JP2002103615A - インクジェットヘッドのノズル形成部材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インク液室を有する材料との密着接合性を向
上させたノズル形成部材を作製し、これにより、インク
漏れのないインクジェットヘッドを提供する。 【解決手段】 複数のノズルを形成したノズル形成部材
と、複数のインク液室とを有し、エネルギー発生手段で
インク液室の内容積を変化させてノズルからインク滴を
吐出させるインクジェットヘッドにおいて、ノズル形成
部材の少なくとも一方の表面を、微細な凹凸状の粗面と
する。このノズル形成部材では、前記粗面の凹凸により
インク液室形成材料との密着接合性が向上するため、イ
ンク漏れのないインクジェットヘッドが得られる。前記
粗面は、あらかじめ導電性基板１の表面を酸処理してお
くことで形成する。また、この粗面の粗さは０．５μｍ
Ｒａ以下とすることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット記
録装置のインクジェットヘッドを構成するノズル形成部
材（ノズルプレート、あるいはノズル基板）および、そ
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、プリンタ・ファクシミリ・複写
機装置等に用いられるインクジェット記録装置における
インクジェットヘッドは、複数のノズル（以下、ノズル
孔と記載することがある。）を形成したノズル形成部材
と、各ノズルが連通するインク液室と、各インク液室内
のインクを加圧するエネルギー発生手段（例えば、圧電
素子などの電気機械変換素子や、振動板を静電気で変化
させその反発力を利用する静電タイプ、或いはヒータな
どの電気熱変換素子）とを備えており、このエネルギー
発生手段で発生したエネルギーでインク液室内インクを
加圧することによって、ノズルからインク滴を吐出させ
る構造となっている。

【０００３】ここで、ノズル形成部材及びその製造方法
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
ズルを形成するもの、或いは、特開昭６３−３９６３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
析出させてノズル形成部材を作製するもの、その他、プ
レスによって基板にノズル孔を形成するノズルプレート
作製法などが知られている。

【０００４】ところで、インクジェット記録装置におい
ては、高画質化と高速化を両立させる必要があり、画質
を向上させるためには、マイクロドット化とドット形成
位置の高精度化が必要になる。このドット形成位置の高
精度化を図ることで、色ずれやバンディングなどの画像
欠陥を低減することができる。

【０００５】このマイクロドット化とドット形成位置の
高精度化を電鋳工法で実現しようとする場合、ノズル孔
の微細化とノズル孔ピッチの縮小が考えられる。ところ
が、ノズル孔ピッチが縮小したインクジェットヘッドを
作ろうとした場合、ノズル孔ピッチを縮小した分だけイ
ンク液室も縮小させる必要があり、ノズル形成部材とイ
ンク液室を有する材料との接合面積が小さくなり、接合
の精度・品質が低下する。また、電鋳めっき等で出来あ
がったノズル形成部材の表面はめっきのばらつきにより
膜厚に差があったり、めっき液中の光沢剤の影響で表面
が光沢面になっていたりして、接合する条件としては必
ずしも良いものとは言えない。

【０００６】こうして出来あがったノズル形成部材と、
インク液室を有する材料とを接合する場合、ノズル形成
部材とインク液室を有する材料との隙間が大きくなり、
接合剤で隙間を埋めきれなかったり、ノズル形成部材の
めっき面が光沢のため、めっき面との密着が悪かったり
してインク漏れが発生する場合がある。この不具合防止
のため接合剤を多くして接合しようとすると、今度はイ
ンク液室内への接合剤のはみ出しなどの接合不良が発生
することになる。

【０００７】このように、マイクロドット化とドット形
成位置の高精度化とを行おうとした場合、ノズル形成部
材とインク液室を有する材料との接合の信頼性を向上さ
せ、インク漏れ等のない、品質の良いヘッドを作りこむ
必要がある。

