(57)【要約】【課題】  樹脂部材を接合する振動溶着で溶着部以外に接触部が生じると、そこから振動エネルギーをロスしてその近傍の溶着性を低下させ、液漏れが発生する懸念がある。【解決手段】  本発明は、第一の溶着部材１に形成された凸部１３を、第二の溶着部材２に形成された穴部２２に挿入して位置決めし、第一の溶着部材１と第二の溶着部材２の接合面を溶着して流路を形成する流路構成体の製造方法に係わる。上記課題を解決するため、この方法は、穴部２２の高さ方向半分以下より凸部１３の根元側で、凸部１３と穴部２２との隙間を最も狭くする位置決め工程と、穴部２２の高さ方向半分以下より凸部１３の根元側のみで凸部１３の側面と穴部２２の側面とを部分当接して溶着する溶着工程とを含む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の樹脂部品に形成された凸部を、第二の樹脂部品に形成された穴部に挿入して両樹脂部品を位置決めし、前記第一の樹脂部品と前記第二の樹脂部品の接合面を溶着して流路を形成する流路構成体の製造方法において、
前記穴部の高さ方向半分より前記凸部の根元側で、前記凸部と前記穴部との隙間を最も狭くする位置決め工程と、
前記穴部の高さ方向半分より前記凸部の根元側のみで前記凸部の側面と前記穴部の側面とを部分当接して溶着する溶着工程と、
を有することを特徴とする流路構成体の製造方法。
【請求項２】
前記隙間は、前記凸部の先端から根元に向けて徐々に狭くなっていることを特徴とする請求項１に記載の流路構成体の製造方法。
【請求項３】
前記穴部または前記凸部に、前記隙間を狭小化する狭小化手段を有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流路構成体の製造方法。
【請求項４】
前記狭小化手段は、前記穴部の内側面または前記凸部の側面に形成された複数の突曲部を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の流路構成体の製造方法。
【請求項５】
前記溶着工程は、超音波溶着で行われることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の流路構成体の製造方法。
【請求項６】
第一の樹脂部品に形成された凸部が、第二の樹脂部品に形成された穴部に挿入され、前記第一の樹脂部品と前記第二の樹脂部品の接合面に流路が形成された流路構成体において、
前記穴部の高さ方向半分より前記凸部の根元側で前記凸部と前記穴部の隙間が最も狭いことを特徴とする流路構成体。
【請求項７】
前記隙間は、前記凸部の先端から根元に向けて徐々に狭くなっていることを特徴とする請求項６に記載の流路構成体。
【請求項８】
前記穴部または前記凸部に、前記隙間を狭小化する狭小化手段を有していることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の流路構成体。
【請求項９】
前記狭小化手段は、前記穴部の内側面または前記凸部の側面に形成された複数の突曲部を含むことを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の流路構成体。
【請求項１０】
吐出口と該吐出口から液体を吐出させるエネルギー発生手段とを備えた記録素子基板と、前記記録素子基板に対して液体を供給する流路を備えた流路形成部材と、前記流路の一部を形成すると共に、前記記録素子基板を支持する支持部材と、を備えた液体吐出ヘッドにおいて、
請求項６から請求項９のいずれか１項に記載の流路構成体をさらに備えたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体の搬送に用いる流路を有する流路構成体、例えばインクジェットヘッドに用いられる流路構成体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
立体物内部に液体や気体等の流体を搬送するための流路を形成する構造体として、表面に凹溝を設けた樹脂板を平坦な樹脂板で被覆して接合することによって流路を形成したものがある。例えばタンク搭載式インクジェットヘッドのような液体吐出ヘッドの構成部品のひとつであるホルダーユニットがあげられる。
【０００３】
ホルダーユニットは、樹脂製のホルダーと流路形成部材から構成され、両者の対向面を溶着して形成される。流路形成部材の溶着面には、インク流路となる溝およびその周囲に溶着リブが設けられている。一方、ホルダーの溶着面には溶着リブと対向する位置に溝が設けられている。両者は、例えば超音波溶着法により接合され、インク流路を完成している。
【０００４】
