(57)【要約】【課題】インクジェットヘッド部材の損傷を抑制しながら精度良く組み立てることのできるインクジェットヘッドおよびその製造方法を提供することである。【解決手段】ノズルプレート１２とインク流路プレート１３を接着する工程において、シール性を保持するためにノズル穴１１外周部に未硬化の接着剤２１を塗布する。この未硬化の接着剤２１のさらにノズル穴近傍のみを局所的に半硬化させる。ノズルプレート１２とインク流路プレート１３を平行かつ当該位置になるよう配置した後に、全体を均一に加圧しながら、接着剤を熱により全硬化させる。接着剤には局所的に半硬化させるために、紫外線硬化性の接着剤を用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルプレートとインク流路プレートを接着する工程と、メンブレンを接着する工程と、圧電素子を接着する工程によって製造されるインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記ノズルプレートとインク流路プレートを接着する工程は、
ノズルプレートまたはインク流路プレートに複数箇所、接着剤を塗布し、前記接着剤のうちノズル近傍に塗布された接着剤を仮硬化した後、前記ノズルプレートとインク流路プレートとを対向して配置し、次いで、ノズルプレートとインク流路プレートの少なくとも一方から押圧すると共に、接着剤を本硬化する工程を含むこと、
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】
接着剤を仮硬化する際、接着剤の硬化度は１００％未満である、請求項１に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項３】
接着剤を仮硬化する際、前記接着剤は紫外線を吸収することで硬化する材料であり、かつ、紫外線を照射することで前記接着剤を仮硬化する、請求項１又は２に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項４】
ノズル穴を有するノズルプレートと、前記ノズルに連通する圧力室を有するインク流路プレートとが接着剤を介して接着される構造のインクジェットヘッドであって、
前記ノズル穴の近接に塗布された接着剤のインク流路プレート側に有する気泡の体積は、それ以外の部分の接着剤のインク流路プレート側に有する気泡の体積より大きいこと、
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、インクジェットヘッド、およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットヘッドは、入力信号に応じて必要なときに必要な量のインクを塗布することができるヘッドとして知られる。特に圧電（ピエゾ）方式のインクジェットヘッドは、幅広い種類のインクを、高精度に制御しながら塗布することができることから、現在、積極的に開発が行われている。
【０００３】
一般的なインクジェットヘッドの構成を図４に示す。圧電方式のインクジェットヘッドは、インク供給流路と、インク供給流路と連通しかつノズル穴１１を有する複数のインク室と、インク室内に充填されたインクに圧力を加える圧電素子１９とで構成され、該ピエゾ素子に駆動電圧を印加することで生じる圧電素子の機械的歪みにより、インク室内のインクに圧力を加えて、ノズル穴１１からインク液滴を吐出するものである。ノズルプレート１２とインク流路プレート１３、インク流路プレート１３とメンブレン１８、およびメンブレン１８と圧電素子１９を接着することで形成される。とりわけ、ノズルプレート１２とインク流路プレート１３のプレート間の接着において、ノズル穴１１およびインク流路に接着剤が流れ込まないように接着する必要がある。
【０００４】
上記課題を解決するために、従来の方法として、ノズル穴周りに予め接着剤を塗布し、硬化させることで堰を設け、接着剤の流れ込みを防ぐものがある（例えば、特許文献１を参照）。図５は、特許文献１に記載された従来の構成を示す図である。ノズルプレート１２に開けられたノズル穴１１の周辺に接着剤（未硬化の接着剤２１）を塗布し、硬化させた接着剤（全硬化の接着剤２３）の堰を設ける。接着剤の堰の間に接着剤（未硬化の接着剤２１）を再度塗布し、インク流路プレート１３と接着している。
