JP2006007712A - Manufacturing method of ink-jet recording head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インクジェット記録ヘッドの製造方法に関し、特に熱可塑性樹脂でノズル及びチャンバープレートを形成するインクジェット記録ヘッドの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an ink jet recording head, and more particularly to a method for manufacturing an ink jet recording head in which a nozzle and a chamber plate are formed of a thermoplastic resin.
近年、インクジェットノズルは、高画質に伴って、微細なサイズと高精度を要求されている。同時に高速化のためにインクジェット記録ヘッド自体のサイズの拡大が求められている。また当然のことながら低コストであることも要求されており、これらを達成するインクジェットノズルの作成方法として各種の方式、材料が提案されている。 In recent years, inkjet nozzles are required to have a fine size and high accuracy along with high image quality. At the same time, an increase in the size of the ink jet recording head itself is required for speeding up. Needless to say, low cost is also required, and various methods and materials have been proposed as methods for producing inkjet nozzles that achieve these.
例えばアモルファスカーボンは耐摩耗性、耐薬品性(耐インク性など)に優れており、化学的に安定した強度も期待できる材料であることが既に知られている。これをノズルプレートの素材に用いるインクジェット記録ヘッドが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 For example, amorphous carbon is already known to have excellent wear resistance and chemical resistance (ink resistance, etc.) and can be expected to have a chemically stable strength. An ink jet recording head using this as a material for a nozzle plate has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
しかしアモルファスカーボンでプレートを形成した後、レーザーでノズル孔を開口する方式のため、微細な形状の加工はノズルの高密度化が進むほどノズル数増加に伴う加工時間の増大によりコストアップの要因となる。 However, after forming the plate with amorphous carbon, the nozzle holes are opened with a laser, so the processing of fine shapes is a factor that increases costs as the number of nozzles increases as the nozzle density increases. Become.
また樹脂でプレートを形成した後、熱処理によって樹脂をアモルファスカーボン化する方法も提案されている(例えば、特許文献2参照)。 There has also been proposed a method of forming a plate with resin and then converting the resin into amorphous carbon by heat treatment (see, for example, Patent Document 2).
しかし、樹脂をアモルファスカーボン化するための熱処理により、樹脂の寸法に20%前後の収縮が発生するため、処理後に得られるプレートの寸法精度に大きな影響を及ぼすことになり、微細な構造を精密加工で形成するのは困難となる。 However, the heat treatment for converting the resin to amorphous carbon causes a shrinkage of about 20% in the resin dimensions, which greatly affects the dimensional accuracy of the plate obtained after processing, and precision processing of the fine structure It becomes difficult to form with.
また最近では処理の高速化のために紙幅のサイズを持つ大型ヘッドの要求があるが、ヘッドが大型化すれば要求される加工精度は更に厳しくなり、加えてコストも増大してしまう。 Recently, there is a demand for a large-sized head having a paper width size in order to increase the processing speed. However, if the head is increased in size, the required processing accuracy becomes more severe and the cost also increases.
本発明は、微細金型を使った成型でアモルファスカーボンを素材としてインクジェットノズルの形成に使う場合、熱処理による樹脂の収縮を防ぎ高精度で低コストな樹脂成形を行うことを目的としている。
本発明は上記事実を考慮し、アモルファスカーボンを用いた高精度なインクジェット記録ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。 In consideration of the above-described facts, an object of the present invention is to provide a highly accurate ink jet recording head manufacturing method using amorphous carbon.
