JP4676466B2 - Inkjet head manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ加工を用いたインクジェットヘッド製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an inkjet head using laser processing.
従来、レーザ加工でノズルを形成するノズルプレートの製造方法が開示されている。この製造方法に用いられるレーザ加工機は、レーザ発信器と、吸引機構を有する加工テーブルと、を備えている。吸引機構は、ノズルプレートを設置するためのノズルシートを有している。ノズルシートは、ノズルプレートに形成される各ノズルに対応した吸引孔を有している。 Conventionally, a method of manufacturing a nozzle plate for forming nozzles by laser processing has been disclosed. The laser processing machine used in this manufacturing method includes a laser transmitter and a processing table having a suction mechanism. The suction mechanism has a nozzle sheet for installing the nozzle plate. The nozzle sheet has a suction hole corresponding to each nozzle formed in the nozzle plate.
このレーザ加工機を用いてノズルプレートを形成するには、未加工のノズルプレートをノズルシート上に載置する。この状態において、吸引機構は、吸引孔を介して吸引を開始するとともに、レーザ発信器は、レーザ光を照射してノズルプレート上にノズルを形成する。これによって、形成されたノズルが吸引孔に連通した際に、レーザ加工で生じた副生成物が吸引機構に吸引され、副生成物がノズルの周囲に付着してしまうことが防止される(例えば、特許文献1参照)。
ところで、レーザ光の照射によりノズルプレートにノズルを形成する方法の一つとして、ノズルプレートをヘッド本体に張付けた後に、レーザ光を照射して穴をあけ、ノズルを形成する方法がある。この方法は、予めノズルが形成されているノズルプレートをヘッド本体に張付ける場合と比べて、ノズルプレートとヘッド本体との位置あわせ精度にゆとりがあり、また接着剤で張付ける場合には、原理的にノズル内部に接着剤が入ることがないといった利点があるが、その一方でノズルプレートに穴が開くと同時にレーザ加工による副生成物がヘッド内部に入り込んでしまい、インク流路内に付着してしまう問題がある。このようなインク流路内の汚染はインクの流れを乱したり、気泡を抱き込んだりして吐出不良の原因となる可能性がある。この問題に対して先述したような従来の技術で対応しようとするとヘッド外部からガスの吹付けや吸引を行なうことになるため、ノズルプレートのノズル形成途上の穴に溜まる副生成物は除去され難く、ノズルプレートの穴が貫通してノズルが形成されると同時に溜まっていた副生成物が流路内に物が入り込みやすく、付着し易いし、また一旦流路内に入り込んだ副生成物の除去は難しく手間がかかる。 By the way, as one method of forming nozzles on the nozzle plate by laser light irradiation, there is a method of forming nozzles by irradiating laser light to form holes after the nozzle plate is attached to the head body. This method has a larger alignment accuracy between the nozzle plate and the head body than when the nozzle plate on which the nozzles are formed in advance is attached to the head body. There is an advantage that the adhesive does not enter the inside of the nozzle, but on the other hand, a hole is formed in the nozzle plate, and at the same time, a by-product by laser processing enters the inside of the head and adheres to the ink flow path. There is a problem. Such contamination in the ink flow path may disturb the flow of ink or embed bubbles and cause ejection failure. When trying to cope with this problem with the conventional technique as described above, gas is blown or sucked from the outside of the head, so that by-products accumulated in the nozzle formation hole of the nozzle plate are difficult to remove. When the nozzle is formed through the hole in the nozzle plate, the accumulated by-product tends to enter and adhere to the flow path, and the by-product once entered the flow path is removed. Is difficult and time consuming.
したがって本発明の目的は、ヘッド本体に張付けられたノズルプレートにレーザ光を照射して孔をあけてノズルを形成する際に、レーザ加工による副生成物・異物がヘッド内に入ることのないノズル形成方法を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a nozzle that prevents by-products and foreign matters from entering the head when a nozzle is formed by irradiating a laser beam to a nozzle plate attached to the head body to form a hole. It is to provide a forming method.