また、上記のような二つの樹脂部材を所定の位置に溶着するため、一般的に位置決め手段が樹脂部材の上に設けられている。特許文献１には、二つの部材を溶着する際に、溶着に支障をきたすことなく好適に位置決めするための位置決め構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−００７９６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
超音波溶着法では、溶着部となる樹脂同士を当接し、振動および加圧力による摩擦熱で樹脂を溶融して接合する。特に流体の搬送に用いられる流路形成部材の溶着接合では気密性を得るため溶着部を確実に溶融接合することが重要である。
【０００７】
従来、ホルダーユニットを備えたインクジェットヘッドに使用する流路形成部材は、上記のように位置決めし、超音波溶着等で溶着して流路を形成している。この溶着では、溶着部材同士が、位置決め部、または流路形成部材の外周部等といった、溶着部以外で接触したりすることがあっても、現状の溶着ではそれを許容することができた。
【０００８】
しかしながら、今後インクの色数がアップしたり、流路成形部材が大型化、インク流路が複雑化したりすると、上記のような溶着中の接触時に接触部から振動エネルギーをロスしてその近傍の溶着性を低下させ、液漏れが発生する懸念がある。
【０００９】
本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、流路を形成するための樹脂部品同士を精度よく位置決めしつつ、液漏れのない溶着性に優れた流路構成体の製造方法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】
【００１０】
本発明の一態様は、第一の樹脂部品に形成された凸部を、第二の樹脂部品に形成された穴部に挿入して両樹脂部品を位置決めし、前記第一の樹脂部品と前記第二の樹脂部品の接合面を溶着して流路を形成する流路構成体の製造方法に係わる。この製造方法において、上記の課題を解決するため、本発明の一態様は、前記穴部の高さ方向半分より前記凸部の根元側で、前記凸部と前記穴部との隙間を最も狭くする位置決め工程と、前記穴部の高さ方向半分より前記凸部の根元側のみで前記凸部の側面と前記穴部の側面とを部分当接して溶着する溶着工程と、を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の他の態様は、第一の樹脂部品に形成された凸部が、第二の樹脂部品に形成された穴部に挿入され、前記第一の樹脂部品と前記第二の樹脂部品の接合面に流路が形成された流路構成体において、前記穴部の高さ方向半分より前記凸部の根元側で前記凸部と前記穴部の隙間が最も狭いものを提供する。
【００１２】
以上のような態様では、第一の樹脂部品に形成された凸部と第二の樹脂部品に形成された穴部とを嵌合して前記穴部の高さ方向半分より凸部根元側で部分当接して位置決めするので、超音波溶着プロセスにおける前記凸部の撓みの影響を受けにくい。よって、２つの樹脂部品間の溶着部以外に樹脂部品同士を接触することなく許容精度に溶着することができる。結果、振動エネルギーをロスすることなく前記溶着部に集中して溶着することができる。
【発明の効果】
【００１３】
したがって本発明によれば、溶着に支障をきたすことない位置決めが容易に可能となり、溶着中の振動エネルギーのロスを抑制できるため、溶着部を確実に溶融接合した好適な溶着を行うことができる。こうして、精度良く位置決めしつつ、液漏れのない溶着性に優れた流路構成体の溶着方法が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態による溶着部と位置決め部を含む流路構成体を示す断面図。
【図２】本発明の流路構成体の溶着方法を示す断面図。
【図３】本発明における位置決め穴の一例を説明する図。
【図４】本発明における位置決め穴の他の例を説明する図。
【図５】本発明の他の実施形態による溶着部と位置決め部を含む流路構成体を示す断面図。
【図６】本発明の方法を適用する流路構成体の組み立てを示す概略斜視図。
【図７】本発明の流路構成体を有しているインクジェットヘッドの一例を示す分解斜視図。
【図８】図７に示すインクジェットヘッドを構成する流路形成部材とホルダーそれぞれにおける溶着面を示す図。
【図９】穴部高さに対する当接部の高さと凸部の撓みとの関係を説明する表と図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１６】
［実施形態１］
