CN116745137A - 喷墨头用喷嘴板、其制造方法、喷墨头以及喷墨记录装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的课题在于提供喷嘴内壁、喷嘴前端中的异形少的不锈钢制的喷墨头用喷嘴板、其制造方法、使用了该喷墨头用喷嘴板的喷墨头以及喷墨记录装置。本发明的喷墨头用喷嘴板是至少由不锈钢构成的喷墨头用喷嘴板,其特征在于,上述不锈钢是马氏体相的含有比例为5.4%以下的奥氏体系不锈钢。
Description
技术领域
本发明涉及喷墨头用喷嘴板、其制造方法、喷墨头以及喷墨记录装置。
更详细地说,涉及喷嘴内壁、喷嘴前端中的异形少的不锈钢制的喷墨头用喷嘴板等。
背景技术
关于喷墨头,在各墨水通道中配置致动器,从与各墨水通道连通的墨水排出口、即形成有喷嘴的喷嘴板排出墨水。
以往,作为喷墨头用喷嘴板(以下,也简称为“喷嘴板”。)的基材,使用针对墨水的化学稳定性、针对机械摩擦的耐久性优异的不锈钢。特别是,经常使用作为奥氏体系不锈钢的SUS304、SUS316等钢种。这些钢种被通用地生产,与其他钢种相比在成本上优异。另外,Cr含有量比较高,耐腐蚀性优异,因此,作为与墨水接触的喷嘴板的基材,化学稳定性优异。
作为在上述那样的奥氏体系不锈钢制的基材形成喷嘴的方法,已知有基于激光加工的方法(非专利文献1)、在利用冲压加工形成凹部后研磨除去背面的凸部的方法(专利文献1)。
然而,将现有的奥氏体系不锈钢作为基材并通过激光加工形成有喷嘴的喷嘴板存在在喷嘴内壁容易产生微小凹部(针孔)的问题。
另外,在利用冲压加工形成凹部后研磨除去背面的凸部的方法中,也存在如下的问题:在将现有的奥氏体系不锈钢作为基材的情况下,在形成凹部时,伴随着塑性变形,在喷嘴内壁从流路侧朝向喷嘴前端(排出方向前端)侧产生条纹状凹凸部,在研磨除去背面的凸部时,条纹状凹凸部在喷嘴前端成为毛刺(突起)而残留。
若在喷嘴内壁存在上述的微小凹部、条纹状凹凸部这样的异形,则在墨水中产生的气泡被卡住而容易产生喷嘴缺陷,维护的频率变高,喷墨记录装置的运转率降低。另外,若在喷嘴前端附近存在上述的微小凹部、条纹状凹凸部以及毛刺等异形,则从该喷嘴排出的墨水排出角弯曲,由此容易产生着落位置的偏差、描绘不均、条纹感以及图案中断等,描绘品质降低。
因此,要求喷嘴内壁、喷嘴前端的微小凹部、条纹状凹凸部以及毛刺等异形少的不锈钢制的喷墨头用喷嘴板。
专利文献1:日本专利第3755332号公报
非专利文献1:Xinbing Liu"Industrial applications of ultrahighprecision short-pulse laser processing(Invited Paper)",Proc.SPIE 5713,PhotonProcessing in Microelectronics and Photonics IV,(12April 2005)
发明内容
本发明是鉴于上述问题、状况而完成的,其解决课题在于,提供喷嘴内壁、喷嘴前端中的异形少的不锈钢制的喷墨头用喷嘴板、其制造方法、使用了该喷墨头用喷嘴板的喷墨头以及喷墨记录装置。
本发明者为了解决上述课题,对上述课题的原因等进行了研究,其结果为,发现了通过使用具有特定的晶体结构比率的不锈钢,能够提供喷嘴内壁、喷嘴前端中的异形少的不锈钢制的喷墨头用喷嘴板等,从而完成了本发明。
即,本发明的上述课题通过以下的手段来解决。
1.一种喷墨头用喷嘴板,至少由不锈钢构成,其特征在于,上述不锈钢是马氏体相的含有比例为5.4%以下的奥氏体系不锈钢。
2.一种喷墨头用喷嘴板,至少由不锈钢构成,其特征在于,上述不锈钢是通过电子束背散射分析法测定的面心立方晶格的面积比例为92.0%以上并且体心立方晶格的面积比例为5.4%以下的不锈钢。
