(57)【要約】【課題】信頼性に優れた液状体吐出ヘッドおよびその製造方法、並びに液状体吐出装置を提供すること。【解決手段】液状体導入部材４０のフランジ部４３をケース３０のフランジ取付部３２上に配置することにより、液状体導入部材４０の溶着突起４４を、シート状部材５３を介して、ケース３０のフランジ取付部３２に当接させる。次に、フランジ部４３の上面４３ｂからホーン５５を押し当てて超音波振動を与え、いわゆる超音波溶着を行う。これにより溶着突起４４の周りの領域で摩擦熱が発生し、当該領域における溶着突起４４、シート状部材５３、フランジ取付部３２が溶融されて溶着が行われる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状体の供給流路が形成された基体と、
前記供給流路に前記液状体を導入するための液状体導入部材と、
前記液状体導入部材と前記基体との接合部に介在する中間部材であって、シート状の部材の一部ないし全部が溶融されてなる中間部材と、を備える液状体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記液状体導入部材、前記基体、前記中間部材が、結晶性樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液状体吐出ヘッド。
【請求項３】
請求項１または２に記載の液状体吐出ヘッドを搭載する液状体吐出装置。
【請求項４】
液状体の供給流路が形成された樹脂製の基体と、前記供給流路に前記液状体を導入するための樹脂製の液状体導入部材を備える液状体吐出ヘッドの製造方法であって、
シート状の部材を介して前記液状体導入部材と前記基体とを当接させるＡ工程と、
前記中間部材の一部ないし全部を溶融させて前記液状体導入部材と前記基体とを接合するＢ工程と、を有することを特徴とする液状体吐出ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット式記録装置、ディスプレイ製造装置、電極形成装置、バイオチップ製造装置などの液状体吐出装置、および、液状体吐出装置に搭載される液状体吐出ヘッドとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液状体を吐出する微小なノズルを有する液状体吐出ヘッドが、印刷や工業用途に広く利用されるようになってきている。例えば、特許文献１に掲げる液状体吐出ヘッドは、外部からインク（液状体）の供給を受けるための樹脂製のインク供給針（液状体導入部材）を備えており、このインク供給針は、超音波溶着（融着）によってケース（基体）に接合されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２１１１３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特に工業用途に用いる液状体吐出ヘッドにおいては、多様な物性の液状体に対応するため、化学的安定性に優れた材料を用いて液状体導入部材やケースを形成する必要がある。この要件を満たす材料としては結晶性樹脂が有力であるが、この材料は一般的に溶融温度が高く、これを液状体導入部材およびケースに採用した場合には溶着が困難となる。このため、接合部における溶着性（接合強度やシール性）に関して、十分な信頼性を得ることができないという課題がある。
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、信頼性に優れた液状体吐出ヘッドとその製造方法、並びに信頼性に優れた液状体吐出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の液状体吐出ヘッドは、液状体の供給流路が形成された基体と、前記供給流路に前記液状体を導入するための液状体導入部材と、前記液状体導入部材と前記基体との接合部に介在する中間部材であって、シート状の部材の一部ないし全部が溶融されてなる中間部材と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
