JP2002011875A - ノズル形成部材及びその製造方法並びに液滴吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 大面積化と高周波吐出が可能なノズル形成部
材及びその製造方法、高速記録が可能な液滴吐出ヘッド
の提供。 【解決手段】 ノズル形成部材であるノズル板４は、フ
レーム部材４１に形成された貫通のフレーム孔４２内に
ノズル５となる孔を形成するノズル孔部材４３を保持
し、このノズル孔部材４３が紫外線硬化材料からなる構
成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はノズル形成部材及びその
製造方法並びに液滴吐出ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プ
ロッタ等の画像記録装置或いは画像形成装置として用い
るインクジェット記録装置において使用する液滴吐出ヘ
ッドであるインクジェットヘッドとしては、インク滴を
吐出するノズルと、このノズルが連通するインク流路
（加圧液室、圧力室、吐出室、液室等とも称される。）
と、インク流路内のインクを加圧する圧電素子などの電
気機械変換素子、或いはヒータなどの電気熱変換素子、
若しくはインク流路の壁面を形成する振動板とこれに対
向する電極からなる圧力発生手段（エネルギー発生手
段）とを備えて、圧力発生手段で発生した圧力でインク
流路内インクを加圧することによってノズルからインク
滴を吐出させる。

【０００３】ここで、ノズルを形成したノズル形成部材
としては、特開平１−１０８０５６号公報、特開平２−
１２１８４２号公報等に記載されているように、有機樹
脂材料からなるプレートにエキシマレーザーによってノ
ズルとなる孔（ノズル孔）を形成したもの、或いは、特
開昭６３−３９６３号公報、特開平１−４２９３９号公
報等に記載されているように、電鋳支持基板上にドライ
フィルムレジスト等の感光性樹脂材料を用いてノズル径
に応じたレジストパターンを形成した後、このレジスト
パターンを用いてニッケル等の金属材料を電鋳工法で析
出してノズルプレートを形成するもの、その他プレス加
工でノズル孔を形成するものなどが知られている。

【０００４】さらに、特開平８−３４１１９号公報に記
載されているように、予めノズル孔を電鋳工法で形成し
た金属層にエポキシ系接着剤で高分子層を積層したノズ
ルプレート基体を用いて、エキシマレーザーで高分子層
にノズル孔に連通する孔部を形成したもの（ノズル表面
が金属層）、或いは特開平８−８５２１２号公報に記載
されているように、電鋳で孔部を形成した金属プレート
上に樹脂フィルムを接着積層し、金属プレート側からレ
ーザー光を照射して樹脂フィルムにノズル孔を形成した
もの（ノズル表面が樹脂層）なども知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従
来の各種ノズル形成部材では、高速プリント対応のイン
クジェットヘッドに対応することが困難になっている。
すなわち、高速プリントを実現するためには、ノズル数
を増加し、吐出駆動周波数を高くすることが必要にな
り、これを生産技術的に見ると、母型（ピン）を多数用
意する、大面積ノズル形成部材を製作する、ノズル形成
部材の剛性を上げることになるが、現状の技術ではこう
した課題をすべて達成することが困難である。

【０００６】もっとも単純に金属板にプレス加工でノズ
ル孔を形成する場合、プレス加工で用いるピンは金属を
高精度に打ち抜くために高い耐摩耗性を必要とする。こ
のため、多くの場合、ピン作製は加工時間のかかる放電
加工で行われ、多数のピンを準備するには膨大な時間を
必要とする。また、ノズル形状を維持するにはピンの定
期的なメンテナンスが必要であり、プレス加工ではこの
間隔を他の加工法に比べて短くする必要がある。ピン数
が増えるとメンテナンスの手間は飛躍的に増加し、生産
性の低下を招くことになる。

【０００７】そこで、プレス加工よりも成形加工やレー
ザー穿孔加工の方がノズル数増加には有利に思われる
が、ノズル形成部材の大面積化には成形加工では重大な
問題がある。成形加工やレーザー穿孔加工では多くの場
合樹脂が用いられるが、ノズルが連通するインク流路に
はセラミックス、半導体など無機物が圧倒的に多く用い
られるため、ノズル形成部材が大面積化すると、樹脂と
無機物の熱膨張率差が無視できなくなって接着部に負荷
がかかったり、ヘッドのマクロな形状変形をもたらす場
合がある。これは、ヘッドの信頼性を著しく低下させ
る。

【０００８】また、ノズル形成部材が樹脂である場合、
剛性が低く、高周波の圧力波に対する応答性が低下する
ことになる。特に、高周波吐出に有利な静電型インクジ
ェットヘッドではインク流路部の大型化は避けられず、
ノズル形成部材がインク流路部材の天板を兼ねるような
構造を採用した場合、剛性の低下は致命的な問題にな
る。