3.根据第一项或者第二项中记载的喷墨头用喷嘴板,其特征在于,上述不锈钢是通过电子束背散射分析法测定的频率平均晶体粒径为0.9μm以下的不锈钢。
4.根据第一项至第三项中的任意一项中记载的喷墨头用喷嘴板,其特征在于,上述不锈钢是通过电子束背散射分析法测定的面积比加权平均晶体粒径为2.3μm以下的不锈钢。
5.根据第一项至第四项中的任意一项中记载的喷墨头用喷嘴板,其特征在于,上述不锈钢是通过电子束背散射分析法测定的频率平均晶体粒径相对于喷嘴前端的开口直径的比率为4.7%以下的不锈钢。
6.根据第一项至第五项中的任意一项中记载的喷墨头用喷嘴板,其特征在于,上述不锈钢是通过电子束背散射分析法测定的面积比加权平均晶体粒径相对于喷嘴前端的开口直径的比率为12.0%以下的不锈钢。
7.一种喷墨头用喷嘴板的制造方法,制造第一项至第六项中的任意一项中记载的喷墨头用喷嘴板,其特征在于,上述喷墨头用喷嘴板的制造方法具有通过激光加工形成喷嘴的工序。
8.一种喷墨头用喷嘴板的制造方法,制造第一项至第六项中的任意一项中记载的喷墨头用喷嘴板,其特征在于,上述喷墨头用喷嘴板的制造方法具有如下工序:通过冲压加工形成凹部,接着通过研磨除去背面的凸部来形成喷嘴。
9.一种喷墨头,其特征在于,上述喷墨头使用第一项至第六项中的任意一项中记载的喷墨头用喷嘴板。
10.一种喷墨记录装置,其特征在于,上述喷墨记录装置具备第九项中记载的喷墨头。
通过本发明的上述手段,能够提供喷嘴内壁、喷嘴前端中的异形少的不锈钢制的喷墨头用喷嘴板、其制造方法、使用了该喷墨头用喷嘴板的喷墨头以及喷墨记录装置。
关于本发明的效果的发现机构或者作用机构,虽然没有明确,但推测如下。
本发明者发现了在以往使用的奥氏体系不锈钢中形成喷嘴时产生微小凹部、条纹状凹凸部和毛刺等异形的原因在于微小含有的马氏体相。具体而言,若使用作为马氏体相的含有比例大于5.4%的奥氏体系不锈钢的、面心立方晶格的面积比例小于92.0%并且体心立方晶格的面积比例大于5.4%的不锈钢,则在喷嘴的形成中显著地产生异形。
关于奥氏体相和马氏体相,晶体结构不同,奥氏体相为面心立方结构,马氏体相为体心立方结构。关于体心立方结构和面心立方结构,单位晶格的空间填充率不同,因此材料物性也不同,其会影响喷嘴内壁、喷嘴前端中的异形的产生。
作为一个例子,已知一般的马氏体系不锈钢与奥氏体系不锈钢相比熔点较低,热传导率也较高。由此,认为马氏体相与奥氏体相相比,热传导率较高,激光加工时的激光烧蚀速度较高。
因此,在激光加工中,若在奥氏体系不锈钢中包含马氏体相作为异相,则微小含有的马氏体相优先被激光烧蚀,结果是认为在喷嘴内壁产生微小凹部(针孔)。
另外,作为其他例子,一般的马氏体系不锈钢与奥氏体系不锈钢相比密度较低,存在伸长率小的倾向,因此相对于拉伸载荷难以塑性变形。由此,认为马氏体相与奥氏体相相比难以塑性变形。
因此,若在奥氏体系不锈钢中包含马氏体相作为异相,则在因基于冲压工具的冲压加工而不锈钢基材产生塑性变形时,在奥氏体相和马氏体相中塑性变形响应产生偏差。由此,结果为认为在喷嘴内壁从流路侧朝向喷嘴前端侧产生条纹状凹凸部。
并且,若在喷嘴内壁形成有这样的条纹状凹凸部,则在接着实施的研磨除去背面凸部时,会成为在喷嘴前端的边缘形成毛刺的原因。
因此,像本发明那样,通过使用马氏体相的含有比例为5.4%以下的奥氏体系不锈钢,或者使用通过电子束背散射分析法测定的面心立方晶格的面积比例为92.0%以上并且体心立方晶格的面积比例为5.4%以下的不锈钢,能够抑制喷嘴形成时的异形的产生。
认为通过这些发现机构或者作用机构,能够提供喷嘴内壁、喷嘴前端中的异形少的不锈钢制的喷墨头用喷嘴板。
附图说明
图1A是不锈钢A的光学显微镜图像。
图1B是不锈钢B的光学显微镜图像。
图1C是不锈钢C的光学显微镜图像。
图2A是通过EBSD测定得到的不锈钢A的晶粒图。
图2B是通过EBSD测定得到的不锈钢B的晶粒图。