この発明の液状体吐出ヘッドは、液状体導入部材と基体とが、溶融効率に優れたシート状の部材が溶融されてなる中間部材を介して接合されているため、接合部の溶着性に関して優れた信頼性を有している。
【０００８】
また好ましくは、前記液状体吐出ヘッドにおいて、前記液状体導入部材、前記基体、前記中間部材が、結晶性樹脂で形成されていることを特徴とする。
この発明の液状体ヘッドは、結晶性樹脂の優れた化学的安定性によって多様な液状体に対応できると共に、接合部の溶着性に関して優れた信頼性を有している。
【０００９】
本発明の液状体吐出装置は、前記液状体吐出ヘッドを搭載することを特徴とする。
この発明の液状体吐出装置は、上記液状体吐出ヘッドを搭載しているので、接合部の溶着性に関して優れた信頼性を有している。
【００１０】
本発明は、液状体の供給流路が形成された樹脂製の基体と、前記供給流路に前記液状体を導入するための樹脂製の液状体導入部材を備える液状体吐出ヘッドの製造方法であって、シート状の部材を介して前記液状体導入部材と前記基体とを当接させるＡ工程と、前記中間部材の一部ないし全部を溶融させて前記液状体導入部材と前記基体とを接合するＢ工程と、を有することを特徴とする。
【００１１】
この発明の液状体吐出ヘッドの製造方法によれば、液状体導入部材と基体とを接合する際、接合部に介在するシート状の部材を効率よく溶融させることができるため、その溶融された部材を介して液状体導入部材と基体とを好適に溶着することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。また、以下の説明で参照する図では、図示の便宜上、部材ないし部分の縦横の縮尺を実際のものとは異なるように表す場合がある。
【００１３】
（液状体吐出装置の全体構成について）
まずは、図１を参照して液状体吐出装置の構成について説明する。
図１は、液状体吐出装置の全体構成を示す図である。
【００１４】
図１において、液状体吐出装置１００は、基板１０１を載置するためのステージ１０２と、基板１０１に対向するキャリッジ１０３と、キャリッジ１０３に液状体を供給する液状体供給機構１０６と、吐出制御回路１０７とを備えている。ステージ１０２は、主走査機構１０４によりキャリッジ１０３に対して図の左右方向に往復動（主走査）され、また、キャリッジ１０３は、副走査機構１０５により主走査に直交する方向に移動（副走査）される。主走査機構１０４、副走査機構１０５、吐出制御回路１０７は、制御コンピュータ１０８により統括制御される。
【００１５】
液状体供給機構１０６は、例えば、複数種の液状体を収容する容器と、容器から液状体を移送する移送管と、液状体の供給圧を一定の下に制御する圧力制御ユニットを備えている。使用される液状体としては、水や有機溶媒等の液体、およびこれらの溶液のほか、液体中に固体微粒子を分散させたものなどを採用することもできる。
【００１６】
キャリッジ１０３は、複数の液状体吐出ヘッド１０（図２参照）を備えており、吐出制御回路１０７からの電気信号を受けて、ノズル２０（図２参照）から基板１０１に対して液状体を吐出する。詳しくは、後述する。
【００１７】
液状体吐出装置１００は、基板１０１の任意の位置に対してキャリッジ１０３から液状体を吐出することで、液状体を基板１０１上にパターン化して配置（描画）することができる。そして、配置した液状体を乾燥等により固化して、パターン化された様々な機能性膜を形成することができる。
【００１８】
（液状体吐出ヘッドの構成について）
次に、図２、図３を参照して液状体吐出ヘッドの構成について説明する。
図２は、液状体吐出ヘッドの全体構成を示す図である。図３は、液状体導入部材の周辺構造を示す断面図である。
【００１９】
液状体吐出ヘッド１０は、液状体供給機構１０６（図１参照）から液状体を導入するケースアセンブリ１４と、液状体を吐出する吐出アセンブリ１５と、吐出制御回路１０７（図１参照）とフレキシブル配線基板１１０を介して電気的に接続される回路基板１６とを備えている。ケースアセンブリ１４は、内部に供給流路３３を有する基体としてのケース３０と、液状体供給機構１０６からの導出管１０９と結合する液状体導入部材４０とを備えている。
【００２０】
