(57)【要約】【課題】各流路ユニット構成部材の接合の際に、封止板のヘッドケースと接合する面への接着剤の付着を防止し、また、封止板の作製においては、プレス金型の耐久性を向上させることを可能にする液体噴射ヘッドを提供する。【解決手段】流路形成基板３０、ノズル形成基板３１、及び、振動板２９から構成され、流路形成基板３０の一方の面にノズル形成基板を、他方の面に振動板をそれぞれ接合することで、共通インク室７から圧力室９を通ってノズル開口１０に至る一連のインク流路を形成してユニット化する流路ユニット１１と、流路ユニットの振動板側の面を接合して固定するヘッドケースとを備えた記録ヘッドであって、振動板は、金属基材からなる支持板３７と、その一方の面に接合した弾性フィルム３８と、からなる複合板材からなり、弾性フィルムの支持板側の面の面積を、該支持板の弾性フィルム側の面の面積より大きく設定したことを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力室となる圧力室空部を含む流路部が形成された流路形成基板、複数のノズル開口が圧力室に対応して開設されたノズル形成基板、及び、流路形成基板の流路部の開口を封止する封止板から構成され、流路形成基板の一方の面にノズル形成基板を、他方の面に封止板をそれぞれ接合することで、共通液体室から圧力室を通ってノズル開口に至る一連の液体流路を形成してユニット化する流路ユニットと、
前記流路ユニットの封止板側の面を接合して固定するヘッドケースとを備えた液体噴射ヘッドであって、
前記封止板は、金属基材からなる支持板と、その一方の面に接合した有機フィルムと、からなる複合板材からなり、
前記有機フィルムの支持板側の面の面積を、該支持板の前記有機フィルム側の面の面積より大きく設定したことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記支持板の外縁から前記有機フィルムの外縁部が全周に亘って突出するように、有機フィルムを支持板よりも大きく成型したことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
前記封止板は、前記複合板材の支持板となる金属基材にエッチングによって封止板の外周形状に沿って前記有機フィルムのみで構成される切断予定溝を枠状に刻設し、当該切断予定溝の前記有機フィルムをプレスによって打ち抜き加工することで形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の液体噴射ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズル開口を開設したノズル形成基板、流路部が形成された流路形成基板、及び、金属基材と有機フィルムとの複合板材からなる封止板をそれぞれ接合した流路ユニットを備えた液体噴射ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズル開口から液滴として吐出させる液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられるインクジェット式記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等がある。
【０００３】
このような液体噴射ヘッドには種々の形式があるが、例えば、インクジェット式記録装置（以下、単にプリンタという）におけるインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッドという）は、複数のノズル開口が開設されたノズル形成基板、共通インク室から圧力室を通ってノズル開口に至る一連のインク流路を区画する圧力室空部や溝部などの流路部が形成された流路形成基板、圧力発生手段（例えば、圧電振動子）の作動に応じて圧力室に対応するダイヤフラム部が弾性変形する振動板（流路形成基板の開口を封止する封止板とも言える）を積層してなる流路ユニットを備えている。この振動板は、剛性が必要とされる支持板部と、弾性変形が必要とされるコンプライアンス部等との相反する特性の部位が要求されるため、ステンレス鋼等の金属基材からなる支持板上にＰＰＳ樹脂等の有機フィルムをラミネート加工した二重構造の複合板材で構成されている。
【０００４】
