JP5098222B2 - Ink jet head and method of manufacturing ink jet head - Google Patents
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Description
本発明は、インクジェット記録装置を構成するインクジェットヘッド及びその製造方法に関し、より詳しくは、インクを吐出する複数のノズルが設けられたノズルプレートと、ノズルの各々に対応したインクチャネルを形成したヘッド部材とを有するインクジェットヘッド、及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an ink jet head constituting an ink jet recording apparatus and a method for manufacturing the same, and more specifically, a head plate having a nozzle plate provided with a plurality of nozzles for ejecting ink and ink channels corresponding to each of the nozzles. The present invention relates to an inkjet head having the above and a manufacturing method thereof.
複数に区切られたインクチャネル内のインクをノズルプレートに形成された複数のノズルから吐出させるようにしたインクジェット記録装置に使用されるインクジェットヘッドは、複数のインクチャネルを形成したヘッド部材の前面に、各インクチャネルに対応するように複数のノズルが形成されたノズルプレートを接着剤で接合することにより形成される。前記ノズルプレートのノズルとインクチャネルは所定の位置に合わせる必要がある。 An ink jet head used in an ink jet recording apparatus that discharges ink in a plurality of ink channels divided from a plurality of nozzles formed on a nozzle plate, on a front surface of a head member in which a plurality of ink channels are formed, It is formed by joining a nozzle plate having a plurality of nozzles corresponding to each ink channel with an adhesive. The nozzles and ink channels of the nozzle plate need to be aligned at predetermined positions.
また、ヘッド部材とノズルプレートの接着での接合において、接着剤がノズルの吐出口に流れ込むと、接着剤の詰まりにより射出欠及び射出曲がりが生じ、インクジェットヘッド製作の歩留まりの低下、あるいは接合の仕直しのための工数の増加等の問題を生じる。 In addition, when the head member and the nozzle plate are bonded together, if the adhesive flows into the nozzle discharge port, the clogging of the adhesive causes injection defects and injection bending, resulting in a decrease in the yield of the inkjet head manufacturing or the bonding process. Problems such as an increase in man-hours for repairs occur.
ヘッド部材とノズルプレートの位置合わせの方法として、ノズルプレートに、静電アクチュエータ(ヘッド部材)に対するノズルプレートの位置合わせ操作を行うためのアライメント用貫通孔を設け、静電アクチュエータに前記位置合わせ操作を行うためのアライメントパターンを設け、CCDカメラ装置により、アライメント用貫通孔を介してアライメントパターンを確認することにより位置合わせを行うことが開示されている(例えば、特許文献1参照)。 As a method of aligning the head member and the nozzle plate, the nozzle plate is provided with an alignment through-hole for performing the alignment operation of the nozzle plate with respect to the electrostatic actuator (head member), and the alignment operation is performed on the electrostatic actuator. It is disclosed that alignment is performed by providing an alignment pattern to be performed and confirming the alignment pattern through an alignment through-hole by a CCD camera device (see, for example, Patent Document 1).
また、吐出口プレートとインク供給流路の間に、供給口がインク流路よりも開口幅が大きく、出口部に向かうにつれて流路幅が狭くなるようなテーパ形状を有する記録素子基板を設け、はみ出した接着剤を紫外線照射による硬化で除去することにより、吐出特性や供給特性を向上させ、且つ位置決め精度を向上させることが開示されている(例えば、特許文献2参照)。
引用文献1では、前述のようにノズルプレートに、アライメント用貫通孔、及び静電アクチュエータにアライメントパターンを設ける等、ノズルプレート及びヘッド部材に位置合わせのための加工が必要であり、複雑でコストアップの要因となる。
In
また、特許文献2では吐出口プレート(ノズルプレート)以外に1つの部品が必要であり、それに伴い接着工程が増え工数の増加となりコストアップの要因となる。
Further, in
本発明は、上記状況に鑑みなされたもので、ヘッド部材とノズルプレートの接着での接合において、ヘッド部材とノズルプレートの位置合わせが容易にできるとともに、ヘッド部材に対しノズルを所定の位置に合わせることができ、また、接着剤のノズルの吐出口への流れ込みを容易に検出可能とし不具合品の排除を容易にできる、高品質で生産性の高いインクジェットヘッドを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above situation, and in joining by bonding the head member and the nozzle plate, the head member and the nozzle plate can be easily aligned, and the nozzle is aligned with a predetermined position with respect to the head member. It is another object of the present invention to provide a high-quality and highly productive inkjet head that can easily detect the flow of adhesive into the nozzle outlet and can easily eliminate defective products.
