JPH06183000A - インクジェットヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 精密であり、かつ、高い信頼性をもったイン
クジェットヘッド及びその製造方法を提供する。 【構成】 記録媒体に対向するように配設された１つも
しくは複数のノズル３を有するノズルプレート２と、イ
ンクキャビティ８を形成するための１つもしくは複数の
流路と、インク滴を吐出させるための圧力を発生させる
圧力発生手段を有し、前記ノズルプレート２とインク流
路は各々ノズル３とインクキャビティ８が対応するよう
に接合されてインク滴吐出口を形成している。前記イン
ク流路と前記ノズルプレートの接合部の角部分は該角を
無くすため角充填部材７が充填されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェット記録装
置におけるインクジェットヘッド、より詳細には、高周
波応答性の優れたインクジェットヘッド及びその製造方
法に関する。

【０００２】

【従来技術】高周波応答性のあるインクジェットヘッド
において、安定した印字品質を確保するためには、あら
ゆる動作時に、インクキャビティ内に、インクが完全に
充填され、インク滴吐出のためのエネルギーが印加され
た時、そのエネルギーを損失することなくインク滴吐出
に作用させなければならない。しかし、インク滴吐出直
後に起こる反動負圧発生時に、ノズルから気泡を引き込
む可能性があり、この気泡の引き込みを無くするための
対策として、従来、代表的に次のような方法がなされて
おり商品化されている。

【０００３】インクキャビティを形成している流路板
等の部材を、ノズル部に近づくにつれて徐々に絞り込
み、ノズルに向ってテーパ形状になるように射出成形等
により加工する。 ノズルプレートにノズルを形成する際、エキシマレー
ザ等の高エネルギービームで加工し、ノズル自体をテー
パ形状にする。 ノズルを形成しているノズルプレートを金メッキ等に
より濡れ性を向上させ、ノズルプレートのノズル部周辺
にインク薄膜を形成する。 パンチとダイによりノズル穴を形成する（例えば、特
開平４−３９０５３号公報）

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の各方法
には、それぞれ以下のような欠点がある。 流路板等の部材に絞り込み部をつけるためには、絞り
込み部に数μｍオーダの加工が要求され、非常に高技術
の成形が必要である。また、今後さらにノズルの高集積
化を進めていくには絞り込みの成形は困難を極める。 プレートに高エネルギービームであるエキシマレーザ
等で穴加工を施すと、通常の場合、レーザの当っている
面の穴径はその貫通された裏面での穴径よりも大きくな
ってしまう。したがって、ノズルプレートをヘッド本体
にはりつけた後に、その流路が形成するインクキャビテ
ィに対応して穴を加工していくという方法は、インク吐
出方向に対して逆テーパ形状を形成することになり、こ
れでは安定したインク滴吐出を行うことはできない。ま
た、ノズルプレートに上記の方法によって穴加工を施し
た場合、穴形成後に、インクキャビティと対応するよう
に位置合わせをし、ノズルプレートを接合しなければな
らず、工程上困難な作業となる。 ノズルプレート上にインク薄膜を形成した場合、その
薄膜を形成するインクの量の管理が困難となり、また、
被印字体と非常に近い場所に常にインクを露出させてお
くこととなり、印字品質管理上不都合が発生しやすい。 穴加工後のバリ除去工程を要し、検査と共に管理が困
難である。

【０００５】本発明は、以上のような欠点を解決するた
めになされたもので、精密であり、かつ、高い信頼性を
もったインクジェットヘッド及びその製造方法を提供す
ることを目的とするものである。

