JP2007050702A - インクジェットヘッド用ノズルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】撥水層の深みを均一に制御することが容易くて、ノズルの後面の形状が複雑であっても撥水層の蒸着される深みを制御することができるので、撥水処理されたノズルの均一性及び再現性が向上する。
【解決手段】（ａ）ノズル部を含むインクジェットヘッド構造にフォトレジスト(Photo Resist)を被覆する段階、（ｂ）露光条件を調節してノズル部に露光及び現像をしてフォトレジストの一部を除去する段階、（ｃ）ノズル部のフォトレジストの除去された部分に撥水層を結合させる段階、及び（ｄ）ノズル部に残存するフォトレジストを除去する段階を含むインクジェットヘッド用ノズルの製造方法が開示される。
【選択図】図４

Description

本発明は、ノズルに関するもので、より詳細には、インクジェットヘッド用ノズル及びその製造方法に関する。

インクジェットプリンタは、ヘッドの内部に形成されている圧力チャンバに駆動力を印加してインク液滴がノズルを通じて噴射されることにより印刷を遂行する装置である。インクジェットヘッドのノズルを通じて噴射されるインクは通常液滴の形態で噴射されるし、インクジェットヘッドの印刷機能を高めるためにはインクが完全な液滴形態で安定に噴射されなければならない。

このために、インクジェットヘッドのノズル部位には撥水(Hydrophobicity)処理が必要であり、このような撥水処理によってノズルでのインク液滴のメニスカス(Meniscus)が円滑に形成される。

一般的にインクジェットヘッドのノズルの表面が撥水性を有しない問題は、インクの噴射が繰り返されることによりノズルの表面が濡れてしまうウエッティング(wetting) 現象によって発生される。このようなウエッティング現象が発生すると噴射されるインクがノズルの表面に濡れているインクと固まりを形成するようになり、これによって噴射されるインクが完全な液滴の形態を有することができなくて下がるようになる。その結果、印刷の品質が低下されるし、インク液滴の噴射後に形成されるメニスカスも不安定になる。すなわち、インクジェットによる印刷の信頼性を確保するためには、インクジェットヘッドのノズル表面を効果的に撥水処理することが必須である。

インクジェットヘッドのノズルに撥水処理をするために、従来には電鋳メッキ法によってノズルを形成する方法、マイクロパンチングと研磨工程によってノズルを形成する方法などが用いられた。上記方法によって形成されるノズルの出口の部位は、インクジェットヘッドから噴射されるインク液滴の大きさ、インクの噴射性能、インク噴射の安定性及び連続噴射に重要な影響を及ぼす因子である。

従来の電鋳メッキ法は、半永久的にインクジェットプリンタヘッドのノズルの表面を撥水処理するために、撥水性物質を一定条件の電場がかかったメッキ槽にてメッキ処理する方法である。この場合、撥水性物質はテフロン（登録商標）(Teflon)系物質が主に使用されるが、テフロン（登録商標）系物質の中、代表的なものはＰＴＦＥ (Polytetrafluroethylene)である。

このような ＰＴＦＥを用いてノズルの表面を撥水処理するためには、一定条件の電場がかかったメッキ槽にて ＰＴＦＥを複合メッキ処理する方法を用いる。このような複合メッキによる撥水処理方法は、方向性がないので撥水層が形成されるべきノズルの表面だけではなく撥水層が形成されてはいけないノズルの後面までメッキされて撥水層が形成される。

したがって、複合メッキ法によって撥水処理をする場合には、ノズルの後面に撥水層の形成を防止するために前処理が追加で必要となる。すなわち、ノズルの表面にだけ撥水処理するために従来にはノズルの後面に不導体の絶縁膜を形成した後、撥水層をメッキすることによりノズルの後面には撥水層が形成されないようにした。

ここで、絶縁膜として用いられる代表的な物質は、フォトレジストであって、このようなフォトレジストを用いてノズルの後面に絶縁膜を形成する方法は図１に示されている。図１は、従来の複合メッキ法によるインクジェットヘッド用ノズルの撥水処理方法を示す概念図である。

図１のように、ノズルに撥水処理をする前、先ずノズル１０の後面にフォトレジストをスクリーンプリンティングなどの方法によって塗布して絶縁膜１２を形成する。絶縁膜１２の形成の後、一般的な方法の複合メッキ処理工程によって ＰＴＦＥの撥水層１４をノズル１０の表面に形成させる。

図２は、従来の真空蒸着法によるインクジェットヘッド用ノズルの撥水処理方法を示す概念図であって、ノズルの後面に真空蒸着法の直進性を利用して均一な不導体薄膜を形成し、ノズルの全面に全体的に撥水物質をメッキする方法を示したものである。

