JPWO2014077261A1 - インクジェットヘッドの製造方法、及び、インクジェットヘッド - Google Patents

インクジェットヘッドの製造方法、及び、インクジェットヘッド Download PDF

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Abstract

コストの上昇を抑えながら、容易にノズル配列の位置精度を高く保つことが出来るインクジェットヘッドの製造方法、及び、インクジェットヘッドを提供する。単一部材により構成され、一面にインクチャンネルとなる溝が形成されその反対側の面に前記溝が形成されていない形状のチャンネル部材のこの一面に第一の接着剤層を介し、チャンネル部材と線膨張率の異なる単一部材により構成されるカバー部材を積層すると共に、反対側の面に第二の接着剤層を介し、チャンネル部材と線膨張率の異なる単一部材により構成され、チャンネル部材とカバー部材との線膨張率の違いにより発生する熱変形を抑制する第一熱変形抑制部材を積層する第一積層工程と、第一、第二の接着剤層を同時に加熱して硬化させ、カバー部材、チャンネル部材、及び、第一熱変形抑制部材を接合する第一接合工程とを含む。

Description

この発明は、インクジェットヘッドの製造方法及びインクジェットヘッドに関する。
従来、インクジェットプリンターは、複数のノズルが配列されたインクジェットヘッドを有し、これらのノズルからインクを並列的に吐出させるタイミングを制御して画像を形成している。インクジェットヘッドには、各ノズルと対応するインク流路(チャンネル)が設けられ、このインク流路の少なくとも一部を変形させるといった所定の駆動動作により圧力室内のインクに圧力を加えてノズルから吐出させる。
このインクジェットヘッドの製造方法として、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)といった圧電部材を用いることで、電圧を印加することにより変形可能とされた基板(チャンネル基板)に複数の溝を設け、これらの溝の上面及び下面にそれぞれ非圧電部材のカバー部材(蓋部材)及びベース部材(底部材)を積層、接合することで溝に蓋をして、インク流路を形成する方法がある。カバー部材やベース部材の接合には、加熱硬化型の接着剤がしばしば用いられている。このように、カバー部材やベース部材を非圧電部材とすることで、コストの低減を図ることが出来る。
しかしながら、このような方法でインクジェットヘッドが製造される場合、チャンネル部材の材質と、カバー部材及びベース部材の材質とが互いに異なることで、その膨張率、特に線膨張率も異なることとなり、インクの吐出動作の際の温度上昇によりインクジェットヘッドが撓んでしまう。その結果、このインクジェットヘッドでは、ノズルが所望の位置からずれてしまうという問題があった。そこで、特許文献1には、リブが設けられたカバー部材を用い、リブの一部を切除することでカバー部材、チャンネル部材、及び、ベース部材の間の温度特性の違いを調整して反りを抑制する技術が開示されている。また、本願発明に関連する技術として、特許文献2には、インクジェットヘッドの流路部材(チャンネル基板)に対し、その一方の面に接合される複数のノズルが配列されたノズルユニットと、他方の面に接合されて流路部材の各流路のインクに圧力を加えるアクチュエーターユニットとを同時に加圧接着することで、確実に接着させる技術について記載されている。
特開2007−069475号公報 特開2007−245394号公報
しかしながら、片面にインク流路となる溝が設けられ、反対側の面には溝が設けられていないチャンネル部材に対し、この溝が設けられた面にのみ異なる材質のカバー部材を接合したインクジェットヘッドチップでは、従来の手法では、反りを抑えることが出来ずにノズル配列の位置精度が低下しやすいという課題がある。
この発明の目的は、コストの上昇を抑えながら、容易にノズル配列の位置精度を高く保つことが出来るインクジェットヘッドの製造方法、及び、インクジェットヘッドを提供することにある。
本発明は、上記目的を達成するため、請求項1記載の発明は、
インクチャンネル内のインクをノズルから吐出するインクジェットヘッドの製造方法であって、
単一部材により構成され、一面にインクチャンネルとなる溝が形成されその反対側の面に前記溝が形成されていない形状のチャンネル部材の前記一面に、第一の接着剤層を介し、当該チャンネル部材とは線膨張率の異なる単一部材により構成されるカバー部材を積層すると共に、前記反対側の面に、第二の接着剤層を介し、前記チャンネル部材とは線膨張率の異なる単一部材により構成され、前記チャンネル部材と前記カバー部材との線膨張率の違いにより発生する熱変形を抑制する第一熱変形抑制部材を積層する第一積層工程と、
前記第一の接着剤層と前記第二の接着剤層とを同時に加熱して硬化させ、前記カバー部材、前記チャンネル部材、及び、前記第一熱変形抑制部材を接合する第一接合工程と
を含むことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法である。
請求項2記載の発明は、請求項1記載のインクジェットヘッドの製造方法において、
前記カバー部材の線膨張率及び前記第一熱変形抑制部材の線膨張率は、何れも前記チャンネル部材の線膨張率よりも大きいことを特徴としている。
請求項3記載の発明は、請求項1記載のインクジェットヘッドの製造方法において、
前記カバー部材の線膨張率及び前記第一熱変形抑制部材の線膨張率は、何れも前記チャンネル部材の線膨張率よりも小さいことを特徴としている。
請求項4記載の発明は、請求項2又は3記載のインクジェットヘッドの製造方法において、
前記第一熱変形抑制部材の線膨張率は、前記カバー部材の線膨張率と同一であることを特徴としている。
請求項5記載の発明は、請求項1〜4の何れか一項に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、
前記第一熱変形抑制部材は、前記カバー部材と同一形状であることを特徴としている。
請求項6記載の発明は、請求項1〜5の何れか一項に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、
前記カバー部材には、前記インクチャンネルに連通し、前記インクチャンネルにインクを供給する貫通孔が設けられ、
前記第一熱変形抑制部材には、前記インクチャンネルに連通しないダミーの貫通孔が設けられている
ことを特徴としている。