上記目的は下記の構成により達成される。
1.シリコン基板にエッチング加工により複数のノズルを設けたノズルプレートとインクチャネルを形成するヘッド部材を接合して形成され、前記ノズルからインクを吐出させるインクジェットヘッドにおいて、前記ヘッド部材は、前記インクチャネルの列の両端にそれぞれ前記インクチャネルと同一形状のダミーのチャネルを有し、前記ノズルプレートは、前記複数のノズルの列の両端の前記ダミーのチャネルに対応する位置に少なくとも一か所ずつのダミーノズルを有し、前記ダミーノズルは、インク吐出方向から見て円形状の貫通していない孔であり、前記ノズルプレートにおける該ダミーノズルの部分は加工無し部分に比べて厚さが小さく、且つダミーノズル直径をr、インクチャネルの前記ノズルの並び方向の幅をa、インクチャネル壁の幅をbとしたとき、a<r<(a+b)の関係であることを特徴とするインクジェットヘッド。
2.前記ノズルプレートは、前記ダミーノズルがヘッド部材との接合面側にあることを特徴とする1に記載のインクジェットヘッド。
3.前記ノズルプレートのインクを吐出する前記ノズルは、少なくともノズル直径が2段で構成されており、インクを吐出する、貫通しているインク吐出側ノズル直径が最も小さく、且つヘッド部材との接合面側の貫通していない接合面側ノズル直径は、接合面側ノズル直径をr、インクチャネルの前記ノズルの並び方向の幅をa、インクチャネル壁の幅をbとしたとき、a<r<(a+b)の関係にあることを特徴とする1または2に記載のインクジェットヘッド。
4.1乃至3の何れかに記載のインクジェットヘッドの製造方法であって、ノズルプレートとヘッド部材の接合に際し、前記ノズルプレートに赤外線を照射し前記ノズルプレートを透過させ、赤外線用CCDカメラで前記ダミーノズルを検出し、検出した前記ダミーノズルを位置合わせに用いて前記ノズルプレートと前記ヘッド部材の位置合わせを行うことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
5.前記赤外線の照射は、前記ヘッド部材の前記ノズルプレートを接合する面の反対側の面から行うことを特徴とする4に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
The above object is achieved by the following configuration.
1. In an inkjet head that is formed by joining a nozzle plate having a plurality of nozzles formed by etching on a silicon substrate and a head member that forms an ink channel, and ejecting ink from the nozzle, the head member is arranged in a row of the ink channels. The nozzle plate has dummy channels having the same shape as the ink channels at both ends, and the nozzle plate has at least one dummy nozzle at a position corresponding to the dummy channels at both ends of the plurality of nozzle rows. The dummy nozzle is a circular non- penetrating hole when viewed from the ink discharge direction, and the dummy nozzle portion of the nozzle plate is smaller in thickness than the unprocessed portion, and the dummy nozzle diameter R, the width of the ink channel in the arrangement direction of the nozzles a, the ink channel When the width and is b, the ink jet head, which is a relationship a <r <(a + b).
2. 2. The inkjet head according to 1, wherein the nozzle plate has the dummy nozzle on a joint surface side with a head member.
3. The nozzle for ejecting ink of the nozzle plate has at least two nozzle diameters, ejects ink, has the smallest diameter of the penetrating ink ejection side nozzle, and is connected to the head member side The diameter of the nozzle on the joint surface side that does not pass through is defined as a <r <(a + b) where r is the nozzle diameter of the joint surface, a is the width of the ink channel in the arrangement direction of the nozzles, and b is the width of the ink channel wall. The inkjet head according to 1 or 2, wherein:
4.1. The method of manufacturing an ink jet head according to any one of
5. 5. The method of manufacturing an ink jet head according to 4, wherein the infrared irradiation is performed from a surface opposite to a surface of the head member on which the nozzle plate is joined.
