JP2007136789A - インクジェットヘッド用ノズルプレート、およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルプレートの表面に微細な凹凸を形成する工程を簡素化することにより、ノズルプレートの作成工程の短縮、歩留りの向上、低コスト化を実現するインクジェットヘッド用ノズルプレートおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】ノズル孔形状パターン２５と凹凸形状パターン２６とを有する押し型２７を、凹凸形状パターンの凹部内に被加工材２４が充填されるまで、流動状態にあって支持体２３によって保持される被加工材２４中に押し込み、その後に流動状態にある被加工材を固化してから離型することにより、その被加工材に、ノズル孔形状パターンに対応するノズル孔形状３０と、凹凸形状パターンに対応する凹凸形状３１とを形成し、次いで被加工材の未加工領域３２の除去と、支持体からの被加工材の剥離と、被加工材への撥水・撥インク層３４の形成とを行う。
【選択図】図２

Description

この発明は、インクジェトヘッドのノズル孔からインク滴を吐出して、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において、そのインクジェットヘッドの複数のノズル孔を有するノズルプレート、およびその製造方法に関する。

インクジェット記録装置は、圧電素子等の電気機械変換素子や発熱抵抗体等の電気熱変換素子などのエネルギ発生手段でエネルギを発生し、その発生したエネルギにより、インクが蓄積された液流路にあるインクを、その液流路に連通する複数のノズル孔からインク滴として吐出飛翔させて印字を行い、記録媒体上に文字や図形などを記録する。高速印字が可能であって印字品質が良好であり、低騒音で、カラー化への対応に優れているなどの利点から、近年多用されている。

このようなインクジェット記録装置の印字品質は、インクジェットヘッドにおける複数のノズル孔が形成されているノズルプレートの表面状態の影響を大きく受ける。すなわち、ノズルプレートのノズル孔周辺表面に不均一なインク溜りや紙粉などの異物があると、ノズル孔からインク滴が吐出飛翔される際に、インク滴がこれらの異物に引かれて、インク滴の飛翔方向が曲げられたり、インク滴の大きさにばらつきを生じたり、インク滴の飛翔速度が不安定となったりするなどの不具合を発生した。

そこで、従来からノズルプレートのノズル孔周辺表面に撥水・撥インク性を付与し、インク、紙粉などの異物の付着を少なくする一方、付着した異物を容易に取り除くようにすることが知られている。例えば、ニッケルとフッ素系高分子を主成分とする共析めっきにより撥インク膜を形成する方法（特開平８−１１８６５５号公報など参照）、フッ素系撥水剤の塗布によりフッ素系撥水剤層を形成する方法（特開２００３−９４６６５号公報など参照）、プラズマ重合により撥水撥油膜層を形成する方法（特公平５−５６６４号公報など参照）などがある。

これらの撥水・撥インク処理層には、異物を弾く能力だけでなく、下地との密着性や耐摩耗性が要求される。つまり、ノズルプレートのノズル孔周辺表面に付着した異物を取り除くためにクリーニング装置を設けることがあるが、そのクリーニング動作時のワイピングブレードとの摩擦や、対向して相対移動する記録媒体との摩擦によって撥水・撥インク層が擦り取られてしまうため、使用時間とともに撥水・撥インク層が摩耗し、劣化することを極力防ぐ必要がある。

そこで、従来から微細な凹凸を形成した下地の上に撥水・撥インク層を形成することで表面積を大きくして密着性を向上させたり、凹部内に入り込ませて撥水・撥インク層を保持することにより対磨耗性を向上させたりする方法が知られている。例えば、特許第３０１０７２８号公報には、高分子樹脂の基材表面にプラズマエッチングにより表面加工して微細な凹凸を形成してから、基材表面上に撥水性を備えた表面処理層を形成する方法が開示されている。また、ＷＯ９９／１２７４０号公報には、基板の表面にフォトリゾグラフィ法およびトレンエッチング法や、フォトリソグラフィ法および陽極酸化法や、フォトリゾグラフィ法およびドライエッチング法によって微細な凹凸を形成し、その上に撥水膜を形成する方法が開示されている。

さて、ノズルプレートのノズル孔周辺表面に撥水・撥インク層を形成する際には、ノズル孔内部に撥水・撥インク処理が施されないように注意を要する。つまり、よりスムーズなインク流を生むためには、インクが流れる領域はより小さい流体抵抗であることが必要であるが、ノズル孔内部に撥水・撥インク処理が施されていると、流体抵抗が大きくなってしまう。