图2C是通过EBSD测定得到的不锈钢C的晶粒图。
图3A是由不锈钢A构成的喷嘴板的喷嘴整体的SEM图像。
图3B是由不锈钢B构成的喷嘴板的喷嘴整体的SEM图像。
图3C是由不锈钢C构成的喷嘴板的喷嘴整体的SEM图像。
图4A是由不锈钢A构成的喷嘴板的喷嘴内壁的SEM图像。
图4B是由不锈钢B构成的喷嘴板的喷嘴内壁的SEM图像。
图4C是由不锈钢C构成的喷嘴板的喷嘴内壁的SEM图像。
图5是作为异形的微小凹部(针孔)的SEM图像。
图6是具有作为异形的条纹状凹凸部以及毛刺的喷嘴的截面SEM图像。
图7是不具有异形的喷嘴的截面SEM图像。
具体实施方式
关于本发明的喷墨头用喷嘴板,作为一个实施方式,是至少由不锈钢构成的喷墨头用喷嘴板,其特征在于,上述不锈钢是马氏体相的含有比例为5.4%以下的奥氏体系不锈钢。
另外,关于本发明的喷墨头用喷嘴板,作为一个实施方式,是至少由不锈钢构成的喷墨头用喷嘴板,其特征在于,上述不锈钢是通过电子束背散射分析法测定的面心立方晶格的面积比例为92.0%以上并且体心立方晶格的面积比例为5.4%以下的不锈钢。
在本发明的喷墨头用喷嘴板中,上述不锈钢是通过电子束背散射分析法测定的频率平均晶体粒径为0.9μm以下的不锈钢在能够抑制异形的产生的方面优选。
在本发明的喷墨头用喷嘴板中,上述不锈钢是通过电子束背散射分析法测定的面积比加权平均晶体粒径为2.3μm以下的不锈钢在能够抑制异形的产生的方面优选。
在本发明的喷墨头用喷嘴板中,上述不锈钢是通过电子束背散射分析法测定的频率平均晶体粒径相对于喷嘴前端的开口直径的比率为4.7%以下的不锈钢在能够抑制异形的产生的方面优选。
在本发明的喷墨头用喷嘴板中,上述不锈钢是通过电子束背散射分析法测定的面积比加权平均晶体粒径相对于喷嘴前端的开口直径的比率为12.0%以下的不锈钢在能够抑制异形的产生的方面优选。
关于本发明的喷墨头用喷嘴板的制造方法,作为一个实施方式,是制造本发明的喷墨头用喷嘴板的喷墨头用喷嘴板的制造方法,其特征在于,具有通过激光加工形成喷嘴的工序。
另外,关于本发明的喷墨头用喷嘴板的制造方法,作为一个实施方式,是制造本发明的喷墨头用喷嘴板的喷墨头用喷嘴板的制造方法,其特征在于,具有如下工序:通过冲压加工形成凹部,接着通过研磨除去背面的凸部来形成喷嘴。
本发明的喷墨头用喷嘴板或者使用了该喷墨头用喷嘴板的喷墨头能够适用于喷墨记录装置。
以下,对本发明及其结构要素、以及用于实施本发明的形式、方式进行详细的说明。此外,在本申请中,“~”以包含在其前后记载的数值作为下限值和上限值的含义来使用。
(1)本发明的喷墨头用喷嘴板的概要
关于本发明的喷墨头用喷嘴板,作为一个实施方式,是至少由不锈钢构成的喷墨头用喷嘴板,其特征在于,上述不锈钢是马氏体相的含有比例为5.4%以下的奥氏体系不锈钢。
另外,关于本发明的喷墨头用喷嘴板,作为一个实施方式,是至少由不锈钢构成的喷墨头用喷嘴板,其特征在于,上述不锈钢是通过电子束背散射分析法测定的面心立方晶格的面积比例为92.0%以上并且体心立方晶格的面积比例为5.4%以下的不锈钢。
此外,在本申请中,“墨水”不限定于含有染料或者颜料的液体,例如是指也包含清漆等高分子材料、含有金属微粒的液体等的用于印刷、记录、染色等的液体。因此,本发明的喷墨头用喷嘴板排出的墨水不限定于含有染料或者颜料的液体。
(2)不锈钢的晶体结构
在本申请中,“奥氏体系不锈钢”是指在常温下以奥氏体为主要组织的不锈钢。例如,列举SUS301、SUS304、SUS316等由JISG4304规定的奥氏体钢。在本发明中,在针对墨水的化学稳定性的方面优选SUS304。
“奥氏体相”是指在不锈钢中,晶体结构为面心立方晶格(FCC:Face CenteredCubic Lattice)的相。另外,“马氏体相”是指晶体结构为体心立方晶格(BCC:BodyCentered Cubic Lattice)的相。
