JPH066378B2 - Method for forming end face of nozzle in inkjet head - Google Patents
Method for forming end face of nozzle in inkjet headInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はインクジェットプリンタに用いられるドロップ
オンデマンド型のインクジェットヘッドにおけるノズル
端面形成方法に関する。The present invention relates to a method for forming a nozzle end face in a drop-on-demand type inkjet head used in an inkjet printer.
第５図（ａ）はドロップオンデマンド型インクジェット
プリンタに用いられるヘッドの基本的構成を示す平面図
で、第５図（ｂ）は第５図（ａ）の断面図である。この
ドロップオンデマンド型インクジェットプリンタに用い
られるヘッドは第５図（ａ）および第５図（ｂ）に示す
ように、インク滴２７を噴射するノズル２１とインク室
２４との間に圧力室２２を有する噴射チャンネル系統が
形成された基板２０に、ガラスセラミックないしステン
レスなどの材質からなる可撓性の薄平板状の弾性板２５
の拡散溶接等の手段により接合し、ジルコンチタン酸
塩、チタン酸バリウムなどの材質からなる電気機械変換
器、すなわち圧電素子２６を弾性板２５上の圧力室２２
に対応した位置に接着した構成となっている。FIG. 5 (a) is a plan view showing the basic structure of a head used in a drop-on-demand type ink jet printer, and FIG. 5 (b) is a sectional view of FIG. 5 (a). The head used in this drop-on-demand type ink jet printer has a pressure chamber 22 between a nozzle 21 ejecting an ink droplet 27 and an ink chamber 24, as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). A flexible thin flat plate-like elastic plate 25 made of a material such as glass ceramic or stainless steel is formed on a substrate 20 on which an injection channel system is formed.
Of the zircon titanate, barium titanate, etc., that is, the piezoelectric element 26 is bonded to the pressure chamber 22 on the elastic plate 25.
It is configured to be bonded to the position corresponding to.
さて、圧電素子２６に記録信号に従った電気信号を印加
すると、弾性板２５の圧力室２２に対応した位置にある
部分が瞬時に曲げ変形され、圧力室２２の容積が瞬間的
に減少し、圧力室２２内のインクに圧力波が発生する。
この圧力波の伝搬により、ノズル２１内のインクがイン
ク滴２７となって飛翔するという原理である。実際にプ
リンタに搭載するインクジェットヘッドは、第６図に示
すように１つの基板２０に前記噴射チャンネル系統を複
数個配列し、ヘッドの一部にノズルを集積したマルチノ
ズル構成から成っている。本ヘッドは、外部に設けられ
たインクタンク２８からインク供給路２９を介してイン
ク室２４へインクが供給されるが、インクタンク２８内
のインクに混入する異物などが本ヘッド内に入ってノズ
ル２１を詰まらせないように、インク供給路２９の途中
に数〜数１０μｍ程度の開孔率を持ったフィルタ３０が
設けられている。この種のヘッドは、記録時における高
速性を確保するために、表裏に前記噴射チャンネル系統
を設け、１ヘッドあたりのノズル数を増やすのが通常で
ある。例えば、漢字プリンタとして使う場合、ノズル数
は２４〜３２ノズルである。Now, when an electric signal according to a recording signal is applied to the piezoelectric element 26, a portion of the elastic plate 25 at a position corresponding to the pressure chamber 22 is instantaneously bent and deformed, and the volume of the pressure chamber 22 is instantaneously reduced. A pressure wave is generated in the ink inside the pressure chamber 22.
It is a principle that the ink in the nozzle 21 flies as an ink droplet 27 by the propagation of this pressure wave. The inkjet head actually mounted on the printer has a multi-nozzle configuration in which a plurality of ejection channel systems are arranged on one substrate 20 and nozzles are integrated in a part of the head as shown in FIG. In the present head, ink is supplied from an ink tank 28 provided outside to the ink chamber 24 via an ink supply path 29. However, foreign matter mixed in the ink in the ink tank 28 enters the head and the nozzle A filter 30 having a porosity of about several to several tens of μm is provided in the middle of the ink supply path 29 so as not to block 21. In order to ensure high speed during recording, this type of head is usually provided with the ejection channel system on the front and back sides to increase the number of nozzles per head. For example, when used as a Kanji printer, the number of nozzles is 24 to 32.