請求項1に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法は、熱可塑性樹脂でノズル及びチャンバープレートを形成するインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、前記熱可塑性樹脂にはアモルファスカーボンをフィラー剤として添加し、前記ノズル及びチャンバープレートは、前記熱可塑性樹脂上に、リソグラフィー工程で成形された母型から作成した微細金型でスタンピングし一体形成したことを特徴とする。
The method for manufacturing an ink jet recording head according to
上記構成の発明では、熱可塑性樹脂にアモルファスカーボンをフィラー剤として添加したことにより、耐摩耗性、耐薬品性(耐インク性など)に優れ、化学的に安定しているアモルファスカーボンの特性を備えながら焼成の必要ない熱可塑性樹脂でスタンピングによりノズル及びチャンバープレートを形成し高精度で長尺、低コストなインクジェット記録ヘッドを作ることができる。 In the invention with the above configuration, amorphous carbon is added as a filler agent to the thermoplastic resin, so that it has the characteristics of amorphous carbon that is excellent in wear resistance and chemical resistance (ink resistance, etc.) and chemically stable. However, a nozzle and a chamber plate can be formed by stamping with a thermoplastic resin that does not need to be fired, and an inkjet recording head that is highly accurate, long, and low in cost can be manufactured.
請求項2に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法は、前記熱可塑性樹脂に添加するフィラー剤は、平均粒径5μm以下のアモルファスカーボン粒子を重量比で30%〜95%添加することを特徴とする。
The method for producing an ink jet recording head according to
上記構成の発明では、アモルファスカーボンの特性を損なう事が無く、かつ所望の線膨張係数の材料を得られる熱可塑性樹脂とすることができる。 In the invention having the above-described configuration, it is possible to obtain a thermoplastic resin that does not impair the characteristics of the amorphous carbon and can obtain a material having a desired linear expansion coefficient.
請求項3に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法は、保護シートの上に前記熱可塑性樹脂の層を形成し、前記ノズル及びチャンバープレートの成型を行うことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an ink jet recording head, wherein the thermoplastic resin layer is formed on a protective sheet, and the nozzle and the chamber plate are molded.
上記構成の発明では、金型がスタンピングの際に下型と衝突して損傷する、あるいはノズル孔の形成時に熱可塑性樹脂がノズルの周囲でバリを形成したりする故障を防ぐことが出来る。 In the invention with the above configuration, it is possible to prevent a failure in which the mold collides with the lower mold during stamping and is damaged, or the thermoplastic resin forms burrs around the nozzle when forming the nozzle hole.
請求項4に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法は、前記保護シートと前記熱可塑性樹脂の間に撥水層を設けたことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording head manufacturing method comprising: providing a water repellent layer between the protective sheet and the thermoplastic resin.
上記構成の発明では、ノズル孔を除くノズルプレートのインク吐出面を撥水層で覆うことになるので、ノズルプレートのインク吐出面へのインク滴の付着による吐出性能の劣化などを防ぐことができる。 In the invention with the above configuration, since the ink discharge surface of the nozzle plate excluding the nozzle holes is covered with the water repellent layer, it is possible to prevent deterioration in discharge performance due to the adhesion of ink droplets to the ink discharge surface of the nozzle plate. .
本発明は上記構成としたので、アモルファスカーボンを用いた高精度なインクジェット記録ヘッドの製造方法とすることができた。 Since the present invention has the above-described configuration, it can be a highly accurate ink jet recording head manufacturing method using amorphous carbon.
図1には、本発明の第1実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法が示されている。 FIG. 1 shows a method of manufacturing an ink jet recording head according to the first embodiment of the present invention.
