JP6384056B2 - 液体噴射ヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体が流通する流路を含む構造体の製造に関する。

液体が流通する流路を複数の部材の組合せで構成する技術が従来から提案されている。例えば特許文献１から特許文献３には、複数の部材の組合せで構成された流路にインク等の液体を流通させて複数のノズルから噴射する液体噴射ヘッドが開示されている。

特開２０１０−１８４４２６号公報 特開２０１２−２００９６３号公報 特開２０１３−１５９０５１号公報

特許文献１から特許文献３の技術のもとでは、流路を構成する各部材が接着剤を利用して相互に固定される。したがって、接着剤の硬化に必要な時間を確保する必要があるという問題や、接着剤の硬化まで各部材を保持するための専用の治具やスペースが必要であるという問題がある。以上の事情を考慮して、本発明は、流路を含む構造体の製造コストを削減することを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明の好適な態様に係る流路構造体の製造方法は、第１部材と第２部材とを具備し、液体が流通する流路が形成された流路構造体の製造方法であって、接着剤を介して第１部材と第２部材とを貼り合わせ、接着剤の硬化前に第１部材と第２部材とをカシメにより固定する。以上の製造方法では、第１部材と第２部材とが両者間の接着剤の硬化前にカシメにより固定されるから、第１部材と第２部材とを接着剤の硬化まで保持する必要がない。したがって、流路構造体の製造に必要な時間が短縮され、第１部材と第２部材とを接着剤の硬化まで保持する専用の治具やスペースが不要である。すなわち、流路構造体の製造コストを削減することが可能である。

本発明の好適な態様に係る液体噴射ヘッドの製造方法は、第１部材と第２部材とを具備し、液体が流通する流路が形成され、流路内に流通する液体をノズルから噴射する液体噴射ヘッドの製造方法であって、接着剤を介して第１部材と第２部材とを貼り合わせ、接着剤の硬化前に第１部材と第２部材とをカシメにより固定する。以上の製造方法では、第１部材と第２部材とが両者間の接着剤の硬化前にカシメにより固定されるから、液体噴射ヘッドの製造コストを削減することが可能である。

熱可塑性材料で形成されたピンが第１部材に設置され、ピンが挿入される貫通孔が第２部材に形成された液体噴射ヘッドを製造する場合には、貫通孔に挿入されたピンの先端部を加熱により変形させる熱カシメにより第１部材と第２部材とを相互に固定する工程が好適である。以上の態様によれば、第１部材のピンの破損等の可能性が低減されるという利点がある。

本発明の好適な態様に係る液体噴射装置の製造方法は、第１部材と第２部材とを具備し、液体が流通する流路が形成され、流路内に流通する液体をノズルから噴射する液体噴射ヘッドを具備する液体噴射装置の製造方法であって、接着剤を介して第１部材と第２部材とを貼り合わせ、接着剤の硬化前に第１部材と第２部材とをカシメにより固定する。以上の製造方法では、第１部材と第２部材とが両者間の接着剤の硬化前にカシメにより固定されるから、液体噴射装置の製造コストを削減することが可能である。なお、液体噴射装置の好適例は、印刷用紙等の印刷媒体にインクを噴射する印刷装置であるが、本発明に係る液体噴射装置の用途は印刷に限定されない。

本発明の好適な形態に係る印刷装置の構成図である。 液体噴射ヘッドの断面図である。 液体噴射ヘッドを印刷媒体側からみた平面図である。 液体噴射ヘッドの製造工程の説明図である。

＜印刷装置の構成＞
図１は、本発明の好適な形態に係るインクジェット方式の印刷装置１００の部分的な構成図である。印刷装置１００は、液体の例示であるインクを印刷用紙等の印刷媒体２００に噴射して印刷媒体２００の表面に画像を形成する液体噴射装置であり、制御装置１０と搬送機構１２と移動機構１４と液体噴射ヘッド１６とキャリッジ１８とを具備する。

