JP2002052723A

JP2002052723A - 液滴吐出ヘッド

Info

Publication number: JP2002052723A
Application number: JP2000243512A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Tsunoda; 慎一角田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2000-08-11
Filing date: 2000-08-11
Publication date: 2002-02-19

Abstract

(57)【要約】【課題】微細構造形成部位への接着剤のはみ出しがあ
り、接合信頼性が低い。【解決手段】流路基板１とノズル板３とを接着層７５
を介して接合し、ノズル板３の接合面側には偏肉があ
り、流体抵抗部７の形成部位ほど薄膜にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液滴吐出ヘッドに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば、プリンタ、ファクシミリ、複写
装置、プロッタ等の画像記録装置（画像形成装置）とし
て用いるインクジェット記録装置において使用する液滴
吐出ヘッドの１つであるインクジェットヘッドは、イン
ク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する液室
（加圧室、吐出室、圧力室、加圧液室等とも称され
る。）と、この液室内のインクを加圧するエネルギーを
発生するエネルギー発生手段とを備えて、エネルギー発
生手段を駆動することで液室内インクを加圧してノズル
から液滴であるインク滴を吐出させるものである。

【０００３】従来、インクジェットヘッドとしては、圧
電素子を用いて液室の壁面を形成する振動板を変形させ
てインク滴を吐出させるようにしたもの（特開平２−５
１７３４号公報参照）、或いは、発熱抵抗体を用いて液
室内でインクを加熱して気泡を発生させることによる圧
力でインク滴を吐出させるようにしたもの（特開昭６１
−５９９１１号公報参照）、液室の壁面を形成する振動
板と電極とを平行に配置し、振動板と電極との間に発生
させる静電力によって振動板を変形させることでインク
滴を吐出させるようにしたもの（特開平６−７１８８２
号公報等参照）などが知られている。

【０００４】ところで、インクジェットヘッドは、液
室、この液室にインクを供給する流体抵抗部、流体抵抗
部を介して液室に供給するための共通インク液室、イン
ク滴を吐出するためのノズル孔或いはノズル溝などの各
種流路を形成する必要があり、例えば、特開平９−１６
２３１４号公報に記載されているように、液室などの流
路を形成するための流路基板（液室基板）とノズル及び
インク流路である流体抵抗部を有するノズル板などの薄
層部材を接合してヘッドが形成される。

【０００５】従来、インクジェットヘッドを構成する薄
層部材の接合には湿式の接着剤、フィルム接着剤などの
接着剤接合が一般的であるが、この他、シリコン基板を
薄層部材に用いた場合には直接接合や金属材料を介した
共晶接合、あるいは金属材料を薄層部材に用いた場合に
は陽極接合なども行われている。

【０００６】これらの接合方法のうち、フィルム接着剤
を使用する場合には、接着剤を微細パターンに加工する
手段が重要になる。パターンの微細化に伴い、数十μｍ
単位での加工が必要となっており、これらの加工を行う
にはフォトリソ工程が必須となっている。例えば、特開
平５−１６２３１４号公報等には光硬化性樹脂を用いて
パターン形成し、接合する手法が記載されている。

【０００７】しかしながら、光硬化性樹脂は主にアクリ
ル樹脂を主骨格に形成されており、インクに対する耐性
に乏しいという欠点がある。これを改善するため、エポ
キシ基等を導入すると、解像度が劣化して微細パターン
に加工することができなくなり、解像度と耐インク性の
両方が並び立たないという問題がある。

【０００８】また、陽極接合を行う場合には、ヘッドに
数百℃の高温をかけねばならず、ヘッド部品の反りや線
膨張係数の差による剥離が発生するため、使用できるヘ
ッド部材が限定されるという問題がある。

【０００９】そのため、湿式の接着剤が一般的に用いら
れることが多いが、湿式接着剤による接合の一番の課題
は、部品精度を保ち、信頼性の高い接合を実現するとい
うことである。すなわち、インクジェットヘッド部品は
高画質化、高速記録化に対応するために集積度が高くな
っており、微細な流路が形成されている。このような微
細流路を有する薄層部材の接着剤接合を行った場合に、
接着剤のはみ出しによる流路の閉塞或いは接着剤の形状
バラツキが生じると、ヘッドの噴射特性にバラツキが生
じて画像品質が低下することになる。

【００１０】そこで、これらの対策としては、ギャップ
剤を混入してつぶれ量を抑えるという方法が用いられて
いたが、通常の接合にギャップ剤を用いた場合、ギャッ
プ剤径の１．５倍程度の塗布膜厚が必要であるとされて
いることから、塗布量の１／３ははみ出すことになり、
はみ出しの低減化には限界がある。