本発明のインクジェットヘッド製造方法は、内部流路を作りこんだヘッド本体にノズルプレートを接着して内部流路を密閉し、内部流路に気体を送って内部流路の気圧をヘッド本体の外部の気圧よりも高くした後、ノズルプレートにレーザ光を照射してノズル列を形成し、複数のノズルが並んだノズル列をいくつかのグループに分けて、グループごとに一括でノズルを形成する際に一つのグループのノズル形成が終了するごとに内部流路に送る気体の流量を増大させる。
In the ink jet head manufacturing method of the present invention, a nozzle plate is adhered to a head main body in which an internal flow path is formed to seal the internal flow path, and gas is sent to the internal flow path so that the air pressure in the internal flow path When the nozzle row is formed by irradiating the nozzle plate with laser light , dividing the nozzle row with a plurality of nozzles into several groups, and forming the nozzles in batches for each group Every time one group of nozzles is formed, the flow rate of the gas sent to the internal flow path is increased .
本発明によれば、ヘッド本体に張付けられたノズルプレートにノズルを形成する際、ノズルプレートを境界としてヘッド内部の気圧をヘッド外部の気圧よりも高くしているので、ノズルプレートに穴が開くと同時にヘッド内部の気体がノズルを通って噴出するため、ノズルプレートのレーザ加工に伴う副生成物・異物がノズルからヘッド内に入り込まず、ヘッド内を清浄に保つことができる。 According to the present invention, when the nozzle is formed on the nozzle plate attached to the head body, the air pressure inside the head is made higher than the air pressure outside the head with the nozzle plate as a boundary. At the same time, since the gas inside the head is ejected through the nozzle, by-products and foreign matters accompanying laser processing of the nozzle plate do not enter the head from the nozzle, and the inside of the head can be kept clean.
以下、図面を参照しながら本発明のインクジェットヘッドの第1の実施形態について説明する。インクジェットヘッドは、シート状の記録媒体に対して液滴を吐出して、文字や画像を形成するものである。 Hereinafter, a first embodiment of an inkjet head of the present invention will be described with reference to the drawings. The ink jet head forms characters and images by ejecting liquid droplets onto a sheet-like recording medium.
図1に示すように、インクジェットヘッド11は、ヘッド本体12と、ヘッド本体12に接着されたノズルプレート13と、ヘッド本体12に取り付けられた図示しない回路基板と、を有している。回路基板は、ヘッド駆動用ICを有している。
As shown in FIG. 1, the
図2と図3に示すように、ヘッド本体12は、基板14と、基板14上に「コ」字状に設けられた側壁15と、側壁15の内側で、基板14上に設けられた駆動素子である支柱16と、側壁15の内側に形成された共通液室17と、共通液室17に連通するとともに支柱16の間に設けられた圧力室18と、側壁15および支柱16に接着された天板19と、共通液室17に液を供給するための液供給部20と、を有している。また、各支柱16の側面には、支柱16に電圧を印加するための電極が形成されている。本発明の内部流路は、共通液室17および圧力室18を包含する概念である。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