上記構成により、ノズルプレートとヘッド部材の接合に際し、ノズルプレートのダミーノズルの部分の厚さは他の部分に対し小さいため、赤外線の透過度は高くなり赤外線用CCDカメラでのダミーノズルの検出を容易に行うことができ、検出したダミーノズルを用いてのノズルプレートとヘッド部材の位置あわせを精度良く行うことができる。また、前記ダミーノズルには貫通部分がなく一様な厚さで均一な透過光となるため、ダミーノズルの位置確認が容易となり、インクを吐出するノズルとの判別が容易になる。 With the above configuration, when the nozzle plate and the head member are joined, the thickness of the dummy nozzle portion of the nozzle plate is smaller than that of the other portions, so that the infrared transmittance increases, and the dummy nozzle is detected by the infrared CCD camera. This can be easily performed, and the nozzle plate and the head member can be accurately aligned using the detected dummy nozzle. Further, since the dummy nozzle has no penetrating portion and uniform transmitted light with a uniform thickness, it becomes easy to confirm the position of the dummy nozzle and to easily distinguish the nozzle from which ink is ejected.
上記構成によれば、前記接合面側ノズル部分の厚さは他の部分に対し小さいため、赤外線の透過度は高くなり赤外線用CCDカメラでの検出を容易に行うことができ、全ノズルの確認を容易に行うことができる。また、吐出側ノズルへの接着剤の流れ込みの有無を容易に確認することができる。 According to the above configuration, since the thickness of the joining surface side nozzle portion is smaller than that of the other portions, the infrared transmittance is increased, and detection by the infrared CCD camera can be easily performed. Can be easily performed. In addition, it is possible to easily confirm the presence or absence of the adhesive flowing into the discharge side nozzle.
更に、接合面側ノズルの直径が、インクチャネル幅よりも大きくなるため、接着剤がノズルの吐出口部分に流れ込むことを抑制できる。 Furthermore, since the diameter of the joining surface side nozzle is larger than the ink channel width, it is possible to suppress the adhesive from flowing into the discharge port portion of the nozzle.
また、前記ダミーノズルと前記接合面側ノズルの直径と厚さを同一とすることにより、同一の加工とすることができ、位置合わせ専用の加工を不要とすることができる。 Further, by making the diameter and thickness of the dummy nozzle and the joint surface side nozzle the same, the same processing can be performed, and the processing dedicated for alignment can be made unnecessary.
以下に本発明に係るノズルプレート、及びインクジェットヘッドの実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本発明は、以下に限定されるものではない。 Embodiments of a nozzle plate and an inkjet head according to the present invention will be described below with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following.
本発明に係るインクジェットヘッドは、インクチャネル内のインクを該インクチャネルの一端に形成されたノズルの吐出口からインク滴として吐出するように構成されたものであれば、インクを吐出するエネルギーを発生するための構造はどのようなタイプでもよいが、ここではインクチャネルを構成する側壁(インクチャネル壁)が分極された圧電性材料により形成され、この側壁に電界を印加することにより側壁をせん断変形させてインクチャネル内のインクを吐出する、いわゆるシェヤーモードタイプの記録ヘッドを例に挙げて説明する。 The ink jet head according to the present invention generates energy for ejecting ink as long as the ink in the ink channel is configured to be ejected as ink droplets from an ejection port of a nozzle formed at one end of the ink channel. Any type of structure may be used, but here, the side wall (ink channel wall) constituting the ink channel is formed of a polarized piezoelectric material, and the side wall is subjected to shear deformation by applying an electric field to this side wall. An example of a so-called shear mode type recording head that discharges ink in an ink channel will be described.
図1は、マルチチャネル型インクジェットヘッドの構造を示す一部破断斜視の模式図である。 FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing the structure of a multichannel inkjet head.
