JP2011046041A - Method of manufacturing liquid ejection head, and liquid ejection head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インクジェット式記録ヘッド等の液体噴射ヘッドの製造方法、及び、当該方法で製造された液体噴射ヘッドに関するものであり、特に、複数のノズルを列設してなるノズル群を有する液体噴射ヘッドの製造方法、及び、液体噴射ヘッドに関するものである。 The present invention relates to a method of manufacturing a liquid jet head such as an ink jet recording head, and a liquid jet head manufactured by the method, and in particular, a liquid jet having a nozzle group in which a plurality of nozzles are arranged. The present invention relates to a head manufacturing method and a liquid jet head.
例えば、液体噴射装置は、ノズルから液体を噴射可能な液体噴射ヘッドを備え、この液体噴射ヘッドから各種の液体を噴射する装置である。この液体噴射装置の代表的なものとして、液体噴射ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッド(以下、単に記録ヘッドという)を備え、この記録ヘッドのノズルから液体状のインクを記録紙等の記録媒体(噴射対象)に対して噴射・着弾させることで画像等の記録を行うインクジェット式プリンター(以下、単にプリンターという。)等の画像記録装置を挙げることができる。また、近年においては、この画像記録装置に限らず、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造装置等、各種の製造装置にも液体噴射装置が応用されている。 For example, a liquid ejecting apparatus is an apparatus that includes a liquid ejecting head capable of ejecting liquid from a nozzle and ejects various liquids from the liquid ejecting head. A typical example of this liquid ejecting apparatus includes an ink jet recording head (hereinafter simply referred to as a recording head) as a liquid ejecting head, and liquid ink is ejected from a nozzle of the recording head to a recording medium such as recording paper (ejection). An image recording apparatus such as an ink jet printer (hereinafter simply referred to as a printer) that records an image or the like by jetting and landing on a target) can be given. In recent years, liquid ejecting apparatuses have been applied not only to this image recording apparatus but also to various manufacturing apparatuses such as a manufacturing apparatus for color filters such as liquid crystal displays.
上記記録ヘッドには、インクを噴射するノズルを複数列設してノズル列とし、ノズルに連通する圧力室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧力発生手段としての圧電素子により変形させて圧力室内に圧力変動を生じさせ、この圧力振動を利用してノズルからインクを噴射させる構成のものがある。圧力発生手段としては、所謂縦振動モードの圧電素子を各圧力室に対応して複数備えてユニット化されたものや、圧力室毎に個別に設けられる所謂撓み振動モードの圧電素子等が使用されている。圧電素子は、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)からなる圧電材料と電極材料を積層して構成されており、駆動電極と共通電極との間に電圧を印加することによって変位する。 In the recording head, a plurality of nozzles for ejecting ink are provided to form a nozzle row, and a part of the pressure chamber communicating with the nozzle is constituted by a vibration plate, and the vibration plate is deformed by a piezoelectric element as pressure generating means. There is a configuration in which pressure fluctuation is generated in the pressure chamber, and ink is ejected from the nozzle using this pressure vibration. As the pressure generating means, a so-called longitudinal vibration mode piezoelectric element corresponding to each pressure chamber is provided as a unit, or a so-called flexural vibration mode piezoelectric element provided individually for each pressure chamber is used. ing. The piezoelectric element is configured by laminating a piezoelectric material made of PZT (lead zirconate titanate) and an electrode material, and is displaced by applying a voltage between the drive electrode and the common electrode.
この種の記録ヘッドでは、より緻密な高解像度の画像を記録する要請から、ノズルの形成ピッチが360dpi以上の高密度のものがあり、各ノズルに対応する圧電素子も極めて微細な加工により形成されている。このため、各ノズルに対応する圧電素子の変位はそれぞればらつきを持っている場合があり、この場合、吐出されるインクの量(重量・体積)やインクの飛翔速度等の噴射特性が各ノズル間で異なってしまうという問題がある。従来、圧電素子の変位のばらつきが補正できない程大きい場合には、圧電素子は不良品として破棄されていた。また、変位のばらつきが不良品とするほど大きくない場合、コンデンサーを備えた補正回路を圧電素子に対して電気的に接続し、この補正回路を制御することにより静電容量を調整する構成も提案されている(特許文献1参照)。 In this type of recording head, there is a high-density nozzle having a nozzle formation pitch of 360 dpi or more in response to a demand for recording a finer and higher-resolution image, and the piezoelectric element corresponding to each nozzle is also formed by extremely fine processing. ing. For this reason, the displacement of the piezoelectric element corresponding to each nozzle may vary, and in this case, the ejection characteristics such as the amount (weight / volume) of the ejected ink and the flying speed of the ink are different between the nozzles. There is a problem that is different. Conventionally, when the variation in displacement of the piezoelectric element is too large to be corrected, the piezoelectric element has been discarded as a defective product. In addition, when the variation in displacement is not so great as to be a defective product, a configuration is proposed in which a correction circuit having a capacitor is electrically connected to the piezoelectric element and the capacitance is adjusted by controlling the correction circuit. (See Patent Document 1).
