(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビテイ、圧力発生素子、ノズルを有する複数の基板を接合することによりなされるインクジェットヘッドの製造方法に於いて、前記複数の基板の接合を少なくとも一方がハロゲンを含む表面を有する第一の被接合部材と、この第一の被接合部材と同種あるいは異種の第二の被接合部材とを前記ハロゲンを含む表面において接触させ、前記各被接合部材に超音波振動を与えつつ両者を相互に接合することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項２】
キャビテイ、圧力発生素子、ノズルを有する複数の基板を接合することによりなされるインクジェットヘッドの製造方法に於いて、前記複数の基板の接合を少なくとも一方がハロゲンを含む表面を有する第一の被接合部材と、この第一の被接合部材と同種あるいは異種の第二の被接合部材とを前記ハロゲンを含む表面において接触させ、前記各被接合部材に電界を与えつつ両者を相互に接合することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のインクジェットヘッドの製造方法により製造されたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項４】
請求項３記載のインクジェットヘッドを印刷装置として搭載したことを特徴とするインクジェットプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数の基板を接合して製造するインクジェットヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プリンタはパソコンの普及と歩調を合わせて急激に普及している。ネットワークの発達による電子メール・ホームページに利用者が急増している。また安価なＣＤロムが製造されるようになり、この利用者も急増している。これらの画像情報を印刷するプリンタの需要も急激に増えている。このようなプリンタのなかでもインクジェットプリンタは高速印字、低騒音、高印字品位、カラー印刷の対応が良好であり、かつ安価に市場に提供できる等の利点により、他の印字方式を抑えて、急速に発展している。しかしながらインクジェットプリンタに於いても、カラー印刷に長時間を要するという課題が顕在化してきた。これは取り扱う画像情報量が急激に増えていることによる。パソコンの取り扱う画像情報は従来のテキストデータからカラーグラッフィクスデータになり、さらに動画像データも取り扱い、急速な進化を見せている。さらにグラフィックスデータの表示も、より高解像度に進化し、画像情報量が飛躍的に増加していることによる。このような進化はパソコン等で扱う画像情報がより高度化すると同時に、より高速で取り扱いたいという流にある。このような傾向のなかでプリンタの印刷時間は長くなってきている。従来のモノクロのキャラクターベースの印刷時間と、フルカラーのグラフィクスデータの印刷に要する時間を比べると、従来の１００倍以上を要してしまう。
【０００３】
ここでインクジェットプリンタの構造の一例を図４をもとに説明する。図４はインクジェットプリンタの斜視図である。図４に於いて、４０１は本体、４０２はインクジェットヘッド、４０３はトレイ、４０４は用紙、４０５および４０６はロール、４０７は排出口、４０８は操作パネル、４０９は制御回路、４１０はインクジェトヘッドの動作方向を示す。インクジェットプリンタはその本体４０１内にインクジェットヘッド４０２を内蔵している。トレイ４０３にセットされた用紙４０４は、二本のロール４０５、４０６により本体４０１内部に送りこまれ、所定の位置に配置される。インクジェットヘッド４０２は用紙４０４を横切るように矢印のインクジェットヘッドの動作方向４１０にそって移動し、特定の箇所でインクを吐出し、印刷する。インクジェットヘッド４０２は制御回路４０９が接続され、これらの動作を制御する。また印刷の様々な設定は操作パネル４０８でなされる。印刷が終わった用紙は、ロール４０５、４０６により、排出口４０７に排出される。
【０００４】
