JP2006056103A - 積層ノズルプレートの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ノズル周辺に付着したインクや異物を容易に除去できると共に、ノズルプレートと段差を形成する保護プレートとを高精度な位置調整を必要せずに効率よく接合できる積層ノズルプレートの製造方法を提供する。
【解決手段】 （Ａ）図に示すように、板状のノズルプレート１４と保護プレート１２とを熱融着により接合し、（Ｂ）図及び（Ｃ）図に示すように、レジスト４８を形成して孔部４９にウエットエッチングによりお椀型の段差孔２２を形成する。さらに、（Ｄ）図及び（Ｅ）図に示すように、ノズルプレート１４にプールプレート１６を積層するとともに、保護プレート１２に撥水膜１８を塗布する。その後、（Ｆ）図に示すように、レーザー加工によりノズルプレート１４にノズル２０を形成する。このような製造方法では、ノズル２０を形成する前のノズルプレート１４と段差孔２２を形成する前の保護プレート１２とを熱融着により接合するので、接合時に高精度な位置調整が必要でない。
【選択図】 図３

Description

本発明は、記録媒体にインク滴を吐出するインクジェット記録ヘッドの構成部材である積層ノズルプレートの製造方法に関する。

従来、複数のノズルからインク滴を吐出し、用紙等の記録媒体に印字を行うインクジェット記録装置は、小型で安価、静寂性等の種々の利点があり、広く市販されている。特に、圧電素子を用いて圧力室内の圧力を変化させてインク滴を吐出するピエゾインクジェット方式や、熱エネルギーの作用でインクを膨張させてインク滴を吐出する熱インクジェット方式の記録装置は、高速印字、高解像度が得られる等、多くの利点を有している。

このようなインクジェット方式の記録装置においては、複数のノズルからインク滴を吐出した際に、インク滴がノズルの周辺に付着するのを防ぐため、ノズル表面に撥水膜が塗布されている。しかし、この撥水膜は、用紙がジャム等により浮き上がると、紙擦れにより擦傷ダメージを受けてしまい、インク吐出方向が傾いたり、インク滴径及び速度にばらつきが生じるなど、インクの吐出性能が悪化する。

この対策として、例えば、ノズルプレートに形成されたノズルの周囲に円形状の段差を設けたインクジェット記録ヘッドが提案されている。このインクジェット記録ヘッドは、ノズルを形成したノズルプレートに、ノズルに対応した円形状の開孔を有する金属プレートを接着することで、ノズルの周囲に円形状の段差を形成し、ノズル周辺の撥水膜に用紙が接触しないようにしている（例えば、特許文献１参照）。
特許第３１０８７７１号公報（第２頁−第３頁、第３図、第８図）

しかし、特許文献１に記載のインクジェット記録ヘッドでは、ノズルプレートにノズルを形成した後、ノズルに対応した開孔が形成された金属プレートを積層するので、積層する際に高精度の位置調整が必要となると共に、製造効率も悪くなる。また、円形状の段差がノズルプレート面に対してほぼ直角であるため、段差の角部にインクや異物が溜まりやすい。一方、開孔を電鋳により円弧状に張り出した形状に形成したときは、円弧状の段差からインクや異物を除去しやすいが、段差内に用紙端が入り込みやすくなり、ジャムなどが発生してしまう。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ノズル周辺に付着したインクや異物を容易に除去できると共に、段差を形成する保護プレートとノズルプレートとを効率良く接合することができる積層ノズルプレートの製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、記録媒体にインク滴を吐出する複数のノズルを有する積層ノズルプレートの製造方法であって、ノズルを形成する前のノズルプレートに保護プレートを接合する工程と、前記保護プレートに段差孔を形成する工程と、前記保護プレート及び前記段差孔内に撥水膜を形成する工程と、前記段差孔内の前記ノズルプレートに、前記段差孔の孔径よりも小さい口径のノズルを形成する工程と、を有することを特徴としている。

請求項１に記載の積層ノズルプレートの製造方法では、ノズルを形成する前のノズルプレートに保護プレートを接合した後、保護プレートに段差孔を形成する。つまり、ノズルを形成する前のノズルプレートと、段差孔を形成する前の保護プレートとを接合するので、接合時に位置調整が必要でなく、効率良く接合することができる。さらに、保護プレート及び段差孔内に撥水膜を形成し、その後、段差孔内のノズルプレートに、段差孔の孔径よりも小さい口径のノズルを形成する。これにより、ノズル周辺が段差孔によって保護プレート面よりも後退するので、記録媒体が保護プレートに接触しても、ノズル周辺の撥水膜を傷つけるのを回避できる。さらに、段差孔の形成後にその段差孔内にノズルを形成するので、製造効率が良い。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の積層ノズルプレートの製造方法において、前記段差孔を、エッチングによりお椀型のテーパー状に、又は、すり鉢型のテーパー状に形成することを特徴としている。