ノズルプレート13は、樹脂、例えば、ポリイミド製の方形の板材で構成されている。ノズルプレート13は、図2に示すように、エポキシ接着剤によって、ヘッド本体12に接着されている。図1に示すように、ノズルプレート13上に、例えば、1列のノズル列24が形成されている。ノズル列24は、複数のノズル群25を含んでおり、本実施形態では、例えば、第1から第3のノズル群(グループ)25A、25B、25Cを含んでいる。このノズル群25A、25B、25Cは、レーザ光の照射の1つ工程で同時に形成される複数のノズル26を含んでいる。本実施形態では、1つのノズル群25に例えば、3つのノズル26が含まれている。もっとも、ノズル群25の数、およびノズル群25に含まれるノズル26の数は、これに限定されるものではない。
The
圧力室18は、ノズルプレート13のノズル26と連通している。支柱16は、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)製の2枚の圧電部材を張り合わせて形成されている。2枚の圧電部材は、互いに分極方向が逆向きになるように接着されている。
The
圧力室18に液が満たされた状態で、ユーザがこのインクジェットヘッド11を備えたインクジェット記録装置に対して印刷開始を指示すると、インクジェット記録装置の図示しない制御部は、インクジェットヘッド11に対して印字信号をヘッド駆動用ICに出力する。印刷信号を受けたヘッド駆動用ICは、上記電極を介して駆動パルス電圧を支柱16に印加する。これにより、左右一対の支柱16は、シェアモード変形を行って屈曲するように互いに離反する。そして、これらを初期位置に復帰させて圧力室18の液を加圧することで、ノズル26から液滴が勢い良く吐出される。
When the user instructs the ink jet recording apparatus equipped with the
続いて、図3を参照して、インクジェットヘッド11の製造に用いられる送風装置27について説明する。この送風装置27は、レーザ加工でノズル26を形成する際に、共通液室17および圧力室18に気体を送って、インクジェットヘッド11内部の気圧を外部の気圧よりも高い状態にするものである。本実施形態では、気体としては、空気を用いているが、これに限定されるものではない。気体としては、空気のほか、窒素や、ヘリウムといった不活性な気体を用いても良い。気体として、このような不活性な気体を用いると、レーザ加工時の副生成物の発生を極力少なくすることができる。
Next, the
送風装置27は、気体の供給源である送風機31と、送風機31とヘッド本体12の液供給部20とを接続するチューブ32と、チューブ32の途中に介在されたチャンバ33および圧力センサ34と、を有している。送風機31は、0.1Pa程度の相対圧力で空気をインクジェットヘッド11に向けて送ることができる。チャンバ33は、送風機31と液供給部20との間の位置に設けられている。チャンバ33は、内部に気体を一時的に貯留する貯留手段であり、インクジェットヘッド11の共通液室17および圧力室18の容積に比して十分に大きい容積を有している。後述するように、レーザ加工でノズル26をノズルプレート13に形成した後、ノズル26から空気が漏れ出すことになる。しかし、チャンバ33の内部には、十分な量の空気が十分な圧力で貯留されているため、ノズル26から空気が流出する場合であっても、インクジェットヘッド11内の気圧が急激に低下してしまうことはなく、また圧力センサ34によりインクジェットヘッド11の近傍の気圧を検知しているので、インクジェットヘッド11内の気圧の低下に伴い、送風機31の送風量を増加させてインクジェットヘッド11内の気圧を回復させることができる。
The
続いて、この送風装置27およびレーザ加工機35を用いたインクジェットヘッド11の製造方法について説明する。図2に示すように、予め組み立てて圧力室18、共通液室17を作りこんだヘッド本体12に対して、ノズル未形成のノズルプレート13を簡単に位置合わせして接着する。これによって、圧力室18および共通液室17を密閉する。このとき、ノズルプレート13にはノズル26が形成されていないので、ノズルプレート13の接着時には、厳密な位置合わせを要しない。
Then, the manufacturing method of the
ノズル形成に用いるレーザ加工機35は、例えば、レーザ発信器41、ミラー、マスク、レンズ等を含んでいる。レーザ発信器41は、エキシマレーザ発信器で構成されている。
The
図4に示すように、レーザ発信器41からノズルプレート13に向けてレーザ光(エキシマレーザ光)42を照射すると、光化学反応によりノズル26となる凹部43が形成される。ノズル26は、例えば、数十から数百回のレーザ光42のパルスショットによって形成される。
As shown in FIG. 4, when a laser beam (excimer laser beam) 42 is irradiated from the