次に、代表的なインクジェットヘッドの構造の例とその動作を説明する。まずインクジェットの構造の一例を、図５を用いて説明する。図５はインクジェットヘッドの部分斜視図である。図５に於いて、５０１はノズル、５０２はノズルプレート、５０３は壁、５０４はキャビテイ、５０５は振動板、５０６は圧電素子、５０７はリザーバ、５０８は供給口、５０９はインクタンク口を示す。複数のキャビテイ５０４が平行に一定間隔をもって配列している。キャビテイ５０４の一面には、それぞれのキャビテイ５０４に対応する圧電素子５０７が配接された振動板５０５が形成されている。圧電素子５０６には図示されていない信号回路より電気信号が送られ、動作する。振動板５０５の反対面はノズルプレート５０２が形成され、このノズルプレート５０２にはそれぞれのキャビテイ５０４に対応するノズル５０１が形成されている。個々のキャビテイ５０４の配列方向と垂直の位置にリザーバ５０７が形成されている。リザーバ５０７は、リザーバ５０７上にある図示されていないインクタンクとインクタンク口５０９により接続されている。リザーバ５０７とキャビテイ５０４は細長いスリット状の供給口５０８により接続される。インクタンクのインクはリザーバ５０７に供給され、リザーバ５０７からそれぞれのキャビテイ５０４に供給される。
【０００５】
次にインク滴の吐出動作を図６をもとに説明する。図６は図５の実線部Ａ−Ｂでの断面図である。図６に於いて、６０１はノズル、６０２は壁、６０３はキャビテイ、６０４は振動板、６０５は圧電素子、６０６はリザーバ、６０７は供給口、６１１インク滴、６１２はインクの流れ、６２１は変形後の振動板、６２２は変形後の圧電素子を示す。圧電素子６０５は、図示されていない信号回路より電気信号が送られると、収縮する。それにより圧電素子６０５と振動板６０４は変形する。それぞれ圧電素子６２２、振動板６２１の形状に変形する。するとキャビテイ６０３の体積が減少し、圧力が発生する。そして、キャビテイ６０３内に満たされたインクは圧力の低いノズル６０１と供給口６０７の側に移動しようとする。供給口６０７側にはリザーバ６０６があり、インクに満たされている。そのためノズル６０１側により移動していく。結果として、インクはノズル６０１から、インク滴６１１となって吐出する。そして電気信号が解除されると圧電素子は収縮をやめる。もとの圧電素子６０５と振動板６０４の位置に戻る。これによりキャビテイは負圧になる。リザーバ６０６に満たされたインクがキャビテイ６０３に移動する。キャビテイ６０３は常圧になる。さらにインクタンクからインクがリザーバ６０６に充たされる。この際のインクの流れは、インクの流れ６１２の矢印に示すようなものとなる。
【０００６】
前述したようにインクジェットプリンタの印刷時間は長くなる傾向にある。そこで印刷速度を早くする方策が検討されている。インクジェットプリンタの印刷時間を短くする、すなわち印刷速度を速くする方法は、以下に述べる二方法がある。
【０００７】
第一の方法はインクジェットプリンタヘッドの駆動周波数を高くすることである。インクジェットヘッドにはインクを充たされキャビテイとそれに圧力を与える圧力発生素子が配列されている。圧力発生素子はパソコンからの電気信号により駆動され、電気信号が送られると動作し、インクを吐出する。この電気信号の駆動周波数を高くすると、印刷速度も高くできる。しかしこの方法は電気信号の周波数を高めることは可能であるが、インクジェットヘッドのインク滴の形成と吐出には、一定の時間が必要であり、電気信号をいくら早くしても、印刷速度はそれに支配され、早くできない。したがって、飛躍的な向上は期待できない。第二の方法はインクジェットプリンタのヘッドのノズル数を増やすことである。ノズル数を倍に増やせば、印刷速度も倍にできる。この場合には単にノズル数を増やせばよいのではなく、ノズル密度もあわせて高くする必要がある。この理由を以下に述べる。
【０００８】
ノズル密度が低いインクジェットヘッドで高解像度の印刷をおこなうには、インクジェトヘッド自体を微細に移動し、この移動とインク滴の吐出を同期させることにより行われる。この移動の制御には高い精度が必要となる。解像度が高くなればなるほど難しくなる。また高速印字を狙うため、ノズルを増やすとインクジェットヘッド自体が大きくなる。大きくなれば、なるほどまたその制御も困難になる。さらにフルカラー印刷をイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色でおこなうと、それぞれの色に対応するノズルが必要となる。結果としてインクジェットヘッドが大きくなり、ノズル列間の位置合わせに高精度を要求され、高価で大きなインクジェットプリンタになってしまう。例として１８０ＤＰＩ（ドット／インチ）のノズル密度のインクジェットプリンタヘッドで１４４０ＤＰＩのフルカラー印刷を行おうとすると、ノズル列は１色あたり８列必要となり、４色で３２列必要となる。ノズル列の間隔が５ｍｍであれば、ノズル列の総長さは５＊３１＝１５５ｍｍ以上をようする。したがって高解像度の印刷を高速にかつ精度よくおこなおうとすると、ノズル密度を高くしてノズル列を少なくする必要がある。