そこで、従来からドライフィルムレジストなどのマスク材でノズル孔内部をマスキングした状態で撥水・撥インク層を形成する方法や、ノズルプレート形成部材表面に撥水・撥インク層を形成してから、レーザ等でノズル孔を形成する方法が知られている。

ところで、ノズルプレートと液流路を有する部材とを接着してインクジェットヘッドを作成する場合、ノズルプレートと液流路を有する部材の材質、表面状態、両者間の隙間の大きさなどにより、密着性が悪くなってインク漏れが生じ、最悪の場合はノズルプレートが液流路を有する部材から剥離してしまうことがある。

そこで、従来からノズルプレートや液流路を有する部材の接着面を粗面化することで表面積を大きくして密着性を向上する方法が知られている。例えば、特許文献１に記載されるように、導電性基板を酸処理により粗面化し、この導電性基板に対して電鋳を施すことにより接着面が粗面化されたノズルプレートを得るものがある。

特開２００２−１０３６１５号公報

しかしながら、従来のノズルプレート表面に微細な凹凸を形成する方法では、ノズル孔形成工程とは別に微細な凹凸を形成する必要があるために生産工程が複雑になり、歩留りが低下し、生産コストの増加につながるという問題があった。また、従来の撥水・撥インク層の処理方法では、所定の位置にのみ処理を行うための前工程が必要であるために生産工程が複雑になり、歩留りが低下し、生産コストの増加につながり、前工程の精度によっては、品質低下につながるという問題があった。

そこで、この発明の目的は、ノズルプレートの表面に微細な凹凸を形成する工程を簡素化することにより、ノズルプレートの作成工程の短縮、歩留りの向上、低コスト化を実現するインクジェットヘッド用ノズルプレートおよびその製造方法を提供することにある。

かかる目的を達成すべく、この発明の第１の態様は、インクジェットヘッド用ノズルプレートを製造するにあたり、
ノズル孔形状パターンと凹凸形状パターンとを有する押し型を、凹凸形状パターンの凹部内に被加工材が入り込んで完全に充填されるまで、流動状態にあって支持体によって保持される被加工材中に押し込み、
その後、流動状態にある被加工材を固化してから離型することにより、その被加工材に、ノズル孔形状パターンに対応するノズル孔形状と、凹凸形状パターンに対応する凹凸形状とを形成し、
次いで、被加工材の未加工領域の除去と、支持体からの被加工材の剥離と、被加工材への撥水・撥インク層の形成とを行うものである。

ここで、被加工材としては熱可塑性ポリイミド膜を用い、その被加工材をガラス転移点以上に加熱することにより流動状態とし、ガラス転移点以下に冷却することにより固化するとよい。

離型したときに残った被加工材の未加工領域を除去して例えばノズル孔を完全に形成して後、支持体から被加工材を剥離し、次いでその被加工材のインク吐出側となる表面に撥水・撥インク層を形成してもよいし、また支持体から被加工材を剥離して後、離型したときに残った被加工材の未加工領域を除去し、次いでその被加工材のインク吐出側となる表面に撥水・撥インク層を形成してもよいし、また支持体から被加工材を剥離して後、その被加工材のインク吐出側となる表面に撥水・撥インク層を形成し、次いで離型したときに残った被加工材の未加工領域を除去してもよい。

加えて、支持体の被加工材保持面に第２の凹凸形状パターンを形成し、被加工材保持面上に被加工材を載せてその被加工材に押し型を押し込んで後、離型し、支持体から被加工材を剥離することにより、被加工材に、上記ノズル孔形状や凹凸形状とともに、第２の凹凸形状パターンに対応する第２の凹凸形状を形成するとよい。

また、この発明の第２の態様は、上述の目的を達成すべく、インクジェットヘッド用ノズルプレートであって、第１の態様による製造方法により製造してなる。

この発明の第１の態様によれば、ノズル孔形状パターンと凹凸形状パターンとを有する押し型を、流動状態にあって支持体によって保持される被加工材中に押し込み、被加工材を固化してから離型することにより、その被加工材に、ノズル孔形状パターンに対応するノズル孔形状と、凹凸形状パターンに対応する凹凸形状とを同時に形成するので、ノズルプレートの表面に微細な凹凸を形成する工程を簡素化し、ノズルプレートの作成工程の短縮、歩留りの向上、低コスト化を実現するインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造方法を提供することができる。そして、被加工材に、押し型の凹凸形状パターンに対応する凹凸形状を形成してノズルプレートを作成することにより、その凹凸形状で表面積を大きくしてノズルプレートを、液流路を有する流路板に確実に貼り付け、それらの間のインク漏れや剥離を防止することができる。