液状体導入部材４０は、尖端部４１に導入孔４２を、内部に導入流路４６を有する中空針状の部材であり、尖端部４１の反対側は裾を広げたフランジ部４３となっている。液状体導入部材４０は、フランジ部４３においてケース３０と超音波溶着により接合されている。
【００２１】
ケース３０は、フランジ部４３の外周における外周面４３ａを規定するガイド部３１と、ガイド部３１の内側においてフランジ部４３の下面を受けるフランジ取付部３２を備えている。導入孔４２を通じて導入された液状体は、導入流路４６、フィルタ５０、供給流路３３を通じて吐出アセンブリ１５に供給される。
【００２２】
フィルタ５０は、金属線をメッシュ状に編みこんでなる部材であり、供給流路３３の連通口の形成面に溶着されている。フィルタ５０は、導入流路４６から供給流路３３へと供給される液状体に含まれる異物等をトラップする役割を果たすものである。尚、導入流路４６および供給流路３３のフィルタ５０側が拡幅されているのは、フィルタ５０の有効面積を大きくして通過に係るインクの流動抵抗（損失水頭）を低減するための配慮である。
【００２３】
液状体導入部材４０およびケース３０には、化学的安定性に優れた結晶性樹脂、本実施形態では、ＰＰＳ（PolyPhenylene-Sulfide）が用いられている。これは、工業用途に用いられる様々な化学的性質の液状体によっても侵食されないようにするための配慮である。また、上述の結晶性樹脂にガラス素材などの別材料を混入させて用いることで、強度や化学的な耐性を補強することも可能である。
【００２４】
ＰＰＳ等の結晶性樹脂は、一般的に非結晶性の樹脂に比べて溶融温度が高く、成型時や溶着時の扱いが比較的困難である。このため本実施形態では、金型温度：１５０℃、樹脂温度：３００℃という比較的高温の下で液状体導入部材４０およびケース３０の成型を行っている。また、液状体導入部材４０とケース３０との溶着においては、後述するような工夫がなされている。
【００２５】
吐出アセンブリ１５は、一面に所定の配列で形成されたノズル２０と、ノズル２０の個々と連通するキャビティ２２と、対応する液状体種ごとにキャビティ２２に液状体を供給するリザーバ２３を備えている。キャビティ２２の天蓋部２４は可撓性膜２５により移動可能となっており、天蓋部２４と接合された圧電素子２６の駆動により、液状体がノズル２０から吐出される。尚、圧電素子２６の駆動制御は、フレキシブル配線基板１１０を介して伝送される電気信号により、ノズル２０ごとに行われる。
【００２６】
フランジ部４３とフランジ取付部３２との重なり領域である接合部５２において、フランジ部４３の下面には、超音波溶着（詳しくは後述する）の際にその作用部となる溶着突起４４（図３では、溶着により先端が潰された状態）が形成されている。溶着突起４４は、フランジ部４３の外周面４３ａに沿ってループを描くように形成されており、接合前においては仮想線で示すような断面三角形型の形状を有していたものである。
【００２７】
接合部５２には、溶融樹脂５１およびシート状部材５３が存在する。溶融樹脂５１は、超音波溶着により液状体導入部材４０、ケース３０、シート状部材５３の一部が溶融して形成されたものであり、液状体導入部材４０とケース３０とを接合すると共に導入流路４６と供給流路３３との接続部をシールする役割も果たしている。また、シート状部材５３は、超音波溶着の際に溶融樹脂５１が効率的に形成されるように予備的に配設されたシート状の部材であって、図示されているものはいわばその融け残りである。すなわち、溶融樹脂５１の一部とシート状部材５３とは、本発明の中間部材を構成している。
【００２８】
（液状体吐出ヘッドの製造方法について）
次に、図２、図４、図５、図６を参照して液状体吐出ヘッドの製造方法についてについて説明する。
図４は、ケースアセンブリの組み立て工程を示すフローチャートである。図５は、ケースアセンブリの組み立てに係る部品構成を示す斜視図である。図６は、ケースアセンブリの組み立て過程を示す部分断面図である。
【００２９】
図２に示す液状体吐出ヘッド１０は、それぞれ別々に組み立てたケースアセンブリ１４と吐出アセンブリ１５と回路基板１６とを集合させることでの製造される。以下では、ケースアセンブリ１４の組み立てについて、詳細に説明を行う。
【００３０】