【０００９】
ノズル密度を高くするには、インクジェットプリンタヘッドのキャビテイとノズルを微小にしなければならない。例をあげると、ノズル密度９０ＤＰＩでは隣接するキャビテイおよびノズルの間隔は２８２μｍである。これの半分がキャビテイの幅とすると１４１μｍとなる。ノズル密度７２０ＤＰＩでは隣接するキャビテイおよびノズルの間隔は３５μｍである。同じくこれの半分がキャビテイの幅とすると１７．５μｍとなる。ノズルの大きさも同程度になる。
【００１０】
前述のインクジェットヘッドの製造はキャビテイ、ノズルあるいは圧力発生素子を形成された複数の基板を接合することにより製造されていた。これらの例としては特開平７−３１４６７１号公報に記載されている。以下、図７をもとにこれを説明する。図７は模式化した製造工程の断面図である。図７に於いて、７０１はノズル板、７０２はノズル、７０３はキャビテイ板、７０４はキャビテイ、７０５は接着剤、７０６ははみ出した接着剤を示す。
【００１１】
製造工程を説明すると、（１）ノズル７０２が形成されたノズル板７０１とキャビテイ７０４が形成されたキャビテイ板７０３を準備する。
【００１２】
（２）キャビテイ板７０３のノズル板７０１と対抗する面に接着剤７０５を塗布する。
【００１３】
（３）ノズル板７０１とキャビテイ板７０３を貼り合わせ、接合する。接着剤７０５は押しつぶされ、はみ出した接着剤７０６の形状に広がる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の第二の方法ははみ出した接着剤がインクの吐出特性を劣化させる。またはみ出しの程度が大きいと、ノズルをふさぎ、インクが吐出できないという問題点を有していた。これはノズルの解像度が高くなり、キュビテイの間隔が狭くなればなるほど顕著になり、インクジェットヘッドの高密度化を妨げている。接着剤は有機高分子材料からできており、流動性がある。この性質により基板の接着剤を塗布できる。貼り合わせた後に接着剤を硬化し、固形化する。接着剤の塗布量が多いと、貼り合わせたときの接着剤の流動性により、接着部からはみ出し、インクの流れを悪くするという問題点もある。また接着剤の量が少ないと接合部に接着剤が充填されない部分ができ、シール性の劣化、接合強度の低下という問題点もある。これらの問題点は接着剤の塗布量だけでなく、接合の圧力、加熱温度、加熱時間、被接合部材の面精度の管理等の複数のパラメータが密接にかかわり、接着では高密度の部品を高精度に接着するは困難であり、製造の歩留まりを高くできないとういう問題点がある。また接着剤は有機高分子材料からできていることにより、耐薬品性に劣るという問題点がある。近年のインクジェットプリンターに用いられるインクは耐水性、耐光性、にじみの少ない印字等の諸特性を向上するために様々な溶剤、薬品の使用を検討している。しかし、接着剤の耐薬品の制限により、使用できないものがあり、諸特性の向上をはかれないという問題点が顕在化してきている。
【００１５】
そこで、本発明は、インク吐出特性を劣化させなく、耐薬品性に優れるインクジェットヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、複数の基板の接合を少なくとも一方がハロゲンを含む表面を有する第一の被接合部材と、この第一の被接合部材と同種あるいは異種の第二の被接合部材とを前記ハロゲンを含む表面において接触させ、両者を相互に接合することを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、インク滴の吐出特性が安定するインクジェットヘッドを製造できるという優れた効果がある。
【００１８】
本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、前記ハロゲンを含む表面は、前記第一の被接合部材をハロゲン化して形成することを特徴とする。
【００１９】
上記構成によれば、第一の被接合部材にハロゲンを含む表面を容易に形成できるという優れた効果がある。
【００２０】
本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、前記ハロゲン化はフッ化であることを特徴とする。
【００２１】
上記構成によれば、特にフッ素は他の元素との結合性が強いため、接合強度の高い接合を容易に形成できるという優れた効果がある。
【００２２】