【０００９】そのため、上述したように、流路部となる
金属板に樹脂前駆体をキャストしてこれを金属板上で高
分子化させ、剥離の起こりにくい強い金属−樹脂接合を
有する積層板を作り、これを金属側からエッチングして
樹脂部をむき出してこれにレーザー光を照射してノズル
孔を穿孔することが行われている(上記特開平８−８５
２１２号）が、エッチングによってむき出しになる樹脂
部分の形状の精度が確保しにくいという課題がある。

【００１０】すなわち、理想的にはレーザーによって穿
孔する領域だけが形成できればよいが、実際には、余裕
を見て穿孔領域よりも大きめに樹脂面を露出させておく
必要がある。形状精度が低い理由は片面からのエッチン
グであることと、樹脂面が撥水性を持っているのでエッ
チャントとの接触状態が変化することに起因しているも
のと考えられる。

【００１１】また、エッチング表面は微小ピットが多く
気泡排出性が必ずしも良くない。また、レーザー穿孔に
よって形成されたノズル孔内壁は、カーボンが堆積した
り、壁面微細形状が粗れるために、インクとの親和性が
制御できない状態になっている。

【００１２】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、大面積化と高周波吐出が可能なノズル形成部材
及びその製造方法、高速記録が可能な液滴吐出ヘッドを
提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係るノズル形成部材は、フレーム部材に形
成された貫通のフレーム孔内にノズルとなる孔を形成す
るノズル孔部材を保持し、このノズル孔部材が紫外線硬
化材料からなる構成としたものである。

【００１４】ここで、ノズル孔部材の高分子組成が全体
の７０％を越えないことが好ましい。また、ノズル孔部
材には紫外線を透過する微粒子が分散されていることが
好ましい。この微粒子の平均粒径がノズルとなる孔の１
０％を越えないことが好ましい。さらに、ノズル孔部材
の吐出面側及び／又はその反対面側の断面形状がなだら
かな凹部形状であることが好ましい。さらにまた、フレ
ーム部材のフレーム孔の壁面粗さがこのフレーム部材の
他の表面よりも粗いことが好ましい。

【００１５】本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐
出するノズルを有する本発明に係るノズル形成部材と、
ノズルが連通する流路と、この流路内の液体を加圧して
ノズルから液滴を吐出させる圧力を発生させる圧力発生
手段とを有する構成としたものである。

【００１６】本発明に係るノズル形成部材の製造方法
は、フレーム部材に形成された貫通のフレーム孔内にノ
ズルとなる孔を形成するノズル孔部材を保持したノズル
形成部材の製造方法であって、工程１：フォトファブリ
ケーションを用いて母型支持部材上に樹脂を材質とする
ノズル孔形状の母型を製作する工程、工程２：フレーム
孔を形成したフレーム部材を、フレーム孔内に母型が配
置される状態で母型支持部材上に仮固定する工程、工程
３：フレーム部材上及びフレーム孔内にノズル孔部材と
なる紫外線硬化材料を塗布充填して硬化させた後、フレ
ーム部材を母型支持部材から分離する工程、工程４：フ
レーム部材の少なくとも吐出面側を研磨する工程、工程
５：フレーム部材の研磨した面に撥水性処理を施す工
程、工程６：フレーム部材のフレーム孔内の母型を除去
してノズル孔を形成する工程を順次行う構成としたもの
である。

【００１７】ここで、工程１で母型支持部材上にポジ型
レジストによる薄層を形成した後母型を形成することが
好ましい。また、工程３で紫外線硬化材料を硬化させる
ときに吐出面側から先に紫外光照射を行うことが好まし
い。さらに、工程３で紫外線硬化材料をディッピング又
は転写方法で塗布することが好ましい。さらにまた、工
程３の紫外線硬化材料は紫外硬化型のゾルゲルガラスで
あることが好ましい。

【００１８】また、工程５で機械的研磨を行うことが好
ましい。或いは、工程５でフレーム部材よりも紫外線硬
化材料の方が研磨されるメカノケミカルポリッシングが
生じる研磨を行うことが好ましい。さらに、撥水性処理
は撥水性材料を塗布方式でコーティングすることが好ま
しい。さらにまた、工程６で剥離液に浸漬するとともに
超音波衝撃を与えて母型を剥離することが好ましい。ま
た、工程１で母型とともに接合用アライメントマークを
形成することが好ましい。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。図１は本発明を適用した静電
型インクジェットヘッドの分解斜視説明図、図２は同ヘ
ッドの透過状態で示す上面説明図、図３は同ヘッドの液
室長辺方向に沿う模式的断面説明図、図４は同ヘッドの
液室短辺方向に沿う模式的断面説明図である。

【００２０】このインクジェットヘッドは、インク流路
形成部材である振動板／液室基板１と、振動板／液室基
板１の下側に設けた電極基板３と、振動板／液室基板１
の上側に設けた本発明に係るノズル形成部材であるノズ
ル板４とを備え、複数のノズル５、各ノズル５が連通す
るインク流路である液室（吐出室）６、液室６に流体抵
抗部となるインク供給路７を介して連通する共通インク
室８などを形成している。

