JP2004160786A - ノズルプレートの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】撥水膜の形成を制御することで、高性能なノズルプレートを製造可能にする。
【解決手段】ステンレス製の金属プレートを基板１１として用い、その基板におけるノズル孔の形成対象位置を変形させることにより、基板表面に中空状の凸部２１ａを形成する（凸部形成工程）。その後、ＣＶＤ法により、凸部裏面を含む基板裏面の全体に、炭素を含有する二酸化ケイ素からなる絶縁膜１５を形成する（絶縁膜形成工程）。この絶縁膜形成工程終了後、基板表面に突出させた凸部を、研削してノズル孔１３を形成する（ノズル孔形成工程）。また、ノズル孔形成工程終了後には、フッ素樹脂の微粒子を含むニッケルめっき液に基板を浸しつつ、基板を電極として、電解めっき処理を施すことにより、基板表面に、フッ素含有の共析めっき膜を、撥水膜１７として形成する（撥水膜形成工程）。
【選択図】 図３
【解決手段】ステンレス製の金属プレートを基板１１として用い、その基板におけるノズル孔の形成対象位置を変形させることにより、基板表面に中空状の凸部２１ａを形成する（凸部形成工程）。その後、ＣＶＤ法により、凸部裏面を含む基板裏面の全体に、炭素を含有する二酸化ケイ素からなる絶縁膜１５を形成する（絶縁膜形成工程）。この絶縁膜形成工程終了後、基板表面に突出させた凸部を、研削してノズル孔１３を形成する（ノズル孔形成工程）。また、ノズル孔形成工程終了後には、フッ素樹脂の微粒子を含むニッケルめっき液に基板を浸しつつ、基板を電極として、電解めっき処理を施すことにより、基板表面に、フッ素含有の共析めっき膜を、撥水膜１７として形成する（撥水膜形成工程）。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属プレートにインク噴射用のノズル孔を形成すると共に、その金属プレート表面に撥水膜を形成してなるノズルプレートの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、インクジェット方式のプリンタに用いられるインクジェットヘッドが知られている。インクジェットヘッドは、インク加圧室内においてインクに圧力を作用させるための圧電素子が設けられた基板に、インクを外部に導くためのインク流路形成部材が積層されたヘッド本体と、そのヘッド本体表面に固着されたインクを噴射するためのノズル孔を備えるノズルプレートと、から構成されている。
【０００３】
このような構成のインクジェットヘッドは、圧電素子にてインクに圧力を作用させ、インクをインク流路形成部材内のインク流路に押し出すことで、ノズルプレートのノズル孔から被印刷媒体に向けて微細なインク滴を高速で噴射する。
ところで、インクジェット方式のプリンタにおいて高精度の印刷を行うためには、ノズル孔内に形成されるメニスカスの形状を適切に制御する必要がある。メニスカス制御が必要であるのは、メニスカスの形状により噴射する液滴の大きさや、噴射方向が変化するからである。したがって、従来より、ノズルプレートを精密に加工して適切なメニスカスを得ることで、インクジェット方式のプリンタの性能を向上させるための技術が種々開発されている。
【０００４】
ノズル孔の形成技術としては、例えば、ノズルプレートを、細径部の先端が錐状に突出した漏斗形状のポンチで突くことで、ノズルプレート内部に孔形状を形成した後、インク噴射側のノズルプレート突出部を研磨して孔をあけ仕上げる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、ノズル孔から溢れ出たインクや、ノズルプレートに付着したインクミストは、ノズルプレート上に次第に蓄積してインク溜まりを形成し、そのインク溜まりがメニスカスに悪影響を与えてインクの噴射精度を悪化させるので、従来では、ノズルプレート表面に、撥水膜を形成するなどしている。
【０００６】
そして、この撥水膜を形成する技術としては、例えば、ノズル孔のインク噴射方向端部に位置するノズル孔細径部を除くノズル孔内部に樹脂を充填した後、めっき処理を施すことにより、ノズルプレート表面及び樹脂により充填されていないノズル孔細径部内面に、撥水膜（撥インク膜）を形成する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
この他、特許文献３には、ノズルプレートの裏面側に親水性の材料から成る親水性膜を形成した後、その親水性膜をマスクとしてノズルプレートの表面側に撥水性の材料から成る撥水性膜を形成する技術が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−２８９２１１号公報
【特許文献２】
特開２００１−１８３９８号公報
【特許文献３】
特開平９−８５９５６号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の撥水膜形成技術では、ノズル孔にレジストとしての樹脂を精度よく充填することができなかったり、マスクとしての親水性膜形成を精度よく行うことができないため、ノズル孔付近の撥水膜の形成にばらつきが生じ、その結果、各ノズル孔について所望のインク噴射特性を得ることができなかった。
【００１０】
つまり、従来では、撥水膜をノズルプレートに適切に形成することができないため、高精度にノズルプレートを製造することが困難であった。
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、撥水膜の形成を適切に制御して、高性能なノズルプレートを製造可能にすることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、金属プレートにインク噴射用のノズル孔を形成すると共に、その金属プレート表面に撥水膜を形成してなるノズルプレートの製造方法であって、金属プレートを変形させて、その金属プレート表面におけるノズル孔の形成対象位置に中空状の凸部を形成する凸部形成工程と、凸部形成工程終了後、金属プレート裏面に、絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、絶縁膜形成工程終了後、金属プレート表面の凸部を研削して、インク噴射用の上記ノズル孔を形成するノズル孔形成工程と、ノズル孔形成工程終了後、金属プレート表面に、電解めっき処理を施すことにより、撥水膜を形成する撥水膜形成工程と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
請求項１に記載のノズルプレートの製造方法によれば、金属プレート表面に形成した中空状の凸部を、金属プレート裏面に絶縁膜を形成した後に研削し、インク噴射用のノズル孔を形成するから、金属プレート表面とノズル孔内面に形成した絶縁膜の端面とを一致させて滑らかに接続することができる。つまり、このノズルプレートの製造方法によれば、金属プレートに形成された複数のノズル孔の夫々に、適切な絶縁膜を形成することができ、そのノズル孔端部に形成される絶縁膜にノズル孔毎のばらつきが生じるのを低減することができる。
【００１３】
例えば、金属プレートにノズル孔を形成した後、金属プレート裏面に絶縁膜を形成すると、金属プレート表面近傍におけるノズル孔内面に絶縁膜を精度よく形成することが困難であるため、電解めっき時に、不要な箇所に撥水膜が形成されるなどして、ノズル孔周囲に精度よく適切に撥水膜を形成することができない。したがって、各ノズル孔において所望のインク噴射特性を得ることができない。
【００１４】
一方、本発明によれば、金属プレート表面と絶縁膜が形成されたノズル孔内面とを滑らか接続することができるから、各ノズル孔周囲に撥水膜を精度よく所望の状態に形成することができ、各ノズル孔において適切なメニスカスを得ることが可能となる。したがって、本発明の製造方法にてノズルプレートを作製すれば、各ノズル孔について適切なインク噴射特性を得ることができ、高性能なノズルプレートを作製することができる。結果、本発明のノズルプレートを用いてインクジェットヘッドを形成すれば、そのインクジェットヘッドの性能を従来と比較して向上させることができる。
【００１５】
尚、凸部形成工程では、金属プレート裏面におけるノズル孔の形成対象位置をポンチで突くなどして金属プレートを変形させて、その金属プレート表面におけるノズル孔の形成対象位置に凸部を形成すればよい。このように金属プレートを変形させれば、金属プレート裏面には凹部が形成され、金属プレート表面には中空状の凸部が形成される。