不锈钢的组成比在微观上并不完全一样,即使是奥氏体系不锈钢,微观上也包含热力学上亚稳定的状态的区域。在这样的区域中,在常温下处于与奥氏体相相比马氏体相的自由能较小的状态,通过受到冷轧等塑性变形,从而产生加工诱发马氏体转变,有时在奥氏体相中包含若干量的马氏体相。
能够通过电子束背散射分析法(EBSD:Electron backscatter diffraction)来测定不锈钢的晶体结构是面心立方晶格还是体心立方晶格。
“电子束背散射分析法”是指对通过向在扫描式电子显微镜(SEM:ScanningElectron Microscope)内倾斜的样本照射电子束而得的晶体方位所对应的电子束散射图案(菊池线)进行分析,来得到晶体信息的方法。能够将在相邻的测定点之间具有一定以上的方位差的部位识别为各晶粒的边界,制作晶粒图。另外,能够测定各晶粒的晶体结构以及晶体粒径。
此外,在基于电子束背散射分析法的测定(以下,也称为“EBSD测定”。)中也存在无法决定晶体结构的晶粒,但本发明中的面心立方晶格的面积比例[%]以及体心立方晶格的面积比例[%]是相对于除去了无法决定晶体结构的晶粒后的面积的比例。
本发明的一个实施方式的不锈钢的特征在于,该不锈钢是通过上述的方法测定的面心立方晶格的面积比例为92.0%以上并且体心立方晶格的面积比例为5.4%以下的不锈钢。由此,能够抑制喷嘴形成时的异形的产生。
此外,本发明中的面心立方晶格的面积比例[%]以及体心立方晶格的面积比例[%]是将小数点后的第二位四舍五入而得的值。
另外,能够将通过电子束背散射分析法测定的面心立方晶格的面积比例[%]以及体心立方晶格的面积比例[%]分别视为奥氏体相的含有比例[%]以及马氏体相的含有比例[%]。
此外,本发明中的奥氏体相的含有比例[%]以及马氏体相的含有比例[%]是将小数点后的第二位四舍五入而得的值。
即,本发明的一个实施方式的不锈钢的特征在于,该不锈钢是晶体结构为体心立方晶格的马氏体相的含有比例为5.4%以下的奥氏体系不锈钢。由此,能够抑制喷嘴形成时的异形的产生。
另外,本发明的不锈钢也能够使用碳浓度低的不锈钢。在冲压加工中,产生加工诱发马氏体转变,晶体粒径微细化而不锈钢硬化,容易产生异形。在碳浓度低的不锈钢中,不容易产生加工诱发马氏体转变,因此能够抑制异形的产生。作为碳浓度低的不锈钢,例如能够列举SUS304L、SUS316L等。
(3)不锈钢的晶体粒径
关于本发明的不锈钢,通过电子束背散射分析法测定的平均晶体粒径较小在能够抑制异形的产生的方面优选。具体而言,优选频率平均晶体粒径为0.9μm以下,或者面积比加权平均晶体粒径为2.3μm以下。
此外,本发明的频率平均晶体粒径[μm]以及面积比加权平均晶体粒径[μm]是将小数点后的第二位四舍五入而得的值。
另外,关于本发明的不锈钢,优选通过电子束背散射分析法测定的频率平均晶体粒径相对于喷嘴前端(排出方向前端)的开口直径的比率为4.7%以下,或者通过电子束背散射分析法测定的面积比加权平均晶体粒径相对于喷嘴前端(排出方向前端)的开口直径的比率为12.0%以下。由此,能够抑制喷嘴形成时的异形的产生。
此外,频率平均晶体粒径相对于喷嘴前端的开口直径的比率[%]以及面积比加权平均晶体粒径相对于喷嘴前端的开口直径的比率[%]是将小数点后的第二位四舍五入而得的值。
“频率平均晶体粒径”是指将测定区域内的晶体粒径的合计值除以频率(粒子的个数)而得的值。
“面积比加权平均晶体粒径”是指根据在测定区域内所占的面积的比例对数据进行加权而计算出的值,是将晶体粒径乘以晶粒面积而得的合计值除以晶粒面积的合计值而得的值。
这里,关于“喷嘴前端的开口直径”,在喷嘴前端的开口形状为圆形的情况下是指该圆的直径,在不是圆形的情况下,是指置换为与开口面积相同面积的圆的情况下的该圆的直径。