【００２１】振動板／液室基板１には、液室６及びこの
液室６の底部となる振動板１０、各液室６を隔てる隔壁
１１を形成する凹部、共通インク室８を形成する凹部な
どを形成している。このような振動板／液室基板１は、
例えばシリコン基板に振動板となる厚み（深さ）にボロ
ンなどの不純物を拡散し、この不純物拡散層をエッチン
グストップ層として異方性エッチングを行って液室６と
なる凹部等を形成することで得られる。

【００２２】電極基板３には、凹部１４を形成して、こ
の凹部１４の底面に振動板１０に所定のギャップ１６を
置いて対向する電極１５を形成し、この電極１５と振動
板１０によって、振動板１５を変位させて液室１６の内
容積を変化させるアクチュエータ部を構成している。こ
の電極基板３の電極１５上には振動板１０との接触によ
って電極１５が破損するのを防止するためのＳiＯ₂など
の絶縁層１７を成膜している。なお、電極１５を電極基
板３の端部付近まで延設して外部駆動回路と接続手段を
介して接続するための電極パッド部１５ａを形成してい
る。

【００２３】この電極基板３は、ガラス基板、また表面
に熱酸化膜３ａを形成したＳｉ基板上に、ＨＦ水溶液な
どでエッチングにより凹部１４を形成し、この凹部１４
に窒化チタンなどの高耐熱性を有する電極材料をスパッ
タ、ＣＶＤ、蒸着などの成膜技術で所望の厚さに成膜
し、その後、フォトレジストを形成してエッチングする
ことにより、凹部１４にのみ電極１５を形成したもので
ある。この電極基板３と振動板／液室基板１とは陽極接
合、直接接合などのプロセスで接合している。

【００２４】ノズル板４にはノズル５及び液室６と共通
インク室３８との間のインク供給路７となる溝部及び図
示しないヘッド外部のインクタンクと接続するためのイ
ンクタンク接続口１９も形成している。このノズル板３
４は、後述するようにフレーム部材の貫通穴（フレーム
孔）内にノズル５となるノズル孔を形成するノズル孔部
材を保持したものであり、また、ノズル面（吐出方向の
表面）には、インクとの撥水性を確保するため、メッキ
被膜、あるいは撥水剤コーティングなどの周知の方法で
撥水膜を形成している。

【００２５】このインクジェットヘッドにおいては、振
動板１０と電極１５との間（いずれかを共通電極、他方
を個別電極とする。）に駆動電圧を印加することによっ
て充電して、静電力によって振動板１０を電極１５側に
変形させ、続いて振動板１０と電極１５間の電荷を放電
させることによって振動板１０が復帰変形して、液室６
の内容積（体積）／圧力が変化することによって、ノズ
ル５からインク滴が吐出され、インク供給路７を通じて
共通インク室８からインクが補充される。

【００２６】そこで、このインクジェットヘッドにおけ
るノズル形成部材であるノズル板４の詳細について図５
及び図６をも参照して説明する。ノズル板４は、図５及
び図６に示すように、フレーム部材４１に形成した貫通
穴であるフレーム孔４２内にノズル５となるノズル孔４
４を形成したノズル孔部材４３を保持し、表面に撥水層
４５を成膜している。

【００２７】フレーム部材４１としては、ヤング率が高
く（好ましくは１０ＧＰａ以上）、また、熱膨張率はフ
レーム部材４１を接合する部材であるセラミック基板を
用いた振動板／液室基板１の線膨張係数に対して５０〜
３００％の熱膨張率であことが好ましく、特に好ましく
は８０〜１２５％である。例えば、このフレーム部材４
１としては、ステンレススチールに代表される金属、ジ
ルコニアに代表されるセラミックスなどを用いることが
好ましい。

【００２８】これにより、インク流路部材である振動板
／液室基板１と同等の高剛性を得ることができて、大面
積化と高周波吐出に対応することができる。この場合、
フレーム部材４１自体は上述したようにノズル孔を形成
しないため、フレーム孔４２の加工精度は穴径、形状と
もに１０％程度の誤差を許容することができるようにな
る。

【００２９】このフレーム部材４１のフレーム孔４２内
壁面の表面粗さは、フレーム部材４１の他の表面の粗さ
よりも粗くしている。これにより、ノズル孔部材４３と
フレーム孔４２内壁面との結合強度が向上し、界面での
剥離が防止されて信頼性が向上する。

【００３０】また、ノズル孔部材４３としては、例えば
紫外線硬化のゾルゲルガラスなどの紫外線硬化材料を硬
化させたものである。紫外線硬化材料は、フレーム孔４
２への充填が容易であることから、工程の安定化を図る
ことができる。

【００３１】このノズル孔部材４３として硬化後の高分
子組成が全体の７０％を越えない材料を用いている。こ
れにより、ノズル孔４４の周縁部形状の劣化のないノズ
ルを形成することができ、品質上の安定性が得られる。