請求項7記載の発明は、請求項1〜6の何れか一項に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、
前記第一積層工程の後に、前記カバー部材と前記チャンネル部材と前記第一熱変形抑制部材との積層体において前記インクチャンネルが開放されている一端面に前記ノズルが設けられたノズル形成部材を接合するノズル接合工程を含むことを特徴としている。
請求項8記載の発明は、請求項7記載のインクジェットヘッドの製造方法において、
前記ノズル接合工程は、加熱硬化型接着剤を含む接着剤を用いて前記ノズル形成部材を前記積層体に接着する工程を含むことを特徴としている。
請求項9記載の発明は、請求項1〜6の何れか一項に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、
前記ノズルは、前記カバー部材に設けられていることを特徴としている。
請求項10記載の発明は、請求項6〜8の何れか一項に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、
前記第一接合工程の後に、
前記カバー部材の前記チャンネル部材と接合される面とは反対側の面に、第三の接着剤層を介し、単一部材により構成され、外部から供給されたインクを前記貫通孔を介して前記インクチャンネルに供給するインク供給路となる凹部が形成されたインク供給部材を積層すると共に、前記第一熱変形抑制部材の前記チャンネル部材と接合される面とは反対側の面に、第四の接着剤層を介し、前記インク供給部材と線膨張率の等しい単一部材により構成され、前記インクチャンネルへのインク供給に寄与しないダミー凹部が形成された第二熱変形抑制部材を積層する第二積層工程と、
前記第三の接着剤層と前記第四の接着剤層とを同時に加熱して硬化させ、前記カバー部材と前記インク供給部材、及び、前記第一熱変形抑制部材と前記第二熱変形抑制部材をそれぞれ接合する第二接合工程と
を含むことを特徴としている。
請求項11記載の発明は、
インクチャンネル内のインクをノズルから吐出するインクジェットヘッドであって、
単一部材により構成され、一面にインクチャンネルとなる溝が形成されその反対側の面に前記溝が形成されていない形状のチャンネル部材と、
当該チャンネル部材とは線膨張率の異なる単一部材により構成され、前記チャンネル部材の前記一面に接合されたカバー部材と、
前記チャンネル部材とは線膨張率の異なる単一部材により構成され、前記チャンネル部材の前記反対側の面に接合されて前記チャンネル部材と前記カバー部材との線膨張率の違いにより発生する熱変形を抑制する第一熱変形抑制部材と、
を備えることを特徴とするインクジェットヘッドである。
請求項12記載の発明は、請求項11記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記カバー部材の線膨張率及び前記第一熱変形抑制部材の線膨張率は、何れも前記チャンネル部材の線膨張率よりも大きいことを特徴としている。
請求項13記載の発明は、請求項11記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記カバー部材の線膨張率及び前記第一熱変形抑制部材の線膨張率は、何れも前記チャンネル部材の線膨張率よりも小さいことを特徴としている。
請求項14記載の発明は、請求項12又は13記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記第一熱変形抑制部材の線膨張率は、前記カバー部材の線膨張率と同一であることを特徴としている。
請求項15記載の発明は、請求項11〜14の何れか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記第一熱変形抑制部材は、前記カバー部材と同一形状であることを特徴としている。
請求項16記載の発明は、請求項11〜15の何れか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記カバー部材には、前記インクチャンネルに連通し、前記インクチャンネルにインクを供給する貫通孔が設けられ、
前記第一熱変形抑制部材には、前記インクチャンネルに連通しないダミーの貫通孔が設けられている
ことを特徴としている。
請求項17記載の発明は、請求項11〜16の何れか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記チャンネル部材、前記カバー部材、及び、前記第一熱変形抑制部材が接合された積層体において前記インクチャンネルが開放されている一端面に、前記ノズルが設けられたノズル形成部材が接合されていることを特徴としている。
請求項18記載の発明は、請求項17記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記ノズル形成部材は、加熱硬化型接着剤を含む接着剤を用いて前記積層体に接着されていることを特徴としている。
請求項19記載の発明は、請求項11〜16の何れか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記ノズルは、前記カバー部材に設けられていることを特徴としている。
請求項20記載の発明は、請求項16〜18の何れか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
単一部材により構成され、外部から供給されたインクを前記貫通孔を介して前記インクチャンネルに供給するインク供給路となる凹部が形成されて、前記カバー部材の前記チャンネル部材と接合される面とは反対側の面に接合されたインク供給部材と、
当該インク供給部材と線膨張率の等しい単一部材により構成され、前記インクチャンネルへのインク供給に寄与しないダミー凹部が形成されて、前記第一熱変形抑制部材の前記チャンネル部材と接合される面とは反対側の面に接合された第二熱変形抑制部材と、
を備えることを特徴としている。
本発明に従うと、コストの上昇を抑え、且つ、容易にノズル配列の位置精度を高く保ちながらインクジェットヘッドを製造することができるという効果がある。
