JP2003175613A - ノズルプレートおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 撥水性を確保し、かつインク液滴の飛翔方向
が安定した、良好な印字品位を有するノズルプレートを
形成する方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 インクジェットプリンタのヘッド部に用
いられるノズルプレートの製造方法であって、ポリイミ
ドフィルム５にレーザービームを照射して吐出孔９を開
口する工程と、吐出孔９の吐出口側のポリイミドフィル
ム上に撥水性膜６を形成する工程と、撥水性膜形成工程
において撥水性材料の不要部７をエッチングによって除
去する工程とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットプ
リンタのヘッド部に用いられるノズルプレートおよびそ
の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】インクジェットプリンタのノズルプレー
トでは、吐出されるインクの吐出特性を向上させるため
に、吐出口形成板に開口された吐出孔の、少なくとも吐
出口側表面のまわりに撥水性材料を塗布し、熱処理を施
して、撥水性膜を形成している。この撥水性膜の形成に
より、ノズルプレートに撥水性を持たせ、印字特性を向
上させている。吐出口形成板としては、ポリイミド、ポ
リサルフォン、ポリエーテルサルフォンなどが好まし
く、よく用いられている。これらの中でも、特に好まし
いのはポリイミド樹脂であり、Dupont社製の商品名カプ
トンや、宇部興産（株）製の商品名ユーピレックスなど
が寸法安定性、耐インク性、耐熱性などに優れているた
め、広く用いられている。

【０００３】また、撥水性膜は、溶剤可溶性のフッ素ポ
リマーやシリコン樹脂などの素材を適当な溶剤に溶解し
て、ノズルプレート上にディップコートやスピンコート
などで１μｍ前後の厚さにコーティングし、その後、熱
処理して固定することにより形成する。撥水性膜素材と
しては、パーフルオロポリマーの結晶性を低下させて可
溶性とし、さらに可橋性基を導入したフルオロビニレン
とビニルエーテルの交互共重合体を挙げることができ
る。この撥水性膜素材の市販品としては、旭硝子（株）
製の商品名ルミフロン、大日本インキ（株）製の商品名
フルオネート、セントラル硝子（株）製の商品名セフラ
ルコート、ダイキン（株）製の商品名Ｃ−１などを挙げ
ることができる。また、非調質体の撥水性材料として
は、溶剤可溶性のパーフルオロシクロポリマーである旭
硝子（株）製の商品名サイトップ、Dupont社製の商品名
テフロン（Ｒ）ＡＦなどを挙げることができる。また、
パーフルオロ基を側鎖に有するポリマーとして、旭硝子
（株）製の商品名旭ガードＡＧシリーズを挙げることが
できる。

【０００４】ノズルプレートの製造方法は、たとえば、
特開平１０−１４６９８１号公報や特開平１０―１５７
１４０号公報などに開示されている。まず、図３（ａ）
で示されるように、吐出口形成板を吐出口が形成される
面を撥水性を有する材料で被覆する。次いで、図３
（ｂ）に示すように、吐出口形成板にレーザービームを
照射することによって吐出孔を開口する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来例では、レーザー加工の時点で既に、吐出口形成板
上を撥水性膜が被覆している。したがって、吐出口形成
板と撥水性膜との両方をレーザービームで並行的に加工
することになる。レーザー光源としては、紫外光レーザ
ー、なかでもエキシマレーザーがよく用いられる。吐出
口形成板として用いられるポリイミドのフィルムは、紫
外光レーザーの周波数付近（波長域２００〜４００ｎ
ｍ）の光の吸収率が高く、そのため紫外光レーザーによ
る加工性は良好である。しかし、撥水性膜の多くは紫外
光レーザーの周波数付近の光の吸収率は低く、そのため
紫外光レーザーによる加工性は良くない。その結果、吐
出口形成板に撥水性膜が形成された状態でレーザービー
ムで加工すると、加工後に撥水性膜の剥離が起こった
り、不要な部分が完全に除去できないことがある。これ
によって、インク吐出時に飛翔するインク液滴の方向が
安定しなくなり、印字品位の低下を招くという問題があ
った。

【０００６】また、特開平１０-１５７１４０号公報に
は、吐出口近傍に付着した副生成物を加熱により除去す
ることが開示されている。しかし、上記の加熱により除
去される副生成物は、次の理由により、被加工体である
ノズルプレート（オリフィスプレート）から生じたもの
が主体と考えられ、撥水性膜から生じた副生成物は量が
少ないと考えられる。すなわち、上記の加熱処理は、撥
水性膜から生じた副生成物までも除去するものではな
い。なぜなら、撥水性膜から生じた副生成物まで除去す
るほどの加熱処理を行えば、正規の撥水性膜にまで加熱
のダメージを与えることになるからである。