【００３２】また、ノズル部材４３には紫外線を透過す
る微粒子を分散している。この微粒子としては、例えば
シリカパウダーなどＳi−Ｏ結合を含む材料又はフッ化
カルシウム粉末などのフッ化物が適している。これによ
り、品質上安定している高分子紫外線硬化樹脂を用いて
もノズル孔４４の周縁部形状の劣化のないノズルを形成
することができ、品質上の安定性が得られる。この場
合、微粒子の平均粒径がノズルとなる孔の１０％を越え
ないものを用いていることで、微粒子によるノズル形状
の不良を回避できる。

【００３３】また、ノズル孔部材４３は、吐出面側を断
面形状でなだらかな凹部形状４３ａに、吐出面側と反対
側の面でもなだらかな凹部形状４３ｂに形成している。
吐出面側をなだらかな凹部形状にすることにより、信頼
性維持回復動作における吐出面のワイピングなどの際に
ノズル孔４４のエッジにチッピングが生じることを防止
できる。また、吐出面と反対側の面（ヘッドの流路側の
面となる）をなだらかな凹部形状にすることにより、気
泡排出性が向上して吐出安定性が得られる。

【００３４】このように、ノズル形成部材をフレーム部
材とノズル孔部材の２種類の材料によって構成し、フレ
ーム部材の大まかな貫通穴内部に充填されている別材料
によってノズルを形成する構造にすることにより、大面
積化と高周波吐出に対応でき、また、ノズル周辺部分は
高い形状精度を維持しつつ高いノズル生産性を達成する
ことができる。

【００３５】上述した構成の大面積ノズル板４を用いて
インクジェットヘッドを作製し、印字させたところ、樹
脂や金属で作製された従来構成の小面積のノズル板を用
いたヘッドと同等の吐出特性を全面において達成できた
ばかりか、高周波吐出条件においても金属性ノズル板と
同等の性能を得られた。

【００３６】そこで、このノズル板４のようにフレーム
部材のフレーム孔にノズル孔部材を保持して、このノズ
ル孔部材にノズルとなる孔を形成した本発明に係るノズ
ル形成部材の製造方法の第１実施形態について図７をも
参照して説明する。なお、上記インクジェットヘッドの
ノズル板４と対応する部分には説明を容易にするため、
同じ符号を用いる。

【００３７】このノズル板は、以下の工程によって製作
した。 工程１：ドライフィルムレジストによる円柱母型の作成 同図（ａ）に示すように、まず、フレーム部材４１の厚
さ以上の厚さを有するポジ型またはネガ型ドライフィル
ムレジストを紫外線を透過する材料で構成した母型支持
部材であるベースプレート５１上にラミネートし、適当
なマスクを介しての露光、適当な現像剤による現像、必
要に応じてポストベークを行って、任意のテーパー形状
を有する断面円錐柱状の微細な円柱母型５２を多数作成
した（図では１個のみ図示している。）。

【００３８】この円柱母型５２の高さ、上部円と下部円
の半径は上記フォトファブリケーションの条件を必要に
応じて設定することで容易に制御可能である。また、フ
ォトファブリケーションを用いることで、この円柱母型
５２の形状精度は１μｍに、相互配置は円柱母型５２の
列の両端で３μｍ以内に制御することができる。なお、
このとき、同時にノズル板４を振動板／液室基板１と接
合する際に必要なアライメントマークの母型も作製すこ
とで、精度の高いヘッド組立が可能になる。

【００３９】工程２：穿孔されたフレーム部材のベース
プレート上への設置 同図（ｂ）に示すように、ノズル板４の剛性確保とノズ
ル板４の熱膨張による変形防止を達成する材料によって
形成したフレーム部材４１には、ノズル孔部分にエッチ
ングによってノズルピッチの２／３以下の直径を有する
貫通孔であるフレーム孔４２を明けている。このフレー
ム部材４１を上記工程１で作成した円柱母型５２を並べ
てあるベースプレート５１上に設置し、各々のフレーム
孔４２内部に工程１で作成した円柱母型５２が配置され
た状態にして、適当な冶具で仮固定した。

【００４０】このフレーム部材４１のフレーム孔４２を
形成するためのエッチングの精度はフレーム部材４１の
厚さの１０％以内で構わないので工程管理上のメリット
が高い。また、フレーム部材４１を設置するときのアラ
イメントも７μｍ程度で十分であるので、設置工程も管
理が容易である。

【００４１】なお、ここでは、フレーム孔４２の穿孔工
程にエッチングを用いたが、同等の孔精度を保証し、コ
スト的にもリーズナブルな工程であれば、他の工法を用
いることもできる。ただし、エッチングのように孔側面
が粗面化されている方が、後工程で紫外線硬化材料を硬
化する工程や円柱母型５２を除去する工程において、ノ
ズル孔部材４３がフレーム孔４２壁面に食いつきやす
く、ノズル孔部材４３との界面での剥離が発生しにくい
ことは上述したとおりである。

