JPH058389A - インクジエツト記録ヘツド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インク流路や共通液室を形成するための凹部
を形成した天板と、吐出エネルギー発生素子を設けた基
板との接合を確実に行う。 【構成】 複数のインク流路とこれらのインク流路に供
給されるインクを貯留する共通液室とを形成するための
凹部８，９を有する天板６と、この天板６に接合される
とともに前記インク流路中に配される吐出エネルギー発
生素子を有する基板とを有するインクジェット記録ヘッ
ドにおいて、前記天板６における前記基板との接合面に
貴金属の薄膜層１０を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数のインク流路やこ
れらのインク流路に供給されるインクを貯留する共通液
室を形成するための凹部を有する天板に対して基板を接
合させることによりインク流路や共通液室を形成するイ
ンクジェット記録ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上述した形式のインクジェット記
録ヘッドとしては種々のものがあり、例えば、圧電素子
の変形によりインク流路内に圧力変化を発生させて微小
液滴を吐出させるもの、あるいは、更に一対の電極を設
けてこれにより液滴を偏向して吐出させるものが知られ
ている。さらには、インク流路内に配設した発熱素子を
急激に発熱させることによってインク流路内のインクに
気泡を発生させ、この気泡の状態変化によってインク吐
出口から液滴を吐出させるものが知られている。

【０００３】これらの中でも、発熱による熱エネルギー
を利用してインクを吐出する方式のインクジェット記録
ヘッドは、その構造上インクを液滴として吐出させるこ
とにより飛翔液滴を形成するためのインク吐出口を高密
度に配列することができ、高解像力の記録をすることが
可能であること、また、記録ヘッドとして全体的なコン
パクト化も容易であること、さらには、最近の半導体分
野における技術の進歩と信頼性の向上が著しいＩＣ技術
やマイクロ加工技術の長所を十二分に活用でき、長尺化
及び面状化（２次元化）が容易であること等により、マ
ルチノズル化及び高密度実装化が容易で、しかも、大量
生産時の生産性が良く製造費用も廉価にできるものとし
て特に注目されている。

【０００４】このようなインクジェット記録ヘッドは、
一般に微細なインク吐出口、インク流路、及び、このイ
ンク流路中に設けられている吐出エネルギー発生素子を
具えている。

【０００５】そして、これらのインクジェット記録ヘッ
ドは、例えば、ガラスや金属等の基板に切削やエッチン
グ等により微細な凹部（以下、溝という）が形成された
基板（以下、天板という）と、吐出エネルギー発生素子
が設けられた他の適当な基板とを接着剤等により接合す
ることによって形成される。また、複数のインク流路を
有する場合には、これらのインク流路に連通する共通液
室を構成する溝が、インクが円滑かつ充分にインク流路
内に供給され得るように形成される。

【０００６】ところで、上記共通液室はインクの吐出に
よって消費される量に応じて充分な量のインクをインク
流路内に供給するためにその消費量に対して充分に余裕
の容積を有することが望まれる。しかしながら、インク
流路の高さと同じ程度の高さを有する共通液室では実質
的なインクの流動抵抗を小さくすることができず、容量
的には余裕があるものの充分なインクの供給を行えない
ため、共通液室の高さをインク流路の高さに対して充分
大きくすることが一般的な構成となっている。

【０００７】ところが、ガラスや金属の基板に微細な溝
を形成する方法では、インク流路の高さに対して充分な
高さを有する共通液室を形成することが困難である。

【０００８】また、エッチングを複数回繰り返して共通
液室のエッチング量を多くし、共通液室の高さを大きく
することもできるが、この方法では工程が増加するため
コストダウンや生産性に対する要求に充分答えられると
はいえない。

【０００９】そこで、従来は、共通液室部を別途に製造
し、接着剤等によってインク流路部分の終端部にその共
通液室部を接合することで所望の共通液室を形成するこ
とが行われてきた。

【００１０】この方法によれば、充分な共通液室容量も
得やすいためインクジェット記録ヘッドの性能面から見
れば好ましいが、このように別途部品を接合する方法は
同様に工程数の増加、生産性の低下という問題を内在し
ており、より多くのコストダウンを行うためにはまだ解
決すべき点も有している。

【００１１】また、このような方法を用いた場合には、
接着剤の硬化収縮に伴う応力の発生や位置ずれ、不完全
密封による記録液の洩れ、インク流路内や共通液室内へ
の接着剤の流れ込みや目詰まり等が発生する場合があっ
た。

