JP4630592B2 - インクジェットヘッドユニットの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、インクをインク滴として吐出させるインクジェットヘッドを備えるインクジェットヘッドユニットの製造方法に関する。

インクジェットヘッドとしては、例えば、インクジェットプリンタ等に搭載されるインクジェットヘッドが挙げられる。インクジェットヘッドは、基本的に、インクを吐出するための圧力室を形成するインク吐出基板やその圧力室に連通するノズル等を備えており、圧力室内のインクをノズルからインク滴として吐出させる。

このようなインクジェットヘッドは、それを駆動制御する駆動回路を有する駆動回路基板と共にベース基板に接着されてユニット化されている。ベース基板には、通常、インクジェットヘッドのインク吐出基板が接着剤により直接接着されている。接着剤としては、熱硬化型のエポキシ接着剤等が用いられる。このエポキシ接着剤は、高強度で、インクやインクジェットヘッド製造工程で使用される洗浄剤に対して浸透膨潤・劣化をほとんど起こさないため、高い信頼性を得ている。しかし、その硬化温度は、１００℃を超えるため、実用時の温度２０〜３０℃との差が大きく、反りを引き起こす原因となっている。

一方、特許文献１では、インク吐出基板とベース基板との間に熱膨張率がインク吐出基板と近い基板を設けることで、反りの発生を低減させる技術が提案されている。また、特許文献２では、インク吐出基板の強度を上げること又はベース基板の強度を下げることによって、反りの発生を低減させる技術が提案されている。

特開２０００−３５１２１５公報 特開２００２−３３７３４３公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２では、熱膨張率がインク吐出基板に近い基板又はインク吐出基板の強度を上げるための基板が必要となり、それらの基板が必ずしも高い熱伝導率を有しているわけではないため、インク吐出基板の発熱による温度上昇や温度ムラを抑える効果が減少してしまう。

特許文献１では、熱膨張率がインク吐出基板に近い基板の材料として、熱膨張率からアモルファスカーボンや窒化アルミが用いられている。特許文献１で挙げられている基板材料の熱伝導率は、アルミニウムで２００Ｗ／ｍＫ、シリコンで１００Ｗ／ｍＫ、窒化アルミで１５０Ｗ／ｍＫ、アモルファスカーボンで５Ｗ／ｍＫ、アルミナで４０Ｗ／ｍＫである。このため、特許文献１のように基板材料としてアモルファスカーボンを用いた場合には、インク吐出基板の発熱による温度上昇や温度ムラを抑える効果が減少してしまう。また、基材材料として窒化アルミを用いた場合には、インク吐出基板の発熱による温度上昇や温度ムラを抑える効果を低下させることはないが、窒化アルミが高価なため、インクジェットヘッドのコストがアップしてしまう。

さらに、特許文献１及び特許文献２では、熱膨張率がインク吐出基板に近い基板又はインク吐出基板の強度を上げるための基板を必要とするため、部品点数が増え、インクジェットヘッドのコストがアップしてしまう。また、必要とする基板とインク吐出基板とベース基板とは接着剤で接着されるため、それらの間には２つの接着層が存在することになり、１つだけの接着層の場合と比べ、接着層の膨張又は収縮によって発生する反りが増大してしまう。

本発明の目的は、インク吐出基板をベース基板に取り付ける際に発生する反りを低減し、さらに、インク吐出基板での発熱を拡散することによりインクの吐出安定性の向上及び濃度ムラの低減を実現する安価なインクジェットヘッドユニットの製造方法を提供することである。

本発明は、ベース基板とインクを吐出させるための圧力室を形成するインク吐出基板とを、それらが積層された場合に互いに接触する各接触面を接着させて積層することで、インクジェットヘッドユニットを製造するインクジェットヘッドユニットの製造方法において、前記インク吐出基板の接触面の長手方向の中央領域を、浸透性を有する浸透接着剤より強い接着力を有する高強度接着剤により前記ベース基板の接触面に接着し、その後、前記インク吐出基板の接触面の両端領域に対し、前記インク吐出基板と前記ベース基板との間に前記浸透接着剤を浸透させて、前記インク吐出基板の接触面を前記ベース基板の接触面に接着するようにした、ことを特徴とする。

本発明によれば、インク吐出基板をベース基板に取り付ける際に発生する反りを低減し、さらに、インク吐出基板での発熱を拡散することによりインクの吐出安定性の向上及び濃度ムラの低減を実現する安価なインクジェットヘッドユニットを提供することができる。