【０００８】また、ドット形成位置精度の向上のために
は、インク滴噴射方向の安定化を達成する必要がある。
インクジェットでは、ノズル孔からインク滴を飛翔させ
て記録を行うが、このインク滴を飛翔させるノズル形成
部材の表面の特性がインク滴の噴射特性に大きな影響を
与える。例えば、ノズル形成部材表面のノズル孔周辺部
にインクが付着して不均一なインク溜まり（いわゆる濡
れムラ）が発生すると、インク滴の吐出方向が曲がった
り、インク滴の大きさにばらつきが生じたり、インク滴
の飛翔速度が不安定になるなどの不都合が生じることは
一般的に知られている。安定したインク滴噴射方向を確
保するためには、ノズル形成部材表面にインク溜まりの
出来ない撥水膜が要求される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点に
鑑みなされたもので、その第１の目的は、インク液室を
有する材料との密着接合性を向上させたノズル形成部材
を作製し、もって、インク漏れのないインクジェットヘ
ッドを提供することにある。本発明の第２の目的は、上
記インク漏れ防止性に優れているうえ、高画質化・高速
化を達成することができる電鋳作製のノズル形成部材を
提供することである。本発明の第３の目的は、インク滴
噴射方向を安定化するための撥水膜を有するノズル形成
部材を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１に記載のインクジェットヘッドのノズル形
成部材は、インク滴を吐出する複数のノズルを形成した
ノズル形成部材と、各ノズルが連通する複数のインク液
室とを有し、各ノズルに対応するエネルギー発生手段を
駆動して前記液室内容積を変化させることで前記ノズル
からインク滴を吐出させるインクジェットヘッドを備え
たインクジェット記録装置において、前記ノズル形成部
材の少なくとも一方の表面が、微細な凹凸状の粗面とな
っていることを特徴とする。

【００１１】請求項２に記載のインクジェットヘッドの
ノズル形成部材は、請求項１において、前記微細な凹凸
状の粗面の粗さが０．５μｍＲａ以下になっていること
を特徴とする。粗面の粗さをこの範囲に限定すること
で、ノズル形成部材とインク液室を有する材料との密着
接合性が特に優れたものとなり、インク漏れのないイン
クジェットヘッドを作製することができる。

【００１２】請求項３に記載のインクジェットヘッドの
ノズル形成部材の製造方法は、請求項１に記載のノズル
形成部材の製造方法であって、導電性基板の両面を適宜
手段で粗面化し、一方の粗面上に適宜手段によりマスク
パターンを形成した後、該マスクパターン形成側の基板
表面に電鋳めっきを施すことを特徴とする。この方法に
よれば、高精度のノズル形成部材を量産性良く製造する
ことができる。

【００１３】請求項４に記載のインクジェットヘッドの
ノズル形成部材の製造方法は、請求項３において、前記
パターンの作製をフォトリソグラフィにより行うことを
特徴とする。この方法によれば、簡便な工程で高精度な
マスクパターンを作製することができる。

【００１４】請求項５に記載のインクジェットヘッドの
ノズル形成部材の製造方法は、請求項３において、電鋳
層をニッケル、コバルト、マンガン、銅、鉄、亜鉛また
は、これらの合金で形成することを特徴とする。この方
法によれば、用途に応じた硬度、耐インク性、耐久性な
どを有するノズル形成部材を容易に作製することができ
る。

【００１５】請求項６に記載のインクジェットヘッドの
ノズル形成部材の製造方法は、請求項３，４または５に
おいて、当該ノズル形成部材のインク滴が吐出される側
の表面に撥水皮膜の共析めっきを施すことを特徴とす
る。この方法によれば、ノズル孔周辺に不均一なインク
溜まりが発生せず、インク滴吐出方向の安定性の良いノ
ズル形成部材が得られる。

【００１６】請求項７に記載のインクジェットヘッドの
ノズル形成部材の製造方法は、請求項６において、前記
撥水皮膜の共析めっきでは、ニッケル−テフロンの皮膜
を形成することを特徴とする。この方法によれば、イン
ク滴吐出方向の安定性に優れ、しかもワイピング（ノズ
ル形成部材に付着したインクの除去）の際の耐久性の高
いノズル形成部材が得られる。

