JP2004284252A - ノズルプレートの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】紫外線波長レーザによりノズルプレート原板にインク吐出ノズルを十分な寸法精度で形成し、かつインク吐出ノズル形成時におけるノズルプレート原板への溶融異物の付着を防止する。
【解決手段】ノズルプレート原板３６に、撥油・撥水層４２とは反対側の表面からエキシマレーザＬを照射し、エキシマレーザＬにより樹脂基板４０及びドライフィルム３８をそれぞれアブレーション加工して、ノズルプレート原板３６にインク吐出ノズル４６を形成してノズルプレート３４を製造する。これにより、樹脂基板４０には、インク吐出ノズル４６の形状に対応する穴部４４を、エキシマレーザＬにより精度良く形成できると共に、撥油・撥水層４２には、インク吐出ノズル４６の形状に対応する穴部４４を、エキシマレーザＬによりアブレーション加工された樹脂基板４０及びドライフィルム３８から分解、飛散する分子及び原子により精度良く形成できる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録ヘッドに用いられるノズルプレートの製造方法の係り、特に、樹脂基板上に撥油・撥水層が形成されたノズルプレート原板に紫外線波長レーザを用いてインク吐出ノズルを形成するノズルプレートの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット記録ヘッドに用いられるノズルプレートは、プレート状とされたポリイミド基板の片側の表面に撥水層を形成したノズルプレート原板にエキシマレーザによりインク吐出ノズルを形成する工程（ノズル加工工程）を経て製造される。このようなインク吐出ノズルの加工方法としては、例えば、特許文献１に記載されているものが知られている。
【０００３】
上記特許文献１に示されたインク吐出ノズルの加工方法は、片側の面に撥油・撥水膜が塗布されたノズル用シートを、撥油・撥水膜を下にして支持用シート上に載置した後、この支持用シートに穿設された穴を通して供給される負圧により撥油・撥水膜を支持用シート上に吸着（真空吸着）しつつ、エキシマレーザビームをノズル用シートに撥油・撥水膜とは反対側から照射することで、エキシマレーザによりノズル用シートにインク吐出ノズルを形成する。ここで、ノズル用シートの基板及び支持用シートは、エキシマレーザを吸収するポリイミドの素材として成形され、撥油・撥水膜は、エキシマレーザを透過するフッ素系ポリマー又はシリコン系ポリマーがノズル用シートの基板上に塗布されて形成されている。
【０００４】
従って、特許文献１のインク吐出ノズルの加工方法によれば、撥油・撥水膜がエキシマレーザの透過性材料で形成されていても、エキシマレーザによりノズル用プレート及び支持用プレートをアブレーション加工する際に、ノズル用プレートの基板と支持用シートとの間に挟まれた撥水・撥油性膜を基板及び支持用シートから分解、飛散する分子、原子により精度良く撥油・撥水膜にインク吐出ノズルの形状に対応する開口を形成できる。
【０００５】
しかし、上記特許文献１に記載されたインク吐出ノズルの形成方法では、ノズル用シートを負圧により支持用シート上に吸着しているに過ぎないので、ノズル用シートの撥油・撥水膜と支持用シートとの密着が不完全になって微小な隙間が生じ易い。このように、撥油・撥水膜とノズル用シートとの間に隙間が生じたまま、エキシマレーザによりノズル用シート及び支持用シートをアブレーション加工すると、ノズル用シートの撥油・撥水膜側の端部を十分な精度で所要の形状に加工することができなくなり、インク吐出ノズルからのインク噴射量、方向等の精度が低下する原因になる。
【０００６】
また、支持用シートの片側の面に粘着層を形成しておき、支持用シートを粘着層によりノズル用シートに貼り付けた後、エキシマレーザによりノズル用シート及び支持用シートをアブレーション加工してノズル用シートにインク吐出ノズルを形成する方法も知られており、支持用シートに形成される粘着層の素材しては、一般的に、アクリル系、シリコン系、ゴム系粘着剤が用いられる。しかし、ノズル用シートと支持用シートとの間に粘着剤が介在すると、通常、粘着剤がエキシマレーザによっては効率良くアブレーションされないため、粘着剤の一部が溶融異物となってインク吐出ノズル開口端の周縁部に付着する現象が生じ易くなる。