【００１２】このような問題を解決するために、例え
ば、特開昭６４−６４８５７号公報において、共通液室
とインク流路とを構成するための溝を有する天板を射出
成形により一体形成したインクジェット記録ヘッドが開
示されている。

【００１３】また、特開平２−１８７３４４号公報にお
いては、天板の放熱性、剛性及び成形寸法精度を向上さ
せるために、天板を一体形成する樹脂に添加剤（金属粉
又はセラミックス粉）を添加したものが開示されてい
る。さらに、天板を形成する樹脂に添加剤を一様に分散
させるだけではなく２色成形することにより、微細な構
造のインク流路部には添加剤を分散させずに樹脂の平滑
性を保ち、共通液室部に添加剤を分散させることにより
天板の剛性を保つとともにインクの蓄熱を共通液室部に
おいて効率よく放熱できるということが開示されてい
る。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
２−１８７３４４号公報等においては、天板と基板との
接合方法については具体的な接合方法が開示されていな
い。ここで、天板と基板との接合は、通常は接着剤を用
いて行うものであるが、天板が樹脂により形成されてい
るために接着剤ののりが悪く、このため、天板と基板と
の不完全密閉によるインクの洩れ、天板と基板との位置
ずれ、天板と基板との分離等が発生する場合がある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、複数のインク流路とこれらのインク流路に供給され
るインクを貯留する共通液室とを形成するための凹部を
有する天板と、この天板に接合されるとともに前記イン
ク流路中に配される吐出エネルギー発生素子を有する基
板とを有するインクジェット記録ヘッドにおいて、前記
天板における前記基板との接合面に貴金属の薄膜層を形
成した。

【００１６】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
発明において、樹脂を射出成形することにより天板を一
体形成した。

【００１７】請求項３記載の発明では、請求項１記載の
発明において、樹脂を射出成形することにより天板を一
体形成するとともに前記樹脂中に金属粉又はセラミック
ス粉の添加剤を含有させた。

【００１８】

【作用】請求項１記載の発明では、天板における基板と
の接合面に貴金属の薄膜層を形成することにより、接着
剤を用いて行う天板と基板との接合が確実に行われる。

【００１９】請求項２記載の発明では、樹脂を射出成形
することにより天板を一体成形するため、歩留が高くな
り、コストも低減される。さらに、樹脂は接着剤ののり
が悪いが、天板における基板との接合面に貴金属の薄膜
層を形成することにより、接着剤を用いて行う天板と基
板との接合が確実に行われる。

【００２０】請求項３記載の発明では、天板を形成する
樹脂中に金属粉又はセラミックス粉の添加剤を含有させ
ることにより、天板の剛性が高くなり、また、放熱性が
高くなる。

【００２１】

【実施例】本発明の第一の実施例を図１乃至図４に基づ
いて説明する。まず、図３はインクジェット記録ヘッド
の全体を示したもので、記録ヘッド本体１とインクタン
ク（図示せず）とを一体化してカートリッジとしたもの
であり、前記インクジェット本体１に隣接する位置には
サブインクタンク２が設けられている。なお、前記イン
クタンクはカートリッジ本体３内に収納されるとともに
前記サブインクタンク２に接続されている。また、前記
記録ヘッド本体１と前記サブインクタンク２とは一対の
蓋４，５によって支持されるとともにこれらの蓋４，５
を介して前記カートリッジ本体３に取付けられている。

【００２２】つぎに、図１は前記記録ヘッド本体１を構
成する天板６を示したものであり、図２は天板６と基板
であるヒーターボード７とを接合することにより構成し
た前記記録ヘッド本体１を示したものである。前記天板
６は、樹脂を射出成形することにより一体形成されてお
り、この天板６には後述するインク流路を形成するため
の凹部であるインク流路溝８と、後述する共通液室を形
成するための凹部である共通液室溝９とが形成されてい
る。ここで、樹脂材料としては、耐インク性の優れたポ
リエーテルサルフォン、ポリエーテルケトン等を用い、
その中でも成形のために流動性のよい材料（melt flow
rate 10ｇ／10分以上）を用いる。さらに、成形前に樹
脂中に金属粉又はセラミックス粉の添加剤（図示せず）
を添加し、これにより、天板６の放熱性、剛性が向上
し、また、成形時における樹脂の収縮率が低下し、成形
精度が向上する。

