JP3858794B2 - 液体噴射ヘッドの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット式記録装置用の記録ヘッド、ディスプレー製造装置用の色材噴射ヘッド、電極形成装置用の電極材噴射ヘッド、或いは、バイオチップ製造装置用の有機物噴射ヘッド等の液体噴射ヘッドの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の液体噴射ヘッドは、液体導入口からリザーバ(共通液室)及び圧力室を通ってノズル開口に至る一連の液体流路を備えており、圧力発生素子によって圧力室に圧力変動を生じさせ、ノズル開口から液滴を吐出させるものである。この液体噴射ヘッドは複数の部品を接着することで作製されている。例えば、圧力室やノズル開口を有する流路ユニットを、複数のプレート状部材によって構成し、流路ユニットの作製工程では、これらのプレート状部材を積層状態で接着している。また、流路ユニットの取付工程では、この流路ユニットとケースとの間を接着している。そして、これらのケースや流路ユニットには、上記の液体流路が形成されている。例えば、ケースには液体導入口とリザーバとの間を連通する共通液体流路が設けられており、また、流路ユニットにはリザーバから圧力室を通ってノズル開口に至る個別液体流路が圧力室に対応する数だけ設けられている。
【0003】
複数の構成部品を接着剤で接着した場合、接着剤の一部が上記の液体流路内に露出した状態で硬化してしまう虞がある。そして、この接着剤が万一剥がれてしまうと、液体の流れを悪くしたりノズル開口を詰まらせてしまったりする。例えば、ノズル連通口の縁(隅角部)で硬化した接着剤が部分的に剥離すると、この剥離部分が髭状になって、具体的には、一端がノズル連通口の壁面に接着されたままで自由端部が液体の流れに乗った状態になって、その先端部がノズル開口から外側に露出してしまう虞がある。この状態において髭状部は、液体の流れによっては離脱し難いので、そのままの状態が長期間に亘って継続してしまう。このため、従来は、接着剤の塗布量を精密にコントロールしたり、接着剤が液体流路側に漏れ出さないように形状を工夫する構成が一般的であった。形状を工夫する構成に関し、例えば、液体流路に沿って溝状の隙間を形成し、この隙間内に余剰の接着剤を保持させるようにしていた(例えば、特許文献1)。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−178541号公報(第11頁,第14図)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、接着剤の塗布量を精密にコントロールする方法は生産性が低下してしまうという問題が生じる。また、形状を工夫する構成は、共通液体流路において有効であるが個別液体流路に適用することは難しい。これは、圧力室がノズル開口の形成ピッチに対応して密に設けられていることによる。即ち、隣り合う圧力室同士の間隔は極く狭いため、溝状の隙間を設けることは事実上困難であった。また、溝状の隙間を設ける構成では型の形状が複雑になり、コストアップの要因となりうる。
【0006】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、硬化した余剰の接着剤を除去することで液体の流れを良好に維持し、液体流路の目詰まりを防止することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、液体導入口から圧力室を通ってノズル開口に至る一連の液体流路を備え、圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズル開口から液滴を吐出させる液体噴射ヘッドの製造方法において、構成部品同士の間に接着剤を介在させた状態で該接着剤を硬化させる接着工程と、前記液体流路内に露出した状態で硬化した余剰の接着剤を除去する接着剤除去工程とを経て製造され、該接着剤除去工程は、アルカリ性に調整された除去液をヘッド使用時の最高液体流速よりも速い流速で前記液体流路に通液することを特徴とする。
この製造方法によれば、通液によって除去液中の水酸化物イオンが硬化状態の接着剤に作用し、接着剤と構成部品との間の接着力を弱める。さらに、除去液の流れが外力となって接着剤の剥離を促す。これにより、除去液を流すことができる場所であれば、極く狭い場所であっても余剰の接着剤を除去できる。このため、硬化した余剰の接着剤を効率よく除去できる。