しかしながら、上記のように圧電素子に補正回路を接続する構成では、その分コストが上昇し、またヘッドサイズが大型化するという問題があった。 However, in the configuration in which the correction circuit is connected to the piezoelectric element as described above, there are problems that the cost is increased and the head size is increased.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数のノズルを列設して成るノズル群を備える液体噴射ヘッドにおいて、各ノズルの噴射特性のばらつきを低減することができる液体噴射ヘッドの製造方法、及び、当該方法で製造された液体噴射ヘッドを提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to reduce variation in ejection characteristics of each nozzle in a liquid ejection head including a nozzle group in which a plurality of nozzles are arranged in a row. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a liquid ejecting head capable of performing the above and a liquid ejecting head manufactured by the method.
本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、複数のノズルを列設してなるノズル群と、ノズル毎に対応して形成された複数の圧力室と、各圧力室に対応して配設され当該圧力室の容積を変動させる複数の圧力発生手段と、を備え、前記圧力発生手段を駆動して圧力室の容積を変動させることで対応するノズルから液体を噴射する液体噴射ヘッドの製造方法であって、
前記各圧力発生手段の特性として変位量又は周波数特性を測定する特性測定工程と、
対応する圧力発生手段の特性に基づいて定められた開口径のノズルをノズル基板に形成するノズル形成工程と、
を含むことを特徴とする。
The present invention has been proposed in order to achieve the above object, and includes a nozzle group in which a plurality of nozzles are arranged, a plurality of pressure chambers formed corresponding to each nozzle, and each pressure chamber. A plurality of pressure generating means arranged correspondingly and changing the volume of the pressure chamber, and driving the pressure generating means to change the volume of the pressure chamber to eject liquid from the corresponding nozzle A method for manufacturing an ejection head, comprising:
A characteristic measuring step of measuring a displacement amount or a frequency characteristic as a characteristic of each pressure generating means;
A nozzle forming step of forming, on the nozzle substrate, a nozzle having an opening diameter determined based on the characteristics of the corresponding pressure generating means;
It is characterized by including.
上記構成によれば、対応する圧力発生手段の特性に基づいて定められた開口径のノズルがノズル基板に形成されるので、即ち、圧力発生手段の特性に応じてノズル群を構成するノズルの開口径が異なるので、圧力発生手段間の特性ばらつきに起因する各ノズル間の噴射特性のばらつきを抑制することが可能となる。 According to the above configuration, the nozzle having the opening diameter determined based on the characteristics of the corresponding pressure generating means is formed on the nozzle substrate, that is, the nozzles constituting the nozzle group are opened according to the characteristics of the pressure generating means. Since the diameters are different, it is possible to suppress variations in ejection characteristics between the nozzles due to variations in characteristics between the pressure generating means.
また、本発明は、複数のノズルを列設してなるノズル群と、
ノズル毎に対応して形成された複数の圧力室と、
各圧力室に対応して配設され当該圧力室の容積を変動させる複数の圧力発生手段と、
を備え、前記圧力発生手段を駆動して圧力室の容積を変動させることで対応するノズルから液体を噴射する液体噴射ヘッドであって、
前記各ノズルの開口径は、対応する圧力発生手段の変位量又は周波数特性に基づいて定められたことを特徴とする。
Further, the present invention provides a nozzle group in which a plurality of nozzles are arranged,
A plurality of pressure chambers formed corresponding to each nozzle;
A plurality of pressure generating means arranged corresponding to each pressure chamber and changing the volume of the pressure chamber;
A liquid ejecting head that ejects liquid from a corresponding nozzle by driving the pressure generating means to vary the volume of the pressure chamber,
The opening diameter of each nozzle is determined based on the displacement amount or frequency characteristic of the corresponding pressure generating means.
上記構成によれば、各ノズルの開口径が、対応する圧力発生手段の変位量又は周波数特性に基づいて定められたので、圧力発生手段間の特性ばらつきに起因する各ノズル間の噴射特性のばらつきが抑制される。 According to the above configuration, since the opening diameter of each nozzle is determined based on the displacement amount or frequency characteristic of the corresponding pressure generating means, the variation in the ejection characteristics between the nozzles due to the characteristic variation between the pressure generating means. Is suppressed.