【００１６】
また、請求項１に記載のノズルプレートの製造方法においては、請求項２に記載のように、絶縁膜形成工程にて形成する絶縁膜の膜厚を、撥水膜形成工程にて形成する撥水膜の膜厚と同等、若しくは、それ以上にするのが好ましい。
請求項２に記載のように、絶縁膜形成工程にて形成する絶縁膜の膜厚を、撥水膜の膜厚と同等、若しくは、それ以上にすると、絶縁膜が被覆されたノズル孔内面よりそのノズル孔軸中心方向に、撥水膜が張り出すことがない。
【００１７】
つまり、電解めっき処理時には、撥水膜を構成するめっきが等方成長していくため、形成すべき撥水膜の膜厚よりも絶縁膜の膜厚が小さいと、金属プレート表面に沿って成長するめっきが、ノズル孔内面に形成された絶縁膜よりそのノズル孔軸中心方向に突出する。突出した撥水膜は外部衝撃等により欠けやすく、撥水膜が欠けると、インクの噴射口の形状が変化することになる。したがって、撥水膜がノイズ孔内面より張り出すと、インクの噴射精度が悪化する。
【００１８】
請求項２に記載のようにすれば、ノズル孔軸中心方向に撥水膜が張り出すのを防止することができるので、張り出した撥水膜が欠けることによってインクの噴射精度が悪化するのを防止することができ、結果としてインクジェットヘッドの性能を向上させることができる。
【００１９】
また、請求項１又は請求項２に記載のノズルプレートの製造方法における絶縁膜形成工程では、絶縁膜として、例えば、二酸化ケイ素の薄膜を形成すると良い。尚、絶縁膜形成の際には、不純物の含まれない純度の高い二酸化ケイ素の薄膜を形成してもよいが、請求項３に記載のようにするのが、一層好ましい。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のノズルプレートの製造方法において、絶縁膜形成工程で、絶縁膜として、炭素を含有する二酸化ケイ素の薄膜を形成することを特徴とする。
二酸化ケイ素は、ノズルプレート裏面を被覆する際に、よく用いられるものであるが、純度の高い二酸化ケイ素の薄膜は、脆いといった性質を有することから、ノズル孔を研削により形成する際に剥離する可能性がある。そのような剥離が発生すると、各ノズル孔において、所望のインク噴射特性が得られなくなり、インクジェットヘッドの性能を効果的に向上させることができなくなる可能性がある。
【００２１】
一方、低温（例えば、１５０℃）でＣＶＤ法を用いて絶縁膜形成を行うなどして、請求項３に記載のように、炭素を含有する二酸化ケイ素の薄膜を形成すれば、その絶縁膜の応力を小さくすることができて、ノズル孔形成時に絶縁膜が剥離するのを抑制することができる。したがって、請求項３に記載のノズルプレートの製造方法によれば、インクジェットヘッドの性能を効果的に向上させることができる。
【００２２】
ところで、請求項１に記載のノズルプレートの製造方法によらなくとも、請求項４に記載のようにノズルプレートを製造すれば、請求項１に記載の発明と同様の効果を得ることが可能である。
請求項４に記載の発明は、金属プレートにインク噴射用のノズル孔を形成すると共に、その金属プレート表面に撥水膜を形成してなるノズルプレートの製造方法であって、金属プレートを変形させて、その金属プレート表面におけるノズル孔の形成対象位置に中空状の凸部を形成する凸部形成工程と、凸部形成工程終了後、金属プレート裏面に、その金属プレートとは酸化条件の異なる金属膜を形成する金属膜形成工程と、金属膜形成工程終了後、金属プレート表面の凸部を研削して、インク噴射用のノズル孔を形成するノズル孔形成工程と、ノズル孔形成工程終了後、金属プレート裏面に形成された金属膜を酸化させて、酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、酸化膜形成工程終了後、金属プレート表面に、電解めっき処理を施すことにより、撥水膜を形成する撥水膜形成工程と、を含むことを特徴とする。
【００２３】
請求項４に記載のノズルプレートの製造方法によれば、凸部形成工程終了後、金属プレート裏面に、その金属プレートとは酸化条件の異なる金属膜を形成し、ノズル孔形成工程終了後、その金属プレート裏面に形成した金属膜を酸化させることにより、絶縁性を有する酸化膜を形成するので、撥水膜形成工程直前においては、請求項１に記載のノズルプレートの製造方法と同様に、金属プレート表面とノズル孔内面に形成した絶縁性の酸化膜の端面とを一致させて滑らかに接続することができる。つまり、このノズルプレートの製造方法によれば、金属プレートに形成された複数のノズル孔の夫々に、適切な絶縁膜を形成することができる。
【００２４】
したがって、本発明によれば、各ノズル孔周囲に撥水膜を精度よく形成することができ、各ノズル孔において適切なインク噴射特性を得ることができる。結果、本発明によれば、高性能なノズルプレートを作製することができ、このノズルプレートを用いてインクジェットヘッドを形成すれば、インクジェットヘッドの性能を向上させることができる。
【００２５】
尚、凸部形成工程では、金属プレート裏面におけるノズル孔の形成対象位置をポンチで突くなどして金属プレートを変形させて、その金属プレート表面におけるノズル孔の形成対象位置に凸部を形成すればよい。このように金属プレートを変形させれば、金属プレート裏面には凹部が形成され、金属プレート表面には中空状の凸部が形成される。
【００２６】
また、請求項４に記載のノズルプレートの製造方法においては、請求項５に記載のように、金属膜形成工程にて形成する金属膜の膜厚を、撥水膜形成工程にて形成する撥水膜の膜厚と同等、若しくは、それ以上にするのが好ましい。
請求項５に記載のように、金属膜形成工程にて形成する金属膜の膜厚を、撥水膜の膜厚と同等以上にすると、撥水膜形成工程時に、酸化された金属膜（即ち、酸化膜）が被覆されたノズル孔内面よりそのノズル孔軸中心方向に、撥水膜が張り出すことがない。
【００２７】
電解めっき処理時には、撥水膜を構成するめっきが等方成長していくため、形成すべき撥水膜の膜厚よりも金属膜の膜厚が小さいと、金属プレート表面に沿って成長するめっきが、ノズル孔内面に形成された酸化膜よりそのノズル孔軸中心方向に突出する。突出した撥水膜は外部衝撃等により欠けやすく、撥水膜が欠けると、インクの噴射口の形状が変化することになる。
【００２８】
請求項５に記載のノズルプレートの製造方法によれば、撥水膜が突出しないので、撥水膜が欠けることによってインクの噴射精度が悪化するのを防止することができ、結果としてインクジェットヘッドの性能を向上させることができる。
この他、請求項４又は請求項５に記載のノズルプレートの製造方法においては、請求項６に記載のように、金属プレートをステンレス製にし、金属膜形成工程で、上記金属膜として、タンタル膜若しくは銅膜を形成するのが良い。
【００２９】
金属プレートとして耐腐食性のあるステンレスを用いれば、大気中で上記金属膜としてのタンタル膜若しくは銅膜を加熱する程度で、金属プレートに悪影響を与えることなく、その金属膜を選択的に酸化させて、金属膜に絶縁性を付与することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例として、プリンタ等に用いられるインクジェットヘッド１のヘッド本体３表面に装着されるノズルプレート１０の構成及びその製造方法を、図面とともに説明する。尚、図１は、第一実施例のノズルプレート１０の断面構成を概略的に表す概略断面図である。また、図２は、ノズルプレート１０の概略正面図である。
【００３１】
図１及び図２に示すように、本実施例のノズルプレート１０は、ステンレス製の基板１１に、インク噴射用のノズル孔１３が複数個形成された構成にされている。ノズル孔１３は、ヘッド本体３のインク流路４に対応する位置に形成されており、ノズルプレート１０の裏面は、ヘッド本体３のインク流路４とノズル孔１３とが連通するようにして、ヘッド本体３に接着剤５にて接着されている。尚、ヘッド本体３は、インク加圧室からノズル孔１３までのインク流路４を形成するインク流路形成部材とインクを加圧するための圧電素子（図示せず）とを備える周知の構成であるため、ここでは、その具体的な構成に関する説明を省略することにする。
【００３２】
図１に示すように、ノズルプレート１０の裏面には、絶縁膜１５として、親水性を示す二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の薄膜がノズル孔１３内面を含むノズルプレート１０の裏面全体に形成されている。具体的に、本実施例におけるノズルプレート１０では、厚さ５０〜７５μｍの基板１１に対して、膜厚０．３〜５μｍ程度の絶縁膜１５が形成されている。また、ノズルプレート１０の表面には、撥水膜１７として、フッ素を含有する共析めっき膜が、上記絶縁膜１５と等しい膜厚で形成されている。