図1において、1はヘッド部材、2はノズルプレート、3はバックプレート、4はインクマニホールドである。ノズルプレート2は、シリコン基板にエッチング加工により複数のノズルが設けられた構成となっている。
In FIG. 1, 1 is a head member, 2 is a nozzle plate, 3 is a back plate, and 4 is an ink manifold. The
ヘッド部材1は、アクチュエータ基板11と、該アクチュエータ基板11の上面に接合されたカバー基板12とにより構成されている。
The
アクチュエータ基板11は、電界を印加することにより変形を生じる2枚の圧電材料基板11a、11bを、分極方向を互いに反対に向けてエポキシ系接着剤等を用いて上下に接合されてなり、それら2枚の圧電材料基板11a、11bに亘って円盤状の砥石(ダイシングブレード)等の公知の研削機を用いて所定ピッチで互いに平行な複数列の溝が加工されることにより、インクチャネル13とインクチャネル壁14とが交互に形成されている。
The
インクチャネル13は、実際にインク流路として使用するチャネル13aと、インクチャネル列の両端に設けられた実際にはインク流路として使用しないダミーのチャネル13bで構成される。チャネル13a及び13bは同一な形状である。
The
各インクチャネル壁14の壁面には該インクチャネル壁14に電界を印加するための金属電極(図示せず)が形成されている。この金属電極の形成方法としては、蒸着法、スパッタ法、めっき法等の公知の手段を用いることができる。図示する態様では、インクチャネル壁14は分極方向の異なる2枚の圧電材料基板11a、11bからなるため、各金属電極は、それら両圧電材料基板11a、11bを駆動させるべく、少なくとも各インクチャネル壁14を構成している圧電材料基板11a及び11bに亘る側面の全面に形成されている。
A metal electrode (not shown) for applying an electric field to the
カバー基板12は、アクチュエータ基板11のインクチャネル13が形成されている上面にエポキシ系接着剤等を用いて接合される。このカバー基板12には、アクチュエータ基板11に用いられているものと同じ圧電材料基板を脱分極して使用すると、貼り合せた時にソリ、変形、熱膨張係数の差による剥離等が起こらないために好ましい。
The
ヘッド部材1の後端面には、インク導入孔31を有するバックプレート3を介してチャネル13a内にインクを供給するインクマニホールド4が接着剤を用いて接合される。
An
また、図2に示すように、ヘッド部材1の前端面には、ヘッド部材1の複数のチャネル13aに対応するように形成されたインク吐出する吐出口を有するインク吐出側ノズル21aと貫通しない孔である接合面側ノズル21bからなるノズル21、及びダミーのチャネル13bに対応するようにノズル21の列の両端に設けられたダミーノズル22を有するノズルプレート2が接着剤を用いて接合される。ダミーのチャネル13bにはインクは供給されない。
Further, as shown in FIG. 2, the front end surface of the
ノズルプレート2に設けられたダミーノズル22は、ダミーノズル直径をr、インクチャネル13bの前記ノズルの並び方向の幅をa、インクチャネル壁14の幅をbとしたとき、a<r<(a+b)の関係を有する貫通しない孔である。
The dummy nozzles 22 provided in the
上記により、ダミーノズル22の部分は、加工無し部分に比べ厚さが小さくなる。また、ヘッド部材1の所定の位置にノズルプレート2を重ねたときに、ダミーノズル22の一部分がインクチャネル13bの幅aより大きくなる。
Thus, the thickness of the
図3は、ヘッド部材1とノズルプレート2の接着での接合の際の位置合わせを示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing alignment at the time of joining by bonding the
ノズルプレート2の両端のダミーノズル22に、赤外線発光手段500で赤外光を一方から照射し、照射側とは反対側に配置された赤外線CCDカメラ600で、ノズルプレート2を透過した前記赤外光を受光し、ダミーノズル22を検出する。検出したダミーノズルの位置およびヘッド部材の位置を参照して、ノズルプレート2をヘッド部材1の所定の位置に位置合わせを行い、接着接合する。
The infrared light is emitted from one side to the
図3は、ヘッド部材1の、ノズルプレート2を接合する面の反対側の面からインクチャネル13bを通して赤外光をダミーノズルに照射する例で、一方のダミーノズル22に赤外線を照射した図である。
FIG. 3 is an example of irradiating a dummy nozzle with infrared light through the
本実施の形態では、赤外線の照射は上記のように、ヘッド部材1の、ノズルプレート2を接合する面の反対側の面から行ったが、逆方向から、即ちノズルプレート2の吐出側から赤外線を照射し、インクチャネル13bのノズルプレート2を接合する面の反対側の面で受光しても良い。
In the present embodiment, as described above, infrared irradiation is performed from the surface of the
また、図4に示すように、ダミーノズル22は、ノズルプレート2の吐出側に設けても良い。
Further, as shown in FIG. 4, the
前述のようにダミーノズル22の部分は未加工部分に比べ厚さが小さくなるため、ノズルプレート2に赤外線を照射した場合に、透過度が大きくなり、ダミーノズル22の形状と位置の判別が容易になる。加えて、ダミーノズル22の一部分がインクチャネル13bの幅aより大きいため、インクチャネル壁14の縁部の確認が容易にでき、それによりヘッド部材1とノズルプレート2の位置合わせが容易でき、精度の良い接着接合ができる。
As described above, since the portion of the
また、図3に示すようにノズル21の接合面側ノズル21bは、接合面側ノズル直径をr、インクチャネルの前記ノズルの並び方向の幅をa、インクチャネル壁14の幅をbとしたとき、a<r<(a+b)の関係を有する貫通しない孔であること、即ちダミーノズル22と同形状であることが好ましい。