【０００６】

【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、（１）記録媒体に対向するように配設さ
れた１もしくは複数のノズルを有するノズルプレート
と、インクキャビティを形成するための１もしくは複数
の流路と、インク滴を吐出させるための圧力を発生させ
る圧力発生手段とを有し、前記ノズルプレートとインク
流路とが各々ノズルとインクキャビティが対応するよう
に接合されてインク滴吐出口を形成するインクジェット
ヘッドにおいて、前記インク流路と前記ノズルプレート
の接合部の前記キャビティ内に生じる角部に、該角部を
無くすため角充填部材を有することを特徴としたもので
あり、更には、前記（１）において、（２）前記角充填
部材がインク流路壁面からノズルまでインクキャビティ
が流線型形状になるような形状であること、或いは、
（３）前記角充填部材がエポキシ系樹脂であること、或
いは、（４）前記エポキシ系樹脂が二液性常温（又は中
温）硬化型樹脂であること、或いは、（５）前記エポキ
シ系樹脂は反応性希釈剤を添加していることを特徴とし
たものであり、更には、（６）記録媒体に対向するよう
に配設された１もしくは複数のノズルを有するノズルプ
レートと、インクキャビティを形成するための１もしく
は複数の流路と、インク滴を吐出させるための圧力を発
生させる圧力発生手段とを有し、前記ノズルプレートと
インク流路とが各々ノズルとインクキャビティが対応す
るように接合されてインク滴吐出口を形成するインクジ
ェットヘッドの製造方法において、インクキャビティ内
に流動性樹脂を充填し、次いで気体をインクキャビティ
側からノズルを通過して外気まで流出させながら、前記
インク流路と前記ノズルプレートの接合部のキャビティ
内の角部に前記流動性樹脂を形成していくことを特徴と
し、更には、前記（６）において、（７）前記流動性樹
脂の形成時に流す前記気体が加熱気体であることを特徴
としたものである。

【０００７】

【実施例】図１は、本発明によるインクジェットの一実
施例を説明するための要部拡大断面図、図２は、本発明
が適用されるインクジェットヘッドの一例を示す全体斜
視図で、図中、図１及び図２において、１はインク流路
板、２はノズルプレート、３はノズル、４は圧力発生部
材、５は基板、６は覆板部材、７は本発明によって付加
された角充填部材である。

【０００８】図１は、図２に示したインクジェットヘッ
ドを流路長手方向に切断した時のノズル近傍の拡大断面
図で、流路板１と覆板部材６で形成されるインクキャビ
ティ８に蓋をするようにノズルプレート２を接合し、各
々のインクキャビティ８に対応するようにインクキャビ
ティ外側から例えばエキシマレーザ光のような高エネル
ギービームを照射してノズルを形成する。形成されたノ
ズルの径はレーザ光を照射した外気側がインクキャビテ
ィ内部より大きくなる。なお、ノズル３の形成はノズル
プレート２をインクキャビティ端部へ接合するより以前
に行うことも可能で、この場合はノズル径をインクキャ
ビティ内部側で大きくすることができる。しかし、形成
されたノズルとインクキャビティが各々対応するように
接合しなければならず、高精度の位置合わせと、ノズル
を接着時に埋めないように接着層を形成する技術が必要
とされる。

【０００９】図４は、流路板等の部材１をノズルプレー
ト２のノズル３に向って徐々に絞り込み部、流路がノズ
ルに向ってテーパ形状になるようにした従来のインクジ
ェットヘッドの一例を示す図で、このように、絞り込み
部９を設けることによって、気泡の吐出を容易にしてい
るが、この絞り込みの成形が非常に困難である。

【００１０】図５は、流路板部材１にノズルプレート２
端部に向う絞り込み（図４の絞り込み９）が無い場合の
従来例を示す図で、この場合は、図に示すように、流路
板１とノズルプレート２との接合部に角部１０が生じ
る。この角部１０は、インク滴吐出時にノズルより引き
込んだ気泡をトラップしやすくし、一度トラップされた
気泡を排出するのを困難なものにしており、これが、イ
ンク滴吐出の安定性を著しく低下させる一因となってい
た。これに対し、本発明によると、図１に示したよう
に、角部に角充填部７を有しているので、上記従来のイ
ンクジェットヘッドのように、該角部に気泡がトラップ
されるようなことはない。

【００１１】次に、前記角充填部材７を形成する方法に
ついて説明する。前述した手順でノズルを形成した図５
に示した形状のヘッドに、粘度の低い常温硬化性樹脂を
インク供給経路からヘッドインクキャビティ内に少量充
填する。余剰の樹脂を除去し、角充填部材の形状を整え
るために、インク供給経路より窒素、空気等の気体を流
し込む。余剰の樹脂がノズルから外にスムーズに排除さ
れるように気体流量、流速を調節し、排除された後も樹
脂が硬化するまで角充填部材の形状を保ち続けるように
気体を流し続ける。すると、角充填部材はインクが流れ
るには理想的な形状である流線型形状を形成する。硬化
を促進するために流す気体を樹脂の硬化温度近傍（４０
〜８０℃程度）まで加熱したものにすると、形成時間を
大幅に短縮できる。