【００３３】
このような構成のノズルプレート１０は、ヘッド本体３が備える圧電素子の振動により、ヘッド本体３のインク流路４から押し出されてくるインクを、ノズル孔１３の内部に取り込み、それをノズル孔１３先端の噴射口１４からノズルプレート１０の表面より外側に噴射する。この噴射により、被印刷媒体には、インクによる画像が形成される。
【００３４】
ところで、このノズルプレート１０は、図３に示すように、凸部形成工程、絶縁膜形成工程、ノズル孔形成工程、撥水膜形成工程、などを経て作製される。尚、図３は、第一実施例のノズルプレート１０の製造方法を示す説明図である。具体的に、図３（ａ）は、凸部形成工程終了後の基板１１周囲の断面構成を表す概略断面図であり、図３（ｂ）は、絶縁膜形成工程終了後の基板１１周囲の断面構成を表す概略断面図である。また、図３（ｃ）は、ノズル孔形成工程終了後の基板１１周囲の断面構成を表す概略断面図であり、図３（ｄ）は、撥水膜形成工程終了後の基板１１周囲の断面構成を表す概略断面図である。
【００３５】
ノズルプレート１０の製造には、導電性皮膜を形成しなくても電解めっきが形成可能なステンレス製で平板状の金属プレートを基板１１として用いる。そして、まず最初に、基板１１裏面におけるノズル孔１３の形成対象位置をポンチで突いて、基板１１を変形させることにより、基板１１裏面に、非貫通のノズル孔１３としての凹部２１ｂを形成し、それに対応する基板１１表面のノズル孔形成対象位置に、中空状の凸部２１ａを形成する（凸部形成工程）。
【００３６】
尚、図３（ａ）示すように、本実施例では、凹部２１ｂ内径が、凸部２１ａ先端側の細径部２２から反対側の端部に向けて大径となるように、基板１１裏面を変形させて、基板１１表面に凸部２１ａを形成している。また、凸部形成工程の最後には、基板１１全面を超音波等で洗浄する。
【００３７】
このようにして基板１１表面に凸部２１ａを形成した後には、凸部２１ａ裏面である凹部２１ｂ内面を含む基板１１裏面の全体に、炭素を含有する二酸化ケイ素の薄膜からなる絶縁膜１５を形成する（絶縁膜形成工程）。尚、絶縁膜１５は、周知のＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法，ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いたドライ成膜、あるいはウェット成膜にて形成することが可能である。
【００３８】
尚具体的にＣＶＤ法を採用する場合には、原料ガスとなるテトラエトキシオルソシリケート（化学式はＳｉ（ＯＣ２Ｈ５）４である。以下「ＴＥＯＳ」と記す。）と、アルゴン（Ａｒ）との混合ガス雰囲気で、低温（本実施例では１５０度）にて膜形成を行うことにより、絶縁膜１５として、炭素を含有する二酸化ケイ素の薄膜を基板１１裏面に形成することが可能である。
【００３９】
このような絶縁膜を形成する際には、一般的に、ＴＥＯＳ及び酸素ガスを用いて高温環境下（例えば３００度）で膜形成を行うが、高温で膜形成を行うと、絶縁耐性は高いが膜応力の高い二酸化ケイ素膜が形成されてしまう。本実施例では、上述のように低温で処理することにより、膜応力の小さい二酸化ケイ素の薄膜を絶縁膜１５として形成し、これによりノズル孔形成工程時に絶縁膜１５が剥離しないようにしている。尚、このように低温で絶縁膜１５を形成した場合の絶縁耐性は、２〜３ＭＶ／ｃｍ程度である。
【００４０】
この絶縁膜形成工程終了後には、基板１１表面に突出させた凸部２１ａを、周知の技法で機械的に研削してノズル孔１３を形成する（ノズル孔形成工程）。そして、このノズル孔形成工程終了後には、フッ素樹脂の微粒子を含む電解めっき液に基板１１を浸しつつ、基板１１を電極として、電解めっき処理を施すことにより、基板１１の表面に、フッ素含有の共析めっき膜を、撥水膜１７として形成する（撥水膜形成工程）。
【００４１】
尚、このような撥水膜１７は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）の分子が分散された電解めっき液としてのニッケルめっき液にノズル孔１３を形成した基板１１を浸し、上記絶縁膜１５としての二酸化ケイ素の薄膜をマスクとして電解めっき処理を行うことにより、基板１１表面に選択的に形成することが可能である。
【００４２】
また、共析めっき膜からなる撥水膜１７は等方成長することから、本実施例では、この撥水膜形成工程時に、上記絶縁膜形成工程で凸部２１ａ裏面（即ち、凹部２１ｂ内面）に形成した絶縁膜１５と同等の膜厚の撥水膜１７を形成している。本実施例では、このように撥水膜１７の膜厚を調整することで、撥水膜１７がノズル孔１３内面よりノズル孔軸中心方向に張り出さない（オーハーハングしない）ようにしている。
【００４３】
この撥水膜形成工程が完了すると、ノズルプレート１０は完成する。また完成したノズルプレート１０は、ヘッド本体３表面に接着剤５（エポキシ系接着剤など）で固定される。
以上、第一実施例のノズルプレート１０の構成及びノズルプレート１０の製造方法について説明したが、第一実施例のノズルプレート１０の製造方法によれば、金属プレートとしての基板１１表面に形成した中空状の凸部２１ａを、基板１１裏面に絶縁膜１５を形成した後に研削して、インク噴射用のノズル孔１３を形成するから、基板１１表面とノズル孔１３内面に形成した絶縁膜１５の端面とを一致させて滑らかに接続することができる。つまり、撥水膜１７の形成時にマスクとして機能する絶縁膜１５を精度よくノズル孔１３の内面に形成することができる。
【００４４】
したがって、第一実施例のノズルプレート１０の製造方法によれば、撥水膜形成工程時に、撥水膜１７としての共析めっき膜が不要な箇所に形成されるのを防止することができ、ノズルプレート１０に形成した複数のノズル孔１３の夫々に対して適切な撥水膜１７を形成することができる。
【００４５】
この結果、各ノズル孔１３について、所望のインク噴射特性を得ることができ、各ノズル孔１３に対する撥水膜１７の形成にばらつきが生じることによりノズル孔１３のインク噴射特性が、不均一になるのを抑制することができる。よって、本実施例によれば、高性能なノズルプレート１０を作製することができ、ノズルプレート１０を用いてインクジェットヘッド１を形成すれば、そのインクジェットヘッド１の性能を向上させることができる。
【００４６】
また、従来のように、撥水膜形成工程前にノズル孔を樹脂で充填してレジスト形成を行わなくとも、簡単に精度よく撥水膜１７を形成することができるから、少ない工程で安価且つ高精度にノズルプレート１０を作製することができて、安価で高性能なインクジェットヘッド１を提供することができる。
【００４７】
その他、第一実施例においては、絶縁膜形成工程にて形成する絶縁膜１５の膜厚を、撥水膜形成工程にて形成する撥水膜１７の膜厚と同一にしているから、絶縁膜１５が被覆されたノズル孔１３内面よりそのノズル孔軸中心方向に、撥水膜１７が張り出すことがない。したがって本実施例によれば、張り出した撥水膜１７が外部衝撃等により欠けるといった問題が発生しにくく、撥水膜１７が欠けることにより、インクの噴射口１４の形状が変化し、インクの噴射精度が悪化するのを防止することができる。
【００４８】
また本実施例では、絶縁膜１５として、炭素を含有する二酸化ケイ素の薄膜を形成しているので、純度の高い二酸化ケイ素の薄膜を形成する場合よりも、膜応力を小さくすることができ、結果、ノズル孔１３を研削により形成する際に絶縁膜１５が剥離するのを効果的に抑制することができる。
【００４９】
また、ヘッド本体３側のインク流路形成部材は、腐食しにくいステンレス材で構成されていることが多く、従来では接着剤５にてノズルプレート１０の裏面とヘッド本体３とを接着するとステンレス材同士の接着のため十分な接着強度が得られないといった問題があったが、本実施例によれば、ノズルプレート１０の裏面に二酸化ケイ素の薄膜が絶縁膜１５として形成されているので、ノズルプレート１０の裏面と、ヘッド本体３とを接着する際に、良好な接着強度が得られ、インクジェットヘッド１の耐久性を効果的に向上させることができる。
【００５０】