本発明の第1実施形態のインクジェットヘッドの構成を示す分解図である。 本発明の第1実施形態のインクジェットヘッドの構成を示す図である。 第1実施形態のインクジェットヘッドの製造方法を説明する図である。 第1実施形態のインクジェットヘッドの製造方法を説明する図である。 第1実施形態のインクジェットヘッドの製造方法を説明する図である。 第1実施形態のインクジェットヘッドの製造方法を説明する図である。 変形例1のインクジェットヘッドの構造を示す斜視図である。 変形例1のインクジェットヘッドの構造を示す断面図である。 変形例1のインクジェットヘッドの製造方法を説明する図である。 変形例1のインクジェットヘッドの製造方法を説明する図である。 変形例1のインクジェットヘッドの製造方法を説明する図である。 変形例1のインクジェットヘッドの製造方法を説明する図である。 変形例2のインクジェットヘッドの構成及び製造方法を説明する図である。 変形例2のインクジェットヘッドの構成及び製造方法を説明する図である。 変形例2のインクジェットヘッドの構成及び製造方法を説明する図である。 変形例2のインクジェットヘッドの構成及び製造方法を説明する図である。 変形例3のインクジェットヘッドの構成及び製造方法を説明する図である。 変形例3のインクジェットヘッドの構造を説明する断面図である。 変形例3のインクジェットヘッドの構成及び製造方法を説明する図である。 変形例3のインクジェットヘッドの構成及び製造方法を説明する図である。 第2実施形態のインクジェットヘッドの構成を示す図である。 第2実施形態のインクジェットヘッドの構成を示す図である。 第2実施形態のインクジェットヘッドの構成を示す図である。 ノズル配列の評価方法を説明する図である。 ノズル配列の評価結果を示す図表である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
[第1実施形態]
図1A、図1Bは、第1実施形態のインクジェットヘッド100の構成を示す図である。
図1Aは、インクジェットヘッド100の構成を分解して示す図である。また、図1Bは、インクジェットヘッド100の上記構成を接合した状態を示す図である。
このインクジェットヘッド100は、それぞれ板状のチャンネル部材10と、カバー部材20と、補助部材30(第一熱変形抑制部材)と、ノズルプレート60(ノズル形成部材)などを備える。
本実施形態のインクジェットヘッド100において、チャンネル部材10は、厚さに比して長さ及び幅が大きい板状部材であり、チャンネル部材10の一方の面、即ち、板面の表裏のうち片面には、インクチャンネルとなる複数の溝11が平行に設けられている。ここでは、説明のため、例として6本の溝が設けられたチャンネル部材10を図示しているが、チャンネル部材10は、必要な溝の本数(例えば、256本)及びインクの吐出量、吐出速度、解像度などに合わせて、その長さ(板面の短辺方向)と幅(板面の長辺方向)、溝11それぞれの深さ(厚さ方向)と幅、隣接する溝の間隔といった値が定められる。このインクジェットヘッド100では、複数の溝11は、それぞれチャンネル部材10の板面において長さ方向に延びるように設けられる。この複数の溝11が設けられた面上にカバー部材20が接合されることで、それぞれの溝11が孔状のインク流路11a(圧力室)となる。チャンネル部材10は、圧電部材(例えば、チタン酸ジルコン酸鉛)で形成されており、本実施形態のインクジェットヘッド100では、インク流路11aの両側壁に沿って電極を形成し、隣接するインク流路11aの間の壁面を挟んだ電極間に電圧を印加することで各インク流路11aの形状を変形させることが可能となっている。チャンネル部材10においてカバー部材20が接合された面とは反対側の面には、補助部材30が接合される。カバー部材20、チャンネル部材10、及び、補助部材30が積層された積層体の一の側面には、ノズルプレート60が接合される。
カバー部材20は、本実施形態ではセラミック基板であり、特に限られないが、例えば、ジルコニア(ZrO)、シリカ/アルミナ化合物(SiO/Al)、窒化ケイ素(Si)などの中から単一部材が選択されて用いられる。
ノズルプレート60は、例えば、シリコン製のものであり、インク流路11aの開放端が設けられた積層体の側面のうちの一方に接合される。ノズルプレート60には、幅方向に配列された複数のインク流路11aの開口位置に合わせてそれぞれノズル開口部61が設けられている。即ち、複数のノズル開口部61は、インクジェットヘッド100の幅方向(長手方向)に配列される。本実施形態のインクジェットヘッド100では、インクは、ノズルプレート60が接合されていない他の開放端から各インク流路11aに供給され、当該インク流路11a(圧力室)の変形に伴い圧縮加圧されてこのノズル開口部61から外部に吐出される。
補助部材30としては、本実施形態のインクジェットヘッド100では、次の基準により一の材料が選択されて用いられる。即ち、カバー部材20の線膨張率がチャンネル部材10の線膨張率よりも大きい場合には、補助部材30には、チャンネル部材10よりも線膨張率の大きい材質が選択され、カバー部材20の線膨張率がチャンネル部材10の線膨張率よりも小さい場合には、補助部材30には、チャンネル部材10よりも線膨張率の小さい材質が選択される。
この条件において、更に、補助部材30の線膨張率をカバー部材20の線膨張率と略同一となるように材料を選択することが出来る。また、更に、補助部材30の材質をカバー部材20の材質と同一にすることができる。
また、本実施形態のインクジェットヘッド100では、補助部材30は、カバー部材20と同一形状としている。
この補助部材30は、インクジェットヘッド100において、電圧供給などの配線、圧力室の変形、或いは、インク流路の形成やインクの供給には一切寄与しないが、チャンネル部材10とカバー部材20の線膨張率の違いにより生じる反りを抑える熱変形抑制部材として機能するものである。
次に、第1実施形態のインクジェットヘッド100の製造方法について説明する。
図2A〜図2Dは第1実施形態のインクジェットヘッド100の製造方法について説明する図である。
本実施形態のインクジェットヘッド100の製造では、先ず、溝11が形成されたチャンネル部材10、カバー部材20、及び、補助部材30を用意し、常温で、カバー部材20とチャンネル部材10との接合面に接着剤15(第一の接着剤層)を塗布し、また、チャンネル部材10と補助部材30との接合面に接着剤25(第2の接着剤層)を塗布する(工程1、図2A)。本実施形態のインクジェットヘッド100の製造で用いられる接着剤15、25は、何れも加熱硬化型の接着剤である。次いで、これらを補助部材30、チャンネル部材10、カバー部材20の順に積層した積層体を形成する(工程2、図2B)。それから、この積層体を一体的に加熱して接着剤15、25を同時に硬化させ、チャンネル部材10に対し、補助部材30及びカバー部材20を接着層15a、25aにより接合する(工程3、図2C)。続いて、各部材が接合された積層体の側面部とノズルプレート60の接合面に常温で接着剤35を塗布した後、インク流路11aの開口部とノズル開口部61の位置を合わせながら接触させる。本実施形態のインクジェットヘッド100の製造で用いられるこの接着剤35も、加熱硬化型の接着剤である。最後に、この積層体とノズルプレート60とを加熱して接着剤35を硬化させることで、ノズルプレート60が接着層35aを介して積層体に接合されて(工程4、図2D)、インクジェットヘッド100が形成される。