(4)喷嘴的形成
关于本发明的喷墨头用喷嘴板的制造方法,作为一个实施方式,是制造本发明的喷墨头用喷嘴板的方法,其特征在于,具有通过激光加工形成喷嘴的工序。
另外,关于本发明的喷墨头用喷嘴板的制造方法,作为一个实施方式,是制造本发明的喷墨头用喷嘴板的方法,其特征在于,具有如下工序:通过冲压加工形成凹部,接着通过研磨除去背面的凸部来形成喷嘴。
从墨水排出稳定性的方面出发,所形成的喷嘴的形状优选为漏斗型。例如能够采用日本特开2017-19174号公报的第[0037]段中记载的形状。通过使喷嘴形状为漏斗型,在伴随着墨水排出而引入弯液面时,能够抑制在喷嘴内卷入气泡。
<基于激光加工的喷嘴的形成>
关于基于激光加工的喷嘴的形成方法,例如能够使用日本专利4455884号公报的第[0014]~[0035]段、日本特开2017-19174号公报的第[0016]~[0036]段等中记载的方法。
具体而言,使用放射脉冲宽度为30皮秒以下的激光的激光源、用于扫描激光的压电控制反射镜、以及用于对激光束进行聚光的聚光透镜,一边进行激光向不锈钢基材的聚光和扫描一边进行激光烧蚀加工,由此形成喷嘴。喷嘴的三维形状能够通过激光束的扫描图案来控制。
激光的脉冲宽度越是短脉冲,则对不锈钢的热影响越少。与皮秒脉冲相比,优选使用飞秒脉冲。另外,伴随着激光烧蚀加工,产生不锈钢的粉尘,因此为了从喷嘴加工位置除去粉尘,优选一边吹送空气等气体一边进行激光加工。另外,通过使用衍射光学元件(DOE:diffractive optical element)等分割激光束,能够同时加工多个喷嘴,因此能够提高喷嘴加工工序的生产性。
优选改变不锈钢基材的高度或透镜的高度,以使得伴随着不锈钢基材的烧蚀加工的进行,透镜的焦点位置到达基材表面。通过使喷嘴加工高度与透镜焦点高度同步地对准,能够防止在散焦状态下被加工,减少透镜的像差影响,由此能够减少喷嘴加工形状的异常。
<基于冲压加工+研磨除去的喷嘴的形成>
基于冲压加工+研磨除去的喷嘴的形成例如能够通过日本专利第3755332号公报的第[0008]~[0014]段中记载的方法来进行。
在基于冲压加工的凹部的形成中,使用冲压工具。冲压工具为以喷嘴形状为基准的形状。通过将冲压工具压入不锈钢基材的流路侧的面,能够使不锈钢基材塑性变形,形成转印有喷嘴形状的凹部形状。另外,在冲压工具的压入时,为了接受并把持变形地突出的不锈钢基材,使用形成有冲模的模具。
接着,通过研磨来削去排出面侧的所形成的凸部,从而形成喷嘴。具体而言,能够通过粗研磨和精研磨这两个阶段进行凸部的研磨除去。
粗研磨优选使用带研磨。带研磨是按压固定有微小的磨粒的膜来研磨的方法,通过在磨粒的磨损、堵塞进行之前送出膜,能够使研磨加工稳定,进而实现自动化。
精研磨优选使用化学机械研磨(CMP:chemical mechanical polishing)。通过并行地进行加入了研磨剂的研磨液的供给、研磨垫的按压、以及工件的相对移动,能够利用化学作用与机械研磨的复合作用,切削在粗研磨中残留的凹凸而得到非常平坦的表面。
(5)喷墨头用喷嘴板的利用
本发明的喷墨头用喷嘴板能够用于喷墨头、喷墨记录装置以及喷墨记录方法等。
本发明的喷墨头用喷嘴板的喷嘴内壁、喷嘴前端中的异形较少,因此使用了该喷嘴板的喷墨头不容易产生喷嘴缺陷,能够减少使用了该喷墨头的喷墨记录装置的维护频率。另外,由于不容易产生着落位置的偏差、描绘不均、条纹感以及图案中断等,因此描绘品质良好。
此外,关于本发明的喷墨头,除了使用本发明的喷墨头用喷嘴板以外的结构没有特别限定,与一般的喷墨头同样,能够通过具备压力室、压电致动器、振动板、布线基板、共用墨水室以及驱动部等而构成。
另外,关于本发明的喷墨记录装置,除了具备本发明的喷墨头以外的结构没有特别限定,与一般的喷墨记录装置同样,能够通过具备由该喷墨头构成的头单元,还具备输送带以及输送辊等而构成。