また、接着剤の塗布量をラフに管理できるので、生産性の向上が図れる。
さらに、除去液をヘッド使用時の最高液体流速よりも速い流速で流すので、液体噴射ヘッドの使用時において余剰の接着剤が剥離してしまう不具合を確実に防止できる。
【0008】
また、本発明は、液体導入口から圧力室を通ってノズル開口に至る一連の液体流路を備え、圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズル開口から液滴を吐出させる液体噴射ヘッドの製造方法において、
構成部品同士の間に接着剤を介在させた状態で該接着剤を硬化させる接着工程と、
前記液体流路内に露出した状態で硬化した余剰の接着剤を除去する接着剤除去工程とを経て製造され、
該接着剤除去工程は、アルカリ性に調整された除去液を、ヘッド使用時における液体の許容最高温度よりも高い温度に調整し、前記液体流路に通液することを特徴とする。
この製造方法によれば、液体噴射ヘッドの使用時においてはインクの温度が除去処理時よりも低温であるため、液体噴射ヘッドの使用時において余剰の接着剤が剥離してしまう不具合を確実に防止できる。
【0009】
また、上記接着工程に先立ってなされるプライマ工程では、シランカップリング剤を含有するプライマ処理液に接着面を浸すプライマ処理を行うことが好ましい。
この製造方法によれば、接着剤による構成部材同士の接着力を損なわずに、余剰の接着剤を選択的に除去できる。また、余剰の接着剤を除去するのに必要な時間が短縮できるので、生産性の向上が図れる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明は、インクジェット式プリンタ等の画像記録装置に用いられるインクジェット式記録へッド(本発明の液体噴射ヘッドの一種,以下記録ヘッドという。)を例に挙げて行うことにする。
【0012】
まず、記録ヘッドの構成について説明する。ここで、図1は記録ヘッド1の断面図、図2は流路ユニット2の構造を説明する図、図3はノズル連通口3の構造を説明する図である。
【0013】
図1に示すように、記録ヘッド1は、複数の圧電振動子4を有する振動子ユニット5と、この振動子ユニット5を収納可能なケース6と、ケース6の先端面に接合される流路ユニット2とを備えている。
【0014】
振動子ユニット5は、複数の圧電振動子4、固定板7、及び、フレキシブルケーブル8等をユニット化した部品である。圧電振動子4は、圧力発生素子の一種であり、電気機械変換素子の一種でもある。本実施形態の圧電振動子4は、30μm〜100μm程度の極めて細い幅に切り分けられた櫛歯状に形成されている。そして、各圧電振動子4は、自由端部を固定板7の縁よりも外側に突出させた片持ち梁の状態で取り付けられている。この圧電振動子4は、圧電体と内部電極とを交互に積層して構成された積層型の圧電振動子4であって、電界方向に直交する縦方向に伸縮可能な、言い換えれば、素子の長手方向に振動可能なタイプの圧電振動子4である。従って、圧電振動子4は、充電により自由端部が振動子長手方向に収縮し、放電により自由端部が素子長手方向に伸長する。固定板7は、上記した様に、各圧電振動子4が接合される部品である。本実施形態では放熱性が良好な金属板、具体的には、厚さ0.7mm〜1mm程度のステンレス鋼板を用いている。また、フレキシブルケーブル8は、各圧電振動子4に駆動信号を供給する可撓性を備えた配線部材であり、振動子基端部にて各圧電振動子4と電気的に接続されている。
【0015】
ケース6は、収納空部9、及び、インク供給路10を形成した合成樹脂製のブロック状部材である。本実施形態ではこのケース6をエポキシ系樹脂を射出成型することで作製している。収納空部9は、振動子ユニット5を収納するための空部である。振動子ユニット5は、固定板7を収納空部9の壁面に接着することで、この収納空部9内に固定されている。この収納状態において、圧電振動子4の先端面は収納空部9の先端側開口に臨み、流路ユニット2の島部11に接合されている。また、インク供給路10は、ケース6の取付面側からリザーバ12までの間を連通するインク流路であり、共通液体流路の一部を構成する。このインク供給路10は、ケース6の高さ方向を貫通させて設けられており、ケース6の取付面側にてインク供給針13(図4参照)と液密状態で連通されている。なお、このインク供給針13は、液体状のインク(以下、単にインクという。)を記録ヘッド1内に導入するためのインク導入口であり、本発明の液体導入口の一種である。従って、このインク供給針13とインク供給路10とによって共通インク流路(共通液体流路の一種)が構成される。
