JP2001018399A - インクジェットヘッド用ノズルプレートとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 印字精度に優れかつ高耐久性のあるインクジ
ェットヘッド用のノズルプレートを提供するとともに、
連続生産が可能でかつ効率よく生産できるノズルプレー
トの製造方法を提供する。 【解決手段】 プラスチックフィルムからなるベース５
の片面に電鋳工程により電鋳層１４を積層形成し、電鋳
層１４側に形成されるベルマウス形のインク導入孔１５
と、インク導入孔１５を介してベース５にレーザービー
ムで穿孔される直線孔状のインク通口１６とでノズル口
Ｎを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、インクジェット
ヘッドに適用されるノズルプレートと、その製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種ノズルプレートとして、プ
ラスチックフィルムにノズル口を穿孔したフィルム状の
ものや、ノズルプレートを電鋳膜で形成した金属膜状の
もの等が知られている。前者はレーザービームを照射し
てあるいはエッチング法等による化学腐食によりノズル
口を形成し、後者はレジストパターンによって電着金属
の成長が規制される空孔部分をノズル口に利用して、そ
れぞれノズルプレートを形成している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】レーザービームを照射
してノズル口を穿孔するプラスチックフィルム状のノズ
ルプレートは、光学レンズによるレーザービームの絞り
込み径（スポット径）を一定値以下にする場合、別途レ
ーザー照射口とプレート間にアパーチャー板等を介在さ
せて絞り込む必要があり、装置が大型化するとともに、
作業が複雑となる。また、単なるストレート状のノズル
口であるため、インクの誘い込み作用が得難く、その結
果としてインクジェットに途切れや量不足を生じやす
い。プラスチックフィルムを素材としているため、十分
な強度を得難く、耐久性に難があること、さらに強度不
足を補うためにフィルム厚さを大きくすると、レーザー
照射時の減衰のため、ノズル口始端と終端間の孔径に差
が生じ、噴射特性が低下する等ノズル口を確実に穿孔で
きなくなる点で問題がある。因みに、ノズル口の直径と
深さの比（アスペクト比）は１前後が限界で、それ以上
の仕様の加工は困難であった。

【０００４】一方、電鋳膜で形成したノズルプレートに
おいては、レジストパターンを越えて電着金属を成長さ
せてプレートを形成した場合、ノズル口がプレート外面
へ向かって絞り込まれたベルマウス状に形成されるの
で、インクの誘い込み作用に優れてはいる。しかし、ノ
ズル口にはベルマウス状のインク誘い込み部分に続くス
トレート部分が殆ど形成されないので、インクジェット
の直進性が劣る。電着層が形成されない空孔部分をノズ
ル口に利用するので、十分な強度を得るため、あるいは
ストレート部分をできる限り形成するためにプレート厚
を大きくする場合に、電鋳条件の管理が難しくノズル口
の口径値がばらつきやすい。インクの切れ（分離）を良
くするために、インクが吐出するプレート外面となる電
鋳母型面側に撥水性に優れたプラスチック層をコーティ
ング等によって形成することが好ましいが、この場合、
別途撥水処理の工程が追加となるとともに、母型面側だ
けでなく、ベルマウス状のインク誘い込み面側を含む全
面に撥水処理がされてしまう。このため、ノズル口の口
径値が一定値以下になると、コーティングしたプラスチ
ック材によってノズル口が塞がれてしまうので、この場
合にもノズル口の口径値を小さくすることに限界があっ
た。

【０００５】この発明の目的は、ベルマウス形のインク
導入部を備えた電鋳層と、このインク導入部の吐出口側
に連続する直線孔状のインク通口を備えたプラスチック
フィルム製のベースとからなる多層構造のノズルプレー
トを構成することにより、インクの導入とインクの直線
吐出性をそれぞれの層で分担し、高細精度の印字を行
え、耐久性にも優れ、また吐出時のインク離れの良好な
ノズルプレートを提供することにある。

【０００６】この発明の目的は、プラスチックフィルム
製のベースとその片面に積層した電鋳層とで形成される
多層構造のノズルプレートを高精度に、また連続して効
率的に加工処理でき、低コストで生産できるノズルプレ
ートの製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係るノズルプ
レートは、図４に示すごとくプラスチックフィルムから
なるベース５と、ベース５の片面に積層される電鋳層１
４と、両者５・１４の厚み方向に貫通形成されたノズル
口Ｎとを備えていて、ノズル口Ｎが、電鋳層１４に形成
されたベルマウス形のインク導入孔１５と、インク導入
孔１５に連続してベース５に穿孔された直線孔状のイン
ク通口１６とで形成してあることを特徴とする。

