JP4553111B2 - 薄板状部品の積層接着構造 - Google Patents

Description

本発明は、積層型のインクジェット式記録ヘッド等に使用する金属製プレート等の薄板状部品の積層接着構造に関するものである。

先行技術の圧電式インクジェット式記録ヘッドとしては、例えば特許文献１では、複数のノズルが一定間隔で穿設されたノズルプレートと、前記各ノズル箇所に対応する圧力室が形成されたペースプレートと、該ベースプレートとノズルプレートとの間に介挿されて各圧力室にインクを供給するための共通インク室が形成されたマニホールドプレートとを接着剤を介して積層してキャビティユニットを構成し、このキャビティユニットの背面側のインク供給孔からインク貯蔵部（タンク）からのインクを各共通インク室に導入し、また、キャビティユニットの背面に、圧電アクチュエータを接合し、この圧電アクチュエータを駆動させて、選択されたノズルからインクを吐出して被記録媒体に画像を記録する記録ヘッドが開示されている。

この特許文献１に記載のキャビティユニットでは、前記各プレートの積層の片面に接着剤用の逃がし溝を凹み形成し、その逃がし溝の上下同じ位置には各プレートの板厚さを貫通するように空気逃がし孔が穿設され、各プレートの積層面に接着剤を塗布して重ね合わせるとき、余分の接着剤と共に積層面や接着剤中に含まれた空気を最上層のプレートの表面外に排出されるように構成していた。
特開２００２−１０５４１０号公報（図４、図７、図８参照）

しかしながら、特許文献１の構成では、積層されたプレートの外周側の各端面が積層方向にほぼ同一平面状に揃っているため、積層面に塗布された接着剤のうちの余分なものが前記外周側端面からはみ出したときには、直ぐに外周側端面を伝って垂れ落ち、前記キャビティユニットの接着作業を実行しているときの接着装置を汚してしまい、その清掃に手間取るなどで、生産性（生産能率）が低下するという問題があった。このような問題は、他の薄板状部品の積層品を製作するときにも発生するのであった。

そこで、本発明は、このような問題を解消することを技術的課題とするものである。

この技術的課題を解決するため、請求項１の発明の薄板状部品の積層接着構造は、所定のパターンが少なくとも片面に形成された複数枚の薄板状部品を含む金属製の薄板状部品を接着剤を介して積層した薄板状部品の積層接着構造において、前記複数枚の薄板状部品のうち少なくとも２枚の薄板状部品における前記接着剤が塗布される積層面と直交する外周側端面のうち、少なくとも一部が、前記積層面からはみ出た接着剤を保持するための非直線状のジクザグ部に形成され、前記積層方向に隣接する薄板状部品における前記ジグザグ部は、その凹部が積層方向に一致しない位置に配置されているものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の薄板状部品の積層接着構造において、前記ジグザグ部は、前記積層面からみて三角状、方形状、台形状、もしくはほぼ半円状の凹部を有するように形成されているものである。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の薄板状部品の積層接着構造において、前記ジグザグ部の凹部は、薄板状部品の積層方向に貫通しているものである。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の薄板状部品の積層接着構造において、前記薄板状部品は、複数のノズルを備えたインクジェット記録ヘッド用のプレートであり、前記パターンはインク供給源から前記各ノズルにインクを通過させるためのインク流路である。

請求項１の発明によれば、複数枚の薄板状部品のうち少なくとも２枚の薄板状部品の側端面に凹部と突出部が交互に形成されるジグザグ部が形成されているから、当該側端面がほぼ平面状に揃っている場合に比べて、側端面の表面積を増大させることができる。従って、各薄板状部品の積層面に塗布している接着剤が側端面にはみ出したときに、その接着剤が増大した面積に沿って保持される分だけ、接着剤の垂れ落ちを減少または無くすることができ、接着装置を汚す事が無くなるので、生産能率を向上させることができるという効果を奏する。なお、好ましくは、ジグザク部を構成する凹部が内側に稜線を有する形状、もしくは狭い幅とすることで、はみ出した接着剤をその稜線もしくは狭い幅の毛細管現象で保持することができ、接着剤の垂れ落ちをさらに減少することができる。