本発明の前提技術を図１及び図２に基づいて説明する。図１は本前提技術のインクジェットヘッドユニット１を概略的に示す分解斜視図である。

図１に示すように、インクジェットヘッドユニット１は、各種の部材等を保持するベース基板２、ベース基板２上に設けられノズルプレート３に形成されたノズル４からインクをインク滴として吐出させるインクジェットヘッド５、ベース基板２上であってインクジェットヘッド５と同一面側に設けられインクジェットヘッド５を駆動する駆動回路である駆動ＩＣ（図示せず）を有する駆動回路基板６、インクジェットヘッド５と駆動回路基板とを電気的に接続する配線部７等から構成されている。

インクジェットヘッド５は、複数のノズル４が形成されたノズルプレート３、インクを吐出させるための複数の圧力室（図示せず）を形成するインク吐出基板８、それらの圧力室に連通する共通インク室（図示せず）を有するインク室基板９等を備えている。複数の圧力室は、複数のノズル４にそれぞれ対向する位置に設けられており、それぞれに共通インク室からインクが供給されるように構成されている。なお、インク吐出基板８は、少なくとも圧力室の一部を形成している。

インク吐出基板８は圧電部材等により形成されており、駆動回路基板６の駆動ＩＣに電気的に接続されている。このインク吐出基板８は、駆動ＩＣによる駆動制御に基づいて圧力室の体積を変形させることで、圧力室内のインクをノズルプレート３のノズル４からインク滴として吐出させる構造になっている。なお、圧電部材としては、圧電素子（ピエゾ素子）等が用いられているが、これに限るものではない。

インク室基板９には、共通インク室にインクを供給するためのインク供給口１０が形成されている。このインク供給口１０には、インクを収容するインクタンク（図示せず）がインク供給路１１を介して接続されている。これにより、インクタンクに収容されたインクはインク供給路１１を介してインク供給口１０から共通インク室に供給される。

なお、インクとしては、例えば水性インク、油性インク、溶剤インク及びＵＶインク（紫外線硬化型インク）等の様々なインクが用いられる。ＵＶインクは、例えば、顔料、モノマー、オリゴマー、光重合開始剤、分散剤やその他の添加剤（例えば表面張力調整剤）等から構成されている。

このようなインクジェットヘッド５は、駆動回路基板６の駆動ＩＣによる駆動制御に基づいて、インク吐出基板８の所望の圧力室の体積を変化させてインクに圧力を加えることで、その圧力室に供給されたインクを複数のノズル４から選択的にインク滴として吐出させる。なお、圧力室の体積が増える過程では、共通インク室のインクが圧力室に吸引され、圧力室の体積が減る過程では、圧力室のインクがインク滴となってノズル４から外部に向けて吐出する。

なお、本前提技術では、吐出力発生部材として圧電部材（例えばピエゾ素子）を利用する圧電方式のインクジェットヘッド５が用いられているが、これに限るものではなく、例えば吐出力発生部材として発熱体を利用するサーマル方式のインクジェットヘッドが用いられても良い。なお、どちらの方式でも、圧力室のインクに圧力（圧力室の体積変化による圧力又は気泡による圧力）を加えることで、圧力室内のインクをノズル４からインク滴として吐出させている。

このようなインクジェットヘッド５は、異なる特性を有する２種類の接着剤１２，１３によりベース基板２上に接着されている。すなわち、インクジェットヘッド５のインク吐出基板８とベース基板２とは、それらが積層された場合に互いに接触する各接触面８ａ，２ａを接着させて積層することで形成されている。

異なる特性を有する２種類の接着剤１２，１３としては、高強度接着剤１２と弾性接着剤１３とが用いられている。なお、ベース基板２としては、例えば熱伝導率が高い部材等が用いられている。

高強度接着剤１２は、弾性接着剤１３より強い接着力（高強度）を有する接着剤である。また、高強度接着剤１２は、その接着強度がインクや洗浄剤等に対して低下しない優れた耐環境特性を有する耐環境接着剤でもある。高強度接着剤１２としては、例えばエポキシ系の接着剤が用いられる。このエポキシ系の接着剤としては、例えば１液性の熱硬化型エポキシ接着剤等が用いられる。

一方、弾性接着剤１３は、硬化後も弾性を有する接着剤である。弾性接着剤１３としては、例えばエポキシ系の弾性接着剤が用いられる。このエポキシ系の弾性接着剤としては、例えば変形しやすいゴム系／２液混合エポキシ接着剤等が用いられる。なお、本前提技術では、これらの高強度接着剤１２及び弾性接着剤１３は、熱により硬化する熱硬化型接着剤である。