【0016】
流路ユニット2は、リザーバ12から各圧力室14を通って対応するノズル開口15に至る一連の個別インク流路(個別液体流路の一種)を、ノズル開口15に対応する複数設けた部品である。この流路ユニット2は、ノズルプレート16と流路形成基板17と弾性板18とから構成され、ノズルプレート16を流路形成基板17の一方の表面に接着し、弾性板18を流路形成基板17の他方の表面に接着することで作製される。
【0017】
ノズルプレート16は、ドット形成密度に対応したピッチで複数のノズル開口15を列状に開設した薄いプレート状部材である。本実施形態では、100ミクロン程度の薄いステンレス鋼板に180dpiのピッチで96個のノズル開口15を穿設している。また、ノズル開口15の直径は最細部で40ミクロン前後である。そして、列設された複数のノズル開口15によってノズル列を構成している。このノズル列は、吐出可能なインクの種類に応じた数が設けられる。例えば、カラー記録が可能な記録ヘッド1にあっては、4条〜7条のノズル列が横並びに設けられる。
【0018】
流路形成基板17は、ノズルプレート16の各ノズル開口15に対応させて圧力室14となる空部を隔壁で区画した状態で複数形成すると共に、ノズル連通口3及びリザーバ12となる空部等を形成した板状の部材である。本実施形態における流路形成基板17は、厚さ300ミクロン程度のシリコンウエハーに対して異方性エッチング処理を施すことにより作製される。これは、結晶面によって圧力室14,ノズル連通口3,インク供給口19等を区画できるため、極めて微細な形状であっても寸法精度良く作製できるからである。
【0019】
図2(b)に示すように、圧力室14は、ノズル開口15の列設方向(ノズル列方向)に対して直交する方向に細長い室であり、偏平な凹室で構成されている。本実施形態の圧力室14は、表面に現れるシリコン結晶面の関係により、細長い並行四辺形状に作製される。そして、圧力室14の長さ(長手方向の長さ)は1〜2mm程度であり、幅(短尺方向の長さ)は100ミクロン程度である。
また、リザーバ12から遠い側に位置する圧力室14の長手方向一端部には、板厚方向を貫通するノズル連通口3を設ける。このノズル連通口3は、図2(c)に示すように、圧力室14とノズル開口15との間を連通する。このノズル連通口3も結晶面の関係から、平面から見て横に細長い平行四辺形状の貫通口として形成され、その長さ(圧力室長手方向の長さ)は400ミクロン前後であり、その幅は圧力室14よりもやや狭い80ミクロン程度である。そして、各ノズル開口15は、図2(b)や図3に示すように、対応するノズル連通口3が臨むように、圧力室14の長手方向一端に配置される。
また、インク供給口19は、圧力室14の長手方向他端とリザーバ12との間に形成された溝状部であり、その流路幅は圧力室14よりも十分に狭く設けられる。そして、このインク供給口19、圧力室14、及び、ノズル連通口3によって、一連の個別インク流路が構成される。
【0020】
図2(a)に示すように、弾性板18は、支持板20上に弾性体膜21をラミネート加工した二重構造である。本実施形態では、支持板20として厚さ30ミクロン程度のステンレス鋼板を用い、弾性体膜21として厚さ数ミクロンの樹脂フィルム(例えば、ポリフェニレンサルファイド)を用いている。この弾性板18は、圧力室14の一方の開口面を封止するダイヤフラム部とリザーバ12の一方の開口面を封止するコンプライアンス部とを備えている。そして、ダイヤフラム部は、圧力室14に対応した部分の支持板20を環状にエッチング加工することで作製されており、環内に島部11が設けられる。また、コンプライアンス部は、支持板20を部分的にエッチング加工で除去し、リザーバ12に面する部分を弾性体膜21だけにすることで作製される。
【0021】
上記構成の記録ヘッド1では、圧電振動子4を振動子長手方向に伸長させることで、島部11がノズルプレート16側に押圧される。この押圧によって、ダイヤフラム部を構成する弾性体膜21が変形し、圧力室14が収縮する。また、圧電振動子4を振動子長手方向に収縮させると、弾性体膜21の弾性により圧力室14が膨張する。そして、圧力室14の膨張や収縮によって内部のインク圧力が変動するので、この圧力室14の膨張や収縮を制御することにより、ノズル開口15からインク滴(本発明の液滴の一種)を吐出させることができる。
【0022】