【００２３】成形機としては市販の射出成形機を用いる
が、微細な形状を精度よく転写するために射出圧力２０
００ｋｇ／ｃｍ² 以上の能力を有する成形機を用いる。
また、樹脂の流動性を高めるためにシリンダ温度は４０
０℃以上に加熱する。

【００２４】成形のための金型は、図１に示した天板６
と対になる形状の金型を用いる。また、転写性を良くす
るために金型を樹脂の熱変形温度以上に加熱できるよう
にヒーター、熱媒体等を金型内に設ける。なお、金型の
樹脂充填部を真空ポンプ等により減圧して転写性を高め
ることも有効である。図１に示したインク流路溝８の溝
部幅“ａ”は、本実施例のインクジェット記録ヘッドが
１ｍｍ当り１６個のインク吐出口を有するために３２μ
ｍとし、非溝部幅“ｂ”は３１．５μｍとする。従っ
て、金型におけるインク流路溝８に対応する凸部の幅を
３１．５μｍとした。

【００２５】金型で形成された前記天板６は、精密に洗
浄された後、前記ヒーターボード７と接合される接合面
を含む内側面にスパッタ装置により金の薄膜層１０が５
００Å厚に形成されている。

【００２６】なお、本実施例においては薄膜層１０に金
を使用したが、この薄膜層１０としては接着剤ののりが
良く、かつ、インク耐蝕性の強い金属層であればよく、
具体的には貴金属が好ましい。ここでいう貴金属とは、
金属便覧（日本金属学会編）に記載されている金、銀、
白金属（白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、オ
スミウム、ルテニウム）のことである。また、膜厚が５
０Å以下では薄膜層としての硬化がほとんどあらわれ
ず、逆に１０００Å以上ではその効果が変わらない。つ
まり、本発明における薄膜層１０は貴金属を５０〜１０
００Å厚に形成するのが好ましい。

【００２７】つぎに、前記ヒーターボード７は、Ｓｉ基
板上に吐出エネルギー発生素子である電気熱変換体１１
とこの電気熱変換体１１に電気信号を供給するためのＡ
ｌ配線（図示せず）とを成膜技術によって形成したもの
であり、このヒーターボード７と前記天板６とを接合す
ることにより図２に示した前記記録ヘッド本体１が構成
されている。そして、この接合により、前記インク流路
溝８がヒーターボード７により覆われてインク流路１２
が形成され、前記共通液室溝９が前記ヒーターボード７
により覆われて共通液室１３が形成されている。なお、
前記電気熱変換体１１は、前記インク流路１２内に位置
するように配されている。また、前記ヒーターボード７
はＳｉ基板を用いて形成したが、ガラス、セラミック
ス、プラスチックスあるいは金属等を用いて形成するこ
ともできる。

【００２８】ここで、前記ヒーターボード７と前記天板
６との接合は、前記薄膜層１０を形成した天板６の接合
面とヒーターボード７の界面に接着剤を介在させて行っ
ている。具体的には、２液のエポキシ系接着剤ＸＢ３０
５２（チバガイギー製）を接合部の側面から毛管力によ
って流し込み、室温で５時間放置した後、８０℃の炉内
で８時間放置して完全に硬化させた。この接着剤は、イ
ンクに対する耐蝕性に優れている。また、紫外線硬化型
の接着剤ＵＶ−２０１（グレースジャパン製）もインク
耐蝕性に優れており、この接着剤を同様に毛管力によっ
て接合部に流し込み、天板６方向から紫外線を照射して
薄膜層１０からのもれ光で硬化させてもよく、あるい
は、加熱により硬化させてもよい。なお、本実施例にお
いては、毛管力によって接着剤を流し込んでいるが、予
め接合面に接着剤を塗布しておく方法でもよい。

【００２９】なお、上記実施例においては、天板６を形
成する樹脂に添加剤を一様に分散させるものとしたが、
２色成形により微細な構造のインク流路部には添加剤を
分散させず、樹脂の平滑性を保ち、共通液室部に添加剤
を分散することにより天板６の剛性を保ち、さらに、イ
ンクの蓄熱を共通液室部において効率よく放熱すること
ができる。

【００３０】また、吐出エネルギー素子としては、電気
熱変換体１１に限られるものではなく、圧電素子が発生
する機械的振動によってインクを吐出するようにしても
よい。