【００１１】また、接着剤のはみ出しを低減するために
接着剤層の厚みそのものを薄くする方法がある。また、
特開平５−３３００６７号公報に開示されているよう
に、流路板の溝以外の部分に接着剤の逃げ溝を形成し
て、はみ出した接着剤を逃げ溝に逃がすようにした接合
方法、或いは、特開平１０−２９１３２３号公報に開示
されているように、二つの基板（薄層部材）間に均一な
隙間を形成し、この隙間に表面張力を利用して低い粘度
の接着剤を充填して接合する方法などが提案されてい
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、接着剤層を
薄くした薄膜接合を行うには、接合面の精度の向上が要
求され、Ｓｉ同士といった極めて平面性の高いもの同士
の接合にしか適用できないという点が問題となる。これ
までの一般的な薄膜接合は５〜１０μｍ程度であり、こ
の接合層（接着層）が数μｍ程度の薄層部材の厚みばら
つきを吸収し、接合が可能となっていた。しかしなが
ら、これが仮に１μｍ厚みでの接合を行うとなると、当
然、それ以下の部品の平面性が要求されることになる。
そのため、これまでは平面性の悪い部材と薄膜接合は両
立できないという課題があった。

【００１３】また、前記のように接着剤の逃げ溝を形成
する方法も、逃げ溝を確保できるスペースがある場合に
は有効であるが、前述したようにインクジェットヘッド
は集積度が高くなっているため、十分な逃げ溝を同一平
面上に形成することが難しくなっているという課題があ
る。

【００１４】さらに、前記のように最初に２つの薄層部
材間の接合ギャップを決めておき、その接合ギャップに
表面張力により接着剤を流し込む充填接着法は、２つの
薄層部材の凹部や孔部などがなく同一平面である場合に
は有効であるが、インクジェットヘッド部品のように接
合面に微細な流路パターンが形成されていたり、厚みば
らつきによるギャップ幅の分布があったりすると、接合
面全体に接着剤を表面張力で充填することは困難であ
り、部分的に未着領域が発生し易く、接合信頼性が低く
なるという課題がある。

【００１５】このように部分的に未着領域があるインク
ジェットヘッドではインク滴吐出特性にバラツキが生じ
たり、吐出不能になるなどの課題が生じ、このようなイ
ンクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置
における画像品質の低下を招くという課題も生じる。

【００１６】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、接着剤のはみ出し量を低減し、接合信頼性も高
い液滴吐出ヘッドを提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、接合する２つの薄
層部材の少なくとも一方の薄層部材の接合面側は偏肉が
あり、インク流路の微細構造形成部位が最大厚みより薄
くなっている構成としたものである。

【００１８】ここで、微細構造形成部位が流体抵抗部を
形成する部位であることが好ましい。また、薄層部材の
偏肉量が１０μｍを超えないことが好ましい。さらに、
２つの薄層部材のうちの偏肉がある薄層部材をノズル板
とすることができる。この場合、ノズル板はニッケル電
鋳工法で形成することができる。また、ニッケル電鋳工
法で形成したノズル板の厚肉部に肉抜きの凹部が形成さ
れていることが好ましい。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。図１は本発明に係る液滴吐出
ヘッドの分解斜視説明図、図２は同ヘッドのノズル配列
方向と直交する方向の断面説明図、図３は図２の要部拡
大図、図４は同ヘッドのノズル配列方向の要部拡大断面
図、図５は同ヘッドの透過状態で示す要部平面説明図で
ある。

【００２０】このインクジェットヘッドは、単結晶シリ
コン基板、多結晶シリコン基板、ＳＯＩ基板などのシリ
コン基板等を用いた第１薄層部材である流路基板１と、
この流路基板１の下側に設けたシリコン基板、パイレッ
クス（登録商標）ガラス基板或いはセラミックス基板等
を用いた電極基板２と、流路基板１の上側に設けた第２
薄層部材であるノズル板３とを備え、複数のインク滴を
吐出するノズル４、各ノズル４が連通するインク流路で
ある加圧室６、各加圧室６にインク供給路を兼ねた流体
抵抗部７を介して連通する共通液室流路８などを形成し
ている。

【００２１】流路基板１には加圧室６及びこの加圧室６
の一壁面である底部をなす振動板１０（第１の電極とな
る。）を形成する凹部を形成し、ノズル板３には流体抵
抗部７を形成する溝を形成し、また流路基板１と電極基
板２には共通液室流路８を形成する貫通部を形成してい
る。

【００２２】ここで、流路基板１は、例えば単結晶シリ
コン基板を用いた場合、予め振動板厚さにボロンを注入
してエッチングストップ層となる高濃度ボロン層を形成
し、電極基板２と接合した後、加圧室６となる凹部をＫ
ＯＨ水溶液などのエッチング液を用いて異方性エッチン
グすることにより、このとき高濃度ボロン層がエッチン
グストップ層となって振動板１０が高精度に形成され
る。また、多結晶シリコン基板で振動板１０を形成する
場合は、液室基板上に振動板となる多結晶シリコン薄膜
を形成する。または、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｃｒ合金など
の金属材料、ポリシリコン膜、アモルファスシリコン膜
などを用いることもできる。

