JP2006175604A - 成膜方法、液体供給ヘッドおよび液体供給装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の成膜方法は、ノズル板2のインク吐出口211側の面22と、ノズル孔21の内周面212の局所領域212aとに連続して形成された撥液膜7を、ノズル孔21の内周面212およびノズル板2のほぼ全面に被加工膜を形成する第1の工程と、ノズル孔21内に被加工膜を保護するマスク材を充填する第2の工程と、ノズル板2の上面23側からプラズマ処理を施して、被加工膜のマスク材から露出した部分を除去して撥液膜7を得る第3の工程と、ノズル孔21内に残存するマスク材を除去する第4の工程とにより形成する。
【選択図】図1
Description
このようなインクジェットヘッドでは、ノズル板のインク吐出口側の面にインクが付着すると、その後に吐出されたインクの噴出軌道が、付着したインクの表面張力や粘性等の影響を受けて曲げられてしまい、所定の位置にインクが着弾できないという問題が生じる。
このような撥液膜の形成は、例えば、次のようにして行われる(例えば、特許文献1参照。)。
まず、ノズル板を用意し、そのインク吐出口と反対側の面に、光により硬化する感光性樹脂フィルムをラミネートする。
次に、紫外線を照射し、感光性樹脂フィルムを硬化させる。
次に、ノズル板を、例えば、ニッケルイオンとフッ素系樹脂とを電荷により分散させた電解溶液中に浸漬し、攪拌する。これにより、ノズル板の感光性樹脂フィルムで覆われていない部分、すなわち、ノズル板のインク吐出口側の面と、ノズル孔の内周面のインク吐出口近傍に共析メッキ層が形成される。
以上の工程により、ノズル板のインク吐出口側の面と、ノズル孔の内周面のインク吐出口近傍に撥液膜が形成される。
しかしながら、以上のような撥液膜の形成方法では、撥液膜を形成しない領域を、感光性樹脂フィルムを使用するため、撥液膜を形成するための工程の他に、感光性樹脂フィルムをノズル板に熱圧着する工程、感光性樹脂フィルムを硬化させる工程や、感光性樹脂フィルムを溶解除去する工程を行わなければならない。
これらの工程は、複雑であり、また、各工程を行うための設備が必要となる。しかも、感光性樹脂フィルム自体が高価であり、このようなことから、製造コストがかかるといった問題がある。
本発明の成膜方法は、基材に設けられた貫通孔の内周面の、一端から他端に向かう所定長さの局所領域に膜を形成する成膜方法であって、
前記貫通孔の内周面の前記局所領域を含む領域に、前記膜を得るための被加工膜を形成する第1の工程と、
前記貫通孔内に、前記被加工膜を保護するマスク材を充填する第2の工程と、
前記貫通孔の他端側から、前記基材に対してプラズマ処理を施して、前記マスク材から露出した前記被加工膜を除去することにより、前記局所領域に存在する前記被加工膜を残して前記膜を得る第3の工程と、
前記貫通孔内に残存する前記マスク材を除去する第4の工程とを有することを特徴とする。
これにより、基材に設けられた貫通孔の内周面の局所領域に、簡易な工程・設備を用いながら、低コストで膜を形成することができる。
かかる方法(液相成膜)によれば、被加工膜を容易かつ確実に形成することができる。
本発明の成膜方法では、前記第2の工程において、前記マスク材を、前記局所領域を含む領域の前記被加工膜を覆うように充填し、
前記第3の工程において、前記プラズマ処理により、前記局所領域以外の前記被加工膜を覆う前記マスク材を除去しつつ、前記マスク材から露出した前記被加工膜を除去することが好ましい。
これにより、マスク材として選択できる材料の範囲が広がる。
これにより、減圧ポンプが不要となるので、膜の製造コストの削減に有利となる。
本発明の成膜方法では、前記マスク材は、揮発除去されるものであることが好ましい。
これにより、第4の工程において、マスク材の除去を、簡易な設備を使用して低いコストで行うことができる。
これにより、第4の工程において、マスク材の除去を、簡易な設備を使用して低いコストで行うことができる。
本発明の成膜方法では、前記マスク材は、水を主成分とするものであることが好ましい。
このものは、被加工膜を保護する機能に優れるとともに、特に、安価かつ入手が容易であり、また、容易に揮発除去し得ることから好ましい。