請求項２に記載の発明では、段差孔をエッチングによりお椀型のテーパー状に、又は、すり鉢型のテーパー状に形成するので、段差孔内のインクや異物を容易に除去できると共に、記録媒体が段差孔内に入り込みにくくなる。このため、ジャムなどの発生を防止できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の積層ノズルプレートの製造方法において、ノズルを形成する前の前記ノズルプレートに、予め前記段差孔を形成した保護プレートを接合することを特徴としている。

請求項３に記載の発明では、ノズルを形成する前のノズルプレートに、予め段差孔を形成した保護プレートを接合する。保護プレートに予め段差孔を形成しても、ノズルを形成する前のノズルプレートに接合するので、位置調整が必要でなく、効率良く接合することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の積層ノズルプレートの製造方法において、ノズルを形成する前の前記ノズルプレートと前記保護プレートとを熱融着で接合することを特徴としている。

請求項４に記載の発明では、ノズルを形成する前のノズルプレートと保護プレートとを熱融着で接合するので、接着剤を用いることなく、効率良く接合することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の積層ノズルプレートの製造方法において、前記段差孔を、単独列又は複数列の複数のノズルが形成される領域に形成した後、単独列又は複数列の前記ノズルを前記段差孔内に形成することを特徴としている。

請求項５に記載の発明では、単独列又は複数列の複数のノズルが形成される広い領域に段差孔を形成するので、段差孔の形成を効率良く行うことができる。また、段差孔の形成後、その段差孔内に単独列又は複数列の複数のノズルを形成するので、１つの段差孔に１つのノズルを形成する場合と比較して、位置調整が容易となる。

請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の積層ノズルプレートの製造方法において、前記ノズルプレートが高分子樹脂材料からなることを特徴としている。

請求項６に記載の発明では、ノズルプレートが高分子樹脂材料からなり、加工し易いので、段差孔内の所望の位置にノズルを形成できる。

本発明によれば、上記のように構成したので、段差孔を形成する保護プレートとノズルプレートとを効率良く接合することができると共に、ノズル周辺のインクや異物をテーパー状の段差孔から容易に除去することができる。

以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施形態により製造した積層ノズルプレート１０を有するインクジェット記録ヘッド４０を示す断面図である。

図１に示すように、このインクジェット記録ヘッド４０は、保護プレート１２、ノズルプレート１４、及びプールプレート１６で構成された積層ノズルプレート１０を備えている。保護プレート１２の表面には、撥水膜１８が塗布されている。さらに、積層ノズルプレート１０を構成するプールプレート１６の上方には、連通孔プレート３０，３２と、圧力室プレート３４と、振動板３６とが位置合わせして積層され、接着剤などの接合手段によって接合されている。

積層ノズルプレート１０を構成するノズルプレート１４には、インクを吐出するノズル２０が形成されている。ノズルプレート１４の下部の保護プレート１２には、ノズル２０の周囲に段差孔２２が形成されている。図２に示すように、段差孔２２はお椀型に湾曲したテーパー面２２ａを有している。この段差孔２２によって、ノズル２０の周辺のノズル面２３が保護プレート１２のプレート面１９（撥水膜１８が塗布された保護プレート１２の表面）から凹状に後退している。これにより、印字時に浮き上がった記録媒体Ｐがノズル面２３に接触せず、ノズル２０の周辺の撥水膜１８が傷つかない。この撥水膜１８はノズル２０の周辺にインクが付着するのを防止するものであり、この撥水膜１８により、ノズル２０から吐出するインク滴が常にプレート面１９に対して垂直に吐出される。

また、図１に示すように、積層ノズルプレート１０を構成するプールプレート１６には、ノズル２０と通じる連通孔２４が形成されている。また、連通孔プレート３０，３２には、連通孔４１，４３がぞれぞれ形成されている。これらのノズル２０、連通孔２４、及び連通孔４１，４３は、積層ノズルプレート１０と連通孔プレート３０，３２が積層された状態で連通し、圧力室プレート３４に形成された圧力室４５に繋がっている。