【００２３】また、電極基板２には酸化膜層２ａを形成
し、この酸化膜層２ａの部分に凹部１４を形成して、こ
の凹部１４底面に振動板１０に対向する電極１５（第２
の電極となる。）を設け、振動板１０と電極１５との間
にギャップ１６を形成し、これらの振動板１０と電極１
５とによってアクチュエータ部を構成している。なお、
電極１５表面にはＳiＯ₂膜などの酸化膜系絶縁膜、Ｓi₃
Ｎ₄膜などの窒化膜系絶縁膜からなる電極保護膜１７を
成膜しているが、電極１５に電極保護膜１７を形成しな
いで、振動板１０側に絶縁膜を形成することもできる。

【００２４】この電極基板２として単結晶シリコン基板
を用いる場合には通常のシリコンウエハーを用いること
ができる。その厚さはシリコンウエハーの直径で異なる
が、直径４インチのシリコンウエハーであれば厚さが５
００μｍ程度、直径６インチのシリコンウエハーであれ
ば厚さは６００μｍ程度であることが多い。シリコンウ
エハー以外の材料を選択する場合には、流路基板のシリ
コンと熱膨張係数の差が小さい方が振動板と接合する場
合に信頼性を向上できる。

【００２５】これらの流路基板１と電極基板２との接合
は、接着剤による接合も可能であるが、より信頼性の高
い物理的な接合、例えば電極基板２がシリコンで形成さ
れる場合、酸化膜を介した直接接合法を用いることがで
きる。この直接接合は１０００℃程度の高温化で実施す
る。また、電極基板２がガラスの場合、陽極接合を行う
ことができる。電極基板２をシリコンで形成して、陽極
接合を行う場合には、電極基板２と流路基板１との間に
パイレックスガラスを成膜し、この膜を介して陽極接合
を行うこともできる。さらに、流路基板１と電極基板２
にシリコン基板を使用して金等のバインダーを接合面に
介在させた共晶接合で接合することもできる。

【００２６】また、電極基板２の電極１５としては、通
常半導体素子の形成プロセスで一般的に用いられるＡ
ｌ、Ｃｒ、Ｎｉ等の金属材料や、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ等の
高融点金属、または不純物により低抵抗化した多結晶シ
リコン材料などを用いることができる。電極基板２をシ
リコンウエハで形成する場合には、電極基板２と電極１
５との間には絶縁層（上述した酸化膜層２ａ）を形成す
る必要がある。電極基板２にガラス基板、セラミック基
板等の絶縁性材料を用いる場合には電極１５との間に絶
縁層を形成する必要はない。

【００２７】また、電極基板２にシリコン基板を用いる
場合、電極１５としては、不純物拡散領域を用いること
ができる。この場合、拡散に用いる不純物は基板シリコ
ンの導電型と反対の導電型を示す不純物を用い、拡散領
域周辺にｐｎ接合を形成し、電極１５と電極基板２とを
電気的に絶縁する。

【００２８】ノズル板３には、多数のノズル４を形成す
るとともに、共通液室流路８と加圧室６を連通するため
の流体抵抗部７を形成する溝部を形成している。ここで
は、このノズル板３はＮｉ電鋳工法で製作しているが、
この他、例えば、ＳＵＳ、或いは樹脂と金属層の複層構
造のものなども用いることができる。このノズル板３は
流路基板１に接着剤にて接合している。

【００２９】なお、ノズル板３と流路基板１との液室位
置合わせを行うために、仮接合用の紫外線硬化型接着剤
か瞬間接着剤を流路基板１の角に塗布して仮接合を行っ
た後、本接合用の接着剤を加熱硬化する。この本接合用
の接着剤としては、加熱接合する際にシリコン基板を用
いた流路基板とＮｉやＳＵＳ等を用いたノズル板とでは
線膨張係数の差によって反りが発生して、内部応力でア
クチュエータ部が破壊される恐れがあるので、接着剤の
硬化温度は低いほうが良く、常温〜１００℃が好まし
い。また、二液混合型（常温硬化型）のエポキシ系接着
剤も使用に適している。

【００３０】このインクジェットヘッドではノズル４を
二列配置し、この各ノズル４に対応して加圧室６、振動
板１０、電極１５なども二列配置し、各ノズル列の中央
部に共通液室流路８を配置して、左右の加圧室６にイン
クを供給する構成を採用している。これにより、簡単な
ヘッド構成で多数のノズルを有するマルチノズルヘッド
を構成することができる。

【００３１】そして、インクジェットヘッドの電極１５
は外部に延設して接続部（電極パッド部）１５ａとし、
これにヘッド駆動回路であるドライバＩＣ２０をワイヤ
ボンドによって搭載したＦＰＣケーブル２１を異方性導
電膜などを介して接続している。このとき、電極基板２
とノズル板３との間（ギャップ１６入口）は図４に示す
ようにエポキシ樹脂等の接着剤を用いたギャップ封止剤
２２にて気密封止し、ギャップ２６内に湿気が侵入して
振動板１０が変位しなくなるのを防止している。