本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、前記第一の被接合部材と前記第二の被接合部材との接合は、前記第１の被接合部材と第二の被接合部材とを重ねるとともに、接合部を両者の融点よりも低い温度に加熱して行うことを特徴とする。
【００２３】
上記構成によれば、被接合部材の熱による変形、劣化を少なくできるできるという優れた効果がある。
【００２４】
本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、前記第一の被接合部材と前記第二の被接合部材との接合は、加圧して前記各被接合部材間の接触圧を大きくして行うことを特徴とする。
【００２５】
上記構成によれば、被接合部材間の接触面積が大きくなり、接合温度をより低くできるという優れた効果がある。
【００２６】
本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、前記第一の被接合部材と前記第二の被接合部材との接合は、接触させた各被接合部材に超音波振動を与えつつ接合することを特徴とする。
【００２７】
上記構成によれば、超音波振動により各被接合部材がこすれ、摩擦熱により接合部の温度上昇がはかれ、接合装置の加熱を少なくでき、接合の処理時間の短縮、エネルギーを低減できるというという優れた効果がある。また被接合部材の表面に酸化膜等の接合を疎外する膜が存在する場合は、これを除去でき、接合時間の短縮、接合強度の向上をはかれるという優れた効果がある。
【００２８】
本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、前記第一の被接合部材と前記第二の被接合部材との接合は、接触させた各被接合部材に電界を与えつつ接合することを特徴とする。
【００２９】
上記構成によれば、電界を被接合部材に与えると、イオンとして存在しているハロゲンが電界により、容易に移動する。これにより接合強度が高くなるという優れた効果がある。それにより接合の温度を低くでき、接合装置を簡便にできるという優れた効果がある。加圧の圧力を低くでき、接合装置を簡便にできるという優れた効果がある。接合に要する時間を短縮でき、製造効率を高めれるという優れた効果がある。さらに単なる加圧、加熱だけでは接合が困難な被接合部材同士を接合できるという優れた効果がある。
【００３０】
本発明のインクジェットヘッドは、本発明のインクジェットヘッドの製造方法により製造されたことを特徴とする。
【００３１】
上記構成によれば、インク吐出特性に優れる高密度のインクジェットヘッドが提供されるという優れた効果がある。
【００３２】
本発明のインクジェットプリンタは、本発明のインクジェットヘッドを印刷装置として搭載したことを特徴とする。
【００３３】
上記構成によれば、高速で高印字品位のインクジェットプリンターを提供できるという優れた効果がある。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３５】
（実施例１）
図１は、本発明に係る実施例１を説明する模式化した製造工程の断面図である。（１）から（４）の順に製造工程が進む。図１に於いて、１０１はノズル板、１０２はノズル、１０３はキャビテイ基板、１０４はキャビテイ、１０５はフッ化した面、１０６は加圧台、１０７は指示台、１０８は加圧方向を示す。
【００３６】
（１）被接合部材としてノズル１０２を設けられたＳＵＳ（ＪＩＳ規格で定められた鉄合金を表す名称。以下、同じ。）のノズル板１０１とキャビテイ１０４を設けられたＳＵＳのキャビテイ板１０３を準備する。被接合部材はこれに限られるものではなく振動板を設けられた基板等が使用できる。
【００３７】
（２）キャビテイ板１０３のノズル板１０１と接合する面にフッ化処理を施し、フッ化した面１０５を形成する。またフッ化はノズル板１０１に施してもかまわない。
【００３８】
（３）次に、キャビテイ板１０３とノズル板１０１を所定の位置に接触させ、支持台１０７と加圧台１０６の間にはさむ。そして加圧台１０６に加圧方向の向き１０８に圧力を加える。圧力は被接合部材が変形、破壊されない程度により高い方が好ましい。必要におうじて加熱する。また酸素の影響を受けやすいのであれば、不活性ガス雰囲気にしてもよい
（４）次に所定の時間の加圧後にこれを取り出すと、接合された構造体となる。
【００３９】
（実施例２）