【０００８】この発明のノズルプレートの製造方法にお
いては、プラスチックフィルムからなるベース５と、ベ
ース５の片面に積層される電鋳層１４と、両者５・１４
の厚み方向に貫通形成されたノズル口Ｎとを備えている
ノズルプレートを以下の手順で形成する。すなわち図１
および図２に示すごとくベース５の片面に導電層６を形
成する第１工程１と、導電層６の外面に、形成すべきノ
ズル口位置と対応して、ノズルの口径よりも大きな形状
のレジストパターン８ａを形成する第２工程２と、電鋳
工程により、レジストパターン８ａを除くベース５上の
導電層６から電着金属を析出・成長させるとともに、電
着金属をレジストパターン８ａの厚みを越えて成長させ
ることで、レジストパターンに対応してベルマウス形の
インク導入孔１５を備えた電鋳層１４を形成する第３工
程３と、インク導入孔１５に臨むベース部分にインク導
入孔１５に連続する直線孔状のインク通口１６を穿孔す
る第４工程４とを経て形成する。具体的には、第４工程
４におけるインク通口１６は、電鋳層１４側から電鋳層
１４自体をマスクとして、インク導入孔１５を介してベ
ース５にレーザービームを照射して穿孔形成する。

【０００９】別の製造方法としては、第４工程４におけ
るインク通口１６は、インク導入孔１５に臨む、レジス
トパターン８ａと導電層６とを除去した後、電鋳層１４
側から電鋳層１４をマスクとして、インク導入孔１５を
介してエッチング液を散布することで、ベース５を溶解
して穿孔形成することができる。

【００１０】第１工程１における導電層６は、銅、ニッ
ケル、クロム、鉄等の導電性金属を素材にして、スパッ
タリング法、蒸着法、メッキ、イオンプレーティング法
等の薄膜形成法によって形成する。第２工程２における
レジストパターン８ａは、ベース５の導電層６の外面全
面にフォトレジスト層８を形成する工程２ａと、フォト
レジスト層８にパターンフィルム９を介して所定のレジ
ストパターンを露光し、硬化させる露光工程２ｂと、フ
ォトレジスト層８の未露光部分を除去する現像工程２ｃ
とを経て形成する。

【００１１】

【作用および発明の効果】プラスチックフィルムからな
るベース５の片面に電鋳層１４を積層して形成し、電鋳
層１４に形成したベルマウス形のインク導入孔１５と、
該インク導入孔１５と連続するごとく、ベース５に穿孔
形成した直線孔状のインク通口１６とでノズル口Ｎが形
成されているので、電鋳層１４部に形成されるベルマウ
ス状のインク導入孔１５によりインクの誘い込み作用に
優れ、これに連続するベース５部の直線孔状のインク通
口１６によりインクの切れの良さと直進性に優れた理想
的な形状のノズルプレートが得られる。

【００１２】ベース５と電鋳層１４とからなる多層構造
でノズルプレートを構成するので、インク誘い込み部と
インク直進用ストレート部とをそれぞれ分担させること
ができるとともに、その構造強度を向上して耐久性を向
上できるうえ、インク吐出側となるベース５面自体が撥
水性を備えたプラスチック材を使用しておけば、特別な
撥水処理工程も必要無く、インク導入孔部分である電鋳
層１４側に対し、インク吐出側のベース部を選択的に撥
水処理でき、吐出時のインク離れ、切れに優れた高精度
の印字ができる。

【００１３】ベース５の片面に、電鋳層１４を積層形成
して電鋳層１４で囲まれるインク導入孔１５を配し、そ
の後に電鋳層１４をマスクとして、インク導入孔１５に
臨むベース部分を穿孔してインク導入孔１５と連続して
インク通口１６を形成するノズルプレートの製造方法に
よれば、インク誘い込みの為のベルマウス状インク導入
孔１５とこれに連続する直線状インク通口１６とが、高
精度に製造できる。また、ベース５に導電層６を形成し
た後の一連の工程を連続的に処理することができるの
で、ノズルプレートを能率良く生産でき、ノズルプレー
トの低コスト化が図れる。また、使用するベース５の厚
みを任意に選択することにより、インク直進性を向上さ
せるインク通口１６の長さを自由に設定できるととも
に、ベース上に積層形成する電鋳層１４の形成時の電鋳
条件や電着厚の調整によりインク導入孔部分の流入口側
と吐出側との孔径の比あるいは断面厚さ等を変更するこ
とができる。