【００３２】さらに、インクジェットヘッド全体をフレ
ーム部材２５上に接着剤で接合している。このフレーム
部材２５にはインクジェットヘッドの共通液室流路８に
外部からインクを供給するためのインク供給穴２６を形
成しており、またＦＰＣケーブル２１等はフレーム部材
２５に形成した穴部２７に収納される。

【００３３】このフレーム部材２５とノズル板３との間
は図４に示すようにエポキシ樹脂等の接着剤を用いたギ
ャップ封止剤２８にて封止し、撥水性を有するノズル板
３表面のインクが電極基板２やＦＰＣケーブル２１等に
回り込むことを防止している。

【００３４】そして、このヘッドのフレーム部材２５に
はインクカートリッジとのジョイント部材３０が連結さ
れて、フレーム部材２５に熱融着したフィルタ３１を介
してインクカートリッジからインク供給穴２６を通じて
共通液室流路８にインクが供給される。

【００３５】このインクジェットヘッドにおいては、振
動板１０を共通電極とし、電極１５を個別電極として、
振動板１０と電極１５との間に駆動電圧を印加すること
によって、振動板１０と電極１５との間に発生する静電
力によって振動板１０が電極１５側に変形変位し、この
状態から振動板１０と電極１５間の電荷を放電させるこ
とによって振動板１０が復帰変形して、加圧室６の内容
積（体積）／圧力が変化することによって、ノズル４か
らインク滴が吐出される。

【００３６】すなわち、個別電極とする電極１５にパル
ス電圧を印加すると、共通電極となる振動板１０との間
に電位差が生じて、個別電極１５と振動板１０の間に静
電力が生じる。この結果、振動板１０は印加した電圧の
大きさに応じて変位する。その後、印加したパルス電圧
を立ち下げることで、振動板１０の変位が復元して、そ
の復元力により加圧室６内の圧力が高くなり、ノズル４
からインク滴が吐出される。この場合、振動板１０を電
極１５（実際には絶縁保護膜１７表面）に当接するまで
変位させる方式を当接駆動方式で駆動している。

【００３７】そこで、このインクジェットヘッドの内の
薄層接合部材を構成する流路基板１とノズル板３の接合
の詳細について図６以降をも参照して説明する。なお、
以下の説明では、流体抵抗部７はノズル板３の溝部と流
路基板１とで画成されるものであるが、便宜上、ノズル
板３の溝部を流体抵抗部７と称する。

【００３８】先ず、ノズル板３を電鋳で製作する場合の
製造工程の一例について図６を参照して説明する。ま
ず、同図（ａ）に示すように、ガラス基板面に導電膜を
形成した、或いは導体基板等からなる電鋳支持基板５１
上に、１層目のドライフィルムレジスト（或いは厚膜レ
ジスト）５２を成膜した後、パターン露光を行って同図
（ｂ）に示すように流体抵抗部７に対応する部分に露光
部５３を形成する。

【００３９】次いで、同図（ｃ）に示すように、２層目
のドライフィルムレジスト（或いは厚膜レジスト）５４
を成膜した後、パターン露光を行って同図（ｄ）に示す
ように１層目及び２層目のドライフィルムレジスト５
２，５４を通じてノズル４に対応する部分に露光部５５
を形成する。その後、同図（ｅ）に示すように現像を行
って未露光部分を除去して露光部５３，５５を残す。

【００４０】そして、Ｎｉ電鋳を行って、同図（ｆ）に
示すように電鋳支持基板５１上に電鋳めっき膜５６を成
膜した後、電鋳めっき５６を電鋳支持基板５１から剥離
し、露光部５３、５５を除去することによって、同図
（ｇ）に示すようにノズル４及び流体抵抗部７を有する
ノズル板３を得る。

【００４１】次に、ノズル板３を電鋳で製作する場合の
製造工程の他の例について図６を参照して説明する。ま
ず、同図（ａ）に示すように、ガラス基板面に導電膜を
形成した、或いは導体基板等からなる電鋳支持基板６１
上に、ノズル４に対応する位置にレジストパターン６２
を成膜した後、同図（ｂ）に示すように、Ｎｉ電鋳を行
って電鋳めっき膜６３を成膜する。

【００４２】次いで、同図（ｃ）に示すように、電鋳め
っき膜６３上にノズル４に対応する位置及び流体抵抗部
７に対応する位置にドライフィルムレジスト（或いは厚
膜レジスト）のレジストパターン６４、６５を形成した
後、再度Ｎｉ電鋳を行って電鋳めっき膜６３上にめっき
膜を重ねて、同図（ｄ）に示すようにノズル板３の厚み
を有する電鋳めっき膜６６を形成する。

【００４３】そして、同図（ｅ）に示すように電鋳支持
基板６１から剥離した後、レジストパターン６２、６
４、６５を剥離して、同図（ｆ）に示すように、ノズル
４及び流体抵抗部７を有するノズル板３を得る。