【０００７】
上記のような溶融異物は、例えば、特許文献２に記載されているように、インク吐出ノズル形成時には支持用シートとして機能する副生成物除去シートを、インク吐出ノズル形成完了後にノズル用シートから剥離することで、副生成物除去シートによりノズルプレートにおけるインク吐出ノズル開口端の周縁部から除去可能であるが、この方法では、ノズルプレートにおける片側（インク噴射側）の面に付着した溶融異物のみしか除去できない。
【０００８】
また、粘着剤を用いて支持用シートをノズル用シートに貼り付けると、支持用シートをノズル用シートから剥離する際に粘着剤の一部がノズルシート上に転移、残留するおそれがあり、ノズル用シート上から粘着剤を除去する作業が必要となる場合がある。
【０００９】
【特許文献１】
特開平７−５２３９２号公報
【特許文献２】
特開２０００−２２９１４２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記事実を考慮して、紫外線波長レーザによりノズルプレート原板にインク吐出ノズルを十分な寸法精度で形成でき、かつインク吐出ノズル形成時におけるノズルプレート原板への溶融異物の付着を防止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。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るノズルプレートの製造方法は、紫外線波長レーザを吸収してアブレーション加工が可能とされた樹脂基板と、前記樹脂基板の片側の表面に形成され、紫外線波長レーザに対する透過性を有すると共に、撥油性及び撥水性を有する撥油・撥水層と、が設けられたノズルプレート原板に、紫外線波長レーザによりインク噴射用のインク吐出ノズルを形成する工程を含むノズルプレートの製造方法であって、前記撥油・撥水層の表面に、紫外線波長レーザを吸収してアブレーション加工が可能とされた樹脂製のシート部材を熱圧着によりラミネート接着した後、前記ノズルプレート原板に、前記撥油・撥水層とは反対側の表面から紫外線波長レーザを照射し、該紫外線波長レーザにより前記樹脂基板及び前記シート部材をアブレーション加工することにより、前記ノズルプレート原板に前記インク吐出ノズルを形成することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係るノズルプレートの製造方法によれば、ノズルプレート原板に、撥油・撥水層とは反対側の表面から紫外線波長レーザを照射し、紫外線波長レーザにより樹脂基板及びシート部材をアブレーション加工して、ノズルプレート原板にインク吐出ノズルを形成してノズルプレートを製造することにより、ノズルプレート原板における樹脂基板には、インク吐出ノズルの形状に対応する穴部を、紫外線波長レーザにより精度良く形成できると共に、ノズルプレート原板における撥油・撥水層には、インク吐出ノズルの形状に対応する穴部を、紫外線波長レーザによりアブレーション加工された樹脂基板及びシート部材から分解、飛散する分子及び原子により精度良く形成できるので、紫外線波長レーザに対する透過性を有する撥油・撥水層が形成されたノズルプレート原板にも、紫外線波長レーザによりインク吐出ノズルを十分に高い寸法精度で形成できる。
【００１３】
また、アブレーション加工が可能とされたシート部材がノズルプレート原板の撥油・撥水層に熱圧着によりラミネート接着されており、シート部材とノズルプレート原板との間には粘着剤、接着剤等が介在しないので、ノズルプレート原板に紫外線波長レーザによりインク吐出ノズルを形成する際に、粘着剤、接着剤等が溶融異物となってインク吐出ノズル開口端の周縁部に付着することを防止できる。
【００１４】
