説明

インクジェットヘッド

【課題】簡便な手法により、高精度な位置決めを行うことのできるインクジェットヘッド組み立て技術を提供する。
【解決手段】複数のノズル孔が形成されるノズルプレートであって、該ノズルプレートの第1面上の前記ノズル孔のインク流入口から該ノズル孔内に流入するインクを、該ノズルプレートの第2面上の該ノズル孔のインク吐出口から吐出させるノズルプレートと、前記ノズルプレートの前記第1面と接着剤により接着され、該ノズルプレートと協働して、インクを前記ノズル孔のインク流入口へと導くインク流路の少なくとも一部を形成する流路形成部材とを備え、前記ノズルプレートには、前記第1面上の前記流路形成部材と接着される箇所の前記接着剤に対する接触角を、前記第1面上の前記流路形成部材が接着される箇所近傍の部分の前記接着剤に対する接触角よりも小さくする表面処理が施されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、インクジェットヘッドに関し、特に、その構成部品の高精度な組み立て技術関する。
【背景技術】
【0002】
従来、インクジェットヘッドの組み立て技術として、CCD等の光学装置を用いて、ノズルが形成されたノズルプレートとインク流路を構成する部材との高精度な位置合わせを行う技術が知られる(例えば、特許文献1および2参照。)。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
上記従来技術では、光学装置等の高価な機器を必要とし、組立作業を行う上での作業負担も大きく、より簡便な手法により高精度な位置決め精度でインクジェットヘッドの組み立てを行う技術が求められている。
【0004】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、簡便な手法により、高精度な位置決めを行うことのできるインクジェットヘッド組み立て技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記課題を解決するため、本発明の一態様は、複数のノズル孔が形成されるノズルプレートであって、該ノズルプレートの第1面上の前記ノズル孔のインク流入口から該ノズル孔内に流入するインクを、該ノズルプレートの第2面上の該ノズル孔のインク吐出口から吐出させるノズルプレートと、前記ノズルプレートの前記第1面と接着剤により接着され、該ノズルプレートと協働して、インクを前記ノズル孔のインク流入口へと導くインク流路の少なくとも一部を形成する流路形成部材とを備え、前記ノズルプレートには、前記第1面上の前記流路形成部材と接着される箇所の前記接着剤に対する接触角を、前記第1面上の前記流路形成部材が接着される箇所近傍の部分の前記接着剤に対する接触角よりも小さくする表面処理が施されているインクジェットヘッドに関する。
【発明の効果】
【0006】
以上に詳述したように、本発明によれば、簡便な手法により、高精度な位置決めを行うことのできるインクジェットヘッド組み立て技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】インクジェットヘッドの概略を示す図である。
【図2】ノズルプレート7および流路板3を流路1(インク流路)の方向に対して垂直に(z−x平面で)切断した断面図である。
【図3】ピエゾ隔壁2がせん断モードで変形する様子を示す図である。
【図4】ピエゾ隔壁2がせん断モードで変形する様子を示す図である。
【図5】ノズルプレート7の流路板3側の面(第1面)の様子を示す図である。
【図6】ノズルプレート7を流路板3に接着するときの様子を示す図である。
【図7】ノズルプレート7を流路板3に接着するときの様子を示す図である。
【図8】ノズルプレート7を流路板3に接着するときの様子を示す図である。
【図9】ノズルプレート7を接着剤層を介して流路板3の上に載せた状態を示す図である。
【図10】外枠8のノズルプレート7との接着面が流路板3のノズルプレート7との接着面と同じ面上にある構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【0009】
(第1の実施の形態)
まず、本発明の第1の実施の形態について説明する。
【0010】
まずは図1〜図4を用いてインクジェットヘッドの概略について説明する。図1に示すようにヘッド基板4には2本の流路板3(流路形成部材)が平行に、各流路板3に形成されている流路1が互いに半ピッチずれるように接着されている。さらに外枠(固定部)8が流路板3を囲むようにヘッド基板4に接着されている。ノズルプレート7は、流路板3と外枠8との双方に接着され、ノズルプレート7は流路板3および外枠8と協働してインク室9a、9bを形成している。ヘッド基板4にはインク室9aにインクを供給するためのインク供給口11と、インク室9bからインクを排出するためのインク排出口10が形成されている。