以上の各製造工程のうち、(工程1)、(工程2)により第一積層工程が構成され、(工程3)により第一接合工程が構成される。また、(工程4)によりノズル接合工程が構成される。
以上のように、第1実施形態のインクジェットヘッド100では、一方の面に溝11が設けられ、この面とは反対側の面には溝が設けられていないチャンネル部材10に対して、溝11を塞いでインク流路11a(圧力室)を形成するカバー部材20が接合される面とは反対側の面に、配線、圧力室の変形、インク流路の形成やインクの供給に寄与しない補助部材30が接合されて、熱変形抑制部材として機能する。即ち、カバー部材20とチャンネル部材10のみの接合で生じる大きな反りを、反対側に設けられた補助部材30により抑制するので、インクジェットヘッド100を使用する際の温度変化があっても、インクジェットヘッド100全体として反りが小さく精度の高いノズル配列を得ることが出来る。
また、チャンネル部材10、カバー部材20、及び、補助部材30が積層された積層体を形成した後、この積層体の側面に加熱硬化型接着剤を用いてノズルプレート60を加熱接着する際に、この積層体全体での反りが抑えられ、最終的に製造されたインクジェットヘッド100において、ノズルプレート60が歪んでノズル配列の精度が低下することを防ぐことが出来る。
また、カバー部材20、チャンネル部材10、及び、補助部材30を常温で接着剤15、25を挟んで積層した後、加熱して同時に接着させるので、積層体の接合時にも大きな反りを生じさせない。
また、この補助部材30としては、カバー部材20とチャンネル部材10の線膨張率の大小関係と、補助部材30とチャンネル部材10の線膨張率の大小関係とが同一となるように選択された単一部材が用いられるので、加熱硬化型接着剤を加熱硬化させる際にチャンネル部材10との線膨張率の大小関係により生じる反りの向きがチャンネル部材10に対して対称な向きになり、全体として反りを相殺することが出来る。
また、カバー部材20にチャンネル部材10と同じ高価な圧電部材を用いる必要が無いので、コストの上昇を抑えつつノズル配列位置の精度を維持、向上させることができる。
また、インクジェットヘッド100全体として生じる反りを抑えるので、カバー部材20及び補助部材30の各々には、廉価な部材を適宜選択して用いることが出来る。
また、安定性及び確実性の高い加熱硬化型接着剤を用いても大きな反りを生じさせないので、高精度且つ耐久性の高いインクジェットヘッド100を得ることが出来る。
また、このとき、チャンネル部材10の線膨張率がカバー部材20及び補助部材30の線膨張率より大きくても小さくても良いが、接着剤の強度やカバー部材20、補助部材30のサイズ、ヤング率などに基づいて耐久性を高くすることが期待できるように定めることで、長期間の高精度な利用に対応することができる。
また、特に、カバー部材20及び補助部材30に同一の部材を用いることで、反りの特性を略同一とすることが出来るので、接合された積層体全体としての反りを更に小さくすることができる。
また、更に、カバー部材20及び補助部材30の形状を同一とすることで、反りの大きさ自体を略同一にすることが出来るので、チャンネル部材10の両側にバランスよく反りを起こす力がかかることになり、積層体全体としての反りを抑えることが出来る。
[変形例1]
図3A、図3Bには、変形例1のインクジェットヘッド100aの構造を示す。
この変形例1のインクジェットヘッド100aは、カバー部材20aの形状及びインク供給口21aの有無を除き、第1実施形態のインクジェットヘッド100と同一であり、同一部分については、詳しい説明を省略する。
図3Aには、インクジェットヘッド100aの各構成を接合した図を示す。インクジェットヘッド100aを構成するカバー部材20aは、補助部材30及びチャンネル部材10とは長さ(チャンネル部材10におけるインク流路方向の長さ)が異なる形状を有している。また、このカバー部材20aには、インク供給口21a(貫通孔)が設けられている。
図3Bには、図3Aにおけるインク流路11aの一本を含む断面A−Aで切断した断面図を示す。この断面図には、図3Aに示した各構成に加え、インク供給部材40(マニホールド)を併せて表示することでインクの流れを分かりやすくしている。インク供給部材40は、例えば、樹脂などの単一部材で構成されており、カバー部材20aのチャンネル部材10と接合されている面とは反対側の面に接合されている。このインクジェットヘッド100aでは、インクは、インク供給部材40に設けられてインク供給路となるインク室用凹部41から、インク供給口21aを介して各インク流路11aに供給され、ノズル開口部61から外部に吐出される。
図4A〜図4Dには、変形例1のインクジェットヘッド100aの製造方法を示す。
先ず、常温で、これらのカバー部材20a、チャンネル部材10、及び、補助部材30の接合面にそれぞれ未硬化の接着剤15、25を塗布し(図4A)、順番に積層して積層体を形成する(図4B)。次いで、全体をまとめて加熱して、接着剤15、25を硬化させた接着層15a、25aを介してチャンネル部材10にカバー部材20a及び補助部材30を同時に接着する。そして、この積層体の側面のうち、インク流路11aが開放されている一端面に接着剤35を塗布した後(図4C)、インク流路11aの位置とノズル開口部61の位置とを合わせながらノズルプレート60を貼り合わせ、接着剤35を加熱硬化させることで、接着層35aを介して積層体とノズルプレート60とを接合する(図4D)。
以上のように、変形例1のインクジェットヘッド100aでは、カバー部材20a及び補助部材30のサイズが異なるものを用いている。インクジェットヘッドでは、インク供給部材40の配置上の問題など、サイズ、機能、或いは、デザインの各面から、必ずしも対称な形状とすることが出来ない場合があるが、このような場合でも、補助部材30を用いることで全体としての反りを低減させることが出来る。また、例えば、一の非対称性を相殺するように他の形状や材質を非対称に設定することで、更に効率よく全体としての反りを抑え、高精度なノズル配列がなされたインクジェットヘッドを得ることが出来る。