ここで、シート部材は、紫外線波長レーザを吸収し、かつノズルプレート原板の撥油・撥水層への熱圧着によるラミネート接着が可能な樹脂材料により成形されている。具体的には、シート部材はウレタン系樹脂材料をフィルム状又はシート状に成形したものである。またシート部材の接着面には、接着性を高めるために、必要に応じてコロナ放電処理、プラズマ処理等の表面処理が施される。
【００１５】
また、シート部材のノズルプレート原板との接着強度（ＪＩＳ□Ｚ０２３７準拠の剥離試験法により評価）としては、インク吐出ノズル加工時にシート部材とノズルプレート原板との間に微小な隙間が生じて加工精度を低下させないため、０．０１Ｎ／ｃｍ以上とする必要がある。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係るノズルプレートの製造方法について図面を参照して説明する。
【００１７】
図１には、本発明の実施形態に係るノズルプレートの製造方法に用いられるノズルプレート原板及びドライフィルムが示され、図２には本発明の実施形態に係るノズルプレートの製造方法に用いられるレーザ加工装置の概略構成が示されている。
【００１８】
図２に示されるように、レーザ加工装置１０には、エキシマレーザビーム（以下、単に「エキシマレーザ」という。）Ｌを出射するレーザ発振器１２及び被加工物が装填される加工テーブル１４が設けられている。ここで、エキシマレーザとしては、２４８ｎｍの波長をもつＫｒＦエキシマレーザを用いている。
【００１９】
またレーザ加工装置１０には、レーザ発振器１２から出射されたエキシマレーザＬを折返して加工テーブル１４へ至る光路を形成する折返しミラー１６，１８，２０が配置されている。折返しミラー１６，１８間には、レーザ発振器１２から出射されたエキシマレーザＬの断面を所望のサイズに拡大するビームエキスパンダー２２が配置され、折返しミラー１８，２０間には、エキシマレーザＬの断面を形成しようとするインク吐出ノズル４６（図１（Ｃ）参照）対応する形状に整形するためのマスク２４が設けられると共に、このマスク２４の下流側にマスク２４の開口部を通過した光源像を、レンズユニット２８に導くためのフィールドレンズ２６が設けられている。
【００２０】
レンズユニット２８は、折返しミラー２０と加工テーブル１４との間に設けられ、マスク２４を透過したエキシマレーザＬの光源像を所要の大きさに変倍すると共に、この光源像を被加工物上に結像する。またレーザ加工装置１０には、加工テーブル１４の下部側にＸ−Ｙ駆動機構３０が設けられており、このＸ−Ｙ駆動機構３０は、加工テーブル１４をエキシマレーザＬに対して直交する座標軸方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に沿ってスライド可能に支持すると共に、装置の制御部（図示省略）からの制御信号を受けて加工テーブル１４をＸ軸方向及びＹ軸方向に沿って位置調整する。
【００２１】
上記のレーザ加工装置１０では、図１に示される積層体３２を被加工物としてインクジェット記録ヘッド用のノズルプレート３４が製造される。積層体３２は、図１に示されるように、ノズルプレート原板３６にドライフィルム３８を貼り付けて構成されており、例えば、インクジェット記録ヘッドの機種等に応じて規格された面形状に切断加工された後、レーザ加工装置１０の加工テーブル１４上に装填される。
【００２２】
このとき、積層体３２は、ドライフィルム３８が加工テーブル１４に接するような向きで加工テーブル１４に載置され、Ｘ−Ｙ軸方向に沿って所定の基準位置に位置位置合せされる。また加工テーブル１４の載置面には、負圧供給用の吸引溝（図示省略）が開口しており、レーザ加工装置１０は、積層体３２が加工テーブル１４上に載置されると、積層体３２のドライフィルム３８に吸引溝を通して負圧を作用させることで、積層体３２を加工テーブル１４上の基準位置に吸着固定する。
【００２３】
ノズルプレート原板３６は、ポリイミドを素材として成形された樹脂基板４０及び、この樹脂基板４０の裏面に形成された撥油・撥水層４２からなり、全体の厚さが１０μｍ〜１００μｍの範囲内とされる。また撥油・撥水層４２は、樹脂基板４０の裏面にフッ素系ポリマー又はシリコン系ポリマーの撥水剤を均一に塗布し、樹脂基板４０と共に所定の乾燥温度に一定時間保持することにより形成される。この撥油・撥水層４２の厚さは、０．１μｍ〜５μｍの範囲内とされる。
