(57)【要約】【課題】ダイヤフラム３とＰＺＴ４の接着において、加熱硬化型接着剤を用いずに接着し硬化後のずれ、および歪をなくすこと。【解決手段】ダイヤフラム３とＰＺＴ４の接着にＵＶ硬化型接着剤１３を用い、ＵＶ光の経路となるフレーム６内をＵＶ光反射可能な金属材料とし、ＵＶ硬化型接着剤１３へのＵＶ吸収を促進するために、接着材料のはみ出し部、およびダイヤフラム上の反射突起２４を備えることにより、ずれのないダイヤフラム３とＰＺＴ４の接着が可能となる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出させるための吐出口を有するインク室と、
前記インク室の容積を変化させるダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムへ加圧振動を加える圧電素子と、
前記ダイヤフラムと前記圧電素子とを接続する紫外線硬化型接着剤からなる接着部と、
を有するインクジェットヘッドであり、
前記接着部は、前記ダイヤフラムと前記圧電素子とが接続される接続部分と、前記接続部分に隣接する隣接部分とに位置していることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記ダイヤフラムには第１突起部があり、前記第１突起部が、前記圧電素子と接続される部分である請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記圧電素子が接続される前記第１突起部の第１面は、前記第１突起部が接続される前記圧電素子の第２面より大きく、前記第１面で前記第２面が接続されていない前記第１面に、前記隣接部分である請求項２記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
さらに、前記接着部を囲む筐体部を含み、
前記筐体部の前記接着部を囲む内面には、金属材料、または、紫外線の反射可能な金属膜を有すことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記ダイヤフラムと接着される前記圧電素子の面はＲａ１μｍ以下に研磨されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記圧電素子は、前記ダイヤフラムと接着される方向に断面積が小さくなるテーパ形状を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
前記接着部の周辺の前記ダイヤフラムにおいて、前記接着部に対面する傾斜面を有する第２突起部を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項８】
前記圧電素子はピエゾ素子である請求項１から７のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
【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およびその製造方法に関し、インク室の容積を変化させるダイヤフラムとダイヤフラムへ加圧振動を加える圧電素子との接着に関する構造およびその製造方法である。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子を利用した従来のインクジェット構造（特許文献１）の拡大断面図を図９に示す。構成を大きく分けて、２つからなる。インクを押し出す駆動部であるＰＺＴユニット１０と、インクの流路であるインク室プレートユニット９とからなる。なお、ＰＺＴは、圧電素子であるピエゾ素子を示す。
【０００３】
ＰＺＴユニット１０は、駆動源であるＰＺＴ４と、それを保持するＰＺＴ用基台５とを含む。
【０００４】
インク室プレートユニット９は、ＰＺＴ４の圧を受けるダイヤフラム３と、インクを保持するインク室７と、吐出穴８を有するノズルプレート１とを含む。
