JP2007175920A - Method for molding structure and nozzle plate for liquid discharging head - Google Patents

Method for molding structure and nozzle plate for liquid discharging head Download PDF

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孝明 白井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for molding a minute structure efficiently at a low cost. <P>SOLUTION: The method for molding a structure having a transferred cavity shape by packing a molten molding material which is cured by cooling in the cavity of a mold and by cooling the material includes: a mold heating process for heating a first mold, a second mold, and a minute mold which forms the cavity of the mold by intruding into a space formed by clamping the first and second molds to a temperature of at least the thermal deformation temperature of the molding material; a molding material packing process for packing the molding material in a space which is larger than the cavity formed by the retreat of the minute mold to a first position; a minute mold moving process for moving the minute mold from the first position to a second position forming the cavity; and a cooling process for cooling the molding material. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、構造体の成形方法及びこの成形方法を用いて成形される液体吐出ヘッド用ノズルプレートに関する。   The present invention relates to a method for forming a structure and a nozzle plate for a liquid discharge head formed using the method.

近年、あらゆる分野で微細加工に対する要請が高まっている。その中で、微小液滴を生成させることなどを目的として、フィルム状又は薄板状の樹脂に微細な孔を設ける技術が求められている。例えば、液体吐出用ヘッドの一例であるインクジェット記録ヘッドは、一般に微細なインク吐出孔、インク流路、及び、このインク流路の一部に設けられる吐出エネルギー発生素子を備えている。このインクジェット記録ヘッドを構成するフィルム状又は薄板状の部材に、インク吐出孔を一方の端部とし他方の端部はインク流路に通じているノズルが複数並べて形成されているものはノズルプレートと称している。   In recent years, there has been an increasing demand for fine processing in all fields. Among them, there is a demand for a technique for providing fine holes in a film-like or thin-plate-like resin for the purpose of generating fine droplets. For example, an ink jet recording head that is an example of a liquid discharge head generally includes fine ink discharge holes, an ink flow path, and a discharge energy generating element provided in a part of the ink flow path. A film-like or thin-plate-like member constituting this ink jet recording head is formed by arranging a plurality of nozzles that have ink discharge holes on one end and the other end leading to an ink flow path. It is called.

上記のノズルプレートのノズルの形成方法として、例えば、金型に樹脂を注入することにより、ノズルやインク室を有するチャンバプレートが作製されるインクジェット記録ヘッドにおいて、金型のノズル穴形成部分に弾性部材よりなる突き当て用金型を当接させたうえで射出成形する方法がある(例えば、特許文献1参照)。   As a method of forming the nozzle of the nozzle plate, for example, in an ink jet recording head in which a chamber plate having nozzles and ink chambers is manufactured by injecting resin into a mold, an elastic member is formed at a nozzle hole forming portion of the mold. There is a method of performing injection molding after abutting an abutting mold made of the material (see, for example, Patent Document 1).

また、インク噴出口が形成されたノズルプレートを有し、グリコール系の誘導体を溶媒としたインクを用いるインクジェットヘッドにおいて、材質が液晶ポリマー、ポリアセタール、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニルサルホン、ポリフタルアミドのいずれかを材料としてノズルプレートを射出成形法により成形し、インク噴出口をエキシマレーザにより形成する方法がある(例えば、特許文献2参照)。
特開2000−71459号公報 特開平6−344563号公報
In addition, in an ink jet head having an ink jet nozzle and using an ink using a glycol-based derivative as a solvent, the material is any of liquid crystal polymer, polyacetal, polyphenylene sulfide, polyphenylsulfone, and polyphthalamide. There is a method in which a nozzle plate is molded by an injection molding method using such a material, and an ink ejection port is formed by an excimer laser (for example, see Patent Document 2).
JP 2000-71459 A JP-A-6-344563

しかしながら、特許文献1における従来技術においては、弾性部材の金型と、相対する型のノズル孔形成部分とが接するとき、両者の金型間に隙間が生じないように弾性部材が弾性変形するような圧を与えなければならないため、金型の傷みが早いことがある。金型が傷んだ場合、その都度金型を製造することが必要となり作業が繁雑となる。また、ノズル径をより小さく(例えば、10μm程度に)する場合でも、弾性部材の押し当ては必要であり、今まで以上に細く脆くなるノズル形成部分は破損しやすくなる。さらに、射出成形機を用いて、ノズル孔径が10μm程度といった微小になるとノズルの細部へ樹脂を流入させるためには高射出圧力が必要とされ、この高射出圧力にて樹脂を流入させようとするとノズル形成部分が高圧力により破損されるという問題が発生する。特に、微小なノズルを複数有する列が複数列設けられるといった高密度のノズルヘッドの要望には応え難くなる。   However, in the prior art in Patent Document 1, when the mold of the elastic member and the nozzle hole forming portion of the opposite mold are in contact with each other, the elastic member is elastically deformed so that no gap is generated between the molds. The mold may be damaged quickly because it must be given a certain pressure. When the mold is damaged, it is necessary to manufacture the mold each time, and the work becomes complicated. Further, even when the nozzle diameter is made smaller (for example, about 10 μm), it is necessary to press the elastic member, and the nozzle forming portion that becomes thinner and more brittle than before is easily damaged. Furthermore, when an injection molding machine is used, if the nozzle hole diameter becomes as small as about 10 μm, a high injection pressure is required to allow the resin to flow into the nozzle details. There is a problem that the nozzle forming portion is damaged by high pressure. In particular, it becomes difficult to meet the demand for a high-density nozzle head in which a plurality of rows having a plurality of minute nozzles are provided.