従来、第６図に示したインクジェットヘッドにおいて
は、集積化されたノズルによって形成される２列のノズ
ル列を含むヘッドの端面３１は、各ノズルから噴射され
るインク滴の飛翔方向を揃えるために、研磨され鏡面仕
上げにしている。このヘッドでインク滴を噴射すると、
第６図のＢ−Ｂ断面を表した第７図に示すように、イン
クの界面張力によりノズル端面３１の一部が濡れるが、
そのインクの濡れ３２の分布は不均一であり、インク滴
２７の噴射時において、端面３１上の濡れ３２と吐出さ
れたノズルからのインクとの間の表面張力により、イン
ク滴２７の飛翔方向が曲げられ、各ノズルより噴射され
るインク滴の噴射方向が均一でなくなる問題が生じ、記
録品質が悪くなるという問題がある。また、メニスカス
３３の形状が著しく歪められ、第７図の左側に示すよう
に空洞３４ができ、次に同図の右側に示すように、空洞
３４がノズル２１内に巻込まれて気泡３５となり、それ
が噴射チャンネル系統内の残留振動により、高い確率で
圧力室へ引込まれる。その圧力室に引込まれた気泡３５
は、周りのインクに比べると弾性係数が非常に小さいの
で、圧電素子２６によるインパルスが気泡３５の変形に
より吸収されてしまうため、圧力室内の圧力が上昇せ
ず、ノズルへの圧力波の伝播が行なわれなくなる。その
ため、インク滴の噴射が不可能となる問題が生じてい
た。これを解決するために、従来は端面３１に、四ふっ
化エチレン樹脂（商品名：テフロン印加をコーティング
処理し、撥水性を持たせるようにしていたが、その撥水
性コーティング膜を形成するときに、そのコーティング
材がノズルの内部まで浸入しやすく、そのノズル内面に
まで形成されは撥水性のコーティング膜によってインク
がはじかれ、そのメニスカスの位置がヘッドの内部にま
で後退するため、不安定なインク滴の噴射が起こり、ま
た撥水性のコーティング材においても完全な撥水効果を
持つ材料は得られておらず、若干の濡れ現象が端面に起
こり、所望の効果は得られていない。これらの問題は、
インクジェットプリンタの記録品質、信頼性に係わる重
要な問題となっている。Conventionally, in the ink jet head shown in FIG. 6, the end surface 31 of the head including the two nozzle rows formed by the integrated nozzles is arranged to align the flight directions of the ink droplets ejected from each nozzle. , Polished to a mirror finish. When you eject ink drops with this head,
As shown in FIG. 7 showing the BB cross section of FIG. 6, a part of the nozzle end surface 31 gets wet due to the interfacial tension of the ink,
The distribution of the ink wetting 32 is not uniform, and when the ink droplet 27 is ejected, the flight direction of the ink droplet 27 is changed by the surface tension between the wetting 32 on the end face 31 and the ink ejected from the nozzle. There is a problem that the ejection direction of ink droplets that are bent and ejected from each nozzle is not uniform, and the recording quality deteriorates. Further, the shape of the meniscus 33 is remarkably distorted to form a cavity 34 as shown on the left side of FIG. 7, and then the cavity 34 is wound into the nozzle 21 to form a bubble 35 as shown on the right side of FIG. It is drawn into the pressure chamber with a high probability by the residual vibration in the injection channel system. Bubbles 35 drawn into the pressure chamber
Has a very small elastic coefficient as compared with the surrounding ink, the impulse due to the piezoelectric element 26 is absorbed by the deformation of the bubble 35, the pressure inside the pressure chamber does not rise, and the pressure wave propagates to the nozzle. It will not be done. Therefore, there has been a problem that it becomes impossible to eject ink droplets. In order to solve this, conventionally, the end face 31 is coated with an ethylene tetrafluoride resin (trade name: Teflon applied to make it water repellent, but when the water repellent coating film is formed, , The coating material easily penetrates into the inside of the nozzle, the ink is repelled by the water-repellent coating film formed even on the inner surface of the nozzle, and the position of the meniscus recedes into the inside of the head. A material having a perfect water-repellent effect has not been obtained even in the case of a water-repellent coating material due to jetting of droplets, and some wetting phenomenon occurs on the end face, so that the desired effect is not obtained. Is
This is an important issue regarding the recording quality and reliability of inkjet printers.