【０００５】
ＰＺＴユニット１０で１部品として組み立てられ、インク室プレートユニット９で１部品として組み立てられ、両者を接着剤で接続される。接着剤として加熱硬化型接着剤１４が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１９３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
インクジェットヘッドにおいて、ダイヤフラム３は薄板の金属材料が用いられ、圧電素子はピエゾ素子（以下ＰＺＴと記す）が用いられる。ダイヤフラム３とＰＺＴ４の接着剤としては加熱硬化型接着剤１４が一般的に使用されている。この時、ダイヤフラム３とＰＺＴ４は異材料であるため線熱膨張係数が異なっているため、加熱によって接着面のずれ、歪が発生する。
【０００８】
他の接着剤の種類としては、常温硬化型接着剤、紫外線硬化型接着剤（以下ＵＶ硬化型接着剤と記す）がある。
【０００９】
常温硬化型接着剤では、反応速度が遅く、硬化反応が制御できない、生産性が落ちる。硬化速度が速い（３０分以内）タイプの場合でも、接着面における接着剤のパターニング性が、時間で変化し、用いることが困難である。
【００１０】
一方、ＵＶ硬化型接着剤は、ダイヤフラムとＰＺＴとがフレームで囲われた箇所であるため、スペースがなく、ＵＶ光を十分に照射することが困難である。
【００１１】
本発明では、ダイヤフラムとＰＺＴとの接着にＵＶ硬化型接着剤を用い、ダイヤフラムとＰＺＴの熱膨張の影響を抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、インクを吐出させるための吐出口を有するインク室と、インク室の容積を変化させるダイヤフラムと、ダイヤフラムへ加圧振動を加える圧電素子と、ダイヤフラムと前記圧電素子とを接続する紫外線硬化型接着剤からなる接着部と、を有するインクジェットヘッドであり、接着部は、ダイヤフラムと圧電素子とが接続される接続部分と、接続部分に隣接する隣接部分とに位置しているインクジェットヘッドを用いる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のインクジェットヘッドでは、ダイヤフラムとＰＺＴとの接着において、加熱しなくともよい紫外線型接着剤を用いた。このことで、熱による材料の熱膨張差によるずれ、歪をなくすことができる。つまり、ダイヤフラムとＰＺＴとの位置ずれ、歪がなく、インクジェットの吐出特性を向上させることができる。また、インクジェットヘッドの不良発生を抑制し生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態１のインクジェットヘッドの構成図
【図２】図１のＡ−Ａ‘断面図
【図３】実施の形態１における構成の分解図
【図４】（ａ）図１のＢ−Ｂ‘断面図、（ｂ）（ａ）のＵＶ硬化型接着剤の部分の断面の平面図
【図５】実施の形態２におけるインクジェットヘッドの断面図
【図６】図５の領域Ｃの拡大断面図
【図７】実施の形態３におけるインクジェットヘッドの断面図
【図８】（ａ）図７の領域Ｄの拡大断面図、（ｂ）（ａ）の変形例の図、（ｃ）（ａ）の変形例の図
【図９】特許文献１に記載された従来のインクジェットヘッドの拡大断面図
【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、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
＜インクジェットヘッドの組み立ての概要＞
図１は、実施の形態１によるインクジェットヘッドを説明する斜視図である。図２は、組み立てを説明する図である。図３は、その断面拡大図である。
【００１７】
