JP6590527B2 - 液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、インクのような液体を滴として吐出するための液体吐出ヘッドの製造方法に関する。
写真や文書、3次元構造体などを形成するために液体を滴として吐出する液体吐出ヘッドには、チューブやタンクから液体を受容しこれを複数の吐出素子まで導くための液路が形成されている。例えば複数のインクを受容し夫々の吐出素子まで導くカラーインクジェット記録ヘッドの場合、インク供給口から吐出素子までの流路はインク色ごとに独立に用意する必要がある。そして、夫々のインクを一時的に収容するための液室の大きさをある程度確保しながらも、狭いエリアに高密度に配列している各色の吐出素子まで夫々のインクを確実に導く屈曲した中空内部構造が必要となる。このように、近年の液体吐出ヘッドでは、その中空内部構造が複雑なものとなっている。
一般に、液体吐出ヘッドの流路構成は、製法の容易さや、軽さ、耐腐食性の観点から、樹脂モールドで形成されることが多い。特許文献1には、上述したような複雑な内部構造を実現するための複数の部品を同じ金型内の異なる位置のそれぞれに樹脂を注入して1次成形し、その後これらを同じ金型内で係合させ、接合部に対し改めて樹脂を注入して2次成形する方法が開示されている。以下、このような製造方法をダイスライドインジェクション成形と称する。ダイスライドインジェクション成形を採用すれば、複雑な内部構造を有するモールド成形品を、精度の高い状態で効率良く製造することが可能となる。
特開2002−178538号公報
しかしながら、近年のように部品夫々が上述したような複雑な中空構造を有していると、2次成形時に樹脂を注入する圧力のために、1次成形品が変形してしまう場合があった。特に、1次成形によって形成された中空領域が2次成形時の噴出口の近傍に存在すると、当該中空領域に2次成形の樹脂が流入し、中空領域の容積を縮小してしまうおそれがあった。液体吐出ヘッドにおいて、このような中空領域は、液体を複数の吐出素子に供給する液路の役割を担っている。そして、液路の容積が設計値よりも少なくなってしまったり、特定の色のインクの液路のみが縮小されてしまったりすると、画像にも影響が現れ、液体吐出ヘッドの信頼性も低下してしまう。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものである。よって、その目的とするところは、ダイスライドインジェクション成形において、1次成形で成形した部品の形状を損ねることなく、2次成形における樹脂噴出を安定して行うことが可能な液体吐出ヘッドの製造方法を提供することである。
そのために本発明は、液体を吐出する吐出素子部と、前記吐出素子部に液体を導くための液路が形成された液体供給部と、を備えた液体吐出ヘッドの製造方法であって、本金型と、該本金型の内部にてスライド可能であって、前記液体供給部の第1の部品を成形するための型と第2の部品を成形するための型が前記スライドの方向に配置されているダイスライド金型、を用意し、前記本金型を型締めした状態で、前記第1の部品を成形するための型と前記第2の部品を成形するための型に樹脂を流入させることによって、前記第1の部品と前記第2の部品を成形する第1の成形工程と、前記ダイスライド金型をスライドさせて、前記第1の部品と前記第2の部品の前記スライドの方向における位置合わせを行うスライド工程と、前記第1の部品の内部に形成された中空の領域と外部とを貫通する開口に前記第2の部品の凸部を挿入することにより前記第1の部品と前記第2の部品を当接させた後、前記第1の部品と前記第2の部品を接合させるための樹脂を流入させることによって、前記中空の領域が前記第2の部品によって封鎖された前記液体供給部を成形する第2の成形工程と、を有し、前記第2の成形工程において、前記挿入の方向と直交する方向において、前記樹脂が流入する領域の前記開口と最も近い位置と前記開口との距離は、前記開口と前記凸部の隙間よりも大きいことを特徴とする。
本発明によれば、ダイスライドインジェクション成形の2次成形において、樹脂が液室に流入するのを防ぐことが出来、信頼性の高い液体吐出ヘッドを安定して生産することが可能となる。
