JP2012030227A - Liquid body discharge head and liquid body discharge device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インクジェット式記録装置、ディスプレイ製造装置、電極形成装置、バイオチップ製造装置などの液状体吐出装置、および、液状体吐出装置に搭載される液状体吐出ヘッドに関する。 The present invention relates to a liquid material discharge apparatus such as an ink jet recording apparatus, a display manufacturing apparatus, an electrode forming apparatus, and a biochip manufacturing apparatus, and a liquid discharge head mounted on the liquid discharge apparatus.
近年、液状体を吐出する微小なノズルを有する液状体吐出ヘッドが、印刷や工業用途に広く利用されるようになってきている。例えば、特許文献1に掲げる液状体吐出ヘッドは、外部からインク(液状体)の供給を受けるための樹脂製のインク供給針(液状体導入部材)を備えており、このインク供給針は、超音波溶着(融着)によってケース(基体)に接合されている。 In recent years, liquid discharge heads having minute nozzles for discharging liquid have been widely used for printing and industrial applications. For example, the liquid discharge head described in Patent Document 1 includes a resin ink supply needle (liquid introduction member) for receiving supply of ink (liquid) from the outside. It is joined to the case (substrate) by sonic welding (fusion).
ところで、特に工業用途に用いる液状体吐出ヘッドにおいては、多様な物性の液状体に対応するため、化学的安定性に優れた材料を用いて液状体導入部材やケースを形成する必要がある。この要件を満たす材料としては結晶性樹脂が有力であるが、この材料は一般的に溶融温度が高く、これを液状体導入部材およびケースに採用した場合には溶着が困難となる。このため、接合部における溶着性(接合強度やシール性)に関して、十分な信頼性を得ることができないという課題がある。 By the way, especially in the liquid discharge head used for industrial applications, it is necessary to form the liquid introduction member and the case using a material excellent in chemical stability in order to deal with liquids having various physical properties. As a material that satisfies this requirement, a crystalline resin is effective. However, this material generally has a high melting temperature, and when this material is used for a liquid material introduction member and a case, welding becomes difficult. For this reason, there exists a subject that sufficient reliability cannot be acquired regarding the weldability (joining strength and sealability) in a junction part.
本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、信頼性に優れた液状体吐出ヘッドおよび液状体吐出装置を提供することを目的としている。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides a liquid discharge head and a liquid discharge apparatus that are excellent in reliability.
本発明の液状体吐出ヘッドは、液状体の供給流路が形成された基体と、前記供給流路に前記液状体を導入するための液状体導入部材であって、前記基体と溶着により接合されている液状体導入部材と、前記液状体導入部材と前記基体との接合部において、前記液状体導入部材ないし前記基体に形成されている突起と、前記接合部において、前記液状体導入部材ないし前記基体に形成されている凹部と、を備えることを特徴とする。 The liquid discharge head according to the present invention includes a base on which a liquid supply channel is formed, and a liquid introduction member for introducing the liquid into the supply flow path, and is bonded to the base by welding. The liquid material introduction member, the liquid material introduction member and the base at the joint portion, the liquid material introduction member or the protrusion formed on the base material, and the joint portion at the liquid material introduction member or the And a recess formed in the substrate.
この発明の液状体吐出ヘッドによれば、液状体導入部材と基体との接合部に突起および凹部が形成されているので、両部材を接合する際に、突起の形成箇所において両部材(液状体導入部材と基体)を小面積で当接させると共に、凹部の形成箇所において両部材の接触を確実に回避することができる。かくして、超音波溶着により、超音波振動のエネルギーを突起の周りに好適に集中させて液状体導入部材と基体とを好適に溶着することができるため、この発明の液状体吐出ヘッドは、接合部における溶着性に関して優れた信頼性を有している。 According to the liquid discharge head of the present invention, since the protrusion and the recess are formed at the joint between the liquid introduction member and the substrate, both members (liquid The introduction member and the base body can be brought into contact with each other in a small area, and contact between both members can be reliably avoided at the location where the recess is formed. In this way, since the ultrasonic vibration energy can be suitably concentrated around the protrusions and the liquid material introducing member and the substrate can be suitably welded, the liquid material discharge head according to the present invention has a bonding portion. It has excellent reliability in terms of weldability.