【００１２】前記角充填部材を形成する前記低粘度硬化
性樹脂材料としては、二液性常温硬化型エポキシ系樹脂
が適している。インクに対する耐久性を考慮すると、エ
ポキシフェノール系やニトリルフェノール系接着剤、硬
化剤を酸無水物系、芳香族ポリアミン系としてエポキシ
樹脂がより優れているが、いずれも硬化温度が１５０℃
以上必要である。インク滴吐出特性上ヘッド構成材が複
数の材料で形成している場合（例えば、インク流路板は
ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリカーボネ
ート（ＰＣ）などの樹脂、圧力発生部材としてＰＺＴ等
のセラミックやシリコン基板）、熱線膨張係数の違いが
あり、ヘッドに高温度をかけない工法を採用することが
望ましい。そのため、常温もしくは中温（８０℃程度）
で硬化する硬化剤である鎖状脂肪族ポリアミン、環状脂
肪族ポリアミン、脂肪芳香族ポリアミン系を用いたエポ
キシ系接着剤が採用される。これらの硬化剤は比較的ア
ミン価が高くエポキシ樹脂に対し少量の硬化剤で硬化が
進み未硬化時の粘度も低く、他の常温硬化型硬化剤であ
るポリアミドアミン系硬化剤で硬化したエポキシ樹脂と
比較してインクに対して膨潤しにくい傾向を示す。

【００１３】インクジェットヘッドを高集積化し、また
インク滴の吐出特性を向上させるため、ノズルプレート
２上のノズル３の径は３０μｍ以下になることがある。
このように、より微細な構造が要求される場合、前記角
充填部材７を上述した通常の二液性常温硬化型樹脂の粘
度域（１０００〜数万ｃｐｓ）で理想的形状に形成する
のは困難である。そのため、例えば、ブチルグリシジル
エーテル（ＢＧＥ）（粘度１.５ｃｐｓ／２５℃）、ス
チレンオキサイド（ＳＯ）（粘度２ｃｐｓ／２５℃）、
フェニルグリシジルエーテル（ＰＧＥ）（粘度７ｃｐｓ
／２０℃）やクレジルグリシジルエーテル（ＣＧＥ）
（粘度６ｃｐｓ／２５℃）などの反応性希釈剤を約１０
から３０％添加し、粘度を飛躍的に低下させると（図３
参照）、前述したインクキャビティ内に残った余剰の樹
脂をノズルからスムーズに除去することができる。

【００１４】角充填部材７を形成し得る別の方法とし
て、ノズルプレート２上にあらかじめ粘度の比較的低い
接着性樹脂（例えば、上述した二液性常温硬化エポキシ
樹脂）を厚めに塗布し、ノズルプレートを接合すると同
時に接合時の接着性樹脂のはみ出しとして角充填部材を
形成させる方法がある。しかし、この方法では、インク
滴吐出にとって理想的な形状である流線型形状（図１）
を形成することは困難で、さらに、ノズルプレート接合
後のノズル加工をエキシマレーザ光等で施すためノズル
径は外気側がインクキャビティ側よりも大きくなってし
まう。これはインク滴吐出の安定性にとっては悪影響を
及ぼす形状である。また、マルチノズルヘッドを作成す
る場合、各ノズル間の角充填部材の形状ばらつきを無く
すことは非常に困難になる。よって、前述した気体を流
しながら角充填部材を形成する方法が選定される。