在将本发明的喷墨头用喷嘴板用于喷墨记录方法的情况下,优选与该喷嘴板一同,使用表面张力处于20~40mN/m的范围内的墨水。另外,优选通过在记录装置设置墨水的脱气机构,或者使用脱气完毕的墨水,从而使墨水中的溶解氧量相对于大气压下降低至20%以下之后使用。另外,更优选为,可以使溶解氧量为3.0g/mL以下。
由此,成为喷嘴缺陷的原因的气泡不容易在墨水中产生,因此能够进一步减少喷嘴缺陷的产生。
实施例
以下,列举实施例对本发明进行具体地说明,但本发明并不限定于此。
(1)实施例1:通过激光加工形成喷嘴的喷嘴板
(1.1)不锈钢
不锈钢使用新日铁化学材料(NIPPON STEEL Chemical&Material Co.,Ltd.)制、厚度50μm、奥氏体系的下述不锈钢A~C。
不锈钢A:SUS304-CSP-H-TA材料
不锈钢B:SUS304-CSP-H材料 批次1
不锈钢C:SUS304-CSP-H材料 批次2
上述不锈钢的“H”是指硬质材料。另外,“TA”是指进行了通过压延而除去不锈钢的应力、翘曲的张力退火处理的材料。即,不锈钢A是进行了张力退火处理的硬质材料,不锈钢B和不锈钢C是未进行张力退火处理的硬质材料。“CSP”是指冷轧钢带(Cold-rolled steelstrip for springs:弹簧用冷轧钢带)。
图1A~C分别是不锈钢A~C的、倍率设为100倍而拍摄到的光学显微镜图像。关于表面形态,不锈钢A~C没有观察到差异。
接下来,对EBSD测定结果进行说明。此外,使用日本电子制SEM JSM-7001F以及TSL公司制OIM软件Ver.7.3,将SEM加速电压设为15kV,将试料倾斜角设为70°,将测定区域设为100μm×40μm,将测定步骤(测定点间隔)设为0.2μm,将晶粒界的方位差的阈值设为5°,而进行了EBSD测定。
图2A~C分别是不锈钢A~C的、通过EBSD测定而得到的晶粒图。在图2A~C的各图中,晶体结构的差异被划分为面心立方晶格的区域、体心立方晶格的区域、无法决定晶体结构的区域而被映射。
此外,本发明中的面心立方晶格的面积比例[%]和体心立方晶格的面积比例[%]是相对于除去无法决定晶体结构的晶粒后的面积的比例,因此并不是相当于包含无法决定晶体结构的区域的整体的比例(图中所示的Iron bcc以及Iron fcc的值),而是需要使用这些值,通过以下的计算式来求出。
面心立方晶格的面积比例[%]=Iron fcc/(Iron bcc+Iron fcc)×100
体心立方晶格的面积比例[%]=Iron bcc/(Iron bcc+Iron fcc)×100
通过上述的计算而求出的面心立方晶格的面积比例[%]和体心立方晶格的面积比例[%]如下述表I所示。
不锈钢的面心立方晶格的面积比例[%]和体心立方晶格的面积比例[%]能够分别视为不锈钢中的奥氏体相的含有比例[%]和马氏体相的含有比例[%]。
可知不锈钢A~C均是面心立方晶格的面积比例超过90%,奥氏体相为主相。另外,在不锈钢A~C中的任一方中,均是体心立方晶格的面积比例与面心立方晶格的面积比例相比相当小,因此可以说马氏体相为异相。
通过EBSD测定而得到的频率平均晶体粒径[μm]和面积比加权平均晶体粒径[μm]如下述表I所示。
(1.2)通过激光加工形成喷嘴的喷嘴板的制作
通过对上述不锈钢A~C分别通过激光加工形成喷嘴,而制作喷嘴板No.1~3。
激光加工是通过皮秒激光加工而进行的。具体而言,从YLF(氟化钇锂)激光放出的波长1053nm、脉冲宽度25ps、输出:1W、重复频率:1kHz的激光束由衍射光学元件(DOE)分支成208根,通过焦距100mm的f-sinθ透镜聚光于不锈钢基材的成为流路侧的面,一边通过压电控制反射镜进行射束扫描一边进行烧蚀加工,从而形成208个喷嘴。
