JP6260142B2 - 液体噴射ヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は液体噴射ヘッドの製造方法に関し、特に相対向する接着面の形状が異なる二つの部材を加圧接合する場合に適用して有用なものである。

液体噴射装置として、インクジェット式記録ヘッドを搭載したインクジェット式記録装置がある（例えば特許文献１参照）。インクジェット式記録ヘッドでは、圧力発生手段により圧力発生室内のインクに圧力を作用させることにより、ノズルプレートに形成されたノズル開口を介してインク滴を吐出させている。圧力発生手段としては、薄膜型の圧電アクチュエーターを用いたもの、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型の圧電アクチュエーターを用いたもの、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型の圧電アクチュエーターを用いたものなどが提案されている。

圧電アクチュエーターとして圧電アクチュエーターを用いるインクジェット式記録ヘッドの一種として、一体的に接合したアクチュエーターユニットと、流路部材である連通板とを有するものがある。ここで、アクチュエーターユニットは、圧力発生室が形成されるとともに、圧力発生室に対向して薄膜型の圧電アクチュエーターが配設された流路形成基板と、前記圧電アクチュエーターを覆合して保護する保護基板とを一体的に接合してなる。また、連通板は、アクチュエーターユニットとの接合面と反対側の面に、ノズル開口が形成されたノズルプレートが貼着してあり、圧力発生室とノズル開口とを連通するノズル連通路や、インクの貯留部であるマニホールドと圧力発生室とを連通するインク供給路等が形成されている。

上述の如きアクチュエーターユニットと連通板との接合工程においては、接着材を塗布したアクチュエーターユニットと連通板との接合面を当接させて上ツールと下ツールとの間に挟み、加熱・加圧しつつ所定の接着を行なっている。

なお、インクジェットヘッドの製造工程における接合時の反りを抑制する技術を開示する先行技術として特許文献２が存在する。

特開２００２−３５５９６１号公報 特開２００６−３２１１７１号公報

ところで、従来技術における上述の如きアクチュエーターユニットと連通板との接合工程においてはアクチュエーターユニットの表面（上面）に上ツールの下面を当接させるとともに、連通板の表面（下面）に下ツールの上面を当接させて加圧・接着している。ここで、平面である上ツールの下面には、平面であるアクチュエーターユニットの上面の全体が当接する一方、平面である下ツールの上面には、平面である連通板の下面の全体が当接するようになっている。

ここで、アクチュエーターユニットの連通板との接合面側の平面の面積は、連通板のアクチュエーターユニットとの接合面側の平面の面積よりも小さい。この結果、連通板の前記接合面側にアクチュエーターユニットと当接しない部分が発生する。

このため、上ツールと下ツールとの間に加圧力を加えてアクチュエーターユニットと連通板とを挟持すると、連通板の反りを生起するという問題を発生する。

なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッドに限定されず、インク以外の液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、アクチュエーターユニットと連通板等、大きさが異なる２種類の部材を接着・接合する工程において一方の部材における反りの発生を防止し得る液体噴射ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の態様は、複数の部材を積層し、各部材同士を接着剤で接合して構成するとともに、圧力発生手段により圧力発生室内の液体に圧力を作用させることにより、ノズルプレートに形成されたノズル開口を介してインク滴を吐出させる液体噴射ヘッドの製造方法であって、接合面側の面の形状が相対的に小さい第１の部材と、前記面の形状が相対的に大きい第２の部材とを接着剤を介して当接させた状態で、前記第１の部材に当接する一方のツールと前記第２の部材に当接する他方のツールとの間で挟持して加圧・接合する接合工程を有するとともに、前記接合工程における前記ツールは、前記他方のツールの前記第２の部材に対する当接面が、前記第１の部材の接合面側の外形形状と同一となるように形成されているものを用いることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。