【００１４】電鋳層１４をマスクとして、インク導入孔
１５を介してベース５にエキシマレーザーやＹＡＧレー
ザー等のレーザービームを照射し、これによりベース５
にインク導入孔１５と連続するインク通口１６を穿孔す
る製造法によれば、電鋳層１４をレーザービームの遮閉
用マスクとして利用できるので、レーザービームを必要
以上に微細に絞り込む必要もなくインク通口１６を穿孔
でき、その穿孔径をインク導入孔１５で正確に規定でき
る。即ち、レーザービームを絞り込むための光学系の構
造を簡素化し、その分設備コストを減少できるうえに、
インク通口１６をばらつきなく形成できる。また、レー
ザービーム照射により、インク導入孔１５から臨むレジ
ストパターン８ａ及び導電層６を同時に除去しながらベ
ース５の孔開け加工が可能で、別工程でレジストパター
ン８ａおよび導電層６を除去する必要がなく、効率よく
生産できるものである。

【００１５】レジストパターン８ａ、導電層６およびベ
ース５をそれぞれ溶材やエッチング液で溶解除去してイ
ンク通口１６を穿孔する製造方法による場合において
も、ベース５上に形成した電鋳層１４をマスクとして、
インク導入孔１５を介して片面エッチングによって、イ
ンク導入孔１５と対応して連続するインク通口１６をベ
ース５に形成することができる。但しこの場合、ベース
５のエッチング処理前に、予めインク導入孔１５と対応
するレジストパターン８ａと導電層６とを除去しておく
必要がある。

【００１６】

【実施例】この発明に係るノズルプレートの製造方法に
おいては、図２に示す処理工程を経て、ノズルプレート
を形成する。図２において、ノズルプレートは以下の第
１〜第４の各工程１〜４を経て形成する。

【００１７】第１工程１においては、図１（Ａ）に示す
ようにプラスチックフィルムからなるベース５の片面に
導電層６を形成する。ベース５の形成材料としては、好
ましくは撥水性に富み、耐熱性と耐薬品性に優れる、ポ
リイミド樹脂、フッ素樹脂、ポリフェニレンサルファイ
ド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂等の合
成樹脂素材で形成した、厚み寸法が５〜１００μｍ程度
のフィルムを用いる。本実施例では厚み５０μｍのポリ
イミド樹脂素材フィルムを使用し、その片面に、銅、ニ
ッケル、クロム、鉄等の導電性金属を素材にして、スパ
ッタリング法、蒸着法、メッキ等の薄膜形成法によっ
て、１０００〜６０００Å程度の厚みで、本実施例では
銅により３０００Å厚の導電層６を形成する。導電層６
はベース５に対して、剥離し難いように高密着性を持っ
て形成する。この導電層６によって、後工程で導電層６
の外面に電鋳層１４を電着形成することができる。な
お、導電層６を形成した後、この処理のみが以後の処理
工程から独立してバッチ処理される。第１工程１を経た
ベース５はロール状に巻かれて次工程へ送られる。

【００１８】第２工程２においては、ベース５の導電層
６の外面に、フォトレジストを用いて所定のレジストパ
ターン８ａを形成する。詳しくは、ロール巻きしたベー
ス５を一定速度で送給しながら、図１（Ｂ）のごとく導
電層６の外面に５〜３０μｍ程度、本実施例では１０μ
ｍ厚のフォトレジスト層８を形成する成膜工程２ａと、
図１（Ｃ）のごとくフォトレジスト層８上にパターンフ
ィルム９を密着させて、形成すべきノズル口Ｎの位置と
対応して、ノズル口Ｎの口径よりも大きな形状からなる
所定のレジストパターン対応部分を露光硬化させる露光
工程２ｂと、露光硬化された部分を残し、未露光部であ
る不要なフォトレジスト層８をアルカリ溶剤等の現像液
で取り除き、導電層６を選択的に露出させる現像工程２
ｃとを経て、図１（Ｄ）のごとく所定のレジストパター
ン８ａを形成する。

【００１９】成膜工程２ａにおけるフォトレジスト層８
は、液状のフォトレジストを所定厚で導電層６の外面に
コーティングして、あるいは図２に示すようにフォトレ
ジストフィルム２０を導電層６の外面に加熱圧着するこ
とによりラミネートして形成することができ、フォトレ
ジストはアルカリ型と有機溶剤型のいずれであってもよ
い。露光工程２ｂにおける露光用光源としては紫外線ラ
ンプ１０を用いる。図２における符号１１は現像液タン
ク、１２は現像後の現像液を洗い流す洗浄水を噴出供給
する水洗ノズルである。これらの各工程を経て得られる
ベース上面の層構造は図１に示すとおりである。