[変形例2]
図5A〜図5Dには、変形例2のインクジェットヘッド100bの構成と製造方法を示す。
この変形例2のインクジェットヘッド100bは、カバー部材20b及び補助部材30bのサイズが何れもチャンネル部材10のサイズと異なり、また、何れにも複数の貫通穴(貫通孔)が設けられている点を除き、変形例1のインクジェットヘッド100aと同一である。同一の構成については同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
図5Aに示すように、カバー部材20bには、チャンネル部材10の溝11にそれぞれ対応して個別にインクを供給するためのインク供給口21bが設けられている。一方、補助部材30bにも貫通穴31bが設けられている。この貫通穴31bの数、配置や形状は、特に限られないが、チャンネル部材10に対して対称に設けるといった形でインクジェットヘッド100bの温度が変化する際のカバー部材20bに設けられたインク供給口21bによる反りの影響を効果的に相殺できることがより望ましい。本実施形態のインクジェットヘッド100bでは、貫通穴31bは、カバー部材20bと同一形状の補助部材30bにおいて、カバー部材20bにおけるインク供給口21bの位置と同一の位置にそれぞれ設けられている。
この変形例2のインクジェットヘッド100bの製造においては、先ず、常温で、カバー部材20b及び補助部材30bとチャンネル部材10との接合面に接着剤15、25を塗布し(図5A)。次いで、これらを順に積層した積層体を形成する(図5B)。その後、接着剤15、25を同時に加熱硬化させて、接着層15a、25aをそれぞれ挟んでカバー部材20b及び補助部材30bをチャンネル部材10に接合する。そして、この積層体の側面のうち、インク流路11aが開放されている一端に常温で接着剤35を塗布してノズルプレート60を貼付し(図5C)、接着剤35を加熱硬化させることで接着層35aを介して積層体とノズルプレート60を接合する(図5D)。以上の手順により、インクジェットヘッド100bが形成される。
このインクジェットヘッド100bでは、変形例1のインクジェットヘッド100aと同様に、カバー部材20bの外側に設けられた図示略のインク供給部材40からインク供給口21bのみを介して各インク流路11aにインクが供給されて、ノズルプレート60から吐出される。補助部材30bに設けられた貫通穴31bは、チャンネル部材10の底面によってインク流路11aに連通しないように封鎖される形状となっており、インクの供給に寄与しないダミーの貫通穴である。
以上のように、変形例2のインクジェットヘッド100bは、インクの供給には寄与しないダミーの貫通穴31bが補助部材30bに形成され、カバー部材20b及び補助部材30bにおける加熱時の伸縮特性を略同一のものとしているので、インクジェットヘッド100bが加熱された際の積層体の反りを更に抑えることが出来る。従って、ノズルプレート60の接着時や、インクジェットヘッド100bの動作時にノズル列を高精度で配置することが出来る。
[変形例3]
図6A〜図6Dには、変形例3のインクジェットヘッド100cの構成及び製造方法を示す。
この変形例3のインクジェットヘッド100cは、変形例1のインクジェットヘッド100aのチャンネル部材10に設けられた溝11の形状が変更されていると共に、補助部材30のサイズをカバー部材20aと一致させ、また、ダミー部材50(第二熱変形抑制部材)が設けられている。その他の点については、変形例1のインクジェットヘッド100aと変形例3のインクジェットヘッド100cとは同一であり、同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
図6Aの分解図に示すように、溝11cは、板状のチャンネル部材10cの一側面でのみ開放されており、溝11cの上面がカバー部材20aにより塞がれることで形成されるインク経路11d(図6Bの断面図参照)と、インク供給口21aとが連通するように形成されている。
また、図6Bの断面図に示すように、補助部材30cのチャンネル部材10cとの接合面とは反対側の面には、更に、ダミー部材50が接合される。このダミー部材50には、凹部51(ダミー凹部)が設けられており、この凹部51がチャンネル部材10cに面して配置される。しかしながら、ダミー部材50は、インク供給部材40の温度変化に伴う変形の特性を打ち消すためのものであり、この凹部51は、各部へのインクの供給には寄与しない。ダミー部材50は、特には限られないが、この変形例3では、インク供給部材40とは同一のサイズ及び材質であり、チャンネル部材10cに対して対称の形状である。即ち、凹部51の形状も、特には限られないが、この変形例3では、インク室用凹部41と同一形状及びサイズで形成されている。
この変形例3のインクジェットヘッド100cは、次のように製造される。
即ち、図6Cに示すように、変形例1と同様の手順で接合済みのカバー部材20a、チャンネル部材10c、補助部材30c、及び、ノズルプレート60に対し、インク供給部材40との接合面に接着剤45(第三の接着剤層)を塗布し、また、ダミー部材50との接合面に接着剤55(第四の接着剤層)を塗布する(工程5)。ここで、本変形例3のインクジェットヘッド100cにおいて、接着剤45、55には、加熱硬化型接着剤が用いられる。それから、インク室用凹部41及び凹部51が接合面側に向くようにこれらの各部材を積層する。その後、全体を一体的に加熱し、接着剤45、55を同時に加熱硬化させた接着層45a、55aを介してインク供給部材40及びダミー部材50が接合されることで、図6Dに示すインクジェットヘッド100cが形成される(工程6)。
上述の工程5が第二積層工程を構成し、工程6が第二接合工程を構成する。
このように、変形例3のインクジェットヘッド100cは、カバー部材20aの反りを相殺する補助部材30cと共に、インク供給部材40の反りを相殺するダミー部材50を備えているので、製造の際、及び、使用の際、更に、ノズル配列の位置を高精度に維持することが可能であり、且つ、インクジェットヘッド100cの使用中に生じる反りを小さく抑えることが出来る。
[第2実施形態]
次に、第2実施形態のインクジェットヘッド100dについて説明する。