図１は、本発明の一実施形態を示す流路構成体の断面図である。本実施形態の流路構成体は第一の溶着部材１と第二の溶着部材２とを超音波溶着により接合して構成される。図１（a）は、溶着前の２つの溶着部材１，２を示す断面図である。図１（a）において、第二の溶着部材２に接合される第一の溶着部材１の面（接合面）には、凹形状を有する流路溝（インク流路）１１と、その外側に配置された複数の溶着溝１２とが形成されている。また、これらと同じ面に凸部１３が、溶着部材１と一体で形成されている。
【００１７】
一方、第一の溶着部材１に接合される第二の溶着部材２の面（接合面）には複数のリブ２１が設けられ、各リブ２１は溶着溝１２の各々と対向する位置にある。なお、リブ２１の間には、前記インク流路の一部となる溶着溝が形成されていてもよい。
【００１８】
リブ２１は、一般にその縦断面形状として三角形のものが用いられる（図１（ａ）の断面図を参照）。本実施形態においては、リブ２１の底辺と高さを同じにし、それぞれ１ｍｍとした。また、凸部１３に対向する第二の溶着部材２の部位に、凸部１３を挿入可能な穴部２２を形成した。この穴部２２に関しては、穴部２２の高さ方向半分以下より下方の領域で接合面側の開口面積Ｓ2が、この接合面とは反対側面の開口面積Ｓ1より小さく形成されている（Ｓ1＞Ｓ2）。「穴部の高さ」とは、その穴部が貫通形成された部材の接合面からの高さをいう。
【００１９】
なお、穴部２２は図１に示される形に限られるものではなく、例えば図５に示される形状であってもよい。図５は、他の実施形態の流路構成体における位置決め部を示す断面図である。図５の形態では、図１に示した形態と比べて、凸部１１３と穴部２２２との隙間が当該凸部の先端から根元方向に向けて徐々に狭くなっている。この結果、図５の態様の穴部２２２は、図１の態様の穴部２２の内周壁における肉薄の角部等の肉厚を厚くしたものに相当する。このように構成することで、特に超音波溶着での振動の影響による材料内部クラックや割れ等を発生させることなく溶着することができる。
【００２０】
再び図１に戻って説明する。図１（b）は、溶着後の流路構成体１，２の断面図を示している。図１（b）に示すように、第一の溶着部材１と第二の溶着部材２とを接合すると、２つのリブ２１と溶着溝１２が有った位置に２つの溶着部１４が形成され、また、それらの溶着部１４の間には流路１５が形成されている。
【００２１】
さらに、両溶着部材１，２を接合するときに凸部１３が穴部２２に挿入されており、凸部１３と穴部２２の側面どうしが、穴部２２の高さ方向の半分以下より凸部根元側で部分的に当接している。すなわち、凸部１３と穴部２２それぞれの側面の、高さ方向の半分以下より凸部根元側の部位が、相互の当接部になっている。
【００２２】
次に、図１に示した流路構成体を組立てるための溶着方法を説明する。この溶着方法のフローを断面で示した図が、図２の（ａ）〜（ｄ）である。
【００２３】
図２（ａ）は、第一の溶着部材１の上に第二の溶着部材２を位置決めする様子を示した断面図である。本実施形態の溶着方法では超音波溶着を適用しており、まず、第一の溶着部材１を溶着治具（図示なし）に固定し、その上に第二の溶着部材２を配置する。このとき、第一の溶着部材１に形成された凸部１３に、第二の溶着部材２に形成された穴部２２を嵌めて、両者を位置決めする。
【００２４】
前述した当接部における両者の隙間は、許容される溶着位置精度以下でなければならない。よって本発明では、穴部２２の高さ方向半分以下より凸部根元側で、凸部１３と穴部２２の隙間が最も狭くなるようにした。
【００２５】
また、超音波発振中において前記凸部１３は根元を起点に左右に僅かな撓みを生じる。よって、許容される溶着位置精度で溶着するためには、撓みの少ない前記凸部１３の根元に近い方がよく、かつ両者の当接部の接触面積が小さい方が望ましい。
【００２６】
ここで、図9に、穴部２２の高さに対する前記当接部の高さと、前記凸部１３の撓み量との関係を表にして示す。表中の◎および○は凸部１３の撓みが小さく、溶着時にズレが生じても溶着部以外の箇所で接触しないことを表し、△は溶着部以外の箇所が接触する臨界値であること、×は溶着部以外の箇所が接触してしまうことを表している。
【００２７】
この関係は樹脂材料や凸部形状によって差があるものの、定性的には同一の傾向を示す。本実施形態は、溶着部材１，２の樹脂材料には変性ＰＰＥ+ＰＣ樹脂（変性ポニフェニレンエーテルとポリカーボネートの混合樹脂）を使用し、凸部１３には高さ４．８ｍｍ、Φ３．０ｍｍのものを使用した。
【００２８】
このように、本実施形態における両溶着部材１，２用の位置決め手段（位置決め箇所）は、前記凸部１３の側面と前記穴２２の側面との部分的な当接のみであり、かつ前記穴部２２の高さ方向の半分以下より凸部根元側であることを特徴とする。
【００２９】