尚、第一実施例では、絶縁膜形成工程にて形成する絶縁膜１５の膜厚を、撥水膜形成工程にて形成する撥水膜１７の膜厚以上にしても構わない。このようにしても、撥水膜１７がノズル孔１３内面からノズル孔軸方向中心に張り出すのを防止することができる。また、絶縁膜１５は、必ずしも二酸化ケイ素の薄膜で構成する必要はなく、例えば、金属膜を酸化させて絶縁膜を基板裏面に形成してもよい。
【００５１】
以下、金属膜３１を酸化させて絶縁膜３３を形成する第二実施例のノズルプレート３０の製造方法について説明する。尚、図４は、第二実施例のノズルプレート３０の製造方法を表す説明図である。第二実施例で製造されるノズルプレート３０は、基板１１裏面の絶縁膜３３が、金属膜３１を酸化させた酸化膜であることを除けば、概ね第一実施例のノズルプレート１０の構成と同一である。したがって、第二実施例については、ノズルプレート３０の構成に関する詳細な説明を省略することにし、その製造方法のみを図４を用いて説明することにする。
【００５２】
図４に示すように、第二実施例では、凸部形成工程と、金属膜形成工程と、ノズル孔形成工程と、酸化膜形成工程と、撥水膜形成工程と、を経て、ノズルプレート３０を作製している。尚、図４（ａ）は、凸部形成工程終了後の基板１１周囲の断面構成を表す概略断面図であり、図４（ｂ）は、金属膜形成工程終了後の基板１１周囲の断面構成を表す概略断面図である。また、図４（ｃ）は、ノズル孔形成工程終了後の基板１１周囲の断面構成を表す概略断面図であり、図４（ｄ）は、酸化膜形成工程終了後の基板１１周囲の断面構成を表す概略断面図であり、図４（ｅ）は、撥水膜形成工程終了後の基板１１周囲の断面構成を表す概略断面図である。
【００５３】
第二実施例では、第一実施例と同様に、ステンレス製の金属プレートを基板１１として用い、その基板１１裏面におけるノズル孔１３の形成対象位置をポンチで突いて、基板１１を変形させることにより、基板１１裏面に、非貫通のノズル孔１３としての凹部２１ｂを形成し、それに対応する基板１１表面のノズル孔形成対象位置に、中空状の凸部２１ａを形成する（凸部形成工程）。また、凸部形成工程の最後には、基板１１全面を超音波等で洗浄する。
【００５４】
また、この凸部形成工程終了後には、基板１１と比較して酸化しやすい金属（即ち酸化条件の緩い金属）を用い、凸部２１ａ裏面（即ち、凹部２１ｂ内面）を含む基板１１裏面の全体に、ドライ成膜処理や、電解めっき処理などのウェット成膜処理を施して、金属膜３１を形成する（金属膜形成工程）。
【００５５】
尚、この金属膜形成工程では、形成する金属膜３１の膜厚を、撥水膜形成工程にて形成する撥水膜１７の膜厚と同一にする。また、この金属膜形成工程では、基板１１の裏面に、金属膜３１としてのタンタル（Ｔａ）膜、銅（Ｃｕ）膜を形成することで、後に、そのタンタル膜、銅膜を選択的に酸化させることができるようにしている。
【００５６】
このようにして金属膜３１を基板１１裏面に形成した後には、基板１１表面に突出させた凸部２１ａを、周知の技法で機械的に研削してインク噴射用のノズル孔１３を形成する（ノズル孔形成工程）。そして、ノズル孔形成工程終了後には、基板１１を、４００〜５００℃の大気中で熱することにより、基板１１裏面の金属膜３１を酸化させて、絶縁膜３３としての酸化膜（酸化タンタル膜、酸化銅膜）をノズル孔１３内面を含む基板１１裏面に形成する（酸化膜形成工程）。
【００５７】
また、この酸化膜形成工程終了後には、フッ素樹脂の微粒子を含む電解めっき液に基板１１を浸しつつ、基板１１を電極として、電解めっき処理を施すことにより、基板１１表面に、フッ素含有の共析めっき膜を、撥水膜１７として形成する（撥水膜形成工程）。
【００５８】
尚、このような撥水膜１７は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）の分子が分散された電解めっき液としてのニッケルめっき液にノズル孔１３を形成した基板１１を浸し、上記絶縁膜３３としての酸化膜をマスクとして電解めっき処理を行うことにより、基板１１表面に選択的に形成することが可能である。
【００５９】
また、共析めっき膜からなる撥水膜１７は等方成長することから、この撥水膜形成工程では、上記金属膜形成工程で、凸部２１ａ裏面に形成した金属膜３１と同等の膜厚の撥水膜１７を形成している。本実施例では、このように撥水膜１７の膜厚を調整することで、撥水膜１７がノズル孔１３内面よりノズル孔軸中心方向に張り出さないようにしている。
【００６０】
この撥水膜形成工程が完了すると、ノズルプレート３０は完成する。また完成したノズルプレート３０は、ヘッド本体３に接着剤５（エポキシ系接着剤など）で固定される。
以上、第二実施例のノズルプレート３０の製造方法について説明したが、第二実施例のノズルプレート３０の製造方法によれば、凸部形成工程終了後、基板１１裏面に、基板１１とは酸化条件の異なる金属膜３１としてタンタル膜、銅膜などを形成し、ノズル孔形成工程終了後、その基板１１裏面に形成した金属膜３１を酸化させることにより、絶縁性を有する酸化膜を絶縁膜３３として形成するので、撥水膜形成工程直前においては、第一実施例のノズルプレート１０の製造方法と同様に、基板１１表面とノズル孔１３内面に形成した絶縁膜３３の端面とを一致させて滑らかに接続することができる。
【００６１】
つまり、このノズルプレート３０の製造方法によれば、基板１１に形成した複数のノズル孔１３の夫々に、適切な絶縁膜３３を形成することができる。したがって、第二実施例のノズルプレート３０の製造方法によれば、各ノズル孔１３の周囲に撥水膜１７を精度よく形成することができ、各ノズル孔１３において適切なインク噴射特性を得ることができる。
【００６２】
結果、第二実施例の製造方法でノズルプレート３０を作製すれば、高性能なノズルプレートを作製することができて、それをヘッド本体３に接着してインクジェットヘッドを形成すれば、インクジェットヘッドの性能を従来と比較して向上させることができる。
【００６３】
また、このノズルプレート３０の製造方法においては、金属膜形成工程にて形成する金属膜３１の膜厚を、撥水膜形成工程にて形成する撥水膜１７の膜厚と同一にしているから、ノズル孔１３内面に形成された絶縁膜（酸化膜）３３よりそのノズル孔軸中心方向に撥水膜１７としての共析めっき膜が張り出すことがなく、撥水膜１７が欠けることによってインクの噴射精度が悪化するのを防止することができる。
【００６４】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明のノズルプレートの製造方法は、上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
例えば、第一実施例では、二酸化ケイ素をＣＶＤ析出させる方法を示したが、絶縁膜としては、Ｓｉ３Ｎ４（窒化ケイ素）などの窒化物や、Ａｌ２Ｏ３などの酸化物でも良く、析出方法としては、蒸着や、スパッタ法でも良い。また、第二実施例では、金属膜形成工程にて形成する金属膜３１の膜厚を、撥水膜形成工程にて形成する撥水膜１７の膜厚と同一にしたが、第一実施例と同様、金属膜形成工程にて形成する金属膜３１の膜厚を、撥水膜形成工程にて形成する撥水膜１７の膜厚以上にしても構わない。
【００６５】
この他、基板１１裏面に形成する金属膜３１としてタンタル膜、銅膜を例に挙げたが、その他の酸化しやすい金属を用いて、基板１１裏面に金属膜３１を形成しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一実施例のノズルプレート１０の断面構成を概略的に表す概略断面図である。
【図２】ノズルプレート１０の概略正面図である。
【図３】第一実施例のノズルプレート１０の製造方法を表す説明図である。
【図４】第二実施例のノズルプレート３０の製造方法を表す説明図である。
【符号の説明】
１…インクジェットヘッド、３…ヘッド本体、４…インク流路、５…接着剤、１０，３０…ノズルプレート、１１…基板、１３…ノズル孔、１４…噴射口、１５，３３…絶縁膜、１７…撥水膜、２１ａ…凸部、２１ｂ…凹部、２２…細径部、３１…金属膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属プレートにインク噴射用のノズル孔を形成すると共に、その金属プレート表面に撥水膜を形成してなるノズルプレートの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、インクジェット方式のプリンタに用いられるインクジェットヘッドが知られている。インクジェットヘッドは、インク加圧室内においてインクに圧力を作用させるための圧電素子が設けられた基板に、インクを外部に導くためのインク流路形成部材が積層されたヘッド本体と、そのヘッド本体表面に固着されたインクを噴射するためのノズル孔を備えるノズルプレートと、から構成されている。