【００２４】
一方、撥油・撥水層４２に貼り付けられるドライフィルム３８としては、感光性を有する厚さ５０μｍのドライフィルムレジストであるＯＲＤＹＬ ＢＦ４５（商品名：東京応化学工業株式会社製）を用いた。積層体３２は、ノズルプレート原板３６の撥油・撥水層４２にドライフィルム３８を熱圧着によりラミネート接着することにより構成されている。このラミネート接着は、１ｍ／ｍｉｎのラミネート速度にて、ドライフィルム３８を８０℃〜１００℃の高温に保ちつつ、２．５ｋｇ／ｃｍ^２の圧力で撥油・撥水層４２に加圧することにより行った。
【００２５】
なお、本実施形態では、ノズルプレート原板３６に本来、異なる用途（サンドブラスト用）に用いられるドライフィルム３８を貼り付けることにより積層体３２を構成したが、これは、撥油・撥水層４２との親和性、ラミネート接着性、エキシマレーザＬによるアブレーション加工性を考慮して選択したに過ぎず、これらの撥油・撥水層４２との親和性、ラミネート接着性、エキシマレーザＬによるアブレーション加工性を満たすものであれば、他の樹脂製シート部材をノズルプレート原板３６にラミネート接着して積層体３２を構成するようにしても良い。
【００２６】
次に、上記のように構成された積層体３２からノズルプレート３４を製造する方法について説明する。先ず、図２に示されるように、積層体３２を加工テーブル１４上に載置し、この積層体３２を負圧の作用により加工テーブル１４上に吸着固定する。この状態で、マスク２４を通りレンズユニット２８によって集光されたエキシマレーザＬを積層体３２の表面（ドライフィルム３８とは反対側の面）に照射する。これにより、ノズルプレート原板３６の樹脂基板４０はエキシマレーザＬによりアブレーション加工され、エキシマレーザＬの照射領域にはエキシマレーザＬのビーム断面と略相似形状の穴部４４（図１（Ｂ）参照）が形成され、この穴部４４がエキシマレーザＬの照射時間の増加に従って深く掘り下げられて行く。
【００２７】
レーザ加工装置１０では、図１（Ｂ）に示されるように、穴部４４がノズルプレート原板３６を貫通し、更にドライフィルム３８の途中に達するまで、積層体３２に対するエキシマレーザＬの照射を継続する。エキシマレーザＬの照射完了により、積層体３２におけるノズルプレート原板３６には所要形状のインク吐出ノズル４６が形成される。インク吐出ノズル４６の形成完了後、積層体３２は加工テーブル１４から取り外され、図１（Ｃ）に示されるように、ドライフィルム３８が剥離、除去される。これにより、所要形状のインク吐出ノズル４６が形成されたノズルプレート３４の製造が完了する。ここで、インク吐出ノズル４６は、インクの吐出方向へ向って縮径するテーパ状の貫通穴として形成される。
【００２８】
上記のように、エキシマレーザＬにより積層体３２に穴部４４を形成する際には、樹脂基板４０及びドライフィルム３８については、それぞれエキシマレーザＬによるアブレーション加工が可能であり、エキシマレーザＬの照射によりエキシマレーザＬのビーム断面に正確に対応する断面形状の穴部４４が形成される。ここで、アブレーションとは、高分子材料がエキシマレーザＬを吸収することにより、高分子材料の分子結合が切られ、結合が切られた分子、原子が分解、飛散する現象であり、アブレーション加工とは、アブレーションを利用して高分子材料に所望の形状を形成するための加工法である。
【００２９】
一方、樹脂基板４０に形成された撥油・撥水層４２は、エキシマレーザＬに対して透過性を有しており、エキシマレーザＬによって直接的には加工（アブレーション加工）できない。このため、本実施形態のノズルプレートの製造方法では、エキシマレーザＬにより樹脂基板４０をアブレーション加工すると共に、撥油・撥水層４２を介してドライフィルム３８をアブレーション加工することにより、樹脂基板４０及びドライフィルム３８からそれぞれ分解、飛散する分子及び原子によって撥油・撥水層４２に穴部４４を加工している。これにより、撥油・撥水層４２にも、エキシマレーザＬの断面形状に正確に対応する穴部４４を形成できる。