次に、上記構成の記録ヘッド1の製造方法について説明する。記録ヘッド1を製造するにあたり、予め、ケース6、振動子ユニット5、流路ユニット2等の必要な構成部品を作製しておく。
【0023】
振動子ユニット5を作製する振動子ユニット作製工程では、まず、所定の大きさに切り出した固定板7を用意し、この固定板7の表面に接着剤を塗布する。即ち、振動子群が接着される接着領域に印刷等によって接着剤を塗布する。この接着剤としては、例えば、熱硬化性のエポキシ系接着剤が好適に用いられる。固定板表面に接着剤を塗布したならば、圧電板の片半部分を接着剤塗布面に載置する。ここで、圧電板は、圧電振動子4の基材であり、電極層と圧電体とを何層にも積層してなる板状部材である。圧電板を載置したならば固定板7と圧電板の間に介在する接着剤を硬化させ、圧電板を固定板7に接着する。圧電板を固定板7に接着したならば、圧電板を櫛歯状に切り分けて複数の圧電振動子4を作製する。この切り分けには、例えば、ダイシングソーやワイヤーソーが用いられ、固定板7の先端面から外側に突出している圧電板の先端側部分(つまり、自由端部)から固定板7側に向けて切り込むことでなされる。圧電振動子4に切り分けたならば、フレキシブルケーブル8を接合し、振動子ユニット5が完成する。
【0024】
流路ユニット2を作製する流路ユニット作製工程では、接着面の下地処理を行うプライマ工程と、弾性板18、流路形成基板17及びノズルプレート16を接着するプレート接着工程(本発明における接着工程の一種)とを順に行う。プライマ工程では、プライマ成分としてシランカップリング剤を用い、このシランカップリング剤を0.2wt%程度の濃度に調整したプライマ処理液に各プレート部材(弾性板18、流路形成基板17、ノズルプレート16)の接着面を60分〜70分程度の時間に亘って浸す。本実施形態では、シランカップリング剤を0.2wt%含有するプライマ処理液に60分浸漬した。この処理条件は、各プレート部材同士の接着力は損なわせず、インク流路内に露出した余剰の接着剤を容易に剥離させるために適した条件である。これにより、万一、余剰の接着剤がインク流路に流出したとしても、後述する接着剤除去工程にて、流出した接着剤を容易に除去できる。
【0025】
プレート接着工程では、流路形成基板17の一方の表面に弾性板18を接着し、流路形成基板17の他方の表面にノズルプレート16を接着する。これにより、流路ユニット2が作製される。このプレート接着工程において、接着には種々の接着剤が用いられるが、熱硬化性を有する流動性の接着剤、例えば、2液性のエポキシ系接着剤が好適に用いられる。ここで、流路形成基板17とノズルプレート16とを接着するにあたっては、流路形成基板17の上側表面に接着剤を塗布し、その後、この接着面にノズルプレート16を上方側から載置する。これは、余剰の接着剤が垂れてノズル開口15が閉塞される不具合を防ぐためである。
【0026】
これらのケース6、振動子ユニット5、及び、流路ユニット2等を作製したならば、組立工程に移行し、各構成部品を組み立てる。この場合、まず、流路ユニット2をケース6の先端面に接着する。例えば、ケース6の先端面に接着剤を塗布した後、流路ユニット2をケース先端面に位置付け、ピン等により位置を固定する。この場合においても種々の接着剤が選択できるが、例えば、プレート接着工程と同様に、エポキシ系の接着剤が好適に用いられる。
【0027】
流路ユニット2の位置を固定したならば、ケース6の取付面側から振動子ユニット5を収納空部9内に挿入する。振動子ユニット5の挿入は、まず、各圧電振動子4の先端面に接着剤を転写し、この先端面を先頭にして振動子ユニット5を収納空部9内に挿入する。そして、各圧電振動子4の先端面が対応する島部11に当接したならば、固定板背面とケース内壁面との間に接着剤を注入する。この接着剤は、比較的粘性が低い流動性の接着剤、例えば、熱硬化性のエポキシ系接着剤が好適に用いられる。この注入された接着剤は、毛細管力によって固定板7とケース内壁面との隙間内を浸透して接着領域を満たす。
【0028】
この接着領域が接着剤で満たされたならばケース6を加熱する。この加熱により、流路ユニット2はケース先端面に、振動子ユニット5の固定板7はケース内壁面にそれぞれ接着される。なお、この工程も、本発明の接着工程の一種である。このようにして、流路ユニット2及び振動子ユニット5をケース6に接着したならば、プリント基板等の必要な部品を取り付けて記録ヘッド1の組み立てを終了する。
【0029】