【００４４】次に、流路基板１とノズル板３との接着剤
接合について説明する。前述したように、流路基板１と
ノズル板３の接合面には流体抵抗部７が形成されてお
り、接着剤のはみ出しは、即、流体抵抗部７の閉塞や流
体抵抗値の変化につながり、液滴吐出特性にバラツキが
生じ、或いは吐出不能になる。

【００４５】ところで、シリコン基板を用いた流路基板
１のノズル板３との接合面は半導体プロセスにて平面度
良く形成することができるが、ノズル板３をニッケル電
鋳工法で形成すると、電鋳時の電流密度の分布によりど
うしても偏肉が発生する。具体的な実測値では５０μｍ
のノズル板３の厚みに対して約３μｍ程度の偏肉が確認
された。

【００４６】このノズル板３に生じる偏肉は、上述した
ように電鋳時の電流密度分布に支配されているため、図
６或いは図７で説明した製造工法においては、ノズル板
３の電鋳時の遮蔽（レジスト）面積の割合が大きい部位
ほど、その遮蔽部近傍での膜厚が厚くなる。そのため、
上記インクジェットヘッドの構成では、最もはみ出しに
対して精度の要求される流体抵抗部７が最も厚くなって
おり、はみ出しを最も嫌う部位が最もはみ出しやすいと
いう、接合に対して極めて厳しい構成となっている。

【００４７】このような構成でも、ノズル板３に生じる
偏肉を利用した薄膜充填接合を行うことによって、噴射
特性のバラツキの少ない液滴吐出ヘッドを製作すること
ができる。この薄膜充填接合法について、図８を参照し
て説明する。なお、同図はノズル板３と流路基板１とを
液室の部位を省略して模式的に説明する模式的説明図で
ある。

【００４８】先ず、同図（ａ）に示すように、流路基板
１の上面に接着剤７１を塗布する。この塗布方法には、
スピンコート法、スプレー法、転写法などの種々の方法
を適用できるが、これらの塗布方法のうちで転写法は、
流路基板１のように接合面に微細パターンの凹凸があ
り、実際の接合面となる凸部上面のみに接着剤７１の薄
層を形成するという点で最も優れている。

【００４９】この転写法について図９を参照して説明す
ると、回転する展色ロール８１上に接着剤７１を滴下し
てドクタブレード８２を用いて薄層にのばし、この展色
ロール８１上の薄層化した接着剤を、回転する塗布ロー
ル８３上に設けた表面に微細な凹凸を持つ樹脂凸版８４
に転写する。このとき、樹脂凸版８４上の凹凸に接着剤
７１が保持される。

【００５０】そこで、ステージ８５上に被塗布部材であ
る流路基板１を載置して矢示方向に移動させ、塗布ロー
ル８３上の樹脂凸版８４を回転させて、樹脂凸版８４上
の凹凸に保持している接着剤７１を流路基板１上に再転
写することにより、流路基板１の接合面に約１μｍ程度
の接着剤７１の薄層を形成するものである。

【００５１】この場合、接着剤７１は粘度が低すぎる
と、流路基板１の加圧室６を形成する凹部に流れ込み加
圧室６を閉塞してしまうので、接着剤７１は１００ｃｐ
ｓ程度以上の粘度とすることが好ましい。

【００５２】図８（ａ）に戻って、流路基板１の凸部
（接合面）に塗布する接着剤７１の厚さ（塗布厚さ）ｂ
は、ノズル板３の偏肉量ａ以下（ａ≧ｂ）とする。偏肉
量ａ以上の塗布厚さｂとすれば、接合は完全に行われる
が、ノズル板３の厚肉部（流体抵抗部７）近傍はほとん
どの接着剤がはみ出しすことになり、流体抵抗部７を閉
塞し、噴射特性のバラツキ、あるいは非噴射の原因とな
る。接着剤７１の塗布厚さｂは、偏肉の分布等によって
も異なるが、偏肉量ａの１／５〜１／２程度とすること
が好ましい。

【００５３】次いで、同図（ｂ）に示すように、接着剤
７１を塗布した流路基板１にノズル板３を押し当てる
と、当然、ノズル板３の偏肉によってノズル板３と流路
基板１とのギャップ部分に未接合領域が生じる。

【００５４】このときの接着剤７１の粘度を低く抑える
ことにより、同図（ｃ）に示すように、接着剤７１は毛
細管現象によって、流路基板１とノズル板３との間に形
成される空隙（ギャップ）７４に移動して充填され、同
図（ｄ）に示すように流路基板１とノズル板３とは接着
剤７１にて接合面全面が接合される。こうしてノズル板
３の偏肉量より薄い接着剤塗布膜厚での接着が行われ
る。したがって、このときの接合面における接着層７５
の厚みはノズル板３の偏肉に沿って変化している。

【００５５】ここで、接着剤７１の粘度は材料との濡れ
性にも影響されるが、５０００ｃｐｓ以下が好ましい。
５０００ｃｐｓを越えると、毛細管現象による接着剤の
充填性が悪くなり、空隙を充分に埋めることができず、
接合を保つことが困難になる。この際の粘度の値は接合
時の粘度であり、接合時に加熱工程を加える場合には、
その昇温工程での粘度変化も考慮する必要がある。