本態様によれば、加圧・接合時に、一方および他方のツールで第１および第２の部材を挟持することに伴う押圧力を、他方のツールが受ける際、他方のツールの押圧面は、第１の部材の接合面と同形状であるので、第２の部材の接合面側の面のうち、第１の部材が当接する領域以外の領域には、このときの押圧力が作用することはない。すなわち、第１の部材が第２の部材よりも小さい形状であることに起因して第２の部材に反りを与える力を除去することができる。この結果、当該加圧・接合工程における第２の部材における反りの発生を未然に防止して、第１の部材と第２の部材の良好な接合を行なうことができる。

ここで、液体が充填される圧力発生室や、該圧力発生室の前記液体に圧力を作用させる圧力発生手段を有するアクチュエーターユニットを第１の部材とし、前記圧力発生室と前記ノズル開口とを連通するノズル連通路や、液体の貯留部であるマニホールドと前記圧力発生室とを連通する液体供給路が形成されている連通板を第２の部材とした場合に良好に適用し得る。アクチュエーターユニットと連通板とは、加圧・接合して製造されるが、一般にアクチュエーターユニットの形状よりも連通板の形状が大きいからである。

さらに、前記ツールは、加熱・加圧接合するものであり、しかも加熱・加圧接合時における前記アクチュエーターユニットと、前記連通板との膨張量が揃うように、下記式（１）の関係が成立するように構成するのが望ましい。

αａ×Ｔｈ＝αｒ×Ｔｌ ・・・（１）
ただし、αａ：第１の部材（アクチュエーターユニット）の線膨張係数
αｒ：第２の部材（連通板）の線膨張係数
Ｔｈ：一方のツールの温度
Ｔｌ：他方のツールの温度
上記式（１）の条件を満足する場合は、第１の部材（アクチュエーターユニット）と第２の部材（連通板）との熱膨張量が同じになり、この点でも第２の部材の反りを良好に抑制することができるからである。

本発明の実施の形態により製造される記録ヘッドの分解斜視図である。 本発明の実施の形態により製造される記録ヘッドの断面図である。 本発明の実施の形態における加熱接合工程の態様を示す説明図である。 従来技術における加熱接合工程の態様を示す説明図である。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態１に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図、図２はその横断面図である。両図に示すように、本実施形態の液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドＩは、ヘッド本体１１およびケース部材４０等の複数の部材を備え、これら複数の部材が積層されて接着剤によって接合されている。本実施形態では、ヘッド本体１１は、流路形成基板１０と、連通板１５と、ノズルプレート２０と、保護基板３０と、コンプライアンス基板４５と、を具備する。

ヘッド本体１１を構成する流路形成基板１０は、本実施形態では、シリコン単結晶基板からなり、当該流路形成基板１０には、複数の圧力発生室１２が同じ色のインクを吐出する複数のノズル開口２１が並設される方向に沿って並設されている（以下、この方向を第１の方向Ｘと称する）。

また、流路形成基板１０には、圧力発生室１２が第１の方向Ｘに並設された列が複数列、本実施形態では、２列設けられている。この圧力発生室１２が第１の方向Ｘに沿って形成された圧力発生室１２の列が複数列設された列設方向を、第２の方向Ｙと称する。流路形成基板１０の一方の面には圧力発生室１２の一方の開口を封止するように振動板５１が接着剤で貼着されている。

一方、流路形成基板１０に貼着された振動板５１の絶縁体膜上には、第１電極６０と圧電体層７０と第２電極８０とからなる圧電アクチュエーター（圧力発生手段）３００が設けられている。本実施形態では、第１電極６０が複数の圧電アクチュエーター３００に共通する共通電極として機能し、第２電極８０が各圧電アクチュエーター３００で独立する個別電極として機能する。

また、第２電極８０には、リード電極９０の一端がそれぞれ接続されている。リード電極９０の他端には、駆動回路１２０が設けられた配線基板１２１が接続されている。

流路形成基板１０の圧電アクチュエーター３００側の面には、流路形成基板１０と略同じ大きさを有する保護基板３０が接合されている。保護基板３０は、圧電アクチュエーター３００を保護するための空間である保持部３１を有する。

