(57)【要約】【課題】各々を積層一体化することでインクの流路を形成可能な複数の積層板とその積層板どうしの位置決めのための部材とが拡散現象により接合されてしまうことを防止する。【解決手段】本発明のインクジェットヘッド１の製造方法では、ＳＵＳ３０４製の積層板５０の貫通穴７、８に挿通可能な位置決めピン５１、５２は、その構成材料として、アルミナを表面に析出させたステンレス鋼が適用されている。すなわち、ＳＵＳ３０４製の積層板５０と位置決めピン５１、５２の表面に金属酸化膜として形成されたアルミナ層５３との間では、熱圧着時の金属原子の拡散現象が抑制される。【選択図】図５
2007007900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクの流路を形成しつつ積層される複数の積層板の各々に対し、これら積層板を構成する第１の材料との間での拡散を制限する第２の材料で少なくとも外形部分が形成された位置決め部材を接触させ、積層板どうしの板面に沿った方向の位置決めを行う工程と、
前記位置決め部材の前記外形部分を接触させることにより位置決めされた複数の積層板を加熱しつつ加圧して積層板どうしを拡散接合する工程と、
前記積層板どうしが拡散接合された後、前記複数の積層板に接触させていた前記位置決め部材を取り外す工程と、
を有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】
前記複数の積層板には、それぞれ位置決め用の貫通穴が形成され、
さらに、前記位置決め部材は、前記複数の積層板の前記位置決め用の各貫通穴に対し挿抜自在に嵌合するシャフトとして形成されていることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記位置決め部材の外形部分は、前記第２の材料で形成された金属化合物の皮膜であることを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記位置決め部材は、アルミナを表面に析出させたステンレス鋼で構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の製造方法によって製造されたことを特徴とする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、インクジェットプリンタに用いられるインクジェットヘッドの製造方法及びこの製造方法によって製造されるインクジェットヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インクジェットプリンタは、インクの微細な粒子を紙などの基材に吹き付けることで印刷を行なう印刷装置である。この種のプリンタにおけるノズル（又はインク吐出孔）は、印刷密度の向上を図るために微小間隔に複数配置されている。また、上記ノズルには、微量のインクを導くための配管部が接続される。ここで、この配管部を例えばパイプで構成する場合には、プリンタの小型化を図ることなどが困難となる。
【０００３】
そこで、このようなパイプを用いずに、所定形状の開口部が穿孔された複数の金属製の薄板を熱圧着により積層一体化した構造体を作製することで、インクの流路を形成する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２９０９３５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、上述した手法でインクの流路を有する積層構造体を作製する場合には、薄板どうしの相対的な位置決めを行う必要性が生じる。つまり、複数の薄板を位置決めしつつこれらを積層する場合には、例えば、個々の薄板に予め位置決め用の穴を穿孔しておくとともに、各薄板のこの位置決め用の穴に金属製の位置決めピンを挿通させた状態で、熱圧着にて金属製の薄板どうしを拡散接合するといった製法などが採られることになる。
【０００５】
しかしながら、このような製法では、熱圧着時の金属材料間での拡散現象により位置決めピンの外周面と薄板の位置決め用の穴の内壁面（積層構造体）とが接合してしまうことや、さらには、接合してしまった位置決めピンを取り除こうとする際に、薄板（積層構造体）側を変形させてしまうことなどが懸念される。
【０００６】