制御装置１０は、印刷装置１００の各要素を統括的に制御する。液体噴射ヘッド１６は、インクが充填された複数のインクカートリッジ３００とともにキャリッジ１８に搭載され、各インクカートリッジ３００から供給されるインクを制御装置１０による制御のもとで複数のノズルから印刷媒体２００に噴射する。搬送機構１２は、制御装置１０による制御のもとで印刷媒体２００をＹ方向（副走査方向）に搬送し、移動機構１４は、制御装置１０による制御のもとでキャリッジ１８をＸ方向（主走査方向）に往復させる。印刷媒体２００の搬送とキャリッジ１８の往復とに並行して液体噴射ヘッド１６が印刷媒体２００にインクを噴射することで印刷媒体２００に所望の画像が形成される。

図２は、液体噴射ヘッド１６の断面図（Ｙ方向に垂直な断面）である。液体噴射ヘッド１６は、第１構造体２１と第２構造体２２と連通部２４とを含んで構成される。第１構造体２１は、複数のノズルＮからインクを噴射する要素であり、第２構造体２２は、各インクカートリッジ３００のインクを第１構造体２１に供給する要素である。連通部２４は、第１構造体２１の内部の流路と第２構造体２２の内部の流路とを相互に連通させる。なお、第１構造体２１および第２構造体２２の内部に形成されるインクの流路の具体的な形状については図示を便宜的に省略した。

第１構造体２１は、固定板３０と複数のヘッドユニット３２と複数の支持部３４と供給部３６と制御基板３８とを具備する。図３は、第１構造体２１を印刷媒体２００側（インクの噴射側）からみた平面図である。図２および図３に例示される通り、複数のヘッドユニット３２の各々は、複数のノズルＮからインクを噴射するヘッドチップである。任意の１個のヘッドユニット３２は、複数のノズルＮが２列に形成されたノズルプレート３２２と、相異なるノズルＮに対応する圧力室および圧電素子の複数組（図示略）とを含んで構成される。駆動信号の供給により圧電素子を振動させて圧力室内の圧力を変動させることで、圧力室に充填されたインクが各ノズルＮから噴射される。なお、各ヘッドユニット３２の構造は任意である。

固定板３０は、例えば高剛性の金属（例えばステンレス鋼）で形成された平板材であり、各ヘッドユニット３２に対応する複数の開口部３０２が形成される。図３に例示される通り、複数のヘッドユニット３２の各々は、開口部３０２の内側にノズルプレート３２２が位置する状態で、例えば接着剤を利用して固定板３０の表面に固定される。図３に例示される通り、各ヘッドユニット３２の複数のノズルＮがＹ方向に沿って配列するように複数のヘッドユニット３２はＸ方向に沿って並列される。複数の支持部３４の各々は、例えば樹脂材料で形成されてヘッドユニット３２を支持する。ヘッドユニット３２に供給されるインクを貯留する貯留室（リザーバー）や貯留室にインクを供給するための流路が支持部３４の内部に形成される。

供給部３６は、複数の支持部３４（複数のヘッドユニット３２）を支持するとともに各ヘッドユニット３２にインクを供給するための流路を形成する要素であり、流路部材３６１と流路部材３６２とを含んで構成される。流路部材３６１は、底面部３７２と側面部３７４と張出部３７６とを含む構造体であり、例えば樹脂材料の射出成形で一体に形成される。側面部３７４は、底面部３７２の周縁から突起した壁状の部位であり、張出部３７６は、側面部３７４から外側に張り出した部位である。

複数の支持部３４の各々は、固定板３０と流路部材３６１の底面部３７２との間に固定される。各支持部３４と固定板３０とは例えば接着剤で相互に接着される。他方、各支持部３４と流路部材３６１との固定には接着およびカシメが利用される。具体的には、図２に例示される通り、各支持部３４のうちヘッドユニット３２とは反対側の表面（流路部材３６１の底面部３７２との対向面）にピンＰ1が形成され、ピンＰ1が挿入される貫通孔Ｈ1が流路部材３６１の底面部３７２に形成される。各支持部３４と流路部材３６１の底面部３７２とは、両者間に設置された接着剤による接着に加えて、貫通孔Ｈ1に挿入されたピンＰ1の先端部を変形させるカシメにより、相互に固定される。