【０００３】
このような構成のインクジェットヘッドは、圧電素子にてインクに圧力を作用させ、インクをインク流路形成部材内のインク流路に押し出すことで、ノズルプレートのノズル孔から被印刷媒体に向けて微細なインク滴を高速で噴射する。
ところで、インクジェット方式のプリンタにおいて高精度の印刷を行うためには、ノズル孔内に形成されるメニスカスの形状を適切に制御する必要がある。メニスカス制御が必要であるのは、メニスカスの形状により噴射する液滴の大きさや、噴射方向が変化するからである。したがって、従来より、ノズルプレートを精密に加工して適切なメニスカスを得ることで、インクジェット方式のプリンタの性能を向上させるための技術が種々開発されている。
【０００４】
ノズル孔の形成技術としては、例えば、ノズルプレートを、細径部の先端が錐状に突出した漏斗形状のポンチで突くことで、ノズルプレート内部に孔形状を形成した後、インク噴射側のノズルプレート突出部を研磨して孔をあけ仕上げる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、ノズル孔から溢れ出たインクや、ノズルプレートに付着したインクミストは、ノズルプレート上に次第に蓄積してインク溜まりを形成し、そのインク溜まりがメニスカスに悪影響を与えてインクの噴射精度を悪化させるので、従来では、ノズルプレート表面に、撥水膜を形成するなどしている。
【０００６】
そして、この撥水膜を形成する技術としては、例えば、ノズル孔のインク噴射方向端部に位置するノズル孔細径部を除くノズル孔内部に樹脂を充填した後、めっき処理を施すことにより、ノズルプレート表面及び樹脂により充填されていないノズル孔細径部内面に、撥水膜（撥インク膜）を形成する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
この他、特許文献３には、ノズルプレートの裏面側に親水性の材料から成る親水性膜を形成した後、その親水性膜をマスクとしてノズルプレートの表面側に撥水性の材料から成る撥水性膜を形成する技術が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−２８９２１１号公報
【特許文献２】
特開２００１−１８３９８号公報
【特許文献３】
特開平９−８５９５６号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の撥水膜形成技術では、ノズル孔にレジストとしての樹脂を精度よく充填することができなかったり、マスクとしての親水性膜形成を精度よく行うことができないため、ノズル孔付近の撥水膜の形成にばらつきが生じ、その結果、各ノズル孔について所望のインク噴射特性を得ることができなかった。
【００１０】
つまり、従来では、撥水膜をノズルプレートに適切に形成することができないため、高精度にノズルプレートを製造することが困難であった。
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、撥水膜の形成を適切に制御して、高性能なノズルプレートを製造可能にすることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、金属プレートにインク噴射用のノズル孔を形成すると共に、その金属プレート表面に撥水膜を形成してなるノズルプレートの製造方法であって、金属プレートを変形させて、その金属プレート表面におけるノズル孔の形成対象位置に中空状の凸部を形成する凸部形成工程と、凸部形成工程終了後、金属プレート裏面に、絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、絶縁膜形成工程終了後、金属プレート表面の凸部を研削して、インク噴射用の上記ノズル孔を形成するノズル孔形成工程と、ノズル孔形成工程終了後、金属プレート表面に、電解めっき処理を施すことにより、撥水膜を形成する撥水膜形成工程と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
請求項１に記載のノズルプレートの製造方法によれば、金属プレート表面に形成した中空状の凸部を、金属プレート裏面に絶縁膜を形成した後に研削し、インク噴射用のノズル孔を形成するから、金属プレート表面とノズル孔内面に形成した絶縁膜の端面とを一致させて滑らかに接続することができる。つまり、このノズルプレートの製造方法によれば、金属プレートに形成された複数のノズル孔の夫々に、適切な絶縁膜を形成することができ、そのノズル孔端部に形成される絶縁膜にノズル孔毎のばらつきが生じるのを低減することができる。
【００１３】
例えば、金属プレートにノズル孔を形成した後、金属プレート裏面に絶縁膜を形成すると、金属プレート表面近傍におけるノズル孔内面に絶縁膜を精度よく形成することが困難であるため、電解めっき時に、不要な箇所に撥水膜が形成されるなどして、ノズル孔周囲に精度よく適切に撥水膜を形成することができない。したがって、各ノズル孔において所望のインク噴射特性を得ることができない。
【００１４】
一方、本発明によれば、金属プレート表面と絶縁膜が形成されたノズル孔内面とを滑らか接続することができるから、各ノズル孔周囲に撥水膜を精度よく所望の状態に形成することができ、各ノズル孔において適切なメニスカスを得ることが可能となる。したがって、本発明の製造方法にてノズルプレートを作製すれば、各ノズル孔について適切なインク噴射特性を得ることができ、高性能なノズルプレートを作製することができる。結果、本発明のノズルプレートを用いてインクジェットヘッドを形成すれば、そのインクジェットヘッドの性能を従来と比較して向上させることができる。
【００１５】
尚、凸部形成工程では、金属プレート裏面におけるノズル孔の形成対象位置をポンチで突くなどして金属プレートを変形させて、その金属プレート表面におけるノズル孔の形成対象位置に凸部を形成すればよい。このように金属プレートを変形させれば、金属プレート裏面には凹部が形成され、金属プレート表面には中空状の凸部が形成される。
【００１６】
また、請求項１に記載のノズルプレートの製造方法においては、請求項２に記載のように、絶縁膜形成工程にて形成する絶縁膜の膜厚を、撥水膜形成工程にて形成する撥水膜の膜厚と同等、若しくは、それ以上にするのが好ましい。
請求項２に記載のように、絶縁膜形成工程にて形成する絶縁膜の膜厚を、撥水膜の膜厚と同等、若しくは、それ以上にすると、絶縁膜が被覆されたノズル孔内面よりそのノズル孔軸中心方向に、撥水膜が張り出すことがない。
【００１７】
つまり、電解めっき処理時には、撥水膜を構成するめっきが等方成長していくため、形成すべき撥水膜の膜厚よりも絶縁膜の膜厚が小さいと、金属プレート表面に沿って成長するめっきが、ノズル孔内面に形成された絶縁膜よりそのノズル孔軸中心方向に突出する。突出した撥水膜は外部衝撃等により欠けやすく、撥水膜が欠けると、インクの噴射口の形状が変化することになる。したがって、撥水膜がノイズ孔内面より張り出すと、インクの噴射精度が悪化する。
【００１８】
請求項２に記載のようにすれば、ノズル孔軸中心方向に撥水膜が張り出すのを防止することができるので、張り出した撥水膜が欠けることによってインクの噴射精度が悪化するのを防止することができ、結果としてインクジェットヘッドの性能を向上させることができる。
【００１９】
また、請求項１又は請求項２に記載のノズルプレートの製造方法における絶縁膜形成工程では、絶縁膜として、例えば、二酸化ケイ素の薄膜を形成すると良い。尚、絶縁膜形成の際には、不純物の含まれない純度の高い二酸化ケイ素の薄膜を形成してもよいが、請求項３に記載のようにするのが、一層好ましい。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のノズルプレートの製造方法において、絶縁膜形成工程で、絶縁膜として、炭素を含有する二酸化ケイ素の薄膜を形成することを特徴とする。
二酸化ケイ素は、ノズルプレート裏面を被覆する際に、よく用いられるものであるが、純度の高い二酸化ケイ素の薄膜は、脆いといった性質を有することから、ノズル孔を研削により形成する際に剥離する可能性がある。そのような剥離が発生すると、各ノズル孔において、所望のインク噴射特性が得られなくなり、インクジェットヘッドの性能を効果的に向上させることができなくなる可能性がある。