図２（b）は、超音波溶着の溶着中の様子を示す断面図である。
【００３０】
超音波溶着方法としては、超音波発振中のホーン移動量となる溶込量(ｍｍ)、超音波エネルギーを溶着対象に送信する時間の長さ（秒）、または、溶着対象に送信するエネルギー量（ジュール：1秒あたりのワット数）などを任意に設定して溶着する方法がある。
【００３１】
本実施形態における超音波溶着としては、液漏れを回避するのに確実に溶かし込むため、溶込量(ｍｍ)を設定する方法を選択した。
【００３２】
超音波溶着では、接合面に対して垂直方向の振動が付与される。図２（ｂ）に示すように、ホーン３０を介して第二の溶着部材２内部を伝達してリブ２１先端に伝えられる振動と加圧力によって、溶着部１４が溶融される。そして、予め設定した溶込量分だけホーン３０が移動して超音波が停止する。
【００３３】
図２（c）は、超音波発振停止後、第一の溶着部材１に対して第二の溶着部材２をホーン３０が加圧した状態で冷却待機する様子を示す断面図である。このように超音波溶着では超音波発振停止後、溶着部１４の樹脂が冷めるまで加圧状態で保持されるため、最終的な溶込量は、前記設定溶込量より僅かに増す。
【００３４】
図２（d）は、超音波溶着完了後の断面図である。上述したような超音波溶着法で溶着部１４が形成され、その間にインク通路となる流路１５が形成されている。また、第一の溶着部材１と第二の溶着部材２との位置決め手段となる前記凸部13と前記穴部２２とは、前記穴部２２の高さ方向半分以下より凸部根元側で、凸部１３と穴部２２との隙間が最も狭くなるように構成されている。この位置での両者は当接していてもよい。前記当接は、溶着中の振動エネルギーのロスを回避するため、接触面積がより小さい方が良く、面接触より点接触の方が好ましい。
【００３５】
また、このように凸部１３と穴部２２との隙間を狭小化する狭小化手段として、例えば図３で示すように穴２２の内壁に複数の突曲部２２１を設けてもよい。なお、「突曲部」とは先端面が凸状の曲率を持つ部分を意味する。図３（ａ）はこの穴部２２の貫通方向（Ｚ方向）から見た平面図を示し、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ―Ａ断面を示している。この図に示すように突曲部２２１は穴部２２の内側面の全周ではなく、凸部１３の側面と点接触する形状が好ましい。
【００３６】
突曲部２２１の数及び配置について、例えば図３（ａ）に示されるように4つの突曲部２２１を穴部２２の内側面に周方向に等間隔で配置することが出来る。この形態により、直交ＸＹ方向の溶着位置が規制される。より好ましくは、図４（ａ），（ｂ）に示されるように、３つの突曲部２２１を穴部２２の内側面に周方向に等間隔で配置すると良い。この形態の場合、図３の形態に比べてより少ない突曲部でXY方向の溶着位置を規制することが出来る。
【００３７】
なお、図３および図４の形態では、凸部１３と穴部２２との隙間を狭小化する手段を穴部２２内に設けたが、本発明はこれに限るものではなく、例えば凸部１３の周囲に同様の狭小化手段（図示なし）を設けても良い。
【００３８】
以上に説明した溶着方法によれば、溶着に支障をきたすような溶着部以外の接触をさせることなく溶着部材１と溶着部材２とを容易に精度よく位置決めして、溶着することが出来る。
【００３９】
例えば図５のA部に示すような第一の溶着部材１００が壁を有する形状であっても、その壁面と第二の溶着部材２００の側面とを接触させずに、容易に位置決めして溶着することができる。
【００４０】
以上のように、第一の溶着部材１に設けられた凸部13と第二の溶着部材２に設けられた穴２２とを嵌合して前記穴部２２の高さ方向半分以下より凸部根元側で部分当接して位置決めすることにより、超音波溶着プロセスにおける前記凸部１３の撓みの影響を受けにくい。よって、溶着部１４以外に樹脂部品同士を接触することなく、許容位置精度にて溶着することができる。さらに、振動エネルギーをロスすることなく前記溶着部１４に集中して溶着することができる。
【００４１】
このようにして、高精度の位置決めを行いつつ、液漏れのない溶着性に優れた流路構成体の製造方法を提供することが出来る。
【００４２】
［実施形態２］
次に、本発明の第2の実施形態を例示する。
【００４３】
図７は、本発明の流路構成体を備えた液体吐出ヘッドの一例であるインクジェットヘッド１０００の基本的構成を示す。インクジェットヘッド１０００は、記録素子基板１１００と電気配線基板１３００からなる記録素子ユニット１００２と、ホルダーユニット１００３とで構成される。
【００４４】