流路部材３６２は、各ヘッドユニット３２にインクを供給する流路を流路部材３６１と協働して形成する要素であり、例えば樹脂材料で形成されて流路部材３６１に固定される。流路部材３６１と流路部材３６２との固定には接着およびカシメが利用される。具体的には、図２に例示される通り、流路部材３６１の側面部３７４にピンＰ2が形成され、ピンＰ2が挿入される貫通孔Ｈ2が流路部材３６２に形成される。流路部材３６１と流路部材３６２とは、両者間の接着剤による接着に加えて、貫通孔Ｈ2に挿入されたピンＰ2の先端部を変形させるカシメにより、相互に固定される。

図２の制御基板３８は、駆動信号や電源電位を各ヘッドユニット３２に供給する配線や駆動信号を生成する駆動回路が実装された配線基板である。各ヘッドユニット３２と制御基板３８とにわたる可撓性の配線基板（図示略）を介して駆動信号や電源電位が制御基板３８から各ヘッドユニット３２に供給される。

制御基板３８は、流路部材３６１の張出部３７６に固定される。制御基板３８と流路部材３６１との固定には接着およびカシメが利用される。具体的には、図２に例示される通り、流路部材３６１の張出部３７６のうち底面部３７２とは反対側の表面にピンＰ3が形成され、ピンＰ3が挿入される貫通孔Ｈ3が制御基板３８に形成される。制御基板３８と流路部材３６１の張出部３７６とは、両者間の接着剤による接着に加えて、貫通孔Ｈ3に挿入されたピンＰ3の先端部を変形させるカシメにより、相互に固定される。連通部２４の内部の流路は、制御基板３８に形成された貫通孔（図示略）を介して供給部３６の内部の流路に連通する。

図２の第２構造体２２は、筐体５０とフィルター組立体５２とバルブ組立体５４とを具備する。筐体５０は、第１筐体部５０１と第２筐体部５０２とで構成される中空のケースである。第１筐体部５０１と第２筐体部５０２とが複数のネジＳ2を利用して相互に固定されることで筐体５０が構成され、筐体５０の内部の空間にフィルター組立体５２とバルブ組立体５４とが収容および支持される。第１筐体部５０１は、底面部５１２と側面部５１４とを含む構造体であり、例えば樹脂材料の射出成形で一体に形成される。側面部５１４は、底面部５１２の表面から第１構造体２１とは反対側に突起した壁状の部位である。第１構造体２１の流路部材３６１と第２構造体２２の第１筐体部５０１とは複数のネジＳ1を利用して相互に固定される。第１構造体２１と第２構造体２２とが相互に固定されると、連通部２４は、流路部材３６１と第１筐体部５０１とにより押圧された状態で両者間に挟持される。

フィルター組立体５２は、流路部材５３１と流路部材５３２とを含んで構成される。インクカートリッジ３００から各ヘッドユニット３２に供給されるインクを通過させて気泡や異物を除去するフィルター（図示略）が流路部材５３１と流路部材５３２との間に保持される。流路部材５３１と流路部材５３２とは例えば接着剤で相互に固定される。

フィルター組立体５２は第１筐体部５０１の底面部５１２に固定される。フィルター組立体５２と第１筐体部５０１との固定には接着およびカシメが利用される。具体的には、図２に例示される通り、第１筐体部５０１の底面部５１２の表面にピンＰ4が形成され、ピンＰ4が挿入される貫通孔Ｈ4が流路部材５３１と流路部材５３２とに形成される。フィルター組立体５２と第１筐体部５０１とは、流路部材５３１と底面部５１２との間の接着剤による接着に加えて、貫通孔Ｈ4に挿入されたピンＰ4の先端部を変形させるカシメにより、相互に固定される。底面部５１２のピンＰ4を利用したカシメは、流路部材５３１と流路部材５３２との固定にも寄与する。すなわち、流路部材５３１と流路部材５３２とは、両者間の接着剤による接着とピンＰ4を利用したカシメとにより相互に固定される。