図５に示すように、ケースアセンブリ１４の組み立てに係る部品は、ケース３０、液状体導入部材４０、フィルタ５０、シート状部材５３である。ここで、シート状部材５３は、ケース３０および液状体導入部材４０と同じ樹脂材料をシート状に成型したものを、フランジ取付部３２の形状に合わせて環状にプレス加工して製造されたものである。ケースアセンブリ１４の組み立ては、これらの部品をそろえた上で以下のように行われる。
【００３１】
まず、図６（ａ）に示すように、ケース３０における供給流路３３の連通口形成面３４にフィルタ５０を超音波溶着等により取り付け（図４の工程Ｓ１）、さらに、フランジ取付部３２上にシート状部材５３を配置する（図４の工程Ｓ２）。
【００３２】
次に、図６（ｂ）に示すように、ガイド部３１によりフランジ部４３の外周面４３ａを規定しつつ、液状体導入部材４０のフランジ部４３をケース３０のフランジ取付部３２上に配置する（図４のＡ工程Ｓ３）。これにより、液状体導入部材４０の溶着突起４４は、シート状部材５３を介して、ケース３０のフランジ取付部３２に当接される。
【００３３】
次に、図６（ｃ）に示すように、フランジ部４３の上面４３ｂからホーン５５を押し当てて超音波振動を与え、いわゆる超音波溶着を行う（図４のＢ工程Ｓ４）。これにより溶着突起４４の周りの領域で摩擦熱が発生し、当該領域における溶着突起４４、シート状部材５３、フランジ取付部３２が溶融されて溶融樹脂５１（図３参照）が生成される。この際、接合部５２に介在するシート状部材５３は、その形状から特に効率よく溶融されるため、比較的溶融のしにくいＰＰＳ樹脂を用いた本実施形態においても好適な溶着性（接合強度やシール性）を得ることができる。尚、図６（ｃ）において示されているシート状部材５３は、溶着突起４４から離れている一部分が融け残ったものであるが、溶着条件等によっては全てが溶融樹脂化する場合もある。
【００３４】
シート状部材５３は、上述のように接合部５２における溶着性を補助するために設けられているものであるが、その厚みが薄すぎる場合には部材自体の溶融量が不足することにより、また、その厚みが厚すぎる場合には厚み方向に融け残りが発生することにより、良好な溶着性を得ることができない。従って、シート状部材５３の厚みは、フランジ取付部３２の表面の平滑度などにも鑑みて、０．０５ｍｍ〜０．０８ｍｍの範囲で規定されることが好ましい。
【００３５】
本発明は上述の実施形態に限定されない。
例えば、本発明に係るシート状の部材（シート状部材５３）の形状や配置位置の態様は、本発明の趣旨を違えない範囲で変更することができる。具体的な例を挙げれば、フランジ取付部３２の外周方向に離散的に（部分的に）シート状の部材を配置して、ケース３０と液状体導入部材４０との溶着を行うようにしてもよい。
また、実施形態の構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略したり、図示しない他の構成と組み合わせたりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】液状体吐出装置の全体構成を示す図。
【図２】液状体吐出ヘッドの全体構成を示す図。
【図３】液状体導入部材の周辺構造を示す断面図。
【図４】ケースアセンブリの組み立て工程を示すフローチャート。
【図５】ケースアセンブリの組み立てに係る部品構成を示す斜視図。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、ケースアセンブリの組み立て過程を示す部分断面図。
【符号の説明】
【００３７】
１０…液状体吐出ヘッド、１４…ケースアセンブリ、１５…吐出アセンブリ、１６…回路基板、３０…ケース、３１…ガイド部、３２…フランジ取付部、４０…液状体導入部材、４３…フランジ部、４３ａ…フランジ部の外周面、４３ｂ…フランジ部の上面、４４…溶着突起、５０…フィルタ、５１…一部が中間部材を構成する溶融樹脂、５２…接合部、５３…中間部材を構成するシート状部材、１００…液状体吐出装置。
【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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