(57)【要約】【課題】吐出する液滴となる液体の流通用チューブを効率よく安定して接続することができる液滴吐出ヘッドを提供する。【解決手段】液体を液滴として吐出するノズル孔に連通する圧力室と、前記圧力室に前記液体を供給する液体供給室と、が複数の薄板の積層により構成されている液滴吐出ヘッドにおいて、一方が前記液体供給室に連通し、他方が外部に開口する流路が前記複数の薄板の積層により構成されている流路連結部を備え、前記流路連結部は、前記液体の流通用のチューブが接続される凸形状部を有し、該凸形状部の端部に前記流路が開口している。【選択図】図３
2010120326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を液滴として吐出するノズル孔に連通する圧力室と、前記圧力室に前記液体を供給する液体供給室と、が複数の薄板の積層により構成されている液滴吐出ヘッドにおいて、
一方が前記液体供給室に連通し、他方が外部に開口する流路が前記複数の薄板の積層により構成されている流路連結部を備え、
前記流路連結部は、前記液体の流通用のチューブが接続される凸形状部を有し、該凸形状部の端部に前記流路が開口していることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記薄板はシリコンを材料とする薄板およびガラスを材料とする薄板を含むことを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記シリコンを材料とする薄板と前記ガラスを材料とする薄板とは陽極接合により接合されていることを特徴とする請求項２に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記流路連結部の前記凸形状部を被うように結合されている前記チューブを備えていることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記チューブは、熱収縮性を備え、前記凸形状部に熱収縮により結合されていることを特徴とする請求項４に記載の液滴吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクジェット式プリンタは高速で高解像度の印刷が要求されている。このプリンタに用いられるインクジェット式記録ヘッドの構成部品の形成方法には、マイクロマシン分野の微細加工技術であるシリコン基板等を対象とした半導体プロセスが用いられているものがある。
【０００３】
例えばガラス基板やシリコン基板は、ドライエッチング方法を用いて微細加工を精度良くでき、溝等が加工されたこれらの基板を重ね合わせて接合することにより複雑な流路や液滴を吐出する微小なノズル孔を集積した小型の液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【０００４】
特許文献１に記載のインクジェットヘッドは、厚み２００μｍのシリコン基板にインク室、インク供給口及びインクリザーバとなる溝を形成したキャビティプレートと、シリコン基板にインク室に通じるノズル孔が形成されているノズルプレートとを貼り合わせている。インクリザーバの一部を構成しているノズルプレートにはインクを供給するインク供給口が形成され、このインク供給口にチューブを接続するための部材である接続パイプが結合されている。
【０００５】
同様に薄板を重ね合わせて形成された流路に液体を供給する他の例として、特許文献２に記載されているインクジェットプリンタヘッドのインク吐出部とインク吐出を制御する回路基板とを別々に温度制御をするための温度制御用ベースがある。
【０００６】
温度制御用ベースは、インク吐出部用の第１のベースと回路基板用の第２のベースとから構成され、何れも熱伝導性のよいＡｌＮを材料からなる基板に流体が流れる通路を備え、この通路に温度制御を行うために水、又はオイル等の流体を循環させるようにしている。液体供給系とベースとの間で循環する流体がベースから流出入する箇所にはパイプ（チューブ）を接続するための連結部がベースに結合されている。
【特許文献１】特開２００７−９０８９９号公報
【特許文献２】特開２００６−２１２７９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら特許文献１に記載されている接続パイプは、薄いシリコン基板に開口しているインク供給口に固定されているため、固定部分が破損しやすい。特許文献２に記載されている連結部は、十分な厚みを有し強度の大きいＡｌＮ基板に固定されているため、この連結部をシリコン基板やガラス基板といった破損しやすくまた厚みが数百μｍ程度の薄板を用いて製造されるインクジェットヘッドに適用するのは困難である。
【０００８】
また、上記の接続パイプや連結部は、接着剤等で基板に固定する必要があり、組み立てが煩雑であることに加え、固定箇所の周囲に接着剤が余分に付着することにより流路が詰まったり、また固定が不十分で液漏れが生じたりする。
【０００９】