(a)および(b)は、液体吐出ヘッドの斜視図である。 液体供給部材の分解図である。 (a)および(b)は、2次成形において接合される2つの部品を示す図である。 液室と蓋部材における接続部の拡大断面図である。 液体供給部材を成形するための金型を示す図である。 (a)〜(c)は、液体供給部材を成形するための本金型の断面図である。 (a)〜(c)は、液体供給部材を成形するための工程を示す図である。 (a)〜(c)は、液体供給部材を成形するための工程を示す図である。 (a)〜(d)は、液体供給部材と蓋部材の連結部の別形態を示す図である。 2次成形において3つの部品を接合させる形態を示す図である。
(実施例1)
図1(a)および(b)は、本実施例で使用する液体吐出ヘッドH001をそれぞれ異なる角度から見たときの斜視図である。本実施例の液体吐出ヘッドH001は、12色のインクを吐出して画像をプリントするためのカラーインクジェット記録ヘッドである。12色のインクそれぞれは、供給口H010に接続されたチューブを介しサブタンクH030に受容される。その後、インク色ごとに独立した液路が形成された液体供給部材H100を通り、吐出素子部H020に導かれる。吐出素子部H020には個々のインクに対応する吐出素子が複数ずつ配列されており、画像データに基づいた吐出信号が、電気接続基板H050から供給される。個々の吐出素子は、当該吐出信号に従ってインクを滴としてZ方向に吐出する。
図2は、液体供給部材H100の分解図である。液体供給部材H100において、インク色に対応する個別の収容室が形成されているサブタンクH030と結合する位置には、個々の収容室に対応し液体中の異物を除去するためのフィルタH101が取り付けられている。フィルタH101と吐出素子部H020の間には、両者を繋ぐための液室H110が形成されている。液室H110には、フィルタH101と接続するための上開口と、吐出素子部H020と接続するための下開口を結び、屈曲の程度や流路長が互いに異なる液路が、12色のインクに対応して個別に形成されている。本実施例では、このような複雑な形状の液室H110の中空内部構造をダイスライドインジェクション成形で形成する。
図3(a)および(b)は、ダイスライドインジェクション成形において、最終的に接合される2つの部品を示す図である。本実施例では、上述したような液体収容部材H100をモールド成形した後、同じくモールド成形によって作成された蓋部材H121を、+Y方向から対向するように宛てがい、図3(b)のように結合させる。ダイスライドインジェクション成形によって液室H110が完成された後、吐出素子部H020の接着とフィルタH101の取り付けを行って液体供給部材H100を完成させる。
図4は、液室H110と蓋部材H121における接続部の拡大断面図である。液体収容部材H100側に設けられた開口H500の中に蓋部材H121側に設けられた凸部H521が挿入されることによって両者は係合するようになっている。確実な係合を実現するため、開口H500の断面積は凸部H521の断面積よりも僅かに大きく設定されており、設計上では開口H500と凸部H521の間に隙間t1が形成されるようになっている。また、液路H501の壁面の平滑性が維持されるよう、凸部H521の先端と開口H500の入り口は、Y方向においてほぼ同じ位置に配置するようになっている。
2次成形では、液室H110と蓋部材H121を図のように係合した状態で、その周囲に液室H110とも蓋部材H121とも溶融する2次樹脂を流入させる。これにより、蓋部材H121と液体供給部材H100の間に形成された空間H131に2次樹脂が流れ込み、両者は完全に結合される。この際、本実施例では、2次樹脂の流入領域と開口H500との最短距離t2が、隙間t1よりも十分大きくなるように(t2>t1)設計されている。
図5は、液体供給部材H100をダイスライドインジェクション成形にて作成するための金型を示す図である。本実施例で使用する本金型K001はZ方向に分離可能な固定側金型K100と可動側金型K200を備えている。更に、本金型K001の内側にあって本金型K001に対しX方向にスライド可能なダイスライド金型K230が可動側金型K200の側に備えられている。図では、1次成形において液体供給部材H100および蓋部材H121をそれぞれ成形する様子を示している。液体供給部材H100は、金型内の第1の成形位置K210においてバルブゲートK110およびK111より液化された樹脂が噴射されることによって成形される。蓋部材H121は、金型内の第2の成形位置K220においてバルブゲートK120より液化された樹脂が噴射されることによって成形される。更に、1次成形にて成形された液体供給部材H100と蓋部材H121は、金型内の第3の成形位置K225においてバルブゲートK130およびK131より液化された樹脂が噴射されることによって結合される。