次にそれらの問題を解決するために本出願人よって開発
されたドロップオンデマンド型のインクジェットヘッド
について説明する。第３図（ａ）はこのインクジェット
ヘッドのノズル列の一部をインク滴噴射方向から見た正
面図で、第３図（ｂ）は第３図（ａ）のＡ−Ａ断面図で
ある、第３図（ａ）に示すようにノズル２１を含む面に
は、幅ｂ2を持つノズル２１を中心に幅ｂ1＋ｂ2＋ｂ
3で、かつｂ1＝ｂ3になるように溝１０を設ける。さ
て、ヘッドを駆動させるときに端面１１はインクで濡れ
てくるが、第３図（ｂ）に示すように濡れ出たインクは
溝１０に流れ出て、かつインクの表面張力、接触角のバ
ランスにより、薄いインク膜１２となる。また、幅
ｂ1，ｂ3は小さいほどインク膜１２を薄くすることがで
きる。従って、端面１１はインクが拡散しやすくする
（濡れやすくする）ために親水性の面で形成されてい
る。その親水性の材料は、インクに対して接触角０°の
材料で、Ｎｉ，Ｔｉ，ＳｉＯ2，ＴｉＯ2等であり、それ
らの材料でヘッドを構成するかまたは、メッキ，蒸着，
スパッタリング等のコーティング手段により端面１１上
に親水性の膜を形成する。なお、親水性のコーティング
材料がノズル内に浸入してもノズル内のメニスカスに悪
影響を与えることはなく、逆にメニスカスの安定化に寄
与する。また、上記の表面処理の他に、端面１１を放電
加工，サンドブラスト，エッチング等による表面荒さの
Ｒｍａｘが２μｍ以下程度の梨地仕上処理を施すと、そ
の親水性は一層促進される。以上の構造においてインク
滴を噴射すると、第４図に示すように、端面１１がノズ
ル２１に対して対称であるので、インク滴２７とノズル
２１周りのインクとの表面張力のバランスがとられ、イ
ンク滴２７の飛翔方向がノズル２１の周りの端面１１の
インクによって曲げられることがなく、メニスカスも歪
められることがなくて気泡の巻き込みが起こることはな
い。また端面１１のインクの膜が薄いため、インク滴の
飛翔速度の低下などの影響がない。Next, a drop-on-demand type inkjet head developed by the present applicant to solve these problems will be described. FIG. 3 (a) is a front view of a part of the nozzle row of the inkjet head as seen from the ink droplet ejecting direction, and FIG. 3 (b) is a sectional view taken along line AA of FIG. 3 (a). As shown in FIG. 3A, on the surface including the nozzle 21, the nozzle 21 having the width b 2 is centered and the width b 1 + b 2 + b.