【０００７】本発明は、吐出孔内部などに副生成物の付
着を生じることなく、撥水性に優れ、かつ高い印字品位
を有するノズルプレートを形成する方法およびその方法
で形成されたノズルプレートを提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のノズルプレート
の製造方法は、インクジェットプリンタのヘッド部に用
いられるノズルプレートの製造方法である、この製造方
法は、吐出口形成板にレーザービームを照射して吐出孔
を開口する工程と、開口工程の後、吐出孔の吐出口側の
吐出口形成板表面において、少なくともその吐出口まわ
りに撥水性膜を形成する工程と、撥水性膜形成工程にお
いて吐出口形成板に付着した撥水性材料の不要部をエッ
チングによって除去する工程とを備える（請求項１）。

【０００９】この構成によれば、吐出口形成板に吐出孔
を開口した後、撥水性膜を形成するので、レーザービー
ムによる開口時に撥水性材料の不要副生物が発生しな
い。さらに、撥水性材料で被覆膜を形成する処理におい
て撥水性材料の不要部が生じるにしても、決まった部分
にのみ不要部が生成する。これをエッチングで除去する
ので、撥水性材料が予期しない箇所に付着したまま残存
することがなくなる。このため、たとえば吐出孔の内縁
などに撥水性材料が残存することがなくなる。

【００１０】また、エッチング処理によれば、加熱処理
と異なり、選択的な処理を行なうことができるので、正
常な位置に形成された撥水性膜が加熱によるダメージを
受け難くなる。

【００１１】なお、撥水性膜の形成方法は、どのような
形成方法であってもよいが、通常、撥水性材料を塗布し
た後に熱処理を施し、形成する。また、撥水性材料の不
要部が付着する箇所はどこでもよいが、通常、印字品位
に影響する吐出孔の側面などの箇所を挙げることができ
る。上記のエッチングによる除去では、印字品位に影響
する吐出孔の側面などに付着した撥水性材料を除去すれ
ば、他の部分に付着した撥水性材料の不要部を除去しな
くてよい。さらに、付着は、吐出口形成板のいずれかの
箇所に、単にまとわりついたり、からまったりしていて
もよく、付着の態様は問わない。

【００１２】本発明のノズルプレートの製造方法は、エ
ッチング除去では、吐出口側と反対側から吐出孔中の撥
水性材料の不要部を除去することができる（請求項
２）。

【００１３】この構成によれば、インク液滴の飛翔方向
に大きな影響を及ぼす吐出孔内に付着した撥水性材料を
効率よく除去することができる。この結果、良好な印字
品質を得ることができる。

【００１４】また、撥水性材料除去のための加熱が必要
ないことに加えて、吐出口側と反対側から吐出孔に付着
した撥水性材料の除去をすることができるので、吐出口
側の吐出口形成板の撥水性表面にダメージを与えること
がない。

【００１５】本発明のノズルプレートの製造方法では、
吐出口側と反対側からエッチング除去する前に、吐出口
側の吐出口形成板上の撥水性膜の上に着脱可能な保護膜
を配置することができる（請求項３）。

【００１６】これにより、エッチングの際に、吐出口側
のノズルプレート表面を被覆する撥水性膜にダメージを
与えることがなくなる。

【００１７】本発明のノズルプレートの製造方法では、
エッチングを、酸素を含むガス雰囲気で行うドライエッ
チングとすることができる（請求項４）。

【００１８】この構成により、上記加熱を伴うことな
く、また、吐出口側の吐出口形成板の撥水性表面にダメ
ージを与えることなく、吐出口と反対側から、吐出孔に
侵入した撥水性材料を能率よく除去することができる。
このドライエッチングでは、撥水性材料と、吐出孔の側
面を構成する吐出口形成板とのエッチング選択比が大き
い条件を用いることにより、吐出孔の側面の表面性状を
良好にすることができる。

【００１９】本発明のノズルプレートの製造方法では、
エッチングを、酸素ガス雰囲気で行うプラズマ処理とす
ることができる（請求項５）。

【００２０】ドライエッチング処理の１種類であるプラ
ズマ処理では、低いガス圧で処理することができるの
で、処理装置が簡略化でき、設備投資額を抑制すること
ができる。

【００２１】本発明のノズルプレートの製造方法では、
レーザービームとしてエキシマレーザービームを用いる
ことができる（請求項６）。

【００２２】この構成により、小径の吐出孔を精度よく
開口することができる。本発明のノズルプレートは、イ
ンクジェットプリンタのヘッド部に用いられるノズルプ
レートである。このノズルプレートは、少なくとも吐出
孔の吐出口まわりの表面が撥水性膜で被覆された吐出口
形成板を備え、撥水性膜は、吐出孔に連続する開口部を
備え、吐出口形成板にその吐出孔が開口された後に、吐
出口形成板の上に形成されたものである（請求項７）。