レーザ加工に先立ち、インクジェットヘッド11の圧力室18および共通液室17の気圧は、外部の気圧(大気圧)である1気圧よりも高い状態になっている。この状態において、送風機31はいったん駆動を停止する。図5に示すように、レーザ光42のパルスショットを継続して行うと、ノズル26となる凹部43は、深さが深くなっていく。さらにレーザ光42の照射を継続すると、図6に示すように、凹部43は、圧力室18に連通する。このとき、凹部43の底面は、円弧状に形成されるので、凹部43と圧力室18とが最初に連通する箇所は、凹部43の中心部になる。この中心部において、ノズル26が圧力室18と連通すると、矢印で示すように、空気の気流が圧力室18から外部に向けて流れる。この状態で、レーザ光42の照射を継続すると、ノズル26の周囲に残存する残渣部44が除去される。残渣部44から生じたノズルプレート13の破片45は、空気の気流に乗って、インクジェットヘッド11の外部に排出される。
Prior to laser processing, the pressure in the
各ノズル群25に含まれる複数のノズル26は、単一のレーザ発信器41から分岐して調整されたレーザ光42によって、1つの工程で一括して形成される。一つのノズル群25の形成が終了すると、送風機31は、インクジェットヘッド11に送る空気の流量を増大させる。ノズル26が形成されると、ノズル26から空気が流出することになる。本実施形態では、送風機31から送る空気の流量を増大させることで、圧力室18および共通液室17の気圧を一定に維持している。
The plurality of
なお、圧力室18および共通液室17の気圧は、圧力センサ34によってセンシングされる。送風機31の駆動によって、圧力室18および共通液室17の気圧が大気圧よりも高い所定の気圧にまで回復したときに、次のノズル群25の形成する工程が開始する。このように、ノズル群25の形成が終了するごとに、送風機31によって送られる気体の流量を段階的に増大させ、圧力室18および共通液室17の気圧を一定に維持する。ノズル列24に含まれるすべてのノズル群25の形成が終了し、これに回路基板などを取り付けることでインクジェットヘッド11が完成する。
The pressure in the
図7に上記の方法で製造されたインクジェットヘッド11を示す。同図に示すように、ノズル26は、テーパ状に形成される。このノズル26のノズル径Aは、10〜50μmである。圧力室18の高さ寸法Bは、300μmである。ノズルプレート13の厚み寸法Cは、25〜100μmである。
FIG. 7 shows the
第1の実施形態のインクジェットヘッド製造方法は、内部流路を作りこんだヘッド本体12にノズルプレート13を接着して内部流路を密閉し、内部流路に気体を送って内部流路の気圧をヘッド本体12の外部の気圧よりも高くした後、ノズルプレート13にレーザ光42を照射してノズル列24を形成する。
In the ink jet head manufacturing method of the first embodiment, the
この構成によれば、内部流路である共通液室17および圧力室18の気圧が外部の気圧よりも高くなっているので、ノズルプレート13にノズル26を形成すると、形成されたノズル26から気体が外部に排出される。このため、ノズルプレート13をヘッド本体12に接着した状態で、レーザ光42を照射してノズル26を形成する場合であっても、ノズルプレート13の破片45が圧力室18および共通液室17に付着してしまう事態を防止できる。これにより、圧力室18および共通液室17を清浄に維持して、この破片45に起因する乱流の発生や、気泡の抱き込み等を防止することができる。
According to this configuration, since the atmospheric pressure of the
この場合、気体は、内部流路に連なるようにヘッド本体12に設けられた液供給部20を介して内部流路に供給される。この構成によれば、液供給部20を介して内部流路に気体を供給することができる。これにより、液供給部20に気体を供給するための供給口を兼ねさせることができ、供給口を別途に設ける必要がなく、インクジェットヘッド11の構造を有効活用することができる。
In this case, the gas is supplied to the internal channel via the
この場合、ノズル列24は、ノズル群25を複数有し、各ノズル群25は、レーザ光42の照射で一括して形成される複数のノズル26を含んでいる。この構成によれば、ノズル列24は、ノズル群25ごとに順次形成される。
In this case, the