【００２０】第３工程３においては、第２工程２を経た
ベース５をスルファミン酸ニッケル浴等のメッキ槽１３
に浸して、所定の電鋳工程により、ベース５上のレジス
トパターン８ａを除いて外面に露出する導電層６表面に
電鋳金属を析出させて行く。電着金属はレジストパター
ン８ａの厚みを越えてさらに成長させることで、レジス
トパターン８ａの外周上に一部オーバーハングした電鋳
層１４を形成し、同時に該電鋳層１４で囲まれるレジス
トパターン８ａの中央部に対応する位置に断面ベルマウ
ス形のインク導入孔１５が形成される（図１（Ｅ）参
照）。すなわち電鋳処理を行うことにより、レジストパ
ターン８ａで覆われていない導電層６の外面に電鋳金属
が析出し、徐々に層厚みを増して行く。この電着層の厚
みがレジストパターン８ａの厚みを越えるまでに析出が
進むと、電着層はレジストパターン８ａの外周上面へと
剰り上がって電着層の形成範囲を拡げる。従って、レジ
ストパターン８ａを円形に形成しておけば、その上面に
下すぼまり状のベルマウス形の空孔部が形成される。こ
の空孔部をインク導入孔１５に利用する。なお、得られ
た電鋳層１４の層厚みは２０〜１００μｍ程度とし、本
実施例においては、６０μｍのニッケル層としている。
インク導入孔１５の最小直径寸法ｒは、レジストパター
ン８ａの大きさと、メッキ時間（電鋳層厚）とによって
任意に形成できるが、この実施例では４５μｍとした。
また、インク導入孔１５の最大直径寸法Ｒについても電
着金属の材質や電流密度やメッキ槽の条件等により変更
できるが、この実施例では１２０μｍとした。メッキ金
属としては、ニッケル、銅等の他、ニッケル−コバル
ト、ニッケル−スズ等のニッケル合金、銅合金などを種
々選択できる。

【００２１】第４工程４においては、メッキ槽１３から
出てきたベース５を水洗ノズル２３で水洗し、次にファ
ン２４で温風を吹き付けて乾燥した後、インク導入孔１
５に臨むベース部分を穿孔して、直線孔状のインク通口
１６を形成する。このインク導入孔１５とインク通口１
６とでノズル口Ｎが構成される。インク通口１６を穿孔
形成するには、エキシマレーザーやＹＡＧレーザー等の
レーザービームを用いてベース５を溶解して除去する手
法と、溶剤やエッチング液を用いて、ベース５を化学的
に溶解して除去する手法とがある。

【００２２】前者においては、紫外線による非熱的なメ
カニズムであり、熱影響の少ない加工が行えるエキシマ
レーザーを使用することが好ましく、図１（Ｆ）および
図２に示すように、電鋳層１４の上面外方からレーザー
ビーム２１を照射し、ビーム径を光学系２２で絞り込ん
で、インク導入孔１５に臨むレジストパターン８ａ、導
電層６およびベース５に直線孔状のインク通口１６を穿
孔する（図１（Ｇ）参照）。このとき、電鋳層１４はレ
ーザービームを遮ってマスキング作用を発揮するので、
電鋳層１４のインク導入孔１５にレーザービームをトレ
ースすることにより、インク導入孔１５と連続し、か
つ、インク導入孔１５の最小直径寸法ｒと同径の穿孔加
工が容易に行え、ビーム径をインク通口１６と同じ直径
値にまで絞り込む必要はない。しかも、レーザー加工時
にインク導入孔１５に臨むレジストパターン８ａ及び導
電層６も同時に除去しながらベース５にインク通口１６
を穿孔形成するようレーザー出力を設定しておけば、効
率よく加工生産できる。こうして形成されたインク通口
１６の直径寸法は、図４に示すようにインク導入孔１５
の下端直径値に一致するので、両者１５・１６は滑らか
に連続する。図２において、符号１８はレーザー発振器
である。図４は以上により形成されたノズル口Ｎの断面
構造を示す。