【００５６】この場合、流路基板１とノズル板３との接
合は、ノズル板３を押し当てることによる単純な加圧に
よって押し出された接着剤７１によって接合されている
のではない。このことは、同図（ｅ）のＡ部に示される
ように非接合面の接着層７５の厚み（接着剤塗布非接合
部の厚み）ｃが接着剤７１の初期塗布膜厚ｂよりも薄く
なっていることで確認される。

【００５７】具体的には、１μｍ厚みで塗布した接着剤
１０１が非接合部では０．２μｍ程度の厚みになってい
ることを確認した。このことは、毛細管現象によって接
着剤７１が移動したことを示している。

【００５８】このように、接着剤の初期塗布厚を薄くで
きることと、流体抵抗部にはみ出すはずの接着剤が毛細
管現象により２つの薄層部材の空隙部に移動することに
よって、凹部などにはみ出す接着剤量が著しく低減する
とともに、しかも接合面全面に接着剤を行き渡らせて接
合することができ、接合信頼性も向上する。

【００５９】なお、接着剤の塗布厚さｂは、はみ出し低
減のためには必要最小限であることが好ましく、接合し
た状態での接着層が最薄層部で２μｍ以下、平均膜厚で
も３μｍを越えないことが好ましい。図１０（ａ）はノ
ズル板４３の偏肉量を越える塗布膜厚で接着剤７１を塗
布した場合の例を示しており、この場合には、接合は完
全に行われるが、同図（ｂ）に示すように、接着剤塗布
非接合部である流体抵抗部７付近はほとんどの接着剤７
１がはみ出して、その部分の厚みは偏肉量ａよりも大き
くなり、流体抵抗部７を閉塞し、噴射特性のバラツキが
生じたり、噴射不能になることを確認している。

【００６０】次に本発明の接合の特徴について説明す
る。上述した薄膜塗布充填接合工法により、流体抵抗部
へのはみ出し量は通常の薄膜接合に比べ、著しく改善さ
れ、液体リークも発生しない液室接合を実現することが
可能となったが、前述したように電鋳工法で作成したノ
ズル板を用いると、どうしても流体抵抗部７の部位が厚
肉に形成され、加圧による排除体積のために流体抵抗部
７に若干のはみ出しが生じる。

【００６１】そこで、本発明においては、ノズル板３の
接合面に偏肉を持たせ、微細構造形成部位である流体抵
抗部７を薄肉に形成して、充填により接合するようにし
ている。このようにすることで、流体抵抗部７は加圧さ
れていないため、流体抵抗部７に加圧により接着剤がは
み出すこともなく、より精密な流体抵抗部７を形成する
ことができる。なお、このように微細構造形成部位の薄
肉化による接着剤のはみ出しの抑制は、流体抵抗部に限
らず、ヘッド内の微細精密構造を要求される部位の全て
に応用できるものである。

【００６２】すなわち、ノズル板３は、図１１に示すよ
うに、接着層７５によって流路基板１に接合している
が、このノズル板３は厚み方向に見たとき、前記図８と
は逆に、流路基板１と接合する接合面側で流体抵抗部７
側の厚みが薄く、ノズル４側が厚くなる（流体抵抗部の
厚みｄ＜最大厚みｅとなる）断面で略傾斜面となる偏肉
を有する形状に形成している。これにより、ノズル板３
の接合面と流路基板１の接合面との間に形成される空隙
（ギャップ）は厚み方向でノズル４側から流体抵抗部７
側に向かって漸次増加する断面形状をなす。この場合偏
肉量は１０μｍを超えないことが好ましく、この範囲で
あれば、確実に全面を接合することができて、インクの
リークも防止できる。

【００６３】そこで、このノズル板３と流路基板１の接
合工程について図１２を参照して説明する。先ず、同図
（ａ）に示すように、流路基板１の上面に接着剤７１を
塗布する。この塗布方法には、前述したように、スピン
コート法、スプレー法、転写法などの種々の方法を適用
できるが、これらの塗布方法のうちで転写法は、流路基
板１のように接合面に微細パターンの凹凸があり、実際
の接合面となる凸部上面のみに接着剤７１の薄層を形成
するという点で最も優れている。

【００６４】このとき、前述した図８で説明したよう
に、流路基板１の凸部（接合面）に塗布する接着剤７１
の厚さ（塗布厚さ）ｂは、ノズル板３の偏肉量ａ以下
（ａ≧ｂ）とする。偏肉量ａ以上の塗布厚さｂとすれ
ば、接合は完全に行われるが、ノズル板３の厚肉部（流
体抵抗部７）近傍はほとんどの接着剤がはみ出しすこと
になり、流体抵抗部７を閉塞し、噴射特性のバラツキ、
あるいは非噴射の原因となる。接着剤７１の塗布厚さｂ
は、偏肉の分布等によっても異なるが、偏肉量ａの１／
５〜１／２程度とすることが好ましい。