インクジェットヘッド５のインク吐出基板８とベース基板２とは、ベース基板２の接触面２ａの中央部分に高強度接着剤１２を塗布し、その両端部分に弾性接着剤１３を塗布し、その２種類の接着剤１２，１３上にインクジェットヘッド５を積層し、それらの接着剤１２，１３を硬化させることで接着されている。ここで、図２はインク吐出基板８の接触面８ａを概略的に示す平面図である。

このようにして、インク吐出基板８の接触面８ａの第１領域である中央領域１４（図２参照）は、高強度接着剤１２によりベース基板２の接触面２ａに接着されている。さらに、インク吐出基板８の接触面８ａの第２領域である両端領域１５（図２参照）は、弾性接着剤１３によりベース基板２の接触面２ａに接着されている。

なお、本前提技術では、中央領域１４は、インク吐出基板８の接触面８ａを圧力室が並ぶ方向（すなわちノズル４が並ぶ方向）に垂直な２つの平行線により分割した３つの領域の真ん中の領域であり、両端領域１５とは、その３つの領域の両端の領域であるが、これに限るものではない。また、中央領域１４の面積は、両端領域１５の面積に比べてかなり小さい。これにより、中央領域１４に塗布される高強度接着剤１２の膨張又は収縮による反り等への影響を低減させることができる。

次に、インクジェットヘッド５とベース基板２とを接着する接着工程を備えるインクジェットヘッドユニット１の製造方法について図１及び図２を参照して説明する。

インクジェットヘッドユニット１の製造方法は、高強度接着剤１２によりインクジェットヘッド５のインク吐出基板８の接触面８ａの中央領域１４をベース基板２の接触面２ａに接着し、同時に、弾性接着剤１３によりインクジェットヘッド５のインク吐出基板８の接触面８ａの両端領域１５をベース基板２の接触面２ａに接着する接着工程を備えている。

この接着工程では、まず、ベース基板２の接触面２ａの中央部分に高強度接着剤１２を塗布し、その両端部分に弾性接着剤１３を塗布する（塗布工程）。次に、ベース基板２の接触面２ａ上に塗布された２種類の接着剤１２，１３上にインクジェットヘッド５を積層し、それらの接着剤１２，１３を同時に熱硬化させる（熱硬化工程）。ここでは、例えば、インクジェットヘッド５が２種類の接着剤１２，１３を介して積層されたベース基板２をオーブン等に入れて加熱することで、２種類の接着剤１２，１３を同時に硬化させる。

このようにして、インク吐出基板８の接触面８ａの中央領域１４（図２参照）が高強度接着剤１２によりベース基板２の接触面２ａに接着され、インク吐出基板８の接触面８ａの両端領域１５（図２参照）が弾性接着剤１３によりベース基板２の接触面２ａに接着される。これにより、インクジェットヘッド５はベース基板２上に接着固定され、インクジェットヘッドユニット１が完成する。

このように本前提技術によれば、高強度接着剤１２の接着力によりインク吐出基板８とベース基板２とに必要な強度（接着力）が与えられ、弾性接着剤１３の弾性によりインク吐出基板８やベース基板２等の膨張や収縮による反りが抑えられる。これにより、インク吐出基板８をベース基板２に取り付ける際に発生する反りを低減することができる。さらに、インク吐出基板８は熱伝導率が高いベース基板２に直接設けられるため、インク吐出基板８での発熱を拡散することでインクの吐出安定性の向上及び濃度ムラの低減を実現することができる。また、従来のように部品点数も増えることなく、安価なインクジェットヘッドユニット１を提供することができる。

さらに、インク吐出基板８の接触面８ａの中央領域１４だけを高強度接着剤１２によりベース基板２の接触面２ａに接着することによって、インク吐出基板８とベース基板２とを全面に渡って高強度接着剤１２だけで接着した場合に比べ、高強度接着剤１２による膨張や収縮によって発生する反りを低減することができる。また、インク吐出基板８の接触面８ａの中央領域１４以外を高強度接着剤１２によりベース基板２の接触面２ａに接着した場合に比べ、インク吐出基板８の両端部に加えられる各モーメントを両方とも小さくすることが可能になるため、インク吐出基板８の反りを低減することができる。