The groove 10 is provided so that 3 and b 1 = b 3 . Now, when the head is driven, the end surface 11 gets wet with the ink, but as shown in FIG. 3 (b), the wet ink flows out into the groove 10, and due to the balance of the ink surface tension and the contact angle. The thin ink film 12 is formed. Further, the smaller the widths b 1 and b 3 , the thinner the ink film 12 can be made. Therefore, the end surface 11 is formed of a hydrophilic surface so that the ink can easily diffuse (wet). The hydrophilic material is a material having a contact angle of 0 ° with respect to the ink, such as Ni, Ti, SiO 2 , TiO 2 or the like, and the head is made of these materials, or plating, vapor deposition,
A hydrophilic film is formed on the end surface 11 by a coating means such as sputtering. Even if the hydrophilic coating material penetrates into the nozzle, it does not adversely affect the meniscus in the nozzle and, on the contrary, contributes to stabilization of the meniscus. In addition to the above surface treatment, the hydrophilicity is further promoted by subjecting the end face 11 to a satin finish treatment with a surface roughness Rmax of about 2 μm or less by electric discharge machining, sandblasting, etching or the like. When ink droplets are ejected in the above structure, as shown in FIG. 4, since the end surface 11 is symmetrical with respect to the nozzle 21, the surface tension of the ink droplet 27 and the ink around the nozzle 21 is balanced, The flight direction of the ink droplet 27 is not bent by the ink on the end surface 11 around the nozzle 21, the meniscus is not distorted, and the entrainment of bubbles does not occur. Further, since the ink film on the end face 11 is thin, there is no influence such as a decrease in the flight speed of ink droplets.
そこで、第３図に示す溝１０を加工するとき、第６図に
示すような各基板を積層したのち、ノズル部の端面をワ
イヤ放電加工などの手段により平面に加工し、それから
機械加工（ワイヤ放電加工も含む）などによって溝１０
を形成している。しかし、この従来の加工法では微細な
ノズルが溝１０の加工屑などによって目詰まりを起こし
易く、歩留まりが非常に悪いという問題がある。Therefore, when processing the groove 10 shown in FIG. 3, after laminating the respective substrates as shown in FIG. 6, the end face of the nozzle portion is processed into a flat surface by means of wire electric discharge machining or the like, and then machined (wire Groove 10 by including electric discharge machining)
Is formed. However, this conventional processing method has a problem that a fine nozzle is apt to be clogged with a processing waste of the groove 10 or the like, resulting in a very low yield.
本発明の目的は、ノズル端面に溝を有するドロップオン
デマンド型のインクジェットヘッドにおいて、溝加工に
おけるノズルの目詰まりを防止することのできるノズル
端面形成方法を提供することにある。An object of the present invention is to provide a nozzle end face forming method capable of preventing nozzle clogging during groove processing in a drop-on-demand type inkjet head having a groove on the nozzle end face.
本発明のインクジェットヘッドにおけるノズル端面形成
方法は、インク滴を噴射するノズルと、インクに圧力を
発生する圧力室と、この圧力室から前記ノズルへインク
を圧力伝播し輸送する導通路と、インクを外部から一時
的にヘッド内に蓄えるインク室と、インク室から前記圧
力室へインクを供給する供給路とで構成された複数個の
噴射チャンネル系統からなる第１の基板と、前記インク
室のみで構成された第２の基板と、前記圧力室内のイン
クに圧力を発生させるバイモルフ型圧電素子を含む弾性
板とで積層され、ヘッドの端の一部に集積されたノズル
を有し、かつ前記集積されたノズルにより形成されたノ
ズル列を含むヘッドの端面が、ノズル列を中心に対称な
面となるように溝を形成し、かつノズルを含む面を親水
性に表面処理されたドロップオンデマンド型インクジェ
ットヘッドにおいて、予め前記第２の基板に溝部を設け
たのち、各基板を積層し、溝部の中間において切断し、
この切断面に親水性の表面処理を施し、それをノズル端
面とすることにより構成される。A method for forming a nozzle end surface in an inkjet head of the present invention includes a nozzle for ejecting an ink droplet, a pressure chamber for generating a pressure in the ink, a conduction path for transmitting the pressure of the ink from the pressure chamber to the nozzle, and transporting the ink. A first substrate including a plurality of ejection channel systems configured by an ink chamber that is temporarily stored in the head from the outside and a supply path that supplies ink from the ink chamber to the pressure chamber; and the ink chamber only. A second substrate configured and an elastic plate including a bimorph type piezoelectric element for generating a pressure in the ink in the pressure chamber, the nozzle having the nozzle integrated at a part of the end of the head, and The end surface of the head including the nozzle row formed by the formed nozzles is grooved so that the end surface is symmetrical about the nozzle row, and the surface including the nozzle is hydrophilically surface-treated. In drop-on-demand type ink jet head, after having a groove in advance the second substrate, laminating the substrate was cut in the middle of the groove,
This cut surface is subjected to a hydrophilic surface treatment, and is used as a nozzle end surface.