【００６５】次いで、同図（ｂ）に示すように、接着剤
７１を塗布した流路基板１にノズル板３を押し当てる
と、当然、ノズル板３の偏肉によってノズル板３と流路
基板１とのギャップ部分に未接合領域が生じる。

【００６６】このときの接着剤７１の粘度を低く抑える
ことにより、同図（ｃ）に示すように、接着剤７１は毛
細管現象によって、流路基板１とノズル板３との間に形
成される空隙（ギャップ）７６に移動して充填される。
このとき、流体抵抗部７は薄化しているので、流体抵抗
部７に対応する部分の接着剤７１は、同図に矢印で示す
ように流体抵抗部７周囲と流路基板１との間に形成され
るギャップに向かって移動する。これにより、同図
（ｄ）に示すように流路基板１とノズル板３とは接着剤
７１による接着層７５にて接合面全面が接合され、流体
抵抗部７への接着剤のはみ出しが著しく低減する。

【００６７】ここで、接着剤７１の粘度は材料との濡れ
性にも影響されるが、５０００ｃｐｓ以下が好ましい。
５０００ｃｐｓを越えると、毛細管現象による接着剤の
充填性が悪くなり、空隙を充分に埋めることができず、
接合を保つことが困難になる。この際の粘度の値は接合
時の粘度であり、接合時に加熱工程を加える場合には、
その昇温工程での粘度変化も考慮する必要がある。

【００６８】上述したようなノズル板３を電鋳工法にて
作製する場合、図１３に示すように、流体抵抗部７と反
対の部位に電鋳の抜き部１００を形成する。すなわち、
電鋳時の電鋳膜厚は、前述したように電流の遮蔽面積で
決まるため、遮蔽面積を大きくした同図のようなヘッド
においては、非遮蔽部に電流が集中し、流体抵抗部７よ
りも肉抜き部１００の膜厚を厚くすることができる。こ
れにより、相対的に流体抵抗部７近傍が薄肉化した所望
のノズル板３を得ることができる。

【００６９】このように肉抜き部１００を形成したノズ
ル板３の実際の膜厚分布は、図１３に示すようになり、
遮蔽領域の少ない加圧液室６相当部が最も薄くなってお
り、ついで流体抵抗部７、肉抜き部１００と厚くなって
いる。接合の際のギャップは厚肉の肉抜き部１００で決
まるため、このような膜厚分布でも本発明の作用効果が
得られる。また、この偏肉量は、電鋳時の抜きパターン
の量により自由に精度良くコントロール可能であるた
め、接着剤塗布量に応じて、最適値を設定することが可
能である。

【００７０】ここで、前述した図８で説明した薄膜塗布
充填接合法と図１２に示した薄膜塗布充填接合法との差
異について説明する。接着剤７１として、２５℃での粘
度が１０００ｃｐｓ程度のエポキシ接着剤を用い、シリ
コン流路基板１への塗布膜厚を約１μｍ厚に設定した。
そして、ノズル板３との接合を常温で行って、接着剤７
１が硬化した後に分解して、接合状態を調べた。

【００７１】図８で説明した薄膜塗布充填接合法によれ
ば、ノズル板３（膜厚ばらつきが約３μｍ、流体抵抗部
７が厚肉）では、完全に全面接合されており、この際の
流体抵抗部７（幅20μｍ×高さ２０μｍの微細構造部）
へのはみ出しについては、閉塞率は断面積換算で７％程
度、流体抵抗値に換算すると３％程度に抑えて形成され
た。この際の接合層７５の厚さは、ノズル板３の厚肉部
（流体抵抗部７）で約０．３μｍ、薄肉部で約３．１μ
ｍであった。

【００７２】これに対して、図１２で説明した本発明に
係る薄膜塗布充填接合法によれば、ノズル板３は流体抵
抗部７による肉抜き率約４０％に対して、流体抵抗部７
と反対側のヘッド外周部相当域の肉抜き部１００の肉抜
き率を７０％に設定することにより、流体抵抗部７の肉
厚が約３μｍ薄い形状の形成が可能となった。

【００７３】このノズル板３をシリコン流路基板１と接
合したところ、完全に全面接合されており、流体抵抗部
７（幅２０μｍ×高さ２０μｍの微細構造部）へのはみ
出しについては、閉塞率は断面積換算で３％程度、流体
抵抗値に換算すると１％以下に抑えて形成されているこ
とが確認された。この際の接合層７５の厚さはノズル板
３の厚肉部（最外周部）で約０．３μm、流体抵抗部７
で約２．５μmであった。

【００７４】このように、薄膜塗布充填接合の工法に加
えて、微細構造形成部位を薄肉化することにより、微細
パターンがある厚みのばらついた部材であっても、全面
で均一に接合でき、よりはみ出し量を抑制した接合が可
能となる。