そこで本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、各々を積層一体化することで少なくともインクの流路を形成可能な複数の積層板とその積層板どうしの位置決めのための部材とが接合されてしまうことを防止しつつ当該積層板どうしを接合することができるインクジェットヘッドの製造方法及びインクジェットヘッドの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法は、インクの流路を形成しつつ積層される複数の積層板の各々に対し、これら積層板を構成する第１の材料との間での拡散を制限する第２の材料で少なくとも外形部分が形成された位置決め部材を接触させ、積層板どうしの板面に沿った方向の位置決めを行う工程と、前記位置決め部材の前記外形部分を接触させることにより位置決めされた複数の積層板を加熱しつつ加圧して積層板どうしを拡散接合する工程と、前記積層板どうしが拡散接合された後、前記複数の積層板に接触させていた前記位置決め部材を取り外す工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明のインクジェットヘッドの製造方法では、前記複数の積層板には、それぞれ位置決め用の貫通穴が形成され、さらに、前記位置決め部材は、前記複数の積層板の前記位置決め用の各貫通穴に対し挿抜自在に嵌合するシャフトで形成されることなどが例示される。さらに、前記位置決め部材の外形部分は、前記第１の材料と異なる前記第２の材料で形成された例えば金属化合物の皮膜などである。さらに、前記位置決め部材は、アルミナを表面に析出させたステンレス鋼を適用することなどが望ましい。
【０００９】
すなわち、本発明によれば、積層板どうしの拡散接合時に、積層板と位置決め部材との間での拡散が抑えられるように、位置決め部材の表面に例えばアルミナの皮膜を積極的に形成しておくことで、積層板と位置決め部材とが拡散現象により接合してしまうことなどを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１０】
このように、本発明によれば、各々を積層一体化することで少なくともインクの流路を形成可能な複数の積層板とその積層板どうしの位置決めのための部材とが接合されてしまうことを防止しつつ当該積層板どうしを接合することが可能なインクジェットヘッドの製造方法及びインクジェットヘッドを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの製造方法により製造されたインクジェットヘッド全体の構成を概略的に示す斜視図である。また、図２は、図１のインクジェットヘッドを示す平面（上面）図、図３は、図１のインクジェットヘッドの底面を示す図である。さらに、図４は、図１のインクジェットヘッドの構造を示す分解斜視図である。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態のインクジェットヘッド１は、金属製のインクジェットヘッドマニホールド２を備えている。このインクジェットヘッドマニホールド２は、図１及び図４に示すように、複数の種類（図２に示す例では大別して９種類）の金属製の第１流路形成積層板２１〜第９流路形成積層板２９を複数枚（例えば、２５〜２５０枚）積層して構成されている。これらの第１流路形成積層板２１〜第９流路形成積層板２９は、厚さが例えば０．０２ｍｍ〜０．２ｍｍの金属製（例えば、ＳＵＳ３０４など）の板材から構成されており、これらを拡散接合などによって互いを圧着することで、ブロック状に形成されている。また、第１流路形成積層板２１〜第９流路形成積層板２９に開口されたインク流路は、例えばエッチング加工やブラスト加工によって形成されている。
【００１３】
また、インクジェットヘッドマニホールド２の底面には、図３及び図４に示すように、複数のインク吐出孔３ａ（直径、例えば０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍ）が形成されたオリフィスプレート３が上記した拡散接合などによって接合されている。このオリフィスプレート３は、インクジェットヘッドマニホールド２と同一の材料（例えば、ＳＵＳ３０４など）から構成されており、厚さが例えば０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍとされている。図３、図４に示すように、インク吐出孔３ａは、オリフィスプレート３上に例えば一列に配置されている。このインク吐出孔３ａは、例えばパンチング加工、レーザ加工、エッチング加工などによって形成されている。
【００１４】
また、インクジェットヘッドマニホールド２の各側面には、図２及び図３に示すように、振動板（箔）４が、拡散接合などによって接合されている。この振動板４は、インクジェットヘッドマニホールド２と同一の材料（例えば、ＳＵＳ３０４など）から構成されており、厚さが例えば０．０１ｍｍ〜０．０５ｍｍとされている。この振動板４は、レーザ加工やエッチング加工などによって形成されている。