バルブ組立体５４は、複数の流路部材５５（５５１〜５５４）の積層で構成され、インクカートリッジ３００から供給されるインクの圧力を制御する調整弁（例えば自己封止弁や背圧制御弁）が内部に形成される。各流路部材５５の固定には接着およびカシメが利用される。具体的には、図２に例示される通り、流路部材５５４のうち流路部材５５１〜５５３側の表面にピンＰ5が形成され、ピンＰ5が挿入される貫通孔Ｈ5が流路部材５５１〜５５３にわたり形成される。バルブ組立体５４の各流路部材５５は、各部材間の接着剤による接着に加えて、流路部材５５１〜５５３の貫通孔Ｈ5に挿入されたピンＰ5の先端部を変形させるカシメにより、相互に固定される。

以上に説明した通り、本実施形態では、支持部３４と流路部材３６１（底面部３７２）との固定、流路部材３６１（側面部３７４）と流路部材３６２との固定、流路部材３６１（張出部３７６）と制御基板３８との固定、第１筐体部５０１（底面部５１２）とフィルター組立体５２との固定、および、バルブ組立体５４の複数の流路部材５５の固定に、接着およびカシメ利用される。

＜製造工程＞
図４は、液体噴射ヘッド１６の製造工程のうち複数の部材（第１部材８１，第２部材８２）を接着およびカシメで相互に固定する組立工程の説明図である。図４では、第１部材８１にピンＰ（Ｐ1〜Ｐ5）が形成され、第２部材８２に貫通孔Ｈ（Ｈ1〜Ｈ5）が形成された場合が想定されている。ピン（カシメピン）Ｐを含む第１部材８１は、加熱により変形する熱可塑性材料（例えば樹脂材料）で一体的に形成される。図２の構成では、支持部３４，流路部材３６１の側面部３７４，流路部材３６１の張出部３７６，第１筐体部５０１の底面部５１２，および、流路部材５５４が第１部材８１に相当し、流路部材３６１の底面部３７２，流路部材３６２，制御基板３８，フィルター組立体５２，および、バルブ組立体５４の流路部材５５１〜５５３が第２部材８２に相当する。

図４に例示される通り、まず、第１部材８１および第２部材８２の少なくとも一方の表面に接着剤８４が形成される（工程Ｑ1）。例えば、第１部材８１または第２部材８２の表面に流体状の接着剤８４が塗布される。なお、第１部材８１の表面に接着剤８４を形成した状態を図４では例示したが、第２部材８２の表面や第１部材８１および第２部材８２の双方の表面に接着剤８４を形成することも可能である。また、両面に接着剤８４が塗布された膜体（両面テープ）を第１部材８１または第２部材８２の表面に配置することも可能である。接着剤８４の形成が完了すると、図４に例示される通り、第１部材８１のピンＰが第２部材８２の貫通孔Ｈに挿入された状態で、第１部材８１と第２部材８２とが接着剤８４を介して貼り合わされる（工程Ｑ2）。

工程Ｑ1で形成した接着剤８４の硬化前に図４の工程Ｑ3が実行される。工程Ｑ3では、第２部材８２のうち第１部材８１とは反対側の表面から突出したピンＰの先端部を、加熱機器（ヒーター）８５により加熱および加圧することで変形させる（工程Ｑ3）。工程Ｑ3のカシメ（熱カシメ）により、第１部材８１と第２部材８２とが相互に固定される。工程Ｑ3の実行後に接着剤８４を硬化させる。すなわち、第１部材８１と第２部材８２とのカシメ（工程Ｑ3）は、接着剤８４が完全に硬化するまで第１部材８１と第２部材８２とを保持（仮固定）する手段としても把握される。図４に例示した工程Ｑ1から工程Ｑ3を包含する製造工程で液体噴射ヘッド１６（更には印刷装置１００）が製造される。