【０００５】
また、別の従来の方法として、ノズル穴周辺部に溝を形成する方法がある（例えば、特許文献２を参照）。図６は、特許文献２に記載された従来の構成を示す図である。ノズルプレート１２に開けられたノズル穴１１の周辺に溝１４を設け、その上に接着剤（未硬化の接着剤２１）を塗布し、インク流路プレート１３と接着している。更に、別の従来の方法として、ノズル穴周辺部のみを完全硬化して土手を形成するものがある（例えば、特許文献３を参照）。図７は、特許文献３に記載された従来の構成を示す図である。
【０００６】
ノズルプレート１２に開けられたノズル穴１１の周辺に接着剤（未硬化の接着剤２１）を塗布し、ノズル穴１１近傍のみ接着剤（未硬化の接着剤２１）を完全に硬化させ（全硬化の接着剤２３）、インク流路プレート１３と接着している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−２８５２２３号公報
【特許文献２】特開２００２３０７６８７号公報
【特許文献３】特開２００８−１８８８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の構成では、高精細なインクジェットヘッドには対応できない。また、完全に硬化した接着剤では接着の際に大きな荷重を加えなければならないため、ノズルプレートおよびインク流路プレートに歪みを与えたり、ノズルプレート表面の撥水膜を傷つけたりする。また、ノズル穴周りの接着が不十分となり、吐出速度が十分に得られないといった問題を有することになる。
【０００９】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するもので、インクジェットヘッド部材の損傷を抑制し精度良く組み立てることのできる製造方法と、吐出速度が安定して得られるインクジェットヘッドおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本願の第一の発明は、ノズルプレートとインク流路プレートとメンブレンとを合わせ持つ圧力室に、圧電素子によってインクを送り出すインクジェットヘッドであって、前記ノズルプレートとインク室プレートの間を接着する工程において、接着剤を仮硬化する工程と、接着剤を本硬化する工程を有することを特徴とする。
【００１１】
本構成によって、ノズル穴への接着剤の流れ込みを抑制することができる。
【００１２】
本願の第二の発明は、接着剤を仮硬化する工程において、接着剤の硬化度が１００％未満であることを特徴とする。
【００１３】
本構成によって、接着力を保ちながら、接着に必要な荷重を低減できる。
【００１４】
本願の第三の発明は、接着剤を仮硬化する工程において、接着剤が紫外線を吸収することで硬化する特徴を有する。
【００１５】
本構成によって、容易に接着剤の硬化度を制御できる。
【００１６】
本構成によって、接着に必要な荷重をさらに低減できる。
【００１７】
本願の第四の発明は、ノズル穴を有するノズルプレートと、吐出するインクに圧力をかけるためのインク流路プレートを接着する構造のインクジェットヘッドであって、ノズル穴近接の接着層にはインク流路プレート側に気泡を有し、それ以外の部分の接着層のインク流路プレート側には気泡を有しないことを特徴とする。
【００１８】
本構成によって、ワイピングの際に接着部が微小な空間を有することによって沈み込むので、ノズル穴周辺の撥水膜を傷つけ難いという利点を持つ。なお、ワイピングとはノズル穴周辺部に残り飛行曲がりの悪影響を及ぼす余分な液滴を布で拭き取る、インクジェットヘッドのメンテナンス作業である。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明によれば、ノズル穴への接着剤の流れ込みを抑制できると同時に、接着に必要な荷重を低減できる。これにより部材の損傷を抑制でき、精度良く組立てることができる。またノズル穴周辺のシール性を保持し、吐出特性の安定したインクジェットヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１におけるノズルプレートとインク流路プレートの接着工程を示す図
【図２】本発明の実施の形態２におけるノズルプレートとインク流路プレートの接着工程を示す図