かくして、圧力発生室１２が形成されるとともに、圧力発生室１２に対向して薄膜型の圧電アクチュエーター３００が配設された流路形成基板１０と、圧電アクチュエーター３００を覆合して保護する保護基板３０とを一体的に接合してなるアクチュエーターユニットＡが形成されている。このアクチュエーターユニットＡが本実施形態における第１の部材となる。

アクチュエーターユニットＡと加圧・接合される本形態における第２の部材である連通板１５は、アクチュエーターユニットＡよりも大きな形状の部材であり、流路形成基板１０のノズルプレート２０側（振動板５１とは反対側）でアクチュエーターユニットＡに接合されている。連通板１５には、各圧力発生室１２に連通する複数のノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が接合される。連通板１５には、圧力発生室１２とノズル開口２１とを繋ぐノズル連通路１６が設けられている。ここで、連通板１５は、流路形成基板１０よりも大きな面積を有し、ノズルプレート２０は流路形成基板１０よりも小さい面積を有する。このようにノズルプレート２０の面積を比較的小さくすることでコストの削減を図ることができる。

また、連通板１５には、マニホールド１００の一部を構成する第１マニホールド部１７と、第２マニホールド部１８とが設けられている。第１マニホールド部１７は、連通板１５を厚さ方向（連通板１５と流路形成基板１０との積層方向）に貫通して設けられている。また、第２マニホールド部１８は、連通板１５を厚さ方向に貫通することなく、連通板１５のノズルプレート２０側に開口して設けられている。

さらに、連通板１５には、圧力発生室１２の第２の方向Ｙの一端部に連通するインク供給路１９が、各圧力発生室１２毎に独立して設けられている。このインク供給路１９は、第２マニホールド部１８と圧力発生室１２とを連通する。

かかる構成のヘッド本体１１には、複数の圧力発生室１２に連通するマニホールド１００をヘッド本体１１と共に画成するケース部材４０が固定されている。ケース部材４０は、平面視において上述した連通板１５と略同一形状を有し、保護基板３０に接着剤によって固定されると共に、上述した連通板１５にも接着剤によって固定されている。具体的には、ケース部材４０は、保護基板３０側に流路形成基板１０及び保護基板３０が収容される深さの凹部４１を有する。この凹部４１は、保護基板３０の流路形成基板１０に接合された面よりも広い開口面積を有する。そして、凹部４１に流路形成基板１０等が収容された状態で凹部４１のノズルプレート２０側の開口面が連通板１５によって封止されている。これにより、流路形成基板１０の外周部には、ケース部材４０とヘッド本体１１とによって第３マニホールド部４２が画成されている。そして、連通板１５に設けられた第１マニホールド部１７および第２マニホールド部１８と、ケース部材４０と流路形成基板１０とによって画成された第３マニホールド部４２とによって本実施形態のマニホールド１００が形成されている。

なお、保護基板３０の材料は、保護基板３０が接着される流路形成基板１０と線膨張係数が同等の材料が好ましく、本実施形態では、シリコン単結晶基板を用いた。

連通板１５の第１マニホールド部１７及び第２マニホールド部１８が開口する液体噴射面２０ａ側の面には、コンプライアンス基板４５が設けられている。このコンプライアンス基板４５が、第１マニホールド部１７と第２マニホールド部１８の液体噴射面２０ａ側の開口を封止している。

このようなコンプライアンス基板４５は、本実施形態では、封止膜４６と、固定基板４７と、を具備する。封止膜４６は、可撓性を有する薄膜（例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）やステンレス鋼（ＳＵＳ）等により形成された厚さが２０μｍ以下の薄膜）からなり、固定基板４７は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属等の硬質の材料で形成される。この固定基板４７のマニホールド１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４８となっているため、マニホールド１００の一方面は可撓性を有する封止膜４６のみで封止された可撓部であるコンプライアンス部４９となっている。