また、本発明は、複数のノズルを列設してなるノズル群と、ノズル毎に対応して形成された複数の圧力室と、各圧力室に対応して配設され当該圧力室の容積を変動させる複数の圧力発生手段と、を備え、前記圧力発生手段を駆動して圧力室の容積を変動させることで対応するノズルから液体を噴射する液体噴射ヘッドの製造方法であって、
液体噴射ヘッドの液体噴射装置への取り付け状態における装置底面に対するノズル形成面の予定角度に基づいて定められた開口径のノズルをノズル基板に形成するノズル形成工程を含むことを特徴とする。
Further, the present invention provides a nozzle group in which a plurality of nozzles are arranged, a plurality of pressure chambers formed corresponding to each nozzle, and a volume of the pressure chambers arranged corresponding to each pressure chamber. A method of manufacturing a liquid ejecting head that ejects liquid from a corresponding nozzle by driving the pressure generating means to vary the volume of the pressure chamber.
And a nozzle forming step of forming, on the nozzle substrate, a nozzle having an opening diameter determined based on a predetermined angle of the nozzle forming surface with respect to the bottom surface of the device when the liquid jet head is attached to the liquid jet device.
上記構成によれば、装置底面に対するノズル形成面の取り付け予定角度に基づいて定められた開口径のノズルがノズル基板に形成されるので、液体噴射ヘッドの液体噴射装置に対する取り付け姿勢に因らず、ノズル間の噴射特性のばらつきを抑制することが可能となる。 According to the above configuration, since the nozzle having an opening diameter determined based on the expected mounting angle of the nozzle forming surface with respect to the apparatus bottom surface is formed on the nozzle substrate, regardless of the mounting posture of the liquid ejecting head with respect to the liquid ejecting apparatus, It is possible to suppress variations in ejection characteristics between nozzles.
さらに、本発明は、複数のノズルを列設してなるノズル群と、
ノズル毎に対応して形成された複数の圧力室と、
各圧力室に対応して配設され当該圧力室の容積を変動させる複数の圧力発生手段と、
を備え、前記圧力発生手段を駆動して圧力室の容積を変動させることで対応するノズルから液体を噴射する液体噴射ヘッドであって、
前記各ノズルの開口径は、液体噴射ヘッドの液体噴射装置への取り付け状態における装置底面に対するノズル形成面の予定角度に基づいて定められたことを特徴とする。
Furthermore, the present invention provides a nozzle group in which a plurality of nozzles are arranged,
A plurality of pressure chambers formed corresponding to each nozzle;
A plurality of pressure generating means arranged corresponding to each pressure chamber and changing the volume of the pressure chamber;
A liquid ejecting head that ejects liquid from a corresponding nozzle by driving the pressure generating means to vary the volume of the pressure chamber,
The opening diameter of each nozzle is determined based on a predetermined angle of the nozzle forming surface with respect to the bottom surface of the device when the liquid ejecting head is attached to the liquid ejecting device.
上記構成によれば、各ノズルの開口径が、液体噴射ヘッドの装置底面に対するノズル形成面の取り付け予定角度に基づいて定められたので、液体噴射ヘッドの液体噴射装置に対する取り付け姿勢に因らず、ノズル間の噴射特性のばらつきを抑制することが可能となる。 According to the above configuration, since the opening diameter of each nozzle is determined based on the planned mounting angle of the nozzle forming surface with respect to the bottom surface of the liquid ejecting head, regardless of the mounting posture of the liquid ejecting head with respect to the liquid ejecting device, It is possible to suppress variations in ejection characteristics between nozzles.
以下、本発明を実施するための一形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下においては、本発明の液体噴射ヘッドとして、インクジェット式記録装置(以下、プリンター)に搭載されるインクジェット式記録ヘッド(以下、記録ヘッド)を例に挙げて説明する。 Hereinafter, an embodiment for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the embodiments described below, various limitations are made as preferred specific examples of the present invention. However, the scope of the present invention is not limited to the following description unless otherwise specified. However, the present invention is not limited to these embodiments. In the following, an ink jet recording head (hereinafter referred to as a recording head) mounted on an ink jet recording apparatus (hereinafter referred to as a printer) will be described as an example of the liquid jet head of the present invention.
図1はプリンター1の構成を示す斜視図である。このプリンター1は、液体噴射ヘッドの一種である記録ヘッド2が取り付けられると共に、インクカートリッジ3が着脱可能に取り付けられるキャリッジ4と、記録ヘッド2の下方に配設されたプラテン5と、キャリッジ4(記録ヘッド2)を液体着弾対象の一種としての記録紙6の紙幅方向、即ち、主走査方向に往復移動させるキャリッジ移動機構7と、主走査方向に交差する方向である副走査方向(後述するノズル列方向)に記録紙6を搬送する紙送り機構8(移動手段の一種)とを備えて概略構成されている。なお、プリンター1の筐体側にインクカートリッジ3を装着してインク供給チューブを介して記録ヘッド2に供給する構成を採用することもできる。
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the
キャリッジ4は、主走査方向に架設されたガイドロッド9に軸支された状態で取り付けられており、キャリッジ移動機構7の作動により、ガイドロッド9に沿って主走査方向に移動するように構成されている。キャリッジ4の主走査方向の位置は、リニアエンコーダ10によって検出され、その検出信号であるエンコーダーパルスが図示しないプリンターコントローラーに送信される。これにより、このエンコーダーパルスに基づいてキャリッジ4(記録ヘッド2)の走査位置を認識しながら、記録ヘッド2による記録動作(噴射動作)が制御される。
The
キャリッジ4の移動範囲内における記録領域よりも外側(図1における右側)の端部領域には、走査の基点となるホームポジションが設定されている。本実施形態におけるホームポジションには、記録ヘッド2のノズル形成面(ノズル基板25:図2参照)を封止するキャッピング部材11と、ノズル形成面を払拭するためのワイパー部材12とが配置されている。そして、プリンター1は、このホームポジションから反対側の端部へ向けてキャリッジ4(記録ヘッド2)が移動する往動時と、反対側の端部からホームポジション側にキャリッジ4が戻る復動時との双方向で記録紙6上に文字や画像等を記録する所謂双方向記録が可能に構成されている。
A home position serving as a scanning base point is set in an end area outside the recording area within the moving range of the carriage 4 (right side in FIG. 1). In the home position in the present embodiment, a capping
図2は記録ヘッド2の分解斜視図であり、図3は記録ヘッド2の要部断面図である。また、図4は、振動子ユニット18の構成を説明する斜視図である。
例示した記録ヘッド2は、複数の圧電素子15(本発明における圧力発生手段の一種)を列設してなる圧電素子群16及び固定板17をユニット化した振動子ユニット18(図4参照)と、この振動子ユニット18を収納可能なケース19と、ケース19の先端面に接合される流路ユニット20とを備える。
FIG. 2 is an exploded perspective view of the
The illustrated
まず、振動子ユニット18について説明する。図4に示すように、圧電素子群16を構成する圧電素子15は、縦方向に細長い櫛歯状に形成されている。各圧電素子15は、縦方向(素子長手方向)に伸縮可能な縦振動型の圧電素子として構成されている。これらの圧電素子15は、伸縮しない固定端部21を固定板17上に接合することにより、自由端部22を固定板17の先端縁よりも外側に突出させている。即ち、圧電素子15は、所謂片持ち梁の状態で固定板17上に支持されている。また、固定端部21は固定板17の長さよりも短い長さに設けられ、固定板17の前側部分(先端側部分)に接合されている。なお、各圧電素子15における自由端部22の先端は、それぞれ流路ユニット20の島部36(ダイヤフラム部)に接合される(図3参照)。
First, the
振動子ユニット18の圧電素子15に駆動信号を印加するためのフレキシブルケーブル14は、固定板17とは反対側となる固定端部21の側面で圧電素子15と電気的に接続されている。また、各圧電素子15を支持する固定板17は、圧電素子15からの反力を受け止め得る剛性を備えた板状部材によって構成される。本実施形態では、厚さが1mm程度のステンレス鋼板によって作製されている。
The
次に、流路ユニット20について説明する。図2及び図3に示すように、流路ユニット20は、ノズル基板25、流路基板26、及び振動板27から構成され、ノズル基板25を流路基板26の一方の表面に、振動板27をノズル基板25とは反対側となる流路基板26の他方の表面にそれぞれ配置して積層し、接着等により一体化することで構成されている。
Next, the
ノズル基板25は、ドット形成密度に対応したピッチで複数のノズル28を列状に開設した薄手のプレート材である。本実施形態において、ノズル基板25は結晶性基材の一種であるシリコン単結晶性基板から作製され、エッチング加工によって複数のノズル28が列状に開設されている。これらのノズル28によってノズル列(ノズル群の一種)が構成され、このノズル列がノズル基板25に横並びに2列設けられている。このノズル基板25の製造工程については後述する。
The
流路基板26は、共通インク室(リザーバー)31、インク供給口32、及び圧力室33からなるインク流路が形成された板状部材である。具体的には、この流路基板26は、各ノズル28に対応させて圧力室33となる空部を隔壁で区画した状態で複数形成すると共に、インク供給口32および共通インク室31となる空部を形成した板状の部材である。そして、本実施形態の流路基板26は、シリコン単結晶性基板をエッチング処理することで作製されている。
The
上記の圧力室33は、ノズル28の列設方向に対して直交する方向に細長い室として形成され、インク供給口32は、圧力室33と共通インク室31との間を連通する流路幅の狭い狭窄部として形成されている。また、共通インク室31は、インクカートリッジ3に貯留されたインクを各圧力室33に供給するための室であり、インク供給口32を通じて対応する各圧力室33に連通している。
The
振動板27は、ステンレス鋼等の金属製の支持板34上にPPS(ポリフェニレンサルファイド)等の樹脂フィルム35をラミネート加工した二重構造の複合板材であり、圧力室33の一方の開口面を封止するダイヤフラム部として機能すると共に、共通インク室31の一方の開口面を封止するコンプライアンス部としても機能する。そして、ダイヤフラム部として機能する部分、すなわち圧力室33に対応した部分の支持板34にエッチング加工を施し、当該部分を環状に除去して圧電素子15の自由端部22の先端を接合するための島部36を形成している。この島部36は、圧力室33の平面形状と同様に、ノズル28の列設方向と直交する方向に細長いブロック状であり、この島部36の周りの樹脂フィルム35が弾性体膜として機能する。また、コンプライアンス部として機能する部分、すなわち共通インク室31に対応する部分については、支持板34の部分をエッチング加工で除去して樹脂フィルム35だけにしている。
The
そして、上記の島部32には圧電素子15の先端面が接合されているので、この圧電素子15の自由端部を伸縮させることで圧力室33の容積を変動させることができる。この容積変動に伴って圧力室33内のインクに圧力変動が生じる。そして、記録ヘッド2は、この圧力変動を利用してノズル28からインクを噴射させるようになっている。
Since the tip end face of the
図5は、ノズル基板25の構成を説明する平面図である。なお、各ノズル28には、それぞれを区別するために模式的に通し番号(#1〜#360)を付してある。本実施例におけるノズル基板25は、インク(本発明における液体の一種)を噴射するノズル28が、記録紙2の搬送方向と平行となるように360個並ぶノズル列(ノズル群の一種)を構成し、さらに記録紙2の搬送方向に直交する方向(主走査方向)にノズル列が複数(例えば、2列)列設されている。本実施形態におけるノズル列は、ノズル28が例えば360dpiの形成ピッチで開設されている。そして、1つのノズル列を構成する各ノズル28の吐出側の開口径に関し、上記圧電素子15の特性に応じた値に設定されている。以下、この点について説明する。
FIG. 5 is a plan view illustrating the configuration of the
ここで、本発明に係る記録ヘッド2では、ノズル28の形成ピッチに対応して圧電素子15も極めて微細な加工により形成されている。このため、各ノズル28に対応する圧電素子15の変位がそれぞれ異なる場合がある。この場合において何等対策を施さないと、ノズル28から噴射されるインクの量(重量・体積)やインクの飛翔速度等の噴射特性が各ノズル間で異なってしまうという問題がある。噴射特性が各ノズル間で異なってしまうと記録紙等に印刷された画像等の画質が低下する虞がある。
Here, in the
図6は同一ノズル列を構成する各ノズル28から個別にインクを噴射して記録紙等に罫線を印刷したときの当該罫線の幅の違いを説明するグラフであり、横軸は各ノズル28に付されたノズル番号、縦軸は罫線の幅(線幅)を示している。なお、インクを噴射する際に圧電素子15を伸縮駆動させる駆動パルスは、各圧電素子15で同一波形のものが共通に用いられる。図6では、同一波形の駆動パルスで各ノズルに対応する圧電素子15をそれぞれ伸縮駆動させた場合に、#1のノズル28に対応する圧電素子15の変位が最も小さく、ノズル番号が増加するほど対応する圧電素子15の変位が大きくなり、#360のノズル28に対応する圧電素子15の変位が最も大きい例を示している。何等の対策を講じない場合、同じ条件(同一種類のインク、同一波形の駆動パルス、ノズル単独での噴射)で罫線を印刷したときに、#1のノズル28によって印刷された罫線の線幅が最も細く、ノズル番号が増加するほど線幅が太くなり、#360のノズル28によって印刷された罫線の線幅が最も太くなる。
FIG. 6 is a graph for explaining the difference in the width of the ruled line when ink is individually ejected from each
このような圧電素子の特性のばらつきを考慮して、本発明に係る記録ヘッド2では、各ノズル28の開口径が、対応する圧電素子15の特性に基づいて定められている。ノズル28の噴射特性に直接的に関わる圧電素子15の特性は、所定の駆動信号を印加したときの変位量、又は、圧電素子の周波数特性(共振周波数)である。
In consideration of such variations in the characteristics of the piezoelectric elements, in the
本実施形態においては、ノズル基板25にノズル28を形成する工程の前に、予め圧電素子15の特性が取得される(特性測定工程)。この特性測定工程では、圧電素子15の変位量又は周波数特性が測定される。圧電素子15の変位量を測定する構成の場合、例えば、例えばレーザードップラー振動計や静電容量計等の非接触測定機が用いられる。レーザードップラー振動計を利用した測定の場合、測定対象の圧電素子15の変位部分にレーザー光を照射し、照射光と反射光の周波数変化を利用して圧電素子15が変位量を求められる。また、周波数特性として圧電素子の共振周波数を測定する構成の場合、圧電素子15に印加する電圧の周波数を変化させながらインピーダンスアナライザーなどでインピーダンスの周波数特性を求め、求めた周波数特性から共振周波数を導出することができる。共振周波数と圧電素子15の変位量との間には相関があり、共振周波数が小さいほど変位量が大きく、逆に共振周波数が大きいほど変位量は小さくなる傾向にある。したがって、各圧電素子15の共振周波数を測定することで、それぞれの変位量を推定することができる。
In the present embodiment, before the process of forming the
そして、特性測定工程が行われた後、ノズル基板25にノズル28を形成する工程が行われる(ノズル形成工程)。なお、ノズル28の形成方法に関しては、以下で例示するものには限られず、種々の方法を採用することができる。
図7は、ノズル形成工程の流れを説明する要部断面図である。まず、ノズル基板25となるシリコン基板40の表面全体にフォトレジスト41が成膜され、その上に第1ノズル穴パターン用のマスク42が形成される(図7(a))。次に、このマスク42を介してフォトレジスト41に対して露光および現像が行われ、第1ノズル穴28aに対応する部分に開口43が設けられたレジストパターンが形成される(図7(b))。そして、上記レジストパターンをエッチングマスクとしてシリコン基板40に対し異方性ドライエッチングが行われ、第1ノズル穴28aが形成される。その後、レジストパターンが除去される(図7(c))。
Then, after the characteristic measurement process is performed, a process of forming the
FIG. 7 is a cross-sectional view of the main part for explaining the flow of the nozzle forming process. First, a
ここで、第1ノズル穴28aの内径D1は、最終的なノズル28の開口径である。このため、上記特性測定工程で得られた結果に応じて第1ノズル穴28aの内径D1が調整される。即ち、被加工ノズルに対応する圧電素子15の変位量が大きいほど、或いは、当該ノズル28に対応する圧電素子15の共振周波数が小さいほど、第1ノズル穴28aの内径D1が小さくなるように調整され、被加工ノズルに対応する圧電素子15の変位量が小さいほど、或いは、当該ノズルに対応する圧電素子15の共振周波数が大きいほど、第1ノズル穴28aの内径D1が大きくなるように調整される。したがって、この第1ノズル28aの内径D1は、対応する圧電素子15の特性に応じて各ノズル間で異なる。
Here, the inner diameter D1 of the
図8は、ノズル開口径(第1ノズル28aの内径D1)の調整についての例を示した表である。なお、同図においてマスクとは、第1ノズル穴形成時のマスクパターンの種類である。例えば、特性測定工程で測定した結果、#1から#360までの各ノズル28に対応する圧電素子15の特性(変位量又は共振周波数)に差が無い(0%)である場合、ノズルに対応する開口部の大きさが一定のマスクAを用いて第1ノズル穴28aの形成が行われる。その結果、各ノズル28の開口径は、基準としての#1のノズル28の内径に揃えられる(100%)。また、例えば、特性測定工程で測定した結果、#1のノズル28に対応する圧電素子15の特性に対し、#360のノズル28に対応する圧電素子15の特性に2%の差(変位量の場合+2%、共振周波数の場合−2%)があった場合、マスクCを用いて第1ノズル穴28aの形成が行われる。本実施形態における振動子ユニット18では、素子列設方向の一端に位置する圧電素子15(#1のノズル28に対応する圧電素子)から他端の圧電素子15(#360のノズル28に対応する圧電素子)に向けて特性差が線形的に大きくなる傾向にある。この傾向に応じて、マスクCの開口部分の径が#1のノズル28に対応するものから#360のノズル28に対応するものまで徐々に小さくなっている。その結果、各ノズル28の開口径(第1ノズル穴28aの内径D1)は、基準としての#1のノズル28から#360のノズル28に向けて徐々に小さくなっていき、#360のノズル28の内径は、#1のノズル28の内径(100%)に対して90%の大きさに調整される。このように、圧電素子の特性差に応じて複数のマスクパターンを用意しておけば、圧電素子15の特性に基づいて定められた開口径のノズル28を容易に形成することができる。なお、基準としては#1のノズル28には限らず、最も望ましい特性を示す圧電素子15に対応するノズル28を基準とすれば良い。
FIG. 8 is a table showing an example of adjustment of the nozzle opening diameter (the inner diameter D1 of the
次に、第1ノズル穴28aが形成されたシリコン基板40の全面にフォトレジスト44が成膜され、さらに、第2ノズルパターン用のマスク45が形成される(図7(d))。このマスク45を介して露光および現像が行われ、第2ノズル穴28bに対応する部分に開口46が設けられたレジストパターンが形成される(図7(e))。続いて、このレジストパターンをエッチングマスクとして異方性ドライエッチングが行われ、第2ノズル穴28bが形成される(図7(f))。この第2ノズル穴28bの内径D2は、第1ノズル穴28aの内径D1よりも大きく調整される。この第1ノズル28aの内径D2は、各ノズル間で一定に揃えられる。そして、シリコン基板40の吐出側の面に撥水膜の成膜などの必要な表面処理が施されてノズル基板25が完成する。
Next, a
以上の工程を経てノズル基板25にノズル28が形成され、最終的なノズル28の開口径である第1ノズル穴28aの内径D1が、対応する圧電素子15の特性に応じた大きさに調整される。ノズル28の開口径が大きいほど当該ノズル28から噴射されるインクの量が増加し、開口径が小さいほど当該ノズル28から噴射されるインクの量が減少するので、各ノズル28について、対応する圧電素子15の特性に応じた開口径に調整されることにより、圧電素子間の特性の差異に拘わらず、噴射特性のばらつきを低減することができる。これにより、記録紙等の噴射対象に印刷された画像等の画質の低下を防止することが可能となる。
Through the above steps, the
なお、ノズル28の形状に関し、上記で例示したものには限られない。例えば、上記の例では、ノズル28が第1ノズル穴28aと第2ノズル穴28bとにより2段のノズル穴で構成された例を示したが、例えば、3段以上のノズル穴で構成されてもよい。
また、ノズル基板25に関し、シリコン基板によって作製されたものには限られず、例えば、ステンレス鋼等の金属板から作製してもよい。この構成の場合、ポンチを用いたプレス加工によってノズル28を作製することができる。
The shape of the
Further, the
さらに、上記では、圧力発生手段として、例えば、所謂縦振動型の圧電素子15を例示したが、これには限られず、例えば、所謂撓み振動型の圧電素子を採用する構成においても本発明を適用することが可能である。
Further, in the above, for example, the so-called longitudinal vibration type
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
図9は、本実施形態における記録ヘッド2′を採用するプリンター1′の断面図である。このプリンター1′では、当該プリンター1′の前後幅を削減して省スペース化を図る等の目的から記録ヘッド2′及びプラテン5等の内蔵部品が、プリンター1′の装置底面48に対して傾斜した状態で取り付けられており、これにより、ノズル列を構成する各ノズル28の鉛直方向の位置がそれぞれ異なっている点に特徴を有している。なお、その他の構成については上記第1の実施形態と同様であるため、説明は省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a