図２のように、ノズル３０の全面に撥水処理をする前に、ノズルの後面に真空蒸着法によって不導体薄膜３２を形成する。不導体薄膜３２の形成されたノズル３０の全面にテフロン（登録商標）系撥水物質をメッキして撥水層３４を形成する。撥水層３４形成の後、ノズル３０を熱処理して撥水処理を完了する。

一般的にインクジェットヘッド用ノズルの撥水層は、ノズルの入口に位置し、ノズル内部へ数μｍ内側まで形成される。上述した従来のインクジェットヘッド用ノズルの撥水層の形成方法は、ノズルの後面に撥水層の蒸着されることを完全に防止するのは難しく、撥水層がノズルの内部へ均一な深みで形成されるように制御するのも困難である。これにより、撥水処理後、液滴噴射の際、液滴の大きさが均一ではないとか反復印刷の信頼性が低下される問題となる。

また、上述した従来技術は、工程が複雑で工程条件を管理しにくいし、撥水処理のためにコーティングされたノズルプレートの収率が低いとかノズルごとにコーティングされた程度が不均一であるという問題点がある。

インクジェットヘッド用ノズルの撥水処理に関する従来技術は、第一、コンタクトプリンティング方法を用いて安定的に撥水層を形成する技術の場合、撥水層をノズルの内部へ均一な深みで形成しにくいという問題がある。

第二、ノズルの後面にだけ絶縁膜を形成して撥水層の深みを制御する技術の場合、絶縁膜の形成過程で撥水層の深みが定まるので撥水層の深みを均一に制御する精密度が落ちるという問題がある。

第三、フォトリトグラフィー(Photolithography)法を用いる従来技術の場合、撥水層の深みを均一に制御するための露光条件を調節する工程は開示されていないという限界がある。すなわち、従来技術からは、ノズル部の全体に液状のフォトレジスト(Photo Resist)を塗布し、露光条件を調節してフォトレジスト層を除去することにより撥水層の深みを均一に制御する本発明が、容易く導出されることができないという限界がある。

本発明は、フォトリトグラフィー(Photolithography) 方法を用いてインクジェットヘッドのノズルに撥水層を形成することにより撥水層の深みを均一に制御することが容易くて、ノズルの後面の形状が複雑であっても撥水層の蒸着の深みを均一に制御することができるインクジェットヘッド用ノズルの製造方法を提供するものである。

このような構成を有する本発明によれば、撥水層の深みを均一に制御することが容易くなりノズル後面の形状が複雑であっても撥水層の蒸着される深みを制御することができるので撥水処理されたノズルの均一性及び再現性の向上する效果がある。また撥水処理されたノズルが均一であるので噴射されるインク液滴の大きさが均一になり、撥水処理によってインクジェットヘッドのノズルでのウエティング(wetting)現像が発生しないので印刷性能が向上する。

本発明の一実施形態によれば、（ａ）ノズル部を含むインクジェットヘッド構造にフォトレジスト(Photo Resist)を被覆する段階、（ｂ）露光条件を調節してノズル部に露光及び現像をしてフォトレジストの一部を除去する段階、（ｃ）ノズル部のフォトレジストの除去された部分に撥水層を結合させる段階、及び（ｄ）ノズル部に残存するフォトレジストを除去する段階を含むインクジェットヘッド用ノズルの製造方法が提供される。

ヘッド構造は、圧力チャンバ、インク注入チャンネル、マニホールドの中のある一つ以上をともに含むことができる。フォトレジスト(Photo Resist)は液状であることが好ましい。 露光条件は、露光時間または露光量を含むことができる。

撥水層は、テフロン（登録商標）(Teflon)系物質またはパリレン(Parylene)を含むことができる。 撥水層は、真空蒸着法またはメッキ法によって結合されるのが好ましい。

段階（ｂ）は、ノズル部の外側表面に被覆されたフォトレジストが感光されるように露光条件を調節することをともに含むことができる。段階（ｂ）は、ノズルの所定深みまでフォトレジストが感光されるように露光条件を調節することをさらに含むことができる。所定深みは、ノズルの内周面に沿って均一であるのが好ましい。

以下、本発明によるインクジェットヘッド用ノズルの製造方法の好ましい実施例を添付図面を参照して詳しく説明する事にし、添付図面を参照して説明することにおいて、図面符号に構わずに等しいとか対応する構成要素は同じ参照番号を付与してこれに対する重複される説明は略する。

図３は、インクジェットヘッド用ノズルのノズル部を示す断面図である。図３を参照すれば、ノズル部１２０ａ、ノズルホール１２２、撥水層１４１が示している。本発明は、インクジェットヘッドのノズルに形成される撥水層の深みを均一に制御するためのもので、従来の絶縁膜を蒸着した後撥水層をメッキする技術と比べて撥水層がノズルホールの内側まで形成される深みを精緻に制御できるようにフォトリトグラフィー(photolithography) 方法を用いたことを特徴とする。