このものは、被加工膜を保護する機能に優れるとともに、これをノズル孔内から除去する際には、比較的容易に除去可能であることから好ましい。
本発明の成膜方法では、前記貫通孔の一端側の開口面積(平均)は、75〜750000μm2であることが好ましい。
このような極小の貫通孔の内周面に膜を形成する場合に、本発明の成膜方法を適用するのが好適である。これにより、貫通孔の内周面の局所領域に、膜を容易かつ確実に形成することができる。
本発明の液体供給ヘッドは、液体が通過する流路が設けられ、該流路の一方の開口が前記液体を排出する排出口を構成するヘッド本体と、
本発明の成膜方法により、前記流路の内周面の排出口近傍の局所領域と、前記ヘッド本体の前記排出口側の面とに連続して形成された撥液膜とを備えることを特徴とする。
これにより、液体を目的の箇所に確実かつ均一に供給し得る液体供給ヘッドが得られる。
本発明の液体供給ヘッドでは、前記液体を前記排出口から液滴として吐出可能な液滴吐出手段を備えることが好ましい。
本発明の液体供給装置は、本発明の液体供給ヘッドを備えることを特徴とする。
これにより、液体を目的の箇所に確実かつ均一に供給し得る液体供給装置が得られる。
まず、本発明の液体供給ヘッドをインクジェットヘッドに適用した場合の実施形態について説明する。なお、インクジェットヘッドとして、本実施形態では静電駆動方式を採用するものを例に説明するが、これに限定されず、例えば、圧電駆動方式等の他の駆動方式を採用するものであってもよい。
なお、図1は、通常使用される状態とは、上下逆に示されている。また、以下では、説明の便宜上、図1中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
図1に示すインクジェットヘッド1は、静電駆動方式のインクジェットヘッドである。
キャビティ板3には、複数の段差が設けられ、ノズル板2とキャビティ板3との間に空隙5が画成(形成)されている。
この空隙5は、各々区切られた複数のインク吐出室51と、インク吐出室51の後部に設けられたオリフィス52と、各インク吐出室51にインクを供給する共通のリザーバ53とを有しており、リザーバ53の下部には、インク取込口54が設けられている。
また、ノズル板2には、インク吐出室51に連通する、複数のノズル孔(貫通孔)21が形成されている。各ノズル孔21は、それぞれ、インク吐出室51に供給されたインク(液体)が通過する流路を構成する。
そして、このノズル板2には、インク吐出口211側の面22と、ノズル孔21の内周面212のインク吐出口211の近傍の局所領域、すなわち、ノズル孔21の内周面212の、上端(一端)から下端(他端)に向かう所定長さ(所定深さ)の局所領域212aとに連続して、撥液膜7が形成されている。
この撥液膜7が形成されていることにより、インク吐出口211の周囲にインクが付着するのが防止され、インク滴6が、ノズル孔21の軸線方向と略一致するように安定に噴出される。
なお、これらは、撥水性膜または親水性膜を形成するための代表的な材料の例示であり、前記材料により形成された膜には、撥水性および親水性の双方の性質を示すものもある。
このような撥液膜7の形成に、本発明の成膜方法が適用される。なお、撥液膜7の形成方法(本発明の成膜方法)については後述する。
また、インク吐出口211(ノズル孔21の一端側の開口)の開口面積(平均)は、特に限定されないが、75〜750000μm2程度であるのが好ましく、300〜8000μm2程度であるのがより好ましい。このような細径のノズル孔21の内周面212に撥液膜7を形成する場合に、本発明の成膜方法を適用するのが好適である。これにより、ノズル孔21の内周面212の局所領域212aに、撥液膜7を容易かつ確実に形成することができる。
電極板4は、振動板31と対向する部分に凹部が形成されており、振動板31との間に振動室8が形成されている。この振動室8の下面には、振動板31に対向する各々の位置に個別電極81が設けられている。
このインクジェットヘッド1では、振動板31、振動室8および個別電極81により、静電アクチュエータ(液滴吐出手段)が構成されている。