また、特許文献2においては、ノズルのインク噴出口の加工に用いられるエキシマレーザー加工装置は非常に高価な装置であり、またエネルギー消費量が非常に多いなど生産コストが高くなる。   Further, in Patent Document 2, an excimer laser processing apparatus used for processing an ink ejection port of a nozzle is a very expensive apparatus, and the production cost is high because the energy consumption is very large.

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、微小構造体を、低コストで効率よく製造する成形方法を提供することである。   This invention is made | formed in view of said subject, The place made into the objective is to provide the shaping | molding method which manufactures a microstructure efficiently at low cost.

上記の課題は、以下の構成により解決される。   Said subject is solved by the following structures.

1. 冷却によって硬化する溶融状態の成形材料を成形金型の空隙部に充填し、前記成形材料を冷却させて空隙部の形状が転写された形状を有する構造体の成形方法において、
第1の金型と、第2の金型と、該第1の金型と該第2の金型とが型締めされて成す空間に侵入することで前記成形金型の前記空隙部を成す微細金型と、を前記成形材料の熱変形温度以上に加熱する金型加熱工程と、
前記微細金型が第1の位置に後退していることで成す前記空隙部より広い空間に成形材料を充填する成形材料充填工程と、
前記微細金型を第1の位置より前記空隙部を成す第2の位置まで移動させる微細金型移動工程と、
前記成形材料を冷却する冷却工程と、
を含むことを特徴とする構造体の成形方法。
1. In a molding method of a structure having a shape in which a molding material in a molten state that is cured by cooling is filled in a void of a molding die, and the molding material is cooled to transfer the shape of the void.
The first mold, the second mold, and the space between the first mold and the second mold are inserted into the space formed by clamping, thereby forming the gap of the molding mold. A mold heating step for heating the fine mold to a temperature equal to or higher than the thermal deformation temperature of the molding material;
A molding material filling step of filling a molding material into a space wider than the gap formed by the fine mold retracting to the first position;
A fine mold moving step of moving the fine mold from a first position to a second position forming the gap;
A cooling step for cooling the molding material;
A method for forming a structure, comprising:

2. 前記冷却工程の後、前記微細金型を前記第2の位置より前記第1の位置の方向に後退させる微細金型後退工程を含むことを特徴とする1に記載の構造体の成形方法。   2. 2. The method of forming a structure according to 1, further comprising a fine mold retreating step of retracting the fine mold from the second position in the direction of the first position after the cooling step.

3. 前記成形材料は、熱可塑性樹脂、ガラス又は金属の何れか一つであることを特徴とする1又は2に記載の構造体の成形方法。   3. The method for molding a structure according to 1 or 2, wherein the molding material is any one of a thermoplastic resin, glass, or metal.

4. 前記構造体は、該構造体の厚み方向に孔を有する板形状であって、
前記孔を形成するために前記空間に侵入する前記微細金型の先端は平面であり、
前記微細金型の先端に対する前記第1の金型若しくは前記第2の金型の金型面は平面であり、
前記微細金型の前記第2の位置における前記先端と前記金型面とは接している若しくは隙間を有する、
1乃至3の何れか一つに記載の構造体の成形方法で形成されることを特徴とする液体吐出ヘッド用ノズルプレート。
4). The structure has a plate shape having holes in the thickness direction of the structure,
The tip of the fine mold that enters the space to form the hole is a plane,
The mold surface of the first mold or the second mold with respect to the tip of the fine mold is a plane,
The tip and the mold surface at the second position of the fine mold are in contact with or have a gap,
A nozzle plate for a liquid discharge head, which is formed by the method for forming a structure according to any one of 1 to 3.

5. 前記孔の直径は、1μm以上30μm以下とすることを特徴とする4に記載の液体吐出用ヘッド用ノズルプレート。   5. 5. The nozzle plate for a liquid ejection head according to 4, wherein the hole has a diameter of 1 μm or more and 30 μm or less.

請求項1に記載の発明においては、溶融状態の成形材料が第1の金型と第2の金型と後退している微細金型とで成す空間に注入、充填された後、微細金型を先の空間内に侵入させることで空隙部を成して、この空隙部の形状が転写された構造体が成形される。   In the first aspect of the invention, after the molten molding material is injected and filled into the space formed by the first mold, the second mold, and the retreating fine mold, the fine mold By intruding into the previous space, a void is formed, and a structure in which the shape of the void is transferred is formed.

成形材料が充填される際、それぞれの金型は、成形材料の熱変形温度以上に加熱されていることから、溶融状態で充填される成形材料は流動状態を損なうことなく金型内部の空間に容易に充填されることができる。   When the molding material is filled, each mold is heated to a temperature higher than the heat deformation temperature of the molding material. Therefore, the molding material filled in the molten state does not impair the fluid state in the space inside the mold. Can be easily filled.

また、微細金型が後退していることにより、微細金型は、注入される樹脂による力をほとんど受けることがなくなるため、破損することがなくなり、微細金型の使用期間を長くすることができる。また、微細金型が後退していることにより、注入される成形材料は、空間内への流入の妨げを微細金型により受けることがなくなるため、容易にムラなく充填されることができる。   In addition, since the fine mold is retracted, the fine mold is hardly subjected to the force of the injected resin, and therefore is not damaged, and the usage period of the fine mold can be extended. . In addition, since the fine mold is retracted, the molding material to be injected can be easily and uniformly filled because the fine mold does not prevent the inflow into the space.