なお、ケース部材４０には、マニホールド１００に連通して各マニホールド１００にインクを供給するための導入路４４が設けられている。また、ケース部材４０には、保護基板３０の貫通孔３２に連通して配線基板１２１が挿通される接続口４３が設けられている。

このような構成のインクジェット式記録ヘッドＩでは、インクを吐出する際に、インクカートリッジ等のインク貯留手段から導入路４４を介してインクを取り込み、マニホールド１００からノズル開口２１に至るまで流路内部をインクで満たす。その後、駆動回路１２０からの信号に従い、圧力発生室１２に対応する各圧電アクチュエーター３００に電圧を印加することにより、圧電アクチュエーター３００と共に振動板５１を撓み変形させる。これにより、圧力発生室１２内の圧力が高まり所定のノズル開口２１からインク滴が吐出される。

このようなインクジェット式記録ヘッドＩの流路部材を構成する積層された基板は、互いに接着剤を介して加圧・接合されている。特に、本形態ではヒートツールを用いて加熱も行なっている。

ここで、上述の如きインクジェット式記録ヘッドＩにおけるアクチュエーターユニットＡと連通板１５とを対象とする、ヒートツールを用いた、実施の形態に係る加熱・加圧接合工程を説明する。

図３は本実施の形態における加熱・加圧接合工程の態様を示す説明図である。同図に示すように、接合面側の面の形状が相対的に小さい第１の部材であるアクチュエーターユニットＡと、接合面の形状が相対的に大きい第２の部材である連通板１５とを接着剤を介して当接させた状態で、アクチュエーターユニットＡと連通板１５とを、一対のヒートツール２００の一方のヒートツール２００Ａと他方のヒートツール２００Ｂとの間で挟持する。ここで、当該接合工程におけるヒートツール２００は、他方のヒートツール２００Ｂの連通板１５に対する当接面が、アクチュエーターユニットＡの接合面側の外形形状と同一となるように形成されている。すなわち、他方のヒートツール２００Ｂにおいて、連通板１５に対する当接面を形成する部分は、凸部２００Ｂ１となって、凸部２００Ｂ１の、幅Ｗ２の上面がアクチュエーターユニットＡの幅Ｗ１（＝Ｗ２）の接合面と同一形状となっている。

この結果、本形態によれば、加熱・加圧接合時に、一方および他方のヒートツール２００Ａ，２００ＢでアクチュエーターユニットＡおよび連通板１５を挟持することに伴う押圧力を、連通板１５が受ける際、他方のヒートツール２００Ｂの押圧面は、アクチュエーターユニットＡの接合面と同形状であるので、連通板１５の接合面側の面のうち、アクチュエーターユニットＡが当接する領域以外の領域には、このときの押圧力が作用することはない。すなわち、アクチュエーターユニットＡが連通板１５よりも小さい形状であることに起因して連通板１５に反りを与える力を除去することができる。

したがって、当該加熱・加圧接合工程における連通板１５における反りの発生を未然に防止して、アクチュエーターユニットＡと連通板１５の良好な接合を行なうことができる。

ここで、図３における図示は省略するが、ヒートツール２００Ｂの連通板１５を載置する面には、ノズル連通路１６の位置に合わせて凹部が設けられており、アクチュエーターユニットＡと連通板１５の接合面の接着剤がノズル連通路１６をつたって流れてきても該凹部に逃がせる構造としている。

さらに、ヒートツール２００は、加熱・圧着時におけるアクチュエーターユニットＡと、連通板１５との膨張量が揃うように、下記式（２）の関係が成立するように構成するのが望ましい。

αａ×Ｔｈ＝αｒ×Ｔｌ ・・・（２）
ただし、αａ：第１の部材（アクチュエーターユニット）の線膨張係数
αｒ：第２の部材（連通板）の線膨張係数
Ｔｈ：一方のツールの温度
Ｔｌ：他方のツールの温度
上記式（２）の条件を満足する場合は、第１の部材（アクチュエーターユニット）と第２の部材（連通板）との熱膨張量が同じになり、この点でも第２の部材の反りを良好に抑制することができる。