まず図1(a)に示されているように、LIGAプロセス、Siプロセスなどのリソグラフィー工程で母型30を作成する。母型30は微細で深い(アスペクト比の高い)凹凸にも対応できるLIGAプロセスなどでPMMAなどの素材を加工して作る、または感光性ガラスで作る、あるいはフォトリソグラフィとドライエッチングでSi基板を加工する等の手法で形成することが望ましい。この母型30は完成するノズルプレート10と略同形状の雄型となる。
First, as shown in FIG. 1A, a mother die 30 is formed by a lithography process such as a LIGA process or a Si process. The
この母型30上に、図1(b)のようにNi電鋳などの手法を用いて金型32を形成する。この金型32を雌型として、インクジェット用ノズルプレート10を樹脂成形することができる。
A
図1(c)に示されているように、熱可塑性樹脂12を下型34に流し込み、この上にNi電鋳などの手法を用いて形成された金型32を上型としてプレスし、ステップ&リピートで金型32を順次送りプレスすることで熱可塑性樹脂12上にノズルプレート10の形状を形成する。
As shown in FIG. 1 (c), the
具体的には金型32、下型34を加熱し、熱可塑性樹脂12が軟化するBステージ(ゲル化した状態)まで温度を上げて金型32でスタンピング(インプリント)することによってノズル14、インク流路16、チャンバー18を形成する。金型32の位置をずらしながら何度もスタンピングを繰り返せば長尺ヘッドにも対応することができる。
Specifically, by heating the
ここで用いる熱可塑性樹脂12は例えばアミドイミドやPPS(ポリフェニレンサルファイド樹脂)などの線膨張係数の小さい熱可塑性樹脂をバインダとして、アモルファスカーボン粒子をフィラー剤に添加したものを用いる。これにより熱可塑性樹脂12はアモルファスカーボン粒子を適度に含有しているため、アモルファスカーボンの持つ優れた耐摩耗性、耐薬品性を備え、化学的に安定し高い強度を持つ。
As the
熱可塑性樹脂12上にノズルプレートの形状が形成され、下型34を冷却して熱可塑性樹脂12が硬化したのち離型すると図1(d)のように、ノズル14、インク流路16、チャンバー18を備えたノズルプレート10の形状に加工された熱可塑性樹脂12が得られる。
When the shape of the nozzle plate is formed on the
図2(a)は完成時のインクジェット用ノズルプレート10の平面図であり、インク吐出方向から見てノズル14、インク供給路16の位置関係が示されている。破線A−A’の断面を図2(b)に示す。図1(c)に記載したスタンピングの際は金型32を一定量だけ送りながらスタンピングを繰り返すことで図2(a)のようなノズルプレート10が形成される。図2(a)には4列のノズル14が形成されているが、金型32を順次送りながらスタンピングを繰り返すことでノズル14を大量に形成できるのは言うまでもない。
FIG. 2A is a plan view of the
図3には、本発明の第1実施形態に係る熱可塑性樹脂のフィラー剤添加率と線膨張係数の関係が示されている。 FIG. 3 shows the relationship between the filler addition rate and the linear expansion coefficient of the thermoplastic resin according to the first embodiment of the present invention.
第1実施例に用いられる熱硬化性樹脂12は、例えばフェノール樹脂にアモルファスカーボン粒子をフィラー剤として添加したものを用いる。一般的なフィラー剤の粒径は0.5〜10μmであるが、本実施例のアモルファスカーボン粒子の場合は5μm以下が好ましい。粒径が5μmを超えると、アモルファスカーボンとしての特性(耐摩擦性、耐衝撃性等)を損なう恐れがあると同時に、加工時の粒槐の脱落等の恐れもあり、微細化・高精度化が進むノズルを作る上で好ましくないので、本実施例では粒径5μm以下のものを用いる。
As the
樹脂へのフィラー添加率はアモルファスカーボンの特性を損なう事が無く、かつ所望の線膨張係数(0.002%以下)の材料を得られる添加率として、フィラー剤(アモルファスカーボン)の添加率は重量比で30〜95%(図中の斜線範囲)であるが、本実施例のようにインプリントを行う場合、加工性などを考慮に入れるとアモルファスフィラーの添加率は50〜90%程度が好適である。Ni電鋳などで作ったナノ金型を用いるNIP(ナノインプリント)の場合、添加率が95%を超えるとノズル周辺が荒れる可能性があるため、添加率を上記の範囲に収めるのが望ましい。 The filler addition rate to the resin does not impair the characteristics of the amorphous carbon, and the addition rate of the filler agent (amorphous carbon) is the weight as the addition rate at which a material having a desired linear expansion coefficient (0.002% or less) can be obtained. The ratio is 30 to 95% (the hatched area in the figure), but when imprinting is performed as in this example, the addition rate of amorphous filler is preferably about 50 to 90% in consideration of workability and the like. It is. In the case of NIP (nanoimprint) using a nano mold made of Ni electroforming or the like, if the addition rate exceeds 95%, the periphery of the nozzle may be roughened, so it is desirable to keep the addition rate within the above range.