図6(a)〜(c)は、図5で示した本金型の断面図である。図6(a)は、図5で示した金型をZ方向から見た場合の透視図である。図6(b)は、図5で示した金型をS3−S3で切断した場合の、−X方向から見た側断面図である。図6(c)は、図5で示した金型をS4−S4で切断した場合の、−X方向から見た側断面図である。バルブゲートK110、K111、K120、K130およびK131は、本金型K001を型締めした状態で、それぞれの成形位置でそれぞれの部品を成形する際に、そのノズルから液化した樹脂を所定量噴射する仕組みになっている。
本実施例のバルブゲートK110、K111、K120、K130およびK131は、全て同型のものとし、夫々が図において点線の円で示した断面を有している。このため、隣り合うバルブゲートは、少なくとも点線円の直径以上の距離をおいて配置される必要があり、X方向において同じ位置にある第2の成形位置K220と第3の成形位置K225は、Y方向にずれた位置に設けられている。
図7(a)〜(c)および図8(a)〜(c)は、液室H110を形成するためのダイスライドインジェクション成形工程を示す図である。これら図は、図5で示した金型をZ方向から見た場合の透視図である。
第1の工程では、固定側金型K100と可動側金型K200を型締めした状態で、第1の成形位置K210に対応するバルブゲートK110、K111と第2の成形位置K220に対応するバルブゲートK120から樹脂を流し込む。これにより、本金型K001の内部において、図7(a)のように、第1の成形位置K210には液体供給部材H100が、第2の成形位置K220には蓋部材H121が夫々成形される。本実施例では、この第1の工程が1次成形工程に相当する。
第2の工程では、固定側金型K100に対して可動側金型K200を+Z方向に移動し、これらを離間する。第2の工程において、本実施例では、液体供給部材H100も蓋部材H121もダイスライド金型K230すなわち可動側金型K200の側に付随するものとする。
第3の工程では、図7(b)に示すように、蓋部材H121の片側を成形したパーツスライド駒K221とともに蓋部材H121を+Y方向に移動する。第2の成形位置K220において、蓋部材H121を成形するための型は、その片側の面がダイスライド金型K230によって、他の側の面がパーツスライド駒K221によって構成されている。そして、本実施例では、パーツスライド駒K221を+Y方向に移動すると、蓋部材H121もこれに付随して+Y方向に移動するようになっている。なお、パーツスライド駒K221の移動は、上述した可動側金型K200のY方向への移動とは異なる駆動源(例えば油圧シリンダなど)によるものとする。
第4の工程では、図7(c)に見るように、可動側金型K200内に配置されているダイスライド金型K230を+X方向に移動させ、液体供給部材H100と蓋部材H121のX方向における位置合わせを行う。ダイスライド金型K230もパーツスライド駒K221と同様、移動のための駆動源は可動側金型K200のものとは異なっている。
第5の工程では、図8(a)に見るように、パーツスライド駒K221を−Y方向に第3の成形位置K225まで移動し、蓋部材H121を液体供給部材H100の所定の位置に当接させる。既に説明した図3(a)および(b)からも判るように、本実施例の蓋部材H121は液体供給部材H100のY方向の幅領域に対し奥まった位置に組み込まれるようになっている。よって、第3の工程で蓋部材H121を+Y方向に一度退避させ、第4の工程で液体供給部材H100との位置合わせを行った後に、第5の工程で蓋部材H121を−Y方向に戻すことにより、第4の工程で両者が衝突するのを回避することが出来る。このような第5の工程でパーツスライド駒K221が移動する位置は、第1の工程で蓋部材H121の1次成形を行った位置よりも、−Y方向にずれている。すなわち、本実施例のパーツスライド駒K221は、第2の成形位置K220、退避位置、第3の成形位置の3つの位置を移動可能になっている。
第6の工程では、可動側金型K200を−Z方向に移動し、固定側金型K100と型締めする。そして、この状態で、液体供給部材H100と蓋部材H121とを接合するための第3の成形位置K225に、図8(b)に見るように、両部材と相溶性のある樹脂をバルブゲートK130、K131から流し込む。本実施例では、この第6の工程が2次成形工程に相当する。