【００２１】
一方、低温（例えば、１５０℃）でＣＶＤ法を用いて絶縁膜形成を行うなどして、請求項３に記載のように、炭素を含有する二酸化ケイ素の薄膜を形成すれば、その絶縁膜の応力を小さくすることができて、ノズル孔形成時に絶縁膜が剥離するのを抑制することができる。したがって、請求項３に記載のノズルプレートの製造方法によれば、インクジェットヘッドの性能を効果的に向上させることができる。
【００２２】
ところで、請求項１に記載のノズルプレートの製造方法によらなくとも、請求項４に記載のようにノズルプレートを製造すれば、請求項１に記載の発明と同様の効果を得ることが可能である。
請求項４に記載の発明は、金属プレートにインク噴射用のノズル孔を形成すると共に、その金属プレート表面に撥水膜を形成してなるノズルプレートの製造方法であって、金属プレートを変形させて、その金属プレート表面におけるノズル孔の形成対象位置に中空状の凸部を形成する凸部形成工程と、凸部形成工程終了後、金属プレート裏面に、その金属プレートとは酸化条件の異なる金属膜を形成する金属膜形成工程と、金属膜形成工程終了後、金属プレート表面の凸部を研削して、インク噴射用のノズル孔を形成するノズル孔形成工程と、ノズル孔形成工程終了後、金属プレート裏面に形成された金属膜を酸化させて、酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、酸化膜形成工程終了後、金属プレート表面に、電解めっき処理を施すことにより、撥水膜を形成する撥水膜形成工程と、を含むことを特徴とする。
【００２３】
請求項４に記載のノズルプレートの製造方法によれば、凸部形成工程終了後、金属プレート裏面に、その金属プレートとは酸化条件の異なる金属膜を形成し、ノズル孔形成工程終了後、その金属プレート裏面に形成した金属膜を酸化させることにより、絶縁性を有する酸化膜を形成するので、撥水膜形成工程直前においては、請求項１に記載のノズルプレートの製造方法と同様に、金属プレート表面とノズル孔内面に形成した絶縁性の酸化膜の端面とを一致させて滑らかに接続することができる。つまり、このノズルプレートの製造方法によれば、金属プレートに形成された複数のノズル孔の夫々に、適切な絶縁膜を形成することができる。
【００２４】
したがって、本発明によれば、各ノズル孔周囲に撥水膜を精度よく形成することができ、各ノズル孔において適切なインク噴射特性を得ることができる。結果、本発明によれば、高性能なノズルプレートを作製することができ、このノズルプレートを用いてインクジェットヘッドを形成すれば、インクジェットヘッドの性能を向上させることができる。
【００２５】
尚、凸部形成工程では、金属プレート裏面におけるノズル孔の形成対象位置をポンチで突くなどして金属プレートを変形させて、その金属プレート表面におけるノズル孔の形成対象位置に凸部を形成すればよい。このように金属プレートを変形させれば、金属プレート裏面には凹部が形成され、金属プレート表面には中空状の凸部が形成される。
【００２６】
また、請求項４に記載のノズルプレートの製造方法においては、請求項５に記載のように、金属膜形成工程にて形成する金属膜の膜厚を、撥水膜形成工程にて形成する撥水膜の膜厚と同等、若しくは、それ以上にするのが好ましい。
請求項５に記載のように、金属膜形成工程にて形成する金属膜の膜厚を、撥水膜の膜厚と同等以上にすると、撥水膜形成工程時に、酸化された金属膜（即ち、酸化膜）が被覆されたノズル孔内面よりそのノズル孔軸中心方向に、撥水膜が張り出すことがない。
【００２７】
電解めっき処理時には、撥水膜を構成するめっきが等方成長していくため、形成すべき撥水膜の膜厚よりも金属膜の膜厚が小さいと、金属プレート表面に沿って成長するめっきが、ノズル孔内面に形成された酸化膜よりそのノズル孔軸中心方向に突出する。突出した撥水膜は外部衝撃等により欠けやすく、撥水膜が欠けると、インクの噴射口の形状が変化することになる。
【００２８】
請求項５に記載のノズルプレートの製造方法によれば、撥水膜が突出しないので、撥水膜が欠けることによってインクの噴射精度が悪化するのを防止することができ、結果としてインクジェットヘッドの性能を向上させることができる。
この他、請求項４又は請求項５に記載のノズルプレートの製造方法においては、請求項６に記載のように、金属プレートをステンレス製にし、金属膜形成工程で、上記金属膜として、タンタル膜若しくは銅膜を形成するのが良い。
【００２９】
金属プレートとして耐腐食性のあるステンレスを用いれば、大気中で上記金属膜としてのタンタル膜若しくは銅膜を加熱する程度で、金属プレートに悪影響を与えることなく、その金属膜を選択的に酸化させて、金属膜に絶縁性を付与することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例として、プリンタ等に用いられるインクジェットヘッド１のヘッド本体３表面に装着されるノズルプレート１０の構成及びその製造方法を、図面とともに説明する。尚、図１は、第一実施例のノズルプレート１０の断面構成を概略的に表す概略断面図である。また、図２は、ノズルプレート１０の概略正面図である。
【００３１】
図１及び図２に示すように、本実施例のノズルプレート１０は、ステンレス製の基板１１に、インク噴射用のノズル孔１３が複数個形成された構成にされている。ノズル孔１３は、ヘッド本体３のインク流路４に対応する位置に形成されており、ノズルプレート１０の裏面は、ヘッド本体３のインク流路４とノズル孔１３とが連通するようにして、ヘッド本体３に接着剤５にて接着されている。尚、ヘッド本体３は、インク加圧室からノズル孔１３までのインク流路４を形成するインク流路形成部材とインクを加圧するための圧電素子（図示せず）とを備える周知の構成であるため、ここでは、その具体的な構成に関する説明を省略することにする。
【００３２】
図１に示すように、ノズルプレート１０の裏面には、絶縁膜１５として、親水性を示す二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の薄膜がノズル孔１３内面を含むノズルプレート１０の裏面全体に形成されている。具体的に、本実施例におけるノズルプレート１０では、厚さ５０〜７５μｍの基板１１に対して、膜厚０．３〜５μｍ程度の絶縁膜１５が形成されている。また、ノズルプレート１０の表面には、撥水膜１７として、フッ素を含有する共析めっき膜が、上記絶縁膜１５と等しい膜厚で形成されている。
【００３３】
このような構成のノズルプレート１０は、ヘッド本体３が備える圧電素子の振動により、ヘッド本体３のインク流路４から押し出されてくるインクを、ノズル孔１３の内部に取り込み、それをノズル孔１３先端の噴射口１４からノズルプレート１０の表面より外側に噴射する。この噴射により、被印刷媒体には、インクによる画像が形成される。
【００３４】
ところで、このノズルプレート１０は、図３に示すように、凸部形成工程、絶縁膜形成工程、ノズル孔形成工程、撥水膜形成工程、などを経て作製される。尚、図３は、第一実施例のノズルプレート１０の製造方法を示す説明図である。具体的に、図３（ａ）は、凸部形成工程終了後の基板１１周囲の断面構成を表す概略断面図であり、図３（ｂ）は、絶縁膜形成工程終了後の基板１１周囲の断面構成を表す概略断面図である。また、図３（ｃ）は、ノズル孔形成工程終了後の基板１１周囲の断面構成を表す概略断面図であり、図３（ｄ）は、撥水膜形成工程終了後の基板１１周囲の断面構成を表す概略断面図である。
【００３５】
ノズルプレート１０の製造には、導電性皮膜を形成しなくても電解めっきが形成可能なステンレス製で平板状の金属プレートを基板１１として用いる。そして、まず最初に、基板１１裏面におけるノズル孔１３の形成対象位置をポンチで突いて、基板１１を変形させることにより、基板１１裏面に、非貫通のノズル孔１３としての凹部２１ｂを形成し、それに対応する基板１１表面のノズル孔形成対象位置に、中空状の凸部２１ａを形成する（凸部形成工程）。
【００３６】
尚、図３（ａ）示すように、本実施例では、凹部２１ｂ内径が、凸部２１ａ先端側の細径部２２から反対側の端部に向けて大径となるように、基板１１裏面を変形させて、基板１１表面に凸部２１ａを形成している。また、凸部形成工程の最後には、基板１１全面を超音波等で洗浄する。
【００３７】