請求項２の発明によれば、ジグザグ部の平面視形状を種々選択でき、そのいずれであっても、接着剤の保持能力が低下しない。

請求項１の発明によれば、積層方向に隣接する薄板状部品間でジグザグ部を、積層方向からみて一致せず交互にずれているように配置するから、隣接する薄板状部品の積層面に沿うジグザグ部のうち凹部を構成する輪郭線は、隣接する板状部品の面と協働して凹状の稜線を形成し、しかも一層表面積を増大することになり、薄板状部品同士を積層するとき、その積層面に塗布している接着剤が側端面にはみ出したときに、その接着剤が前記稜線に沿って滲み出し、しかもジグザグ部の凹部内に溜まるので、多量の接着剤がはみ出しても、外に垂れ落ちないように確実に保持できるという効果を奏する。

請求項４の発明によれば、インクジェット記録ヘッドの性能を確保しながら、その生産能率を向上できるという効果を奏する。

次に、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。図１は圧電式のインクジェット式記録ヘッドの第１実施形態の斜視図、図２は分解斜視図、図３はキャビティユニットの拡大分解斜視図、図４は図１のIV−IV視拡大断面図、図５はジグザグ部の拡大斜視図、図６は図５のVI−VI線矢視断面図、図７はジグザグ部の第２実施形態の拡大斜視図、図８（ａ）〜図８（ｄ）はジグザグ部のさらに他の実施形態を示す部分平面図である。

図１は、本発明の第１実施形態による圧電式のインクジェット式記録ヘッドＨＤにおけるキャビティユニット１と圧電アクチュエータ２の斜視図であり、金属板製の複数枚のプレートからなるキャビティユニット１にプレート型の圧電アクチュエータ２が接合され、このプレート型の圧電アクチュエータ２の上面に外部機器との接続のためのフレキシブルフラットケーブル３（図３参照）が重ね接合されている。そして、最下層のキャビティユニット１の下面側に開口されたノズル４から、下向きにインクが吐出するものとする。

前記キャビティユニット１は、図２〜図４に示すように構成されている。すなわち、ノズルプレート１１、第１スペーサプレート１２、ダンパープレート１３、２枚のマニホールドプレート１４ａ，１４ｂ、第２スペーサプレート１５、第３スペーサプレート１６、及びベースプレート１７の合計８枚の薄い板がそれぞれその積層面に接着剤５１を塗布し重ね接合された構造としている。

実施形態では、合成樹脂製のノズルプレート１１を除き、各プレート１２〜１７は、４２％ニッケル合金鋼板製で、５０〜１５０μｍ程度の厚さを有する。前記ノズルプレート１１には、微小径（実施形態では２５μｍ程度）のインク吐出用のノズル４が記録時の解像度に応じた微小間隔で多数個穿設されている。実施形態では、１インチの長さに７５個のノズル４が穿設されており、配列密度は７５ｄｐｉ（ドット・パー・インチ）である。このノズル４は、当該ノズルプレート１１における第１の方向（長辺方向、Ｘ方向）に沿って、千鳥配列状で５列に配列されている。

また、前記ベースプレート１７には、図２に示すように、複数の圧力室３６がベースプレート１７の長辺（前記Ｘ方向）に沿って千鳥配列状で５列に配列されている。実施形態では、図２に示すように、前記ノズル４と連通する圧力室３６の一端部（先端部）３６ａと後述する共通インク室７と連通する他端部３６ｂとを結ぶ方向を圧力室３６の長手方向とする。各圧力室３６は、その長手方向がベースプレート１７における第２の方向（短辺方向、Ｙ方向）に沿うように細幅に穿設されている。

各圧力室３６における先端部３６ａは、２枚のスペーサプレート１５，１６と２枚のマニホールドプレート１４ａ，１４ｂ、ダンパープレート１３、及び第１スペーサプレート１２に、同じく千鳥配列状にて穿設されている微小径の貫通孔３７を介して、ノズルプレート１１における前記各ノズル４に連通している。