【００１５】
この振動板４のさらに外側面には、所定形状の導体パターンが形成されたＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）５が接着剤などによって貼着されている。さらに、このＦＰＣ５には、着接剤（例えば、メチルシアノアクリレートやエポキシ系、アクリル系の接着剤）などを用いて圧電素子６が接合（貼着）されている。この圧電素子６は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などの材質で構成されたピエゾ素子であって、厚さが、例えば０．５ｍｍ〜２ｍｍとされている。この圧電素子６には、各インク吐出孔３ａにそれぞれ対応する複数の電極が、蒸着などの方法で形成されており、これらの電極は、ＦＰＣ５に形成された導体パターンとそれぞれ電気的に接続されている。
【００１６】
また、図４に示すように、上述した第１流路形成積層板２１〜第９流路形成積層板２９のうちで、中央部に配置される第５流路形成積層板２５から一方の積層方向に積層される第６流路形成積層板２６〜第９流路形成積層板２９は、インク吐出孔３ａの例えば奇数列の流路を形成するように配置されている。また、第５流路形成積層板２５から他方の積層方向に積層される第４流路形成積層板２４〜第１流路形成積層板２１は、インク吐出孔３ａの例えば偶数列の流路を形成するように配置されている。
【００１７】
ここで、上記構成に代えて、第５流路形成積層板２５から一方に積層される第６流路形成積層板２６〜第９流路形成積層板２９が、インク吐出孔３ａの偶数列の流路を形成し、第５流路形成積層板２５から他方に積層される第４流路形成積層板２４〜第１流路形成積層板２１が、インク吐出孔３ａの奇数列の流路を形成するものであってもよい。そして、このようにして形成される奇数列の流路と偶数列の流路とで、図３に示すように、インク吐出孔３ａが、オリフィスプレート３上に一列に配置される。
【００１８】
上記中央部に配置される第５流路形成積層板２５には、インク供給流路２０１、インク溜め部２０２、インク吐出部２０７を形成するための開口部が設けられている。また、第５流路形成積層板２５の両側に配置される第６流路形成積層板２６及び第４流路形成積層板２４には、インク供給流路２０１、インク溜め部２０２を形成するための開口部と、下側インク流路２０６を形成するための開口部が設けられている。
【００１９】
上記第６流路形成積層板２６及び第４流路形成積層板２４のそれぞれの外側に配置される第７流路形成積層板２７及び第３流路形成積層板２３には、下側インク流路２０６と、上側共通インク流路２０３とを形成するための開口部が設けられている。また、第７流路形成積層板２７及び第３流路形成積層板２３のそれぞれの外側に配置される第８流路形成積層板２８及び第２流路形成積層板２２には、下側インク流路２０６と、上側個別インク流路２０４とを形成するための開口部が設けられている。
【００２０】
また、最も外側に配置される第９流路形成積層板２９及び第１流路形成積層板２１には、上下方向インク流路２０５を形成するための開口部が設けられている。
上記構成の第１流路形成積層板２１〜第９流路形成積層板２９を、所定の順序で、所定枚数積層して圧着することで、インクジェットヘッドマニホールド２内には、インク供給流路２０１からインク吐出部２０７に至るインクの流路が、積層方向中央部から両側に向けて形成されるとともに、図１及び図４に示すように、インクジェットヘッドマニホールド２の上側に、インク供給孔２ａを通じてインクの流路を開口させた状態となる。
【００２１】
インクジェットヘッドマニホールド２へのインクの供給は、インク供給孔２ａから行われる。このインク供給孔２ａから供給されたインクは、インク供給流路２０１を通って、インク溜め部２０２に導入され、このインク溜め部２０２から、上側共通インク流路２０３、上側個別インク流路２０４、上下方向インク流路２０５、下側インク流路２０６をこの順で通過して、インク吐出部２０７内にまで充填される。
【００２２】
また、上記のようにインクジェットヘッドマニホールド２内にインクが充填された状態で、フレキシブル基板５を介して、圧電素子６に駆動信号が加わると、駆動信号が加わった部分の圧電素子６が変形することで対応する部分の振動板３が振動し、さらにこれに対応する部分の上下方向インク流路２０５内のインクを押圧し、オリフィスプレート３の対応するインク吐出孔３ａから所定量のインクが吐出されることになる。
【００２３】