【００２３】このノズルプレートは、吐出口形成板と撥
水性膜とを重ねてレーザービームで吐出孔を開口せず、
吐出口形成板の吐出孔と、撥水性膜の吐出孔とは別の機
会に開口されている。このため、インク液滴の飛翔方向
を狂わせる、思いがけない位置に副生成物が付着するこ
とがないので、優れた印字品位を保証するノズルプレー
トを容易に、かつ歩留りよく形成することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】次に、図面を用いて本発明の実施
の形態について説明する。

【００２５】（実施の形態１）図１は、本発明の実施の
形態１において用いるレーザー加工装置を示す図であ
る。光源であるＫｒＦエキシマレーザー発振装置１から
発振した波長２４８ｎｍのレーザービーム２は、光学系
３で適当な径のビームとされ、投影マスク４によりパタ
ーン化され、ノズルプレート形成部材（吐出口形成板）
５に投射される。投影マスク４には、インクジェットノ
ズルのすべて、またはその一部のパターンが形成されて
いる。また、ノズルプレート形成部材５は、ポリイミド
フィルムからなっている。レーザービーム加工の時点
で、ポイミドフィルムに撥水性材料が塗布されていない
点に本発明の特徴がある。上記光学系３は、投影マスク
４の形成されたパターンを１／４倍にしてポリイミドフ
ィルム５に投影する。ポリイミドフィルムでは、レーザ
ービームによるノズル（吐出孔）を含むパターン加工が
行われる。

【００２６】図２は、本実施の形態におけるノズル加工
プロセスを示す図である。図２（ａ）は、エキシマレー
ザーで加工された後のポイミドフィルム５の断面図であ
る。ポリイミドフィルム５は、厚さ５０μｍの宇部興産
（株）製の商品名ユーピレックスを用いた。また、図２
（ｂ）は、レーザービーム加工後のポリイミドフィルム
５に撥水性膜６を形成した後の状態を示す断面図であ
る。撥水性膜６には、旭硝子（株）製の商品名サイトッ
プを用い、レーザービーム加工後のポリイミドフィルム
５に撥水性膜６をスピンコートで塗布した。この後、２
２０℃で２時間熱処理し、厚さ０．５μｍの撥水性膜６
を形成した。このとき、図２（ｂ）において、ポリイミ
ドフィルム５の吐出孔９の側面に撥水性膜６の塗布時に
入り込んだ撥水性材料の不要部７が生じる。

【００２７】図２（ｃ）は、上記の撥水性材料の不要部
７を除去するプロセスを示す断面図である。ここでは、
酸素ガス雰囲気中でＲＩＥ(Reactive Ion Etching)処理
する。エッチング条件は次のとおりである。

【００２８】 ガス圧 ：５×１０^-6 Torr ガス流量 ：３０ SCCM パワー ：１５０ W エッチングガス：酸素 エッチング時間：１０分間 上記のエッチングを行う際、撥水性膜６が形成されてい
る面を、エッチングガスの酸素に触れないように弱い粘
着テープ８などで覆う。撥水性膜６が形成される面と反
対側の面２１からエッチングを行うことにより、ポリイ
ミドフィルム５の吐出孔の側面に残った余分な撥水性膜
を除去することができる。さらに、エッチング処理時に
生じる酸素プラズマから生じるラジカルをはじめとする
活性種が、ポリイミドフィルム５の撥水性膜６が配置さ
れる面と反対側の面２１と、ポリイミドフィルム５の吐
出孔の側面９とを親水性にする。

【００２９】（実施の形態２）本発明の実施の形態２で
は、撥水性膜塗布工程までは実施の形態１における工程
と同じである。本実施の形態では、撥水性材料の不要部
７を除去する際、酸素ガス雰囲気中でプラズマ処理す
る。プラズマ処理の条件は、次のとおりである。

【００３０】 ガス圧 ：５×１０^-3 Torr パワー ：１００ W ガス ：酸素 処理時間 ：３０分間 上記のプラズマ処理を行う際、撥水性膜６が形成されて
いる面をエッチングガスの酸素に触れないように弱い粘
着性の粘着テープ８などで覆う。撥水性膜６が形成され
る面と反対側の面からプラズマを導入し、エッチングす
ることによりポリイミドフィルム５の吐出孔９の側面に
残った余分な撥水性材料７を除去することができる。さ
らに、プラズマ処理時に生じる酸素プラズマから生じる
ラジカルを含む活性種が、ポリイミドフィルム５の撥水
性膜６が形成される面と反対側の面２１、および吐出孔
９の側面を親水性にする。