改变不锈钢基材的高度,以使得伴随着不锈钢基材的烧蚀加工的进行,透镜的焦点位置到达基材表面。
关于喷嘴形状,喷嘴板No.1~3都是喷嘴内壁的锥角两个阶段地变化的漏斗型,将流路侧的开口直径设为90μm,将第一阶段的锥角设为约45°,将第一阶段的锥部的深度设为30μm,将连通的第二阶段的锥角设为约9°,将第二阶段的锥部的深度设为约20μm,将喷嘴前端的开口直径设为19.1μm。
基于喷嘴前端的开口直径的19.1μm而计算出的频率平均晶体粒径/喷嘴开口直径[%]和面积比加权平均晶体粒径/喷嘴开口直径[%]如下述表I所示。
(1.3)通过激光加工形成了喷嘴的喷嘴板的评价
为了评价喷嘴板No.1~3中的异形的产生的情况,使用日立高新技术公司制的扫描式电子显微镜(SEM)S4800进行SEM观察。
图3A~C和图4A~C是从流路侧拍摄喷嘴板No.1~3的喷嘴而得的SEM图像。图3A~C分别是以倍率800倍拍摄喷嘴板No.1~3而得的喷嘴整体的SEM图像。另外,图4A~C分别是以倍率8000倍拍摄喷嘴板No.1~3而得的喷嘴内壁的SEM图像。
喷嘴板No.1~3都得到同样的喷嘴形状,确认了大致的加工性同等。
然而,在由不锈钢A构成的喷嘴板No.1中,在喷嘴内壁产生了作为异形的微小凹部(针孔)。图5是该微小凹部的SEM图像。微小凹部的大小约为1μm,异形产生频率为16/208(对208个喷嘴进行观察,异形的数量为16个)。
另一方面,在由不锈钢B构成的喷嘴板No.2以及由不锈钢C构成的喷嘴板No.3中,异形产生频率都是0/208(对208个喷嘴进行观察,异形的数量为0个)。
[表1]
在由不锈钢A构成的喷嘴板No.1中产生的异形是作为异相包含于不锈钢中的体心立方晶格、即马氏体相的影响。马氏体相的熔点比奥氏体相的熔点低,因此在激光加工中与奥氏体相相比容易烧蚀,成为引起异形的重要因素。
从实施例1的结果可知,若像不锈钢A那样马氏体相的含有比例大于5.4%,则马氏体相作为微小凹部(针孔)那样的异形而明显。
另一方面,可知如果像不锈钢B和不锈钢C那样马氏体相的含有比例为5.4%以下,则马氏体相不会作为异形而明显。
作为与不锈钢B和不锈钢C相比,不锈钢A的马氏体相的含有比例较大的理由,考虑张力退火处理的有无、原材料中包含的杂质量的影响等。
另外,在由不锈钢B构成的喷嘴板No.2和由不锈钢C构成的喷嘴板No.3中,不锈钢的频率平均晶体粒径为0.9μm以下,而且面积比加权平均晶体粒径为2.1μm以下,因此认为更不容易产生微小凹部。
(2)实施例2:通过冲压加工+研磨除去形成了喷嘴的喷嘴板
(2.1)不锈钢
使用在实施例1中使用了的不锈钢A和不锈钢C。
(2.2)通过冲压加工+研磨除去形成了喷嘴的喷嘴板的制作
在上述不锈钢A、C分别通过冲压加工形成凹部,接着通过研磨除去背面的凸部来形成喷嘴,由此制作喷嘴板No.4和No.5。
喷嘴形状为与实施例1同样的形状。
冲压加工是使用具有以喷嘴形状为基准的形状的冲压工具而进行的。通过将冲压工具压入不锈钢基材的流路侧的面,而使不锈钢基材塑性变形,形成转印有喷嘴形状的凹部形状。另外,在冲压工具的压入时,为了接受并把持变形地突出的不锈钢基材,使用形成有冲模的模具。
接着,通过研磨来削去排出面侧的所形成的凸部,从而形成喷嘴。具体而言,通过粗研磨和精研磨这两个阶段进行凸部的研磨除去。
利用带研磨进行粗研磨。在研磨膜中,使用在厚度75μm的聚酯膜的单面粘接有磨粒的膜。
利用化学机械研磨(CMP)进行精研磨。通过并行地进行加入了研磨剂的研磨液的供给、研磨垫的按压以及工件的相对移动,利用化学作用和机械研磨的复合作用,切削在粗研磨中残留的凹凸而得到非常平坦的表面。
(2.3)通过冲压加工+研磨除去形成了喷嘴的喷嘴板的评价
与实施例1同样,对喷嘴板No.4和No.5进行了SEM观察。喷嘴板No.4和No.5都得到同样的喷嘴形状,确认了大致的加工性同等。