この状態で、パルス電圧をOFFすると、個別電極81と振動板31に蓄えられた電荷を急激に放電し、振動板31自体の弾性力で振動板31は、ほぼ元の形状に復元する。
そして、振動板31が再び下方へ撓むことにより、インクがリザーバ53よりオリフィス52を通じてインク吐出室51内に補給される。
このようなインクジェットヘッド1は、例えば、次のようにして製造することができる。
なお、図3〜図6は、いずれも、図1に示すノズル板とは上下が逆に示されている。また、以下では、説明の便宜上、図3〜図6中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
以下、各工程について、順次説明する。
まず、図2および図3に示すように、ノズル孔21が微小間隔を隔てて複数形成されたノズル板(基材)2を用意する。
ノズル板2としては、例えば、金属、セラミックス、シリコン、ガラス、プラスチック等で構成されたものを用いることができる。このうち、特にチタン、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、スズ、金等の金属、またはニッケル−リン合金、スズ−銅−リン合金(リン青銅)、銅−亜鉛合金、ステンレス鋼等の合金、ポリカーボネート、ポリサルフォン、ABS樹脂(アクリルニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体)、ポリエチレンテレフタレート、ポリアセタール等で構成されたものを用いるのが好ましい。
この被加工膜70の不要部分を、後工程[3]において除去することにより、撥液膜7が得られる。
この中でも、被加工膜70は、特に、撥液膜7の構成材料を含有する液体をノズル板2に接触させる方法(液相成膜)により形成するのが好ましい。かかる方法によれば、被加工膜70を容易かつ確実に形成することができる。
また、この場合、ノズル板2と前記液体との接触は、例えば、前記液体にノズル板2を浸漬する方法(浸漬法)、前記液体をノズル板2に塗布する方法(塗布法)、前記液体をノズル板2にシャワー状に供給する方法等により行うことができる。
次に、被加工膜70が形成されたノズル板2のノズル孔21内に、被加工膜70を保護するマスク材9を充填(供給)する。
まず、図4(b)に示すように、被加工膜70が形成されたノズル板2のインク吐出口211側(ノズル孔21の一端側)の面22に、シート材10を着脱可能に装着する。これにより、ノズル孔21のインク吐出口211が閉塞される。
なお、シート材10を省略して、ノズル板2のインク吐出口211側の面を、プラズマ処理装置100の基板載置用ステージ102に、直接、吸着等させることにより、インク吐出口211を閉塞するようにしてもよい。ノズル板2を基板載置用ステージ102に吸着させる場合、基板載置用ステージ102としては、静電吸着機構や磁気吸着機構等のノズル板2を吸着する機構を有するものが用いられる。
次いで、図4(c)に示すように、ノズル孔21の上端(他端)からマスク材9を注入して、ノズル孔21内にマスク材9を充填する。
このマスク材9は、被加工膜70を覆っている状態で、プラズマのエッチング作用から被加工膜70を保護し得るものであればよく、それ自体が、プラズマによって徐々に除去されるもの、実質的に除去されないもののいずれであってもよい。
なお、後者のマスク材9を用いる場合、マスク材9は、局所領域212aに対応する被加工膜70を覆う程度に、ノズル孔21内に充填すればよい。
なお、前述したものの中でも、揮発除去されるマスク材9としては、例えば、蒸留水、イオン交換水、純水、超純水、RO水等の各種水を主成分とするものが好適である。これらのものは、被加工膜を保護する機能に優れるとともに、特に、安価かつ入手が容易であり、また、容易に揮発除去し得ることから好ましい。
一方、水系洗浄液により洗浄除去されるマスク材9としては、水溶性高分子および水溶性低分子のいずれも用いることができるが、水溶性高分子を主成分とする固形状のものが好適である。このマスク材9は、被加工膜70を保護する機能に優れるとともに、これをノズル孔21内から除去する際には、比較的容易に除去可能であることから好ましい。
なお、この場合、液状のマスク材9に場合には、マスク材9をそのまま、また、固形状のマスク材9の場合には、マスク材9を含む溶液または分散液を調整して用いるようにすればよい。