【００３１】上記において、本発明の実施の形態につい
て説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形
態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発
明の実施の形態に限定されない。たとえば、（ａ）撥水
性膜を形成する前に、吐出口形成板に吐出孔が開口され
る限り、撥水性材料の不要部の除去はどのようなエッチ
ングで行ってもよい。（ｂ）また、撥水性膜の形成方法
はどのような方法であってもよい。必ずしも加熱をする
必要はなく、たとえば薬剤どうしを混合して反応を促進
させる形成方法であってもよい。

【００３２】本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載に
よって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意
味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

【００３３】

【発明の効果】本発明のインクジェットプリンタのノズ
ルプレートの製造方法を用いることにより、吐出口に入
り込んだ撥水性材料に焦点をしぼって除去することがで
きるので、インク液滴の飛翔方向の安定したノズルプレ
ートを高い生産歩留りで製造することができる。また、
吐出口側と反対側から吐出孔に入り込んだ撥水性材料の
余分部分を除去できるので、吐出口側に形成された撥水
性膜の損傷を防止することができる。

【００３４】また、エッチング処理により撥水性材料を
除去するので、加熱処理と異なり選択的な処理を行なう
ことができる。

【００３５】さらにレーザービームとしてエキシマレー
ザービームを用いることにより、小径の吐出孔を精度よ
く開口することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１および２におけるノズ
ルプレートのレーザー加工装置を示す図である。

【図２】 本発明の実施の形態１および２におけるノズ
ルプレートの製造方法を説明する図である。（ａ）はポ
リイミドフィルムに吐出孔を開口した段階の断面図であ
り、（ｂ）は撥水性膜を形成した段階の断面図であり、
（ｃ）は吐出口側の表面に粘着テープを貼り付け、吐出
孔内の撥水性材料を除去した段階の断面図である。

【図３】 従来のノズルプレートの製造方法を説明する
断面図である。（ａ）は、ポリイミドフィルムに撥水性
膜を形成した状態の断面図であり、（ｂ）はその後、吐
出孔を開口した状態の断面図である。

【符号の説明】

１ エキシマレーザー発振装置、２ レーザービーム、
３ 光学系、４ 投影マスク、５ ポリイミドフィルム
（ノズルプレート、吐出口形成板）、６ 撥水性膜、７
撥水性材料の不要部、８ 粘着テープ、９ 吐出孔、
２１ ポリイミドフィルムの撥水性膜と反対側の面。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクジェットプリンタのヘッド部に用
   いられるノズルプレートの製造方法であって、 吐出口形成板にレーザービームを照射して吐出孔を開口
   する工程と、 前記開口工程の後、前記吐出孔の吐出口側の前記吐出口
   形成板表面において、少なくとも吐出口まわりに撥水性
   膜を形成する工程と、 前記撥水性膜形成工程において前記吐出口形成板に付着
   した撥水性材料の不要部をエッチングによって除去する
   工程とを備える、ノズルプレートの製造方法。
2. 【請求項２】 前記エッチングによる除去工程では、前
   記吐出口側と反対側から前記吐出孔中の前記撥水性材料
   の不要部を除去する、請求項１に記載のノズルプレート
   の製造方法。
3. 【請求項３】 前記吐出口側と反対側からエッチング除
   去する前に、前記吐出口側の吐出口形成板上の撥水性膜
   の上に着脱可能な保護膜を配置する、請求項２に記載の
   ノズルプレートの製造方法。
4. 【請求項４】 前記エッチングが、酸素を含むガス雰囲
   気で行うドライエッチングである、請求項１〜３のいず
   れかに記載のノズルプレートの製造方法。
5. 【請求項５】 前記エッチングが、酸素を含むガス雰囲
   気で行うプラズマ処理である、請求項１〜４のいずれか
   に記載のノズルプレートの製造方法。
6. 【請求項６】 前記レーザービームとしてエキシマレー
   ザービームを用いる、請求項１〜５のいずれかに記載の
   ノズルプレートの製造方法。
7. 【請求項７】 インクジェットプリンタのヘッド部に用
   いられるノズルプレートであって、 少なくとも吐出孔の吐出口まわりの表面が撥水性膜で被
   覆された吐出口形成板を備え、 前記撥水性膜は、前記吐出孔に連続する開口部を備え、
   前記吐出口形成板にその吐出孔が開口された後に、前記
   吐出口形成板の上に形成されたものである、ノズルプレ
   ート。