【００２３】エッチング液等を用いてベース５にインク
通口１６を形成する場合には、図３（ａ）に示すよう
に、ベース５のインク導入孔１５に臨むレジストパター
ン８ａをアルカリ溶剤により除去した後、電鋳層１４を
溶解せず導電層６のみを選択的に溶解除去する液、例え
ば本実施例のごとく導電層６が銅の場内、過硫酸アンモ
ニウム溶液等により図３（ｂ）のごとく導電層６を溶解
除去する。水洗、乾燥後に図３（ｃ）のごとく電鋳層１
４の上方からベース５用のポリイミド専用のエッチング
液２５を噴霧装置で供給して、インク導入孔１５に臨む
ベース部分を溶解除去して、図３（ｄ）に示すインク通
口１６を穿孔形成する。この場合の電鋳層１４はエッチ
ング液のマスク体として機能し、インク導入孔１５に連
続して正確にインク通口１６が形成される。

【００２４】以上のようにしてインク通口１６が穿孔さ
れたベース５は、水洗し、乾燥した後、再びロール状に
巻き取られて、インクジェットヘッドの組み立て工程へ
と送給される。組み立て工程においては、ベース５を所
定形状に打ち抜いてノズルプレートを完成し、これをイ
ンクジェットヘッドに接着固定する。

【図面の簡単な説明】

【図１】ノズルプレートの形成過程を説明する断面図で
ある。

【図２】ノズルプレートの形成工程を概念的に示す工程
説明図である。

【図３】別の穿孔工程を説明する断面図である。

【図４】ノズル口の断面図である。

【符号の説明】

１ 第１工程 ２ 第２工程 ３ 第３工程 ４ 第４工程 ５ ベース ６ 導電層 ８ フォトレジスト層 ８ａ レジストパターン １４ 電鋳層 １５ インク導入孔 １６ インク通口 Ｎ ノズル口

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラスチックフィルムからなるベース５
   と、ベース５の片面に積層される電鋳層１４と、両者５
   ・１４の厚み方向に貫通形成されたノズル口Ｎとを備え
   ており、 ノズル口Ｎが、電鋳層１４に形成されたベルマウス形の
   インク導入孔１５と、インク導入孔１５に連続してベー
   ス５に穿孔された直線孔状のインク通口１６とで形成し
   てあることを特徴とするインクジェットヘッド用ノズル
   プレート。
2. 【請求項２】 プラスチックフィルムからなるベース５
   と、ベース５の片面に積層される電鋳層１４と、両者５
   ・１４の厚み方向に貫通形成されたノズル口Ｎとを備え
   ているノズルプレートの製造方法であって、 ベース５の片面に導電層６を形成する第１工程１と、 導電層６の外面に、形成すべきノズル口位置と対応し
   て、ノズル口径よりも大きな形状のレジストパターン８
   ａを形成する第２工程２と、 電鋳工程により、レジストパターン８ａを除くベース５
   上の導電層６から電着金属を析出・成長させるととも
   に、電着金属をレジストパターン８ａの厚みを越えて成
   長させることで、レジストパターンに対応してベルマウ
   ス形のインク導入孔１５を備えた電鋳層１４を形成する
   第３工程３と、 インク導入孔１５に臨むベース部分に、インク導入孔１
   ５に連続する直線孔状のインク通口１６を穿孔する第４
   工程４とを含んで形成することを特徴とするインクジェ
   ットヘッド用ノズルプレートの製造方法。
3. 【請求項３】 第４工程４におけるインク通口１６が、
   電鋳層１４側から電鋳層１４をマスクとして、インク導
   入孔１５を介してベース５にレーザービームを照射して
   穿孔形成されている請求項２記載のインクジェットヘッ
   ド用ノズルプレートの製造方法。
4. 【請求項４】 第４工程４におけるインク通口１６が、
   インク導入孔１５に臨む、レジストパターン８ａと導電
   層６とを除去した後、電鋳層１４側から電鋳層１４をマ
   スクとして、インク導入孔１５を介してエッチング液を
   散布することで、ベース５を溶解して穿孔形成されてい
   る請求項２記載のインクジェットヘッド用ノズルプレー
   トの製造方法。
5. 【請求項５】 第１工程１における導電層６が、銅、ニ
   ッケル、クロム、鉄等の導電性金属を素材にして、スパ
   ッタリング法、蒸着法、イオンプレーティング法、メッ
   キ等の薄膜形成法によって形成されており、 第２工程２におけるレジストパターン８ａが、ベース５
   の導電層６の外面全面にフォトレジスト層８を形成する
   工程２ａと、フォトレジスト層８にパターンフィルム９
   を介して所定のレジストパターン８ａを露光し、硬化さ
   せる露光工程２ｂと、フォトレジスト層８の未露光部を
   除去する現像工程２ｃとを経て形成してある請求項２、
   ３または４記載のインクジェットヘッド用ノズルプレー
   トの製造方法。