【0011】
図2はノズルプレート7および流路板3を流路1(インク流路)の方向に対して垂直に(z−x平面で)切断した断面図である。同図に示すように、流路1と圧力発生体としてのピエゾ隔壁2が交互に並んでいるのが分かる。ノズルプレート7はピエゾ隔壁2の上端面に接着されており、ノズルプレート7には各流路1につながるノズル6が形成されている。
【0012】
ピエゾ隔壁2は、上下方向(z軸方向)において2つの部分に分かれており、それぞれ矢印の示す向きに分極している(図2を参照)。ピエゾ隔壁2により区分されている流路1の側面(ピエゾ隔壁2の側壁)および底面には電極5が形成されており、ヘッド基板4上にはドライブIC12から流路板3に向かって配線(図示せず)が形成されており、ドライブIC12の出力端子と電極5とを接続している。
【0013】
ドライブIC12から配線を通して電極5に電荷を供給することによりピエゾ隔壁2の内部に電界が発生する。ピエゾ隔壁2の内部に電界が発生すると、図3もしくは図4に示すようにピエゾ隔壁2がせん断モードで変形し、流路1内に満たされているインクに圧力が加わり、ノズル6からインクが吐出する。
【0014】
図5は、ノズルプレート7の流路板3側の面(第1面)の様子を示している。本実施の形態において、ノズルプレート7の材質としては、例えばステンレスを採用することができる。ノズルプレート7の流路板3側の面の内、流路板3と接着されるエリアA(流路形成部材が接着される箇所)以外のエリアB(少なくとも、流路形成部材が接着される箇所近傍のエリアを含む)にはノズル6内部を除いてパリレン膜13が0.1μmの膜厚で形成されている(表面処理に相当)。
【0015】
上記構成とすることにより、ノズルプレート7の第1面上の流路板3のピエゾ隔壁2と接着される箇所の接着剤に対する接触角は、当該第1面上の流路板3のピエゾ隔壁2が接着される箇所近傍の部分の接着剤に対する接触角よりも小さくなる。これにより、ノズルプレート7の第1面は、ピエゾ隔壁2が接着される部分には接着剤が付きやすく、且つ、ピエゾ隔壁2が接着される部分以外の部分では接着剤がはじかれやすい構成とすることができる。
【0016】
なお、パリレン膜をエリアBのみに形成するには、ノズルプレート7の流路板3側の全面にパリレン膜を形成し、エリアAおよびノズル部のみ開口したマスクを用いて酸素プラズマによりエッチングすればよい。
【0017】
図6、図7、図8はノズルプレート7を流路板3に接着するときの様子を示している。
【0018】
まず、流路板3のピエゾ隔壁2の上端面に3μmの厚さでエポキシ接着剤14を塗布する。このとき、外枠8にもエポキシ接着剤14が3μmの厚さで塗布されている(図示せず)。エポキシ接着剤14としては、例えば、353ND(エポテック社製)を採用することができる。ノズルプレート7と流路板3との位置合わせを突き当てで行った後、ノズルプレート7を流路板3の上に載せると例えば図6に示すような状態となる。このとき外枠8の上にもエポキシ接着剤14を介してノズルプレート7が載っている。
【0019】
図7に示すように、ノズルプレート7のエリアBにはパリレン膜13が形成されており、エポキシ接着剤14をはじきやすくなっているので、エポキシ接着剤14はエリアBに広がることなくエリアAにとどまっている。すると、エポキシ接着剤14の表面張力によりノズルプレート7に対して矢印Cの方向に力が働く。
【0020】
この表面張力の作用により、ノズルプレート7は徐々に動き、最終的には図8に示すような状態となり、自動的に流路板3に対する位置合わせが行われる。この後、エポキシ接着剤14を加熱して硬化させることにより、ノズルプレート7と流路板3との接着およびノズルプレート7と外枠8との接着が完了する。
【0021】
続いて、外枠8のノズルプレート7との接着面が、流路板3のノズルプレート7との接着面よりも後退していることによる効果について説明する。
【0022】
まず、流路板3のピエゾ隔壁2の上端面と外枠8上にエポキシ接着剤14を塗布する。そして、ノズルプレート7と流路板3との位置合わせを突き当てで行った後、ノズルプレート7を接着剤層を介して流路板3の上に載せると図9に示すような状態となる。図9に示すように、外枠8の接着面は、流路板3の接着面よりも例えば約0.5mm後退しているので、ノズルプレート7は外枠8上のエポキシ接着剤14(図示せず)に接触していない。
【0023】