【００３１】つぎに、図４は前記記録ヘッド本体１と前
記サブインクタンク２とを示したものであり、前記天板
６の前記インク流路溝８を前記ヒーターボード７で覆う
ことにより前記インク流路溝１１が複数個形成されると
ともに、その先端部がそのままインク吐出口１４とされ
ている。

【００３２】このような構成において、天板６における
ヒーターボード７との接合面に貴金属の薄膜層１０を形
成したため、この薄膜層１０に対する接着剤ののりが大
幅に向上し、天板６とヒーターボード７とを接着剤を用
いて接合したときにその接合状態が強固になり、接合部
からのインクの洩れや接合部の位置ずれ、及び、天板６
とヒーターボード７との分離等の発生が防止される。

【００３３】ついで、本発明の第二の実施例を図５及び
図６に基づいて説明する。なお、図１乃至図４において
説明した部分と同一部分は同一符号で示し、説明も省略
する。図１乃至図４に示した実施例においては、天板６
とヒーターボード７とを接合することにより形成したイ
ンク流路１２の先端部をそのままインク吐出口１４とし
たのに対し、本実施例は、インク吐出口１５をインク流
路１２とは別に形成したものである。

【００３４】まず、天板６は耐インク性に優れたポリサ
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、ポリプロピレン等の樹脂を用いて金型内で成
形されており、この天板６には、インク吐出口１５が形
成された吐出口プレート部１６が一体成形されている。
なお、天板６に形成されたインク流路溝８の先端部はイ
ンク吐出口１５に連通されている。

【００３５】つぎに、インク流路溝８や共通液室溝９及
びインク吐出口１５の形成方法について説明する。イン
ク流路溝８と共通液室溝９とについては、それと逆パタ
ーンの微細溝を切削等の手法により形成した金型により
樹脂を成形し、これによって天板６にインク流路溝８と
共通液室溝９とを形成することができる。インク吐出口
１５については、インク吐出口１５の形状の駒、例え
ば、円筒形スライド駒を金型内のインク吐出口形成部分
に配置し、樹脂を充填してこれが硬化した後に駒をスラ
イドさせて逃がすことにより、金型内で形成することが
できる。

【００３６】また、他の方法としては、金型内ではイン
ク吐出口１５を有しない状態で形成し、これを金型内か
ら取出した後に、インク吐出口を形成すべき位置に吐出
口プレート部１６の端面側から例えばレーザー装置によ
り紫外線を照射し、樹脂を除去・蒸発させてインク吐出
口１５を形成することもできる。インク流路溝８や共通
液室溝９についても、レーザー装置からの紫外線の照射
により形成することも可能である。このとき、エキシマ
レーザーを適切に用いると、マスクパターンにそった精
密な加工を簡単に行うことができる。

【００３７】実施例では、インク流路溝８の溝部幅が３
０〜５０μｍ、非溝部幅が２０〜４０μｍ、インク吐出
口１５の穴径が２０〜４０μｍの天板６を得た。

【００３８】そして、このような天板６におけるヒータ
ーボード７との接合面に金の薄膜層１０を形成し、図６
に示すように電気熱変換体１１等を有するヒーターボー
ド７を吐出口プレート部１６に付き当るとともに天板６
とヒーターボード７とを接着剤を用いて接合し、記録ヘ
ッド本体１を得た。

【００３９】このような構成において、本実施例におい
ても天板６におけるヒーターボード７との接合面に金の
薄膜層１０を形成したため、天板６とヒーターボード７
との接合が確実かつ強固に行われている。

【００４０】つぎに、図７は図５及び図６において説明
した実施例の変形例を示したものでる。この実施例にお
いては、吐出口プレート部１７を天板６とは別個に形成
しておき、天板６を金型により形成する際にこの吐出口
プレート部１７を金型内に挿入してインサート成形した
ものである。なお、天板６を金型により成形した後、こ
の天板６に吐出口プレート部１７を接着してもよい。

【００４１】ここで、上記実施例において説明したよう
に、天板６におけるヒーターボード７との接合面に金の
薄膜層１０を形成して天板６とヒーターボード７とを接
合させた本発明に係るインクジェット記録ヘッドと、金
の薄膜層１０を形成していない従来例のインクジェット
記録ヘッドとにおける天板７とヒーターボード７との接
合状態を比較した検査結果について説明する。