記録素子基板１１００は、シリコン製の基板にインク供給口が開いており、この基板上には、液体を吐出するための熱エネルギーをインクに付与する複数の発熱抵抗体が配列されている。このような発熱抵抗体を形成した基板はヒーターボードと呼ばれている。ヒーターボードには発熱抵抗体に電力を供給するための配線が形成されていて、両端に設置された電極パッドに結線されている。このようなヒーターボードの上に複数の吐出口を有する吐出口形成部材を貼りつけて、記録素子基板１１００が完成する。なお、本発明は、インク吐出に発熱抵抗体を使用するものに限らず、吐出口からのインク等の吐出に寄与するエネルギー（例えば、熱、振動、静電など）を発生させるエネルギー発生手段を有する記録素子基板を備えた液体吐出ヘッドであれば構わない。
【００４５】
電気配線基板１３００上は、ヒーターボードの発熱抵抗体に電力を供給するための配線が引き回されている。記録素子基板１１００および電気配線基板１３００は、接着により支持部材１２００に高精度で接合され支持される。また記録素子基板１１００と電気配線基板１３００は、インナーリードを用いたTAB実装法によって電気接合され、その接合部分は封止材によって封止される。
【００４６】
図8は、図7に示すインクジェットヘッドの溶着時の接合面を示す図であり、（a）は、流路形成部材１６００と接合されるホルダー１５００の接合面を、（b）は、ホルダー１５００と接合される流路形成部材１６００の接合面を示している。
【００４７】
ホルダー１５００は、前述した第一の溶着部材１に該当する部材であって、溶着溝１５０２および位置決めピンとしての凸部１５０３を有する。
【００４８】
流路形成部材１６００は、前述した第二の溶着部材２に該当する部材であって、溶着溝１５０２と同一の形状を有する溝状のインク流路１６０１と、インク流路１６０１の周縁に沿って延びる溶着リブ１６０２と、凸部１５０３が挿入される位置決め穴１６０３とを有している。
【００４９】
本発明における流路構成体としてのホルダーユニット１００３は、ホルダー１５００と流路形成部材１６００とを超音波溶着で接合してなる。超音波溶着における両者の位置決めでは実施形態１と同様に、当接部は凸部１５０３の根元に近く、かつ両者の当接部の接触面積が小さい方がよい。
【００５０】
上記したように、本発明は、一般的なインクジェットヘッドのインク流路となるホルダーユニットに適用され、位置決め手段としての凸部１５０３と穴部１６０３との当接部を前記凸部１５０３の高さ方向半分以下より凸部根元側で部分当接して位置決めしつつ、溶着接合する方法を提供する。この方法により、超音波溶着プロセス中において、前記凸部１５０３の根元側は撓みの影響を受けにくいため溶着精度に許容される。
【００５１】
よって、溶着部（溶着リブ１６０２の先端と溶着溝１５０２の周縁との接合部）以外に樹脂部品同士が接触することがないため、振動エネルギーはロスすることなく前記溶着部に集中して溶着することができる。このようにして、高精度の位置決めを行いつつ、液漏れのない溶着性に優れた流路構成体の製造方法を提供することが出来る。
【００５２】
本実施形態は、インクジェットヘッドに本発明を適用した例であるが、一般的な樹脂部材同士を精度よく位置決めして、好適な溶着を達成する手段として、これに限るものではない。
【００５３】
また、上述した各実施形態では、２部材の位置決め手段として凸部（１３，１５０３）を一方の溶着部材（１，１５００）に設け、穴部（２２，１６０３）を他方の溶着部材（２，１６０３）に設けているが、これに限らず、本発明は前記穴部を前記一方の溶着部材に設け、前記凸部を前記他方の溶着部材に設けたものも含む。
【符号の説明】
【００５４】
１    第一の溶着部材
２    第二の溶着部材
１１    流路溝
１２    溶着溝
１３    凸部
１４、１１４    溶着部
１５、１１５    流路
２２    穴部
１００    第一の溶着部材
２００    第二の溶着部材
１５００    ホルダー
１５０１    インク流路
１５０２    溶着溝
１５０３    凸部
１６００    流路形成部材
１６０１    インク流路
１６０２    溶着リブ
１６０３    穴
【図１】
2014233960.tif 000003
【図２】
2014233960.tif 000004
【図３】
2014233960.tif 000005
【図４】
2014233960.tif 000006
【図５】
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【図６】
2014233960.tif 000008
【図７】
2014233960.tif 000009
【図８】
2014233960.tif 000010
【図９】
2014233960.tif 000011