また好ましくは、前記液状体吐出ヘッドは、前記接合部において、前記凹部と前記突起との間に当該突起からの溶融部材のはみ出しのための領域を備えることを特徴とする。 Further preferably, the liquid material discharge head includes a region for the protrusion of the molten member from the protrusion between the recess and the protrusion at the joint.
上記凹部は、超音波振動のエネルギーの分散を回避する役割を果たす反面、突起からの溶融部材を逃がしてしまう箇所ともなり得るため、凹部を突起に過度に近接させてしまうと溶着しろを低下させてしまうことになる。この発明の液状体吐出ヘッドによれば、突起と凹部との間に溶融部材のはみ出しのための領域が設けられているので、上述のような課題を回避することができる。 While the concave portion serves to avoid dispersion of energy of ultrasonic vibration, it can also be a place where the molten member escapes from the projection, so if the concave portion is too close to the projection, the welding margin is reduced. It will end up. According to the liquid discharge head of the present invention, since the region for the protrusion of the melting member is provided between the protrusion and the recess, the above-described problems can be avoided.
また好ましくは、前記液状体吐出ヘッドにおいて、前記凹部の内面が曲面とされていることを特徴とする。
この発明の液状体吐出ヘッドによれば、凹部の内面における応力集中を抑えることができるので、製造時、とりわけ超音波溶着時における液状体導入部材の破壊を好適に回避することができる。
Preferably, in the liquid discharge head, the inner surface of the recess is a curved surface.
According to the liquid material discharge head of the present invention, stress concentration on the inner surface of the concave portion can be suppressed, so that breakage of the liquid material introduction member can be suitably avoided at the time of manufacturing, particularly at the time of ultrasonic welding.
また好ましくは、前記液状体導入部材の一端において前記基体と接合されているフランジ部と、前記基体において前記フランジ部の外周を規定するガイド部と、を備える前記液状体吐出ヘッドにおいて、前記凹部は、前記突起に対して、前記フランジ部の内側の領域に形成されていることを特徴とする。
この発明の液状体吐出ヘッドによれば、突起からフランジ部の外周面へと向かう溶融部材のはみ出しが凹部によって阻害されることがないので、フランジ部の外周面とガイド部との間において、当該溶融部材を介して良好な溶着を行うことができる。
Also preferably, in the liquid discharge head, comprising: a flange portion joined to the base at one end of the liquid introduction member; and a guide portion that defines an outer periphery of the flange portion in the base. The protrusion is formed in a region inside the flange portion with respect to the protrusion.
According to the liquid discharge head of the present invention, since the protrusion of the melting member from the protrusion toward the outer peripheral surface of the flange portion is not hindered by the concave portion, between the outer peripheral surface of the flange portion and the guide portion, Good welding can be performed through the melting member.
また好ましくは、前記液状体吐出ヘッドにおいて、前記液状体導入部材および前記基体が、結晶性樹脂で形成されていることを特徴とする。
この発明の液状体ヘッドは、結晶性樹脂の優れた化学的安定性によって多様な液状体に対応できると共に、接合部の溶着性に関して優れた信頼性を有している。
Preferably, in the liquid discharge head, the liquid introduction member and the base are formed of a crystalline resin.
The liquid head according to the present invention can cope with various liquids due to the excellent chemical stability of the crystalline resin, and has excellent reliability with respect to the weldability of the joint.
本発明は、前記液状体吐出ヘッドを搭載することを特徴とする。
この発明の液状体吐出装置は、上記液状体吐出ヘッドを搭載しているので、接合部の溶着性に関して優れた信頼性を有している。
The present invention is characterized in that the liquid discharge head is mounted.
Since the liquid discharge apparatus of the present invention is equipped with the liquid discharge head, it has excellent reliability with respect to the weldability of the joint.
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。また、以下の説明で参照する図では、図示の便宜上、部材ないし部分の縦横の縮尺を実際のものとは異なるように表す場合がある。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
The embodiment described below is a preferred specific example of the present invention, and thus various technically preferable limitations are given. However, the scope of the present invention is particularly limited in the following description. Unless otherwise stated, the present invention is not limited to these forms. In the drawings referred to in the following description, the vertical and horizontal scales of members or portions may be represented differently from actual ones for convenience of illustration.