本発明は、上記を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、吐出する液滴となる液体の流通用のチューブを効率よく安定して接続することができる液滴吐出ヘッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題は、以下の構成により解決される。
【００１１】
１．液体を液滴として吐出するノズル孔に連通する圧力室と、前記圧力室に前記液体を供給する液体供給室と、が複数の薄板の積層により構成されている液滴吐出ヘッドにおいて、
一方が前記液体供給室に連通し、他方が外部に開口する流路が前記複数の薄板の積層により構成されている流路連結部を備え、
前記流路連結部は、前記液体の流通用のチューブが接続される凸形状部を有し、該凸形状部の端部に前記流路が開口していることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【００１２】
２．前記薄板はシリコンを材料とする薄板およびガラスを材料とする薄板を含むことを特徴とする前記１に記載の液滴吐出ヘッド。
【００１３】
３．前記シリコンを材料とする薄板と前記ガラスを材料とする薄板とは陽極接合により接合されていることを特徴とする前記２に記載の液滴吐出ヘッド。
【００１４】
４．前記流路連結部の前記凸形状部を被うように結合されている前記チューブを備えていることを特徴とする前記１から３の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
【００１５】
５．前記チューブは、熱収縮性を備え、前記凸形状部に熱収縮により結合されていることを特徴とする前記４に記載の液滴吐出ヘッド。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の液滴吐出ヘッドによれば、吐出する液滴となる液体の流通用チューブを複数の薄板の積層により構成される流路連結部の凸形状部に直接接続することができる。流路連結部は、複数の薄板の積層により構成されている液滴吐出ヘッドと一体構造であって接着剤を用いて固定される部材では無く、また複数の薄板が重ね合わされているためより強い強度を備える。
【００１７】
従って、吐出する液滴となる液体の流通用のチューブを効率よく安定して接続することができる液滴吐出ヘッドを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限らない。
【００１９】
図１は液滴吐出ヘッドの例であるインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッドＵと称する。）を構成している、ノズルプレート１、ボディプレート２、ベースプレート３及び圧電素子４を模式的に分解斜視図で示している。
【００２０】
ノズルプレート１には、インク吐出のためのノズル孔１１を千鳥状に２列配列してあり、ノズル孔１１の吐出口がある吐出面１２には、撥液膜１５が設けてある。また、ボディプレート２は、ボディプレート２ａとボディプレート２ｂとで構成されている。ボディプレート２ａは、ノズルプレート１及びベースプレート３を貼り合わせることで、ノズル孔１１から吐出される液体を供給する圧力室となる圧力室穴２１、インク供給路となるインク供給路溝２２が形成されている。ボディプレート２ｂは、ボディプレート２ａと組み合わせてインクを圧力室に供給する液体供給室であるインク供給室２３、及びインク入出路２４を形成する。インク入出路２４は、インク供給室２３と外部と間の流路である。
【００２１】
ノズルプレート１のノズル孔１１とボディプレート２の圧力室穴２１とが一対一で対応するようにノズルプレート１、ボディプレート２及びベースプレート３とを貼り合わせることで流路ユニットＭとなる。ここで、以後、上記で説明に使用した圧力室穴、インク供給路溝の各符号はそれぞれ圧力室、インク供給路にも使用する。
【００２２】
図２は、図１に示す記録ヘッドＵにおけるノズルプレート１のＸ−Ｘ’、ボディプレート２のＹ−Ｙ’及びベースプレート３のＺ−Ｚ’位置での断面を模式的に示している。尚、図２において断面形状が左右対称であるため、右側半分を省略している。
【００２３】
図２が示しているように、流路ユニットＭにおいて、インク吐出用アクチュエータである圧電素子４をボディプレート２に張り合わされたベースプレート３の各圧力室２１の底部３５の位置に接着することで記録ヘッドＵが完成する。尚、底部３５は所謂振動板として機能する。
【００２４】
記録ヘッドＵの各圧電素子４に駆動パルス電圧を印加することにより圧電素子４が振動し、この振動が圧力室２１の底部３５に伝えられ、この底部３５の振動が圧力室２１内の液体に圧力変動を生じさせノズル孔１１からインク滴を吐出させる。
【００２５】
図１に示す流路ユニットＭを構成するノズルプレート１、ボディプレート２及びベースプレート３に関して説明する。
【００２６】
ノズルプレート１及びベースプレート３の材料はＳｉ（シリコン）であり、ボディプレート２の材料は、可動イオンを含む硼珪酸ガラス（以降、硼珪酸ガラスと称する。）である。ボディプレート２の材料は、硼珪酸ガラスの他、アルミナ珪酸ガラスが挙げられるが、これらに限らず、後述の陽極接合時の温度に耐え、電圧を印加した際にイオンに分離して移動するナトリウム、カリウム等の金属酸化物を含むガラスであれば良い。各プレートは、上記の材料とすることで陽極接合を用いて容易に接合を行うことができるので好ましいが、これらの材料に限定されることはなく、上記のシリコンやガラスと同等に微細加工が容易で同等の強度を有するものであればよい。