ところで、上記したプレート接着工程にて、流路形成基板17の表面に塗布した接着剤の量が過多であった場合には、余剰の接着剤がノズル連通口3の縁(図3に符号Aで示す側面同士が交差する隅角部。)を伝わって流下してしまう虞がある。そして、この垂れた接着剤はノズル連通口3の縁で硬化してしまう。
また、接着剤を硬化させる前にノズルプレート16を少しずらし、流路形成基板17との位置合わせを行った場合には、ノズルプレート16側に転写された接着剤がノズル連通口3の開口縁付近(図3に符号Bで示す部分。)にはみ出してしまう可能性がある。この場合、開口縁付近ではみ出した接着剤も、はみ出した状態で硬化することになる。同様に、流路形成基板17と弾性板18とを接着する際において、流路形成基板17を少しずらして位置合わせを行っても、接着剤のはみ出しが生じる。
さらに、流路ユニット2とケース6との接着時においても余剰の接着剤がインク供給路10内に垂れてしまう可能性があり、インク供給路10内に垂れてしまった場合には垂れた接着剤がインク供給路10内で硬化することになる。
【0030】
このように、余剰の接着剤がインク流路内で硬化してしまうと、使用時におけるインクの流れによって、この接着剤がインク流路の壁面から剥離してしまう虞がある。この場合、剥離された接着剤がノズル開口15を通過し得る程度の大きさであれば、この接着剤はインクと共にノズル開口15から排出されるので支障はない。しかし、剥離された接着剤がノズル開口15やインク供給口19を通過し得ない大きさであった場合には、目詰まりが生じてしまう。また、ノズル連通口3の縁で硬化した接着剤が部分的に剥離すると、図3に符号A´の仮想線で示すように、この剥離部分が髭状になって自由端部が液体の流れに乗り、その先端部がノズル開口15から外側に露出してしまうことがある。この状態になってしまうと、髭状部は、液体の流れによっては離脱し難いので、そのままの状態が長期間に亘って継続し、印字不良等の原因となり得る。
【0031】
この点に鑑み、本実施形態では、組み立て終了後の記録ヘッド1に対して接着剤除去工程を行い、インク流路内で硬化した余剰の接着剤を除去するようにした。以下、この接着剤除去工程について説明する。
【0032】
本実施形態における接着剤除去工程は、アルカリ性に調整された除去液を、記録ヘッド1内のインク流路に連続的に通液する(流す)ことで行う。従って、この接着剤除去工程は、通液除去工程と表現することもできる。この接着剤除去工程では、図4に示す通液装置31を用いる。この通液装置31は、除去液32を貯留した除去液貯留部(貯留容器)33と、除去液貯留部33内と記録ヘッド1のインク供給針13(液体導入口)との間を連通する供給側チューブ34と、記録ヘッド1のノズル面(ノズルプレート16の外側表面)に液密状態で当接可能なキャップ部材35と、このキャップ部材35と除去液貯留部33との間を連通する排液側チューブ36と、排液側チューブ36の途中に取り付けられた吸引ポンプ37と、除去液貯留部33に貯留された除去液32を加熱するヒータ38とを備える。
【0033】
除去液貯留部33は、除去液32の成分に耐性を有する素材の容器、例えば、ガラス製容器によって構成される。除去液32はアルカリ性の溶液、例えば、水酸化カリウムの水溶液や炭酸水素ナトリウムの水溶液が用いられる。ここで、アルカリ性の溶液を用いるのは、インク流路内に露出している余剰の接着剤について、その接着力を弱めるためである。即ち、この種の記録ヘッド1に用いられる接着剤は、例示したエポキシ系接着剤をはじめ一般的に樹脂系である。そして、樹脂系の接着剤であれば、通液によって除去液32中の水酸化物イオンが硬化状態の接着剤に作用し、例えば、接着点に存在するシラノール基に作用し、接着剤と部品との間の接着力を弱めることができる。
【0034】
供給側チューブ34は、一端が除去液貯留部33内、即ち、除去液32中に配置されている。また供給側チューブ34の他端は、記録ヘッド1のインク供給針13に取り付けられている。この供給側チューブ34は、除去液32に耐性を有する素材であれば種々のものを用いることができる。キャップ部材35は、上面に凹部(封止空部)を形成したトレー状の部材であり、この凹部を囲うように液密(気密)性を確保するためのパッキンを配設している。そして、排液側チューブ36の一端はこの凹部内に連通している。この排液側チューブ36は弾性を有するチューブによって構成され、その一端がキャップ部材35のチューブ取付管(図示せず)に取り付けられている。また、排液側チューブ36の他端は除去液貯留部33に臨んでおり、排液側チューブ36から排出された除去液32を除去液貯留部33に戻すようにしている。吸引ポンプ37は、種々の形式のものを用いることができるが、本実施形態では、ローラーでチューブを挟み、このローラーをチューブに沿って移動させることでチューブ内の液体(気体)を送り出す、所謂しごきタイプのポンプを用いている。このタイプのポンプでは、ローラーの移動速度を可変することで液体の吸引量(液体の循環量)を変えることができる。なお、この吸引ポンプ37に代えて送液ポンプを供給側チューブ34の途中に設けてもよい。