更に、第1の金型,移動金型及び微細金型を、冷却することで、成形された構造体が冷却され、取り出し時に不都合な変形等が生じることなく取り扱いが容易な状態まで硬化させることができる。   Furthermore, by cooling the first mold, the moving mold, and the fine mold, the molded structure is cooled and cured to a state where it is easy to handle without causing inconvenient deformation at the time of removal. Can do.

従って、構造体を、低コストで効率よく成形する成形方法を提供することができる。   Therefore, it is possible to provide a molding method for efficiently molding the structure at a low cost.

請求項4に記載の発明においては、上記の効果に加えて板形状のその厚み方向に孔を有する構造体を形成するに際し、孔を形成する微細金型の先端は平面で、この先端に対する金型面も平面であり、第2の位置にある微細金型の先端と先の金型面とは接している若しくは隙間を有している。よって、孔を形成する微細金型の先端は、対する金型面に突き当て状態とならないため、破損することがなくなり微細金型の使用期間を長くすることができる。また、微細金型の先端の平面形状通りの開口を有する孔を設けることができる。   In the invention described in claim 4, in addition to the above-mentioned effect, when forming a plate-like structure having holes in the thickness direction, the tip of the fine mold for forming the holes is a flat surface, and the gold against the tip is formed. The mold surface is also a flat surface, and the tip of the fine mold at the second position and the previous mold surface are in contact with each other or have a gap. Therefore, the tip of the fine mold for forming the hole is not brought into contact with the corresponding mold surface, so that it is not damaged and the service life of the fine mold can be extended. Moreover, the hole which has the opening as the planar shape of the front-end | tip of a fine metal mold | die can be provided.

従って、低コストで効率よく成形される液体吐出用ヘッド用ノズルプレートを提供することができる。   Accordingly, it is possible to provide a nozzle plate for a liquid discharge head that is efficiently formed at low cost.

以下に本発明に係わる実施の形態の一例を図1に示すインクジェット記録ヘッド(以降、記録ヘッドと称する。)におけるノズルプレートの製造を例にして説明する。   An example of an embodiment according to the present invention will be described below by taking as an example the manufacture of a nozzle plate in the ink jet recording head (hereinafter referred to as recording head) shown in FIG.

まず、記録ヘッドの構成を図1を用いて説明する。記録ヘッドAは、ノズルプレート1、ボディプレート2、圧電素子3より構成されている。   First, the configuration of the recording head will be described with reference to FIG. The recording head A includes a nozzle plate 1, a body plate 2, and a piezoelectric element 3.

ノズルプレート1には、インク吐出のためのノズル11を複数配列してある。また、ボディプレート2には、ノズルプレート1を貼り合わせることで、圧力室となる圧力室溝24、インク供給路となるインク供給路溝23及び共通インク室となる共通インク室溝22、並びにインク供給口21が形成されている。   A plurality of nozzles 11 for discharging ink are arranged on the nozzle plate 1. Further, the nozzle plate 1 is bonded to the body plate 2 so that the pressure chamber groove 24 serving as a pressure chamber, the ink supply path groove 23 serving as an ink supply path, the common ink chamber groove 22 serving as a common ink chamber, and the ink. A supply port 21 is formed.

そして、ノズルプレート1のノズル11とボディプレート2の圧力室溝24とが一対一で対応するようにノズルプレート1とボディプレート2とを貼り合わせることで流路ユニットMを形成する。ここで、以後、上記で説明に使用した圧力室溝、供給路溝、共通インク室溝の各符号はそれぞれ圧力室、供給路、共通インク室にも使用する。   And the flow path unit M is formed by bonding the nozzle plate 1 and the body plate 2 so that the nozzle 11 of the nozzle plate 1 and the pressure chamber groove 24 of the body plate 2 correspond one-to-one. Hereafter, the reference numerals of the pressure chamber groove, the supply path groove, and the common ink chamber groove used in the above description are also used for the pressure chamber, the supply path, and the common ink chamber, respectively.

流路ユニットMに圧電素子3をインク吐出用アクチュエータとしてボディプレート2のノズルプレート1を接着する面と反対の各圧力室24の底部の背面に接着することで、記録ヘッドAが完成する。この記録ヘッドAの各圧電素子3に駆動パルス電圧が印加され、圧電素子3から発生する振動が圧力室24の底部に伝えられ、この底部の振動により圧力室24内の圧力を変動させることでノズル11からインク滴を吐出させる。   The recording head A is completed by adhering the piezoelectric element 3 to the flow path unit M on the back surface of the bottom portion of each pressure chamber 24 opposite to the surface to which the nozzle plate 1 of the body plate 2 is adhered. A driving pulse voltage is applied to each piezoelectric element 3 of the recording head A, and vibration generated from the piezoelectric element 3 is transmitted to the bottom of the pressure chamber 24, and the pressure in the pressure chamber 24 is changed by the vibration of the bottom. Ink droplets are ejected from the nozzle 11.