このようにして基板１１表面に凸部２１ａを形成した後には、凸部２１ａ裏面である凹部２１ｂ内面を含む基板１１裏面の全体に、炭素を含有する二酸化ケイ素の薄膜からなる絶縁膜１５を形成する（絶縁膜形成工程）。尚、絶縁膜１５は、周知のＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法，ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いたドライ成膜、あるいはウェット成膜にて形成することが可能である。
【００３８】
尚具体的にＣＶＤ法を採用する場合には、原料ガスとなるテトラエトキシオルソシリケート（化学式はＳｉ（ＯＣ２Ｈ５）４である。以下「ＴＥＯＳ」と記す。）と、アルゴン（Ａｒ）との混合ガス雰囲気で、低温（本実施例では１５０度）にて膜形成を行うことにより、絶縁膜１５として、炭素を含有する二酸化ケイ素の薄膜を基板１１裏面に形成することが可能である。
【００３９】
このような絶縁膜を形成する際には、一般的に、ＴＥＯＳ及び酸素ガスを用いて高温環境下（例えば３００度）で膜形成を行うが、高温で膜形成を行うと、絶縁耐性は高いが膜応力の高い二酸化ケイ素膜が形成されてしまう。本実施例では、上述のように低温で処理することにより、膜応力の小さい二酸化ケイ素の薄膜を絶縁膜１５として形成し、これによりノズル孔形成工程時に絶縁膜１５が剥離しないようにしている。尚、このように低温で絶縁膜１５を形成した場合の絶縁耐性は、２〜３ＭＶ／ｃｍ程度である。
【００４０】
この絶縁膜形成工程終了後には、基板１１表面に突出させた凸部２１ａを、周知の技法で機械的に研削してノズル孔１３を形成する（ノズル孔形成工程）。そして、このノズル孔形成工程終了後には、フッ素樹脂の微粒子を含む電解めっき液に基板１１を浸しつつ、基板１１を電極として、電解めっき処理を施すことにより、基板１１の表面に、フッ素含有の共析めっき膜を、撥水膜１７として形成する（撥水膜形成工程）。
【００４１】
尚、このような撥水膜１７は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）の分子が分散された電解めっき液としてのニッケルめっき液にノズル孔１３を形成した基板１１を浸し、上記絶縁膜１５としての二酸化ケイ素の薄膜をマスクとして電解めっき処理を行うことにより、基板１１表面に選択的に形成することが可能である。
【００４２】
また、共析めっき膜からなる撥水膜１７は等方成長することから、本実施例では、この撥水膜形成工程時に、上記絶縁膜形成工程で凸部２１ａ裏面（即ち、凹部２１ｂ内面）に形成した絶縁膜１５と同等の膜厚の撥水膜１７を形成している。本実施例では、このように撥水膜１７の膜厚を調整することで、撥水膜１７がノズル孔１３内面よりノズル孔軸中心方向に張り出さない（オーハーハングしない）ようにしている。
【００４３】
この撥水膜形成工程が完了すると、ノズルプレート１０は完成する。また完成したノズルプレート１０は、ヘッド本体３表面に接着剤５（エポキシ系接着剤など）で固定される。
以上、第一実施例のノズルプレート１０の構成及びノズルプレート１０の製造方法について説明したが、第一実施例のノズルプレート１０の製造方法によれば、金属プレートとしての基板１１表面に形成した中空状の凸部２１ａを、基板１１裏面に絶縁膜１５を形成した後に研削して、インク噴射用のノズル孔１３を形成するから、基板１１表面とノズル孔１３内面に形成した絶縁膜１５の端面とを一致させて滑らかに接続することができる。つまり、撥水膜１７の形成時にマスクとして機能する絶縁膜１５を精度よくノズル孔１３の内面に形成することができる。
【００４４】
したがって、第一実施例のノズルプレート１０の製造方法によれば、撥水膜形成工程時に、撥水膜１７としての共析めっき膜が不要な箇所に形成されるのを防止することができ、ノズルプレート１０に形成した複数のノズル孔１３の夫々に対して適切な撥水膜１７を形成することができる。
【００４５】
この結果、各ノズル孔１３について、所望のインク噴射特性を得ることができ、各ノズル孔１３に対する撥水膜１７の形成にばらつきが生じることによりノズル孔１３のインク噴射特性が、不均一になるのを抑制することができる。よって、本実施例によれば、高性能なノズルプレート１０を作製することができ、ノズルプレート１０を用いてインクジェットヘッド１を形成すれば、そのインクジェットヘッド１の性能を向上させることができる。
【００４６】
また、従来のように、撥水膜形成工程前にノズル孔を樹脂で充填してレジスト形成を行わなくとも、簡単に精度よく撥水膜１７を形成することができるから、少ない工程で安価且つ高精度にノズルプレート１０を作製することができて、安価で高性能なインクジェットヘッド１を提供することができる。
【００４７】
その他、第一実施例においては、絶縁膜形成工程にて形成する絶縁膜１５の膜厚を、撥水膜形成工程にて形成する撥水膜１７の膜厚と同一にしているから、絶縁膜１５が被覆されたノズル孔１３内面よりそのノズル孔軸中心方向に、撥水膜１７が張り出すことがない。したがって本実施例によれば、張り出した撥水膜１７が外部衝撃等により欠けるといった問題が発生しにくく、撥水膜１７が欠けることにより、インクの噴射口１４の形状が変化し、インクの噴射精度が悪化するのを防止することができる。
【００４８】
また本実施例では、絶縁膜１５として、炭素を含有する二酸化ケイ素の薄膜を形成しているので、純度の高い二酸化ケイ素の薄膜を形成する場合よりも、膜応力を小さくすることができ、結果、ノズル孔１３を研削により形成する際に絶縁膜１５が剥離するのを効果的に抑制することができる。
【００４９】
また、ヘッド本体３側のインク流路形成部材は、腐食しにくいステンレス材で構成されていることが多く、従来では接着剤５にてノズルプレート１０の裏面とヘッド本体３とを接着するとステンレス材同士の接着のため十分な接着強度が得られないといった問題があったが、本実施例によれば、ノズルプレート１０の裏面に二酸化ケイ素の薄膜が絶縁膜１５として形成されているので、ノズルプレート１０の裏面と、ヘッド本体３とを接着する際に、良好な接着強度が得られ、インクジェットヘッド１の耐久性を効果的に向上させることができる。
【００５０】
尚、第一実施例では、絶縁膜形成工程にて形成する絶縁膜１５の膜厚を、撥水膜形成工程にて形成する撥水膜１７の膜厚以上にしても構わない。このようにしても、撥水膜１７がノズル孔１３内面からノズル孔軸方向中心に張り出すのを防止することができる。また、絶縁膜１５は、必ずしも二酸化ケイ素の薄膜で構成する必要はなく、例えば、金属膜を酸化させて絶縁膜を基板裏面に形成してもよい。
【００５１】
以下、金属膜３１を酸化させて絶縁膜３３を形成する第二実施例のノズルプレート３０の製造方法について説明する。尚、図４は、第二実施例のノズルプレート３０の製造方法を表す説明図である。第二実施例で製造されるノズルプレート３０は、基板１１裏面の絶縁膜３３が、金属膜３１を酸化させた酸化膜であることを除けば、概ね第一実施例のノズルプレート１０の構成と同一である。したがって、第二実施例については、ノズルプレート３０の構成に関する詳細な説明を省略することにし、その製造方法のみを図４を用いて説明することにする。
【００５２】
図４に示すように、第二実施例では、凸部形成工程と、金属膜形成工程と、ノズル孔形成工程と、酸化膜形成工程と、撥水膜形成工程と、を経て、ノズルプレート３０を作製している。尚、図４（ａ）は、凸部形成工程終了後の基板１１周囲の断面構成を表す概略断面図であり、図４（ｂ）は、金属膜形成工程終了後の基板１１周囲の断面構成を表す概略断面図である。また、図４（ｃ）は、ノズル孔形成工程終了後の基板１１周囲の断面構成を表す概略断面図であり、図４（ｄ）は、酸化膜形成工程終了後の基板１１周囲の断面構成を表す概略断面図であり、図４（ｅ）は、撥水膜形成工程終了後の基板１１周囲の断面構成を表す概略断面図である。
【００５３】
第二実施例では、第一実施例と同様に、ステンレス製の金属プレートを基板１１として用い、その基板１１裏面におけるノズル孔１３の形成対象位置をポンチで突いて、基板１１を変形させることにより、基板１１裏面に、非貫通のノズル孔１３としての凹部２１ｂを形成し、それに対応する基板１１表面のノズル孔形成対象位置に、中空状の凸部２１ａを形成する（凸部形成工程）。また、凸部形成工程の最後には、基板１１全面を超音波等で洗浄する。
【００５４】
また、この凸部形成工程終了後には、基板１１と比較して酸化しやすい金属（即ち酸化条件の緩い金属）を用い、凸部２１ａ裏面（即ち、凹部２１ｂ内面）を含む基板１１裏面の全体に、ドライ成膜処理や、電解めっき処理などのウェット成膜処理を施して、金属膜３１を形成する（金属膜形成工程）。