まず、図２を用いて、インクジェットヘッドを製造する過程を説明する。製造工程は大きく分けてインク室プレートユニット９の作製と、ＰＺＴユニット１０の作製と、そしてこれらを接着する工程に分かれている。
【００１８】
インク室プレートユニット９は、ノズルプレート１とインク室プレート２の接着、その後、ダイヤフラム３を接着して完成する。
【００１９】
ＰＺＴユニット１０は、ＰＺＴ４とＰＺＴ用基台５の接着後、ＰＺＴ４をチャンネル分割する。チャンネル分割とは、ＰＺＴ４を個別に分けるため、スリットを入れる工程である。ＰＺＴ４のチャンネル分割の領域１７を図２、および、図３の破線で示す。次に、チャンネル分割したＰＺＴ４を電圧にて個別駆動させるためのフレキシブルプリント基板１１（以後、ＦＰＣと記す）を接合する。これで、ＰＺＴユニット１０が完成する。
【００２０】
その後、インク室プレートユニット９とフレーム６とを接着した後、フレーム６を貫通穴であるスリット１２を通して、ＰＺＴユニット１０のＰＺＴ４と、インク室プレートユニット９のダイヤフラム３とを接着することで、インクジェットヘッドが完成する。
【００２１】
圧電素子として、ピエゾ素子であるＰＺＴ４を例示したが、他の圧電素子でもよい。
＜インクジェットヘッド＞
図３を用いて、インクジェットヘッドの詳細を説明する。図３は図１のＡ−Ａ‘断面である。ダイヤフラム３とＰＺＴ４の接着部の詳細を示すものである。
【００２２】
ノズルプレート１とインク室プレート２の接着は、ノズルプレート１の吐出穴８とインク室プレート２のインク室７が同位置になるようにアライメント接着されている。接着剤は加熱硬化型接着剤１４（硬化温度６０〜１５０℃）をノズルプレート１の接着面へスクリーン印刷により接着膜厚３〜１０μｍで塗布し、ノズルプレート１とインク室プレート２を貼り合せた後、治具等で押圧し貼り合せ状態を保持したまま加熱炉へ３０分〜１５時間入れることで加熱硬化型接着剤１４が硬化することで接着可能である。
【００２３】
また、ノズルプレート１とインク室プレート２はマルテンサイト系ＳＵＳ材で各々縦５〜２０ｍｍ、横５０〜１５０ｍｍ、厚みは２５μｍ〜１ｍｍであり、ノズルプレート１の吐出穴８はパンチ加工、レーザ加工、エッチング加工等により穴径φ５〜５０μｍに加工されている。
＜インク室プレート２＞
インク室プレート２は、５０〜５００μｍの厚みである。１枚１０〜１００μｍの厚みのＳＵＳ板材を、１〜１０枚程度積層する。３次元立体構造を有すインク室を構成する。インク室プレート２は、１枚１０〜１００μｍの厚みのＳＵＳ板材が積層され、構成される。１枚ごとにパンチ、または、エッチングにより貫通（抜き）パターンが加工されている。パターンを有すＳＵＳ板材の積層は約３００〜１５００℃の熱プレスにより複数枚のプレート圧着された構成である。
【００２４】
ノズルプレート１と、インク室プレート２とが貼り合わさったプレートと、ダイヤフラム３接着は、インク室プレート２側へスクリーン印刷により接着膜厚３〜１０μｍで加熱硬化型接着剤１４を塗布し、その上からダイヤフラム３を貼り合せ、その状態を押圧治具等で保ったまま加熱炉へ３０分〜１５時間入れることで加熱硬化型接着剤１４が硬化すること、インク室プレートユニット９を形成する。
【００２５】
ダイヤフラム３はＳＵＳ、またはニッケル材料でエッチングまたは電鋳により厚さ５〜２０μｍの材料上に突起２３（縦０．４〜５ｍｍ、幅５〜１００μｍ、高さ３〜１５μｍ）を形成した構造である。
【００２６】
尚、アライメントは、インク室プレート２と、ダイヤフラム３との各々にアライメントマークを施し、アライメントマーク同士を合わせることで可能となる。
＜ＰＺＴ４とＰＺＴ用基台５＞