次に、本実施形態に係るインクジェットヘッド１の製造方法について、図５及び図６に基づきその説明を行う。ここで、図５は、積層板どうしの板面に沿った方向の位置決めを説明するための斜視図であり、図６は、積層板どうしを拡散接合するための熱圧着装置を概略的に示す図である。また、ここでは、積層板どうしの位置決め及び拡散接合についての説明を主に行う。さらに、上述した第１流路形成積層板２１〜第９流路形成積層板２９は、以下、積層板５０として説明する。
【００２４】
まず、積層板５０どうしの位置決めについて説明する。
すなわち、図５に示すように、金属製（本実施形態ではＳＵＳ３０４製）の複数の積層板５０には、それぞれ位置決め用の一対の貫通穴７、８が形成されている。この貫通穴（位置決め穴）７、８は、積層板５０の積層一体化後インクの流路になる開口部（インク供給流路２０１及びインク溜め部２０２）と同一のステージで形成され、このインク流路形成用の開口部との相対的な位置精度が確保されている。また一方では、積層板５０の貫通穴７、８に対し挿抜自在に嵌合する金属製の位置決めピン（位置決め部材）５１、５２が用意されている。つまり、各積層板５０の一対の貫通穴７、８に対し、位置決めピン５１、５２を矢印Ｚ方向に挿通させることで、積層板５０どうしをその板面に沿った方向（矢印Ｘ方向及び矢印Ｙ方向）に相対的に位置決めすることができる。この場合、積層板５０の貫通穴７、８の内径と位置決めピン５１、５２の外径とのクリアランスは、例えば１５μｍ以下程度に設定されることが望ましい。
【００２５】
ここで、本実施形態では、貫通穴７、８に位置決めピン５１、５２を挿通させた状態で、熱圧着により積層板５０どうしを拡散接合するといった製法が採用されている。しかしながら、この場合、熱圧着時の金属材料間での拡散現象により位置決めピン５１、５２の外周面と積層板５０の貫通穴７、８の内壁面とが接合してしまうことなどが懸念される。そこで、この実施形態の位置決めピン５１、５２は、その構成材料として、アルミナ（酸化アルミニウム）を表面に析出させることで得られたアルミナ層５３を有するステンレス鋼が適用されている。すなわち、ＳＵＳ３０４で形成された積層板５０（第１の材料）と位置決めピン５１、５２の外形部分であるアルミナ層５３（第２の材料）との間では分子（原子）の拡散が制限される。詳細には、積層板５０の表面と位置決めピン５１、５２の表面との間の分子の拡散係数（拡散性）が低くなるため、積層板５０と位置決めピン５１、５２とが拡散現象により接合してしまうことなどが著しく抑制される。
【００２６】
位置決めピン５１、５２の構成材料である析出硬化型ステンレス鋼としては、日本冶金製の４３０Ａ、日本高周波鋼業製のＫＴＡ１７−７、ＫＭＳ１８−１４、ＫＭＳ１８−１７、日新製鋼製のＮＣＡ１、日本金属製のＳＵＳ６３１、日本金属工業製のＮＴＫ４０５、ＮＴＫ６３１、ＮＴＫＮＹ−８０Ａなどが例示される。
【００２７】
次に、熱圧着装置５５の構成について説明を行う。
図６に示すように、この熱圧着装置５５は、複数の積層板５０を熱圧着により積層一体化した構造体（主にインクジェットヘッドマニホールド２）を作製するための装置である。熱圧着装置５５は、高温真空炉５６と、この高温真空炉５６の床上に設置された金属製の支え台５７と、この支え台５７上に設置されたあて板５８と、このあて板５８上に配置された複数の積層板５０を上方から支え台５７側に押圧するあて板５９を備えた金属製の圧着冶具６２と、この圧着冶具６２を駆動するアクチュエータ６３とで主に構成される。
【００２８】
高温真空炉５６は、その炉内を最大１３００℃程度まで昇温させることが可能である。また、高温真空炉５６では、その炉内に接続されたターボ分子ポンプ（図示せず）などを通じて１０-1〜１０-10Ｐａ程度の真空度を得ることができる。さらに、高温真空炉５６は、炉内を窒素などの不活性ガス雰囲気にすることも可能である。
【００２９】
支え台５７の上面に設けられたあて板５８、及び圧着冶具６２の下端部に設けられたあて板５９は、熱圧着時の金属材料間での拡散現象により、支え台５７（又は圧着冶具６２）と積層板５０とが接合してしまうことを防止するために設けられている。つまり、あて板５８及びあて板５９は、上述した析出硬化型ステンレス鋼で形成されている。また、本実施形態では、図６に示すように、支え台５７上には、位置決めピン５１、５２を挿通させた状態で、複数の積層板５０が搭載されることになる。ここで、あて板５９には、圧着冶具６２が下降して支え台５７上のこれら積層板５０を熱圧着する際に、積層板５０の上方から突出する位置決めピン５１、５２の形状を避けるように凹部６０、６１が設けられている。
【００３０】