【００３０】
（ノズルプレート原板の変形例）
図３には、本発明に実施形態に係るノズルプレートの製造方法に用いられるノズルプレート原板の変形例が示されている。
【００３１】
図３に示されるノズルプレート原板５０では、樹脂基板５１両面の表層部にそれぞれダイヤモンドライクカーボンを素材とするコーティング層５２，５４が設けられると共に、一方のコーティング層５２の表面上にポリイミド系接着剤からなる接着層５６が形成されている。従って、ノズルプレート原板５０では、撥油・撥水層４２が他方のコーティング層５４の表面上に形成されている。積層体５８は、ノズルプレート原板５０の撥油・撥水層４２にドライフィルム３８を熱圧着によりラミネート接着して構成されている。このドライフィルム３８は、基本的には図２に示される積層体３２と共通のものが使用され、ラミネート接着条件も共通のものになる。ここで、図１に示される積層体３２に対して追加されたコーティング層５２，５４及び接着層５６は、何れもアブレーション加工が可能である。また接着層５６は、ノズルプレート６０をインクジェット記録ヘッドの本体側へ接着固定するためのものである。
【００３２】
次に、上記のように構成された積層体５８からノズルプレート６０を製造する方法について説明する。先ず、積層体５８を加工テーブル１４上に装填し、マスク２４を通りレンズユニット２８によって集光されたエキシマレーザＬを積層体５８の表面（ドライフィルム３８とは反対側の面）に照射する。これにより、ノズルプレート原板５０のコーティング層５２、樹脂基板５１及びコーティング層５４は、エキシマレーザＬにより順次アブレーション加工され、エキシマレーザＬの照射領域にはエキシマレーザＬのビーム断面と略相似形状の穴部６２（図３（Ｂ）参照）が形成され、この穴部６２がエキシマレーザＬの照射時間の増加に従って深く掘り下げられて行く。
【００３３】
レーザ加工装置１０では、図３（Ｂ）に示されるように、穴部６２がノズルプレート原板５０を貫通し、更にドライフィルム３８の途中に達するまで、積層体５８に対するエキシマレーザＬの照射を継続する。エキシマレーザＬの照射完了により、積層体５８におけるノズルプレート原板５０には所要形状のインク吐出ノズル６４が形成される。インク吐出ノズル６４の形成完了後、積層体５８は加工テーブル１４から取り外され、図３（Ｃ）に示されるように、ドライフィルム３８が剥離、除去される。これにより、所要形状のインク吐出ノズル６４が形成されたノズルプレート６０の製造が完了する。ここで、インク吐出ノズル６４は、インクの吐出方向へ向って縮径するテーパ状の貫通穴として形成される。
【００３４】
上記したインク吐出ノズル６４の形成過程で、図１に示されるインク吐出ノズル４６と異なる点は、コーティング層５４及びドライフィルム３８からそれぞれ分解、飛散する分子及び原子によって撥油・撥水層３２に穴部６２が加工される点であり、この点以外では、図２に示されるノズルプレート原板３６及び図３に示されるノズルプレート原板５０は、共通の製造工程を経てノズルプレート３４，６０へ加工される。
【００３５】
以上説明した本発明の実施形態に係るノズルプレートの製造方法によれば、ノズルプレート原板３６，５０に、撥油・撥水層４２とは反対側の表面からエキシマレーザＬを照射し、エキシマレーザＬにより樹脂基板４０，５１及びドライフィルム３８をそれぞれアブレーション加工して、ノズルプレート原板３６，５０にインク吐出ノズル４６，６４を形成してノズルプレート３４，６０を製造することにより、ノズルプレート原板３６，５０における樹脂基板４０，５１には、インク吐出ノズル４６，６４の形状に対応する穴部４４，６２を、エキシマレーザＬにより精度良く形成できると共に、ノズルプレート原板３６，５０における撥油・撥水層４２には、インク吐出ノズル４６，６４の形状に対応する穴部４４，６２を、エキシマレーザＬによりアブレーション加工された樹脂基板４０，５１及びドライフィルム３８から分解、飛散する分子及び原子により精度良く形成できるので、エキシマレーザＬに対する透過性を有する撥油・撥水層３２が形成されたノズルプレート原板３６，５１にも、エキシマレーザＬによりインク吐出ノズル４６，６４を十分に高い寸法精度で形成できる。
