JP2012183792A

JP2012183792A - 液体噴射ヘッドの検査方法

Info

Publication number: JP2012183792A
Application number: JP2011050019A
Authority: JP
Inventors: 亙 ▲高▼橋; Wataru Takahashi
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2011-03-08
Filing date: 2011-03-08
Publication date: 2012-09-27

Abstract

【課題】信頼性の高い検査を行うことができる液体噴射ヘッドの検査方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る液体噴射ヘッドの検査方法は、流路３２が形成された流路形成基板３０と、流路３２と連通するノズル穴５２を有するノズル板５０と、流路３２に圧力変化を生じさせるアクチュエーター１０と、を含む液体噴射ヘッドの検査方法であって、赤外線顕微鏡を用いて、液体噴射ヘッド１００を、ノズル板５０側から観察する工程を含み、ノズル板５０の材質は、シリコンである。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体噴射ヘッドの検査方法に関する。

インクジェットプリンター等に用いられる液体噴射ヘッドは、一般的に、流路が形成された流路形成基板と、流路と連通するノズル穴を有するノズル板と、流路に圧力変化を生じさせるアクチュエーターと、を含んで構成されている（例えば、特許文献１参照）。

このような液体噴射ヘッドは、例えば、流路形成基板の一方の面側に圧電素子等からなるアクチュエーターを設ける工程と、流路形成基板に流路を形成する工程と、流路形成基板の他方の面側にステンレス鋼からなるノズル板を接着する工程と、を含む製造方法によって製造される。このようにして製造された液体噴射ヘッドでは、その後、流路形成基板とノズル板との接着状態等の検査が行われる。従来、ノズル板と流路形成基板との間の接着状態の検査は、目視による外観検査や破壊検査であった。

特開２００７−２１６４７４号公報

具体的には、流路形成基板とノズル板との接着状態の目視による外観検査は、例えば、検査対象となるノズル板の表面の状態と、良品と不良品となる品質の限界を示した限度サンプルの表面の状態と、を目視によって比較して行う。この外観検査では、ノズル板の表面を見て接着状態を判定しなければならないため、良品か不良品かの判定が難しく、良品が不良品と判定されたり、不良品が良品と判定されたりする場合がある。

また、破壊検査は、例えば、一連の接着工程で製造された製品、または同一日に接着された製品のなかから一部を抜き取り、その製品を破壊して行う。そのため、例えば、全数検査ができず、完全な品質保証ができない。

このように従来の検査方法では、信頼性の高い検査を行うことができないという問題があった。

本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、信頼性の高い検査を行うことができる液体噴射ヘッドの検査方法を提供することにある。

本発明に係る液体噴射ヘッドの検査方法は、
流路が形成された流路形成基板と、前記流路と連通するノズル穴を有するノズル板と、前記流路に圧力変化を生じさせるアクチュエーターと、を含む液体噴射ヘッドの検査方法であって、
赤外線顕微鏡を用いて、前記液体噴射ヘッドを、前記ノズル板側から観察する工程を含み、
前記ノズル板の材質は、シリコンである。

このような液体噴射ヘッドの検査方法によれば、非破壊で、流路形成基板とノズル板との間の接着状態や流路形成基板に生じた欠陥およびノズル板に生じた欠陥を明瞭に観察することができる。したがって、信頼性の高い検査を行うことができる。

本発明に係る液体噴射ヘッドの検査方法において、
前記液体噴射ヘッドを観察する工程では、前記流路形成基板と前記ノズル板との間の接着状態を観察してもよい。

このような液体噴射ヘッドの検査方法によれば、流路形成基板とノズル板との間の接着状態について、信頼性の高い検査を行うことができる。

本発明に係る液体噴射ヘッドの検査方法において、
前記液体噴射ヘッドを検査する工程では、前記流路形成基板に生じた欠陥および前記ノズル板に生じた欠陥を観察してもよい。