【００１７】請求項８に記載のインクジェットヘッドの
ノズル形成部材の製造方法は、請求項７において、共析
めっき後に前記ニッケル−テフロンの皮膜に３００℃〜
４００℃の熱処理を施すことを特徴とする。この方法に
よれば、インク滴吐出方向の安定性および、ワイピング
時の耐久性が著しく高まる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照しながら説明する。 第１の実施の形態 図１はノズル形成部材の製造工程を説明する断面図、図
２は図１（ｎ）の要部拡大図であって、ノズル孔の断面
形状を示すものである。

【００１９】まず、図１を用いて製造工程を説明する。
工程（ａ）では導電性基板１を酸処理することにより、
基板の上下両面に微細な凹凸を形成して粗面とする。こ
の時の導電性基板１としてはステンレス・銅・ニッケル
・鉄等の金属材料を用いる。酸処理剤は導電性基板１の
材質により異なるが、導電性基板１がステンレスの場合
は塩酸系をベースにした酸処理剤を使用すると良い。酸
処理条件は、酸処理剤の種類や濃度によって温度・処理
時間を変えて設定する必要がある。

【００２０】工程（ｂ）では、工程（ａ）で表面を粗さ
れた導電性基板１の上面（図面上側の表面）にレジスト
２を塗布する。工程（ｃ）では、露光マスク（図略）を
用いて露光し、ついで現像を行う（パターン化したレジ
スト膜の形成）。この場合、工程（ａ）の酸処理で粗さ
れた導電性基板１の表面の凹凸に入り込んだレジスト剤
が完全には取りきれないように、現像条件をやや甘くす
る。

【００２１】工程（ｄ）では基板１表面に１層目電鋳め
っき３を施す。ところで、通常の電鋳めっきでは光沢剤
を添加し、めっき膜成長時のレべリング作用を利用し
て、めっき表面の光沢化・平滑化を行っており、光沢の
あるきれいな表面に仕上がる。しかし、この工程（ｄ）
においては、導電性基板１表面の凹凸に入り込んだレジ
スト剤の影響で、この凹凸に入り込んだレジスト剤の部
分のめっきの成長がやや遅れて始まり、レジスト剤のあ
る部分と、ない部分とでめっき膜厚差が生じ、微細な凹
凸のあるめっき表面が形成される。また、この１層目電
鋳めっき３では、ノズル径のコントロールを行う。

【００２２】すなわち、工程（ｃ）で形成されたパター
ン状のレジスト膜を電鋳めっきで徐々に覆い、必要とさ
れるノズル径になったところでめっきを止める。めっき
膜が厚くなるにつれてノズル径が小さくなり、逆にめっ
き膜が薄くなるとノズル径が大きくなる。

【００２３】このようにして工程（ｄ）で１層目電鋳め
っき３を施した後、工程（ｅ）では１層目電鋳めっき３
上に厚膜レジスト４を塗布する。ここでは厚膜レジスト
４の代わりにドライフィルムレジストを使用しても良
い。レジストの厚みは後にめっきされる２層目電鋳めっ
き５の膜厚より、５μｍ以上厚めに塗布する。

【００２４】工程（ｆ）で露光・現像を行い、工程
（ｇ）で１層目電鋳めっき３上に２層目電鋳めっき５を
行う。この工程では、１層目電鋳めっき３の凹凸の影響
で、２層目電鋳めっき５の表面にも微細な凹凸が形成さ
れる。また、めっきの厚みは、工程（ｆ）で形成された
厚膜レジスト４より低く抑える必要がある。これは、工
程（ｆ）で作られた厚膜レジスト４の形状精度をそのま
ま転写することが狙いであり、もし、厚膜レジスト４よ
り２層目電鋳めっき５が厚めになるとノズル孔９（図１
（ｎ））を塞いだり、ノズル孔９が変形したりする。