図4には、本発明の第2実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法が示されている。 FIG. 4 shows a method of manufacturing an ink jet recording head according to the second embodiment of the present invention.
まず図4(a)に示されているように、LIGAプロセス、Siプロセスなどのリソグラフィー工程で母型30を作成する。母型30は微細で深い(アスペクト比の高い)凹凸にも対応できるLIGAプロセスなどでPMMAなどの素材を加工して作る、または感光性ガラスで作る、あるいはフォトリソグラフィとドライエッチングでSi基板を加工する等の手法で形成することが望ましい。この母型30は完成するノズルプレート10と略同形状の雄型となる。
First, as shown in FIG. 4A, a mother die 30 is formed by a lithography process such as a LIGA process or a Si process. The
この母型30上に、図4(b)のようにNi電鋳などの手法を用いて金型32を形成する。この金型32を雌型として、インクジェット用ノズルプレート10を樹脂成形することができる。この段階までは第1実施例と差異はない。
A die 32 is formed on the mother die 30 using a technique such as Ni electroforming as shown in FIG. The ink
次に図4(c)に示されているように、保護シート(犠牲層)36上に熱可塑性樹脂12の層を形成し、この熱可塑性樹脂12の層上にNi電鋳などの手法を用いて形成された金型32を上型としてプレスし、ステップ&リピートで金型32を順次送りプレスすることで熱可塑性樹脂12上にノズルプレート10の形状を形成する。
Next, as shown in FIG. 4C, a layer of the
具体的には図4(d)のように金型32、下型34を加熱し、熱可塑性樹脂12が軟化するBステージ(ゲル化した状態)まで温度を上げて金型32でスタンピング(インプリント)することによってノズル14、インク流路16、チャンバー18を形成する。金型32の位置をずらしながら何度もスタンピングを繰り返せば長尺ヘッドにも対応することができる。
Specifically, as shown in FIG. 4D, the
このとき、金型32がスタンピングの際に下型34と衝突し、ノズル14の孔を形成する突起などが下型34との衝突で損傷する、あるいはノズル14孔の形成時に熱可塑性樹脂12がノズル14の周囲でバリを形成したりする故障が考えられる。
At this time, the
本実施例では図4(e)のように保護シート36を熱可塑性樹脂12の下に設けたことで、金型32が直接、下型34と接触することはなく、ノズル14の孔を形成する突起なども保護シート36に留まり、下型34まで達することはない。
In this embodiment, the
保護シート36はノズルプレート10の形成後、完全に除去することでノズルプレート10の吐出面側に影響を与える恐れはない。
The
図5には、本発明の第3実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法が示されている。 FIG. 5 shows a method of manufacturing an ink jet recording head according to the third embodiment of the present invention.