すなわち、図３に示されているように撥水層は、ノズルホールの内側への所定深みまで形成されてインク液滴のメニスカス(Meniscus)の形成が円滑になるようにし、これのために本発明は、ノズル部の全体の表面にフォトレジスト(Photo Resist)を被覆した後、露光時間、露光量などの露光条件を調節してノズル部の外表面及びノズルホールの内側への所定深みまでフォトレジストの感光程度を精緻に調節してフォトレジスト層をとり除いた後、撥水層を蒸着することにより撥水層の蒸着される深みを制御するものである。

図４は、本発明の好ましい一実施例によるインクジェットヘッド用ノズルの製造方法を示すフローチャートである。

本実施例によりインクジェットヘッド用ノズルに撥水層を形成するためには、 段階５０で、先ず、インクジェットヘッド構造の全体の表面にフォトレジスト(Photo Resist)を被覆する。インクジェットヘッド構造にはノズル部が含まれていて、その以外にも圧力チャンバ、インク注入チャンネル、マニホールドなどが含まれることができる。

本発明は、インクジェットヘッド構造の全体の表面にフォトレジストを被覆した後、撥水層が蒸着される部分だけ選択的にフォトレジストを除去することにより撥水層の蒸着される深みを調節することであるので、従来技術とは異なり、インクジェットヘッドの各種構造物がもう形成されている場合にも容易く撥水層を均一に形成することができる。

すなわち、本発明によれば、インクジェットヘッドのノズル部を形成し撥水層を蒸着した後ヘッドの各種構造物を形成する場合と、ヘッドの構造物が既に形成されている状態でノズル部に撥水層を蒸着させることがすべて等しい工程によって進行されるので、ヘッドの構造物が既に形成されている状態でのノズル部に撥水層を蒸着させる工程が可能だけでなく、別の技術的問題なしで容易く進行されることができる。

このようにヘッド構造に容易くフォトレジストを被覆するためには、液状のフォトレジストを用いてノズル部を含むインクジェットヘッド構造の全体表面に塗布、噴射、沈澱などの方法によってインクジェットヘッド構造の外表面にフォトレジストの被覆層が形成されるようにする方が良い。しかし、本発明がフォトレジストの被覆方法として必ず上記の方法に限定されるのではなく、当業者に自明な範囲内でインクジェットヘッド構造の外表面に被覆層が均一に形成されられる他の方法も含まれることは勿論である。

段階６０で、次に、ノズル部に露光及び現像をしてフォトレジストの一部を除去する。フォトレジストは、感光性物質であって紫外線などに露光させると性質が変化して特定部位だけ選択的に除去または残存させることができる。一般的にフォトレジストは、必要な量だけを感光させるためのメーカーが定めておいた露光時間、露光量などの露光条件が定まっている。

したがって、ノズル部の表面を相応しい露光条件下で露光し、現像することにより必要な部分のフォトレジストのみを選択的に除去することができる。また、 図３に示されているように、ノズルの内側へ所定深みまで撥水層を蒸着させるためには撥水層を蒸着する前にノズルの内側へ所定深みまでのフォトレジストを除去しなくてはならないし、これは露光時間または露光量を調節することにより可能となる。

撥水層のノズルホールの内側まで形成される適切な深みは、ノズル部の形状に応じて異なり、場合によっては、ノズルホール周辺の表面にだけ、すなわちノズルホールの内側へ撥水層が形成されないようにした方が良い。この場合には、ノズル部の外側表面に被覆されたフォトレジストだけ感光されるように露光条件を調節する。

一方、ノズルホールの末端に所定深みまで撥水層が蒸着されるようにするためには、ノズルの所定深みまでフォトレジストが感光されるように露光条件を調節する。勿論、インク液滴のメニスカスの形状が円滑になるように、フォトレジストが感光される深み、すなわち撥水層の蒸着される深みがノズルの内周面に沿って均一になるように露光条件を調節する。

段階７０で、次に、ノズル部のフォトレジストが除去された部分に撥水層を結合させる。撥水層は、真空蒸着法またはメッキ法など従来技術によって結合させることができるが、別途のメッキ工程などが必要のないフォトリトグラフィー工程の一つ段階によって具現できる物理的結合方法も適用可能であることは当業者に自明なことである。撥水層の結合工程は、当業者に自明な事項であるこれに関する詳細な説明は略する。

上述したように撥水層はテフロン（登録商標）(Teflon)系物質またはパリレン(Parylene)を含む方が良い。撥水層の材質も当業者に自明な事項であるこれに関する詳細な説明は略する。