(液状体吐出装置の全体構成について)
まずは、図1を参照して液状体吐出装置の構成について説明する。
図1は、液状体吐出装置の全体構成を示す図である。
(About the overall configuration of the liquid material discharge device)
First, the configuration of the liquid material discharge apparatus will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of a liquid material discharge apparatus.
図1において、液状体吐出装置100は、基板101を載置するためのステージ102と、基板101に対向するキャリッジ103と、キャリッジ103に液状体を供給する液状体供給機構106と、吐出制御回路107とを備えている。ステージ102は、主走査機構104によりキャリッジ103に対して図の左右方向に往復動(主走査)され、また、キャリッジ103は、副走査機構105により主走査に直交する方向に移動(副走査)される。主走査機構104、副走査機構105、吐出制御回路107は、制御コンピュータ108により統括制御される。
In FIG. 1, a
液状体供給機構106は、例えば、複数種の液状体を収容する容器と、容器から液状体を移送する移送管と、液状体の供給圧を一定の下に制御する圧力制御ユニットを備えている。使用される液状体としては、水や有機溶媒等の液体、およびこれらの溶液のほか、液体中に固体微粒子を分散させたものなどを採用することもできる。
The
キャリッジ103は、複数の液状体吐出ヘッド10(図2参照)を備えており、吐出制御回路107からの電気信号を受けて、ノズル20(図2参照)から基板101に対して液状体を吐出する。詳しくは、後述する。
The
液状体吐出装置100は、基板101の任意の位置に対してキャリッジ103から液状体を吐出することで、液状体を基板101上にパターン化して配置(描画)することができる。そして、配置した液状体を乾燥等により固化して、パターン化された様々な機能性膜を形成することができる。
The liquid
(液状体吐出ヘッドの構成について)
次に、図2、図3を参照して液状体吐出ヘッドの構成について説明する。
図2は、液状体吐出ヘッドの全体構成を示す図である。図3は、液状体導入部材の周辺構造を示す断面図である。
(About the configuration of the liquid discharge head)
Next, the configuration of the liquid material discharge head will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 is a diagram showing the overall configuration of the liquid material discharge head. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the peripheral structure of the liquid material introduction member.
液状体吐出ヘッド10は、液状体供給機構106(図1参照)から液状体を導入するケースアセンブリ14と、液状体を吐出する吐出アセンブリ15と、吐出制御回路107(図1参照)とフレキシブル配線基板110を介して電気的に接続される回路基板16とを備えている。ケースアセンブリ14は、内部に供給流路33を有する基体としてのケース30と、液状体供給機構106からの導出管109と結合する液状体導入部材40とを備えている。
The
液状体導入部材40は、尖端部41に導入孔42を、内部に導入流路46を有する中空針状の部材であり、尖端部41の反対側は裾を広げたフランジ部43となっている。液状体導入部材40は、フランジ部43においてケース30と超音波溶着により接合されている。
The liquid
ケース30は、フランジ部43の外周における外周面43aを規定するガイド部31と、ガイド部31の内側においてフランジ部43の下面を受けるフランジ取付部32を備えている。導入孔42を通じて導入された液状体は、導入流路46、フィルタ50、供給流路33を通じて吐出アセンブリ15に供給される。
The
フィルタ50は、金属線をメッシュ状に編みこんでなる部材であり、供給流路33の連通口の形成面に溶着されている。フィルタ50は、導入流路46から供給流路33へと供給される液状体に含まれる異物等をトラップする役割を果たすものである。尚、導入流路46および供給流路33のフィルタ50側が拡幅されているのは、フィルタ50の有効面積を大きくして通過に係るインクの流動抵抗(損失水頭)を低減するための配慮である。
The
液状体導入部材40およびケース30には、化学的安定性に優れた結晶性樹脂、本実施形態では、PPS(PolyPhenylene-Sulfide)が用いられている。これは、工業用途に用いられる様々な化学的性質の液状体によっても侵食されないようにするための配慮である。また、上述の結晶性樹脂にガラス素材などの別材料を混入させて用いることで、強度や化学的な耐性を補強することも可能である。
The liquid
PPS等の結晶性樹脂は、一般的に非結晶性の樹脂に比べて溶融温度が高く、成型時や溶着時の扱いが比較的困難である。このため本実施形態では、金型温度:150℃、樹脂温度:300℃という比較的高温の下で液状体導入部材40およびケース30の成型を行っている。また、液状体導入部材40とケース30との溶着においては、後述するような工夫がなされている。
Crystalline resins such as PPS generally have a higher melting temperature than amorphous resins, and are relatively difficult to handle during molding and welding. For this reason, in this embodiment, the liquid