まず、LIGAプロセス、Siプロセスなどのリソグラフィー工程で母型を作成する。母型は微細で深い(アスペクト比の高い)凹凸にも対応できるLIGAプロセスなどでPMMAなどの素材を加工して作る、または感光性ガラスで作る、あるいはフォトリソグラフィとドライエッチングでSi基板を加工する等の手法で形成することが望ましい。この母型は完成するノズルプレート10と略同形状の雄型となる。
First, a matrix is created by a lithography process such as a LIGA process or a Si process. The matrix is made by processing a material such as PMMA using a LIGA process that can cope with fine and deep (high aspect ratio) irregularities, or using photosensitive glass, or processing a Si substrate by photolithography and dry etching. It is desirable to form by such a method. This mother mold is a male mold having substantially the same shape as the
この母型上に、Ni電鋳などの手法を用いて金型32を形成する。この金型32を雌型として、インクジェット用ノズルプレート10を樹脂成形することができる。この段階までは第1および第2実施例と差異はない。
On this mother mold, a
次に図5(a)に示されているように、保護シート(犠牲層)36上に撥水層38を設け、この上に熱可塑性樹脂12の層を形成する。撥水層38は、例えば弗素系樹脂からなる層であり、ノズルプレート10のインク吐出面を撥水性の面で覆うことにより、インク滴の付着による吐出性能の劣化を防ぐ。
Next, as shown in FIG. 5A, a
図5(b)のように、上記の熱可塑性樹脂12の層上にNi電鋳などの手法を用いて形成された金型32を上型としてプレスし、ステップ&リピートで金型32を順次送りプレスすることで熱可塑性樹脂12上にノズルプレート10の形状を形成する。
As shown in FIG. 5B, the
具体的には金型32、下型34を加熱し、熱可塑性樹脂12が軟化するBステージ(ゲル化した状態)まで温度を上げて金型32でスタンピング(インプリント)することによってノズル14、インク流路16、チャンバー18を形成する。金型32の位置をずらしながら何度もスタンピングを繰り返せば長尺ヘッドにも対応することができる。
Specifically, by heating the
このとき、金型32がスタンピングの際に下型34と衝突し、ノズル14の孔を形成する突起などが下型34との衝突で損傷する、あるいはノズル14孔の形成時に熱可塑性樹脂12がノズル14の周囲でバリを形成したりする故障を防ぐため図5(c)のように保護シート36を熱可塑性樹脂12の下に設けたことで、金型32が直接、下型34と接触することはなく、ノズル14の孔を形成する突起なども保護シート36に留まり、下型34まで達することを防ぐのは第2実施例と同様である。
At this time, the
本実施例では保護シート36と熱可塑性樹脂12の間に撥水層38を設け、ノズルプレート10の形成後に保護シート36を撥水層38で剥離・除去することにより、図5(d)のようにノズル14を除くノズルプレート10のインク吐出面を撥水層38で覆うことができる。これによってノズルプレート10のインク吐出面へのインク滴の付着による吐出性能の劣化などを防ぐ。加工後に撥水コーティングを行うなどの加工法に比較すれば、ノズルプレート10の成形と同時に撥水層が形成され、またノズル14を塞いでしまう恐れもないので効率がよい。
In this embodiment, a
10 ノズルプレート
12 熱可塑性樹脂
14 ノズル
16 インク流路
18 チャンバー
30 母型
32 金型
34 下型
36 保護シート
38 撥水層
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記熱可塑性樹脂にはアモルファスカーボンをフィラー剤として添加し、
前記ノズル及びチャンバープレートは、前記熱可塑性樹脂上に、リソグラフィー工程で成形された母型から作成した微細金型でスタンピングし一体形成したことを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
A method of manufacturing an ink jet recording head in which a nozzle and a chamber plate are formed of a thermoplastic resin,
Amorphous carbon is added as a filler to the thermoplastic resin,
The method for manufacturing an ink jet recording head, wherein the nozzle and the chamber plate are integrally formed on the thermoplastic resin by stamping with a fine mold formed from a mother mold formed by a lithography process.
平均粒径5μm以下のアモルファスカーボン粒子を
重量比で30%〜95%添加することを特徴とする請求項1に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
The filler added to the thermoplastic resin is
2. The method of manufacturing an ink jet recording head according to claim 1, wherein amorphous carbon particles having an average particle diameter of 5 [mu] m or less are added in a weight ratio of 30% to 95%.
3. The method of manufacturing an ink jet recording head according to claim 1, wherein the thermoplastic resin layer is formed on a protective sheet, and the nozzle and the chamber plate are molded.
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JP2004191554A JP2006007712A (en) | 2004-06-29 | 2004-06-29 | Manufacturing method of ink-jet recording head |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007237669A (en) * | 2006-02-13 | 2007-09-20 | Fujifilm Corp | Manufacturing method of resin molding, manufacturing method of ink jet head, and ink jet head obtained by said method |
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JP2011230396A (en) * | 2010-04-28 | 2011-11-17 | Japan Steel Works Ltd:The | Method of producing fine structure molded body having through-holes, and fine structure molded body material |
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2004
- 2004-06-29 JP JP2004191554A patent/JP2006007712A/en active Pending
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