【0035】
この通液装置31によって、除去液32を記録ヘッド1内に通液するためには、キャップ部材35でノズル面を封止した状態で吸引ポンプ37を作動させる。この吸引ポンプ37の作動により、キャップ部材35内の凹部が負圧化され、圧力室14やインク供給路10等のインク流路を構成する部分も負圧化される。これに伴い、記録ヘッド1内のインク流路、及び、供給側チューブ34内も負圧化され、除去液貯留部33に貯留された除去液32が供給側チューブ34側に吸い上げられる。この吸い上げられた除去液32はインク供給針13を通じて記録ヘッド1内に導入され、インク供給路10、リザーバ12、圧力室14、及び、ノズル連通口3を順次満たす。即ち、記録ヘッド1内のインク流路を満たす。さらに、記録ヘッド1内のインク流路を満たした除去液32は、ノズル開口15からキャップ部材35の凹部に吸い出される。この吸い出された除去液32は、排液側チューブ36を通って除去液貯留部33に戻される。
【0036】
従って、通液装置31の作動により、除去液32は記録ヘッド1内のインク流路を連続的に流れる。このように、除去液32が記録ヘッド1内のインク流路に通液されると、上記したように、除去液32中の水酸化物イオンが硬化状態の接着剤に作用し、接着剤と部品との間の接着力を弱める。さらに、除去液32の流れが外力(摩擦力)となって接着剤の剥離を促す。これにより、インク流路内に露出した余剰の接着剤は、その一部が極く小さな小片にちぎれて除去液32中に遊離し、ノズル開口15を通じて記録ヘッド1の外側に排出される。また、ノズル連通口3の隅角部で硬化した接着剤については、根本部分がノズル連通口3に残り他の部分がノズル連通口3から剥離した髭状になるが、除去液32を通液することで髭状部分が少しずつ溶解して細く小さくなる。その結果、余剰な接着剤は、最終的にはノズル開口15を通じてヘッド外部に排出される。従って、インク流路内で硬化した余剰の接着剤を除去することができる。さらに、上記プライマ工程での条件設定により、インク流路内に露出している接着剤の接着力をプレート部材同士の接着力よりも弱くしているので、余剰の接着剤を効率よく剥離することができる。
【0037】
そして、インク流路内の余剰な接着剤が除去されるまで通液状態を継続したならば、同様な手順で洗浄液を通液し、アルカリ成分(水酸化物イオン)を除去する。例えば、除去液32に代えて洗浄用の純水を除去液貯留部33に貯留し、この純水を記録ヘッド1のインク流路に通液する。この純水の通液により、接着剤除去工程が終了する。なお、この接着剤除去工程にて余剰な接着剤が除去されたことを確認するため、接着剤除去工程後の記録ヘッド1を適宜抜き取り、検査することが好ましい。
【0038】
ところで、接着剤除去工程における接着剤の剥離は、除去液32中の水酸化物イオンによる化学反応と、硬化状態の接着剤に除去液32の流れが接触するために生じる外力とによって起こっていると考えられる。このため、接着剤の剥離を効率よく行うには、これらの条件を最適化する必要がある。以下、この点について説明する。
【0039】
まず、化学反応の観点から検討する。水酸化物イオンの作用によって接着剤の剥離が生じるということは、接着対象物との境界(接着点)に存在する接着物質が水酸化物イオンとの接触で化学変化をし、その結果接着力が弱められていると考えられる。この場合において、接着剤の剥離が化学反応であれば、その剥離開始時間はアレニウスの式に基づいてシミュレーションできると考えられる。
【0040】
ここで、アレニウスの式とは、化学反応の速度定数の温度変化を示すものであり、次式(1)で表される。
ln(k)=−Ea/(RT)=−(Ea/R)×(1/T) … (1)
なお、k:反応速度定数,T:絶対温度,Ea:活性化エネルギー,R:気体定数である。
【0041】
また、硬化した接着剤の剥離開始時間tは次式(2)で表すことができる。