装置底面48が水平となる理想的な設置状態でプリンター1′が使用されるものと想定して、記録ヘッド2等が底面48に対して傾斜した状態で取り付けられる場合、ノズル列を構成する各ノズル28の鉛直方向の位置がそれぞれ異なる。各ノズル28の鉛直方向の位置が異なると、各ノズル28におけるメニスカスの水頭もそれぞれ異なることになる。これにより、各ノズル28に対し、同一条件でインクを噴射したときに、鉛直方向の位置が低い位置にあるノズル28ほど噴射されるインクの量が低下し、鉛直方向の位置が高い位置にあるノズル28ほど噴射されるインクの量が増加することになる。このような不具合を防止するため、本実施形態においては、装置底面48に対するノズル基板25のノズル形成面(吐出側の面)の傾斜角θ(記録ヘッド2′がプリンター1′に取り付けられる際の予定角度)に基づいて各ノズル28の開口径がそれぞれ定められている。なお、ノズル基板25にノズル28を形成する工程については、上記第1の実施形態(図7)で例示したノズル形成工程と基本的に同様の過程を経る。
Assuming that the
図10は、本実施形態におけるノズル開口径(第1ノズル28aの内径D1)の調整についての例を示した表である。なお、図10は、ノズル形成面を装置底面48に対して傾斜させた場合に、#1のノズル28が鉛直方向で最も低い位置に配置され、#360のノズル28が鉛直方向で最も高い位置に配置される例を示している。
例えば、装置底面48に対するノズル基板25のノズル形成面の傾斜角θが0度、即ち、ノズル形成面と装置底面48が平行である場合、マスクAを用いて第1ノズル穴28aの形成が行われる。この場合、各ノズル28のメニスカスの水頭差が無いと想定されるので、マスクAのノズル28に対応する開口部の径は同一に揃えられている。その結果、各ノズル28の開口径は、基準としての#1のノズル28の内径に揃えられる(100%)。また、例えば、装置底面48に対するノズル基板25のノズル形成面の傾斜角θが40度である場合、マスクCを用いて第1ノズル穴28aの形成が行われる。このマスクCの開口部分の径は、#1のノズル28に対応するものから#360のノズル28に対応するものまで徐々に小さくなっており、#360のノズル28に対応する開口部分の径は、#1のノズル28に対応する開口部分の径(100%)に対して90%の大きさとなっている。その結果、各ノズル28の開口径は、基準としての#1のノズル28から#360のノズル28に向けて徐々に小さくなっていき、#360のノズル28の内径は、#1のノズル28の内径(100%)に対して90%の大きさに調整される。
FIG. 10 is a table showing an example of adjustment of the nozzle opening diameter (the inner diameter D1 of the
For example, when the inclination angle θ of the nozzle formation surface of the
このように、各ノズル28の開口径が、装置底面48に対するノズル形成面の傾斜角θに基づいて定められることにより、記録ヘッド2′のプリンター1′に対する取り付け姿勢(取り付け予定角度)に拘わらず各ノズル28間の噴射特性のばらつきを低減することができる。これにより、記録紙等の噴射対象に印刷された画像等の画質の低下を防止することが可能となる。
As described above, the opening diameter of each
以上では、液体噴射装置の一種であるインクジェット式プリンター1を例に挙げて説明したが、本発明は、他の液体噴射装置にも適用することができる。例えば、液晶ディスプレー等のカラーフィルタを製造するディスプレー製造装置等にも適用することができる。
In the above, the
1…プリンター,2…記録ヘッド,15…圧電素子,25…ノズル基板,28…ノズル,40…シリコン基板,42…マスク,48…装置底面
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記各圧力発生手段の特性として変位量又は周波数特性を測定する特性測定工程と、
対応する圧力発生手段の特性に基づいて定められた開口径のノズルをノズル基板に形成するノズル形成工程と、
を含むことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。 Nozzle group in which a plurality of nozzles are arranged, a plurality of pressure chambers formed corresponding to each nozzle, and a plurality of pressure generations arranged corresponding to each pressure chamber and changing the volume of the pressure chamber A liquid ejecting head that ejects liquid from a corresponding nozzle by driving the pressure generating means to vary the volume of the pressure chamber,
A characteristic measuring step of measuring a displacement amount or a frequency characteristic as a characteristic of each pressure generating means;
A nozzle forming step of forming, on the nozzle substrate, a nozzle having an opening diameter determined based on the characteristics of the corresponding pressure generating means;