したがって、図５に示した位置決め方法及び熱圧着装置５５を用いて、実際に積層板５０どうしを接合する場合には、まず、酸浸漬などによる洗浄処理により、ＳＵＳ３０４製の各積層板５０の表層にあるクロムの酸化膜（不動態皮膜）を除去する。次に、図５に示すように、各積層板５０の一対の貫通穴７、８に対し、位置決めピン５１、５２を挿通させることで、複数の積層板５０どうしをその板面に沿った方向（矢印Ｘ方向及び矢印Ｙ方向）に位置決めする。
【００３１】
次いで、貫通穴７、８に位置決めピン５１、５２を挿通させた状態の複数の積層板５０を熱圧着装置５５における高温真空炉５６内の支え台５７上に載置する。さらに、位置決めピン５１、５２の外形部分（アルミナ層５３）を貫通穴７、８の内壁面に接触させることにより位置決めされた複数の積層板５０を、所定温度に加熱しつつ、さらに圧着冶具６２を通じて加圧し、当該積層板５０どうしを拡散接合する。この熱圧着時の条件は、例えば、加熱温度９５０℃〜１０５０℃、圧力０．５〜２ｋｇ／ｃｍ2、炉内の真空度を０．０００１Ｐａとし、この状態を２時間維持し、この後さらに２４時間かけて除冷処理を行う。
【００３２】
さらに、積層板５０どうしが拡散接合された後、これらの積層板５０の貫通穴７、８に挿通させていた位置決めピン５１、５２を取り外す。
【００３３】
このようにして行われる本実施形態のインクジェットヘッド１の製造方法によれば、積層板５０どうしの拡散接合時に、積層板５０（の貫通穴７、８の内壁面）と位置決めピン５１、５２（の外形部分）との間での金属原子の拡散が抑えられるように、位置決めピン５１、５２の表面に金属化合物（金属酸化膜）としてのアルミナ層５３が形成されているので、積層板５０と位置決め部材とが拡散現象により接合してしまうことを抑制できる。
【００３４】
以上、本発明を実施の形態により具体的に説明したが、本発明はこの実施形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上述した実施形態では、各積層板５０の一対の貫通穴７、８に対し、位置決めピン５１、５２を挿通させることで、複数の積層板５０どうしを位置決めするものであったが、これに代えて、図７に示すように、複数の積層板５０のエッジ部分（コーナ部分）に接触させるようにして積層板５０どうしの位置決めを行う位置決め部材７１、７２を適用してもよい。また、同図７に示すように、この位置決め部材７１、７２も、アルミナ層５３を有する析出硬化型ステンレス鋼がその構成材料として適用されている。ここで、このような位置決め部材７１、７２を適用する場合には、積層板５０の上記したエッジ部分（コーナ部分）と、積層一体化後インクの流路になる開口部（インク供給流路２０１及びインク溜め部２０２）との相対的な位置精度を考慮して、個々の積層板５０を形成することが望ましい。
【００３５】
さらに、図５、図７にそれぞれ示したアルミナ層５３を有する位置決めピン５１、５２や位置決め部材７１、７２に代えて、位置決めのための部材の全体を、セラミック材料やさらには、その他の非金属材料で構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの製造方法により製造されたインクジェットヘッドの全体の構成を概略的に示す斜視図。
【図２】図１のインクジェットヘッドを示す平面（上面）図。
【図３】図１のインクジェットヘッドの底面を示す図。
【図４】図１のインクジェットヘッドの構造を示す分解斜視図。
【図５】図１のインクジェットヘッドを構成する積層板どうしの板面に沿った方向の位置決めを説明するための斜視図。
【図６】図５の積層板どうしを拡散接合するための熱圧着装置を概略的に示す図。
【図７】図５の位置決め方法と異なる他の、積層板どうしの位置決めを説明するための斜視図。
【符号の説明】
【００３７】
１…インクジェットヘッド、２…インクジェットヘッドマニホールド、２ａ…インク供給孔、７，８…貫通穴、２１…第１流路形成積層板、２２…第２流路形成積層板、２３…第３流路形成積層板、２４…第４流路形成積層板、２５…第５流路形成積層板、２６…第６流路形成積層板、２７…第７流路形成積層板、２８…第８流路形成積層板、２９…第９流路形成積層板、５０…積層板、５１，５２…位置決めピン、５３…アルミナ層、５５…熱圧着装置、７１，７２…位置決め部材、２０１…インク供給流路、２０２…インク溜め部。
【図１】
2007007900.tif 000003
【図２】
2007007900.tif 000004
【図３】
2007007900.tif 000005
【図４】
2007007900.tif 000006
【図５】
2007007900.tif 000007
【図６】
2007007900.tif 000008
【図７】
2007007900.tif 000009