【図３】本発明の実施の形態１および２によって製造されるインクジェットヘッドの特徴を示す図
【図４】一般的なインクジェットヘッドの構成を示す図
【図５】特許文献１に記載された従来のノズルプレートとインク流路プレートの接着工程を示す図
【図６】特許文献２に記載された従来のノズルプレートとインク流路プレートの接着工程を示す図
【図７】特許文献３に記載された従来のノズルプレートとインク流路プレートの接着工程を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるインクジェットヘッドの製造工程を示す図である。
【００２３】
図１（ａ）において、ノズルプレート１２に接着剤（未硬化の接着剤２１）を塗布する。ノズルプレート１２およびインク流路プレート１３は紫外線またはプラズマなどを用いて、表面を洗浄する。ノズルプレートおよびインク流路プレートは、例えば、ステンレス等で製造される。ノズルプレートは、ステンレス製のプレート上に同サイズの穴を等間隔で空けられたプレートである。ノズル穴は、例えば、レーザーなどで加工することができる。
【００２４】
インク流路プレートは、ステンレスプレート上に穴とスリットが等間隔で空けられたプレートである。レーザーやエッチングにより加工することができる。また、プレート内に複雑な流路形状を施す際には、加工されたプレートを複数層重ね合わせることで製造することが可能である。
【００２５】
上記のように製造されるノズルプレートおよびインク流路プレートの表面を十分に洗浄することにより、接着剤を介して、ノズルプレート１２とインク流路プレート１３の接着強度が増す。但し、時間と共に表面状態は劣化するため、接着剤を塗布するまたは接着する直前に洗浄することが望ましい。後に述べるが、よく洗浄するほどプレートの接触角が低下するため、接着剤を塗布した際にパターンが塗れ広がってしまい、転写性が悪化する。
【００２６】
そのため、接着剤が塗布されるノズルプレートの純水に対する接触角を１０°以上８０°以下にすることが望ましい。このような条件にすることにより、転写性を比較的維持しながら接着強度を大きくすることができる。さらに好適には、３０°以上５０°以下にすることが望ましい。この結果、接着剤パターンの転写性が良く維持され、さらに接着強度が損なわれなくなる。
【００２７】
接着剤を塗布する場合には、スクリーン印刷を用いることが望ましい。スクリーン印刷を用いることにより、ノズル穴周辺に接着剤パターンを高精度に塗布することができる。塗布する接着剤の膜厚は５〜１０μｍで、パターン幅はノズル穴間距離の１／４〜１／２程度にすると良い。接着剤の膜厚が５μｍ未満では、印刷膜厚のバラツキがある場合、シール性を十分に確保できない。また、接着剤の膜厚が１０μｍより大きいと、接着剤が余剰になる。更に、パターン幅がノズル穴間距離の１／４未満では接着強度が得られず、１／２より大きいとノズル穴への流れ込みの原因となる。
【００２８】
使用するスクリーン版のパターンには、ノズル穴周辺をシールする機能、その周辺部に接着強度を保持する機能、プレート最外周にプレートの剥離を抑制する機能を持たせると良い。スクリーン版にはメタルマスクを用いると良い。
【００２９】
ノズル穴周辺をシールするために、例えば、梯子状のパターンにすると良い。梯子状パターンの交差する部分ではスクリーン印刷のパターン転写性が向上するため、周辺部と比べて、膜厚が大きくなる傾向がある。そのため、接着後の接着剤流れ込みを抑制し、接着形状をより真円にするためには、交差部のパターンを細くするなど、接着剤体積を積極的に減らすパターン設計にするとさらに良い。
【００３０】
接着強度を保持する部分には、パターンを一定間隔で配置すると良い。形状は丸い方が転写性が、良いため、望ましい。四角など鋭角を持つパターン形状でも良いが、鋭角部分のパターンがかすれやすくなる。更に、隣り合う接着剤パターンが荷重によりつぶれた後もつながらないように、パターン間隔を十分大きくしておくと良い。ノズルプレート１２とインク流路プレート１３の間に存在する空気が抜けやすくなるため、接着剤を塗布したプレートを加圧し、熱により硬化させる際に、空間に閉じ込められた空気が熱膨張により接着剤パターンを破るのを抑制し、シール性を確保できる。