以上に説明した通り、本実施形態では、液体噴射ヘッド１６を構成する第１部材８１と第２部材８２とが、両者間の接着剤８４の硬化前にカシメにより固定される。したがって、第１部材８１と第２部材８２とを接着剤８４の硬化まで工程Ｑ2の実行後の状態に保持する必要はない。すなわち、液体噴射ヘッド１６の製造に必要な時間が短縮される。また、接着剤８４の硬化まで第１部材８１と第２部材８２とを保持するための専用の治具やスペースは不要である。以上の通り、本実施形態によれば、第１部材８１と第２部材８２との接合で流路を形成する構造の製造コストを削減することが可能である。本実施形態では特に、熱可塑性材料のピンＰを加熱により変形させる熱カシメが採用されるから、ピンＰを加熱しない場合と比較してピンＰの破損等の可能性が抑制されるという利点がある。

＜変形例＞
前述の形態は多様に変形され得る。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された２以上の態様は、相互に矛盾しない範囲で適宜に併合され得る。

（１）前述の形態では、支持部３４，流路部材３６１の側面部３７４，流路部材３６１の張出部３７６，第１筐体部５０１の底面部５１２，および、流路部材５５４にピンＰ（Ｐ1〜Ｐ5）を形成し、流路部材３６１の底面部３７２，流路部材３６２，制御基板３８，フィルター組立体５２，および、バルブ組立体５４の流路部材５５１〜５５３に貫通孔Ｈ（Ｈ1〜Ｈ5）を形成したが、ピンＰと貫通孔Ｈとの関係を逆転させることも可能である。例えば、支持部３４，流路部材３６１の側面部３７４，流路部材３６１の張出部３７６，第１筐体部５０１の底面部５１２，および、流路部材５５４に貫通孔Ｈ（Ｈ1〜Ｈ5）を形成し（第２部材８２）、流路部材３６１の底面部３７２，流路部材３６２，制御基板３８，フィルター組立体５２，および、バルブ組立体５４の流路部材５５１〜５５３にピンＰ（Ｐ1〜Ｐ5）を形成して（第１部材８１）、各ピンＰを各貫通孔Ｈに挿入する構成も採用される。

（２）前述の形態では、複数のノズルＮからインクを噴射する液体噴射ヘッド１６を例示したが、液体噴射ヘッド１６以外にも本発明は適用され得る。例えば、液体噴射ヘッド１６にインクを供給する流路が形成された構造体に本発明を適用することも可能である。また、前述の形態で例示したフィルター組立体５２またはバルブ組立体５４の単体（液体噴射の機能を含まない要素）にも本発明は適用され得る。以上の例示から理解される通り、本発明の適用の対象は、液体が流通する流路が形成された流路構造体として包括的に表現され、前述の形態で例示した液体噴射ヘッド１６は流路構造体の好適例として位置付けられる。

また、流路構造体が具備する第１部材８１および第２部材８２の好適例は、それ自身が流路を形成する部材（すなわち流路の内周面を構成する要素）であるが、前述の形態における制御基板３８や筐体５０（第１筐体部５０１）のように流路の形成に直接的には寄与しない要素も第１部材８１または第２部材８２に該当し得る。

（３）液体噴射ヘッド１６がインクを噴射する方式は、圧電素子を利用した前述の方式（ピエゾ方式）に限定されない。例えば、加熱により圧力室内に気泡を発生させて圧力室内の圧力を変化させる発熱素子を利用した方式（サーマル方式）の液体噴射ヘッド１６にも本発明は適用され得る。また、前述の形態では、液体噴射ヘッド１６をキャリッジ１８に搭載して往復させるシリアル型の印刷装置１００を例示したが、印刷媒体２００の幅方向（Ｙ方向）に複数の液体噴射ヘッド１６を配列したライン型の印刷装置１００にも本発明は適用される。

（４）以上の形態で例示した印刷装置１００は、印刷に専用される機器のほか、ファクシミリ装置やコピー機等の各種の機器に採用され得る。もっとも、本発明の液体噴射装置の用途は印刷に限定されない。例えば、色材の溶液を噴射する液体噴射装置は、液晶表示装置のカラーフィルターを形成する製造装置として利用される。また、導電材料の溶液を噴射する液体噴射装置は、配線基板の配線や電極を形成する製造装置として利用される。