【００２５】工程（ｈ）で電鋳めっき膜から導電性基板
１を剥がし、工程（ｉ）では工程（ｃ）（ｆ）で作られ
たレジストを剥離する。工程（ｊ）では、レジスト除去
された電鋳めっき膜の両面にドライフィルム６を貼り付
け、工程（ｋ）で液室接合面側から露光し、工程（ｌ）
で現像する。これにより、インク液室接合面側の全面
と、インク吐出側のノズル孔に柱状のドライフィルム６
ａが残る。

【００２６】工程（ｍ）で基板下面にニッケル−テフロ
ンの共析めっき７を行うことにより、インク滴吐出側に
撥水性の皮膜を付ける。そして、工程（ｎ）でドライフ
ィルム６および６ａを剥離・除去すればノズル形成部材
８が完成する。

【００２７】このようにして出来あがったノズル形成部
材８の断面形状は図２に示すとおりである。インク滴吐
出側に共析めっき７が施されており、ノズル孔９は１層
目電鋳めっき部分がテーパー形状に、２層目電鋳めっき
部分がストレート形状に仕上がる。また、２層目電鋳め
っき部分には流体抵抗部１０の凹みを設けてある。

【００２８】第２の実施の形態 図３はノズル形成部材の製造工程を説明する断面図、図
４は図３（ｊ）の要部拡大図であって、ノズル孔の断面
形状を示すものである。第１の実施の形態に係る図２に
おいて、２層目電鋳めっき部分の流体抵抗部１０の凹み
と、ノズル孔９のストレート部分を必要としないなら
ば、図３の製造工程が採用できる。図３の（ａ）は導電
性基板両面の酸処理工程、（ｂ）は導電性基板上へのレ
ジスト塗布工程である。（ｃ）は露光・現像工程、
（ｄ）は基板表面への電鋳めっき工程である。

【００２９】さらに、図３の（ｅ）は、電鋳めっき膜か
らの基板およびレジストの除去工程、（ｆ）は残った電
鋳めっき膜へのドライフィルムの貼り付け工程、（ｇ）
および（ｈ）は露光および現像工程、（ｉ）は基板下面
への共析めっき工程、（ｊ）はドライフィルムの剥離工
程である。以上の工程によれば、図４のようなテーパー
形状のみのノズルを形成したノズル形成部材を作製する
ことができる。なお、図２の場合と同じく、ノズル形成
部材の上下面つまり、めっき表面（電鋳めっき表面、お
よび共析めっき表面）は、微細な凹凸状の粗面となって
いる。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば以下の効果が得られる。請求項１のノズル形成部
材では、少なくとも一方の表面を微細な凹凸状の粗面と
したので、このノズル形成部材と、インク液室を有する
材料との接合において、ノズル形成部材の凹凸がアンカ
ー効果をもたらす。この結果、密着接合性に優れたノズ
ル形成部材が得られるので、インク漏れのないインクジ
ェットヘッドを作製することができる。

【００３１】請求項２のノズル形成部材は、請求項１に
おいて前記粗面の粗さが０．５μｍＲａ以下になってい
るので、ノズル形成部材とインク液室を有する材料との
密着接合性が特に優れたものとなる。

【００３２】請求項３のノズル形成部材の製造方法で
は、請求項１のノズル形成部材を製造するに際し、導電
性基板の両面を適宜手段で粗面化し、一方の粗面上に適
宜手段によりマスクパターンを形成した後、該マスクパ
ターン形成側の基板表面に電鋳めっきを施すようにした
ので、高精度のノズル形成部材を量産性良く製造するこ
とができる。

【００３３】請求項４のノズル形成部材の製造方法で
は、前記パターンの形成（マスクパターンの作製）をフ
ォトリソグラフィにより行うため、簡便な工程で高精度
なマスクパターンを作製することができる。