第7の工程では、本金型K001を開放し、パーツスライド駒K221を+Y方向へ退避させ、密閉中空構造が完成した液体供給部材H100を、−Z方向へ押し出す。これにより、液体供給部材H100と蓋部材H121とが接合された液体供給部材H100の完成品が得られる。
1次成形工程においても2次成形工程においても、それぞれの型の隅々まで樹脂を流入させて複雑な構成の部品を成形するためには、本金型K001を型締めした状態で、液化した樹脂をそれぞれのバルブゲートからある程度高い圧力で噴射することが求められる。このとき、既に1次成形で成形した複雑で薄壁の部品の近傍に、2次成形のための樹脂が高圧力で噴射されると、1次成形で成形した部品を変形してしまったり、1次成形で確保した中空間に樹脂が流れ込んでしまったりするおそれが生じる。
例えば、再度図4を参照するに、距離t2が隙間t1よりも小さいと、2次樹脂を注入する際の圧力によって、2次樹脂が隙間t1を通り抜け液体供給部材H100の液路H501まで入り込んでしまうおそれが生じる。特に、図5に示すように−Y方向を重力方向とする姿勢で一連の工程を行った場合、2次成形工程で流入された液状の樹脂は重力に従って開口H500と凸部H521の隙間を通り、液路H501に到達しやすくなる。そして、このような状況が発生すると、液路H501自体の容積が減少し、液体吐出ヘッドとして使用した際に、液体を供給する役割を十分に果たすことが出来なくなってしまう。本実施例のように、距離t2を隙間t1よりも十分大きくすれば、流入圧によって凸部H521が開口H500のどちらか一方の内壁に当接しても、空間H131が開口H500まで広がることはなく、両者の距離は十分維持されている。よって、2次成形のための樹脂がある程度高い圧力で流入されても、樹脂が隙間t1までは到達することはなく、信頼性の高い液体吐出ヘッドを安定して製造することが可能となる。
また、液体供給部材H100の壁厚と蓋部材H121の凸部H521の長さは、ほぼ同等であって且つ両者を固定するに十分な大きさを有している。このため、液体供給部材H100の壁と蓋部材H121の空間H131に2次樹脂がある程度高い圧力で流入しても、液体供給部材H100の壁の厚みに伴う抗力が発揮され、液体供給部材H100の変形を阻止することができる。
(その他の実施例)
図9(a)〜(d)は、本発明で採用可能な、液体供給部材H100と蓋部材H121の連結部の別形態を示す図である。上記実施例では、図4で示したように、液体供給部材H100に設けた開口H500の壁面と蓋部材H121の凸部H521の壁面を、Y方向に平行とした。これに対し、例えば図9(a)および(b)の開口H500および凸部H521は、Y方向に対し傾きを有している。図9(a)は開口H500と凸部H521が同じ方向の傾きを有している場合を示し、同図(b)は異なる方向の傾きを有している場合を示している。
このような傾き(テーパ)が形成されている場合、1次成形後の第2の工程において、それぞれの部品を成形した金型を抜き取る方向は、テーパの傾き方向によって制限される。例えば、図9(a)の場合、1次成形で液体供給部材H100を成形した金型は+Y方向にしか抜くことが出来ない。このため、第2の工程で本金型を開放する際、液体供給部材H100は固定側金型K100の側に付随しダイスライド金型K230とは分離することになる。一方、図9(ab)の場合、1次成形で液体供給部材H100を成形した金型は−Y方向にしか抜くことが出来ない。このため、第2の工程で本金型を開放する際、液体供給部材H100は上記実施例と同様、ダイスライド金型K230の側に付随し固定側金型K100とは分離することになる。蓋部材H121については、いずれの場合も、上記実施例と同様にダイスライド金型K230の側に付随する形態となる。
両者を比較した場合、挿入時の開口面積が大きい図9(a)のほうが、蓋部材H121の開口H500への挿入が容易であるといえる。この場合、図9(c)に示すように、凸部H521のテーパ形状を利用し、開口H500の縁と凸部H521の側面とを当接させる構成としても良い。図9(c)のように両者を直接当接させておけば、蓋部材H121が2次樹脂の流入圧力を受けても、開口H500の縁から受ける抗力によって移動や変形を抑制することが出来る。また、t1が実質0となり、液路H501に通じる経路は完全に封鎖されるので、2次樹脂の流入を更に確実に防ぐことが出来る。