図9に示す構成によれば、ノズルプレート7が外枠8上のエポキシ接着剤と接触する場合、例えば外枠8のノズルプレート7との接着面が流路板3のノズルプレート7との接着面と同じ面上(z軸方向における同じ高さ位置)にある場合(図10を参照)に比べて、エポキシ接着剤14の表面張力によるノズルプレート7の位置補正を妨げる力、すなわちノズルプレート7が外枠8上のエポキシ接着剤14と接触することにより発生する抵抗力が働かないため、より早く、より確実にノズルプレート7と流路板3との自動的な位置合わせを実現することができる。その後ノズルプレート7を流路板3および外枠8へ押さえつけて接着剤を硬化させる。このとき、ノズルプレート7は、接着面の段差の分、わずかに変形するが、ノズル周辺部は変形しないので、インクの吐出に影響を与えることはない。
【0024】
本実施の形態では、接着剤および接着剤をはじく膜としてそれぞれ、エポキシ接着剤353ND(エポテック社製)およびパリレン膜を用いているが、これに限られるものではなく、膜によって接着剤をはじくことのできる組み合わせであればどのようなものでもよい。接着剤をはじく膜としては、例えばPTFEを採用することができる。また、本実施形態では、接着剤をはじく膜の膜厚として0.1μm、接着剤の塗布の厚さとして3μm、外枠の接着面の後退量として0.5mmとしたが、これに限らず流路幅、ノズル径等、他の寸法を考慮する等して適宜決定することができることは言うまでもない。
【0025】
なお、本実施の形態では、ノズルプレート7における、第1面上のピエゾ隔壁2が接着される箇所近傍の部分の接着剤に対する接触角よりも小さい接触角となっている被接着領域は、ピエゾ隔壁2における前記ノズルプレートに接着される被接着面(ピエゾ隔壁2の上端面)と略同じ形状となっている。
【0026】
このように、ノズルプレート7におけるピエゾ隔壁2の上端面が接着される領域の形状と、ピエゾ隔壁2の上端面の形状とをほぼ同じにすることにより、接着剤と空気との界面で発生する表面張力によるノズルプレートに働く力のx−y平面方向における成分が、位置合わせ動作がほぼ完了するまで、位置ずれを少なくする方向に働くので、例えば、ピエゾ隔壁2の上端面が接着される領域の形状がピエゾ隔壁2の上端面の形状より大きい場合には、位置合わせ動作の後期にノズルプレートに働く力が相殺されるが、このような事態を回避することができる。これにより、接着剤の表面張力をより効率的に活用した自動位置合わせを実現することが可能となる。
【0027】
また、本実施の形態では、ノズルプレート7の第1面上における、ピエゾ隔壁2が接着される領域の外縁からインク流入口の外縁までの距離aは、ノズルプレート7が接着剤を介してピエゾ隔壁2の被接着面上に載置された状態における接着層の厚みbよりも大きくなるように設定されている。
【0028】
以上のように、本実施の形態によれば、ノズルプレート7と流路板3とを貼り付ける際、接着剤が塗布された流路板3に対してある程度位置合わせをしてノズルプレート7を載せると、ノズルプレート7の流路板3側の面(第1面)の内、流路に面する部分はノズルプレート7の流路板3との接着部位にくらべて接着剤をはじきやすくなっているので、接着剤は、流路に面するノズルプレート7表面に広がることがなく、ノズルプレート7の接着部と流路板3とに挟まれた部分にとどまる。その結果、ノズルと流路の位置が多少ずれていても、接着剤の表面張力の作用によってノズルと流路との自動的な位置合わせが行われる。よって、特別な機器を用いた高精度な位置合わせを行う必要がなく、突き当て等の簡便な方法でノズルプレートとヘッド基板との高精度な位置合わせを行うことができる。
【0029】
(第2の実施の形態)
続いて、本発明の第2の実施の形態について説明する。
【0030】
本発明の第2の実施の形態は、上述した第1の実施の形態の変形例である。以下、第1の実施の形態にてすでに説明した部分と同様な機能を有する部分には同一符号を付し、説明は割愛する。
【0031】
上述の実施の形態では、ノズルプレート7の第1面におけるピエゾ隔壁2の上端面と接着される領域以外の部分に、接着剤をはじくコーティングを施す構成を例示したが、本実施の形態では、ノズルプレート7の第1面におけるピエゾ隔壁2の上端面と接着される領域に接着剤が付きやすくなるようなコーティング(接着剤に対する接触角を小さくするための表面処理)を施す構成となっている。例えばステンレス製ノズルプレートに対して、酸化チタン膜を形成する。
【0032】
この場合、 ノズルプレート7の第1面におけるピエゾ隔壁2の上端面と接着される領域以外の部分については、接着剤をはじくコーティングをさらに施してもよいし、特にコーティングをしない構成とすることもできる。
【0033】