図４は従来技術における加熱・加圧接合工程の態様を示す説明図である。同図に示すように、従来におけるヒートツール２０１は、アクチュエーターユニットＡに当接される一方のヒートツール２０１Ａと連通板１５に当接される他方のヒートツール２０１Ｂは、何れも平板状の部材で形成していた。

したがって、一方および他方のヒートツール２０１Ａ，２０１Ｂの間にアクチュエーターユニットＡと連通板１５とを挟持した場合には、アクチュエーターユニットＡの接合面側の形状と連通板１５の接合面側の形状の違い（アクチュエーターユニットＡの接合面側の外形形状が連通板１５の接合面側の外形形状よりも小さい）に起因して、図中に点線で示すように、他方のヒートツール２０１Ｂが反り、それに伴い連通板１５に反りが発生する。

これに対し上述の如き本発明の実施の形態によれば、連通板１５における反りの発生を良好に防止することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明の基本的な構成は上述したものに限定されるものではない。接合面側の面の形状が相対的に小さい第１の部材（前記実施の形態のアクチュエーターユニットＡ）と、前記面の形状が相対的に大きい第２の部材（前記実施の形態の連通板１５）とを接合する工程を必要とする製造工程を有する場合であれば、他の形式の液体噴射ヘッドにも適用し得る。接合面側の面の形状が相対的に小さい第１の部材と、前記面の形状が相対的に大きい第２の部材とを接合する工程を有する製造工程を有する液体噴射ヘッドの製造方法であれば、同様に適用し得る。例えば、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型の圧電アクチュエーターを用いたもの、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型の圧電アクチュエーターを用いたもの等に、同様に適用でき、同様の作用効果を発揮させることができる。

Ｉ インクジェット式記録ヘッド、 Ａ アクチュエーターユニット、 １０ 流路形成基板、 １１ ヘッド本体、 １２ 圧力発生室、 １５ 連通板、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル開口、 ３０ 保護基板、 ４０ ケース部材、 ５１ 振動板、 ２００ ヒートツール、 ３００ 圧電アクチュエーター

Claims (3)

1. 複数の部材を積層し、各部材同士を接着剤で接合して構成するとともに、圧力発生手段により圧力発生室内の液体に圧力を作用させることにより、ノズルプレートに形成されたノズル開口を介してインク滴を吐出させる液体噴射ヘッドの製造方法であって、
   接合面側の面の形状が相対的に小さい第１の部材と、前記面の形状が相対的に大きい第２の部材とを接着剤を介して当接させた状態で、前記第１の部材に当接する一方のツールと前記第２の部材に当接する他方のツールとの間で挟持して加圧・接合する接合工程を有し、
   前記ツールは、加熱・加圧接合するものであり、加熱・加圧接合時における前記第１の部材と、前記第２の部材との膨張量が揃うように、下記式（１）の関係が成立するようにしたことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
   αａ×Ｔｈ＝αｒ×Ｔｌ ・・・（１）
   ただし、αａ：第１の部材の線膨張係数
   αｒ：第２の部材の線膨張係数
   Ｔｈ：一方のツールの温度
   Ｔｌ：他方のツールの温度
2. 前記接合工程における前記ツールは、前記他方のツールの前記第２の部材に対する当接面が、前記第１の部材の接合面側の外形形状と同一となるように形成されているものを用いることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
3. 前記第１の部材は、液体が充填される圧力発生室や、該圧力発生室の前記液体に圧力を作用させる圧力発生手段を有するアクチュエーターユニットであり、
   前記第２の部材は、前記圧力発生室と前記ノズル開口とを連通するノズル連通路や、液体の貯留部であるマニホールドと前記圧力発生室とを連通する液体供給路が形成されている連通板であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。

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