このような液体噴射ヘッドの検査方法によれば、流路形成基板に生じた欠陥およびノズル板に生じた欠陥について、信頼性の高い検査を行うことができる。

本発明の検査の対象となる液体噴射ヘッドを模式的に示す分解斜視図。本発明の検査の対象となる液体噴射ヘッドを模式的に示す平面図。本発明の検査の対象となる液体噴射ヘッドを模式的に示す断面図。赤外線顕微鏡を用いて液体噴射ヘッドを観察した結果の画像。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１．液体噴射ヘッド
まず、本発明に係る検査の対象となる液体噴射ヘッドの一例として、当該液体噴射ヘッドがインクジェット式記録ヘッドである場合について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る検査の対象となる液体噴射ヘッド１００を模式的に示す分解斜視図である。図２は、液体噴射ヘッド１００を模式的に示す平面図である。図３は、液体噴射ヘッド１００を模式的に示す断面図である。なお、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。図２および図３では、便宜上、保護基板４０、駆動回路６０の図示を省略している。

液体噴射ヘッド１００は、図１〜図３に示すように、アクチュエーター１０と、流路形成基板３０と、保護基板４０と、ノズル板５０と、駆動回路６０と、を含む。

アクチュエーター１０は、振動板１２ａ，１２ｂと、圧電素子１３と、を有する。アクチュエーター１０は、図１〜図３に示すように、１つの圧力発生室３２に対して１つ配置されている。

振動板１２ａ，１２ｂは、流路形成基板３０上に形成されている。振動板１２ａ，１２ｂは、可撓性を有し、圧電体１６の動作によって変形（屈曲）することができる。これにより、圧力発生室３２の容積を変化させることができる。図示の例では、振動板１２ａ，１２ｂは、２層であるが、その層数は特に限定されない。振動板１２ａの材質は、例えば、酸化シリコンであり、振動板１２ｂの材質は、例えば、酸化ジルコニウムである。

なお、図示はしないが、振動板１２ａ，１２ｂを設けずに、第１電極１４が振動板であってもよい。すなわち、第１電極１４が、圧電体１６に電圧を印加するための一方の電極としての機能と、圧電体１６の動作によって変形することのできる振動板としての機能と、を有していてもよい。

圧電素子１３は、第１電極１４と、圧電体１６と、第２電極１８と、を有する。圧電素子１３は、流路形成基板３０上に設けられている。圧電素子１３は、駆動回路６０に電気的に接続され、駆動回路の信号に基づいて、動作（振動、変形）することができる。

第１電極１４は、振動板１２ｂ上に形成されている。第１電極１４の形状は、例えば、層状または薄膜状である。第１電極１４の厚みは、例えば、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下とすることができる。また、第１電極１４の平面形状は、第２電極１８が対向配置されたときに両者の間に圧電体１６を配置できる形状であれば、特に限定されず、例えば、矩形である。

第１電極１４の材質は、例えば、ニッケル、イリジウム、白金などの各種の金属、それらの導電性酸化物（例えば酸化イリジウムなど）、ストロンチウムとルテニウムの複合酸化物（ＳｒＲｕＯｘ：ＳＲＯ）、ランタンとニッケルの複合酸化物（ＬａＮｉＯｘ：ＬＮＯ）などである。第１電極１４は、例示した材料の単層構造でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。

第１電極１４の機能の一つとしては、第２電極１８と一対になって、圧電体１６に電圧を印加するための一方の電極（例えば、圧電体１６の下方に形成された下部電極）となることが挙げられる。第１電極１４は、図示の例では、複数の圧電素子１３の共通電極である。第１電極１４は、配線（図示せず）を介して、駆動回路６０と電気的に接続されている。

圧電体１６は、第１電極１４上に形成されている。圧電体１６は、例えば、第１電極１４の上面および側方、並びに振動板１２ｂの上方に形成されている。圧電体１６の厚さは、例えば、３００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下とすることができる。

