JP2006289863A - インクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】撥インク層を形成したオリフィスプレートを有するインクジェットヘッドの製造方法において、簡略かつ安定した層形成を達成する方法を提供する。
【解決手段】材料である金属シート１にノズル３を形成しオリフィスプレート２とする工程と、表面側より分子構造中に環状構造を有するネガ型レジスト材料４をオリフィスプレート表面にコーティングし、ノズル内にネガ型レジスト材料を充填する工程と、ネガ型レジスト材料をオリフィスプレート裏面側より露光、現像することによりオリフィスプレート撥インク形成面上のネガ型レジストを除去する工程と、オリフィスプレート表面側に撥インク層７を形成する工程と、ノズル内に充填したレジスト部材をエキシマレーザー８を用いて除去する工程とを含むインクジェットヘッド製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明はインクジェットヘッド、オリフィスプレート表面に撥インク層を有し、インク液滴を吐出させるノズル内においては撥インク層が形成されていないインクジェットヘッドに関するものである。特には、ノズル内におけるインクメニスカスを安定に保ち、インク液滴が吐出された際においても、オリフィスプレート表面が汚れにくく、優れた吐出性能が得られるインクジェットヘッドの製造方法に関する。

インクジェットヘッドは、ノズル及びインク室内にインクを満たして正の圧力を付与し、インクをインク室から押し出し、続いてインク室内を負の圧力とすることによりインクをノズル内に引き戻すことにより、押し出したインクを引きちぎることにより、ノズルからインク液滴を吐出する。

インク液滴が吐出した後、インクを吐出するために掛けた圧力がインクを吐出した後も残留して振動するため、メニスカスは振動する。この振動は数回繰り返されると、次第に減衰してメニスカスが安定することにより次の吐出が可能となる。

吐出した後のメニスカスが安定する時に、ノズル内の内周方向でのメニスカス位置が変化してしまうと次のインク液滴吐出の際に変化した部位において吐出するインク液滴が、オリフィスプレートに引っ張られてしまうことにより、吐出方向が曲がってしまう、インク液滴吐出の時にインク液滴が飛び散ってしまうことがあった。また、吐出した後にオリフィスプレート表面側にインクが濡れ拡がり、吐出する前に対してメニスカス位置が変化することにより安定した吐出ができないことがあった。

インク液滴の吐出が不安定になるのを避けるために、オリフィスプレートに撥インク層を形成することが行われている。オリフィスプレート表面を撥インク処理すると、インクのメニスカスが吐出口から外に出ても、インクがオリフィスプレート上に溢れ出たり、濡れ拡がったりするのを防ぐことができる。

オリフィスプレート表面を撥インク処理する際に、撥インク層形成部位の境界部をノズルエッジ部位とすることが吐出方向の安定化をはかる上で極めて重要である。

撥インク層を有するインクジェットヘッド形成方法としては、特開2001-18398号公報(特許文献１)に記載されているようにノズル内に一部まで撥インク層を形成するものが知られている。また、特許第3532680号公報(特許文献２)に記載されているようにノズル孔内に表面処理層の付着を防ぐ方法として、オリフィスプレート表面を樹脂フィルムで被覆した後にレジスト部材でノズル孔を閉塞する方法が知られている。
特開2001-18398号公報 特許第3532680号公報

しかしながら、従来の撥インク層を形成したオリフィスプレートを有するインクジェットヘッド製造方法としては、オリフィスプレート表面にのみ撥インク層を形成し、ノズル内部への撥インク層形成を防ぐための簡略的な製造方法が無く、多くの工程を必要とした。また、撥インク層形成部位と未形成部位の境界位置をノズル内部、ノズル外周部などとして形成する方法があったが、いずれも安定した形成方法が無かった。さらには、撥インク層形成部位と未形成部位の境界位置をノズルエッジ部とした方法であっても、ノズル内部を親インク性としオリフィスプレート表面側を撥インク性とすることが困難であった。