【００４２】また、フレーム部材４１のフレーム孔４２
はノズル吐出面側の口径が液室側の口径よりも大きくな
るように形成している。これは、紫外光照射による硬化
工程において、硬化収縮による剥離を防止するためであ
る。なお、ここでは、ベースプレート５１側が液室側に
なるようにフレーム部材４１を設置しているが、逆にす
ることもできる。ただし、後工程で説明する両面研磨を
行わないのであれば、研磨しない面をベースプレート５
１側に設定することが好ましい。

【００４３】工程３：紫外線硬化材料の充填塗布と硬化 同図（ｃ）に示すように、ノズル孔部材４３となる紫外
線硬化材料５３をフレーム部材４１とベースプレート５
１の積層体上にディッピングによって塗布し、円柱母型
５２とフレーム孔４２との間隙に充填した。塗布方法は
ディッピング以外の塗布方法、スピンコートやスプレ
ー、適当な材料からの転写法なども用いることができ
る。ただし、ディッピング又は転写法が厚さの管理が不
要になる点及び気泡残留が少ない点並びに塗布材料の利
用効率の上で適している。

【００４４】その後、図８に示す工程で紫外線硬化材料
５３を硬化させた。すなわち、同図（ａ）に示す紫外線
硬化材料５３をフレーム部材４１上及び円柱母型５２と
フレーム孔４２との間隙に塗布充填したワークに対し、
同図（ｂ）に示すように、先ず、ノズル吐出面側から紫
外光の照射を照射すると、フレーム孔４２の壁面はテー
パーの影に隠れるため硬化の程度が遅く、円柱母型５２
周辺がまず硬化収縮する（なお、硬化した状態の紫外線
硬化材料５３を紫外線硬化材料５４として図示す
る。）。

【００４５】更に、硬化が進行すると、同図（ｃ）に示
すように、硬化の遅い領域５５とフレーム孔４２壁面と
の間に空隙５６が発生する。しかし、この隙間５６は図
に示すほど大きな隙間ではなく、実際には毛細管現象で
フレーム孔４２周辺から硬化材料が供給されて空隙５６
は再充填される。

【００４６】そして、硬化がある程度進んだ後、同図
（ｄ）に示すように、ワークを反転させて、または、紫
外光照射装置を液室側に配置して、フレーム部材４１の
液室側からも紫外光を照射することで、同図（ｅ）に示
すように紫外線硬化材料５４の硬化を完了させた。

【００４７】このように、吐出側からまず硬化させるこ
とでノズル形状精度を高くすることができる。また、時
間差を付けて両面から紫外線を照射することで、硬化に
よる収縮でノズル孔部材（ノズル材料）とフレーム孔側
面（壁面）の界面に発生しやすい剥離を防止することが
できる。また、ワーク全体を反転させることによってこ
の再充填を確実なものにすることができる。この状態で
液室側からも照射すると、この照射で硬化する体積が少
ないため、界面での剥離の発生をほぼ完全に防止するこ
とができる。

【００４８】なお、ここでは紫外線硬化材料としてゾル
ゲルガラスを用いたが、高分子またはゾルゲルガラスと
高分子のハイブリッド材料などを用いることもできる。
ただし、硬化後の材料における高分子の体積率が７０％
以下になると後工程、特に研磨工程でノズル形状精度が
劣化することがある。

【００４９】工程４：研磨 工程３によって作製したベースプレート５１、フレーム
部材４１、紫外線硬化材料５４からなるノズル孔部材４
３の積層体からベースプレート５１を剥離して、図７
（ｄ）に示すようになフレーム部材４１とノズル孔部材
４３の積層体５７を得る。このとき、工程１で作製した
円柱母型５１は壁面をノズル孔部材４３に取り囲まれて
いるのでベースプレート５１からはずれてこの積層体５
７に埋め込まれた状態になる。

【００５０】この状態で積層体５７の表面を研磨する。
この研磨においては、予めノズル孔部材４３の硬度をフ
レーム部材４１の硬度より低く設定して通常の機械的な
研磨を行うか、ノズル孔部材４３の構成材料の少なくと
も一つが優先的に除去されるメカノケミカルポリッシン
グを生じるような研磨を行う。フレーム部材４１にステ
ンレスを用い、ノズル孔部材４３にＳi−Ｏを含む材料
を用いて、研磨砥粒として酸化セリウムを用いることで
所望のメカノケミカルポリッシングを実現することがで
きる。

【００５１】これによって、同図（ｅ）に示すように、
研磨後の表面構造をフレーム孔４１の内側でノズル孔部
材４３が充填された領域をフレーム部材４１の表面より
も若干低くすることができ、中央の円柱母型５２の部分
を底とした緩やかな凹部４３ａが形成される。

【００５２】この凹部４３ａの深さは研磨条件や砥粒、
メカノケミカルポリッシングではこれに加えて研磨液を
適当に設定することで任意に設定することが可能であ
る。この凹部４３ａがインク吐出面にあることで、吐出
面クリーニングの際に発生するおそれのあるノズル面の
チッピングを防止することができ、逆の流路や液室側に
あると気泡排出性を上げて吐出特性の安定化に寄与す
る。そこで、ここでは両面研磨することで液室側にも凹
部４３ｂを形成した。