【００７５】なお、上記実施形態においては、静電型イ
ンクジェットヘッドの振動板と電極の平面形状を矩形と
した例で説明したが、平面形状を台形、三角形とするこ
ともできる。また、上記各実施形態ではインクジェット
ヘッドは振動板と液室とを流路基板として同一部材から
形成しているが、振動板と液室形成部材とを別部材で形
成して接合することもできる。

【００７６】また、本発明を適用する液滴吐出ヘッドは
流路基板中に形成したノズル、加圧室、流体抵抗部、共
通流路液室の形状、配置、形成方法は適切に変更するこ
とができる。例えば、上記実施形態においては、ノズル
は振動板の変位方向にインク滴が吐出するように形成し
たサイドシュータ方式のヘッドであるが、ノズルを振動
板の変位方向と交差する方向にインク滴が吐出するよう
に形成したエッジシュータ方式のヘッドでもよい。

【００７７】さらに、上記各実施形態においては、液滴
吐出ヘッドが静電型インクジェットヘッドである例で説
明しているが、圧電素子を用いたピエゾ型インクジェッ
トヘッド、或いは発熱抵抗体を用いたバブル型インクジ
ェットヘッドなど、その他の方式のインクジェットを駆
動制御する場合にも適用することができる。液滴吐出ヘ
ッドはインク滴を吐出するものに限らず、液体レジスト
などの液滴を吐出するものなどにも適用できる。

【００７８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る液滴
吐出ヘッドは、接合する２つの薄層部材の少なくとも一
方の薄層部材の接合面側は偏肉があり、インク流路の微
細構造形成部位ほど薄くなっている構成としたので、微
細構造部への接着剤のはみ出しが低減し、接合信頼性も
向上する。

【００７９】ここで、微細構造形成部位が流体抵抗部を
形成する部位であるで、流体抵抗部への接着剤のはみ出
しを抑えて滴吐出特性のバラツキを低減することがで
き、安定した滴吐出を行うことができる。また、薄層部
材の偏肉量が１０μｍを超えないことで、確実な全面接
合と液体のリークの防止を行うことができる。

【００８０】さらに、２つの薄層部材のうちの偏肉があ
る薄層部材をノズル板とすることによって、ノズル板に
流体抵抗部やノズル溝を形成したときの接着剤のはみ出
しを防止できて、安定した滴吐出特性を得ることができ
る。

【００８１】この場合、ノズル板はニッケル電鋳工法で
形成することにより、ノズル系、形状精度の高いノズル
が得られる。また、ニッケル電鋳工法で形成したノズル
板の厚肉部に肉抜きの凹部が形成されていることで、微
細構造形成部位の肉厚を薄くした所望の肉厚分布のノズ
ル板を形成でき、はみ出しを抑えた全面接合が可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るインクジェットヘッドの分解斜視
説明図

【図２】同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図

【図３】図２の要部拡大説明図

【図４】同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図

【図５】同ヘッドの要部平面説明図

【図６】ノズル板の製造工程の一例を説明する説明図

【図７】ノズル板の製造工程の他の例を説明する説明図

【図８】薄膜塗布充填接合工程の説明に供する説明図

【図９】流路基板への接着剤塗布方法を説明する説明図

【図１０】流路基板への接着剤塗布量の比較例を説明す
る説明図

【図１１】流路基板とノズル板との接合状態の説明に供
する模式的説明図

【図１２】本発明を適用したヘッドの薄膜塗布充填接合
工程の説明に供する説明図

【図１３】図１２の形状のノズル板の製作方法を説明す
る平面説明図

【図１４】図１２の方法で作製されるノズル板の断面形
状を説明する断面説明図

【符号の説明】

１…流路基板、２…電極基板、３…ノズル板、４…ノズ
ル、６…加圧室、７…流体抵抗部、８…共通流路液室、
１０…振動板、１５…電極、７１…接着剤、７６…ギャ
ップ、７５…接着層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一方又は両方が凹部又は孔部を有する少
なくとも２つの薄層部材を接着層を介して接合してイン
ク流路を形成した液滴吐出ヘッドにおいて、接合する２
つの薄層部材の少なくとも一方の薄層部材の接合面側は
偏肉があり、前記インク流路の微細構造形成部位が最大
厚みよりも薄くなっていることを特徴とする液滴吐出ヘ
ッド。
【請求項２】請求項１に記載の液滴吐出ヘッドにおい
て、前記微細構造形成部位が流体抵抗部を形成する部位
であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項３】請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッド
において、前記薄層部材の偏肉量が１０μｍを超えない
ことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれかに記載の液滴
吐出ヘッドにおいて、前記２つの薄層部材のうちの偏肉
がある薄層部材がノズル板であることを特徴とする液滴
吐出ヘッド。
【請求項５】請求項４に記載の液滴吐出ヘッドにおい
て、前記ノズル板がニッケル電鋳工法で形成されている
ことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項６】請求項５に記載の液滴吐出ヘッドにおい
て、前記ノズル板の厚肉部に肉抜きの凹部が形成されて
いることを特徴とする液滴吐出ヘッド。