図7A、図7Bは、第2実施形態のインクジェットヘッド100dの構成及び製造方法を説明する図である。
第2実施形態のインクジェットヘッド100dは、図7Aの分解図に示すように、チャンネル部材10の溝11の位置に対応してカバー部材20dにインク吐出用のノズル開口部21d(ノズル)が設けられており、ノズルプレートとして機能する。即ち、このインクジェットヘッド100dでは、インクは、インク流路11aがそれぞれ延びている方向に対して垂直方向に吐出され、積層体の側面部にノズルプレート60が設けられない。その他の構成は、第1実施形態のインクジェットヘッド100と同一であり、同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
次に、第2実施形態のインクジェットヘッド100dの製造方法について説明する。
インクジェットヘッド100dの製造においては、図7Bに示すように、先ず、カバー部材20d、チャンネル部材10、及び、補助部材30を、常温でそれぞれ接着剤15、25を挟んで積層し、積層体を形成する。そして、加熱により接着剤15、25を同時に硬化させた接着層15a、25aを介し、図7Cに示すように、カバー部材20d及び補助部材30をチャンネル部材10に接合させる。なお、形成、接合された積層体の側面で開放されているインク流路11aの一端は、図示略のインク供給部材に接合されてインクの供給口となり、他方は封鎖される。
以上のように、第2実施形態のインクジェットヘッド100dは、カバー部材20dにノズル開口部21dが設けられており、このカバー部材20dが接合されるチャンネル部材10の当該接合面と反対側の面に補助部材30が接合され、カバー部材20dの反りの向きと補助部材30の反りの向きとがチャンネル部材10に対して対称になるように線膨張率の大小関係が定められる範囲でこれらカバー部材20dと補助部材30の材質が選択されているので、インクジェットヘッド100dの動作時に温度が上昇してもカバー部材20dに大きな反りが生じるのを抑えることが出来、高精度なノズル配列を維持することが出来る。
また、これらのカバー部材20dと補助部材30とが同時にチャンネル部材10に対して加熱硬化型の接着剤15、25により接着されるので、インクジェットヘッド100dの製造時にも全体として反りの少ない高精度なノズル配列を得ることができる。
なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、様々な変更が可能である。
例えば、上記実施の形態では、カバー部材20と補助部材30の形状や材質を等しくして対称性により反りを抑える例を挙げたが、更に、チャンネル部材10自体がその板面の片方の面にのみ溝11が設けられた非対称な形状となっている点を考慮して、この影響を補完するようにカバー部材20と補助部材30の形状や材質を微調整しても良い。
また、上記実施の形態では、カバー部材20の線膨張率とチャンネル部材10の線膨張率との大小関係を、補助部材30の線膨張率とチャンネル部材10の線膨張率との大小関係と等しくすることで反りを抑える場合について説明したが、補助部材30として機能させることが可能な部材の選択は、この基準に限られない。例えば、補助部材30としてチャンネル部材10の線膨張率との差が小さく、且つ、ヤング率が大きく曲がり難い部材を用いることで、当該部材とチャンネル部材10との線膨張率の差に起因する反りを小さく抑え、且つ、カバー部材20とチャンネル部材10との線膨張率の差に起因した反る力に対抗する力を大きくして、全体として反りを増大させないといった、線膨張率以外のパラメーターに基づく材質の選択が可能である。
また、上記実施の形態では、接着剤15、25を加熱硬化させる際に同一温度で硬化させることを前提として説明したが、各接着剤の加熱温度を異なるものとしても良い。例えば、カバー部材20の線膨張率がチャンネル部材10の線膨張率より大きく、且つ、補助部材30の線膨張率がチャンネル部材10の線膨張率よりも小さい場合、接着剤15、25を加熱硬化させる際に、チャンネル部材10の温度が補助部材30の温度より低く、且つ、カバー部材20の温度がチャンネル部材10の温度より低くなるように制御して大きな反りを生じさせないようにしても良い。或いは、反対に、カバー部材20の線膨張率がチャンネル部材10の線膨張率よりも小さく、且つ、補助部材30の線膨張率がチャンネル部材10の線膨張率よりも大きい場合、接着剤15、25を加熱硬化させる際に、チャンネル部材10の温度がカバー部材20の温度より低く、且つ、補助部材30の温度がチャンネル部材10の温度より低くなるように制御することでも、大きな反りを生じさせ得ないようにすることが出来る。このような方法により、インクジェットヘッド100の製造時における反りの発生を全体として抑えることが出来、カバー部材20及び補助部材30の材料選択の幅を更に広げることが出来る。また、このような異なる熱硬化温度に合わせて異なる接着剤15、25を選択しても良い。同様に、接着剤35、45についても、加熱温度を異ならせたり、異なる接着剤を選択したりしてもよい。
また、上記実施の形態では、各部材が加熱硬化型接着剤を用いて接合されることとしたが、他の接着剤を用いた場合であっても良い。常温で接着可能な接着剤を用いた場合でも、インクジェットヘッド100の使用時における発熱(温度上昇)に応じた反りを抑えて高精度なノズル列の配置を保つことが出来る。また、加熱硬化による接合を行う場合であっても、接着剤は、加熱硬化型接着剤だけではなく、他の種類の接着剤、例えば、UV硬化型接着剤と混合されたものであっても良い。
また、上記実施の形態では、板状部材であるチャンネル部材10の長手方向にノズル列が配列されるように溝11やノズル開口部61を設けたが、このような配置に限られない。また、溝11が設けられた面の反対側の面に溝や孔部といったインク供給に寄与する構成が設けられない限り、これらの構成の配置は適宜設定可能である。
また、上記実施の形態では、複数のノズルを一枚のノズルプレート60に配列して設けたが、チャンネル部材10における各インク流路11aの末端に各々ノズルを形成する場合であっても、同様にノズル配列位置の精度を維持、向上させることが出来る。
また、上記実施の形態では、圧力室内の側壁に沿って電極を配置したが、電極の配置は、これに限られない。例えば、圧力室間の側壁とカバー部材との間に設けられる形でも良い。