【００５３】工程５：撥インク層（撥水層）の形成 上述したようなフレーム孔４２内部にノズル孔部材４３
が円柱母型５２を包み込んで充填されてなる構造体列を
有するフレーム部材４１の吐出面側に、同図（ｆ）に示
すように、撥インク層である撥水層４５をスパッタなど
のドライプレーティング、又はスピンコート、ディッピ
ングによるウエット塗布によって形成した。ウエット塗
布では、塗布面以外を剥離可能な保護材料で塗布し、撥
水層４５を塗布後必要に応じて乾燥固化させたのちに保
護材料を除去する。

【００５４】なお、ウエット塗布において、円柱母型５
３との密着性が低く、かつ、フレーム部材４１およびノ
ズル孔部材４３の少なくとも一つには密着力が高い特性
を持つ撥インク材料（撥水材料）をコーティングするこ
とが好ましい。これにより、引き続いて行う円柱母型５
２の除去工程によって得られる撥水層４５のノズル孔周
縁部の形状精度を高くすることができる。

【００５５】この場合、フレーム部材４１に金属や酸化
物セラミックス、ガラスのいずれかから選ばれた材料ま
たはその複合体を用い、ノズル孔部材４３の少なくとも
一部に酸化物を用い、撥インク材料として、分子内にカ
ルボニル基やエーテル基、水酸基やアミノ基に代表され
る電子供与性基またはシロキサン結合を有する材料を用
いることで精度の高いノズル周縁部構造を有する撥水層
４５を形成できる。

【００５６】工程６：円柱母型の除去 円柱母型５２を構成する樹脂材料を適当な剥離溶液中に
浸漬して円柱母型５２を除去することで、同図（ｇ）に
示すようにノズル５となるノズル孔４４を形成したノズ
ル板４を得た。この際、超音波衝撃などの物理的な処理
も同時に行うことが除去を確実に行うためには好まし
い。

【００５７】以上の工程で得られたノズル板４を用いた
インクジェットヘッドで吐出試験を行うと、ノズル５の
形状精度が高いので吐出方向のばらつきが少なく、ノズ
ル板４としての剛性が高いので相互干渉が起こりにく
く、かつ高周波駆動においても安定した吐出性能を示す
ことを確認できた。

【００５８】次に、本発明に係るノズル形成部材の製造
方法の第２実施形態について説明する。この実施形態で
は、上記の第１実施形態の工程３で充填塗布する紫外線
硬化材料５３に微粒子を分散したものを用いた。この微
粒子の必要条件は、少なくとも硬化材料５３を硬化する
ために必要な波長の紫外光について、少なくともフレー
ム部材４１の半分以上の厚さでも硬化材料５３全体を硬
化させる程度の透過率を有することである。

【００５９】微粒子を分散することで、光硬化材料とし
て高分子材料を選択することができる。前記第１実施形
態では、ノズル孔部材として硬化収縮や研磨性の観点か
ら構成材料の少なくとも一部としてゾルゲルガラスを含
む必要があり、これは工程管理がやや難しい。微粒子を
分散させることで、高分子材料だけでは実現できない硬
化収縮量の減少と、研磨工程でのノズル周縁部の形状精
度維持を実現できる。

【００６０】なお、微粒子として、平均２０ｎｍのヒュ
ームドシリカを用いたが、コロイダルシリカでもフッ化
カルシウムのようなフッ化物でも良い。ただし、その平
均径がノズル直径の１０％以上の大きさになるとノズル
形状に影響を及ぼし、噴射特性を劣化させることがある
ので、これを越えないことが好ましい。また、分散させ
る微粒子の体積率は３０％以上になるように設定するこ
とが好ましい。これ以下では、後工程において微粒子分
散の効果が十分に発現できなかった。

【００６１】次に、本発明に係るノズル形成部材の第３
実施形態について図９をも参照して説明する。この実施
形態では、上記第１或いは第２実施形態の工程１に次の
工程を追加した。すなわち、同図（ａ）に示すように、
円柱母型５２となるドライフィルムレジストをベースプ
レート５１上にラミネートする前に、ベースプレート５
１上にポジ型レジストを２μｍの厚さで積層後ベークし
て硬化させてレジスト膜６１を成膜した後、同図（ｂ）
に示すようにレジスト膜６１上に円柱母型５２を形成し
た。

【００６２】これにより、工程３の前の構成として、ベ
ースプレート５１と円柱母型５２、及びベースプレート
５１とフレーム部材４１の間にレジスト膜６１が介在す
る構成とした。なお、レジスト膜６１の厚さは、工程３
においてベースプレート５１からの紫外線透過率が下が
り、光硬化材料の硬化の妨げにならない程度あれば２μ
ｍに限らず、これより厚くても良い。

【００６３】したがって、この工程を追加することで、
同図（ｃ）に示すように、工程３においてベースプレー
ト５１から紫外線を照射した後のレジスト膜６２は適当
な剥離液に容易に溶解し、ベースプレート５１とフレー
ム部材４１の剥離を容易に行うことができ、工程が安定
化する。