本発明の実施の形態を図３及び図４に基づいて説明する。図３は本実施の形態のインクジェットヘッドユニット１を概略的に示す分解斜視図、図４は本実施の形態のインクジェットヘッドユニット１を概略的に示す外観斜視図である。

本実施の形態は、上述の前提技術と基本的に同じであり、ここではそれらの相違点について説明する。なお、前提技術で説明した部分は同一符号で示し、その説明も省略する。

図３及び図４に示すように、インクジェットヘッド５は、異なる特性を有する２種類の接着剤２１，２２によりベース基板２上に接着されている。すなわち、インクジェットヘッド５のインク吐出基板８とベース基板２とは、それらが積層された場合に互いに接触する各接触面８ａ，２ａを接着させて積層することで形成されている。

異なる特性を有する２種類の接着剤２１，２２としては、高強度接着剤２１と浸透接着剤２２とが用いられている。なお、ベース基板２としては、例えば熱伝導率が高い部材等が用いられている。

高強度接着剤２１は、浸透接着剤２２より強い接着力（高強度）を有する接着剤である。また、高強度接着剤２１は、その接着強度がインクや洗浄剤等に対して低下しない優れた耐環境特性を有する耐環境接着剤でもある。高強度接着剤２１としては、例えばエポキシ系の接着剤が用いられる。このエポキシ系の接着剤としては、例えば１液性の熱硬化型エポキシ接着剤等が用いられる。なお、本実施の形態では、高強度接着剤２１は、熱により硬化する熱硬化型接着剤である。

一方、浸透接着剤２２は、浸透性（流動性）を有する接着剤である。浸透接着剤２２としては、例えば、空気と遮断されると硬化する嫌気性接着剤が用いられる。この嫌気性接着剤としては、瞬間接着剤等が用いられる。なお、浸透接着剤２２は、嫌気特性に加えて光硬化特性を有する接着剤であっても良い。

インクジェットヘッド５のインク吐出基板８とベース基板２とは、ベース基板２の接触面２ａの中央部分に高強度接着剤２１を塗布し、その高強度接着剤２１上にインクジェットヘッド５を積層して高強度接着剤２１を硬化させ、そのインク吐出基板８とベース基板２との間に浸透接着剤２２を注入して硬化させることで接着されている。

このようにして、インク吐出基板８の接触面８ａの第１領域である中央領域１４（図２参照）は、高強度接着剤２１によりベース基板２の接触面２ａに接着されている。さらに、インク吐出基板８の接触面８ａの第２領域である両端領域１５（図２参照）は、浸透接着剤２２によりベース基板２の接触面２ａに接着されている。

なお、本実施の形態では、中央領域１４は、インク吐出基板８の接触面８ａを圧力室が並ぶ方向（すなわちノズル４が並ぶ方向）に垂直な２つの平行線により分割した３つの領域の真ん中の領域（インク吐出基板８の接触面８ａの長手方向の中央領域）であり、両端領域１５とは、その３つの領域の両端の領域である。また、中央領域１４の面積は、両端領域１５の面積に比べてかなり小さい。これにより、中央領域１４に塗布される高強度接着剤１２の膨張又は収縮による反り等への影響を低減させることができる。

次に、インクジェットヘッド５とベース基板２とを接着する接着工程を備えるインクジェットヘッドユニット１の製造方法について図３及び図４を参照して説明する。

図３及び図４に示すように、インクジェットヘッドユニット１の製造方法は、高強度接着剤２１によりインクジェットヘッド５のインク吐出基板８の接触面８ａの中央領域１４をベース基板２の接触面２ａに接着し、その後、浸透接着剤２２によりインクジェットヘッド５のインク吐出基板８の接触面８ａの両端領域１５をベース基板２の接触面２ａに接着する接着工程を備えている。

この接着工程では、まず、ベース基板２の接触面２ａの中央部分に高強度接着剤２１を塗布する（塗布工程：図３参照）。次に、ベース基板２の接触面２ａ上に塗布された高強度接着剤２１上にインクジェットヘッド５を積層し、その高強度接着剤２１を熱硬化させる（熱硬化工程）。ここでは、例えば、インクジェットヘッド５が高強度接着剤２１を介して積層されたベース基板２をオーブン等に入れて加熱することで、高強度接着剤２１を硬化させる。その後、ベース基板２の接触面２ａとインク吐出基板８の接触面８ａと間に浸透接着剤２２を注入して塗布する（塗布工程：図４参照）。ここでは、例えば、インク吐出基板８の両端部からベース基板２とインク吐出基板８との間に浸透接着剤２２を注入する。このとき、浸透接着剤２２はベース基板２とインク吐出基板８との間に浸透して直ぐに硬化する。なお、浸透接着剤２２が嫌気特性に加えて光硬化特性を有する接着剤である場合には、インク吐出基板８の両端部からはみ出している浸透接着剤２２に光を照射することで浸透接着剤２２を硬化させる（光硬化工程：図４参照）。