圧電体１６は、圧電材料によって形成される。そのため、圧電体１６は、第１電極１４および第２電極１８によって電圧が印加されることで変形することができる。この変形により振動板１２ａ，１２ｂは、変形（屈曲）することができる。これにより、圧力発生室（流路）３２に圧力変化を生じさせることができる。

圧電体１６の材質は、一般式ＡＢＯ_３で示されるペロブスカイト型酸化物（たとえば、Ａは、Ｐｂを含み、Ｂは、ＺｒおよびＴｉを含む。）が好適である。このような材料の具体例としては、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、ニオブ酸カリウムナトリウム（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ_３）などが挙げられる。

第２電極１８は、圧電体１６上に形成されている。第２電極１８は、第１電極１４に対向配置されている。第２電極１８の厚みは、例えば、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下とすることができる。第２電極１８の平面形状は、第１電極１４に対向配置されたときに両者の間に圧電体１６を配置できる形状であれば、特に限定されず、例えば、矩形である。第２電極１８の材質は、例えば、第１電極１４の材質として列挙した上記材料である。

第２電極１８の機能の一つとしては、圧電体１６に電圧を印加するための一方の電極（例えば、圧電体１６の上方に形成された上部電極）となることが挙げられる。第２電極１８は、配線１９を介して、駆動回路６０と電気的に接続されている。

流路形成基板３０は、アクチュエーター１０（振動板１２ａ）の下に設けられている。流路形成基板３０の材質は、例えば、シリコンである。流路形成基板３０がノズル板５０と振動板１２ａとの間の空間を区画することにより、図１に示すように、リザーバー（液体貯留部）３４と、リザーバー３４と連通する供給口３６と、供給口３６と連通する圧力発生室３２が設けられている。図示の例では、リザーバー３４と、供給口３６と、圧力発生室３２と、が区別されているが、これらはいずれも液体の流路であって、このような流路はどのように設計されても構わない。また、例えば、供給口３６は、図示の例では、流路の一部が狭窄された形状を有しているが、設計に従って任意に形成することができ、必ずしも必須の構成ではない。

リザーバー３４は、外部（例えばインクカートリッジ）から保護基板４０および振動板１２ａ，１２ｂに設けられた貫通孔３８を通じて供給されるインクを、一時貯留することができる。リザーバー３４内のインクは、供給口３６を介して、圧力発生室３２に供給される。圧力発生室３２は、振動板１２ａ，１２ｂの変形により容積が変化する。圧力発生室３２はノズル穴５２と連通しており、圧力発生室３２の容積が変化することによって、ノズル穴５２からインク等の液体が吐出される。

ノズル板５０は、ノズル穴５２を有する。ノズル穴５２からは、インクが吐出される。ノズル板５０には、例えば、複数のノズル穴５２が一列に設けられている。ノズル板５０の材質は、例えば、シリコンである。

保護基板４０は、アクチュエーター１０の上方に形成されている。保護基板４０には、圧電素子１３を収容するための凹部４１が形成されている。これにより、保護基板４０は、圧電素子１３（アクチュエーター１０の一部）を封止するための封止板として機能する。保護基板４０は、例えば、圧電素子１３を外部雰囲気から保護することができる。保護基板４０の材質は、例えば、シリコン、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、ガラスである。

駆動回路６０は、保護基板４０上に形成されている。駆動回路６０は、アクチュエーター１０を駆動させることができる。具体的には、駆動回路６０は、第１電極１４および第２電極１８との間に電圧を印加して（駆動信号を与えて）、アクチュエーター１０を駆動させることができる。

液体噴射ヘッド１００では、図３に示すように、流路形成基板３０と、ノズル板５０とが接着剤７０によって接着される。しかし、例えば、流路形成基板３０とノズル板５０との間に異物Ｆがあると、図３に示すように、流路形成基板３０やノズル板５０に欠陥Ｄ１，Ｄ２が生じる場合がある。また、例えば、製造工程において、接着剤７０の塗布状態が悪いと、接着剤７０の途切れが発生する。本実施形態に係る液体噴射ヘッドの検査方法では、このような不良に対する検査を行う。