【００６４】なお、上記実施形態においては、本発明を
静電型インクジェットヘッドのノズル形成部材に適用し
た例で説明したが、インクジェットヘッド以外のノズル
形成部材にも適用することができ、またピエゾ型インク
ジェットヘッドやバブル型インクジェットヘッドなどの
ノズル形成部材にも適用することができ、さらにインク
ジェットヘッドの液体レジスト等の液体を吐出させる液
滴吐出ヘッドにも適用することができる。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るノズ
ル形成部材によれば、フレーム部材に形成された貫通の
フレーム孔内にノズルとなる孔を形成するノズル孔部材
を保持し、このノズル孔部材が紫外線硬化材料からなる
構成としたので、フレーム部材に高剛性材料を用いるこ
とができて、大面積化と高周波駆動に対応することがで
きるとともに、ノズルは高い形状精度を得ることができ
て、安定した液滴吐出性が得られる。

【００６６】ここで、ノズル孔部材の高分子組成が全体
の７０％を越えないようにすることで、ノズル周縁部の
形状劣化を防止できる。また、ノズル孔部材に紫外線を
透過する微粒子を分散することで、高分子紫外線硬化材
料を用いてもノズル周縁部の形状劣化を防止できる。こ
の微粒子の平均粒径はノズルとなる孔の１０％を越えな
いようにすることで、微粒子分散によるノズル形状不良
を防止できる。

【００６７】さらに、ノズル孔部材の吐出面側及び／又
はその反対面側の断面形状がなだらかな凹部形状とする
ことにより、ノズル面のチッピングを防止することがで
きる。さらにまた、フレーム部材のフレーム孔の壁面粗
さをこのフレーム部材の他の表面よりも粗くすることに
より、フレーム部材とノズル孔部材との界面剥離を防止
して信頼性を向上することができる。

【００６８】本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、液
滴を吐出するノズルを有する本発明に係るノズル形成部
材と、ノズルが連通する流路と、この流路内の液体を加
圧してノズルから液滴を吐出させる圧力を発生させる圧
力発生手段とを有する構成としたので、ノズル数を増加
しても高周波駆動で安定した液滴吐出行うことができ、
高速記録が可能になる。

【００６９】本発明に係るノズル形成部材の製造方法に
よれば、フレーム部材に形成された貫通のフレーム孔内
にノズルとなる孔を形成するノズル孔部材を保持したノ
ズル形成部材を安定して製造することができる。

【００７０】ここで、母型支持部材上にポジ型レジスト
による薄層を形成した後母型を形成することによって母
型支持部材とフレーム部材との剥離が容易になる。ま
た、紫外線硬化材料を硬化させるときに吐出面側から先
に紫外光照射を行うことで、フレーム部材とノズル孔部
材との剥離を防止できる。さらに、紫外線硬化材料をデ
ィッピング又は転写方法で塗布することにより、ノズル
孔部材への気泡残留を防止できる。さらにまた、紫外線
硬化材料として紫外硬化型のゾルゲルガラスを用いるこ
とで、ノズル周縁部の劣化を防止できる。

【００７１】また、フレーム部材の機械的研磨を行うこ
とにより、フレーム部材をノズル孔部材よりも機械的強
度の高い材料とすることで、ノズル孔部材になだらかな
凹部を形成できる。或いは、フレーム部材よりも紫外線
硬化材料の方が研磨されるメカノケミカルポリッシング
が生じる研磨を行うことでも、ノズル孔部材になだらか
な凹部を形成できる。

【００７２】さらに、撥水性処理は撥水性材料を塗布方
式でコーティングすることにより、撥水性材料の密着性
が向上する。さらにまた、剥離液に浸漬するとともに超
音波衝撃を与えて母型を剥離することで、高精度に確実
に母型を剥離できる。また、母型とともに接合用アライ
メントマークを形成することで、液滴吐出ヘッドの液室
部材との位置合せが容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した静電型インクジェットヘッド
の分解斜視説明図

【図２】同ヘッドの透過状態で示す上面説明図

【図３】同ヘッドの液室長辺方向に沿う模式的断面説明
図

【図４】同ヘッドの液室短辺方向に沿う模式的断面説明
図

【図５】本発明に係るノズル板の斜視説明図

【図６】同ノズル板の要部拡大断面説明図

【図７】本発明に係るノズル形成部材の製造方法の第１
実施形態を説明する説明図

【図８】図７（ｃ）から（ｄ）に至る工程の詳細を説明
する説明図

【図９】本発明に係るノズル形成部材の製造方法の第３
実施形態を説明する説明図

【符号の説明】

１…振動板／液室基板、３…電極基板、４…ノズル板、
５…ノズル、６…液室、１０…振動板、１５…電極、４
１…フレーム部材、４２…フレーム孔、４３…ノズル孔
部材、４４…ノズル孔、４５…撥水層、５１…ベースプ
レート、５２…円柱母型、５３…紫外線硬化材料。