【００２７】
ノズルプレート１にノズル孔１１を形成する方法、ボディプレート２に圧力室穴２１等を形成する方法は、公知のフォトリソグラフィー技術（レジスト塗布、露光、現像）及びエッチング技術等を用いることができる。エッチング方法としては、ドライエッチングが好ましい。これらの方法により、ノズルプレート１のノズル孔１１、ボディプレート２の圧力室穴２１等を加工する。
【００２８】
図６は、ベースプレート３が第２のシリコン基板５３に８個分が用意されている様子、ボディプレート２がガラス基板５２に８個形成されている様子、及びノズルプレート１が第１のシリコン基板５１に８個形成されている様子を模式的に示している。
【００２９】
第２のシリコン基板５３、ガラス基板５２及び第１のシリコン基板５１それぞれに形成されているボディプレート２、ノズルプレート１は、これらの基板を位置調整して重ね合わせて接合して切断すると、図１に示す流路ユニットＭを８個構成可能なように、各基板に配置されている。
【００３０】
これら第２のシリコン基板５３、ガラス基板５２及び第１のシリコン基板５１は、この順に重ねて位置合わせをして後述の陽極接合等で接合し、接合の後ダイシングソー等で所定の外形に切り出しすることにより８個の流路ユニットＭを効率よく得ることができる。
【００３１】
第１のシリコン基板５１、ガラス基板５２及び第２のシリコン基板５３は、後述の陽極接合をする場合、予め十分に洗浄して乾燥させ、接合面にゴミが無いようにするのが好ましい。また、洗浄及び乾燥するに先だって、第１のシリコン基板５１、ガラス基板５２及び第２のシリコン基板５３の各接合面は、各表面粗さＲａを１０ｎｍ未満にするのが好ましい。各接合面の表面粗さＲａを、１０ｎｍ未満にすることで、３枚の基板をより良好に密着することができる。
【００３２】
表面粗さＲａは、例えば、触針式表面粗さ計Ｄｅｋｔａｋ３０３０（Ｓｌｏａｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｖｅｅｃｏ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製、触針：ダイヤモンド製半径１２．５μｍ、針圧：０．０５ｍＮ）を使用して測定することができる。具体的には、任意の３箇所の各表面粗さを求め、その算術平均値として得ることができる。表面粗さを求める際の測定幅は３ｍｍとする。
【００３３】
次に、上記のように準備したノズルプレート１が形成されている第１のシリコン基板５１、ボディプレート２が形成されているガラス基板５２及びベースプレート３となる第２のシリコン基板５３の３枚の基板を重ね合わせて陽極接合することに関して説明する。尚、以降の説明では、便宜上、第１のシリコン基板５１はノズルプレート１、ガラス基板５２はボディプレート２、第２のシリコン基板５３はベースプレート３として説明する。
【００３４】
図７は、ボディプレート２、ノズルプレート１及びベースプレート３の３枚のプレートを同時に陽極接合する様子を模式的に示している。
【００３５】
接合面にゴミが無いように十分に洗浄して清浄したノズルプレート１、ボディプレート２及びベースプレート３を、ヒーター（図示しない）及び陽極接合を行うための電極２０ａを備えたプレート固定台２０の上に重ね合わせる。この時、電極２０ａから、ベースプレート３、ボディプレート２、ノズルプレート１の順に各接合面を対向させ、位置関係を調整して重ね合わせる。
【００３６】
次に、電極となる押圧部材１１０をノズルプレート１の上に設けて、ノズルプレート１を押圧し、プレート固定台２０が備えているヒーター（図示しない）により重ね合わせた３枚のプレートを加熱する。陽極接合温度（概ね３５０℃から５５０℃の範囲）まで３枚のプレートを加熱し、陽極接合温度を維持した状態で直流電圧（概ね０．５ｋＶから２ｋＶの範囲）を３枚のプレートに印加する。具体的には、ベースプレート３に接触する電極２０ａと、電極となる押圧板１１０に接触する電極プローブ６０とをプラスとし、ボディプレート２に接触する電極プローブ６１をマイナスとして直流電源９０より直流電圧を３枚のプレートに印加する。
【００３７】
電源プローブ６１をボディプレート２に接触させるためには、ノズルプレート１をボディプレート２より小さくする、又は、ノズルプレート１に切り欠きを設けてボディプレート２の一部を露出させればよい。
【００３８】
押圧部材１１０で押圧することで、３枚のプレート間の間隔を狭くして、薄い空気層を周囲に押し出し、空気が押し出された領域は、研磨等で表面粗さＲａが１０ｎｍ未満としている場合は間隔が非常に小さくなり、面同士が接触して分子間力で密着させることができる。ノズルプレート１を押圧する押圧部材１１０は、電極となる材料であれば特に限定されない。
【００３９】