更に別形態として、図9(d)のように凸部に溝形状を形成しておくことも出来る。このような溝形状を配備することにより、開口H500における液体充填性や液体供給持続性を向上させることが期待できる。
図9(a)〜(d)に示すいずれの形態であっても、上述した実施例と同様にt2>t1の関係は満足されている。よって、2次成形時に2次樹脂が高い圧力で流入されても、これが液路H501に侵入することはない。
なお、隙間t1については、液路H501に開放されているため、あまり大きいと気泡などを抱き込んで液路H501における液体供給性能に影響を与えるおそれが生じる。このため、蓋部材H121の挿入工程の妨げにならない程度にt1は小さく設計されることが望まれる。
また、上述した実施例では図6にも示したように、同形態の5つのバルブゲートを使用したが、無論本発明はこのような形態に限定されるものではない。全ての成形を同一且つ単一のバルブゲートで行っても良いし、1次成形と2次成形で異なる樹脂を射出するために異なる形態のバルブゲートを用意しても良い。また、射出流量と成形部品の体積や形状に応じて、1つの部品に対し同型または異型の3以上のバルブゲートを配備することも出来る。
更に、以上では、図3(a)および(b)で示したように1次成形で成形した2つの部品を2次成形にて接合する場合について説明したが、部品の数は更に多くすることも出来る。例えば、図10に示すように、液体収容部材H100に対し2つの蓋部材H121およびH122を、+Y方向および−Y方向から対向するように当接させて液室H110を完成させるようにしても良い。この場合、第3の工程において、2つ目の金型駒は上述した金型駒K221とは反対の−Y方向に退避させ、第5の工程ではこれを+Y方向に移動して蓋部材を液室H110の−Y方向側に当接させることになる。
以上説明した本発明によれば、液体供給部材H100と蓋部材H121の結合部において、2次樹脂の流入領域で開口部に最も近接する距離t2を開口と凸部の隙間t1よりも大きくすることにより、2次成形において樹脂が液室に流入するのを防ぐことが出来る。
H001 液体吐出ヘッド
H010 供給口
H020 吐出素子部
H100 液体供給部材
H121 蓋部材
H131 封止材料
H500 開口
H521 凸部
K001 本金型
K230 ダイスライド金型

Claims (12)

  1. 液体を吐出する吐出素子部と、前記吐出素子部に液体を導くための液路が形成された液体供給部と、を備えた液体吐出ヘッドの製造方法であって、
    本金型と、該本金型の内部にてスライド可能であって、前記液体供給部の第1の部品を成形するための型と第2の部品を成形するための型が前記スライドの方向に配置されているダイスライド金型、を用意し、
    前記本金型を型締めした状態で、前記第1の部品を成形するための型と前記第2の部品を成形するための型に樹脂を流入させることによって、前記第1の部品と前記第2の部品を成形する第1の成形工程と、
    前記ダイスライド金型をスライドさせて、前記第1の部品と前記第2の部品の前記スライドの方向における位置合わせを行うスライド工程と、
    前記第1の部品の内部に形成された中空の領域と外部とを貫通する開口に前記第2の部品の凸部を挿入することにより前記第1の部品と前記第2の部品を当接させた後、前記第1の部品と前記第2の部品を接合させるための樹脂を流入させることによって、前記中空の領域が前記第2の部品によって封鎖された前記液体供給部を成形する第2の成形工程と、
    を有し、
    前記第2の成形工程において、前記挿入の方向と直交する方向において、前記樹脂が流入する領域の前記開口と最も近い位置と前記開口との距離は、前記開口と前記凸部の隙間よりも大きいことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
  2. 前記開口の壁面と前記凸部の壁面は、前記挿入の方向と平行であることを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
  3. 前記開口の壁面と前記凸部の壁面は、前記挿入の方向に対し傾いていることを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