１００……印刷装置（液体噴射装置）、２００……印刷媒体、３００……インクカートリッジ、１０……制御装置、１２……搬送機構、１４……移動機構、１６……液体噴射ヘッド、１８……キャリッジ、２１……第１構造体、２２……第２構造体、２４……連通部、３０……固定板、３２……ヘッドユニット、３２２……ノズルプレート、３４……支持部、３６……供給部、３６１……流路部材、３６２……流路部材、３７２……底面部、３７４……側面部、３７６……張出部、３８……制御基板、５０……筐体、５０１……第１筐体部、５０２……第２筐体部、５１２……底面部、５１４……側面部、５２……フィルター組立体、５３１，５３２……流路部材、５４……バルブ組立体、５５（５５１〜５５４）……流路部材、８１……第１部材、８２……第２部材、８４……接着剤、８５……加熱機器、Ｐ（Ｐ1〜Ｐ5）……ピン、Ｈ（Ｈ1〜Ｈ5）……貫通孔。

Claims (4)

1. ノズルから液体を噴射するヘッドユニットと、前記ヘッドユニットを支持する支持部と、前記ヘッドユニットに前記液体を供給するための流路を形成する流路部材とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法であって、
   前記支持部および前記流路部材の一方には、熱可塑性材料で形成された複数のピンが設置され、前記支持部および前記流路部材の他方には、前記複数のピンがそれぞれ挿入される複数の貫通孔が形成され、
   前記ピンに隣接する接着剤を介して前記支持部と前記流路部材とを貼り合わせ、
   前記接着剤の硬化前に、前記複数の貫通孔にそれぞれ挿入された前記複数のピンの先端部を加熱により同時に変形させる熱カシメにより前記支持部と前記流路部材とを相互に固定する
   液体噴射ヘッドの製造方法。
2. ノズルから液体を噴射するヘッドユニットと、前記ヘッドユニットに駆動信号を供給する制御基板と、前記ヘッドユニットに前記液体を供給するための流路を形成する流路部材とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法であって、
   前記制御基板および前記流路部材の一方には、熱可塑性材料で形成された複数のピンが設置され、前記制御基板および前記流路部材の他方には、前記複数のピンがそれぞれ挿入される複数の貫通孔が形成され、
   前記ピンに隣接する接着剤を介して前記制御基板と前記流路部材とを貼り合わせ、
   前記接着剤の硬化前に、前記複数の貫通孔にそれぞれ挿入された前記複数のピンの先端部を加熱により同時に変形させる熱カシメにより前記制御基板と前記流路部材とを相互に固定する
   液体噴射ヘッドの製造方法。
3. ノズルから液体を噴射するヘッドユニットと、前記ヘッドユニットに供給される液体を通過させるフィルターを保持するフィルター組立体と、前記フィルター組立体を収容する筐体とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法であって、
   前記フィルター組立体および前記筐体の一方には、熱可塑性材料で形成された複数のピンが設置され、前記フィルター組立体および前記筐体の他方には、前記複数のピンがそれぞれ挿入される複数の貫通孔が形成され、
   前記ピンに隣接する接着剤を介して前記フィルター組立体と前記筐体とを貼り合わせ、
   前記接着剤の硬化前に、前記複数の貫通孔にそれぞれ挿入された前記複数のピンの先端部を加熱により同時に変形させる熱カシメにより前記フィルター組立体と前記筐体とを相互に固定する
   液体噴射ヘッドの製造方法。
4. 複数の部材の積層により構成され、前記液体の圧力を制御する調整弁が内部に形成されたバルブ組立体を具備し、
   前記複数の部材のうち一の部材には、熱可塑性材料で形成された複数のピンが設置され、前記複数の部材のうち他の部材には、前記複数のピンがそれぞれ挿入される複数の貫通孔が形成され、
   前記ピンに隣接する接着剤を介して前記複数の部材を貼り合わせ、
   前記接着剤の硬化前に、前記他の部材の前記複数の貫通孔にそれぞれ挿入された前記一の部材の前記複数のピンの先端部を加熱により同時に変形させる熱カシメにより前記複数の部材を相互に固定する
   請求項１から請求項３の何れかの液体噴射ヘッドの製造方法。

Images