吐出アセンブリ15は、一面に所定の配列で形成されたノズル20と、ノズル20の個々と連通するキャビティ22と、対応する液状体種ごとにキャビティ22に液状体を供給するリザーバ23を備えている。キャビティ22の天蓋部24は可撓性膜25により移動可能となっており、天蓋部24と接合された圧電素子26の駆動により、液状体がノズル20から吐出される。尚、圧電素子26の駆動制御は、フレキシブル配線基板110を介して伝送される電気信号により、ノズル20ごとに行われる。
The
液状体導入部材40とケース30とは、フランジ部43とフランジ取付部32との重なり領域である接合部52において溶融部材としての溶融樹脂51を介して接合されており、この溶融樹脂51は、導入流路46と供給流路33との接続部をシールする役割も果たしている。溶融樹脂51は、後述する超音波溶着により、液状体導入部材40およびケース30の一部が溶融して形成されたものである。
The liquid
接合部52において、フランジ部43の下面には突起44(図3では、溶着により先端が潰された状態)が形成されている。突起44は、フランジ部43の外周面43aに沿ってループを描くように形成されており、溶着前においては仮想線で示すような断面三角形型の形状を有していたものである。
In the
接合部52において、フランジ部43の下面には突起44に隣接するように凹部45が形成されている。凹部45は、突起44から適度に離間して、且つ、突起44に沿ってループを描くように、断面U字型の溝状に形成されている。
In the
(超音波溶着について)
次に、図4を参照して液状体導入部材とケースとの超音波溶着工程について説明する。
図4は、超音波溶着の過程の一例を示す接合部の拡大断面図である。
(About ultrasonic welding)
Next, an ultrasonic welding process between the liquid material introducing member and the case will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a joint portion showing an example of a process of ultrasonic welding.
図4に示すように、超音波溶着は、フランジ部43の下面の突起44をフランジ取付部32に当接させた状態で、フランジ部43の上面から超音波振動を伝達するホーン55を押し当てることで行われる。超音波振動のエネルギーは、フランジ取付部32と当接する突起44の周りにおいて摩擦熱と化し、突起44の周りの樹脂が溶融して溶融樹脂51が生成される。すなわち突起44は、超音波溶着の際において、超音波振動のエネルギーを集中させる作用部としての役割を果たしている。
As shown in FIG. 4, the ultrasonic welding presses a
フランジ部43の下面やフランジ取付部32は、成型時の精度ばらつきによって必ずしも平滑とならない場合があり、例えば図示の例では、矢印Aで示す箇所においてフランジ取付部32の上面が大きく隆起している。このような場合であっても、凹部45が形成されているために、矢印Aで示す箇所でフランジ部43とフランジ取付部32とが接触して超音波振動のエネルギーが分散されることはない。すなわち凹部45は、超音波溶着の際において超音波振動のエネルギーが突起44以外の箇所に分散されるのを回避する役割を果たしており、かくして、比較的溶融のしにくいPPS樹脂を用いた本実施形態においても、液状体導入部材40とケース30とは突起44の周りにおいて好適に溶着される。
The lower surface of the
溶融樹脂51は突起44の周りに広がることになるが、凹部45が突起44に近接しすぎている場合は、突起44からはみ出した溶融樹脂51が凹部45に取り込まれてしまい、十分な溶着面積を確保することができなくなる。このため、突起44と凹部45との間には溶融樹脂51のはみ出しのための領域47が設けられており、このような弊害の回避が図られている。
The
突起44はフランジ部43の外周面43aに臨んでその内側の領域に形成されており、溶融樹脂51はフランジ部43の外周面43aまではみ出して、ガイド部31との間で強固な溶着を実現する。またこの際において、凹部45は突起44の内側の領域に形成されているため、溶融樹脂51の外周面43aへのはみ出しが凹部45によって阻害されることはない。
The
図示のように、凹部45の内面は曲面とされている。これは、ホーン55がフランジ部43の上面を押圧する際に凹部45の内面に応力を集中させないようにするための配慮である。例えば、凹部45内に角を設けると、その角に応力が集中して超音波溶着の際にフランジ部43にクラックが生じることがあり、本実施形態ではこのような弊害の回避が図られているものである。
As illustrated, the inner surface of the
凹部45は、フランジ取付部32との接触を回避できればその役割を果たすことができるものであるため、過度に深くしないことが好ましい。凹部45が深いと、はみ出してきた溶融樹脂51を多く取り込んでしまい、溶着面積の減少によって溶着性を低下させてしまうことがあるからである。また、凹部45が設けられている箇所のフランジ部43の肉厚が薄くなってしまい、超音波溶着の際にフランジ部43にクラックを生じさせる虞があるからである。尚、本実施形態では、突起44の高さ(溶着前)が0.2mmであるのに対して、凹部45の深さを0.14mmとしている。
The
(変形例)
次に、図5を参照して、変形例について、先の実施形態との相違点を中心に説明する。
図5は、変形例に係る液状体導入部材の周辺構造を示す断面図である。
(Modification)