ベースプレート１７の下面に隣接する第３スペーサプレート１６には、各圧力室３６の他端部３６ｂに接続する連通孔３８が穿設されている。

第３スペーサプレート１６の下面に隣接する第２スペーサプレート１５には、後述する共通インク室７から前記各圧力室３６へインクを供給するための接続流路４０が設けられる。そして、各接続流路４０には、共通インク室７からインクが入る入口孔４０ａと、圧力室３６側（前記連通孔３８）に開口する出口孔４０ｂと、入口孔４０ａと出口孔４０ｂとの間にあって、接続流路４０中で最も大きな流路抵抗となるように断面積を小さくして形成された絞り部４０ｃとが備えられている（図３参照）。

この実施形態では、絞り部４０ｃは、第３スペーサプレート１６に隣接する面側をハーフエッチングすることによって、所定の流路抵抗を持つように形成されている。入口孔４０ａと出口孔４０ｂとは前記絞り部４０ｃの両端部に位置合わせして形成されている。入口孔４０ａは第２スペーサプレート１５を貫通している。出口孔４０ｂは第２スペーサプレート１５における第３スペーサプレート１６との隣接面に凹み形成されている（図３及び図４参照）。

２枚のマニホールドプレート１４ａ，１４ｂには、その長辺方向（Ｘ方向）に沿って長い５つの共通インク室７が前記ノズル４の各列に沿って延びるように板厚さを貫通して形成されている。すなわち２枚のマニホールドプレート１４ａ，１４ｂを積層し、且つその上面を第２スペーサプレート１５にて覆い、下面をダンパープレート１３にて覆うことにより、合計５つの共通インク室（マニホールド室）７はそれぞれ密閉状に形成されている。各共通インク室７は、各プレートの積層方向から見た平面視において、前記圧力室３６の一部と重なって圧力室３６の列方向に沿って長く延びている。

図３及び図４に示すように、マニホールドプレート１４ａの下面に隣接するダンパープレート１３の下面側には、共通インク室７と隔絶されたダンパ室４５が凹み形成されている。この各ダンパ室４５の位置及び形状は、前記各共通インク室７と一致させている。このダンパプレート１３は、適宜弾性変形し得る金属素材であるため、ダンパ室４５上部の薄い板状の天井部は、共通インク室７側にも、ダンパ室４５側にも自由に振動することができる。インク吐出時に、圧力室３６で発生した圧力変動が共通インク室７に伝播しても、前記天井部が弾性変形して振動することにより、前記圧力変動を吸収減衰させるというダンパ効果を奏し、圧力変動が他の圧力室３６へ伝播するというクロストークを防止することができるものである。

また、ベースプレート１７と第３スペーサプレート１６との少なくとも一方（実施形態では第３スペーサプレート１６におけるベースプレート１７側の広巾面）には、前記圧力室３６の列間において、この圧力室３６の列（長辺方向、Ｘ方向）に沿って延び且つ外部に連通する検査用流通溝５０が形成されている。この場合、検査用流通溝５０の外向き開口部からの空気の流出又はインク供給通路４７側での圧力低下を検出することにより、圧力室３６の列間の領域における密閉漏れを検査したり、圧力室３６から外部へのリークについても同時に検査したりすることができる。

そして、インクタンク等の図示しないインク貯留部から前記共通インク室７にインクを供給するように連通するインク供給通路４７は、キャビティユニット１の背面側から圧力室３６が形成されるベースプレート１７と、第２及び第３スペーサプレート１５、１６とに貫通形成されている（図２参照）。この構成をさらに詳述すると、図２に示すように、平面視で４つのインク供給通路４７がキャビティユニット１の短辺方向（前記Ｙ方向）に沿い、且つノズル４の列の領域の外側に並ぶように穿設されている。なお、これら４つのインク供給通路４７を、図１の左側から順に４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄと記載する。そして、キャビティユニット１の背面には、インク供給通路４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄがそれぞれ開口されるとともにその開口に対応する濾過部２０ａを有するフィルタ体２０が配置されて接着材等で貼着されている（図１参照）。