ln(t)=ln([AH]/v)=−ln(k×[OH])=−ln(k)−ln[OH] … (2)
なお、[AH]:酸濃度(シラノール基の量),[OH]:アルカリ濃度,v:化学反応速度(v=k×[AH]×[OH])
【0042】
これらの式(1)と式(2)とから次式(3)を導くことができ、剥離開始時間tの自然対数は、除去液温度Tの逆数に比例することが判る。
ln(t)=(Ea/R)×(1/T)−ln[OH] … (3)
【0043】
そして、図5は、硬化接着剤の剥離開始時間と除去液32の温度との関係を数点測定し、これらの測定結果から得られた剥離開始時間tの自然対数(縦軸)と除去液温度Tの逆数(横軸)との関係を示した図である。また、図6は、図5の関係に基づいて得られた剥離開始時間t(縦軸)と除去液温度T(横軸)の関係を示した図である。
【0044】
これらの図から、剥離開始時間は、除去液温度に依存して変化すること、即ち、除去液32を高温にする程に剥離開始時間が短くなることが判る。従って、高温に調整した除去液32を通液することで、余剰な硬化接着剤を短時間で除去することができる。例えば、除去液32を310[K](約37℃)の温度に調整した場合には剥離開始までに約1800時間必要であるのに対し、除去液32を343[K](約70℃)の温度に調整した場合には、310[K]よりも十分短い時間(約46時間)で済むことが判った。
また、図5に示す直線の切片(剥離開始時間)は、上記式(3)から除去液32のアルカリ濃度に依存して変化することが判る。即ち、除去液32のアルカリ濃度が増える程に切片が小さくなることが判る。このことは、除去液32のアルカリ性を強くする程(pHを高くする程)に剥離開始時間が短くなることを意味する。
【0045】
次に、除去液32の流れによる外力の観点から検討する。ここで、図7は、除去液32を343[K]の温度に調整した際における接着剤の剥離開始時間を示し、流速100%、即ち、記録ヘッド1使用時の最大液体流速で除去液32を通液した場合の結果を示している。また、流速179%は、上記最大液体流速に対して1.79倍の流速で除去液32を通液した場合の結果を示している。
この図7から明らかなように、流速100%では約46時間で接着剤の剥離が開始したのに対し、流速179%では約33時間で接着剤の剥離が開始した。このことから、除去液32の流速を高める程に余剰の接着剤を短時間で除去できることが判る。
【0046】
以上を総括すると、余剰の接着剤を短時間で除去するためには、除去液32の温度は高温に、除去液32のアルカリ濃度は高く、除去液32の通液速度は速く設定すればよいことが判る。この場合において、除去液32の通液速度は、ヘッド使用時の最高液体流速よりも速い流速であることが好ましい。このように設定すると、記録ヘッド1の使用時においてはインクの流速が除去処理時よりも遅いので、使用中に余剰の接着剤が剥離してしまう不具合を確実に防止できる。同様に、除去液32の温度は、使用時におけるインクの許容最高温度よりも高い温度に調整することが好ましい。このように設定すると、記録ヘッド1の使用時においてはインクの温度が除去処理時よりも低温であるため、使用中に余剰の接着剤が剥離してしまう不具合を確実に防止できる。
【0047】
但し、温度や速度等の許容範囲は、弊害が生じないように設定する必要がある。例えば、除去液32の温度を沸騰するまでに上昇させてしまうと、ケース6や弾性体膜21に変形が生じてしまう可能性がある。また、除去液32のアルカリ濃度を過剰に高くすると、流路ユニット2を構成する各プレート状部材16〜18に剥離が生じてしまったり、流路ユニット2がケース6から剥がれてしまう可能性がある。さらに、除去液32の通液速度を過剰に高くすると弾性体膜21が破損してしまう可能性がある。
【0048】
この弊害を考慮するならば、除去液32の温度は常温以上であってケース6や弾性体膜21の耐熱温度以下に設定することが求められる。また、除去液32のアルカリ濃度は、接着剤除去工程終了後において、流路ユニット2とケース6との接着強度が確保でき、流路ユニット2を構成する各プレート状部材の接着強度が確保できる程度に設定することが求められる。そして、本発明者の実験によれば、アルカリ濃度に関してpH7.2〜pH9.6の範囲であれば、余剰の接着剤を除去でき、各部材同士の接着強度を接着剤除去工程終了後においても必要以上に維持できることが確認できた。さらに、除去液32の通液速度に関し、ヘッド使用時におけるインクの最高流速の2〜3倍であれば、記録ヘッド1を破損させることなく余剰の接着剤を除去することができる。
