が長尺化すると、フレーム部160から湾曲して垂れ下がり、変形することがあった。しかしながら、本実施形態では、切断代領域52は、弱化部が設けられていても、基板領域51の側辺に沿って長く形成されているから、基板領域51が垂れ下がって、ハンドリング性が悪くなったり、基板領域51に撓み癖が残ったりする心配がない。
なお、上記実施形態では、キャビティユニット1の第2の積層体1bを積層する製造方法として説明したが、勿論、キャビティユニット1の全てのプレートを同時に一括して積層する形態に適用してもよく、積層体の構成、枚数等は任意である。
インクジェットヘッドの分解斜視図である。 キャビティユニットの分解斜視図である。 キャビティユニットの拡大分解斜視図である。 図1のIV−IV線矢視拡大断面図である。 素材シートの平面図である。 (a)は素材シート及び位置決めピンの配置例、(b)は他の配置例、図6(c)は他の配置例である。 (a)は図5のVIIa―VIIa線矢視断面図であり弱化部の一例を示す断面図、(b)は図7(a)のVIIb―VIIb線矢視断面図、(c)は図5のVIIa―VIIa線矢視断面図であり弱化部の他例を示す断面図、(d)は図7(c)のVIId−VIId線矢視断面図、(e)は図5のVIIa―VIIa線矢視断面図であり弱化部の他例を示す断面図、(f)は図7(e)のVIIf―VIIf線矢視断面図である。 素材シートの積層を示す説明図である。 従来の素材シートの平面図である。
符号の説明
1 キャビティユニット
2 圧電アクチュエータ
3 フレキシブルフラットケーブル
11 ノズルプレート
12 スペーサプレート
13 ダンパープレート
14a、14b マニホールドプレート
15 サプライプレート
16 ベースプレート
17 キャビティプレート
50 素材シート
51 基板領域
52 切断代領域
53 面取り部
54 位置決めピン
100 インクジェットヘッド

Claims (3)

  1. 流路パターンが形成された平板状の基板を複数枚積層してインク流通路が構成されるキャビティユニットを備えるインクジェットヘッドの製造方法において、
    前記基板の複数個分を一体で形成できる面積を少なくとも有する大判の素材シートに、同一の流路パターンが形成された基板領域を、複数個並べて配置するとともに隣接する基板領域同士の間に切断代領域を挟んで当該素材シートの端縁にまで連設して形成し、前記素材シートには、前記流路パターンが形成される面と直交する方向から見て矩形状の前記各基板領域の四隅にその角が除去された面取り部を形成する工程と、
    前記素材シートにおける前記面取り部の隣接により形成される空間に位置決めピンを接触させて位置決めし、キャビティユニットを構成する基板の種類ごとにそれぞれ形成された複数の前記素材シートを、対応する各基板同士を重ねて積層し、素材シートの積層体を形成する工程と、
    前記切断代領域にて、前記素材シートの積層体を切断分離し、前記基板の積層体を複数個形成する工程とを有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
  2. 前記切断代領域は、前記流路パターンが形成される面に沿う方向であって前記基板領域が並ぶ方向と直交する方向に延在しており、
    前記空間は前記素材シートに複数形成されていることを特徴とする請求項1に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
  3. 前記素材シートは金属製であり、前記基板領域の流路パターンがウエットエッチングで加工されるときに、前記切断代領域にはウエットエッチングで弱化部が形成されることを特徴とする請求項1または2に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
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