【００３４】請求項５のノズル形成部材の製造方法で
は、電鋳層を所定の金属材料で形成するようにしたの
で、用途に応じた硬度、耐インク性、耐久性などを有す
るノズル形成部材を容易に作製することができる。

【００３５】請求項６のノズル形成部材の製造方法で
は、ノズル形成部材のインク滴吐出側の表面に撥水皮膜
の共析めっきを施すので、ノズル孔周辺に不均一なイン
ク溜まりが発生せず、インク滴吐出方向の安定性の良い
ノズル形成部材が得られる。

【００３６】請求項７のノズル形成部材の製造方法で
は、撥水皮膜の共析めっき膜をニッケル−テフロン膜と
したので、インク滴吐出方向の安定性および、ワイピン
グ時の耐久性に優れたノズル形成部材が得られる。

【００３７】請求項８のノズル形成部材の製造方法で
は、ニッケル−テフロン膜に３００℃〜４００℃の熱処
理を施すので、インク滴吐出方向の安定性および、ワイ
ピング時の耐久性が著しく高まる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るノズル形成部
材の製造工程を説明する断面図である。

【図２】図１（ｎ）の要部拡大図であって、ノズル孔の
断面形状を示すものである。

【図３】本発明の第２の実施の形態に係るノズル形成部
材の製造工程を説明する断面図である。

【図４】図３（ｊ）の要部拡大図であって、ノズル孔の
断面形状を示すものである。

【符号の説明】

１ 導電性基板 ２ レジスト ３ １層目電鋳めっき ４ 厚膜レジスト ５ ２層目電鋳めっき ６ ドライフィルム ６ａ ドライフィルム ７ 共析めっき ８ ノズル形成部材 ９ ノズル孔 １０ 流体抵抗部

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク滴を吐出する複数のノズルを形成
   したノズル形成部材と、各ノズルが連通する複数のイン
   ク液室とを有し、各ノズルに対応するエネルギー発生手
   段を駆動して前記液室内容積を変化させることで前記ノ
   ズルからインク滴を吐出させるインクジェットヘッドを
   備えたインクジェット記録装置において、前記ノズル形
   成部材の少なくとも一方の表面が、微細な凹凸状の粗面
   となっていることを特徴とするインクジェットヘッドの
   ノズル形成部材。
2. 【請求項２】 前記微細な凹凸状の粗面の粗さが０．５
   μｍＲａ以下になっていることを特徴とする請求項１に
   記載のインクジェットヘッドのノズル形成部材。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のノズル形成部材の製造
   方法であって、導電性基板の両面を適宜手段で粗面化
   し、一方の粗面上に適宜手段によりマスクパターンを形
   成した後、該マスクパターン形成側の基板表面に電鋳め
   っきを施すことを特徴とするインクジェットヘッドのノ
   ズル形成部材の製造方法。
4. 【請求項４】 前記パターンの作製をフォトリソグラフ
   ィにより行うことを特徴とする請求項３に記載のインク
   ジェットヘッドのノズル形成部材の製造方法。
5. 【請求項５】 電鋳層をニッケル、コバルト、マンガ
   ン、銅、鉄、亜鉛または、これらの合金で形成すること
   を特徴とする請求項３に記載のインクジェットヘッドの
   ノズル形成部材の製造方法。
6. 【請求項６】 当該ノズル形成部材のインク滴が吐出さ
   れる側の表面に撥水皮膜の共析めっきを施すことを特徴
   とする請求項３，４または５に記載のインクジェットヘ
   ッドのノズル形成部材の製造方法。
7. 【請求項７】 前記撥水皮膜の共析めっきでは、ニッケ
   ル−テフロン（登録商標）の皮膜を形成することを特徴
   とする請求項６に記載のインクジェットヘッドのノズル
   形成部材の製造方法。
8. 【請求項８】 共析めっきしたニッケル−テフロンの皮
   膜に３００℃〜４００℃の熱処理を施すことを特徴とす
   る請求項７に記載のインクジェットヘッドのノズル形成
   部材の製造方法。