陽極接合は、陽極接合温度でボディプレート２の中の可動イオンが高電界に引かれて移動拡散する現象であり、この現象が顕著なガラスが好ましい。好ましいガラスとしてテンパックス（登録商標）及びパイレックス（登録商標）がある。
【００４０】
尚、３枚の基板を上記と逆の順にノズルプレート１、ボディプレート２、ベースプレート３として重ねて陽極接合をしても良い。
【００４１】
陽極接合されて積層した基板から個々に切り出された流路ユニットＭを上面から見た様子を図３に示す。図３において、Ｖ−Ｖ’で示す位置より右側はノズルプレート１がある状態を示し、左側はボディプレート２及びベースプレート３の一部が見えるようにノズルプレート１を除いた状態を示している。
【００４２】
ノズル孔１１は、薄板であるノズルプレート１、ボディプレート２及びベースプレート３の積層により構成されている圧力室２１に連通し、圧力室２１はインク供給路２２を介してインク供給室２３に通じている。インク供給室２３にはインク入出路２４の一方が通じており、インク入出路２４の他方は外部に開口している。インク入出路２４は凸形状をしている流路連結部Ｄにある。
【００４３】
流路連結部Ｄは、図１に示すように、ノズルプレート１の凸形状部１ｄ、ボディプレート２の凸形状部２ｄ及びベースプレート３の凸形状部３ｄが接合された積層により構成されているため、１枚のプレートと比較してより強い強度を備えている。また、接合には接着剤を使用しない陽極接合を用いているため、インク入出路２４に接着剤が流れ込むことにより詰まりを生じることはなく、また強固に接合されているため液漏れを生じる恐れもない。
【００４４】
流路連結部Ｄに外部からインクが流入したり外部に流出したりするチューブ４０が接続されている様子を図４に示す。尚、矢印Ａは、インクの流入方向を示し、矢印Ｂはインクの排出及びインク内の泡抜き方向を示している。
【００４５】
図５は、図４のＷ−Ｗ’位置の断面からの流路連結部Ｄにチューブ４０が結合されている様子を示している。
【００４６】
チューブ４０は、流路連結部Ｄをそのまま差し込むことにより液漏れなく固定することができる弾力性を有するものや、熱収縮性を有するものが好ましい。熱収縮性のチューブの場合、負荷を加えることなく容易にチューブ４０に流路連結部Ｄを挿入することができ、流路連結部Ｄをチューブに挿入した状態で加熱して収縮させることにより容易にチューブ４０を流路連結部Ｄに固定することができるためより好ましい。尚、流路連結部Ｄのチューブ４０との接続端面は、図３、４に示すように平坦でも良いし、チューブ４０への差し込みが容易なように斜めに切断されたような斜面としても良い。
【００４７】
図４に示すように、流路連結部Ｄにそのままインク貯留部（図示しない）に接続できるような長いチューブを固定するようにしてもよいし、途中で継ぎ手４２を設けてチューブ４０を継ぎ足して延長するようにしてもよい。
【００４８】
以上に説明したように、流路連結部Ｄは、流路ユニットＭと一体で薄板が接合されて形成されることにより強い強度を備え、この流路連結部Ｄに接着剤を用いて流路ユニットＭに固定する接続部材を介さないでチューブ４０を直接固定することができる。このため組み立て作業を簡略でき、接着剤漏れや接着不良を生じることがなく、また、チューブ４０を接続するための接続部材を別途必要としないためコスト低減が図れる。
【００４９】
また、流路連結部Ｄはシリコンやガラスといった破損しやすい材料であるため、この凸形状部を被うようにチューブ４０を接続することは、流路連結部Ｄの角部の接合剥離、欠けや割れといった不具合の発生を防止する上でも有利である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】インクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。
【図２】インクジェット式記録ヘッドの圧力室周辺の断面図である。
【図３】インクジェット式記録ヘッドの上面図である。
【図４】インクジェット式記録ヘッドにインク流通用のチューブを接続している様子を示す図である。
【図５】インクジェット式記録ヘッドの流路連結部の凸形状部にチューブが接続されている部分を示す斜視図である。
【図６】流路ユニットを複数個同時に接合するために用意されたノズルプレート、ボディプレート及びベースプレートをそれぞれ複数個有するＳｉ基板及びガラス基板を示す図である。
【図７】陽極接合を説明する図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  ノズルプレート
２、２ａ、２ｂ  ボディプレート
３  ベースプレート
１ｄ、２ｄ、３ｄ  凸形状部
４  圧電素子
１１  ノズル孔
１２  吐出面
１５  撥液膜
２１  圧力室（穴）
２２  インク供給路（溝）
２３  インク供給室
２４  インク入出路
５１  第１のシリコン基板
５２  ガラス基板
５３  第２のシリコン基板
Ｍ  流路ユニット
Ｕ  記録ヘッド
Ｄ  流路連結部
【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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