上記の課題は下記の本発明によって解決された。

(１)表面に撥インク層が形成されたオリフィスプレートを有してなるインクジェットヘッドにおいて、オリフィスプレート材料である金属シートにノズルを形成しオリフィスプレートとする工程と、オリフィスプレート表面側より分子構造中に環状構造を有するネガ型レジスト材料をコーティングすることにより、オリフィスプレート表面をレジスト材料で被覆し、ノズル内にネガ型レジスト材料を充填する工程と、該ネガ型レジスト材料をオリフィスプレート裏面側より露光、現像することによりオリフィスプレート撥インク形成面上のネガ型レジストを除去する工程と、オリフィスプレート表面側に撥インク層を形成する工程と、ノズル内に充填したレジスト部材をエキシマレーザーを用いて除去する工程とを含むインクジェットヘッド製造方法。

(２)(１)に記載のインクジェットヘッド製造方法において、前記ネガ型レジスト材料がドライフィルムレジストであることを特徴とするインクジェットヘッド製造方法。

(３)(２)に記載のインクジェットヘッド製造方法において、前記オリフィスプレート撥インク形成面上のネガ型レジストを除去した後に、裏面側に樹脂フィルムを貼り付ける工程を有し、表面側に撥インク層を形成した後に樹脂フィルムを剥がすことを特徴とするインクジェットヘッド製造方法。

本発明によれば表面に撥インク層が形成されたオリフィスプレートを有してなるインクジェットヘッドを作成することができる。また、ノズル内に撥インク層を形成しない簡略的なインクジェットヘッドを作成することができる。

本発明のインクジェットヘッドでは、金属シート材料からなるオリフィスプレートを有する。金属シートとしては、ＳＵＳシート,Ｎiシート,Ａlシートなどさまざまなものが挙げられ、オリフィスプレートとしては制約されるものではないが、金属シートにノズルを形成する観点から、Ｎiシートが好ましい。

金属シートにノズルを形成し、オリフィスプレートとする。オリフィスプレート表面側より分子構造中に環状構造を有するネガ型レジストをコーティングすることによりオリフィスプレート表面をレジスト材料で被覆する。具体的にはカルド型ネガ型レジストが挙げられる。

ネガ型レジストをコーティングする前にオリフィスプレート上に付着した異物,油分などを除去する為に水,洗剤,有機溶媒を用いて十分に洗浄しておくと良い。このとき、ノズル内部にもネガ型レジスト材料が充填されるようにノズル内部洗浄がなされるように超音波洗浄を行なうと良い。

オリフィスプレートを洗浄した後、十分に乾燥させてからネガ型レジストコーティングを行なう。コーティング後、レジストの密着性を確保するなどの目的から加熱処理するプリベーク処理を行なっても良い。

ネガ型レジストをコーティングしたオリフィスプレートをコーティングした反対側の面である裏面側より露光する。露光する光源としては、高圧水銀灯より平行光とした紫外光が良い。紫外光がオリフィスプレート裏面に垂直に照射されるように設置した後に露光するのが好ましい。

露光する際の紫外光照射量は、ノズル内のネガ型レジストが十分に硬化する以上の照射量が好ましい。また、ノズル内に充填されたネガ型レジストがノズル内壁を完全に被覆、充填するように紫外線照射の調整をすることが好ましい。更には、オリフィスプレート表面側のネガ型レジストが十分に硬化するものであっても特に構わない。

次いで、裏面側より露光したオリフィスプレートを現像する。現像にあたっては、オリフィスプレート表面側のネガ型レジストが完全に除去されるまで現像を行なった。現像後、水中で十分にリンスし、水分を除去した。

次に、ノズル内にネガ型レジストを充填したオリフィスプレートに撥インク層を形成する。撥インク層の形成方法としてはさまざまな方法が知られているが、後工程のネガ型レジストのエキシマレーザーを用いた除去に対して影響が少ない撥インク層形成方法が好ましい。エキシマレーザーを用いた除去に対して影響が少ないということは、エキシマレーザーによる撥インク層の撥インク性,耐久性などにおける性能低下が少ないということである。

具体的な形成方法としては、有機メッキ加工法による撥インク層形成、撥水材料溶液コーティング法による撥インク層形成が適当である。さらに詳しく述べるのであれば、トリアジンチオール被膜の有機メッキ加工法による撥インク層形成、サイトップなどのフッ素系コーティング材料の表面側へのコーティングによる撥インク層形成が適当である。