この実施形態では、図１に示すように、インク供給通路４７が４つ設けられているのに対して、共通インク室７が５つ設けられている（個別には、符号７ａ，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄで示す図１参照）。

インク供給通路４７ａは、図１における左側に隣接して配置された２つの共通インク室７ａ，７ａにおける長手方向の一方の端部である２つインク入口に跨って連通している。

他のインク供給通路４７ｂ，４７ｃ，４７ｄには、イエロー、マゼンタ、シアンの各インクがそれぞれ単独に供給され、それぞれのインク供給通路４７ｂ，４７ｃ，４７ｄに、対応する共通インク室７ｂ，７ｃ，７ｄが１つずつ連通している（図１及び図５参照）。

前記各金属製のプレート１２〜１７におけるインク供給通路４７、共通インク室７、貫通孔３７、連通孔３８、接続流路４０、ダンパ室４５、検査用流通溝５０等の凹み形成や貫通する孔等は、エッチング加工、放電加工、プラズマ加工、レーザ加工等により形成されている。ポリイミド等の合成樹脂製で平面視ほぼ矩形薄シート状の１枚のフィルタ体２０には、レーザ加工等にて極小孔が穿設された濾過部２０ａが形成される。フィルタ体２０を金属製にする場合には、電鋳加工により形成すればよい。これらのフィルタ体２０が前記全てのインク供給通路４７ａ〜４７ｄを覆うように接着剤にて接合される。

そして、図２、図５及び図６に示すように、積層される複数枚のプレートのうち、実施形態では２枚のマニホールドプレート１４ａ，１４ｂと上側の第２スペーサプレート１５における、積層面と直交する外周側端面（Ｘ方向に延びる側端面、及びＹ方向に延びる側端面）には、それぞれ少なくともその一部に、積層面からはみ出た接着剤５１を保持するための非直線状のジクザグ部５２が形成されている。

第１実施形態におけるジクザグ部５２は、図５から理解できるように、平面視（積層面）からみて方形状である。また、各プレート１４ａ，１４ｂ、１５におけるジグザグ部５２は、それぞれその凹部のＸ方向またはＹ方向の長さＬ１に対して突出部（プレートの側端面の最突出端面）のＸ方向またはＹ方向の長さがＬ１であり、凹部の深さＬ２（積層面に沿う方向の寸法）で、且つ積層方向に互いに隣接する２枚のマニホールドプレート１４ａ，１４ｂにおけるジグザグ部５２、及びマニホールドプレート１４ｂと第２スペーサプレート１５におけるジグザグ部５２は積層方向に交互に一致しない位置にずらして配置されている（図５及び図６参照）。換言すると、マニホールドプレート１４ａと第２スペーサプレート１５におけるジグザグ部５２は積層方向に一致した位置に配置され、２番目のマニホールドプレート１４ｂにおけるジグザグ部５２は上下に隣接するプレート１４ａ、１５のジグザグ部５２に対して長さＬ１だけずれた位置に配置されているものである。

このように、１枚のプレート１４ａ（１４ｂ、１５）の側端面に凹部と突出部が交互に形成されるジグザグ部５２を形成しておくと、当該側端面がほぼ平面状に揃っている場合に比べて、側端面の表面積を増大させることができる。従って、各プレート１４ａ（１４ｂ、１５）の積層面に塗布している接着剤５１が側端面にはみ出したときに、その接着剤５１が増大した面積に沿って保持される分だけ、接着剤５１の垂れ落ちが減少または無くすることができる。

さらに、図５に示すように、ジグザク部を構成する凹部が内側にプレートの厚さ方向の稜線５３ｂを有するため、はみ出した接着剤をその稜線５３ｂの毛細管現象で保持することができ、接着剤の垂れ落ちをさらに減少することができる。なお、ジグザク部の凹部の長さＬ１が、接着剤を毛細管現象で保持することができる長さであっても、同等の効果を奏する。