Further, as shown in FIG. 3, the joining
本実施の形態においては、ノズルプレート22の厚さ(図2のt寸法)は200μm、ダミーノズル22及びノズル21bの孔の深さ(図2のt1寸法)は150μmとしている。
In the present embodiment, the thickness of the nozzle plate 22 (t dimension in FIG. 2) is 200 μm, and the depth of the holes of the
上記により、接合面側ノズル21b部分は、加工無し部分に比べ厚さが小さくなるため、ノズルプレート2に赤外線を照射した場合に、透過度が大きくなる。また、ヘッド部材1の所定の位置にノズルプレート2を重ねたときに、ノズル21bの一部分がインクチャネル13bの幅aより大きくなる。これにより、前述のダミーノズル22の検出のように赤外線発光手段500で赤外光を一方から照射し、照射側とは反対側に配置された赤外線CCDカメラ600で受光することによってノズル21位置確認及びインクチャネル壁14の縁部の確認が容易にできるとともに、ノズル全体の適否の確認ができる。また、吐出側ノズルへの接着剤の流れ込みの有無を容易に確認することができる。
As described above, the joining
更に、接合面側ノズル21bの直径が、インクチャネル幅13aよりも大きくなる部分があるため、その部分がはみ出した接着剤の溜まりとなり、ノズル21の吐出口部分に流れ込むことを抑制できる。
Furthermore, since there is a portion where the diameter of the joining
上記により、高品質で生産性の高いインクジェットヘッドの生産が可能となる。 With the above, it is possible to produce a high-quality and highly productive inkjet head.
1 ヘッド部材
2 ノズルプレート
3 バックプレート
4 インクマニホールド
11 アクチュエータ基板
11a、11b 圧電材料基板
12 カバー基板
13、13a、13b チャネル
14 インクチャネル壁
21 ノズル
21a 吐出側ノズル
21b 接合面側ノズル
22 ダミーノズル
500 赤外線発光手段
600 赤外線CCDカメラ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ヘッド部材は、前記インクチャネルの列の両端にそれぞれ前記インクチャネルと同一形状のダミーのチャネルを有し、
前記ノズルプレートは、前記複数のノズルの列の両端の前記ダミーのチャネルに対応する位置に少なくとも一か所ずつのダミーノズルを有し、前記ダミーノズルは、インク吐出方向から見て円形状の貫通していない孔であり、前記ノズルプレートにおける該ダミーノズルの部分は加工無し部分に比べて厚さが小さく、
且つダミーノズル直径をr、インクチャネルの前記ノズルの並び方向の幅をa、インクチャネル壁の幅をbとしたとき、a<r<(a+b)の関係であることを特徴とするインクジェットヘッド。 In an inkjet head formed by joining a nozzle plate provided with a plurality of nozzles by etching on a silicon substrate and a head member that forms an ink channel, and discharging ink from the nozzles,
The head member has dummy channels having the same shape as the ink channels at both ends of the row of ink channels,
The nozzle plate has at least one dummy nozzle at a position corresponding to the dummy channel at both ends of the plurality of nozzle rows, and the dummy nozzle penetrates in a circular shape when viewed from the ink discharge direction. Is not a hole, the portion of the dummy nozzle in the nozzle plate is smaller than the unprocessed portion,
An ink jet head having a relationship of a <r <(a + b), where r is the dummy nozzle diameter, a is the width of the ink channel in the arrangement direction of the nozzles, and b is the width of the ink channel wall.
ノズルプレートとヘッド部材の接合に際し、前記ノズルプレートに赤外線を照射し前記ノズルプレートを透過させ、赤外線用CCDカメラで前記ダミーノズルを検出し、検出した前記ダミーノズルを位置合わせに用いて
前記ノズルプレートと前記ヘッド部材の位置合わせを行うことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。 A method for manufacturing an inkjet head according to any one of claims 1 to 3,
When the nozzle plate and the head member are joined, the nozzle plate is irradiated with infrared light, transmitted through the nozzle plate, the dummy nozzle is detected by an infrared CCD camera, and the detected dummy nozzle is used for alignment. And a method of manufacturing the ink jet head, wherein the head member is aligned.
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