この場合、一つのノズル群25の形成が終了するごとに、内部流路に送る気体の流量を増大させて、内部流路の気圧を一定に維持する。本実施形態のインクジェットヘッド製造方法では、一つのノズル群25が形成されると、共通液室17および圧力室18に溜められた気体が、形成されたノズル26から外部に排出される。このため、一つのノズル群25が完成するごとに、ノズル26から排出される気体の流量は増大し、共通液室17および圧力室18の気圧が低下する。この構成によれば、一つのノズル群25の形成が終了するごとに内部流路に送る気体の流量を増大させるため、共通液室17および圧力室18の気圧をほぼ一定に維持することができる。これにより、レーザ光42を照射してノズル26を形成する際に、ノズル26から排出される気流が弱くなることがなく、共通液室17および圧力室18を清浄に維持することができる。
In this case, every time the formation of one nozzle group 25 is completed, the flow rate of the gas sent to the internal flow path is increased, and the atmospheric pressure in the internal flow path is kept constant. In the inkjet head manufacturing method of the present embodiment, when one nozzle group 25 is formed, the gas accumulated in the
この場合、気体の供給源と液供給部との間の位置に設けた貯留手段により、気体を一時的に貯留する。ノズルプレート13にノズル26を形成すると、形成されたノズル26から気体が流出し、ヘッド本体12の内部流路の気圧が低下する。この構成によれば、ノズル形成によって、内部流路の気圧が低下しようとする際にも、貯留手段に溜められた気体によって、内部流路の気圧が急激に低下してしまうことを防止することができる。これによって、次のノズル群25の形成を迅速に開始することができる。
In this case, the gas is temporarily stored by a storage unit provided at a position between the gas supply source and the liquid supply unit. When the
続いて、図8を参照して、インクジェットヘッド11の第2の実施形態について説明する。第2の実施形態に係るインクジェットヘッド11は、第1の実施形態のものと同一の構造を有しているが、その製造工程が異なっている。このため、主として第1の実施形態と異なる製造工程の部分について説明し、第1の実施形態と共通する箇所については、共通の符号を付して説明を省略する。
Next, a second embodiment of the
図2に示すように、予め組み立てたヘッド本体12に対して、ノズル未形成のノズルプレート13を簡単に位置合わせして接着する。送風装置27の構成は、第1の実施形態と同様である。ノズル形成に用いるレーザ加工機35は、第1の実施形態と同一のものである。第2の実施形態では、レーザ加工機35のレーザ発信器41とノズルプレート13との間に、透明板である遮蔽板51が配置されている。遮蔽板51は、ガラス板で構成され、レーザ光42の透過性を有している。遮蔽板51は、ノズルプレート13と平行に配置されている。
As shown in FIG. 2, a
図8に示すように、レーザ発信器41からノズルプレート13に向けてレーザ光42を照射すると、ノズル26となる凹部43が形成される。レーザ光42を数十から数百回のパルスショットを行うことで、ノズルプレート13を貫通したノズル26が形成される。
As shown in FIG. 8, when the
凹部43の中心部において、ノズル26が圧力室18と連通すると、空気の気流が圧力室18から外部に向けて流れる。この状態で、レーザ光42の照射を継続すると、ノズル26の周囲に残存する残渣部44が除去される。残渣部44から生じたノズルプレート13の破片45は、空気の気流に乗って、インクジェットヘッド11の外部に排出される。このとき、遮蔽板51が配置されているため、ノズルプレート13の破片45は、遮蔽板51に沿って吹き飛ばされる。このため、この破片45がレーザ発信器41に付着してしまうことが防止される。送風機31によって送る空気の流量を段階的に増大させつつノズル群25を順次形成し、インクジェットヘッド11が完成される。
When the
第2の実施形態によれば、レーザ光42を照射するためのレーザ加工機35と、ノズルプレート13との間に、レーザ光42の透過性のある遮蔽板51が配置される。この構成によれば、遮蔽板51を設けることによって、ノズル形成時にノズル26から流出する気体に乗って、ノズルプレート13の破片45がレーザ加工機35に対して吹きつけられてしまうことを防止することができる。これにより、破片45がレーザ加工機35に付着することを防止して、レーザ光42のパワーや、ビームプロファイルが変化してしまう事態を生ずることを防止することができる。
According to the second embodiment, the shielding