ＰＺＴ４とＰＺＴ用基台５の接着は、ＰＺＴ用基台５側にスクリーン印刷、またはディスペンサーにより、加熱硬化型接着剤１４を接着膜厚３〜１０μｍで塗布する。そして、接着剤上からＰＺＴ４を貼り合せ、治具等で押圧した状態とする。この状態で加熱炉へ、３０分〜１５時間入れることで接着する。ＰＺＴ４は、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉで構成される材料であり、縦１〜５ｍｍ、横１０〜５０ｍｍ、厚さ１〜１０ｍｍ程度である。ＰＺＴ用基台５はセラミック、樹脂等の絶縁材料である。縦１〜５ｍｍ、横１０〜５０ｍｍ、厚さ１０〜３０ｍｍ程度である。ＰＺＴ４のチャンネル分割は、ＰＺＴ用基台５にＰＺＴ４を接着後にダイシング加工、レーザ加工等により幅３０〜１００μｍ、ピッチ５０〜３００μｍで分割加工することでできる。
【００２７】
次工程からは、図３を用いて説明する。チャンネル分割されたＰＺＴ４は、チャンネルごとに電圧を加えて駆動を制御するためにフレキシブルプリント基板１１と接合され、ＰＺＴユニット１０となる。ＰＺＴ４とＦＰＣ１１の接合方法は、熱圧着、半田により接合される。
＜インク室プレートユニット９とフレーム６＞
インク室プレートユニット９とフレーム６との接着は、フレーム６にスクリーン印刷、またはディスペンサーにより加熱硬化型接着剤１４を接着膜厚３〜１０μｍで塗布する。その後、接着剤上から、インク室プレートユニット９を貼り合せる。治具等で押圧した状態で、加熱炉へ３０分〜１５時間入れることで接着する。フレーム６は、ＳＵＳまたは樹脂材料であり、インク室プレートユニット９のダイヤフラム３とＰＺＴ４が接着されるための貫通溝のスリット１２が施された構造である。フレーム６がＳＵＳ材料の場合は、スリット内面がＲａ０．５μｍ以下に研削されており、フレーム６が樹脂材料の場合は、スパッタ、または金属薄膜の貼り合わせによってＲａ０．５μｍ以下の反射膜が形成されている。
＜ＵＶ接着剤の塗布＞
インクジェットヘッドを完成させるため、ＰＺＴユニット１０と、ＰＺＴユニット１０との接着は、ＰＺＴユニット１０のチャンネル分割されたＰＺＴ４の頂部へＵＶ硬化型接着剤１３をスクリーン印刷等でパターニング塗布する（図２）。図２では、全体つながって表現されているが、図３に示すように、ＰＺＴの先端部分のみにＵＶ硬化型接着剤１３を厚み４〜１０μｍ程度付着させている。ここで接着剤はチャンネル分割されたＰＺＴ４上において、ＰＺＴ４の端部までの広い範囲に塗布する。次に、ＵＶ硬化型接着剤１３が塗布されたインク室プレートユニット９は、挿入方向１６の示す方向の通り、フレーム６のスリット１２から挿入し、ダイヤフラム３の突起２３とインク室プレート２のインク室の位置（図３）が合うようにアライメント接着する。
＜ＵＶ接着剤の硬化＞
ＵＶ硬化型接着剤１３の硬化方法を図４（ａ）、（ｂ）で説明する。図４（ａ）は、図１のＢ−Ｂ‘断面である。ダイヤフラム３とＰＺＴ４の接着部の詳細を示すものである。なお、図１はダイヤフラム３とＰＺＴ４の接着後の状態を示す。図２は、ダイヤフラム３とＰＺＴ４の接着直前であり、Ｂ−Ｂ’断面は同一断面を示している。
【００２８】
アライメント貼り合わせされた状態で、インク室プレートユニット９とＰＺＴユニット１０とは、治具等で押圧保持される。フレーム６のスリット１２とＰＺＴユニット１０の開口部は１〜５ｍｍ程度であり、その開口部よりＵＶランプ１５にてＵＶを照射する。照射量はＵＶ硬化型接着剤１３が硬化するために必要な１００〜５０００ｍＪ程度となる。
【００２９】
尚、ダイヤフラム３とＰＺＴユニット１０とのアライメントは、ダイヤフラム３にアライメントマークが施されており、一方、ＰＺＴユニット１０のＰＺＴ用基台５にはアライメントマークとなる貫通パターンが施されているためアライメントマークを合わせることでアライメントが可能となる。
【００３０】
ＰＺＴ４の端部までの広い範囲に、ＵＶ硬化型接着剤１３塗布する。ＰＺＴユニット１０を、ダイヤフラム３に貼り合わせた後、ＵＶ硬化型接着剤１３がＰＺＴ４の外側にはみ出す箇所を形成する。このはみ出す箇所により、ＵＶ硬化型接着剤１３にＵＶの直射光１９が照射される面積を増やし、ＵＶ硬化型接着剤１３をしっかり、早く硬化できる。