  4. 前記挿入の方向に対する前記開口の壁面の傾きの方向と前記凸部の壁面の傾きの方向は、同じ方向であることを特徴とする請求項3に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
  5. 前記挿入の方向に対する前記開口の壁面の傾きの方向と前記凸部の壁面の傾きの方向は、異なる方向であることを特徴とする請求項3に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
  6. 前記凸部は前記開口の縁に当接していることを特徴とする請求項3に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
  7. 前記凸部には溝形状が形成されていることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
  8. 前記凸部の先端と前記開口の入り口は、前記挿入の方向において同じ位置に配置することを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
  9. 前記挿入の方向は重力の方向に沿っていることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
  10. 前記挿入の方向における前記第1の部品の壁厚と前記第2の部品の凸部の長さは、等しいことを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
  11. 液体を吐出する吐出素子部と、前記吐出素子部に液体を導くための液路が形成された液体供給部と、を備えた液体吐出ヘッドの製造装置であって、
    本金型と、
    該本金型の内部にてスライド可能であって、前記液体供給部の第1の部品を成形するための型と第2の部品を成形するための型が前記スライドの方向に配置されているダイスライド金型と、
    前記本金型を型締めした状態で、前記第1の部品を成形するための型と前記第2の部品を成形するための型に樹脂を流入させることによって、前記第1の部品と前記第2の部品を成形する第1の成形手段と、
    前記ダイスライド金型をスライドさせて、前記第1の部品と前記第2の部品の前記スライドの方向における位置合わせを行うスライド手段と、
    前記第1の部品の内部に形成された中空の領域と外部とを貫通する開口に前記第2の部品の凸部を挿入することにより前記第1の部品と前記第2の部品を当接させた後、前記第1の部品と前記第2の部品を接合させるための樹脂を流入させることによって、前記中空の領域が前記第2の部品によって封鎖された前記液体供給部を成形する第2の成形手段と、
    を備え、
    前記第2の成形手段において、前記挿入の方向と直交する方向において、前記樹脂が流入する領域の前記開口と最も近い位置と前記開口との距離は、前記開口と前記凸部の隙間よりも大きいことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造装置。
  12. 液体供給するための液路を備える液体供給部材の製造方法であって、
    本金型と、該本金型の内部にてスライド可能であって、前記液体供給部材の第1の部品を成形するための型と第2の部品を成形するための型が前記スライドの方向に配置されているダイスライド金型、を用意し、
    前記本金型を型締めした状態で、前記第1の部品を成形するための型と前記第2の部品を成形するための型に樹脂を流入させることによって、前記第1の部品と前記第2の部品を成形する第1の成形工程と、
    前記ダイスライド金型をスライドさせて、前記第1の部品と前記第2の部品の前記スライドの方向における位置合わせを行うスライド工程と、
    前記第1の部品の内部に形成された中空の領域と外部とを貫通する開口に前記第2の部品の凸部を挿入することにより前記第1の部品と前記第2の部品を当接させた後、前記第1の部品と前記第2の部品を接合させるための樹脂を流入させることによって、前記中空の領域が前記第2の部品によって封鎖された前記液体供給部材を成形する第2の成形工程と、
    を有し、
    前記第2の成形工程において、前記挿入の方向と直交する方向において、前記樹脂が流入する領域の前記開口と最も近い位置と前記開口との距離は、前記開口と前記凸部の隙間よりも大きいことを特徴とする液体供給部材の製造方法。
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