段階８０で、最後に、ノズル部に残存するフォトレジストを除去することで、インクジェットヘッド用ノズルに撥水層を形成する工程が完了される。フォトレジストを除去する方法も当業者に自明な事項であるのでこれに関する詳細な説明は略する。

図５は、本発明の好ましい一実施例によるインクジェットヘッド用ノズルの製造工程を示す概念図である。図５を参照すれば、ノズル部１２０、ノズルホール１２２、フォトレジスト１２４及び１２４ａ、撥水層１４１が図示されている。

本実施例によってインクジェットヘッドのノズル部１２０に撥水層１４１を形成する過程を、図５を参照しながら説明すれば、図５の（ａ）のように形成されたインクジェットヘッドのノズル部１２０の表面に、図５の（ｂ）のように全体的に液状のフォトレジスト１２４を被覆する。

次に、ノズルホール１２２の内側まで撥水層１４１の蒸着される深みを考慮して図５の （ｃ）のようにノズル部１２０の外表面を露光して現像する。この過程で、インクジェットヘッド用ノズルの撥水層１４１の形成深みが定まる。このように露光及び現像を含むフォトリトグラフィー工程を経るとノズル部１２０の表面、すなわち撥水層１４１の形成される部分に被覆されたフォトレジスト１２４の一部が除去される。

図５の（ｄ）のようにノズル部１２０のフォトレジスト１２４の除去された部分、すなわち撥水層１４１が形成される部分に当業者にとって自明な方法により撥水層１４１を結合させる。この過程で、インクジェットヘッド用ノズルに必要な程度の撥水層１４１が形成されることになる。

最後に、図５の（ｅ）のようにノズル部１２０の表面に残存するフォトレジスト１２４ａを除去することでインクジェットヘッド用ノズルの撥水層１４１形成工程が完了される。

本発明の技術思想が上述した実施例によって具体的に記述されたが、上述した実施例はその説明のためのことであってその制限のためではないし、本発明の技術分野の通常の専門家であれば本発明の技術思想の範囲内で多様な実施例が可能であることを理解できるだろう。

従来の複合メッキ法によるインクジェットヘッド用ノズルの撥水処理方法を示す概念図である。 従来の真空蒸着法によるインクジェットヘッド用ノズルの撥水処理方法を示す概念図である。 インクジェットヘッド用ノズルのノズル部を示す断面図である。 本発明の好ましい一実施例によるインクジェットヘッド用ノズルの製造方法を示すフローチャートである。 本発明の好ましい一実施例によるインクジェットヘッド用ノズルの製造工程を示す概念図である。

符号の説明

１２０ ノズル部
１２２ ノズルホール
１２４ フォトレジスト
１４１ 撥水層

Claims (9)

1. （ａ）ノズル部を含むインクジェットヘッド構造にフォトレジスト(Photo Resist)を被覆する段階;
   （ｂ）露光条件を調節して前記ノズル部に露光及び現像をして前記フォトレジストの一部を除去する段階;
   （ｃ）前記ノズル部の前記フォトレジストの除去された部分に撥水層を結合させる段階;及び
   （ｄ）前記ノズル部に残存する前記フォトレジストを除去する段階を含むインクジェットヘッド用ノズルの製造方法。
2. 前記ヘッド構造は、圧力チャンバ、インク注入チャンネル、マニホールドの中の一つ以上をさらに含む請求項１に記載のインクジェットヘッド用ノズルの製造方法。
3. 前記フォトレジスト(Photo Resist)は、液状である請求項１に記載のインクジェットヘッド用ノズルの製造方法。
4. 前記露光条件は、露光時間または露光量を含む請求項１に記載のインクジェットヘッド用ノズルの製造方法。
5. 前記撥水層は、テフロン（登録商標）(Teflon)系物質またはパリレン(Parylene)を含む請求項１に記載のインクジェットヘッド用ノズルの製造方法。
6. 前記撥水層は、真空蒸着法またはメッキ法によって結合される請求項１に記載のインクジェットヘッド用ノズルの製造方法。
7. 前記段階（ｂ）は、前記ノズル部の外側表面に被覆された前記フォトレジストが感光されるように前記露光条件を調節することをさらに含む請求項１に記載のインクジェットヘッド用ノズルの製造方法。
8. 前記段階（ｂ）は、前記ノズルの所定深みまで前記フォトレジストが感光されるように前記露光条件を調節することをさらに含む請求項１に記載のインクジェットヘッド用ノズルの製造方法。
9. 前記所定深みは、前記ノズルの内周面に沿って均一である請求項８に記載のインクジェットヘッド用ノズルの製造方法。