ここで、図2は、この記録ヘッドAにおけるノズルプレート1のY−Y’、及びボディプレート2のX−X’の位置での断面における一つの圧力室24とこれに連通するノズル11の近傍を模式的に示している。ノズル11の形状は、円筒形状部11aと円錐形状部11bとで構成されている。このノズル11の形状は、特に限定されるものではなく、成型時に離型しやすい形状であれば良く、例えば円筒形状や、上記の様なテーパを持つ形状としても良い。また、ノズル11の断面形状は円に限定される必要はなく、円の代わりに多角形等であってもよい。尚、断面形状が円でない場合の直径とは、対象とする断面の断面積を同じ面積の円形に置き換えた場合の直径とする。   Here, FIG. 2 shows one pressure chamber 24 in the cross section at the position of YY ′ of the nozzle plate 1 and XX ′ of the body plate 2 in the recording head A and the vicinity of the nozzle 11 communicating therewith. Is schematically shown. The shape of the nozzle 11 includes a cylindrical portion 11a and a conical portion 11b. The shape of the nozzle 11 is not particularly limited and may be any shape that can be easily released during molding. For example, the nozzle 11 may have a cylindrical shape or a shape having a taper as described above. Further, the cross-sectional shape of the nozzle 11 need not be limited to a circle, and may be a polygon or the like instead of a circle. The diameter when the cross-sectional shape is not a circle is the diameter when the cross-sectional area of the target cross-section is replaced with a circle having the same area.

図2で示すノズル11を複数有するノズルプレート1を成形することに関して説明する。図3は、ノズルプレート1を射出成形により成形するために使用する金型及びその周辺を模式的に示す図である。   The forming of the nozzle plate 1 having a plurality of nozzles 11 shown in FIG. 2 will be described. FIG. 3 is a view schematically showing a mold used for molding the nozzle plate 1 by injection molding and its periphery.

金型の構成は、第1の金型とする固定金型302,第2の金型とする可動金型301、微細金型303により構成されている。キャビティ310にゲート307を通じて充填される成形材料に対して、固定金型302と可動金型301とでノズルプレートの板形状を形成し、キャビティ310内に押し出される微細金型303によりノズル11を形成するようになっている。また、可動金型301、微細金型303は、移動可能としてあり、可動金型301が移動する場合は、微細金型303を伴って移動し、微細金型303は、単独で移動可能となっている。   The mold is composed of a fixed mold 302 as a first mold, a movable mold 301 as a second mold, and a fine mold 303. For the molding material filled into the cavity 310 through the gate 307, the plate shape of the nozzle plate is formed by the fixed mold 302 and the movable mold 301, and the nozzle 11 is formed by the fine mold 303 extruded into the cavity 310. It is supposed to be. The movable mold 301 and the fine mold 303 are movable. When the movable mold 301 is moved, the movable mold 301 is moved together with the fine mold 303, and the fine mold 303 is movable independently. ing.

ここで、図3に示す状態は、成形材料がキャビティ310に注入される直前の状態を示している。この状態から、成形材料は、ゲート307を通じて、キャビティ310に充填され、その後、後退していた微細金型303が前進してキャビティ310に充填されている成形材料を圧縮成形する。成形材料としては、熱可塑性樹脂、ガラス又は金属を用いる。また、これらを成形材料とする場合に使用する成形金型の材料は、特に限定されるものではなく、成形材料に応じて適宜選択すれば良い。   Here, the state shown in FIG. 3 shows a state immediately before the molding material is injected into the cavity 310. From this state, the molding material is filled into the cavity 310 through the gate 307, and then the retracted fine mold 303 is advanced to compress the molding material filled in the cavity 310. As the molding material, a thermoplastic resin, glass or metal is used. Moreover, the material of the molding die used when these are used as the molding material is not particularly limited, and may be appropriately selected according to the molding material.

以下、成形材料を熱可塑性樹脂として説明する。具体的な熱可塑性樹脂(以下、樹脂と称する。)として、例えば、PP(ポリプロピレン)、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PMMA(ポリメチルメタクリレート)、PC(ポリカーボネート),PE(ポリエチレン)、PVC(ポリ塩化ビニル)などが挙げられる。   Hereinafter, the molding material will be described as a thermoplastic resin. As specific thermoplastic resins (hereinafter referred to as resins), for example, PP (polypropylene), PET (polyethylene terephthalate), PMMA (polymethyl methacrylate), PC (polycarbonate), PE (polyethylene), PVC (polychlorinated) Vinyl).

微細金型303に設けられているノズル成形部303aにより形成されるインク等の液滴が吐出されるノズル11の円筒形状部11a(図2参照)の端面の直径(以下、ノズル径と称する。)は、1μm以上30μm以下とするのが好ましい。ノズル径を1μm以上30μm以下とすることで、このノズル径を有するノズルプレート1は高精細の記録にも対応可能であり、且つ生産性の良い低コストとすることが可能である。   The diameter (hereinafter referred to as the nozzle diameter) of the end surface of the cylindrical portion 11a (see FIG. 2) of the nozzle 11 from which droplets such as ink formed by the nozzle forming portion 303a provided in the fine mold 303 are ejected. ) Is preferably 1 μm or more and 30 μm or less. By setting the nozzle diameter to 1 μm or more and 30 μm or less, the nozzle plate 1 having this nozzle diameter can cope with high-definition recording and can be manufactured at low cost with good productivity.

図4は、図3で示した固定金型、可動金型及び微細金型から構成される成形用金型を用いてノズルプレート1を射出成形する工程を模式的に示している。図4(a)は、図3に示す状態と同じく、成形材料である樹脂が注入される直前の状態を、金型周辺やゲート等を省略して金型部分に注目して示している。   FIG. 4 schematically shows a process of injection-molding the nozzle plate 1 using the molding die composed of the fixed die, the movable die and the fine die shown in FIG. FIG. 4A shows the state immediately before the resin as the molding material is injected, focusing on the mold part, omitting the periphery of the mold and the gate, as in the state shown in FIG.