【００４２】まず、天板６の接合面に薄膜層１０を形成
した本発明に係るインクジェット記録ヘッドと、薄膜層
を形成しない従来例のインクジェット記録ヘッドとを２
００個ずつ製造したところ、従来例のインクジェット記
録ヘッドにおいては、製造時の接着剤の流れ込み不足に
よるインクの洩れや天板６とヒーターボード７との分離
によって８個の不良が発生し、また、６ヵ月間放置した
ところさらに３個のインク洩れ不良が発生した。一方、
本発明に係るインクジェット記録ヘッドにおいては、製
造時及び６ヵ月放置後においてもインク洩れ不良が発生
しなかった。

【００４３】また、天板６とヒーターボード７との接合
状態を評価するために天板６とヒーターボード７とを分
離する破壊試験を行ったところ、従来例のインクジェッ
ト記録ヘッドにおいては、エポキシ樹脂の接着剤層がヒ
ーターボード７側に残り、天板６側に接着剤がついてい
たものは皆無であった。これに対し、本発明に係るイン
クジェット記録ヘッドでは、エポキシ樹脂の接着剤層が
崩れて天板６とヒーターボード７との両方に残ったもの
が約８０％であり、残りの２０％は接着剤層が全て天板
６側に付いていた。

【００４４】つまり、本発明に係るインクジェット記録
ヘッドでは、天板６の接合面に貴金属の薄膜層１０を形
成したことにより、天板６は接着剤層と強く接合してお
り、これは、天板６とヒーターボード７との接合が強く
なり、信頼性が向上したことを示している。

【００４５】

【発明の効果】請求項１記載の発明のように、天板にお
ける基板との接合面に貴金属の薄膜層を形成したことに
より、接着剤を用いて天板と基板とを接合させた際にそ
の接合を確実なものとすることができ、従って、天板と
基板との接合部からのインク洩れや、天板と基板との接
合位置の位置ずれ、天板と基板との分離等の発生を防止
することができ、また、貴金属はインクに対する耐蝕性
が強いのでその腐蝕に起因するインク洩れの発生を防止
することができ、長期間にわたってインクジェット記録
ヘッドの信頼性を維持することができ、また、請求項２
記載の発明のように樹脂を射出成形することにより天板
を一体形成したことにより、歩留を向上させることがで
きるとともにコストを低減させることができ、しかも、
樹脂は接着剤ののりが悪いものであるが、この樹脂によ
り形成した天板における基板との接合面に貴金属の薄膜
層を形成することにより、接着剤を用いて行う天板との
接合を確実に行わせることができるとともにその接合部
からのインク洩れ等の発生を防止することができ、ま
た、請求項３記載の発明のように、天板を射出成形する
樹脂中に金属粉又はセラミックス粉等の添加剤を含有さ
せたことにより、天板の剛性を高めることができるとと
もにインク蓄熱の天板からの放熱性を高めることができ
る等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例における天板を示す斜視
図である。

【図２】天板とヒーターボードとを接合させることによ
り構成した記録ヘッド本体を示す斜視図である。

【図３】インクジェット記録ヘッドの全体を示す斜視図
である。

【図４】記録ヘッド本体とサブインクタンクとを示す斜
視図である。

【図５】本発明の第二の実施例における天板を示す斜視
図である。

【図６】天板とヒーターボードとを接合することにより
構成した記録ヘッド本体を示す斜視図である。

【図７】第二の実施例の変形例における天板の変形例を
示す斜視図である。

【符号の説明】

６ 天板 ７ 基板 ８，９ 凹部 １０ 薄膜層 １１ 吐出エネルギー発生素子 １２ インク流路 １３ 共通液室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩崎 久八郎 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のインク流路とこれらのインク流路
   に供給されるインクを貯留する共通液室とを形成するた
   めの凹部を有する天板と、この天板に接合されるととも
   に前記インク流路中に配される吐出エネルギー発生素子
   を有する基板とを有するインクジェット記録ヘッドにお
   いて、前記天板における前記基板との接合面に貴金属の
   薄膜層を形成したことを特徴とするインクジェット記録
   ヘッド。
2. 【請求項２】 樹脂を射出成形することにより天板を一
   体形成したことを特徴とする請求項１記載のインクジェ
   ット記録ヘッド。
3. 【請求項３】 樹脂を射出成形することにより天板を一
   体形成するとともに前記樹脂中に金属粉又はセラミック
   ス粉の添加剤を含有させたことを特徴とする請求項１記
   載のインクジェット記録ヘッド。