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、前述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する全ての変形、様々な改良、代替および改質は、すべて本発明の範囲内のものである。
【符号の説明】
【0034】
7 ノズルプレート、2 ピエゾ隔壁、3 流路板、4 ヘッド基板、8 外枠、9a インク室、9b インク室、10 インク排出口、11 インク供給口。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0035】
【特許文献1】特開2002−307691号公報
【0036】
【特許文献2】特開2007-313735号公報

【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のノズル孔が形成されるノズルプレートであって、該ノズルプレートの第1面上の前記ノズル孔のインク流入口から該ノズル孔内に流入するインクを、該ノズルプレートの第2面上の該ノズル孔のインク吐出口から吐出させるノズルプレートと、
前記ノズルプレートの前記第1面と接着剤により接着され、該ノズルプレートと協働して、インクを前記ノズル孔のインク流入口へと導くインク流路の少なくとも一部を形成する流路形成部材とを備え、
前記ノズルプレートには、前記第1面上の前記流路形成部材と接着される箇所の前記接着剤に対する接触角を、前記第1面上の前記流路形成部材が接着される箇所近傍の部分の前記接着剤に対する接触角よりも小さくする表面処理が施されているインクジェットヘッド。
【請求項2】
請求項1に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記ノズルプレートの前記第1面上の前記流路形成部材が接着される箇所近傍の部分には、前記接着剤に対する接触角を大きくするための表面処理が施されており、
前記ノズルプレートの前記第1面における前記流路形成部材が接着される箇所には、前記接着剤に対する接触角を大きくするための表面処理が施されていないインクジェットヘッド。
【請求項3】
請求項1に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記ノズルプレートの前記第1面における前記流路形成部材が接着される箇所には、前記接着剤に対する接触角を小さくするための表面処理が施されており、
前記ノズルプレートの前記第1面上の前記流路形成部材が接着される箇所近傍の部分には、前記接着剤に対する接触角を小さくするための表面処理が施されていないインクジェットヘッド。
【請求項4】
請求項2または3に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記ノズルプレートにおける、前記第1面上の前記流路形成部材が接着される箇所近傍の部分の前記接着剤に対する接触角よりも小さい接触角となっている被接着領域は、前記流路形成部材における前記ノズルプレートに接着される被接着面と略同じ形状となっているインクジェットヘッド。
【請求項5】
請求項1〜4のいずれか1項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記流路形成部材は、前記流路形成部材に対して接着されるノズルプレートを固定するための固定部を備え、
前記固定部は、前記ノズルプレートが前記接着剤を介して前記流路形成部材の被接着面上に載置された状態において、前記ノズルプレートに接触しないように形成されているインクジェットヘッド。
【請求項6】
請求項2に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記ノズルプレートにおける、前記接着剤に対する接触角を大きくするための表面処理が施された領域は、前記インクジェットヘッドにおける吐出対象となるインクに対する接触角が90以上であるインクジェットヘッド。
【請求項7】
請求項1〜6のいずれか1項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記流路形成部材における、前記ノズルプレートに接着される部位は、ピエゾ隔壁の端面であるインクジェットヘッド。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【公開番号】特開2011−62866(P2011−62866A)
【公開日】平成23年3月31日(2011.3.31)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−214129(P2009−214129)
【出願日】平成21年9月16日(2009.9.16)
【出願人】(000003562)東芝テック株式会社 (5,631)
【Fターム(参考)】