そして、この記録ヘッドにおいて、流路ユニットは、流路形成部材の一方の面にノズル形成基板を、他方の面に振動板を、それぞれの間に接着剤を介在させて積層した状態で接合して構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−３０４９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記流路ユニットを製造する場合は、各流路ユニットの構成部材を、接合治具に立設した位置決めピンを各構成部材の基準穴にそれぞれ挿通して位置決めすると共に、それぞれの部材間に接着剤を介在させて積層した状態で、積層方向に加圧して接合している。この場合において、流路形成部材と振動板との間に介在する接着剤が、流路ユニット構成部材の接合の際に加圧されることによって外側に押し出され、振動板の側面を這い上がり、振動板の支持板側、即ち、流路ユニットのヘッドケースとの接合する面に付着して不具合を発生することがあった。
【０００６】
また、上記振動板については、金属基材に有機フィルムをラミネートした複合板材の大判からプレス金型によって打ち抜き加工をして作製しているので、金属基材ごと打ち抜きをするプレス金型の耐久性が悪いという問題もあった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、各流路ユニット構成部材の接合の際に、封止板のヘッドケースと接合する面への接着剤の付着を防止し、また、封止板の製造においては、プレス金型の耐久性を向上させることを可能にする液体噴射ヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の液体噴射ヘッドは、圧力室となる圧力室空部を含む流路部が形成された流路形成基板、複数のノズル開口が圧力室に対応して開設されたノズル形成基板、及び、流路形成基板の流路部の開口を封止する封止板から構成され、流路形成基板の一方の面にノズル形成基板を、他方の面に封止板をそれぞれ接合することで、共通液体室から圧力室を通ってノズル開口に至る一連の液体流路を形成してユニット化する流路ユニットと、
前記流路ユニットの封止板側の面を接合して固定するヘッドケースとを備えた液体噴射ヘッドであって、
前記封止板は、金属基材からなる支持板と、その一方の面に接合した有機フィルムと、からなる複合板材からなり、
前記有機フィルムの支持板側の面の面積を、該支持板の前記有機フィルム側の面の面積より大きく設定したことを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、有機フィルムの支持板側の面の面積を、該支持板の前記有機フィルム側の面の面積より大きく設定したので、流路ユニットの製造の際に、封止板と流路形成基板との間に介在する接着剤が、封止板の外縁からはみ出して側面を這い上がり支持板の有機フィルム側の面と反対側の表面に付着することを防止することができる。したがって、支持板の表面に接着剤が付着することによって発生するヘッドケースの接合の不具合等を、可及的に防止することができる。
【００１０】
上記構成において、前記支持板の外縁から前記有機フィルムの外縁部が全周に亘って突出するように、有機フィルムを支持板よりも大きく成型することが望ましい。
【００１１】
上記各構成において、前記封止板は、前記複合板材の支持板となる金属基材にエッチングによって封止板の外周形状に沿って前記有機フィルムのみで構成される切断予定溝を枠状に刻設し、当該切断予定溝の前記有機フィルムをプレスによって打ち抜き加工することが望ましい。
【００１２】
この構成によれば、封止板の外周形状に沿って前記有機フィルムのみで構成される切断予定溝を枠状に刻設し、当該切断予定溝の前記有機フィルムをプレスによって打ち抜き加工するので、金属基材からなる支持板を直接打ち抜き加工をしていた従来の方法と比較して、プレス金型の耐久性を飛躍的に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、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、これらの態様に限られるものではない。また、以下においては、本発明の液体噴射ヘッドとして、インクジェット式プリンタ（以下、プリンタという）に搭載されるインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッドという）を例示する。
【００１４】
図１は、記録ヘッド１の構成を説明する分解斜視図、図２は、記録ヘッド１の構成を説明する要部断面図、図３は、流路ユニットの構成を説明する分解斜視図、図４は、流路ユニット１１をヘッドケース１２に取り付ける状態を説明する図である。
【００１５】