続いて、図9を参照して、インクジェットヘッド11の第3の実施形態について説明する。第3の実施形態に係るインクジェットヘッド11は、第1の実施形態および第2の実施形態のものと同一の構造を有しているが、その製造工程が異なっている。このため、主として第2の実施形態と異なる部分の製造工程について説明し、第2の実施形態と共通する箇所については、共通の符号を付して説明を省略する。
Next, a third embodiment of the
図2に示すように、予め組み立てたヘッド本体12に対して、ノズル未形成のノズルプレート13を簡単に位置合わせして接着する。送風装置27の構成は、第1の実施形態と同様である。ノズル形成に用いるレーザ加工機35は、第2の実施形態と同一のものである。第3の実施形態では、レーザ加工機35のレーザ発信器41とノズルプレート13との間に、透明板である遮蔽板61が配置されている。遮蔽板61は、ガラス板で構成され、レーザ光42の透過性を有している。図9に示すように、遮蔽板61の配置角度は、第2の実施形態と異なっており、遮蔽板61は、ノズルプレート13に形成されているノズル列の方向を軸とする回転方向に傾けて配置されている。
As shown in FIG. 2, a
図9に示すように、レーザ発信器41からノズルプレート13に向けてレーザ光42を照射すると、ノズル26となる凹部43が形成される。凹部43の中心部において、ノズル26が圧力室18と連通すると、空気の気流が圧力室18から外部に向けて流れる。この状態で、レーザ光42の照射を継続すると、ノズル26の周囲に残存する残渣部44が除去される。残渣部44から生じたノズルプレート13の破片45は、空気の気流に乗って、インクジェットヘッド11の外部に排出される。このとき、遮蔽板61が配置されているため、ノズルプレート13の破片45は、遮蔽板61に沿って斜め上方に吹き飛ばされる。送風機31によって送る空気の流量を段階的に増大させつつノズル群25を順次形成し、インクジェットヘッド11が完成される。
As shown in FIG. 9, when the
第3の実施形態によれば、遮蔽板61は、ノズルプレート13に形成されているノズル列の方向を軸とする回転方向に傾けて配置されている。第2の実施形態のように単に遮蔽板51を設けただけでは、遮蔽板51によって弾かれた破片45が渦状に旋回して、再びノズルプレート13の近傍に戻って、ノズルプレート13に付着する恐れがある。この構成によれば、遮蔽板61によって弾かれた破片45は、斜め上方に吹き飛ばされるため、この破片45が再びノズルプレート13の近傍に戻って、ノズルプレート13に付着してしまう事態を防止することができる。
According to the third embodiment, the shielding
11…インクジェットヘッド、12…ヘッド本体、13…ノズルプレート、17…共通液室、18…圧力室、20…液供給部、24…ノズル列、25…ノズル群、26…ノズル、31…送風機、33…チャンバ、35…レーザ加工機、42…レーザ光、51、61…遮蔽板
DESCRIPTION OF
Claims (5)
複数のノズルが並んだノズル列をいくつかのグループに分けて、グループごとに一括でノズルを形成する際に一つのグループのノズル形成が終了するごとに内部流路に送る気体の流量を増大させることを特徴とするインクジェットヘッド製造方法。 After the nozzle plate is adhered to the head body that has built the internal flow path, the internal flow path is sealed, gas is sent to the internal flow path, and the air pressure in the internal flow path is made higher than the air pressure outside the head main body. The plate is irradiated with laser light to form nozzles ,
Divide the nozzle array with multiple nozzles into several groups, and increase the flow rate of gas sent to the internal flow path every time nozzle formation of one group is completed when forming nozzles in groups. An inkjet head manufacturing method characterized by the above.
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JP2009045832A (en) | 2009-03-05 |
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