固定金型302、可動金型301及び微細金型303には、それぞれの金型が加熱されるようになっており、これらの金型が加熱される温度は、キャビティ310内に注入される溶融状態の樹脂の熱変形温度以上とするのが好ましい。ここで、熱変形温度は、JIS K7207(荷重4.5×105Paたわみ温度)で規定される。また、金型が加熱される上限温度は、実用上、注入される樹脂の融点以下とするのが好ましい。 Each of the fixed mold 302, the movable mold 301, and the fine mold 303 is heated, and the temperature at which these molds are heated is the melt injected into the cavity 310. It is preferable that the temperature be equal to or higher than the heat distortion temperature of the resin in the state. Here, the thermal deformation temperature is specified by JIS K7207 (load 4.5 × 10 5 Pa deflection temperature). In addition, the upper limit temperature at which the mold is heated is practically preferably not higher than the melting point of the injected resin.

金型の加熱方法は、特に限定されるものではなく、たとえば、公知の水、油又は蒸気等を用いても良い。これらの金型が上記の熱変形温度以上に加熱された状態とすることで、注入される樹脂320は、金型内部であるキャビティ310内において、流れ難いといった状態まで流動性が低下することなく、容易にキャビティ310内に注入、充填される(図4(b))。   The method for heating the mold is not particularly limited, and for example, known water, oil, steam, or the like may be used. By setting these molds to a state heated above the heat deformation temperature, the injected resin 320 does not decrease in fluidity to a state where it is difficult to flow in the cavity 310 inside the mold. It is easily injected and filled into the cavity 310 (FIG. 4B).

樹脂320が高射出圧力で注入、充填される際、図4(b)に示す様に微細金型303は、樹脂の注入圧力を受け難い位置に後退されている。この様に微細金型303が後退していることにより、微細金型303のノズル成形部303aは、注入される樹脂による力をほとんど受けることがなくなるため、破損することがなくなる。従って、微細金型303は長期間使用することができる。   When the resin 320 is injected and filled at a high injection pressure, as shown in FIG. 4B, the fine mold 303 is retracted to a position where it is difficult to receive the resin injection pressure. Since the fine mold 303 is retracted in this way, the nozzle molding portion 303a of the fine mold 303 is hardly damaged by the injected resin, and thus is not damaged. Therefore, the fine mold 303 can be used for a long time.

また、微細金型303のノズル成形部303aが後退しているため、注入される樹脂320は、キャビティ310内への流入の妨げを受けることなく容易にキャビティ310に充填されることができる。微細金型303の後退している位置は、図4(b)が示している様にノズル成形部303aがキャビティ310内より完全に後退している状態とする必要は必ずしもなく、ノズルの形状、注入される成形材料、成形材料の注入圧力等により適宜決めれば良い。   In addition, since the nozzle molding portion 303 a of the fine mold 303 is retracted, the injected resin 320 can be easily filled into the cavity 310 without being hindered from flowing into the cavity 310. As shown in FIG. 4B, the position where the fine mold 303 is retracted does not necessarily need to be such that the nozzle molding portion 303a is completely retracted from the cavity 310, and the shape of the nozzle, What is necessary is just to decide suitably by the molding material injected, the injection pressure of a molding material, etc.

次に、可動金型301と固定金型302とで形成されるキャビティ310に溶融状態の樹脂が注入、充填され、更に微細金型303をキャビティ310内に前進させ(図4(c))、充填されている樹脂が圧縮成形されることでノズル成形部303aの形状が充填されている樹脂に転写される(図4(d)))。可動金型301、固定金型302及び微細金型303は、充填されている樹脂の熱変形温度以上に加熱されていることから、微細金型303はキャビティ310内に容易に前進することが可能とすることができる。   Next, molten resin is injected and filled into the cavity 310 formed by the movable mold 301 and the fixed mold 302, and the fine mold 303 is further advanced into the cavity 310 (FIG. 4C). By compressing and molding the filled resin, the shape of the nozzle forming portion 303a is transferred to the filled resin (FIG. 4D)). Since the movable mold 301, the fixed mold 302, and the fine mold 303 are heated to a temperature higher than the thermal deformation temperature of the filled resin, the fine mold 303 can easily advance into the cavity 310. It can be.

微細金型303が前進してノズルを形成するノズル成形部303aの先端は、平面とし、この先端に対向する固定金型302の面は、平面とするのが好ましく、この平面の面状態を鏡面とするのがより好ましい。   It is preferable that the tip of the nozzle molding portion 303a where the fine mold 303 moves forward to form a nozzle is a flat surface, and the surface of the fixed mold 302 facing the tip is a flat surface. Is more preferable.