本実施形態における記録ヘッド１は、複数のインク導入針２を立設する導入針ユニット３、複数の圧電振動子４を備えたアクチュエータユニット５、当該アクチュエータユニット５を駆動するための配線基板６、共通インク室７（共通液体室の一種）からインク供給口８及び圧力室９を通ってノズル開口１０に至る一連のインク流路（液体流路の一種）を形成する流路ユニット１１、及び、ヘッドケース１２を備えて概略構成されている。
【００１６】
上記の導入針ユニット３は、例えばエポキシ樹脂などの合成樹脂によって成型されており、その上面にはフィルタ１６を介在させた状態でインク導入針２がそれぞれ取り付けられている。そして、各インク導入針２にはインクカートリッジやサブタンク等が装着されるようになっている。この導入針ユニット３の内部には、インク導入針２側からヘッドケース１２側に向けて集束した集束流路（図示せず）が各インク導入針２に対応して複数形成されている。この集束流路の上流端は、インク導入針２の針流路と液密状態で連通する一方、集束流路の下流端は、エラストマー等の弾性部材からなるパッキンシート１７を介在させた状態でヘッドケース１２の内部に形成されたケース流路（図示せず）と液密状態で連通する。
【００１７】
上記の配線基板６は、プリンタ本体（図示せず）側からの駆動信号を受け、この駆動信号をＴＣＰ（テープ・キャリア・パッケージ）等のフレキシブルケーブル１８（図２参照）を通じてアクチュエータユニット５の圧電振動子４へ供給するための配線パターンが形成された制御基板である。この配線基板６は、プリンタ本体側との接続のためのコネクタ１９や電子部品２０等を実装している。コネクタ１９にはＦＦＣ（フレキシブルフラットケーブル）等の配線部材が接続され、このＦＦＣを介してプリンタ本体側から駆動信号を受けるようになっている。この配線基板６は、電子部品実装面を導入針ユニット３側に向けた状態で、ヘッドケース１２の基板取付面２１に配置される。
【００１８】
配線基板６に電気的に接続されるアクチュエータユニット５は、図２に示すように、圧力発生手段としての圧電振動子４と、この圧電振動子４が接合される固定板２２と、圧電振動子４に配線基板６からの駆動信号を供給するためのフレキシブルケーブル１８等から構成される。各圧電振動子４は、自由端部が固定板２２の先端面よりも外側に突出した所謂片持ち梁の状態で固定板２２上に取り付けられている。各圧電振動子４を支持する固定板２２は、例えば厚さ１ｍｍ程度のステンレス鋼によって構成されている。そして、このアクチュエータユニット５は、ヘッドケース１２に収容されている。なお、圧力発生手段としては、上記圧電振動子以外にも、静電アクチュエータ、磁歪素子、発熱素子等を用いることができる。
【００１９】
上記のヘッドケース１２は、中空箱体状のケーシングであり、その内部には各アクチュエータユニット５を個別に収容する収容室２３が形成されている。このヘッドケース１２は、熱硬化性樹脂の一種であるエポキシ樹脂によって成型されており、図４に示すように、基板取付面２１とは反対側の流路取付面２４に流路ユニット１１が固定される。また、ヘッドケース１２の内部には、一端が流路取付面２４に開口したピン保持部２５が２箇所形成され、これらのピン保持部２５に、円柱状の２本のケースピン２６がそれぞれ保持される。これらケースピン２６によって、ヘッドケース１２に固定する流路ユニット１１の位置を規定することができる。
【００２０】
流路ユニット１１は、振動板２９、流路形成基板３０、及びノズル形成基板３１からなる流路ユニット構成部材を積層した状態で接合して一体化することにより作製されている。この流路ユニット１１における圧力室９は、ノズル開口１０の列設方向（ノズル列方向）に対して直交する方向に細長い室として形成されている。また、共通インク室７は、インク導入針２側からのインクが導入される室である。そして、この共通インク室７に導入されたインクは、インク供給口８を通じて各圧力室９に分配供給されるようになっている。さらに、流路ユニット構成部材、即ち、振動板２９、流路形成基板３０、及びノズル形成基板３１には、図３に示すように、ヘッドケース１２のケースピン２６に挿通可能な基準穴２９ａ，３０ａ，３１ａが各部材の板厚方向を貫通してそれぞれ開設されている。したがって、図４に示すように、流路ユニット１１におけるこれらの基準穴２９ａ，３０ａ，３１ａにケースピン２６を挿通することで相対的な位置が合わされた上で、振動板２９側のケース取付面３２（図６参照：後述する支持板３７の表面）を接着剤等によって流路取付面２４に接合して、流路ユニット１１がヘッドケース１２に固定される。なお、この流路ユニット１１の製造方法については、後述する。
【００２１】