そして、積層方向に隣接するプレート１４ａと１４ｂ（１４ｂと１５）間でジグザグ部５２を、積層方向からみて一致せず交互にずれているように配置すると、隣接するプレートの積層面に沿うジグザグ部５２のうち奥行き方向の線分５３ａおよび凹部奥の線分５３ｃは、隣接する板状部品の面と協働して凹状の稜線を形成し、しかも一層表面積を増大することになり、プレート同士を積層するとき、その積層面に塗布している接着剤５１が側端面にはみ出したときに、その接着剤５１が前記稜線５３ａ、５３ｂ、５３ｃに沿って滲み出し、ジグザグ部５２の凹部内に溜まり、キャビティユニット１の下方に、多量の接着剤５１が垂れ落ちないように確実に保持できるのである。なお、このような接着剤５１の垂れ落ちを防止するには、接着工程での最下層及び最上層のプレート以外の中途層のプレートにジグザグ部５２を設けることが好適である。

図７に示すのは第２実施形態であり、ジグザグ部５２の凹部のＸ方向またはＹ方向の長さＬ１に対して突出部のＸ方向またはＹ方向の長さＬ２を大きくなるように設定した形態である。この実施形態でも、ジグザグ部５２の奥行き方向の線分（稜線）５３ａ及び縦方向の線分（稜線）５３ｂの数は第１実施形態と同じであり、ジグザグ部５２の凹部が積層方向に一致しないように交互にずらしているから接着剤５１の保持能力は低下しない。

図８（ａ）〜図８（ｄ）は、ジグザグ部５２の平面視形状の実施形態を示し、図８（ａ）に示す方形状の凹部を有するジグザグ部５２、図８（ｂ）に示す三角状の凹部を有するジグザグ部５２、図８（ｃ）に示す台形状の凹部を有するジグザグ部５２、図８（ｄ）に示すほぼ半円状の凹部を有するジグザグ部５２等があり、いずれの形状でも、ほぼ同じ接着剤保持能力を有することができる。ジグザグ部５２を有するプレートの板厚さを厚くすればそれだけ縦方向の線分（稜線）５３ｂを長さを長くできる。

以上のように形成された８枚の薄い板１１〜１７を互いに位置合わせして重ね接合することで、キャビティユニット１が構成される。これにより、図３、図４及び図５に示すように、キャビティユニット１の内部に長辺方向に延びる共通インク室７が形成される。更に、この共通インク室７に開口した各接続流路４０の入口孔４０ａから対応する連通孔３８、圧力室３６、貫通孔３７を順次経由してノズル４に至る個別のインク流通路が形成される。

さて、前記圧電アクチュエータ２は、特開平４−３４１８５３号公報等に開示された公知のものと同様に、図示しないが複数枚の圧電シートを積層した構造で、１枚の厚さが３０μｍ程度の各圧電シートのうち下から偶数段目の圧電シートの上面（広幅面）には、前記キャビティユニット１における各圧力室３６に対応した箇所ごとに細幅の個別電極が長辺方向（Ｘ方向）に沿って列状に形成され、各個別電極は前記長辺方向と直交するＹ方向に沿って各圧電シートの長辺の端縁部近傍まで延びている。下から奇数段目の圧電シートの上面（広幅面）には、複数個の圧力室３６に対して共通のコモン電極が形成されている。さらに、最上段のシートの上面には、図２に示すように、表面電極９として、前記個別電極の各々に対して電気的に接続される表面電極と、前記コモン電極に対して電気的に接続される表面電極とが設けられている。

そして、このような構成のプレート型の圧電アクチュエータ２における下面（圧力室３６と対面する広巾面）全体に、インク非浸透性の合成樹脂材からなる接着剤シート（図示せず）を予め貼着し、次いで、前記キャビティユニット１に対して、圧電アクチュエータ２が、その各個別電極を前記キャビティユニット１における各圧力室３６の各々に対応させて接着・固定される。また、この圧電アクチュエータ２における上側の表面には、前記フレキシブルフラットケーブル３が加熱加圧されることにより、このフレキシブルフラットケーブル３における各種の配線パターン（図示せず）が、前記各表面電極９に電気的に接合される。