Next, with reference to FIG. 5, a modified example will be described focusing on differences from the previous embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a peripheral structure of a liquid material introducing member according to a modification.
この変形例では、接合部52において、凹部48がフランジ取付部32側に形成されていて、上述の実施形態と同様の役割を果たしている。この変形例のように、本発明に係る凹部はケース側に形成されていてもよい。また、突起に関しても、液状体導入部材側(フランジ部)に形成する代わりに、あるいは液状体導入部材側に形成すると共に、ケース側(フランジ取付部)に形成してもよい。
In this modification, the
本発明は上述の実施形態に限定されない。
例えば、本発明に係る突起および凹部は、本発明の趣旨を違えない範囲で、液状体導入部材とケースとの接合部における様々な位置に、様々な形状で形成することができる。具体的な例を挙げれば、突起および凹部を、フランジ部の下面において離散的に形成してもよい。
また、実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略したり、図示しない他の構成と組み合わせたりすることができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment.
For example, the projections and the recesses according to the present invention can be formed in various shapes at various positions in the joint portion between the liquid material introduction member and the case within the scope not departing from the spirit of the present invention. If a specific example is given, you may form a protrusion and a recessed part discretely in the lower surface of a flange part.
Moreover, each structure of embodiment can combine these suitably, can be abbreviate | omitted, or can combine with the other structure which is not shown in figure.
10…液状体吐出ヘッド、14…ケースアセンブリ、30…基体としてのケース、31…ガイド部、32…フランジ取付部、33…供給流路、40…液状体導入部材、41…尖端部、42…導入孔、43…フランジ部、43a…フランジ部の外周面、44…突起、45…凹部、46…導入流路、47…溶融樹脂のはみ出しのための領域、48…凹部、50…フィルタ、51…溶融部材としての溶融樹脂、52…接合部、55…ホーン、100…液状体吐出装置。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記供給流路に前記液状体を導入するための液状体導入部材であって、前記基体と溶着により接合されている液状体導入部材と、
前記液状体導入部材と前記基体との接合部において、前記液状体導入部材ないし前記基体に形成されている突起と、
前記接合部において、前記液状体導入部材ないし前記基体に形成されている凹部と、を備える液状体吐出ヘッド。 A substrate on which a liquid supply channel is formed;
A liquid material introduction member for introducing the liquid material into the supply flow path, wherein the liquid material introduction member is joined to the substrate by welding;
A projection formed on the liquid material introducing member or the base at the joint between the liquid material introducing member and the base; and
A liquid discharge head comprising: the liquid introduction member or a recess formed in the base at the joint.
前記凹部は、前記突起に対して、前記フランジ部の内側の領域に形成されていることを特徴とする液状体吐出ヘッド。 4. The liquid according to claim 1, further comprising: a flange portion that is joined to the base at one end of the liquid introduction member; and a guide portion that defines an outer periphery of the flange portion in the base. A body discharge head,
The liquid discharge head according to claim 1, wherein the recess is formed in a region inside the flange portion with respect to the protrusion.
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