なお、上記の例では、液体噴射ヘッド１００がインクジェット式記録ヘッドである場合について説明した。しかしながら、本発明に係る検査の対象となる液体噴射ヘッドは、例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドなどであってもよい。

２．液体噴射ヘッドの検査方法
次に、本実施形態に係る液体噴射ヘッドの検査方法について説明する。

本実施形態に係る液体噴射ヘッドの検査方法は、赤外線顕微鏡を用いて、液体噴射ヘッド１００をノズル板５０側から観察する工程を含む。

赤外線顕微鏡は、赤外線源からの赤外線を、照射光学系を介して、試料（ここでは、液体噴射ヘッド１００）に照射し、試料で反射された赤外線を対物光学系で集光し、検出器で検出する顕微鏡である。

本工程では、この赤外線顕微鏡を用いて、液体噴射ヘッド１００をノズル板５０側（図３に示す観察方向Ａ）から観察する。すなわち、赤外線をノズル板５０側から液体噴射ヘッド１００に照射し、液体噴射ヘッド１００で反射された赤外線を検出することにより、液体噴射ヘッド１００の観察を行う。ノズル板５０の材質は、赤外線が透過するシリコンである。したがって、赤外線顕微鏡を用いて、液体噴射ヘッド１００をノズル板５０側から観察することにより、非破壊で、ノズル板５０、接着剤７０、および流路形成基板３０を観察することができる。

本工程では、流路形成基板３０とノズル板５０との間の接着状態を観察する。ここで、接着状態の観察とは、流路形成基板３０とノズル板５０との間の接着剤７０の塗布状態を観察することをいう。例えば、接着剤７０が隙間なく塗布されているか否か、流路形成基板３０とノズル板５０との間に異物Ｆが侵入していないか等を観察することをいう。

さらに、本工程では、流路形成基板３０に生じた欠陥Ｄ１およびノズル板５０に生じた欠陥Ｄ２（図３参照）を観察する。

図４は、赤外線顕微鏡を用いて液体噴射ヘッド１００を観察した結果の画像である。図４では、液体噴射ヘッド１００をノズル板５０側から観察した。また、観察に用いた赤外線の波長は、７００ｎｍ〜１３００ｎｍである。

図４に示すように、流路形成基板３０、接着剤７０、およびノズル板５０に生じた欠陥Ｄ２が明瞭に観察された。具体的には、図４に示す画像では、流路形成基板３０の周囲に接着剤７０が途切れなく存在している様子が観察されている。また、ノズル板５０に生じた欠陥Ｄ２の位置や形状が明瞭に観察されている。

このように、赤外線顕微鏡を用いて、液体噴射ヘッド１００をノズル板５０側から観察することにより、流路形成基板３０とノズル板５０との間の接着状態やノズル板５０に生じた欠陥Ｄ２を明瞭に観察することができる。なお、ここでは、ノズル板５０に生じた欠陥Ｄ２を観察した画像を示したが、赤外線顕微鏡では、流路形成基板３０に生じた欠陥Ｄ１も同様に観察することができる。

本実施形態に係る液体噴射ヘッド１００の検査方法は、例えば、以下の特徴を有する。

本実施形態に係る液体噴射ヘッドの検査方法では、液体噴射ヘッド１００を、赤外線顕微鏡を用いてノズル板５０側から観察する工程を含む。ここで、ノズル板５０の材質は、シリコンである。これにより、非破壊で、流路形成基板３０とノズル板５０との間の接着状態や流路形成基板３０に生じた欠陥Ｄ１およびノズル板５０に生じた欠陥Ｄ２を明瞭に観察することができる。したがって、液体噴射ヘッド１００に対して、信頼性の高い検査を行うことができる。

例えば、ノズル板５０の材質がステンレス鋼であった場合、赤外線顕微鏡を用いても、ノズル板５０側、保護基板４０側、いずれの側からも流路形成基板３０とノズル板５０との間の接着状態や欠陥Ｄ１，Ｄ２を非破壊で観察することができない。本実施形態では、ノズル板５０の材質をシリコンとすることで、流路形成基板３０とノズル板５０との間の接着状態や欠陥Ｄ１，Ｄ２を、非破壊で観察することができる。