また、フレーム６のスリット１２内壁を反射率の高い金属材質（金属膜１８）にしている。このことで、ＵＶの反射光２０がロス少なく、効率的にＵＶ硬化型接着剤１３への照射をできる。
【００３１】
また、加熱硬化型接着剤１４を使用しないことで、加熱（６０〜１５０℃）によるダイヤフラム３とＰＺＴ４の熱膨張によるずれ（１０〜３０μｍ）が発生しない効果がある。
【００３２】
尚、本実施形態において、ＰＺＴ４の端部までの広い範囲にＵＶ硬化型接着剤１３塗布する構成としたが、ＵＶ硬化型接着剤１３の中に塗布接着膜厚（４〜１０μｍ）より小さい径（φ１〜６μｍ）のスペーサ（ガラス、またはシリコン等）を０．５〜１０％混合することにより貼り合わせ後の接着剤はみ出し量を制御し、ＵＶ硬化型接着剤１３がはみ出す方向としては縦、横方向のどちらか一方または両方としても良い。
【００３３】
図４（ｂ）に、ＰＺＴ４の部分での水平方向での断面図を示す。ＵＶ硬化型接着剤１３が接合部からはみだした、はみ出し部１３０を明確化に示している。ＰＺＴ４の周辺まで、ＵＶ硬化型接着剤１３がはみ出している。ダイヤフラム３の突起２３の上面で、ＰＺＴ４が存在しない部分に、はみ出している。
【００３４】
はみ出すべき方向としては、ダイヤフラム３の突起２３の横方向（図４（ｂ）の左右側面）がＵＶ光の直射光１９が照射されるため、好ましい。隣のＰＺＴ４の方向より、フレーム６の方向へのはみ出し領域が大きい方がよい。ＵＶ光が照射されやすい。ＰＺＴ４より接着剤が外側にはみ出す量としては５〜２０μｍの幅である。ＵＶ硬化型接着剤１３はＵＶ照射による接着剤硬化の連鎖反応のため、ＵＶ硬化型接着剤１３がはみ出していることが重要であり、そのはみだし量の大小の影響は小さい。ＵＶ硬化型接着剤１３の中に紫外線が入れば、接着剤がはみ出していない部分へも１部の光が入りこみ、接着剤の硬化が促進される。
【００３５】
尚、スリット１２の内壁を反射率の高い金属材質にする方法としては、フレーム６をＳＵＳ（ＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４）等の金属材料にする。または、スリット１２の内壁に金属膜１８をスパッタ等により形成することで可能である。金属膜１８としてはＡｕまたはＣｕ等を膜厚２０ｎｍ〜２μｍで形成することでも可能である。
（実施の形態２）
図５は、実施の形態２におけるインクジェットヘッドの断面図である。図１のＢ−Ｂ‘断面であり、ダイヤフラム３とＰＺＴ４の接着部の詳細を示すものである。図５において図１〜４と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００３６】
ＰＺＴ４表面のＵＶ硬化型接着剤１３が塗布される表面は、Ｃ０．０５〜０．３の面取り加工２５と、ラッピング加工がされており、表面あらさはＲａ０．２〜１．０μｍ程度となっている。
【００３７】
Ｃの数値を大きくしない理由は接着面積が減るからである。ＰＺＴ４の特性にも影響しない。Ｃ面取りとして、最小で加工できるレベルとしている。Ｒ面取りでもよい。光をＵＶ硬化型接着剤１３に照射し硬化させるという効果をより活かすためには、Ｃ面取りの方が、より好ましい。
【００３８】
図５におけるダイヤフラム３とＰＺＴ４との接着部Ｃの詳細を図６に示す。図６を用いて面取り加工２５とラッピング加工の効果の詳細を説明する。
【００３９】
面取り加工２５があることで、反射光２０がＰＺＴ４の角部によって遮断されずにＵＶ硬化型接着剤１３に照射されることが可能である。つまり、ＰＺＴ４は、ダイヤフラム３と接着される方向に断面積が小さくなるテーパ形状を有することがよい。
【００４０】
また、ＰＺＴ４表面をラッピング加工前のＲａ５〜１０μｍ程度の粗い状態から、ラッピング加工後の表面あらさＲａ０．２〜１．２μｍに平坦化する。このことで、反射光２０がダイヤフラム３表面で反射され、二次反射光２１となり、さらに、ＰＺＴ４表面に反射される三次反射光２２が分散することなくＵＶ硬化型接着剤１３に照射され、ＵＶ硬化型接着剤１３が硬化される。