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図は本発明の一実施例を説明するためのインクジェ
ットヘッドの分解斜視図である。先ず、２０ａおよび２
０ｃの基板ａおよび基板ｃのそれぞれにノズル２１を含
む噴射チャンネル系統とインク室２４ａまたは２４ｃと
をエッチングによって形成し、また２０ｂの基板ｂにイ
ンク室２４ｂを設けるが、この基板ｂ２０ｂのノズル面
となる位置に溝部１３を機械加工，またはエッチング加
工によって設ける。そして、第２図にノズル部分の断面
を示すように各基板を積層し、拡散溶接によって一体化
する。そして、第２図のＡ−Ａ線に沿って、ワイヤ放電
加工によって切断する。すると、切断後は第３図に示す
ように溝１０を有するノズル端面が得られる。また、ワ
イヤ放電加工によって切断されるので、切断面はすでに
梨地状になっており、そのまま切断面に親水性の表面処
理を施せば良い。FIG. 1 is an exploded perspective view of an ink jet head for explaining an embodiment of the present invention. First, 20a and 2
The ejection channel system including the nozzle 21 and the ink chamber 24a or 24c are formed on each of the substrate a and the substrate c of 0c by etching, and the ink chamber 24b is provided on the substrate b of 20b. The groove portion 13 is provided at a certain position by machining or etching. Then, as shown in the cross section of the nozzle portion in FIG. 2, the respective substrates are laminated and integrated by diffusion welding. And it cuts by wire electric discharge machining along the AA line of FIG. Then, after cutting, a nozzle end surface having a groove 10 is obtained as shown in FIG. Further, since it is cut by wire electric discharge machining, the cut surface is already satin-finished, and the cut surface may be directly subjected to hydrophilic surface treatment.
また、二つの溝を共通にして溝を一つにしたものでは、
第１図の基板ａ２０ａ、基板ｃ２０ｃの噴射チャンネル
系統が形成されている面とそれぞれの裏側の面に溝部１
３を設け、基板ｂ２０ｂを省略することにより、本発明
の目的は達成される。In addition, in the one that has two grooves in common,
Grooves 1 are formed on the surface of the substrate a20a and the substrate c20c of FIG.
3 is provided and the substrate b20b is omitted, the object of the present invention is achieved.
以上説明したように本発明によれば、ノズル列を含むヘ
ッドの端面がノズル列を中心に対称な面となるように溝
を形成し、かつノズルを含む面を親水性に表面処理する
場合に、溝加工時のノズルの目詰まりを殆んどなくする
ことができ、表面処理が容易にできて歩留まりの高い、
低コストなインクジェットヘッドが得られる効果があ
る。As described above, according to the present invention, when the groove is formed so that the end surface of the head including the nozzle row becomes a symmetrical surface around the nozzle row, and the surface including the nozzle is hydrophilically surface-treated. The nozzle can be hardly clogged during grooving, surface treatment can be easily performed, and yield is high.
There is an effect that a low cost inkjet head can be obtained.