流路ユニット１１の底部に配置されるノズル形成基板３１は、ドット形成密度に対応したピッチ（例えば１８０ｄｐｉ）で複数のノズル開口１０を、副走査方向に列状に開設した金属製の薄い板材である。本実施形態のノズル形成基板３１は、ステンレス鋼の板材によって作製され、ノズル開口１０の列（ノズル列）が、複数並べて設けられている。そして、１つのノズル列は、例えば１８０個のノズル開口１０によって構成される。
【００２２】
ノズル形成基板３１と振動板２９の間に配置される流路形成基板３０は、インク流路となる流路部３３、具体的には、共通インク室７となる開口部、インク供給口８となる溝部、及び、圧力室９となる圧力室空部が区画形成された板状の部材である。この流路形成基板３０は、結晶性基材の一種であるシリコンウェハーを異方性エッチング処理することによって作製されている。
【００２３】
上記の振動板２９は、図２，３に示すように、ステンレス鋼等の金属基材からなる支持板３７上にＰＰＳ樹脂等の弾性フィルム３８（有機フィルムの一種）をラミネート加工した二重構造の複合板材である。この振動板２９において圧力室９に対応する部分には、圧電振動子４の自由端部の先端を接合するための島部３９が形成されている。この島部３９の周囲は、エッチングによって支持板３７を環状に除去して弾性フィルム３８のみとなっている。そして、この部分がダイヤフラム部４０として機能する。即ち、この振動板２９は、圧電振動子４の作動に応じて島部３９の周囲の弾性フィルム３８が弾性変形するように構成されている。また、振動板２９は、流路形成基板３０の開口部の一方の開口面を封止し、コンプライアンス部４１としても機能する。このコンプライアンス部４１に相当する部分については、ダイヤフラム部４０と同様にエッチングにより支持板３７を除去して弾性フィルム３８だけにしている。なお、この振動板２９は、流路形成基板３０に形成された流路部３３の開口面を封止する封止板と言うこともできる。
【００２４】
ここで、振動板２９の製造方法を簡単に説明する。図５は、振動板２９の製造工程を説明する平面図である。
【００２５】
本実施形態における振動板２９は、複合板材の支持板３７となる金属基材にエッチングによって振動板２９の外周形状に沿って弾性フィルム３８のみで構成される切断予定溝４３を枠状に刻設し、切断予定溝４３の弾性フィルム３８をプレスによって打ち抜き加工することで形成される。以下、この振動板３９の製造工程を順次説明する。
【００２６】
まず、支持板３７の表面に弾性フィルム３８をラミネートし、大判の複合板材を作製する（図５（ａ）参照）。次に、支持板３７の上面に、ダイヤフラム部４０（島部３９）、コンプライアンス部４１、及び、切断予定溝４３をエッチングによって形成するためのマスキング（パターニング）を施す（何れも図示せず）。なお、図５（ａ）において、支持板３７上の太枠線は、プレスによって打ち抜かれる切断線を示す仮想的な切断予定線４４を表している。
【００２７】
そして、図５（ｂ）に示すように、エッチングにより複合板材の支持板３７の一部が除去され、弾性フィルム３８のみのダイヤフラム部４０、コンプライアンス部４１、及び、切断予定溝４３が同時に形成される。なお、幅広な切断予定溝４３の溝幅の中に溝幅より狭い（細い）切断予定線４４が位置し、切断予定線４４の内側と支持板３７との間に、弾性フィルム３８のみの部分が枠状に存在する。
【００２８】
最後に、切断予定溝４３の弾性フィルム３８を、切断予定線４４の形状に倣ったプレス金型によって打ち抜き加工し、切断予定線４４と同じサイズの振動板２９が作製される（図５（ｃ）参照）。
【００２９】
このように、本実施形態においては、振動板２９を、複合板材の金属基材からなる支持板３７の一部をエッチングによって除去して弾性フィルム３８のみとなる枠状の切断予定溝４３を刻設し、この切断予定溝４３の弾性フィルム３８をプレス金型によって打ち抜き加工することで作製するので、複合板材の金属基材からなる支持板３７ごと打ち抜き加工をしていた従来の方法と比較して、飛躍的にプレス金型の耐久性を向上させることができる。そして、切断予定溝４３を形成するにあたっても、島部３９、ダイヤフラム部４０、及び、コンプライアンス部４１と同時に形成することができるので、新たに工程を追加する必要がない。したがって、新たに工程を追加することなく、エッチングパターンの追加により切断予定溝４３を形成するといった容易な方法で、打ち抜き加工に使用されるプレス金型の耐久性を飛躍的に向上させることができる。
【００３０】
そして、上述した製造方法によって作製された本発明の振動板２９は、弾性フィルム３８における支持板３７側の面の面積を、支持板３７における弾性フィルム３８側の面の面積より大きく設定したことを特徴とする。具体的には、支持板３７の外縁から弾性フィルム３８の外縁部が全周に亘って突出するように、弾性フィルム３８を支持板よりも大きく成型している。