フッ素系コーティング材料による撥インク層形成を行なった際には必要に応じて、オーブンなどによる加熱・乾燥処理を行なっても良い。加熱・乾燥処理としては、オリフィスプレート材料である金属シートに十分な密着性を得ることから150℃以上の熱処理であることが好ましい。

オリフィスプレート表面側に撥インク層を形成した後、ノズル内に充填したネガ型レジストをエキシマレーザーを用いて除去する。ネガ型レジストのみを除去し、オリフィスプレート材料である金属シートおよび撥インク層へダメージを与えないためにエキシマレーザーによるネガ型レジストの除去が良い。エキシマレーザー照射に際しては、ネガ型レジストが十分に除去されるようにエネルギー密度を高くした上で照射する。エキシマレーザーによるネガ型レジストの除去性と金属シート及び撥インク層を考慮するとエキシマレーザー光はＫrＦレーザーであるのが良い。

また、撥インク層と金属シートのトリミングが生じないようにした上で、ノズル内に充填されたネガ型レジストのみを除去することを目的とするのであれば、オリフィスプレート裏面側よりレーザー照射をすることにより除去するのが良い。オリフィスプレート裏面側よりレーザー照射を行なった後に、オリフィスプレートを水及び洗剤で十分に洗浄した。

洗浄したオリフィスプレートを用いてインクジェットヘッド組立を行ない、撥インク層をオリフィスプレート表面に有する吐出安定性の高いインクジェットヘッドを組立てた。

具体例として図１に金属シートから撥インク層を有するオリフィスプレート形成までの工程を示した。オリフィスプレートはＮiシートからなり、Ｎiシートにノズル穴を形成する。

ノズル穴を形成したオリフィスプレートの表面側よりカルド型ネガ型ドライフィルムレジストをラミネートする。ラミネートすることにより表面にネガ型レジストがコートされ、さらにはノズル内にネガ型レジストが充填される。

ネガ型ドライフィルムレジストをラミネートしたオリフィスプレートを裏面側より露光する。露光に際しては高圧水銀灯平行紫外光での露光を行なう。

露光後のオリフィスプレートをアルカリ水溶液で現像することにより、オリフィスプレート表面にコーティングされたネガ型レジストを除去する。

ノズル内にネガ型レジストが充填された状態で撥インク層を形成する。撥インク層はオリフィスプレート表面側にのみ形成されるようにする。撥インク層材料としては、フッ素系コーティング材料をディップコートし、オーブン中で加熱処理する。

撥インク層を形成した後、オリフィスプレート裏面側よりＫrＦエキシマレーザーを照射する。エキシマレーザー照射により、ノズル内に充填されたネガ型レジストが除去する。

１は金属シートであり、Ｎi圧延シートである。Ｎiシートとしての厚さは、ヘッド特性などに依存するものであるが、ノズル形成、インク液滴の吐出安定のためには50〜500μｍの厚みを有することが好適である。

２はオリフィスプレートであり、金属シートであるＮi圧延シートにノズル形成を行なったものである。ノズル形成後のオリフィスプレート表面は撥インク層形成のために、異物,油分などの付着物が無いことが好ましい。異物、油分などの付着物除去方法としては、水、洗剤、有機溶媒による洗浄があり、ノズル内についても除去する観点から超音波洗浄などを行なうことが好ましい。

３はノズルである。ノズル形成方法としては、プレス加工、エッチング加工、レーザー加工などのさまざまな方法があるが、特に制約されるものではない。

４はネガ型レジストであり、オリフィスプレート表面からのコーティング、ノズル内へ充填する。ネガ型レジスト材料としては、アクリル系、イミド系などの材料があるが、エキシマレーザーによる除去性を考慮して分子構造中に環状構造を有するものを用いる。オリフィスプレートへのコーティング、ノズル内への充填性を考慮するとドライフィルムタイプのレジスト材料が適当である。

５は紫外光であり、ネガ型レジスト４をオリフィスプレート裏面より露光する。紫外光は、オリフィスプレート裏面に対して垂直に入射するように調整することが好ましいが、垂直度合について特に規定されるものではない。照射量は、ノズル内へのレジスト充填が十分になされるように調整する必要がある。