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液滴を吐出するノズルを有するノズル形
   成部材において、フレーム部材に形成された貫通のフレ
   ーム孔内に前記ノズルとなる孔を形成するノズル孔部材
   を保持し、このノズル孔部材が紫外線硬化材料からなる
   ことを特徴とするノズル形成部材。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のノズル形成部材におい
   て、前記ノズル孔部材の高分子組成が全体の７０％を越
   えないことを特徴とするノズル形成部材。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載のノズル形成部材
   において、前記ノズル孔部材には紫外線を透過する微粒
   子が分散されていることを特徴とするノズル形成部材。
4. 【請求項４】 請求項３に記載のノズル形成部材におい
   て、前記微粒子の平均粒径がノズルとなる孔の１０％を
   越えないことを特徴とするノズル形成部材。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれかに記載のノズ
   ル形成部材において、前記ノズル孔部材の吐出面側及び
   ／又はその反対面側の断面形状がなだらかな凹部形状で
   あることを特徴とするノズル形成部材。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれかに記載のノズ
   ル形成部材において、前記フレーム部材のフレーム孔の
   壁面粗さがこのフレーム部材の他の表面よりも粗いこと
   を特徴とするノズル形成部材。
7. 【請求項７】 液滴を吐出するノズルを有するノズル形
   成部材と、前記ノズルが連通する流路と、この流路内の
   液体を加圧して前記ノズルから液滴を吐出させる圧力を
   発生させる圧力発生手段とを有する液滴吐出ヘッドにお
   いて、前記ノズル形成部材が前記請求項１乃至６のいず
   れかに記載のノズル形成部材であることを特徴とする液
   滴吐出ヘッド。
8. 【請求項８】 フレーム部材に形成された貫通のフレー
   ム孔内にノズルとなる孔を形成するノズル孔部材を保持
   したノズル形成部材の製造方法であって、 工程１：フォトファブリケーションを用いて母型支持部
   材上に樹脂を材質とするノズル孔形状の母型を製作する
   工程 工程２：フレーム孔を形成したフレーム部材を、前記フ
   レーム孔内に前記母型が配置される状態で前記母型支持
   部材上に仮固定する工程 工程３：前記フレーム部材上及びフレーム孔内にノズル
   孔部材となる紫外線硬化材料を塗布充填して硬化させた
   後、前記フレーム部材を母型支持部材から分離する工程 工程４：前記フレーム部材の少なくとも吐出面側を研磨
   する工程 工程５：前記フレーム部材の研磨した面に撥水性処理を
   施す工程 工程６：前記フレーム部材のフレーム孔内の母型を除去
   してノズル孔を形成する工程 を順次行うことを特徴とするノズル形成部材の製造方
   法。
9. 【請求項９】 請求項８に記載のノズル形成部材の製造
   方法において、前記工程１で母型支持部材上にポジ型レ
   ジストによる薄層を形成した後母型を形成することを特
   徴とするノズル形成部材の製造方法。
10. 【請求項１０】 請求項８又は９に記載のノズル形成部
    材の製造方法において、前記工程３で紫外線硬化材料を
    硬化させるときに吐出面側から先に紫外光照射を行うこ
    とを特徴とするノズル形成部材の製造方法。
11. 【請求項１１】 請求項８乃至１０のいずれかに記載の
    ノズル形成部材の製造方法において、前記工程３で紫外
    線硬化材料をディッピング又は転写方法で塗布すること
    を特徴とするノズル形成部材の製造方法。
12. 【請求項１２】 請求項８乃至１１のいずれかに記載の
    ノズル形成部材の製造方法において、前記工程３の紫外
    線硬化材料は紫外硬化型のゾルゲルガラスであることを
    特徴とするノズル形成部材の製造方法。
13. 【請求項１３】 請求項８乃至１２のいずれかに記載の
    ノズル形成部材の製造方法において、前記工程５で機械
    的研磨を行うことを特徴とするノズル形成部材の製造方
    法。
14. 【請求項１４】 請求項８乃至１２のいずれかに記載の
    ノズル形成部材の製造方法において、前記工程５で前記
    フレーム部材よりも紫外線硬化材料の方が研磨されるメ
    カノケミカルポリッシングが生じる研磨を行うことを特
    徴とするノズル形成部材の製造方法。
15. 【請求項１５】 請求項８乃至１４のいずれかに記載の
    ノズル形成部材の製造方法において、前記撥水性処理は
    撥水性材料を塗布方式でコーティングすることを特徴と
    するノズル形成部材の製造方法。
16. 【請求項１６】 請求項８乃至１５のいずれかに記載の
    ノズル形成部材の製造方法において、前記工程６で剥離
    液に浸漬するとともに超音波衝撃を与えて母型を剥離す
    ることを特徴とするノズル形成部材の製造方法。
17. 【請求項１７】 請求項８乃至１６のいずれかに記載の
    ノズル形成部材の製造方法において、前記工程１で母型
    とともに接合用アライメントマークを形成することを特
    徴とするノズル形成部材の製造方法。