また、従来行われていた目視による外観検査では、ノズル板５０の表面を見て接着状態を判断しなければならないため、良好か不良かの判定が難しく、良好な接着状態が不良と判定されたり、不良な接着状態が良好と判定されたりする場合がある。以下、詳細に説明する。

目視による外観検査は、例えば、ノズル板５０の表面を検査員が見て、ノズル板５０の表面に凹凸が存在するなどの異常があった場合には不良と判定し、ノズル板５０の表面が平坦な場合には良好と判定している。

ここで、図３に示す接続部Ｊ１では、流路形成基板３０とノズル板５０との間に異物Ｆがあるため、ノズル板５０の表面に凸形状ができ、目視による外観検査では不良と判定される。しかし、実際には、液体噴射ヘッド１００の動作には影響しない（インクのリーク等が生じない）良好な接着状態である。

また、図３に示す接続部Ｊ２では、ノズル板５０の表面は平坦であるため、目視による外観検査では良好と判定される。しかし、実際には、接着剤７０が途切れている（存在しない）ため、不良な接着状態である。

このように、目視による外観検査では、不良か良好かの判定が難しく、良好な接着状態が不良と判定されたり、不良な接着状態が良好と判断されたりする場合がある。

しかしながら、本実施形態に係る液体噴射ヘッドの検査方法によれば、直接、流路形成基板３０とノズル板５０との間の接着状態を確認できるため、このような問題が生じない。したがって、信頼性の高い検査を行うことができる。

また、従来行われていた破壊検査では、全数検査ができず、完全な品質保証ができないという問題がある。本実施形態に係る液体噴射ヘッドの検査方法は、非破壊検査であるため、全数検査が可能である。したがって、本実施形態に係る液体噴射ヘッドの検査方法によれば、品質保証精度を向上できる。さらに、破壊時のノイズの影響がないため、より信頼性の高い検査ができる。さらに、良品を破壊しなくてもよいため、コストを低減できる。

なお、上述の工程では、赤外線顕微鏡を用いて、流路形成基板３０とノズル板５０との間の接着状態や欠陥Ｄ１，Ｄ２を観察した場合について説明したが、赤外線顕微鏡を用いて、液体噴射ヘッド１００のその他の箇所を観察してもよい。例えば、圧電素子１３の第１電極１４を観察してもよい。これにより、非破壊で、圧電素子１３の第１電極１４を明瞭に観察することができる。したがって、第１電極１４の断線等の異常について、信頼性の高い検査を行うことができる。

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

Ｆ異物、Ｄ１，Ｄ２欠陥、１０アクチュエーター、１２ａ，１２ｂ振動板、
１４第１電極、１６圧電体、１８第２電極、１９配線、３０流路形成基板、
３２圧力発生室、３４リザーバー、３６供給口、３８貫通孔、４０保護基板、
４１凹部、５０ノズル板、５２ノズル穴、６０駆動回路、７０接着剤、
１００液体噴射ヘッド

Claims

流路が形成された流路形成基板と、前記流路と連通するノズル穴を有するノズル板と、前記流路に圧力変化を生じさせるアクチュエーターと、を含む液体噴射ヘッドの検査方法であって、
赤外線顕微鏡を用いて、前記液体噴射ヘッドを、前記ノズル板側から観察する工程を含み、
前記ノズル板の材質は、シリコンである、液体噴射ヘッドの検査方法。
請求項１において、
前記液体噴射ヘッドを観察する工程では、前記流路形成基板と前記ノズル板との間の接着状態を観察する、液体噴射ヘッドの製造方法。
請求項１または２において、
前記液体噴射ヘッドを検査する工程では、前記流路形成基板に生じた欠陥および前記ノズル板に生じた欠陥を観察する、液体噴射ヘッドの製造方法。