一方、プールプレート１６には、インクプール２５が形成され、図示しないインク供給孔から供給されたインクが貯留されている。また、連通孔プレート３０，３２には、それぞれインクプール２５と連結するように供給孔４２，４４が形成されている。これらのインクプール２５、供給孔４２，４４及び圧力室４５は、プールプレート１６と連通孔プレート３０，３２と圧力室プレート３４が積層された状態で連通している。なお、図示しないが、振動板３６の上部には、圧力室４５の上方に圧力発生手段としての単板型の圧電素子が取り付けられており、図示しないフレキシブル配線基板から駆動電圧が印加されるように構成されている。

このようなインクジェット記録ヘッド４０では、インクプール２５から供給孔４２，４４、圧力室４５、連通孔４３，４１、連通孔２４及びノズル２０へと連続するインクの通路が形成されており、インク供給孔（図示省略）から供給されインクプール２５に貯留されたインクは、供給孔４２，４４を経て圧力室４５内に充填される。そして、圧電素子（図示省略）に駆動電圧が印加されると、圧電素子とともに振動板３６がたわみ変形して圧力室４５を膨張又は圧縮させる。これによって、圧力室４５に体積変化が生じ、圧力室４５内に圧力波が発生する。この圧力波の作用によってインクが運動し、ノズル２０から外部へインク滴が吐出される。

次に、本発明の第１実施形態であって、上記インクジェット記録ヘッド４０を構成する積層ノズルプレート１０の製造方法について説明する。

図３（Ａ）に示すように、ノズル２０を形成する前の板状のノズルプレート１４と、段差孔２２を形成する前の板状の保護プレート１２とを熱融着により接合する。２枚のノズルプレート１４と保護プレート１２とを熱融着により接着剤を用いずに接合することで、接合時に両者の位置調整をする必要がなく、効率良く接合することができる。ノズルプレート１４には、機械的強度、耐薬品性、薄膜化に優れた合成樹脂が用いられ、本実施形態ではポリイミドが用いられている。ポリイミドを用いることで、従来のＳＵＳよりも加工しやすく、またインクに吐出エネルギーを与えた際にダンパ効果によりクロストークを抑制するという利点がある。保護プレート１２には、金属プレート、樹脂フィルム、液晶フィルム、又は樹脂プレートなどが用いられる。本実施形態ではＳＵＳが用いられている。

次いで、図３（Ｂ）に示すように、板状の保護プレート１２の表面に、レジスト４８を形成する。このレジスト４８は、マスクを通してパターニングした後に不用部分を除去することで、段差孔２２の位置に対応した孔部４９が形成される。そして、図３（Ｃ）に示すように、ウエットエッチングにより保護プレート１２に段差孔２２のパターンを形成し、レジスト４８を除去する。この段差孔２２は、図２に示すようなお椀型のテーパー面２２ａを有する形状となる。この段差孔２２の深さは５μｍ〜２０μｍに設定されている。

次いで、図３（Ｄ）に示すように、ノズルプレート１４の裏面にプールプレート１６を熱融着により接合する。熱融着することで、接合の際に接着剤を用いない。

さらに、図３（Ｅ）に示すように、保護プレート１２の表面、すなわちインクジェット記録ヘッド４０（図１参照）の吐出側表面に、スピンコート法などにより撥水膜１８を形成する。この撥水膜１８としては、４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、４フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、４フッ化エチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂（ＰＦＡ）、フッ化ビニリデン樹脂、フッ化ビニル樹脂等のフッ素系樹脂が用いられる。特に、４フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、４フッ化エチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂（ＰＦＡ）が好ましく、本実施形態では、４フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）が用いられている。

次いで、図３（Ｆ）に示すように、プールプレート１６の後方から、図示しないエキシマーレーザでノズルプレート１４にノズル２０を穿設する。このノズル２０は、段差孔２２の孔径より小さい口径に形成する。本実施形態では、ノズルの口径は約２５μｍ、段差孔２２の直径は１００μｍ〜４００μｍに設定されている。このようなノズル２０と段差孔２２は所定のパターンで複数形成され、これにより積層ノズルプレート１０が完成する。

その後、図１に示すように、積層ノズルプレート１０をひっくり返し、プールプレート１６の上に、連通孔プレート３０，３２と、圧力室プレート３４とを接合し、圧力室プレート３４の開口を覆うように振動板３６を接合する。