【００１５】

【効果】以上の説明から明らかなように、本発明による
と、以下のような効果がある。請求項１の発明では、イ
ンク流路とノズルプレートの接合部の角部に角を無くす
ための角充填部材を具備することにより、ノズルからの
気泡の巻き込みをなくし、安定性の高い信頼度の大きな
インクジェットヘッドを提供することができる。請求項
２の発明では、請求項１において示した角充填部材の形
状を流線型形状とし、上記の効果を目的をより良く達成
するインクジェットヘッドを提供することができる。請
求項３の発明では、請求項１又は２で示した角充填部材
の材質をエポキシ系樹脂とすることで角充填部材形成を
より容易にすることができる。請求項４の発明では、ヘ
ッド構成上角充填部材形成時に高温環境に置けない場
合、請求項３で示したエポキシ系樹脂のなかで二液性常
温（又は中温）硬化型のものを用いると高温加熱の必要
が無くなり、上記効果をより良く達成するインクジェッ
トヘッドを提供することができる。請求項５の発明で
は、請求項１又は２で示した角充填部材をより微細に形
成するために必要である角充填部材用樹脂の未硬化時粘
度の低減を達成するのに有効な手段となる。請求項６の
発明は、請求項１及び５で示した角充填部材を理想的形
状でなおかつ容易に均一に形成するための製造方法であ
り、上記効果を達成するインクジェットヘッドを製造す
ることができる。請求項７の発明は、請求項６で示した
角充填部材形成方法において、流す気体を加熱したもの
にすることで、部材形成までの時間を短縮し、品質を向
上させるための手段として有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるインクジェットヘッドの一実施
例を説明するための要部（インクジェットヘッドの流路
長手方向）拡大断面図である。

【図２】 本発明が適用されるインクジェットヘッドの
一例を示す斜視図である。

【図３】 反応性希釈剤の粘度低減効果の一例を示す図
である。

【図４】 従来のインクジェットヘッドの一例を示すノ
ズル部拡大断面図である。

【図５】 従来のインクジェットヘッドの他の一例を示
すノズル部拡大断面図である。

【符号の説明】

１…インク流路板、２…ノズルプレート、３…ノズル、
４…圧力発生部材、５…基板、６…覆板部材、７…角充
填部材、８…インクキャビティ、９…絞り込み部、１０
…角部。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 記録媒体に対向するように配設された１
   もしくは複数のノズルを有するノズルプレートと、イン
   クキャビティを形成するための１もしくは複数の流路
   と、インク滴を吐出させるための圧力を発生させる圧力
   発生手段とを有し、前記ノズルプレートとインク流路と
   が各々ノズルとインクキャビティが対応するように接合
   されてインク滴吐出口を形成するインクジェットヘッド
   において、前記インク流路と前記ノズルプレートの接合
   部の前記キャビティ内に生じる角部に、該角部を無くす
   ため角充填部材を有することを特徴とするインクジェッ
   トヘッド。
2. 【請求項２】 前記角充填部材がインク流路壁面からノ
   ズルまでインクキャビティが流線型形状になるような形
   状であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェ
   ットヘッド。
3. 【請求項３】 前記角充填部材がエポキシ系樹脂である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェッ
   トヘッド。
4. 【請求項４】 前記エポキシ系樹脂が二液性常温（又は
   中温）硬化型樹脂であることを特徴とする請求項３に記
   載のインクジェットヘッド。
5. 【請求項５】 前記エポキシ系樹脂は反応性希釈剤を添
   加していることを特徴とする請求項３に記載のインクジ
   ェットヘッド。
6. 【請求項６】 記録媒体に対向するように配設された１
   もしくは複数のノズルを有するノズルプレートと、イン
   クキャビティを形成するための１もしくは複数の流路
   と、インク滴を吐出させるための圧力を発生させる圧力
   発生手段とを有し、前記ノズルプレートとインク流路と
   が各々ノズルとインクキャビティが対応するように接合
   されてインク滴吐出口を形成するインクジェットヘッド
   の製造方法において、インクキャビティ内に流動性樹脂
   を充填し、次いで気体をインクキャビティ側からノズル
   を通過して外気まで流出させながら、前記インク流路と
   前記ノズルプレートの接合部のキャビティ内の角部に前
   記流動性樹脂を形成していくことを特徴とするインクジ
   ェットヘッドの製造方法。
7. 【請求項７】 前記流路性樹脂の形成時に流す前記気体
   が加熱気体であることを特徴とする請求項６に記載のイ
   ンクジェットヘッドの製造方法。