次に、インク吐出口211と反対側(ノズル孔21の他端側)から、ノズル板2に対してプラズマ処理を施す。
ここで、被加工膜70の除去に用いるプラズマ処理装置の一例を、図5に示す。
図5に示すプラズマ処理装置100は、チャンバー101内に、ノズル板2が載置される基板載置用ステージ102と、微小領域にプラズマを供給するプラズマ発生用ヘッド103が設置されて構成されている。
このプラズマ発生用ヘッド103としては、プラズマを発生させるイオン源と、イオン源で発生したプラズマ(主にイオン)を被処理物(被加工膜70が形成されたノズル板2)に向けて加速する引出し電極および加速電極を有するものであってもよく、被処理物と対峙する面に、放電電極を有し、この放電電極と、対向電極となる基板載置用ステージ102との間にプラズマを発生させるものであってもよい。
プラズマ発生用ヘッド103から、ノズル板2の上面23にプラズマが供給されると、プラズマのエッチング作用により、ノズル板2の上面23に形成された被加工膜70が除去される。
そして、このようなプラズマの供給を一定時間継続することにより、局所領域212aに存在する被加工膜70を残して、これより上側の領域212bに形成された被加工膜70が除去される。
このプラズマ処理に用いられるプラズマとしては、例えば、酸素プラズマ、アルゴン、ヘリウム、ネオン、キセノン、クリプトンのような不活性ガス(希ガス)のプラズマ等が挙げられる。
高周波出力は、10〜1000W程度であるのが好ましく、100〜250W程度であるのがより好ましい。
また、プラズマ発生用ヘッド103の走査速度は、1〜25mm/sec程度であるのが好ましく、5〜20mm/sec程度であるのがより好ましい。
なお、本実施形態においては、マスク材9は、局所領域212aを含む領域の被加工膜70を覆うように、ノズル孔21内に充填すればよく、必ずしも、ノズル孔21のほぼ全てを埋めるように充填しなくてもよい。この場合、マスク材9のプラズマにより除去する量を低減させることができ、被加工膜70の除去に要する時間を短縮することができる。
次に、ノズル板2を基板載置用ステージ102から取り外し、シート材10をノズル板から剥離する。そして、図6(b)に示すように、ノズル孔21の内部に残存するマスク材9を除去する。
マスク材9の除去方法は、特に制限されないが、例えば、マスク材9として、液状のものを用いた場合には、室温または加熱により揮発除去する方法や、洗浄液により洗浄除去する方法、また、マスク材9として水溶性高分子を用いた場合には、水系洗浄液(水を主成分とする洗浄液)により洗浄除去する方法等を用いることができる。
以上のようにして、ノズル板2の所定の領域に撥液膜7が形成される。
このようにして撥液膜7を形成すれば、感光性樹脂材料(レジスト材料)のような高価な材料を用いることを要しないので、撥液膜7の形成に要するコストを大幅に低減することができる。また、複数のノズル孔21内に、一括で均一に撥液膜7を形成することができる。
次に、予め作製しておいたキャビティ板3および電極板4を用意する。
そして、ノズル板2の上面(インク吐出口211と反対側の面)23と、キャビティ板3の段差が形成された側の面とを接合する。
また、電極板4の個別電極81側の面と、キャビティ板3の振動板31側の面とを接合する。
以上の工程を経て、インクジェットヘッド1が製造される。
図7は、本発明の液体供給装置を適用したインクジェットプリンタの実施形態を示す概略図である。
図7に示すインクジェットプリンタ900は、装置本体920を備えており、上部後方に記録用紙Pを設置するトレイ921と、下部前方に記録用紙Pを排出する排紙口922と、上部面に操作パネル970とが設けられている。
また、装置本体920の内部には、主に、往復動するヘッドユニット930を備える印刷装置(印刷手段)940と、記録用紙Pを1枚ずつ印刷装置940に送り込む給紙装置(給紙手段)950と、印刷装置940および給紙装置950を制御する制御部(制御手段)960とを有している。
ヘッドユニット930は、その下部に、多数のノズル孔21(インク吐出口211)を備えるインクジェットヘッド1と、インクジェットヘッド1にインクを供給するインクカートリッジ931と、インクジェットヘッド1およびインクカートリッジ931を搭載したキャリッジ932とを有している。
なお、インクカートリッジ931として、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック(黒)の4色のインクを充填したものを用いることにより、フルカラー印刷が可能となる。
キャリッジ932は、キャリッジガイド軸943に往復動自在に支持されるとともに、タイミングベルト944の一部に固定されている。
給紙装置950は、その駆動源となる給紙モータ951と、給紙モータ951の作動により回転する給紙ローラ952とを有している。
制御部960は、例えばパーソナルコンピュータやディジタルカメラ等のホストコンピュータから入力された印刷データに基づいて、印刷装置940や給紙装置950等を制御することにより印刷を行うものである。
また、CPUには、例えば、インクカートリッジ931のインク残量、ヘッドユニット930の位置等を検出可能な各種センサ等が、それぞれ電気的に接続されている。
例えば、本発明の成膜方法で形成される膜は、撥液膜に限るものではない。
また、本発明の成膜方法は、必要に応じて、任意の目的の工程を追加することもできる。
また、本発明の液体供給ヘッドは、例えば、各種ディスペンスノズル等の細径の流路(貫通孔)を有する各種ヘッドに適用することができる。
Claims (13)
- 基材に設けられた貫通孔の内周面の、一端から他端に向かう所定長さの局所領域に膜を形成する成膜方法であって、
前記貫通孔の内周面の前記局所領域を含む領域に、前記膜を得るための被加工膜を形成する第1の工程と、
前記貫通孔内に、前記被加工膜を保護するマスク材を充填する第2の工程と、
前記貫通孔の他端側から、前記基材に対してプラズマ処理を施して、前記マスク材から露出した前記被加工膜を除去することにより、前記局所領域に存在する前記被加工膜を残して前記膜を得る第3の工程と、
前記貫通孔内に残存する前記マスク材を除去する第4の工程とを有することを特徴とする成膜方法。 - 前記第1の工程において、前記被加工膜を、前記膜の構成材料を含有する液体を用いて形成する請求項1に記載の成膜方法。
- 前記第2の工程において、前記マスク材を、前記局所領域を含む領域の前記被加工膜を覆うように充填し、
前記第3の工程において、前記プラズマ処理により、前記局所領域以外の前記被加工膜を覆う前記マスク材を除去しつつ、前記マスク材から露出した前記被加工膜を除去する請求項1または2に記載の成膜方法。 - 前記第3の工程において、前記プラズマ処理を、大気圧下で行う請求項1ないし3のいずれかに記載の成膜方法。
- 前記マスク材は、揮発除去されるものである請求項1ないし4のいずれかに記載の成膜方法。
- 前記マスク材は、水を主成分とする洗浄液により洗浄除去されるものである請求項1ないし5のいずれかに記載の成膜方法。
- 前記マスク材は、水を主成分とするものである請求項1ないし6のいずれかに記載の成膜方法。
- 前記マスク材は、水溶性高分子を主成分とするものである請求項1ないし6のいずれかに記載の成膜方法。
- 前記貫通孔の一端側の開口面積(平均)は、75〜750000μm2である請求項1ないし8のいずれかに記載の成膜方法。
- 前記第1の工程において、前記被加工膜を、前記貫通孔の内周面および前記基材の表面に形成し、前記膜を前記貫通孔の内周面の前記局所領域と、前記基材の前記貫通孔の一端側の面とに連続して形成する請求項1ないし9のいずれかに記載の成膜方法。
- 液体が通過する流路が設けられ、該流路の一方の開口が前記液体を排出する排出口を構成するヘッド本体と、
請求項10に記載の成膜方法により、前記流路の内周面の排出口近傍の局所領域と、前記ヘッド本体の前記排出口側の面とに連続して形成された撥液膜とを備えることを特徴とする液体供給ヘッド。 - 前記液体を前記排出口から液滴として吐出可能な液滴吐出手段を備える請求項11に記載の液体供給ヘッド。
- 請求項11または12に記載の液体供給ヘッドを備えることを特徴とする液体供給装置。
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