第１図は本発明の一実施例を説明するためのインクジェ
ットヘッドの分解斜視図、第２図は第１図のヘッド部品
を積層したノズル部の断面図、第３図（ａ）は本出願人
によって開発されたインクジェットヘッドのノズル列の
一部をインク滴噴射方向から見た正面図、第３図（ｂ）
は第３図（ａ）のＡ−Ａ断面図、第４図は第３図Ａ−Ａ
断面図においてインク滴を噴射した様子を示す図、第５
図（ａ）はドロップオンデマンドインクジェットプリン
タに用いられるヘッドの基本的構成を示す図、第５図
（ｂ）は第５図（ａ）の断面図、第６図はインクジェッ
トヘッドの従来の代表例を示す図、第７図は第６図のＢ
−Ｂの断面においてインク滴を噴射した様子を示す図で
ある。 １０…溝、１１…端面、１３…溝部、２０ａ…基板ａ、
２０ｂ…基板ｂ、２０ｃ…基板ｃ、２１…ノズル。FIG. 1 is an exploded perspective view of an inkjet head for explaining an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of a nozzle portion in which the head parts shown in FIG. 1 are laminated, and FIG. FIG. 3 (b) is a front view of a part of a nozzle row of an ink jet head developed by a person as seen from the ink droplet ejection direction.
Is a sectional view taken along the line AA of FIG. 3 (a), and FIG. 4 is a sectional view taken along the line AA of FIG.
FIG. 5 is a view showing a state where ink droplets are ejected in a sectional view,
FIG. 1A is a diagram showing a basic configuration of a head used in a drop-on-demand inkjet printer, FIG. 5B is a sectional view of FIG. 5A, and FIG. 6 is a typical example of a conventional inkjet head. Fig. 7 shows B of Fig. 6
It is a figure which shows a mode that the ink droplet was ejected in the cross section of -B. 10 ... Groove, 11 ... End face, 13 ... Groove portion, 20a ... Substrate a,
20b ... Substrate b, 20c ... Substrate c, 21 ... Nozzle.
Claims (1)
力を発生する圧力室と、この圧力室から前記ノズルへイ
ンクを圧力伝播し輸送する導通路と、インクを外部から
一時的にヘッド内に蓄えるインク室と、インク室から前
記圧力室へインクを供給する供給路とで構成された複数
個の噴射チャンネル系統からなる第１の基板と、前記イ
ンク室のみで構成された第２の基板と、前記圧力室内の
インクに圧力を発生させるバイモルフ型圧電素子を含む
弾性板とで積層され、ヘッドの端の一部に集積されたノ
ズルを有し、かつ前記集積されたノズルにより形成され
たノズル列を含むヘッドの端面が、ノズル列を中心に対
称な面となるように溝を形成し、かつノズルを含む面を
親水性に表面処理されたドロップオンデマンド型インク
ジェットヘッドにおいて、予め前記第２の基板に溝部を
設けたのち、各基板を積層し、溝部の中間において切断
し、この切断面に親水性の表面処理を施し、それをノズ
ル端面とすることを特徴とするインクジェットヘッドに
おけるノズル端面形成方法。1. A nozzle for ejecting an ink droplet, a pressure chamber for generating a pressure in the ink, a conduction path for propagating and transporting the ink from the pressure chamber to the nozzle, and a temporary ink transfer from the outside into the head. A first substrate including a plurality of ejection channel systems each including an ink chamber that stores ink, and a supply path that supplies ink from the ink chamber to the pressure chamber; and a second substrate that includes only the ink chamber. And an elastic plate including a bimorph type piezoelectric element for generating pressure in the ink in the pressure chamber, having a nozzle integrated at a part of the end of the head, and formed by the integrated nozzle. A drop-on-demand type inkjet head in which a groove is formed so that the end surface of the head including the nozzle row is a symmetrical surface around the nozzle row, and the surface including the nozzle is hydrophilically surface-treated. Then, after providing the groove portion on the second substrate in advance, the respective substrates are laminated, cut at the middle of the groove portion, and the cut surface is subjected to hydrophilic surface treatment to make it a nozzle end surface. Nozzle end face forming method for inkjet heads.
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|---|---|---|---|
| JP28492287A JPH066378B2 (en) | 1987-11-10 | 1987-11-10 | Method for forming end face of nozzle in inkjet head |
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Publications (2)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |