特開 2024-5168 吐出ヘッド、ヘッドモジュール、吐出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024005168

(43)【公開日】2024-01-17

(54)【発明の名称】吐出ヘッド、ヘッドモジュール、吐出装置

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/01 20060101AFI20240110BHJP

   B41J 2/16 20060101ALI20240110BHJP

   B41J 2/14 20060101ALI20240110BHJP

【ＦＩ】

B41J2/01 301

B41J2/16 503

B41J2/14 501

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022105237

(22)【出願日】2022-06-30

(71)【出願人】

【識別番号】000006747

【氏名又は名称】株式会社リコー

(74)【代理人】

【識別番号】230100631

【弁護士】

【氏名又は名称】稲元 富保

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 剛史

【テーマコード（参考）】

2C056

2C057

【Ｆターム（参考）】

2C056FA04

2C056FA13

2C056FA14

2C056HA06

2C056HA42

2C056HA46

2C057AF68

2C057AG14

2C057AG44

2C057AN05

2C057AN06

2C057AP12

2C057AP25

2C057BA14

(57)【要約】

【課題】ノズル板の端部を保護できる吐出ヘッド、ヘッドモジュール及び吐出装置を提供する。
【解決手段】被吐出物を吐出する複数のノズル１１１を有するノズル板１１０と、ノズルに１１１通じる流路が形成された流路部材１２０と、ノズル板１１０の第１方向の両側に配置される保護部材１８０とを備え、保護部材１８０はノズル板１１０と樹脂からなる封止材１８１で接合されており、封止材１８１は、ノズル板１１０の第１方向と交差する第２方向に沿う外縁部を覆うように設けられている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被吐出物を吐出するノズルを有するノズル板と、
前記ノズルに通じる流路が形成された流路部材と、
前記ノズル板の第１方向の両側に配置される保護部材と、を備え、
前記保護部材は、前記ノズル板と樹脂で接合されており、
前記保護部材又は前記樹脂は、少なくとも、前記ノズル板の前記第１方向と交差する第２方向に沿う外縁部を覆うように設けられている
ことを特徴とする吐出ヘッド。

【請求項2】

前記保護部材又は前記樹脂の前記ノズル板側の端部は、平面視において、前記ノズル板の外縁と前記ノズルが配置された領域との間に位置する
ことを特徴とする請求項１に記載の吐出ヘッド。

【請求項3】

前記ノズル板の吐出面の内、前記保護部材又は前記樹脂に覆われている外縁部には撥液処理が施されていない
ことを特徴とする請求項１に記載の吐出ヘッド。

【請求項4】

前記ノズル板の吐出面は、前記保護部材の表面より凹んでいる
ことを特徴とする請求項１に記載の吐出ヘッド。

【請求項5】

請求項１ないし４のいずれかに記載の複数の吐出ヘッドを備え、
前記複数の吐出ヘッドは、前記第２方向に並べて配置されている
ことを特徴とするヘッドモジュール。

【請求項6】

請求項１ないし４のいずれかに記載の吐出ヘッドを備えている
ことを特徴とする吐出装置。

【請求項7】

請求項５に記載のヘッドモジュールを備えている
ことを特徴とする吐出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は吐出ヘッド、ヘッドモジュール、吐出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

液体を吐出する吐出ヘッド、あるいは、吐出ヘッドを複数並べたヘッドモジュールとして、ノズルが形成されたノズル面の周縁部を覆うカバー部材を設けるものがある。

【0003】

従来、複数のインク吐出エネルギー発生素子が形成された基板上に、被覆樹脂層のコーティング、露光、現像処理により、複数のインク吐出エネルギー発生素子に対応してインク流路及びインク吐出口が形成されたインクジェット記録ヘッドにおいて、被覆樹脂層の内部に、インク吐出口より大きな口径の孔を有するプレートを積層状に挿入することにより、オリフィスプレート厚を、インク流路の高さに比し、大としたものが知られている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００２－１６０３６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、ノズル板が露出した状態で、ノズル板の外側に保護部材を配置した構成にあっては、ノズル板の外縁部が保護されていない。そのため、保護部材の接着時等にノズル板に欠けなどが発生するおそれがあるという課題がある。

【0006】

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、ノズル板の端部を保護することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の課題を解決するため、本発明に係る吐出ヘッドは、
被吐出物を吐出するノズルを有するノズル板と、
前記ノズルに通じる流路が形成された流路部材と、
前記ノズル板の第１方向の両側に配置される保護部材と、を備え、
前記保護部材は、前記ノズル板と樹脂で接合されており、
前記保護部材又は前記樹脂は、少なくとも、前記ノズル板の前記第１方向と交差する第２方向に沿う外縁部を覆うように設けられている
構成とした。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、ノズル板の端部を保護できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１実施形態に係る吐出ヘッドの図２のＡ－Ａ線に沿う断面説明図である。

【図2】同吐出ヘッドのノズル面側の平面説明図である。

【図3】同吐出ヘッドのポート側の平面説明図である。

【図4】本発明の第２実施形態に係る吐出ヘッドの図１と同様な断面説明図である。

【図5】本発明の第３実施形態に係るヘッドモジュールのノズル面側の平面説明図である。

【図6】同ヘッドモジュールのポート側の平面説明図である。

【図7】本発明に係る吐出装置の一例の概略説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。本発明の第１実施形態について図１ないし図３を参照して説明する。図１は同実施形態に係る吐出ヘッドの図２のＡ－Ａ線に沿う断面説明図、図２は同吐出ヘッドのノズル面側の平面説明図、図３は同吐出ヘッドのポート側の平面説明図である。

【0011】

吐出ヘッド１００は、被吐出物である液体、例えばインクを吐出する複数のノズル１１１を二次元マトリクス状に配置したノズル板１１０と、ノズル１１１に通じる内部流路を形成した流路部材１２０と、ノズル板１１０及び流路部材１２０を保持するハウジング（フレーム部材）１７０とを備えている。ハウジング１７０にはインクポート１７１、１７２と電気コネクタ１９１が設けられている。

【0012】

ノズル板１１０の第１方向である短手方向の両側には、保護部材１８０が配置されている。保護部材１８０はハウジング１７０に接着接合されている。このとき、ノズル板１１０の吐出面であるノズル面１１０ａは、保護部材１８０の表面より凹んでいる。

【0013】

そして、ノズル板１１０の第１方向と交差する第２方向である長手方向に沿う外側面とハウジング１７０の保護部材１８０を接合した面と保護部材１８０との間の空間には、樹脂からなる封止材１８１が充填されている。これにより、保護部材１８０は、樹脂である封止材１８１によりノズル板１１０と接合されている。

【0014】

ここで、樹脂である封止材１８１は、ノズル板１１０の吐出面であるノズル面１１０ａの内、ノズル面１１０ａの第２方向に沿う外縁部を覆うように設けられている。言い換えれば、樹脂である封止材１８１のノズル板１１０側の端部は、平面視において、ノズル板１１０の外縁とノズル１１１が配置された領域との間に位置する。

【0015】

このとき、ノズル板１１０の吐出面であるノズル面１１０ａに形成された撥液膜１１３は、封止材１８１で覆われる外縁部の領域１１０ｂには設けられていない。つまり、封止材１８１で覆われる外縁部の領域１１０ｂには撥液処理が施されていない。これにより、封止材１８１とノズル板１１０のノズル面１１０ａとの密着性を向上できる。

【0016】

このように、保護部材はノズル板と樹脂（封止材）で接合されており、樹脂はノズル板の第１方向と交差する第２方向に沿う周縁部を覆うように設けられている構成とすることで、ノズル板の端部が保護され、外力に耐えることができるようになる。

【0017】

ここで、吐出ヘッド１００の製造工程の一例について説明する。

【0018】

ノズル板１１０には、ステンレス、ニッケルなどの金属、ポリイミドなどの樹脂を用いることもできるが、ここでは、ノズル１１１となる穴（ノズル穴）を高精度に加工するためにシリコンを使用した。厚さ６００μｍのシリコンウェハに、インクを吐出するためのノズル穴をフォトリソプロセス及びドライエッチング加工により形成する。ノズル穴はφ０．０２ｍｍとした。

【0019】

その後、ウエハを研磨加工することで厚みを１００μｍまで薄くし、ウエハからダイシング加工する。

【0020】

ここで、加工後、ノズル板１１０のノズル面１１０ａのみに撥液膜１１３としての撥水膜を形成する。その後、ノズル１１１のエリアとノズル板１１０の短手方向の端部との間から端部までの領域、すなわち、第２方向（長手方向）に沿う周縁部の撥水膜を除去する。除去方法としては、撥水膜を除去しないエリアをテープで保護し、プラズマ処理によって除去する。

【0021】

流路部材１２０は、ノズル板１１０のノズル１１１にインクを供給する流路を有する。厚さ６００μのシリコンウェハ上にＳｉＯ２膜を厚さ０．６μｍ、Ｓｉ膜を厚さ１．５μｍ、ＳｉＯ２膜を厚さ０．４μｍで積層することにより、３層構成の振動板を形成した後に、下部電極として、Ｔｉ膜を厚さ２０ｎｍ、Ｐｔ膜を厚さ２００ｎｍでスパッタリング法により成膜した。

【0022】

そして、下部電極上に、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を有機金属溶液に用いたゾルゲル法で厚さ２μｍを成膜した後、７００℃で焼成し、ＰＺＴの圧電体膜を形成した。

【0023】

その後、圧電体膜上にＰｔ膜を厚さ２００ｎｍでスパッタリング法により成膜して上部電極とした。

【0024】

上部電極形成後に、上部電極、圧電体、下部電極をドライエッチング法でパターニングすることで、圧力室に対応した圧電素子を形成した。

【0025】

また、圧力室間の隔壁上の部分は隔壁上で振動板の可動部にかからないようにした。こうすることで、圧力室に対応した振動板の変形を阻害することがない。

【0026】

次に、プラズマＣＶＤ法により、層間絶縁膜を成膜し、上部電極上及び下部電極上の層間絶縁膜にコンタクトホールを形成した後、Ｔｉ膜を厚さ５０ｎｍ、Ａｌ膜を厚さ２μｍで順次積層し、ドライエッチングによって配線層を形成した。

【0027】

そして、インク供給口部分の振動板をドライエッチングし、圧力室基板の元になるウエハが完成する。

【0028】

次に、保持基板凹部及び供給口となる保持基板開口部を有する保持基板を、シリコンウェハを用いて形成した。まず、ウエハを厚さ４００μｍに研磨し、液室基板側に酸化膜などを形成する。その後、その酸化膜を保持基板凹部及び供給口が開口するようにフォトリソパターニングする。

【0029】

そして、さらにその上にレジストを形成し、保持基板開口部だけが開口するようにレジストをフォトリソパターニングする。そして、ＩＣＰエッチングで液室基板側から開口部を貫通形成する。その後、液室基板側のレジストのみを除去し、はじめにパターニングした酸化膜パターンをマスクとして、基板側をＩＣＰエッチングでハーフエッチングする。最後に酸化膜を除去すると、液室基板側の凹部と貫通開口部を形成することができる。

【0030】

作成した保持基板ウエハの接合面にエポキシ系接着剤をフレキソ印刷機により膜厚２μで塗布し接合し、接着剤を硬化することで保持基板を接合した。その後、６００μｍの液室基板を８０μｍまで研磨した後に、圧力室、流体抵抗部をＩＣＰドライエッチング法で形成し、ウエハからダイシングによりチップ化し、流路部材１２０が完成する。

【0031】

ハウジング１７０は、エポキシやＰＰＳなどの樹脂、ステンレスなどの金属から構成することができるが、ここではエポキシ樹脂を使用した。図３に示すように、背面側（ノズル１１１と反対側）には、インクポート１７１、１７２が設けられ、１色又は２色のインクを供給できるようにした。内部には、インクポート１７１、１７２から供給されるインクを流路部材１２０の内部流路に送るための流路が形成されている。

【0032】

流路部材１２０の圧電体に電気信号を送信するためのプリント基板がハウジング１７０内に配置され、外部から電気信号を送るための電気コネクタ１９１が配置されている。

【0033】

保護部材１８０は、ノズル板１１０よりもノズル面１１０ａ側に凸になっており、印刷メディアやワイパー（払拭部材）からノズル板１１０を保護する。保護部材１８０は、エポキシ樹脂、ＰＰＳなどの樹脂、ステンレスなどの金属から構成することができるが、ここではエポキシ樹脂を使用した。

【0034】

吐出ヘッドは、ノズル板１１０、液室基板と保持基板からなる流路部材１２０、ハウジング１７０が積層されており、ハウジング１７０には保護部材１８０も積層される。

【0035】

作製したノズル板１１０を、エポキシ系接着剤をフレキソ印刷機により膜厚２μｍで塗布し接合、接着剤を硬化することで流路部材１２０と接合した。そして、液室基板の個別配線パッド部にＡＣＦ接合やワイヤーボンディングにて、プリント基板を接合する。

【0036】

次に、流路部材１２０とハウジング１７０、ハウジング１７０と保護部材１８０を接着接合する。

【0037】

最後に、ノズル板１１０、ハウジング１７０、保護部材１８０との間の空間に封止材１８１を充填する。さらに、ノズル板１１０上の撥水膜が除去されたエリアにも封止材１８１をオーバーラップさせることで、ノズル板１１０の第１方向の端部（外縁部）が保護され、外力に耐えることができる。

【0038】

次に、本発明の第２実施形態について図４を参照して説明する。図４は同実施形態に係る吐出ヘッドの図１と同様な断面説明図である。

【0039】

保護部材１８０にはハウジング１７０側に段差部が形成されてノズル板１１０のノズル面１１０ａの第２方向に沿う外縁部に対向する部分（庇部）１８０ａが設けられている。なお、本実施形態において、保護部材１８０は、ステンレス製とし、厚さ０．１５の圧延材を用い、フォトリソプロセスとウェットエッチングにより貫通開口部及び深さ０．１の段差部を加工した

【0040】

そして、保護部材１８０の庇部１８０ａとノズル板１１０のノズル面１１０ａ及びハウジング１７０のノズル面側表面との間には、樹脂である接着剤１８２が充填されて、保護部材１８０の庇部１８０ａとノズル板１１０のノズル面１１０ａとが接着接合されている。

【0041】

保護部材１８０の庇部１８０ａは、ノズル板１１０のノズル面１１０ａの第２方向に沿う外縁部を覆い、かつ、ノズル１１１と重ならない領域で、ノズル面１１０ａに対向する。言い換えれば、保護部材１８０のノズル板１１０側の端部は、平面視において、ノズル板１１０の外縁とノズル１１１が配置された領域との間に位置する。

【0042】

本実施形態でも、ノズル板１１０のノズル面１１０ａのうち、保護部材１８０と接着剤１８２で接合する領域１１０ｂには、撥液膜１１３を設けていない。

【0043】

このように構成することにより、保護部材１８０によってノズル板１１０の端部が保護され、外力に耐えることができる。

【0044】

次に、本発明の第３実施形態について図５及び図６を参照して説明する。図５は同実施形態に係るヘッドモジュールのノズル面側の平面説明図、図６は同ヘッドモジュールのポート側の平面説明図である。

【0045】

ヘッドモジュール４００は、複数の吐出ヘッド１００を第２方向に並べて配置して構成している。

【0046】

なお、本実施形態では、複数の吐出ヘッド１００毎に保護部材１８０を設けているが、複数の吐出ヘッド１に共通の１又は２以上の保護部材１８０を設ける構成とすることもできる。

【0047】

次に、本発明に係る吐出装置の一例について図７を参照して説明する。図７は同装置の概略説明図である。

【0048】

印刷装置１は、液体を吐出する装置であり、シート材Ｐを搬入する搬入部１０と、前処理部２０と、印刷部３０と、乾燥部４０と、搬出部５０とを備えている。

【0049】

印刷装置１は、搬入部１０から搬入（供給）されるシート材Ｐに対し、前処理手段である前処理部２０で必要に応じて前処理液を付与（塗布）し、印刷部３０で液体を付与して所要の印刷を行い、乾燥部４０でシート材Ｐに付着した液体を乾燥させた後、シート材Ｐを搬出部５０に排出する。

【0050】

搬入部１０は、複数のシート材Ｐを収容する搬入トレイ１１（下段搬入トレイ１１Ａ、上段搬入トレイ１１Ｂ）と、搬入トレイ１１からシート材Ｐを１枚ずつ分離して送り出す給送装置１２（１２Ａ、１２Ｂ）とを備え、シート材Ｐを前処理部２０に供給する。

【0051】

前処理部２０は、例えばインクを凝集させ、裏写りを防止する作用効果を有する処理液をシート材Ｐの印刷面に付与する処理液付与手段である塗布部２１などを備えている。

【0052】

印刷部３０は、シート材Ｐを周面に担持して回転する担持部材（回転部材）であるドラム３１と、ドラム３１に担持されたシート材Ｐに向けて液体を吐出する液体吐出部３２を備えている。

【0053】

また、印刷部３０は、前処理部２０から送り込まれたシート材Ｐを受け取ってドラム３１との間でシート材Ｐを渡す渡し胴３４と、ドラム３１によって搬送されたシート材Ｐを受け取って乾燥部４０に渡す受け渡し胴３５を備えている。

【0054】

前処理部２０から印刷部３０へ搬送されてきたシート材Ｐは、渡し胴３４に設けられた把持手段（シートグリッパ）によって先端が把持され、渡し胴３４の回転に伴って搬送される。渡し胴３４により搬送されたシート材Ｐは、ドラム３１との対向位置でドラム３１へ受け渡される。