【００４１】
表面あらさが粗いと、入射した光は散乱され、反射光２０の強度が低下する。一方、表面が平坦であると、反射光の強度が低下せず、接着剤をより硬化できる。
【００４２】
表面あらさＲａが、１．２μｍ超えると、反射光２０の強度が弱くなり、ＵＶ硬化型接着剤１３の硬化させる効果が弱い。表面あらさＲａは、加工上０．２μｍより小さくすることが困難である。
（実施の形態３）
図７は実施の形態３におけるインクジェットヘッドの断面を示す。図１のＢ−Ｂ‘断面である。図８（ａ）〜図８（ｃ）は、図７の点線部分の拡大図である。図７、図８（ａ）〜図８（ｃ）において、図１〜６と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００４３】
図８（ａ）において、ダイヤフラム３には突起２３の横に反射突起２４が施されている。傾斜角θは、２０〜７０°である。傾斜の面は、ＵＶ硬化型接着剤１３、つまり、接合部に対面している。反射突起２４は、接合部の周辺にあればよい。
【００４４】
反射突起２４の形状は、突起２３とほぼ同じ高さであり、縦０．４〜５ｍｍ幅５〜１００μｍ、高さ３〜１５μｍである。
【００４５】
この構成によれば、ＵＶの直射光１９を効率的に二次反射光２１としてＵＶ硬化型接着剤１３に向けて反射可能であり、短時間でＵＶ硬化型接着剤１３を硬化すること可能となる。
【００４６】
θが、２０°より小さくなると、二次反射光２１が、上方へ進む割合が多く、θが、７０°より大きくなると、二次反射光２１が、水平方向へ進む割合が多く、ＵＶ硬化型接着剤１３を硬化させることの効果が少ない。
【００４７】
なお、突起２３は、図８（ｂ）のように、突起２３に隣接して設けてもよい。図８（ｃ）のように、突起２３の端部、ＵＶ硬化型接着剤１３の面に設けてもよい。
【００４８】
また、実施形態２において、反射突起２４は、ＰＺＴ４の両脇に沿ってライン状に設けた。縦０．４〜５ｍｍ、幅５〜１００μｍ、高さ３〜１５μｍのラインパターンであるが、ダイヤフラム３において、ＰＺＴ４の接着しない箇所にドット等の凸凹形状（形状は丸型、四角型等）を有すことで同様のＵＶ反射効果を得るとしても良い。
【００４９】
なお、実施の形態１，２は、随時、組み合わせることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の製造方法は、高精度なインクジェットの組立をできる材料、および構成を有し、複数のノズルを有すダイコート等の印刷装置の用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００５１】
１  ノズルプレート
２  インク室プレート
３  ダイヤフラム
４  ＰＺＴ
５  ＰＺＴ用基台
６  フレーム
７  インク室
８  吐出穴
９  インク室プレートユニット
１０  ＰＺＴユニット
１１  フレキシブルプリント基板
１２  スリット
１３  ＵＶ硬化型接着剤
１４  加熱硬化型接着剤
１５  ＵＶランプ
１６  挿入方向
１７  チャンネル分割の領域
１８  金属膜
１９  直射光
２０  反射光
２１  二次反射光
２２  三次反射光
２３  突起
２４  反射突起
２５  面取り加工
１３０  はみ出し部
【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】
2014231169.tif 000009
【図８】
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【図９】
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