【0049】
なお、以上は、液体噴射ヘッドの一種である記録ヘッド1を例に挙げて説明したが、本発明は他の液体噴射ヘッドにも適用することができる。例えば、液晶ディスプレイやELディスプレイ、FED(面発光ディスプレイ)等の製造に用いられる色材噴射ヘッドや電極材噴射ヘッドにも適用することができる。また、バイオチップの製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドにも適用できるし、マイクロピペット(試料噴射ヘッド)にも適用できる。
【0050】
また、圧力発生素子に関し、上記した各実施形態では圧電振動子4を例示したが、これに限定されるものではない。圧力発生素子は、圧力室14内の液体に圧力変動を生じさせ得る素子であればよく、例えば電気機械変換素子の一種である磁歪素子であってもよいし、圧力室14内の液体を突沸させる発熱素子であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 記録ヘッドの断面図である。
【図2】 (a)〜(c)は、流路ユニットの構造を説明する図である。
【図3】 ノズル連通口を説明する断面図である。
【図4】 通液装置を説明する模式図である。
【図5】 剥離開始時間tの自然対数(縦軸)と除去液温度Tの逆数(横軸)との関係を示した図である。
【図6】 剥離開始時間t(縦軸)と除去液温度T(横軸)の関係を示した図である。
【図7】 剥離開始時間と除去液の流速との関係を説明する図である。
【符号の説明】
1…インクジェット式記録ヘッド,2…流路ユニット,3…ノズル連通口,4…圧電振動子,5…振動子ユニット,6…ケース,7…固定板,8…フレキシブルケーブル,9…収納空部,10…インク供給路,11…島部,12…リザーバ,13…インク供給針,14…圧力室,15…ノズル開口,16…ノズルプレート,17…流路形成基板,18…弾性板,19…インク供給口,20…支持板,21…弾性体膜,31…通液装置,32…アルカリ性除去液,33…除去液貯留部,34…供給側チューブ,35…キャップ部材,36…排液側チューブ,37…吸引ポンプ,38…ヒータ
Claims (4)
- 液体導入口から圧力室を通ってノズル開口に至る一連の液体流路を備え、圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズル開口から液滴を吐出させる液体噴射ヘッドの製造方法において、
構成部品同士の間に接着剤を介在させた状態で該接着剤を硬化させる接着工程と、
前記液体流路内に露出した状態で硬化した余剰の接着剤を除去する接着剤除去工程とを経て製造され、
該接着剤除去工程は、アルカリ性に調整された除去液をヘッド使用時の最高液体流速よりも速い流速で前記液体流路に通液することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。 - 液体導入口から圧力室を通ってノズル開口に至る一連の液体流路を備え、圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズル開口から液滴を吐出させる液体噴射ヘッドの製造方法において、
構成部品同士の間に接着剤を介在させた状態で該接着剤を硬化させる接着工程と、
前記液体流路内に露出した状態で硬化した余剰の接着剤を除去する接着剤除去工程とを経て製造され、
該接着剤除去工程は、アルカリ性に調整された除去液を、ヘッド使用時における液体の許容最高温度よりも高い温度に調整し、前記液体流路に通液することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。 - 前記接着工程は、圧力室及びノズル連通口となる空部を複数設けた流路形成基板と、圧力室の一部を区画する弾性板と、複数のノズル開口が穿設されたノズルプレートとを積層状態で接着する工程を含むことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
- 前記接着工程に先立ってなされるプライマ工程にて、シランカップリング剤を含有するプライマ処理液に接着面を浸すプライマ処理を行うことを特徴とする請求項1から請求項3の何れかに記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
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