６はノズル内に充填されたネガ型レジストを示す。ノズル内充填ネガ型レジストは、ノズル内よりオリフィスプレート表面側に突起状に凸状態となっていても構わない。

７は撥インク層である。ノズル内にレジストが充填されている状態でオリフィスプレート表面側より形成することにより、オリフィスプレート表面側にのみ形成される。

８はエキシマレーザー光であり、ノズル内に充填されたネガ型レジストを除去することを目的として照射する。レーザーとしては、分子構造中に環状構造を有するネガ型レジストを除去するのに十分な強度を有するものであれば良い。必要以上に強度を有する場合には、Ｎiシートなどの金属シートおよび撥インク層へのダメージが懸念されることから、レジスト除去に十分な強度であれば良い。また、エキシマレーザー照射に際しては、オリフィスプレート裏面より照射することにより、表面側の撥インク層に対して影響を与えること無く、ノズル内のネガ型レジストを除去することができる。

このようにして形成された撥インク層を有するオリフィスプレートを用いて組立てたインクジェットヘッドは、吐出特性が安定なインクジェットヘッドである。

以下実施例をもって本発明を更に詳細に説明する。

[実施例１]
オリフィスプレートに用いる金属シートとして厚さ100μｍのＮiシートを用意した。Ｎiシートをインクジェットヘッドサイズに合わせてエッチング加工し、オリフィスプレートサイズへと小片化した。小片化したＮiシートに対してプレス加工によりノズル形成を行なった。ノズル加工した後、ノズルエッジ部のバリを除去するためにＮiシートのバリ取り加工処理を行なった。

バリ取り加工処理後、オリフィスプレートをノニオン系洗剤セミクリーンＭ-２(横浜油脂工業社製)の５％水溶液、２-プロパノールを用いて洗浄を行なった。ノズル内異物を除去するために、それぞれの溶媒について超音波洗浄を行ない、薬液残留が無いように純水での超音波洗浄についても実施した。十分に純水でのリンス洗浄を行なった後に、２-プロパノールのベーパー乾燥処理を行ない、ノズル形成されたオリフィスプレートを得た。

オリフィスプレート表面にネガ型レジストをコーティングするために、ネガ型ドライフィルムレジストをオリフィスプレート表面にラミネート処理した。ネガ型ドライフィルムレジストとしては、分子構造中に環状構造を有するカルド型ドライフィルムレジストＰＤＦ-100(新日鐵化学社製)を用いた。ノズル内へのネガ型レジスト充填ができるようにオリフィスプレートを100℃に加温しておき、80℃でのラミネート処理を行なった。

ラミネート処理後、オリフィスプレート裏面側より露光を行なった。露光するにあたり、ほぼ垂直に紫外光が照射するように調整されたステージ上にオリフィスプレートを設置した。オリフィスプレートが変形しないように石英基板で押えながら露光を行なった。

露光した後、ドライフィルムレジストのカバーフィルムを外し現像を行なった。現像液には、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(ＴＭＡＨ2.38％水溶液)を用意した。オリフィスプレートを現像液中に浸し、揺動しながら現像を行なった。120秒間現像した後、純水シャワーをオリフィスプレート裏面にあてネガ型レジストを除去した。

ネガ型レジスト除去後、再度、現像液に浸し30秒間揺動しながら現像を行なった。現像した後、再び純水シャワーをオリフィスプレート裏面にあてネガ型レジストを除去した。純水シャワー後、純水流水中にオリフィスプレートを浸しながら純水リンスを行ない、余分な現像液を除去した。純水リンス後、エアーブローにより余分な水分除去を行ない、オリフィスプレートを乾燥させた。

オリフィスプレート裏面にカバー樹脂フィルムとなるテープ(カプトンテープ)を貼り、フッ素系コーティング材料が裏面につかないようにした。裏面保護したオリフィスプレートをフッ素系コーティング材料サイトップＣＴＬ-809(旭硝子社製)をディップコートした。コーティング後、100℃オーブン中で60分間加熱処理し、コーティング面を十分に乾燥させた。次いで、オリフィスプレートを傷付けないように注意しながら保護用テープを剥離した。テープ剥離後、180℃オーブン中で120分間加熱処理した。