また、微細金型303が停止して成るノズル成形部303aの先端と固定金型302との隙間は、注入される材料に応じて0から10μm程度とするのが好ましい。例えば、PET(ポリエチレンテレフタレート)であれば、0μm以上で2μm以下、PP(ポロプロピレン)であれば、0μm以上で2μm以下とするのが好ましい。この隙間は、例えば、微細金型303の移動機構(押し出し機構)に位置制御装置を設けることによるものとしても良いし、微細金型303を押し出した際のキャビティ310の反対側における可動金型301と微細金型303との間に隙間調整板304を設け、この隙間調整板304の厚みを調整(当たり面調整)することによるとしても良い。微細金型303の前進する量を当たり面にて調整する場合、図3に示す微細金型303の変形を防ぐために、微細金型303とこれを移動させる移動機構330との間にスプリング331等の弾性部材を設けるのが好ましい。   Further, the gap between the tip of the nozzle forming portion 303a formed by stopping the fine mold 303 and the fixed mold 302 is preferably about 0 to 10 μm depending on the material to be injected. For example, in the case of PET (polyethylene terephthalate), it is preferably 0 μm or more and 2 μm or less, and in the case of PP (polypropylene), it is preferably 0 μm or more and 2 μm or less. This gap may be caused, for example, by providing a position control device in the movement mechanism (extrusion mechanism) of the fine mold 303, or the movable mold 301 on the opposite side of the cavity 310 when the fine mold 303 is pushed out. Alternatively, a gap adjusting plate 304 may be provided between the metal mold 303 and the fine mold 303, and the thickness of the gap adjusting plate 304 may be adjusted (contact surface adjustment). When the advance amount of the fine mold 303 is adjusted at the contact surface, a spring 331 or the like is provided between the fine mold 303 and the moving mechanism 330 that moves the fine mold 303 in order to prevent deformation of the fine mold 303 shown in FIG. It is preferable to provide an elastic member.

上記の微細金型303の先端と固定金型302とにな隙間を設けた状態でノズルが貫通形成されるメカニズムは明らかではないが、上記の隙間に非常に薄い膜が形成され、この非常に薄い膜の最も弱いと思われる所から穿孔が始まり、その範囲が外側に向かって広がり、ついには、非常に薄い膜が形成されている範囲全体に広がることで、ノズルの先端の平面形状と同等の形状の微小孔が貫通形成されるものと考えられる。   The mechanism through which the nozzle penetrates in a state where a gap is provided between the tip of the fine mold 303 and the fixed mold 302 is not clear, but a very thin film is formed in the gap. Perforation starts from the point where the thin film seems to be weakest, and the range extends outward, and finally extends to the entire range where a very thin film is formed, which is equivalent to the planar shape of the tip of the nozzle It is thought that the micropores of the shape are penetrated.

次に固定金型302,可動金型301及び微細金型303を、例えば冷却水等を用いて冷却する。この冷却により、充填され成形された樹脂320bが冷却され、取り出し時に不都合な変形等が生じることなく取り扱いが容易な状態まで硬化させることができる。   Next, the fixed mold 302, the movable mold 301, and the fine mold 303 are cooled using, for example, cooling water. By this cooling, the filled and molded resin 320b is cooled, and can be cured to a state where it can be easily handled without causing an unfavorable deformation at the time of taking out.

次に、成形された樹脂であるノズルプレート320bを取り出す。ノズルプレート320bを取り出す手順としては、例えば、以下がある。   Next, the nozzle plate 320b, which is a molded resin, is taken out. Examples of the procedure for taking out the nozzle plate 320b include the following.

まず、微細金型303を後退させ、ノズルプレート320bは、固定金型302と可動金型301との間のキャビティ310内に保持されている状態とする(図4(e1))。次に、固定金型302と可動金型301とを型開きをする(図4(f1))ことで、ノズルプレート320bを微細金型に影響を与えることなく、例えば図示しないエジェクターを押し出すエジェクト機構を使用して、容易に取り出すことができる(図4(g))。この場合、微細金型303は、ノズルが形成されているキャビティ310内の樹脂からノズル成形部303aが突出している方向にのみ引き抜かれる力が働くため、例えばノズル形状の金型部に対して垂直方向の押し倒す様な外力が加わることがなく、微細金型303は、より破損する可能性が低くなり、より長期間使用することができるので好ましい。   First, the fine mold 303 is moved backward so that the nozzle plate 320b is held in the cavity 310 between the fixed mold 302 and the movable mold 301 (FIG. 4 (e1)). Next, by opening the fixed mold 302 and the movable mold 301 (FIG. 4 (f1)), for example, an eject mechanism that pushes out an ejector (not shown) without affecting the nozzle plate 320b on the fine mold. Can be easily taken out (FIG. 4G). In this case, since the fine mold 303 has a force to be pulled out only from the resin in the cavity 310 in which the nozzle is formed in the direction in which the nozzle molding portion 303a protrudes, for example, it is perpendicular to the nozzle-shaped mold portion. An external force that pushes the direction down is not applied, and the fine mold 303 is preferable because it is less likely to break and can be used for a longer period of time.

また、ノズルプレート320bを伴って可動金型301を微細金型303と共に後退させる(図4(e2))。次に、微細金型303を後退させる(図4(f2))。微細金型303を後退させることで、ノズルプレート320bを微細金型303に影響を与えることなく、上記と同様にエジェクト機構を使用する等により容易に取り出すことができる(図4(g))。この場合、微細金型303は、ノズルが形成されているキャビティ310内の樹脂からノズル成形部303aが突出している方向にのみ引き抜かれる力が働くため、例えばノズル形状の金型部に対して垂直方法の押し倒す様な外力が加わることがなく、微細金型303は、より破損する可能性が低くなり、より長期間使用することができるので好ましい。   Further, the movable mold 301 is moved back together with the fine mold 303 along with the nozzle plate 320b (FIG. 4 (e2)). Next, the fine mold 303 is retracted (FIG. 4 (f2)). By retracting the fine mold 303, the nozzle plate 320b can be easily taken out by using an eject mechanism or the like without affecting the fine mold 303 (FIG. 4G). In this case, since the fine mold 303 has a force to be pulled out only from the resin in the cavity 310 in which the nozzle is formed in the direction in which the nozzle molding portion 303a protrudes, for example, it is perpendicular to the nozzle-shaped mold portion. The fine mold 303 is preferable because the external force that pushes down the method is not applied, and the possibility that the fine mold 303 is more damaged is reduced and can be used for a longer period of time.