【0055】

ドラム３１の表面にも把持手段（シートグリッパ）が設けられており、シート材Ｐの先端が把持手段（シートグリッパ）によって把持される。ドラム３１の表面には、複数の吸引穴が分散して形成され、吸引手段によってドラム３１の所要の吸引穴から内側へ向かう吸い込み気流を発生させる。

【0056】

そして、渡し胴３４からドラム３１へ受け渡されたシート材Ｐは、シートグリッパによって先端が把持されるとともに、吸引手段による吸い込み気流によってドラム３１上に吸着担持され、ドラム３１の回転に伴って搬送される。

【0057】

液体吐出部３２は、吐出手段である吐出ユニット３３（３３Ａ～３３Ｄ）を備えている。例えば、吐出ユニット３３Ａはシアン（Ｃ）の液体を、吐出ユニット３３Ｂはマゼンタ（Ｍ）の液体を、吐出ユニット３３Ｃはイエロー（Ｙ）の液体を、吐出ユニット３３Ｄはブラック（Ｋ）の液体を、それぞれ吐出する。また、その他、白色、金色（銀色）などの特殊な液体の吐出を行う吐出ユニットを使用することもできる。

【0058】

吐出ユニット３３は、例えば、前述したヘッドモジュール４００を含むフルライン型ヘッドである。

【0059】

液体吐出部３２の各吐出ユニット３３は、印刷情報に応じた駆動信号によりそれぞれ吐出動作が制御される。ドラム３１に担持されたシート材Ｐが液体吐出部３２との対向領域を通過するときに、吐出ユニット３３から各色の液体が吐出され、当該印刷情報に応じた画像が印刷される。

【0060】

乾燥部４０は、印刷部３０でシート材Ｐ上に付着した液体を乾燥させる。これにより、液体中の水分等の液分が蒸発し、シート材Ｐ上に液体中に含まれる着色剤が定着し、また、シート材Ｐのカールが抑制される。

【0061】

反転機構部６０は、乾燥部４０を通過したシート材Ｐに対して両面印刷をおこなうときに、スイッチバック方式で、シート材Ｐを反転する機構であり、反転されたシート材Ｐは印刷部３０の搬送経路６１を通じて渡し胴３４よりも上流側に逆送される。

【0062】

搬出部５０は、複数のシート材Ｐが積載される搬出トレイ５１を備えている。乾燥部４０から反転機構部６０を介して搬送されてくるシート材Ｐは、搬出トレイ５１上に順次積み重ねられて保持される。

【0063】

本願において、吐出される被吐出物は、ヘッドから吐出可能な粘度や表面張力を有するものであればよく、特に限定されないが、常温、常圧下において、または加熱、冷却により粘度が３０ｍＰａ・ｓ以下となるものであることが好ましい。より具体的には、水や有機溶媒等の溶媒、染料や顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、ＤＮＡ、アミノ酸やたんぱく質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、などを含む溶液、懸濁液、エマルジョンなどであり、これらは例えば、インクジェット用インク、表面処理液、電子素子や発光素子の構成要素や電子回路レジストパターンの形成用液、３次元造形用材料液等の用途で用いることができる。

【0064】

また、吐出装置には、ヘッドモジュール、ヘッドユニットなどを備え、ヘッドを駆動させて液体を吐出させる装置が含まれる。吐出装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。

【0065】

この「吐出装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置なども含むことができる。

【0066】

例えば、「吐出装置」として、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物（三次元造形物）を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置（三次元造形装置）がある。

【0067】

また、「吐出装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。

【0068】

上記「液体が付着可能なもの」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するものなどを意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子などの電子部品、粉体層（粉末層）、臓器モデル、検査用セルなどの媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。

【0069】

上記「液体が付着可能なもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど液体が一時的でも付着可能であればよい。

【0070】

また、「吐出装置」は、吐出ヘッドと被吐出物が付着可能なものとが相対的に移動する装置があるが、これに限定するものではない。具体例としては、吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、吐出ヘッドを移動させないライン型装置などが含まれる。

【0071】

また、「吐出装置」としては、他にも、用紙の表面を改質するなどの目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液を、ノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置などがある。

【符号の説明】

【0072】

１ 印刷装置
１０ 搬入部
２０ 前処理部
３０ 印刷部
４０ 乾燥部
５０ 搬出部
２１ 塗布部
３３ 吐出ユニット
１００ ヘッド
１１０ ノズル板
１１１ ノズル
１２０ 流路部材
１７０ ハウジング
１８０ 保護部材
１８１ 封止材（樹脂）
１８２ 接着剤
４００ ヘッドモジュール

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】