上記のような積層ノズルプレート１０の製造方法では、ノズル２０を形成する前のノズルプレート１４と保護プレート１２とを接合した後、保護プレート１２に段差孔２２を形成するので、接合時に位置調整が必要でない。また、段差孔２２の形成後にノズル２０を形成するので、製造効率が良い。また、ノズル２０の周囲に段差孔２２を形成することで、印字時に記録媒体Ｐが浮き上がってインクジェット記録ヘッド４０のプレート面１９に接触しても、ノズル２０周辺の撥水膜１８を傷つけることがない。また、段差孔２２はお椀型のテーパー面２２ａを有するので、記録媒体Ｐの先端部が段差孔２２に入り込みにくく、ジャム等の発生が防止される。さらに、ノズル２０の表面をメンテナンス時にワイパーで拭き取っても、段差孔２２内のインクや異物をテーパー面２２ａから容易に除去できる。

次に、本発明の第２実施形態について図面に基づいて説明する。

図４は、本発明の第２実施形態により製造した積層ノズルプレート５０を有するインクジェット記録ヘッド７０を示す断面図である。なお、第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。

このインクジェット記録ヘッド７０では、図４及び図５に示すように、積層ノズルプレート５０の保護プレート５２に、すり鉢型のテーパー面６０ａを有する段差孔６０が形成されている。このすり鉢型のテーパー面６０ａは、テーパー面部分がほぼ直線状に傾斜した形状となっている。段差孔６０内にはノズル２０が形成されており、ノズル２０の周囲のノズル面６１がプレート面１９から後退している。

次に、本発明の第２実施形態である積層ノズルプレート５０の製造方法について説明する。

図６（Ａ）に示すように、まず板状の保護プレート５２に、ポンチ６４によりノズル２０と対向する位置に段差孔６０のパターンを形成する。この段差孔６０は、インクジェット記録ヘッド７０（図４参照）の表面方向に拡大した直線状のテーパー面６０ａを有している。

次いで、図６（Ｂ）に示すように、板状のノズルプレート１４と保護プレート５２とを熱融着により接合する。このとき、予め保護プレート５２に段差孔６０を形成しても、ノズル２０を形成する前の板状のノズルプレート１４と接合するので、接合時に位置調整する必要がなく、効率良く接合することができる。

次いで、図６（Ｃ）に示すように、ノズルプレート１４の裏面にプールプレート１６を熱融着により接合する。さらに、図６（Ｄ）に示すように、保護プレート５２の表面に撥水膜１８を形成する。

次いで、図６（Ｅ）に示すように、プールプレート１６の後方から、図示しないエキシマーレーザでノズルプレート１４に段差孔６０の孔径より小さい口径のノズル２０を穿設する。これにより、積層ノズルプレート５０が完成する。

このような積層ノズルプレート５０の製造方法では、段差孔６０を形成した保護プレート１２に、ノズル２０を形成する前の板状のノズルプレート１４を接合するので、接合時に位置調整する必要がなく、効率良く製造することができる。また、テーパー面６０ａを有するすり鉢型の段差孔６０が形成されているため、記録媒体Ｐの先端部が段差孔６０に入り込みにくく、ジャム等の発生を防止できる。さらに、ノズル２０の表面をメンテナンス時にワイパーで拭き取っても、段差孔６０内のインクや異物をテーパー面６０ａから容易に除去することができる。

次に、本発明の第３実施形態について図面に基づいて説明する。

図７は、本発明の第３実施形態により製造した積層ノズルプレート８０を示す斜視図である。なお、第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。

この積層ノズルプレート８０は、図７及び図８に示すように、複数のノズル２０が１列に形成されたノズル領域８５を取り囲むように、保護プレート８２に段差孔８４が形成されている。そして、ノズル領域８５より段差孔８４の外側が突出したプレート面８６となっている。言い換えると、プレート面８６よりもノズル領域８５が段差孔８４によって図中の下方に後退した形状となっている。

段差孔８４には、長方形状のノズル領域８５の長手方向に対向する部分にプレート面８６に向かって拡大する直線状のテーパー面８４ａが形成されている。また、段差孔８４は、ノズル領域８５の長手方向と直交する方向に対向する部分がノズル領域８５からほぼ直角に突出している。この積層ノズルプレート８０では、ノズル２０面をワイピングするワイパー（図示省略）がノズル領域８５の長手方向に移動するように構成され、印字時の記録媒体Ｐ（図示省略）はノズル領域８５の長手方向と直交する方向に移動するように構成されている。