以上の構成において、圧電アクチュエータ２の各個別電極のうち任意のものと、これに対応するコモン電極との間に電圧を印加すると、これら両電極に対応する活性部に、圧電縦効果による積層方向の歪みが発生する。この歪みにより前記任意の個別電極に対する圧力室３６の内容積が縮小する。そのため、両電極に挟まれた圧電シートの分極方向と印加される電界の方向が同じであれば、当該圧力室３６内のインクがノズル４から液滴状に吐出する（所定の印字が行われる）のである。

本発明は、前述の実施形態に限らず、様々な態様に具体化できる。例えば、圧電式のアクチュエータに代えて、発熱式のアクチュエータであってもよい。また、ジグザグ部５２の形成を、プラズマ加工、レーザ加工等により実行しても良い。ジグザグ部５２は平面視方形状のプレートの４側端面の全て、または少なくとも１つ乃至２つの側端面に形成することができる。

前記各実施形態ではインクジェット記録ヘッドに適用したが、電子部品の組み立てに際して、複数枚の金属板製の薄板状部品の少なくとも片面にパターンを有するものを接着剤を介して積層する構造に、本発明を適用することができるものである。

圧電式インクジェット式記録ヘッドの第１実施形態の斜視図である。 圧電式インクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。 キャビティユニットの拡大分解斜視図である。 図１のIV−IV線視拡大断面図である。 ジグザグ部の第１実施形態の拡大斜視である。 図５のVI−VI線矢視断面図である。 ジグザグ部の第２実施形態の拡大斜視図である。 （ａ）は第１実施形態のジグザグ部の部分平面図、（ｂ）は三角状の凹部を有するジグザグ部の部分平面図、（ｃ）は台形状の凹部を有するジグザグ部の部分平面図、（ｄ）はほぼ半円状の凹部を有するジグザグ部の部分平面図である。

符号の説明

ＨＤ インクジェットヘッド
１ キャビティユニット
２ 圧電アクチュエータ
４ ノズル
７（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ） 共通インク室
１１ ノズルプレート
１２ 第１スペーサプレート
１３ ダンパープレート
１４ａ，１４ｂ マニホールドプレート
１５ 第２スペーサプレート
１６ 第３スペーサプレート
１７ ベースプレート
３６ 圧力室
３７ 貫通孔
３８ 連通孔
４０ 接続流路
４５ ダンパ室
４７（４７ａ〜４７ｄ） インク供給通路
５１ 接着剤
５２ ジグザグ部

Claims (4)

1. 所定のパターンが少なくとも片面に形成された複数枚の薄板状部品を含む金属製の薄板状部品を接着剤を介して積層した薄板状部品の積層接着構造において、
   前記複数枚の薄板状部品のうち少なくとも２枚の薄板状部品における前記接着剤が塗布される積層面と直交する外周側端面のうち、少なくとも一部が、前記積層面からはみ出た接着剤を保持するための非直線状のジクザグ部に形成され、
   前記積層方向に隣接する薄板状部品における前記ジグザグ部は、その凹部が積層方向に一致しない位置に配置されていることを特徴とする薄板状部品の積層接着構造。
2. 前記ジグザグ部は、前記積層面からみて三角状、方形状、台形状、もしくはほぼ半円状の凹部を有するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の薄板状部品の積層接着構造。
3. 前記ジグザグ部の凹部は、薄板状部品の積層方向に貫通していることを特徴とする請求項１または２に記載の薄板状部品の積層接着構造。
4. 前記薄板状部品は、複数のノズルを備えたインクジェット記録ヘッド用のプレートであり、前記パターンはインク供給源から前記各ノズルにインクを通過させるためのインク流路であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の薄板状部品の積層接着構造。

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