【００５５】
尚、この金属膜形成工程では、形成する金属膜３１の膜厚を、撥水膜形成工程にて形成する撥水膜１７の膜厚と同一にする。また、この金属膜形成工程では、基板１１の裏面に、金属膜３１としてのタンタル（Ｔａ）膜、銅（Ｃｕ）膜を形成することで、後に、そのタンタル膜、銅膜を選択的に酸化させることができるようにしている。
【００５６】
このようにして金属膜３１を基板１１裏面に形成した後には、基板１１表面に突出させた凸部２１ａを、周知の技法で機械的に研削してインク噴射用のノズル孔１３を形成する（ノズル孔形成工程）。そして、ノズル孔形成工程終了後には、基板１１を、４００〜５００℃の大気中で熱することにより、基板１１裏面の金属膜３１を酸化させて、絶縁膜３３としての酸化膜（酸化タンタル膜、酸化銅膜）をノズル孔１３内面を含む基板１１裏面に形成する（酸化膜形成工程）。
【００５７】
また、この酸化膜形成工程終了後には、フッ素樹脂の微粒子を含む電解めっき液に基板１１を浸しつつ、基板１１を電極として、電解めっき処理を施すことにより、基板１１表面に、フッ素含有の共析めっき膜を、撥水膜１７として形成する（撥水膜形成工程）。
【００５８】
尚、このような撥水膜１７は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）の分子が分散された電解めっき液としてのニッケルめっき液にノズル孔１３を形成した基板１１を浸し、上記絶縁膜３３としての酸化膜をマスクとして電解めっき処理を行うことにより、基板１１表面に選択的に形成することが可能である。
【００５９】
また、共析めっき膜からなる撥水膜１７は等方成長することから、この撥水膜形成工程では、上記金属膜形成工程で、凸部２１ａ裏面に形成した金属膜３１と同等の膜厚の撥水膜１７を形成している。本実施例では、このように撥水膜１７の膜厚を調整することで、撥水膜１７がノズル孔１３内面よりノズル孔軸中心方向に張り出さないようにしている。
【００６０】
この撥水膜形成工程が完了すると、ノズルプレート３０は完成する。また完成したノズルプレート３０は、ヘッド本体３に接着剤５（エポキシ系接着剤など）で固定される。
以上、第二実施例のノズルプレート３０の製造方法について説明したが、第二実施例のノズルプレート３０の製造方法によれば、凸部形成工程終了後、基板１１裏面に、基板１１とは酸化条件の異なる金属膜３１としてタンタル膜、銅膜などを形成し、ノズル孔形成工程終了後、その基板１１裏面に形成した金属膜３１を酸化させることにより、絶縁性を有する酸化膜を絶縁膜３３として形成するので、撥水膜形成工程直前においては、第一実施例のノズルプレート１０の製造方法と同様に、基板１１表面とノズル孔１３内面に形成した絶縁膜３３の端面とを一致させて滑らかに接続することができる。
【００６１】
つまり、このノズルプレート３０の製造方法によれば、基板１１に形成した複数のノズル孔１３の夫々に、適切な絶縁膜３３を形成することができる。したがって、第二実施例のノズルプレート３０の製造方法によれば、各ノズル孔１３の周囲に撥水膜１７を精度よく形成することができ、各ノズル孔１３において適切なインク噴射特性を得ることができる。
【００６２】
結果、第二実施例の製造方法でノズルプレート３０を作製すれば、高性能なノズルプレートを作製することができて、それをヘッド本体３に接着してインクジェットヘッドを形成すれば、インクジェットヘッドの性能を従来と比較して向上させることができる。
【００６３】
また、このノズルプレート３０の製造方法においては、金属膜形成工程にて形成する金属膜３１の膜厚を、撥水膜形成工程にて形成する撥水膜１７の膜厚と同一にしているから、ノズル孔１３内面に形成された絶縁膜（酸化膜）３３よりそのノズル孔軸中心方向に撥水膜１７としての共析めっき膜が張り出すことがなく、撥水膜１７が欠けることによってインクの噴射精度が悪化するのを防止することができる。
【００６４】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明のノズルプレートの製造方法は、上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
例えば、第一実施例では、二酸化ケイ素をＣＶＤ析出させる方法を示したが、絶縁膜としては、Ｓｉ３Ｎ４（窒化ケイ素）などの窒化物や、Ａｌ２Ｏ３などの酸化物でも良く、析出方法としては、蒸着や、スパッタ法でも良い。また、第二実施例では、金属膜形成工程にて形成する金属膜３１の膜厚を、撥水膜形成工程にて形成する撥水膜１７の膜厚と同一にしたが、第一実施例と同様、金属膜形成工程にて形成する金属膜３１の膜厚を、撥水膜形成工程にて形成する撥水膜１７の膜厚以上にしても構わない。
【００６５】
この他、基板１１裏面に形成する金属膜３１としてタンタル膜、銅膜を例に挙げたが、その他の酸化しやすい金属を用いて、基板１１裏面に金属膜３１を形成しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一実施例のノズルプレート１０の断面構成を概略的に表す概略断面図である。
【図２】ノズルプレート１０の概略正面図である。
【図３】第一実施例のノズルプレート１０の製造方法を表す説明図である。
【図４】第二実施例のノズルプレート３０の製造方法を表す説明図である。
【符号の説明】
１…インクジェットヘッド、３…ヘッド本体、４…インク流路、５…接着剤、１０，３０…ノズルプレート、１１…基板、１３…ノズル孔、１４…噴射口、１５，３３…絶縁膜、１７…撥水膜、２１ａ…凸部、２１ｂ…凹部、２２…細径部、３１…金属膜
Claims (6)
- 金属プレートにインク噴射用のノズル孔を形成すると共に、該金属プレート表面に撥水膜を形成してなるノズルプレートの製造方法であって、
金属プレートを変形させて、該金属プレート表面におけるノズル孔の形成対象位置に中空状の凸部を形成する凸部形成工程と、
該凸部形成工程終了後、前記金属プレート裏面に、絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
該絶縁膜形成工程終了後、前記金属プレート表面の前記凸部を研削して、インク噴射用の前記ノズル孔を形成するノズル孔形成工程と、
該ノズル孔形成工程終了後、前記金属プレート表面に、電解めっき処理を施すことにより、前記撥水膜を形成する撥水膜形成工程と、
を含むことを特徴とするノズルプレートの製造方法。 - 前記絶縁膜形成工程にて形成する絶縁膜の膜厚は、前記撥水膜形成工程にて形成する撥水膜の膜厚と同等、若しくは、それ以上であることを特徴とする請求項１に記載のノズルプレートの製造方法。
- 前記絶縁膜形成工程では、前記絶縁膜として、炭素を含有する二酸化ケイ素の薄膜を形成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のノズルプレートの製造方法。
- 金属プレートにインク噴射用のノズル孔を形成すると共に、該金属プレート表面に撥水膜を形成してなるノズルプレートの製造方法であって、
金属プレートを変形させて、該金属プレート表面におけるノズル孔の形成対象位置に中空状の凸部を形成する凸部形成工程と、
該凸部形成工程終了後、前記金属プレート裏面に、該金属プレートとは酸化条件の異なる金属膜を形成する金属膜形成工程と、
該金属膜形成工程終了後、前記金属プレート表面の前記凸部を研削して、インク噴射用の前記ノズル孔を形成するノズル孔形成工程と、
該ノズル孔形成工程終了後、前記金属プレート裏面に形成された前記金属膜を酸化させて、酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、
該酸化膜形成工程終了後、前記金属プレート表面に、電解めっき処理を施すことにより、前記撥水膜を形成する撥水膜形成工程と、
を含むことを特徴とするノズルプレートの製造方法。 - 前記金属膜形成工程にて形成する金属膜の膜厚は、前記撥水膜形成工程にて形成する撥水膜の膜厚と同等、若しくは、それ以上であることを特徴とする請求項４に記載のノズルプレートの製造方法。
- 前記金属プレートは、ステンレス製であり、
前記金属膜形成工程では、前記金属膜として、タンタル膜若しくは銅膜を形成することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のノズルプレートの製造方法。
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