A method of manufacturing a liquid ejecting head, comprising:
ノズル毎に対応して形成された複数の圧力室と、
各圧力室に対応して配設され当該圧力室の容積を変動させる複数の圧力発生手段と、
を備え、前記圧力発生手段を駆動して圧力室の容積を変動させることで対応するノズルから液体を噴射する液体噴射ヘッドであって、
前記各ノズルの開口径は、対応する圧力発生手段の変位量又は周波数特性に基づいて定められたことを特徴とする液体噴射ヘッド。 A nozzle group in which a plurality of nozzles are arranged, and
A plurality of pressure chambers formed corresponding to each nozzle;
A plurality of pressure generating means arranged corresponding to each pressure chamber and changing the volume of the pressure chamber;
A liquid ejecting head that ejects liquid from a corresponding nozzle by driving the pressure generating means to vary the volume of the pressure chamber,
An opening diameter of each nozzle is determined based on a displacement amount or frequency characteristic of a corresponding pressure generating means.
液体噴射ヘッドの液体噴射装置への取り付け状態における装置底面に対するノズル形成面の予定角度に基づいて定められた開口径のノズルをノズル基板に形成するノズル形成工程を含むことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。 Nozzle group in which a plurality of nozzles are arranged, a plurality of pressure chambers formed corresponding to each nozzle, and a plurality of pressure generations arranged corresponding to each pressure chamber and changing the volume of the pressure chamber A liquid ejecting head that ejects liquid from a corresponding nozzle by driving the pressure generating means to vary the volume of the pressure chamber,
A liquid ejecting head including a nozzle forming step of forming, on a nozzle substrate, a nozzle having an opening diameter determined based on a predetermined angle of a nozzle forming surface with respect to a bottom surface of the device when the liquid ejecting head is attached to the liquid ejecting apparatus. Manufacturing method.
ノズル毎に対応して形成された複数の圧力室と、
各圧力室に対応して配設され当該圧力室の容積を変動させる複数の圧力発生手段と、
を備え、前記圧力発生手段を駆動して圧力室の容積を変動させることで対応するノズルから液体を噴射する液体噴射ヘッドであって、
前記各ノズルの開口径は、液体噴射ヘッドの液体噴射装置への取り付け状態における装置底面に対するノズル形成面の予定角度に基づいて定められたことを特徴とする液体噴射ヘッド。
A nozzle group in which a plurality of nozzles are arranged, and
A plurality of pressure chambers formed corresponding to each nozzle;
A plurality of pressure generating means arranged corresponding to each pressure chamber and changing the volume of the pressure chamber;
A liquid ejecting head that ejects liquid from a corresponding nozzle by driving the pressure generating means to vary the volume of the pressure chamber,
An opening diameter of each nozzle is determined based on a predetermined angle of the nozzle forming surface with respect to the bottom surface of the apparatus when the liquid ejecting head is attached to the liquid ejecting apparatus.
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WO2022003918A1 (en) * | 2020-07-02 | 2022-01-06 | コニカミノルタ株式会社 | Inkjet head, inkjet recording device, and method of manufacturing inkjet head |
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