【００３１】
接着剤を塗布する方法としてスクリーン印刷について述べたが、接着剤の塗布方法には制限されない。例えば、ディスペンサーや凸版印刷、グラビア印刷などを用いても良い。また、ノズルプレートに接着剤を塗布する方法について述べたが、接着剤の塗布される基材には制限はなく、インク流路プレート側に塗布しても良い。
【００３２】
また、使用する接着剤には特に制限はなく、エポキシ系接着剤やアクリル系接着剤などを用いて良い。但し、ノズル穴近傍のみを局所的に半硬化させるために、好適には、紫外線硬化性を有するエポキシ系接着剤を用いることが望ましい。また、全体を均一に加圧しながら、かつ均一に硬化させるために、前記接着剤は熱硬化性の特徴も合わせ持つ方が望ましい。
【００３３】
さらに接着後の接着層の膜厚均一性を確保するために、接着剤の中にスペーサーを含有することが望ましい。このスペーサーには、例えば、シリカ粒子などを用いる。粒子径は０．１〜１０μｍであることが望ましい。０．１μｍ未満であると粒子が凝集しやすく、１０μｍ以上であると接着剤膜厚が大きくなり過ぎ、せん断応力に対して弱くなる。含有する粒子は、０．１〜１０ｗｔ％にすると良い。０．１ｗｔ％未満であるとスペーサーの役割が弱まり、１０ｗｔ％以上であると接着強度が低下する。接着剤中のスペーサーを均一に分散させるため、例えば、３本ロールのような混練機を用いると良い。
【００３４】
次に、図１（ｂ）において、接着剤（未硬化の接着剤２１）に紫外線１５を照射し、仮硬化させる（半硬化の接着剤２２）。仮硬化させることで、ノズル穴への接着剤の流れ込みを抑制することができる。選択的に接着剤（未硬化の接着剤２１）に紫外線を照射するには、例えばマスク１７を用いれば良い。紫外線の強度は、０．１〜１０ｍＷ／ｃｍ２が望ましい。０．１ｍＷ／ｃｍ２未満であると、接着剤の硬化が十分に進まず、１０ｍＷ／ｃｍ２以上であると、接着剤の表面のみが硬化しやすい。仮硬化の工程における接着剤の硬化度は１００％未満であり、好適には２０〜８０％、さらに好適には４０〜６０％であることが望ましい。
【００３５】
硬化度が１００％未満であることにより、接着に必要な荷重を低減することができる。更に２０〜８０％とすることで接着強度を確保することができ、更に４０〜６０％とすることでノズル穴１１への接着剤の流れ込みを抑制することができる。マスクを配置する際には、接着剤との距離を極力近づける方が、半硬化させる範囲の制御性が良化するため良い。
【００３６】
最後に、図１（ｃ）において、インク流路プレート１３をノズルプレート１２の向かい側に配置し、全体を加圧しながら、熱硬化炉で本硬化させる。この工程により接着剤（未硬化の接着剤２１）および接着剤（半硬化の接着剤２２）は硬化が進行し、全硬化の接着剤２３となる。接着剤の種類にもよるが、概ね５０〜２００℃の温度で硬化する。また、接着に必要な荷重は１〜５０ｋｇｆ程度となる。
【００３７】
かかるインクジェットヘッドの製造方法によれば、全体を仮硬化するのではなく、シール性を必要とする部分のみ仮硬化することにより、ノズル穴への接着剤の流れ込みの抑制とシール性の確保を両立しながら、接着に必要な荷重を低減することができるので、部材の損傷を防ぎ、高精度に組み立てることができる。
【００３８】
本製造方法によるインクジェットヘッドは、次のような特徴を有する。ノズル穴近傍の接着層にはインク流路プレート側に微小な空間（気泡）を多く有し、それ以外の部分の接着層のインク流路プレート側には微小な空間（気泡）がノズル穴近傍の接着層の接着層より少なくなる。
【００３９】
図３は、接着剤を仮硬化した際の接着剤の形状を示しており、図３（ａ）はノズル穴近傍を仮硬化した際の接着剤の様子を、図３（ｂ）はノズル穴近傍を本硬化した際の接着剤の様子を示す図である。
【００４０】
同図において、２４はノズル穴１１近傍の接着層、気泡１６はノズル穴１１近接の接着層のインク流路プレート１３側の微小な空間である。また、２５はノズル穴１１近接の接着層以外の接着層である。ノズル穴の近傍以外に配置される接着剤は、インク流路プレート１３側に有する微小な空間１６が少ない。
【００４１】