このようにして、インク吐出基板８の接触面８ａの中央領域１４（図２参照）が高強度接着剤２１によりベース基板２の接触面２ａに接着され、インク吐出基板８の接触面８ａの両端領域１５（図２参照）が浸透接着剤２２によりベース基板２の接触面２ａに接着される。これにより、インクジェットヘッド５はベース基板２上に接着固定され、インクジェットヘッドユニット１が完成する。

このように本実施の形態によれば、高強度接着剤２１の接着力によりインク吐出基板８とベース基板２とに必要な強度（接着力）が与えられ、浸透接着剤２２の使用により、高強度接着剤２１への加熱時間が短縮されてインク吐出基板８やベース基板２等の膨張や収縮が抑えられる。これにより、インク吐出基板８をベース基板２に取り付ける際に発生する反りを低減することができる。さらに、インク吐出基板８は熱伝導率が高いベース基板２に直接設けられるため、インク吐出基板８での発熱を拡散することでインクの吐出安定性の向上及び濃度ムラの低減を実現することができる。また、従来のように部品点数も増えることなく、安価なインクジェットヘッドユニット１を提供することができる。

さらに、インク吐出基板８の接触面８ａの中央領域１４だけを高強度接着剤２１によりベース基板２の接触面２ａに接着させることによって、インク吐出基板８とベース基板２とを高強度接着剤２１だけで接着した場合に比べ、高強度接着剤２１による膨張や収縮によって発生する反りを低減することができる。また、インク吐出基板８の接触面８ａの中央領域１４以外を高強度接着剤１２によりベース基板２の接触面２ａに接着した場合に比べ、インク吐出基板８の両端部に加えられるモーメントを両方とも小さくすることが可能になるため、インク吐出基板８の反りを低減することができる。

なお、ベース基板２とインク吐出基板８との間に浸透接着剤２２を注入した場合には、その注入付近に浸透接着剤２２がはみ出して残ってしまうことがある。このはみ出し量が多い場合には、その部分が硬化するまでかなりの時間がかかってしまう。そこで、その浸透接着剤２２に嫌気特性に加えて光硬化特性を持たせて、その光硬化特性を有する浸透接着剤２２を光硬化により硬化させる。これにより、はみ出した浸透接着剤２２を短時間で硬化させることが可能になり、未硬化接着剤による周囲への汚染を防止することができる。

本発明の前提技術のインクジェットヘッドユニットを概略的に示す分解斜視図である。 インクジェットヘッドユニットが備えるインク吐出基板の接触面を概略的に示す平面図である。 本発明の実施の形態のインクジェットヘッドユニットを概略的に示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態のインクジェットヘッドユニットを概略的に示す外観斜視図である。

１ インクジェットヘッドユニット
２ ベース基板
２ａ 接触面
８ インク吐出基板
８ａ 接触面
１２ 高強度接着剤
１３ 弾性接着剤
１４ 第１領域（中央領域）
１５ 第２領域（両端領域）
２１ 高強度接着剤
２２ 浸透接着剤

Claims (2)

1. ベース基板とインクを吐出させるための圧力室を形成するインク吐出基板とを、それらが積層された場合に互いに接触する各接触面を接着させて積層することで、インクジェットヘッドユニットを製造するインクジェットヘッドユニットの製造方法において、
   前記インク吐出基板の接触面の長手方向の中央領域を、浸透性を有する浸透接着剤より強い接着力を有する高強度接着剤により前記ベース基板の接触面に接着し、その後、前記インク吐出基板の接触面の両端領域に対し、前記インク吐出基板と前記ベース基板との間に前記浸透接着剤を浸透させて、前記インク吐出基板の接触面を前記ベース基板の接触面に接着するようにした、
   ことを特徴とするインクジェットヘッドユニットの製造方法。
2. 前記浸透接着剤は、光硬化特性を有する接着剤であり、
   前記浸透接着剤に光を照射することで前記浸透接着剤を硬化させるようにした、
   ことを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッドユニットの製造方法。

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