その他、上記実施の形態で示した具体的な構成、形状、配置、数値、材質などの細部は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、適宜変更可能である。
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。
[インクジェットヘッドの作製]
(実施例1)
インクジェットヘッドのチャンネル部材としては、厚さ0.9mm、幅42mm、長さ17mmの板状のチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を用いた。チャンネル部材には、深さ310μm、幅80μmの溝が、溝の中心線同士の間隔(ピッチ)を141μmとして平行に256本形成されている。PZTの線膨張率([μm・m−1・K−1]、以下、[ppmK−1]と記す)は、20℃を基準として6.7[ppmK−1]である。
また、カバー部材として、厚さ0.8mm、幅42mm、長さ12mmの窒化ケイ素(線膨張率は20℃を基準として2.6[ppmK−1])、補助部材(熱変形抑制部材)として、厚さ0.8mm、幅42mm、長さ12mmの窒化アルミニウムと窒化ホウ素の化合物(AlN/BN、線膨張率は20℃を基準として4.4[ppmK−1])をそれぞれ用いた。
補助部材、チャンネル部材、カバー部材の順番に常温(20℃)でそれぞれエポキシ樹脂層を挟んで積層した後、一体的に加熱して両エポキシ樹脂層を同温で硬化させ、接着した。それから、この積層体の側面に、エポキシ樹脂を挟んで厚さ0.2mm、幅42mm、長さ2.5mmのシリコン製ノズルプレートを接触させ、再度加熱してエポキシ樹脂を硬化させて接着することで、実施例1のインクジェットヘッドを作製した。
(実施例2)
実施例1のインクジェットヘッドの作製において、カバー部材としてジルコニア(線膨張率は10.5[ppmK−1])を用い、補助部材としてシリカ/アルミナ化合物(SiO/Al、線膨張率は8.5[ppmK−1])を用いた他は同様の実施例2のインクジェットヘッドを作製した。
(実施例3)
実施例1のインクジェットヘッドの作製において、カバー部材及び補助部材として、何れもAlN/BNを用いた他は同様の実施例3のインクジェットヘッドを作製した。
(比較例1)
実施例1のインクジェットヘッドの作製において、カバー部材に窒化ケイ素を用いると共に、熱変形抑制部材として用いる補助部材を設けずに比較例1のインクジェットヘッドを作製した。
(比較例2)
比較例1のインクジェットヘッドの作製において、カバー部材にジルコニアを用いた他は同様である比較例2のインクジェットヘッドを作製した。
(比較例3)
実施例1のインクジェットヘッドの作製において、カバー部材にジルコニアを用い、補助部材(材質はAlN/BN)を同位置に接着させて比較例3のインクジェットヘッドを作製した。
(比較例4)
比較例3のインクジェットヘッドの作製において、カバー部材に窒化ケイ素を用い、補助部材としてジルコニアを用いた他は同様の比較例4のインクジェットヘッドを作製した。
[インクジェットヘッドの評価]
上記のように作製した実施例1〜3、比較例1〜4のインクジェットヘッドについて、下記の方法に従って評価した。
[ノズル列直進性]
ノズルプレートに設けられた256個のノズル開口部に係るノズル列の厚さ方向の位置の最大ずれ幅Δh(図8)を計測した。評価結果を図9に示す。
評価結果から示されているように、補助部材が設けられていない場合には(比較例1、2)、ノズル列直進性の評価値は、それぞれ16μm、20μmとチャンネル部材とカバー部材の線膨張率の大小関係に関わらない値を示している。そして、これに対し、カバー部材と補助部材の線膨張率が、チャンネル部材の線膨張率に対し、何れも大きい値か、又は、何れも小さい値となるように補助部材(熱変形抑制部材)を選択した場合には(実施例1、2)、比較例1、2と比較して1/5程度の値にまで改善されることが分かる。
また、カバー部材と熱変形抑制部材に同一の部材を用いた場合には(実施例3)、実施例1、2と同程度、若しくは、更に僅かに改善された値が得られている。
一方、チャンネル部材の線膨張率に対するカバー部材の線膨張率の大小関係と補助部材の線膨張率の大小関係とが反対となっている場合には(比較例3、4)、補助部材を用いない場合(比較例1、2)と比較して全く改善されていないことが分かる。
従って、チャンネル部材の一の面にしか溝が設けられておらず、片面にしかカバー部材が必要ではない場合でも、チャンネル部材の線膨張率との大小関係がカバー部材のものと同一の熱変形抑制部材を選択し、この熱変形抑制部材をカバー部材と反対側の面に、カバー部材と同時に接着することで、ノズル列直進性が改善されるといえる。
産業上の利用の可能性
本発明は、インクを吐出させるインクジェットヘッドの製造方法及びインクジェットヘッドに利用することが出来る。
10 チャンネル部材
10c チャンネル部材
11 溝
11a インク流路(圧力室)
11c 溝
11d インク経路
15 接着剤
15a 接着層
20 カバー部材
20a カバー部材
20b カバー部材
20d カバー部材
21a インク供給口
21b インク供給口
21d ノズル開口部
25 接着剤
25a 接着層
30 補助部材
30b 補助部材
30c 補助部材
31b 貫通穴
35 接着剤
35a 接着層
40 インク供給部材
41 インク室用凹部
45 接着剤
45a 接着層
50 ダミー部材
51 凹部
55 接着剤
55a 接着層
60 ノズルプレート
61 ノズル開口部
100 インクジェットヘッド
100a インクジェットヘッド
100b インクジェットヘッド
100c インクジェットヘッド
100d インクジェットヘッド

Claims (20)

  1. インクチャンネル内のインクをノズルから吐出するインクジェットヘッドの製造方法であって、
    単一部材により構成され、一面にインクチャンネルとなる溝が形成されその反対側の面に前記溝が形成されていない形状のチャンネル部材の前記一面に、第一の接着剤層を介し、当該チャンネル部材とは線膨張率の異なる単一部材により構成されるカバー部材を積層すると共に、前記反対側の面に、第二の接着剤層を介し、前記チャンネル部材とは線膨張率の異なる単一部材により構成され、前記チャンネル部材と前記カバー部材との線膨張率の違いにより発生する熱変形を抑制する第一熱変形抑制部材を積層する第一積層工程と、
    前記第一の接着剤層と前記第二の接着剤層とを同時に加熱して硬化させ、前記カバー部材、前記チャンネル部材、及び、前記第一熱変形抑制部材を接合する第一接合工程と