然而,在由不锈钢A构成喷嘴板No.4中,在喷嘴内壁产生条纹状凹凸部,另外,在喷嘴前端的边缘产生毛刺。图6是可知喷嘴内壁的条纹状凹凸部、喷嘴前端的毛刺的情形的喷嘴的SEM图像,是将喷嘴板No.4所具有的喷嘴中的一个喷嘴切断并拍摄该截面的喷嘴前端附近而得到的图。图中下侧为喷嘴前端。
另一方面,在由不锈钢C构成的喷嘴板No.5中,没有确认出条纹状凹凸部、毛刺。图7是作为没有条纹状凹凸部、毛刺的合格品的喷嘴的SEM图像,是将喷嘴板No.5所具有的喷嘴中的一个喷嘴切断并拍摄该截面的喷嘴前端附近而得到的图。图中下侧为喷嘴前端。
在由不锈钢A构成的喷嘴板No.4中产生的异形是作为异相包含于不锈钢中的体心立方晶格、即马氏体相的影响。在冲压加工中不锈钢塑性变形时,周边的奥氏体相与马氏体相的塑性变形响应产生偏差,由此在喷嘴内壁从流路侧朝向喷嘴前端侧产生条纹状凹凸部。
从实施例2可知,若像不锈钢A那样马氏体相的含有比例大于5.4%,则容易产生条纹状凹凸部。
并且,在由不锈钢A构成的喷嘴板No.4中,条纹状凹凸部形成于喷嘴内壁,由此在接下来实施的背面的凸部的研磨除去时,在喷嘴前端的边缘形成毛刺。
另一方面,如果像不锈钢C那样马氏体相的含有比例为5.4%以下,则可知不产生条纹状凹凸部。
另外,在由不锈钢C构成的喷嘴板No.5中,不锈钢的频率平均晶体粒径为0.9μm以下,而且面积比加权平均晶体粒径为2.1μm以下,因此认为更不容易产生条纹状凹凸部。
产业上的可利用性
本发明能够用于喷嘴内壁、喷嘴前端中的异形少的不锈钢制的喷墨头用喷嘴板、其制造方法、使用了该喷墨头用喷嘴板的喷墨头以及喷墨记录装置。
Claims (10)
1.一种喷墨头用喷嘴板,至少由不锈钢构成,其特征在于,
所述不锈钢是马氏体相的含有比例为5.4%以下的奥氏体系不锈钢。
2.一种喷墨头用喷嘴板,至少由不锈钢构成,其特征在于,
所述不锈钢是通过电子束背散射分析法测定的面心立方晶格的面积比例为92.0%以上并且体心立方晶格的面积比例为5.4%以下的不锈钢。
3.根据权利要求1或2所述的喷墨头用喷嘴板,其特征在于,
所述不锈钢是通过电子束背散射分析法测定的频率平均晶体粒径为0.9μm以下的不锈钢。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的喷墨头用喷嘴板,其特征在于,
所述不锈钢是通过电子束背散射分析法测定的面积比加权平均晶体粒径为2.3μm以下的不锈钢。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的喷墨头用喷嘴板,其特征在于,
所述不锈钢是通过电子束背散射分析法测定的频率平均晶体粒径相对于喷嘴前端的开口直径的比率为4.7%以下的不锈钢。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的喷墨头用喷嘴板,其特征在于,
所述不锈钢是通过电子束背散射分析法测定的面积比加权平均晶体粒径相对于喷嘴前端的开口直径的比率为12.0%以下的不锈钢。
7.一种喷墨头用喷嘴板的制造方法,制造权利要求1至6中的任意一项所述的喷墨头用喷嘴板,其特征在于,
所述喷墨头用喷嘴板的制造方法具有通过激光加工形成喷嘴的工序。
8.一种喷墨头用喷嘴板的制造方法,制造权利要求1至6中的任意一项所述的喷墨头用喷嘴板,其特征在于,
所述喷墨头用喷嘴板的制造方法具有如下工序:通过冲压加工形成凹部,接着通过研磨除去背面的凸部来形成喷嘴。
9.一种喷墨头,其特征在于,
所述喷墨头使用权利要求1至6中的任意一项所述的喷墨头用喷嘴板。
10.一种喷墨记录装置,其特征在于,
所述喷墨记录装置具备权利要求9所述的喷墨头。
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