本実施の形態では、インクジェット記録ヘッド用ノズルプレートの成形を例としたが、本発明の成形方法は、これに限定されることなく、その主旨を逸脱しない範囲での変形は可能であり、数μmから数mm程度の直径を有する孔及び同程度の幅、深さを有する溝等の構造を有する、例えば、バイオチップにおける微小孔や試薬液が流れる流路溝等の形成といった用途にも利用することが可能である。   In the present embodiment, the nozzle plate for an ink jet recording head is formed as an example. However, the forming method of the present invention is not limited to this, and can be modified without departing from the gist thereof. It has a structure such as a hole having a diameter of about μm to several mm and a groove having the same width and depth. Is possible.

(実施例1)
成形材料として熱可塑性樹脂であるポリプロピレンを用いてノズル形状を、図2に示すような円筒部(ノズル径:10μm、長さ:30μm)とテーパ部(長さ170μm、テーパ角度約5度)とするノズルを5個有する大きさ5mm×20mm、厚み0.2mmのノズルプレートを100個成形した例を以下に説明する。成形の工程は、図4((e1)、(f1)、(g)を含む)に沿った。
Example 1
The shape of the nozzle is made of polypropylene, which is a thermoplastic resin as a molding material, and a cylindrical portion (nozzle diameter: 10 μm, length: 30 μm) and a tapered portion (length: 170 μm, taper angle: about 5 degrees) as shown in FIG. An example in which 100 nozzle plates having a size of 5 mm × 20 mm and a thickness of 0.2 mm having five nozzles to be formed will be described below. The molding process was in accordance with FIG. 4 (including (e1), (f1), and (g)).

微細金型303を前進させた時のノズル成形部303aの先端と固定金型302との隙間は0以上3μm以下となるように当たり面の隙間調整をし、その結果1μmとした。
固定金型302と可動金型301とを閉じ、両金型及び後退させた微細金型303を120℃に加熱した(図4(a))。この温度は、使用したポロプロピレンの熱変形温度が95℃から105℃(カタログ値)とされていることから決定した。
The contact surface gap was adjusted so that the gap between the tip of the nozzle molding portion 303a and the fixed mold 302 when the fine mold 303 was advanced was 0 or more and 3 μm or less, and the result was 1 μm.
The fixed mold 302 and the movable mold 301 were closed, and both molds and the retracted fine mold 303 were heated to 120 ° C. (FIG. 4A). This temperature was determined from the fact that the thermal deformation temperature of the polypropylene used was 95 ° C. to 105 ° C. (catalog value).

上記の金型温度を維持した状態で190℃で溶融しているポリプロピレンを射出速度30mm/s、最大圧力80MPaとしてキャビティ310内へ射出し(図4(b))、充填後、保圧状態とした。   While maintaining the above mold temperature, polypropylene melted at 190 ° C. is injected into the cavity 310 at an injection speed of 30 mm / s and a maximum pressure of 80 MPa (FIG. 4B). did.

次に、速度0.2mm/sで微細金型303をキャビティ310内に最大圧力5MPaとして前進させ(図4(c))、当たり面にて停止した(図4(d))。   Next, the fine mold 303 was advanced at a maximum pressure of 5 MPa into the cavity 310 at a speed of 0.2 mm / s (FIG. 4C) and stopped at the contact surface (FIG. 4D).

微細金型303が停止している状態で、金型温度を80℃まで冷却することでポリプロピレンを硬化させた。この後、微細金型303を退避させ(図4(e1))、固定金型302と可動金型301とを型開きし(図4(f1))、ノズルプレート320bを成形装置より取り出した(図4(g))。   While the fine mold 303 was stopped, the polypropylene was cured by cooling the mold temperature to 80 ° C. Thereafter, the fine mold 303 is retracted (FIG. 4 (e1)), the fixed mold 302 and the movable mold 301 are opened (FIG. 4 (f1)), and the nozzle plate 320b is taken out from the molding apparatus ( FIG. 4 (g)).

取り出されたノズルプレート320bを室温にて、ノズル部を顕微鏡を用いて目視観察したところ、ノズル部に未貫通部や、部分貫通といった状態は認めらず良好なノズル孔が形成されていた。また、このノズルプレート320bを10個用いて記録ヘッドを組み立ててインクの吐出状態を観察した結果、吐出された液滴間隔のムラやインクの吐出量ムラといった問題となる不具合は認められなかった。   When the nozzle plate 320b was visually observed at room temperature and the nozzle portion was visually observed using a microscope, a good nozzle hole was formed in the nozzle portion with no non-penetrating portion or partial penetration. In addition, as a result of assembling a recording head using 10 nozzle plates 320b and observing the ink ejection state, there were no inconveniences that caused problems such as unevenness in the interval between ejected droplets and unevenness in the ejection amount of ink.

(実施例2)
成形するノズルプレートにおいて、ノズル径を2μm、円筒部の長さを3μm、テーパ部長さ197μmとした以外は、実施例1と全く同じとしてノズルプレートを100個製造した。
(Example 2)
100 nozzle plates were manufactured in exactly the same way as in Example 1, except that the nozzle plate to be molded was 2 μm in nozzle diameter, 3 μm in cylinder length, and 197 μm in taper length.