このような構造を持つインクジェットヘッドは、ワイピングの際にノズル穴周辺の撥水膜を傷つけにくいという利点を持つ。ワイピングとはノズル穴周辺部に残り飛行曲がりの悪影響を及ぼす余分な液滴を布で拭き取る、インクジェットヘッドのメンテナンス作業である。本願のインクジェットヘッドにおいては、ワイピングの際、ノズル穴の近傍以外に配置される接着剤２５に対し、ノズル穴の近傍に配置される接着剤２４が微小な空間を有することによって沈み込むので、ノズル穴周辺の撥水膜を傷つけにくい。
【００４２】
前記のように製造されたノズルプレートおよびインク流路プレートを接着したプレートユニットとメンブレンを接着する。接着剤はインク流路プレートまたはメンブレン側に塗布される。塗布方法、接着剤、加圧方法、硬化方法については、前記のようにノズルプレートとインク流路プレートを接着する際と同様の方法にて製造することが可能である。
【００４３】
前記のように製造されたノズルプレート、インク流路プレート、およびメンブレンを接着したプレートユニットと圧電素子とを接着する。接着剤はメンブレン、または圧電素子側に塗布される。塗布方法、接着剤、加圧方法、硬化方法については、前記と同様の方法にて製造することが可能である。
【００４４】
このようにして、インクジェットヘッドを製造することが可能である。
【００４５】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２におけるインクジェットヘッドの製造工程を示す図である。
【００４６】
図２（ａ）において、ノズルプレート１２に接着剤（未硬化の接着剤２１）を塗布する。接着剤の種類、塗布方法などは、実施の形態１と同様で良いので、詳細は省略する。
【００４７】
次に、図２（ｂ）において、インク流路プレート１３をノズルプレート１２の向かい側に平行に配置し、当該位置となるようにアライメントを行う。接着剤とインク流路プレートの間の距離は任意であるが、極力近づけるとインク流路プレートに開けられた穴形状とほぼ同等の範囲のみを選択的に半硬化できる。
【００４８】
また、接着剤とインク流路プレートの間の距離を大きく設定すると、インク流路プレートに開けられた穴から紫外線が回り込み、穴形状より大きい範囲まで半硬化させることができる。すなわち、インク流路の接着剤（未硬化の接着剤２１）に紫外線１５を照射し、仮硬化させる（半硬化の接着剤２２）。選択的に接着剤（未硬化の接着剤２１）に紫外線を照射するために、その上から紫外線１５を照射する。その紫外線照射強度および接着剤の硬化度は実施の形態１と同様である。
【００４９】
このような方法によりノズル穴近傍の接着剤のみを選択的に仮硬化することができる。その様子を図２（ｃ）に示す。その後全体を均一に加圧しながら、熱硬化炉で本硬化させることで、ノズルプレートとインク流路プレートが隙間なく接着される。この際、接着剤（未硬化の接着剤２１）および接着剤（半硬化の接着剤２２）は硬化が進行し、接着剤の組成が同一な全硬化の接着剤２３となる（図２（ｄ）を参照）。硬化温度および接着荷重についても実施の形態１と同様で良い。
【００５０】
かかるインクジェットヘッドの製造方法によれば、実施の形態１と比べて、よりノズル穴近傍を選択的に仮硬化することができる。そのため、よりシール性を高め、またより接着に必要な荷重を低減することができる。またノズルプレートとアライメントしたインク流路プレートをそのままマスク代わりに用いることができるため、別途マスクを準備する必要がない。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明のインクジェットヘッドは、安定した吐出特性を有し、ディスプレイ製造や、その他の産業用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００５２】
１１  ノズル穴
１２  ノズルプレート
１３  インク流路プレート
１４  溝
１５  紫外線
１６  微小な空間（気泡）
１７  マスク
１８  メンブレン
１９  圧電素子
２１  未硬化の接着剤
２２  半硬化の接着剤
２３  全硬化の接着剤
２４  ノズル穴の近傍に配置される接着剤
２５  ノズル穴の近傍以外に配置される接着剤
【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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