【００３６】
また、アブレーション加工が可能とされたドライフィルム３８がノズルプレート原板３６，５０の撥油・撥水層４２に熱圧着によりラミネート接着されており、ドライフィルム３８とノズルプレート原板３６，５０との間には粘着剤、接着剤等が介在しないので、ノズルプレート原板３６，５０にエキシマレーザＬによりインク吐出ノズル４６，６４を形成する際に、粘着剤、接着剤等が溶融異物となってインク吐出ノズル４６，６４の開口端の周縁部に付着することを防止できる。
【００３７】
ここで、ドライフィルム３８のノズルプレート原板との接着強度（ＪＩＳ□Ｚ０２３７準拠の剥離試験法により評価）としては、インク吐出ノズル形成時にドライフィルム３８とノズルプレート原板３６，５０との間に微小な隙間が生じて加工精度を低下させないため、０．０１Ｎ／ｃｍ以上とする必要がある。この接着強度は、無論、ドライフィルム３８以外のシート部材をノズルプレート原板３６，５０に貼り付けて積層体３２，５８を構成した場合にも確保する必要がある。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のノズルプレートの製造方法によれば、紫外線波長レーザによりノズルプレート原板にインク吐出ノズルを十分な寸法精度で形成でき、かつインク吐出ノズル形成時におけるノズルプレート原板への溶融異物の付着を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るノズルプレートの製造方法に用いられるノズルプレート原板及びドライフィルムの一例を示すと共に、インク吐出ノズルの形成手順を示す側面断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るノズルプレートの製造方法に用いられるレーザ加工装置の概略構成を示す側面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るノズルプレートの製造方法に用いられるノズルプレート原板及びドライフィルムの変形例を示すと共に、インク吐出ノズルの形成手順を示す側面断面図である。
【符号の説明】
１０ レーザ加工装置
３２ 積層体
３４ ノズルプレート
３６ ノズルプレート原板
３８ ドライフィルム（シート部材）
４０ 樹脂基板
４２ 撥油・撥水層
４４ 穴部
４６ インク吐出ノズル
５０ ノズルプレート
５１ 樹脂基板
５２ コーティング層
５４ コーティング層
５６ 接着層
５８ 積層体
６０ ノズルプレート
６２ 穴部
６４ インク吐出ノズル

Claims (3)

1. 紫外線波長レーザを吸収してアブレーション加工が可能とされた樹脂基板と、前記樹脂基板の片側の表面に形成され、紫外線波長レーザに対する透過性を有すると共に、撥油性及び撥水性を有する撥油・撥水層と、が設けられたノズルプレート原板に、紫外線波長レーザによりインク噴射用のインク吐出ノズルを形成する工程を含むノズルプレートの製造方法であって、
   前記撥油・撥水層の表面に、紫外線波長レーザを吸収してアブレーション加工が可能とされた樹脂製のシート部材を熱圧着によりラミネート接着した後、
   前記ノズルプレート原板に、前記撥油・撥水層とは反対側の表面から紫外線波長レーザを照射し、該紫外線波長レーザにより前記樹脂基板及び前記シート部材をアブレーション加工して、前記ノズルプレート原板に前記インク吐出ノズルを形成することを特徴とするノズルプレートの製造方法。
2. 前記シート部材として、感光性を有するドライフィルムを用いることを特徴とする請求項１記載のノズルプレートの製造方法。
3. 前記シート部材の前記撥油・撥水層との接着強度（ＪＩＳ□Ｚ０２３７準拠の剥離試験法により評価）を、０．０１Ｎ／ｃｍ以上とすることを特徴とする請求項１又は２記載のノズルプレートの製造方法。

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