【００３１】
次に、上記の振動板２９、流路形成基板３０、及びノズル形成基板３１で構成された流路ユニット１１の製造方法における接着工程について簡単に説明する。図６は、流路ユニットの接着工程を説明する模式図、図７は、図６の領域Ａの拡大図である。
【００３２】
本実施形態においては、まず、接着治具４６上に立設された位置決めピン４９，４９を貫通穴３１ａ，３１ａにそれぞれ挿通した状態で、接合治具４６上にノズル形成基板３１を載置する。次に、このノズル形成基板３１の上に、位置決めピン４９，４９を基準穴３０ａ，３０ａにそれぞれ挿通し、接着剤を間に介在させた状態で流路形成基板３０を積層する。そして、位置決めピン４９，４９を貫通穴２９ａ，２９ａにそれぞれ挿通し、接着剤を間に介在させた状態で流路形成基板３０上に弾性フィルム３８側の面から振動板２９０を積層する。
【００３３】
流路ユニット構成部材、即ち、振動板２９、流路形成基板３０、及びノズル形成基板３１を接合治具４６上に積層したならば、これらの部材を積層方向（接合方向）に加圧する。即ち、流路ユニット構成部材をそれぞれ位置決めして積層した状態で、振動板２９の上方から接合治具４６側に向けて加圧する。この加圧した状態を保ったまま、流路ユニット構成部材同士の間に介在する接着剤を硬化させることによってこれらの部材同士が接合され、接着工程が終了する。
【００３４】
このようにして、記録ヘッド１の流路ユニット１１を製造すると、本実施形態における振動板２９は、弾性フィルム３８の支持板３７側の面の面積を、支持板３７の弾性フィルム３８側の面の面積より大きく設定されるので、流路ユニット構成部材が加圧される際に、振動板２９と流路形成基板３０との間に介在する接着剤が、振動板２９の外縁からはみ出して側面を這い上がりケース取付面３２（支持板３７の表面）に付着することを防止することができる。詳しく説明すると、図７に示すように、本実施形態の振動板２９は、支持板３７の外縁から弾性フィルム３８の外周部を全周に亘って突出させた突出部５０を設けているので、流路ユニット構成部材の接合の際に支持板３７の外縁からはみ出した接着剤が突出部５０によって振動板２９の流路形成基板３０との接合面の反対の面側に回り込むことを防止することができる。万一、接着剤が振動板２９の流路形成基板３０との接合面の反対の面側に回り込んだ場合も、突出部５０の表面（弾性フィルム３８の支持板３７側の面）でも接着剤を保持することができるため、接着剤が側面を這い上がってケース取付面３２に付着することを防止することができる。したがって、支持板３７の表面、即ち、ケース取付面３２に接着剤が付着することによって発生するヘッドケース１２の接合の不具合等を、可及的に防止することができる。
【００３５】
また、以上では、液体噴射ヘッドとして、インクジェット式記録ヘッドを例に挙げて説明したが、本発明は他の液体噴射ヘッドにも適用することができる。例えば、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】記録ヘッドの構成を説明する分解斜視図である。
【図２】記録ヘッドの構成を説明する要部断面図である。
【図３】流路ユニットの構成を説明する分解斜視図である。
【図４】流路ユニットをヘッドケースに接合する状態を説明する図である。
【図５】振動板の製造工程を説明する平面図である。
【図６】接合治具を用いて流路ユニット構成部材を積層する状態を説明する断面図である。
【図７】図６の領域Ａの拡大図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…記録ヘッド，２…インク導入針，３…導入針ユニット，４…圧電振動子，５…アクチュエータユニット，６…配線基板，７…共通インク室，８…インク供給口，９…圧力室，１０…ノズル開口，１１…流路ユニット，１２…ヘッドケース，１６…フィルタ，１７…パッキンシート，１８…フレキシブルケーブル，１９…コネクタ，２０…電子部品，２１…基板取付面，２２…固定板，２３…収容室，２４…流路取付面，２５…ピン保持部，２６…ケースピン，２９…振動板，３０…流路形成基板，３１…ノズル形成基板，３２…ケース取付面，３３…流路部，３７…支持板，３８…弾性フィルム，３９…島部，４０…ダイヤフラム部，４１…コンプライアンス部，４３…切断予定溝，４４…切断予定線，４６…接合治具，４９…位置決めピン，５０…突出部
【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】
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