取り出されたノズルプレート320bは、実施例1と同様に、ノズル部を顕微鏡にて目視観察したところ、ノズル部に未貫通部や、部分貫通といった状態は認めらず良好なノズル孔が形成されていた。また、このノズルプレート320bを10個用いて記録ヘッドを組み立ててインクの吐出状態を観察した結果、吐出された液滴間隔のムラやインクの吐出量ムラといった問題となる不具合は認められなかった。   As with Example 1, the nozzle plate 320b taken out was visually observed with a microscope. As a result, the nozzle portion did not show a non-penetrating portion or a state of partial penetration, and a good nozzle hole was formed. It was. In addition, as a result of assembling a recording head using 10 nozzle plates 320b and observing the ink ejection state, there were no inconveniences that caused problems such as unevenness in the interval between ejected droplets and unevenness in the ejection amount of ink.

実施の形態の一例とするノズルプレートを有するインクジェット記録ヘッドの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the inkjet recording head which has a nozzle plate as an example of embodiment. 図1に示すインクジェット記録ヘッドの一つの圧力室とこれに連通するノズルの近傍を模式的に示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing one pressure chamber of the ink jet recording head shown in FIG. 1 and the vicinity of a nozzle communicating with the pressure chamber. 実施の形態の一例とするノズルプレートを射出成形により成形するために使用する金型及びその周辺を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the metal mold | die used in order to shape | mold the nozzle plate which is an example of embodiment by injection molding, and its periphery. ノズルプレートを射出成形により成形する工程を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the process of shape | molding a nozzle plate by injection molding.

符号の説明Explanation of symbols

1 ノズルプレート
2 ボディプレート
3 圧電素子
11 ノズル
21 インク供給口
22 共通インク室(溝)
23 インク供給路(溝)
24 圧力室(溝)
11a 円筒形状部
11b 円錐形状部
302 固定金型
301 可動金型
303 微細金型
303a ノズル成形部
304 間隔調整板
307 ゲート
310 キャビティ
330 微細金型移動機構
331 スプリング
A インクジェット記録ヘッド
M 流路ユニット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nozzle plate 2 Body plate 3 Piezoelectric element 11 Nozzle 21 Ink supply port 22 Common ink chamber (groove)
23 Ink supply path (groove)
24 Pressure chamber (groove)
11a Cylindrical part 11b Cone part 302 Fixed mold 301 Movable mold 303 Fine mold 303a Nozzle molding part 304 Space adjustment plate 307 Gate 310 Cavity 330 Fine mold moving mechanism 331 Spring A Inkjet recording head M Channel unit

Claims (5)

冷却によって硬化する溶融状態の成形材料を成形金型の空隙部に充填し、前記成形材料を冷却させて空隙部の形状が転写された形状を有する構造体の成形方法において、
第1の金型と、第2の金型と、該第1の金型と該第2の金型とが型締めされて成す空間に侵入することで前記成形金型の前記空隙部を成す微細金型と、を前記成形材料の熱変形温度以上に加熱する金型加熱工程と、
前記微細金型が第1の位置に後退していることで成す前記空隙部より広い空間に成形材料を充填する成形材料充填工程と、
前記微細金型を第1の位置より前記空隙部を成す第2の位置まで移動させる微細金型移動工程と、
前記成形材料を冷却する冷却工程と、
を含むことを特徴とする構造体の成形方法。
In a molding method of a structure having a shape in which a molding material in a molten state that is cured by cooling is filled in a void of a molding die, and the molding material is cooled to transfer the shape of the void.
The first mold, the second mold, and the space between the first mold and the second mold are inserted into the space formed by clamping, thereby forming the gap of the molding mold. A mold heating step for heating the fine mold to a temperature equal to or higher than the thermal deformation temperature of the molding material;
A molding material filling step of filling a molding material into a space wider than the gap formed by the fine mold retracting to the first position;
A fine mold moving step of moving the fine mold from a first position to a second position forming the gap;
A cooling step for cooling the molding material;
A method for forming a structure, comprising:
前記冷却工程の後、前記微細金型を前記第2の位置より前記第1の位置の方向に後退させる微細金型後退工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の構造体の成形方法。 2. The method of forming a structure according to claim 1, further comprising a step of retracting the fine mold from the second position in the direction of the first position after the cooling step. . 前記成形材料は、熱可塑性樹脂、ガラス又は金属の何れか一つであることを特徴とする請求項1又は2に記載の構造体の成形方法。 The method for molding a structure according to claim 1 or 2, wherein the molding material is any one of a thermoplastic resin, glass, or metal. 前記構造体は、該構造体の厚み方向に孔を有する板形状であって、
前記孔を形成するために前記空間に侵入する前記微細金型の先端は平面であり、
前記微細金型の先端に対する前記第1の金型若しくは前記第2の金型の金型面は平面であり、
前記微細金型の前記第2の位置における前記先端と前記金型面とは接している若しくは隙間を有する、
請求項1乃至3の何れか一項に記載の構造体の成形方法で形成されることを特徴とする液体吐出ヘッド用ノズルプレート。
The structure has a plate shape having holes in the thickness direction of the structure,
The tip of the fine mold that enters the space to form the hole is a plane,
The mold surface of the first mold or the second mold with respect to the tip of the fine mold is a plane,
The tip and the mold surface at the second position of the fine mold are in contact with or have a gap,
A nozzle plate for a liquid discharge head, which is formed by the structure forming method according to claim 1.
前記孔の直径は、1μm以上30μm以下とすることを特徴とする請求項4に記載の液体吐出ヘッド用ノズルプレート。 5. The nozzle plate for a liquid discharge head according to claim 4, wherein a diameter of the hole is 1 μm or more and 30 μm or less.
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