図２は、本発明に係る実施例２を説明する模式化した図である。固定された第一の接合ステージ２０３上に第一の被接合部材２０１が置かれる。その上に所定の位置に置かれた第二の被接合部材２０２がのせられる。第二の被接合部材２０２は第二の接合ステージ２０４と、例えば真空チャキング等の方法で固定される。第一の被接合部材２０１と第二の被接合部材２０２は所定の位置関係になるように配置される。第二の接合ステージ２０４は超音波振動発生装置２０５と接続している。超音波振動発生装置２０５は振動方向の矢印２０６に示す方向に超音波振動を発生する。超音波振動は第二の被接合部材２０２に伝わり、第一の被接合部材２０１との間で擦れ、接合される。加圧装置２０７は超音波振動発生装置２０５と接続している。加圧装置２０７は加圧方向の矢印２０８に示す方向に圧力を発生させ、必要に応じて被接合部材を加圧する。
【００４０】
（実施例３）
図３は、本発明に係る実施例３を説明する模式化した図である。固定された第一の接合ステージ３０３上に第一の被接合部材３０１が置かれる。その上に所定の位置に置かれた第二の被接合部材３０２がのせられる。第二の被接合部材３０２は第二の接合ステージ３０４と、例えば真空チャキング等の方法で固定される。第一の被接合部材３０１と第二の被接合部材３０２は所定の位置関係になるように配置される。第一の接合ステージ３０３及び第二の接合ステージ３０４の何れかあるいは両方ともに加熱装置が内蔵され、必要に応じて所定の温度に加熱できる。加圧装置３０６は第二の接合ステージ３０４と接続している。加圧装置３０６は加圧方向の矢印３０７に示す方向に圧力を発生させ、第二の被接合部材３０２を所定の圧力に加圧する。第一の接合ステージ３０３と第二の接合ステージ３０４は電源３０５に接続されている。いずれの接合ステージも導電性材料でできている。これにより第一の被接合部材３０１と第二の被接合部材３０２に所定の電界を与えることができる。
【００４１】
（実施例４）
キャビテイの幅が３５μｍキャビテイ板と穴系２０μｍのノズル板とを実施例１の方法で接合し、さらに振動板、駆動回路等の部品を組み込んだインクジェットヘッドを作成した。電気信号を与え、動作させたところ良好な  インク滴が形成でき、吐出できた。
【００４２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、高密度の微細な溝、穴が形成された複数のインクジェットヘッドの部品基板を精度よく接合でき、これにより安定したインク吐出できる高密度のインクジェットヘッドを容易に製造できる。さらに高解像度かつ高速の印刷をするインクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を説明する図。
【図２】本発明の一実施例を説明する図。
【図３】本発明の一実施例を説明する図。
【図４】インクジェットプリンターを説明する図。
【図５】インクジェットヘッドの構造を説明する図。
【図６】インクジェットヘッドの動作を説明する図。
【図７】従来のインクジェットヘッドの製造方法を説明する図。
【符号の説明】
１０１．ノズル板
１０２．ノズル
１０３．キャビテイ基板
１０４．キャビテイ
１０５．フッ化した面
１０６・加圧台
１０７．支持台
１０８．加圧方向
２０１．第一の被接合部材
２０２．第二の被接合部材
２０３．第一の接合ステージ
２０４．第二の接合ステージ
２０５．超音波振動発生装置
２０６・振動方向の矢印
２０７．加圧装置
２０８．加圧方向の矢印
３０１．第一の被接合部材
３０２．第二の被接合部材
３０３．第一の接合ステージ
３０４．第二の接合ステージ
３０５．電源
３０６・加圧装置
３０７．加圧方向の矢印
４０１．本体、
４０２．インクジェットヘッド
４０３．トレイ
４０４．用紙
４０５．ロール
４０６．ロール
４０７．排出口
４０８．操作パネル
４０９．制御回路
４１０．インクジェトヘッドの動作方向
５０１．ノズル
５０２．ノズルプレート
５０３．壁
５０４．キャビテイ
５０５．振動板
５０７．圧電素子
５０８．リザーバ
５０９．供給口
５１０．インクタンク口
６０１．ノズル
６０２．壁
６０３．キャビテイ
６０４．振動板
６０５．圧電素子
６０６．リザーバ
６０７．供給口
６１１．インク滴
６１２．インクの流れ
６２１．変形後の振動板
６２２．変形後の圧電素子
７０１．ノズル板
７０２．ノズル
７０３．キャビテイ板
７０４．キャビテイ
７０５．接着剤
７０６．はみ出した接着剤
【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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