    を含むことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
  2. 前記カバー部材の線膨張率及び前記第一熱変形抑制部材の線膨張率は、何れも前記チャンネル部材の線膨張率よりも大きいことを特徴とする請求項1記載のインクジェットヘッドの製造方法。
  3. 前記カバー部材の線膨張率及び前記第一熱変形抑制部材の線膨張率は、何れも前記チャンネル部材の線膨張率よりも小さいことを特徴とする請求項1記載のインクジェットヘッドの製造方法。
  4. 前記第一熱変形抑制部材の線膨張率は、前記カバー部材の線膨張率と同一であることを特徴とする請求項2又は3記載のインクジェットヘッドの製造方法。
  5. 前記第一熱変形抑制部材は、前記カバー部材と同一形状であることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
  6. 前記カバー部材には、前記インクチャンネルに連通し、前記インクチャンネルにインクを供給する貫通孔が設けられ、
    前記第一熱変形抑制部材には、前記インクチャンネルに連通しないダミーの貫通孔が設けられている
    ことを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
  7. 前記第一積層工程の後に、前記カバー部材と前記チャンネル部材と前記第一熱変形抑制部材との積層体において前記インクチャンネルが開放されている一端面に前記ノズルが設けられたノズル形成部材を接合するノズル接合工程を含むことを特徴とする請求項1〜6の何れか一項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
  8. 前記ノズル接合工程は、加熱硬化型接着剤を含む接着剤を用いて前記ノズル形成部材を前記積層体に接着する工程を含むことを特徴とする請求項7記載のインクジェットヘッドの製造方法。
  9. 前記ノズルは、前記カバー部材に設けられていることを特徴とする請求項1〜6の何れか一項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
  10. 前記第一接合工程の後に、
    前記カバー部材の前記チャンネル部材と接合される面とは反対側の面に、第三の接着剤層を介し、単一部材により構成され、外部から供給されたインクを前記貫通孔を介して前記インクチャンネルに供給するインク供給路となる凹部が形成されたインク供給部材を積層すると共に、前記第一熱変形抑制部材の前記チャンネル部材と接合される面とは反対側の面に、第四の接着剤層を介し、前記インク供給部材と線膨張率の等しい単一部材により構成され、前記インクチャンネルへのインク供給に寄与しないダミー凹部が形成された第二熱変形抑制部材を積層する第二積層工程と、
    前記第三の接着剤層と前記第四の接着剤層とを同時に加熱して硬化させ、前記カバー部材と前記インク供給部材、及び、前記第一熱変形抑制部材と前記第二熱変形抑制部材をそれぞれ接合する第二接合工程と
    を含むことを特徴とする請求項6〜8の何れか一項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
  11. インクチャンネル内のインクをノズルから吐出するインクジェットヘッドであって、
    単一部材により構成され、一面にインクチャンネルとなる溝が形成されその反対側の面に前記溝が形成されていない形状のチャンネル部材と、
    当該チャンネル部材とは線膨張率の異なる単一部材により構成され、前記チャンネル部材の前記一面に接合されたカバー部材と、
    前記チャンネル部材とは線膨張率の異なる単一部材により構成され、前記チャンネル部材の前記反対側の面に接合されて前記チャンネル部材と前記カバー部材との線膨張率の違いにより発生する熱変形を抑制する第一熱変形抑制部材と、
    を備えることを特徴とするインクジェットヘッド。
  12. 前記カバー部材の線膨張率及び前記第一熱変形抑制部材の線膨張率は、何れも前記チャンネル部材の線膨張率よりも大きいことを特徴とする請求項11記載のインクジェットヘッド。
  13. 前記カバー部材の線膨張率及び前記第一熱変形抑制部材の線膨張率は、何れも前記チャンネル部材の線膨張率よりも小さいことを特徴とする請求項11記載のインクジェットヘッド。
  14. 前記第一熱変形抑制部材の線膨張率は、前記カバー部材の線膨張率と同一であることを特徴とする請求項12又は13記載のインクジェットヘッド。
  15. 前記第一熱変形抑制部材は、前記カバー部材と同一形状であることを特徴とする請求項11〜14の何れか一項に記載のインクジェットヘッド。
  16. 前記カバー部材には、前記インクチャンネルに連通し、前記インクチャンネルにインクを供給する貫通孔が設けられ、
    前記第一熱変形抑制部材には、前記インクチャンネルに連通しないダミーの貫通孔が設けられている
    ことを特徴とする請求項11〜15の何れか一項に記載のインクジェットヘッド。
  17. 前記チャンネル部材、前記カバー部材、及び、前記第一熱変形抑制部材が接合された積層体において前記インクチャンネルが開放されている一端面に、前記ノズルが設けられたノズル形成部材が接合されていることを特徴とする請求項11〜16の何れか一項に記載のインクジェットヘッド。
  18. 前記ノズル形成部材は、加熱硬化型接着剤を含む接着剤を用いて前記積層体に接着されていることを特徴とする請求項17記載のインクジェットヘッド。
  19. 前記ノズルは、前記カバー部材に設けられていることを特徴とする請求項11〜16の何れか一項に記載のインクジェットヘッド。
  20. 単一部材により構成され、外部から供給されたインクを前記貫通孔を介して前記インクチャンネルに供給するインク供給路となる凹部が形成されて、前記カバー部材の前記チャンネル部材と接合される面とは反対側の面に接合されたインク供給部材と、
    当該インク供給部材と線膨張率の等しい単一部材により構成され、前記インクチャンネルへのインク供給に寄与しないダミー凹部が形成されて、前記第一熱変形抑制部材の前記チャンネル部材と接合される面とは反対側の面に接合された第二熱変形抑制部材と、
    を備えることを特徴とする請求項16〜18の何れか一項に記載のインクジェットヘッド。
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