この積層ノズルプレート８０は、ノズル２０の直径が約２５μｍに設定されており、ノズル領域８５の長手方向と直交する方向の幅は約１００μｍ〜４００μｍに設定されている。また、ノズル領域８５の長手方向の全長は、例えば約５０ｍｍに設定されている。また、段差孔８４の深さは、５μｍ〜２０μｍに設定されている。

次に、本発明の第３実施形態である積層ノズルプレート８０の製造方法について説明する。

この積層ノズルプレート８０は、図６に示す製造方法とほぼ同じ工程によって製造される。異なるところは、図６（Ａ）に示すように、ポンチ６４により、保護プレート８２に段差孔８４を形成する際に、段差孔８４の範囲をノズル領域８５と対応する広い範囲とするところである。その他の工程は同じである。

このような積層ノズルプレート８０の製造方法では、段差孔８４を保護プレート８２の広い範囲に形成し、この段差孔８４内のノズル領域８５に複数のノズル２０を形成するので、ノズル２０毎に段差孔を作成する場合と比較して、高精度な位置調整が必要でない。

なお、本実施形態の積層ノズルプレート８０では、複数のノズル２０が１列形成されているが、このような構成に限定されるものではなく、ノズル２０を複数列（２列以上）形成してもよい。

以上のような実施形態で説明したインクジェット記録ヘッド４０は、記録媒体Ｐ上へ画像（文字を含む）を記録するものであったが、これに限定されるものではない。すなわち、記録媒体は紙に限定されるものでなく、また、吐出する液体もインクに限定されるものではない。例えば、高分子フィルムやガラス上にインクを吐出してディスプレイ用カラーフィルターを作成したり、溶接状態の半田を基板上に吐出して部品実装用のバンプを形成したりする等、工業用的に用いられる液滴噴射装置全般に含まれる。

本発明の第１実施形態に係る積層ノズルプレートの製造方法により製造した積層ノズルプレートを備えたインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。 図１に示すインクジェット記録ヘッドの積層ノズルプレートの段差孔付近を示す拡大斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る積層ノズルプレートの製造方法を説明する図である。 本発明の第２実施形態に係る積層ノズルプレートの製造方法により製造した積層ノズルプレートを備えたインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。 図４に示すインクジェット記録ヘッドの積層ノズルプレートの段差孔付近を示す拡大斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る積層ノズルプレートの製造方法を説明する図である。 本発明の第３実施形態に係る積層ノズルプレートの製造方法で製造した積層ノズルプレートを示す斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る積層ノズルプレートの製造方法で製造した積層ノズルプレートを示す平面図である。

符号の説明

１０ 積層ノズルプレート
１２ 保護プレート
１４ ノズルプレート
１６ プールプレート
１８ 撥水膜
１９ プレート面
２０ ノズル
２２ａ テーパー面
２２ 段差孔
２３ ノズル面
２４ 連通孔
２５ インクプール
４０ インクジェット記録ヘッド
５０ 積層ノズルプレート
５２ 保護プレート
６０ａ テーパー面
６０ 段差孔
６１ ノズル面
６４ ポンチ
７０ インクジェット記録ヘッド
８０ 積層ノズルプレート
８２ 保護プレート
８４ａ テーパー面
８４ 段差孔
８５ ノズル領域
８６ プレート面

Claims (6)

1. 記録媒体にインク滴を吐出する複数のノズルを有する積層ノズルプレートの製造方法であって、
   ノズルを形成する前のノズルプレートに保護プレートを接合する工程と、
   前記保護プレートに段差孔を形成する工程と、
   前記保護プレート及び前記段差孔内に撥水膜を形成する工程と、
   前記段差孔内の前記ノズルプレートに、前記段差孔の孔径よりも小さい口径のノズルを形成する工程と、
   を有することを特徴とする積層ノズルプレートの製造方法。
2. 前記段差孔を、エッチングによりお椀型のテーパー状に、又は、すり鉢型のテーパー状に形成することを特徴とする請求項１に記載の積層ノズルプレートの製造方法。
3. ノズルを形成する前の前記ノズルプレートに、予め前記段差孔を形成した保護プレートを接合することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の積層ノズルプレートの製造方法。
4. ノズルを形成する前の前記ノズルプレートと前記保護プレートとを熱融着で接合することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の積層ノズルプレートの製造方法。
5. 前記段差孔を、単独列又は複数列の複数のノズルが形成される領域に形成した後、
   単独列又は複数列の前記ノズルを前記段差孔内に形成することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の積層ノズルプレートの製造方法。
6. 前記ノズルプレートが高分子樹脂材料からなることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の積層ノズルプレートの製造方法。

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