加熱処理後のオリフィスプレートを裏面側よりエキシマレーザー装置にセットした。オリフィスプレートセットにあたり、レーザー光がオリフィスプレートに対して垂直となる様に調整した。エキシマレーザーとしては、ＫrＦエキシマレーザーを用いた。エキシマレーザー設定としては、23kＶとし、１Ｈzでレーザー照射した。600秒間レーザー照射したところ、ノズル内のネガ型レジストを除去することができた。

ノズル内のネガ型レジストをエキシマレーザー除去した後に、オリフィスプレートを洗浄した。洗浄としては、ノニオン系洗剤セミクリーン５％水溶液中で超音波洗浄した後に十分にリンスを行ない、ブロー乾燥した。

乾燥させた撥インク層形成オリフィスプレートを用いてインクジェットヘッドを作成した。

このようにして、表面に撥インク層を有するインクジェットヘッドを得た。インクを充填し、インクを吐出させたところ、安定したインク液滴の吐出ができた。

[実施例２]
オリフィスプレートのノズル内へのネガ型レジスト充填工程までは、実施例１と同様に行なった。

ノズル内にネガ型レジストを充填したオリフィスプレートに対して、トリアジンチオールの有機メッキ加工法による撥インク層形成を行なった。具体的には、ノズル内にネガ型レジスト充填を行なったオリフィスプレートの表面が下面となるように真空チャンバー中にセットした。真空チャンバー内を真空引きしながら、オリフィスプレート温度が200℃となるように放置した。200℃にした後、オリフィスプレート表面側にＣr、トリアジンチオール、テフロンからなる撥インク層形成を行なった。

撥インク層形成後、実施例１と同様にネガ型レジスト除去処理を行なった。このようにして得られた撥インク層形成オリフィスプレートを用いてインクジェットヘッドを作成した。

このようにして、表面に撥インク層を有するインクジェットヘッドを得た。インクを充填し、インクを吐出させたところ、安定したインク液滴の吐出ができた。

金属シートから撥インク層を有するオリフィスプレート形成までの工程を示す。(a)加工前の金属シートである。(b)ノズル穴を有するオリフィスプレートである。(c)ネガ型レジストのコーティング、ノズル内への充填を行なった後紫外光により露光を行なう様子を示す。(d)ノズル内にネガ型レジストが充填されている様子を示す。(e)オリフィスプレート表面側に撥インク層を形成し、エキシマレーザー光により露光を行なう様子を示す。(f)レジストが除去された、撥インク層を有するオリフィスプレートを示す。

符号の説明

１ 金属シート
２ オリフィスプレート
３ ノズル
４ ネガ型レジスト
５ 紫外光
６ 充填ネガ型レジスト
７ 撥インク層
８ エキシマレーザー

Claims (3)

1. 表面に撥インク層が形成されたオリフィスプレートを有してなるインクジェットヘッドにおいて、
   前記オリフィスプレート材料である金属シートにノズルを形成しオリフィスプレートとする工程と、
   オリフィスプレート表面側より、分子構造中に環状構造を有するネガ型レジスト材料をコーティングすることにより、オリフィスプレート表面をレジスト材料で被覆し、ノズル内にネガ型レジスト材料を充填する工程と、
   ネガ型レジスト材料をオリフィスプレート裏面側より露光、現像することによりオリフィスプレート撥インク形成面上のネガ型レジストを除去する工程と、
   オリフィスプレート表面側に撥インク層を形成する工程と、
   ノズル内に充填したネガ型レジストを、エキシマレーザーを用いて除去する工程と
   を含むことを特徴とするインクジェットヘッド製造方法。
2. 請求項１に記載のインクジェットヘッド製造方法において、前記ネガ型レジスト材料がドライフィルムレジストであることを特徴とするインクジェットヘッド製造方法。
3. 請求項２に記載のインクジェットヘッド製造方法において、前記オリフィスプレート撥インク形成面上のネガ型レジストを除去した後に、裏面側に樹脂フィルムを貼り付ける工程を有し、表面側に撥インク層を形成した後に樹脂フィルムを剥がすことを特徴とするインクジェットヘッド製造方法。
   
   
   

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