被加工材としては熱可塑性ポリイミド膜を用い、それをガラス転移点以上に加熱することにより流動状態とし、ガラス転移点以下に冷却することにより固化するようにすると、被加工材の流動化および固化を簡単とし、被加工材に対する押し型の押し込み、および離型を容易とすることができる。そして、ポリイミド材を用いることから、耐インク性、耐薬品性、剛性、耐摩耗性、接着性などに優れたインクジェットヘッド用ノズルプレートを得ることができる。

離型後は、適時選択して、被加工材の未加工領域の除去と、支持体からの被加工材の剥離と、被加工材への撥水・撥インク層の形成とを行うことができる。

加えて、支持体の被加工材保持面に第２の凹凸形状パターンを形成し、被加工材保持面上に被加工材を載せてその被加工材に押し型を押し込んで後、離型し、支持体から被加工材を剥離することにより、被加工材に、ノズル孔形状および凹凸形状とともに、第２の凹凸形状パターンに対応する第２の凹凸形状も同時に形成すると、一層、ノズルプレートの作成工程の短縮、歩留りの向上、低コスト化を実現することができる。そして、被加工材に、支持体の第２の凹凸形状パターンに対応する第２の凹凸形状を形成してノズルプレートを作成することにより、その第２の凹凸形状で表面積を大きくして撥水・撥インク層を密着性よく、かつ耐摩耗性を高めてノズルプレートに形成することができる。また、ノズル孔内部に撥水・撥インク処理が施されないように行っていたマスキング工程を不要として工程数を少なくするとともに、撥水・撥インク層をノズル孔まわりの所定の領域にのみ確実に形成することができる。

この発明の第２の態様によれば、インクジェットヘッド用ノズルプレートであって、第１の態様による製造方法により製造するので、ノズルプレートの作成工程の短縮、歩留りの向上、低コスト化を実現するインクジェットヘッド用ノズルプレートを提供することができる。そして、被加工材に、押し型の凹凸形状パターンに対応する凹凸形状を形成してノズルプレートを作成することにより、その凹凸形状で表面積を大きくしてノズルプレートを、液流路を有する流路板に確実に貼り付け、それらの間のインク漏れや剥離を防止することができる。

以下、図面を参照しつつ、この発明の実施の最良形態につき説明する。
図１には、インクジェット記録装置で用いるインクジェットヘッドを分解して示す。

図中符号１０は、エネルギ発生手段の一例として示す圧電素子である。１１は振動板であり、１２は液流路１３を有する流路板である。２０は、流路板１２に重ね合わせて設けたとき液流路１３に連通する複数のノズル孔２１を並べて二列にあけてなるノズルプレートである。そして、印字時は、圧電素子１０に通電して振動板１１に振動を発生し、インクが蓄積された液流路１３から押し出すことにより、ノズルプレート２０のノズル孔２１からインク滴を吐出飛翔させ、記録媒体に印字を行う。

図２（Ａ）ないし（Ｆ）には、そのインクジェットヘッド用ノズルプレート２０の製造工程を示す。図２（Ａ）ないし（Ｆ）は、それぞれ１つのノズル部分の拡大断面である。

まず図２（Ａ）に示すように、流動状態にあって支持体２３によって保持される被加工材２４を準備し、またノズル孔形状パターン２５と凹凸形状パターン２６とを有する押し型２７を用意する。

被加工材２４は、耐インク性、耐薬品性、剛性、耐摩耗性、接着性など、ノズルプレートとして要求される事項を満足し、かつ型による塑性加工が可能な材料を用いてつくる。図示例では、熱可塑性ポリイミド膜を使用し、その被加工材２４をガラス転移点以上の、例えば２７０℃まで加熱することにより流動状態としてなる。

一方、押し型２７は、各種金属、各種セラミックスなどの型材料を使用し、フォトリソグラフィ技術、Ｘ線リソグラフィ技術、エッチング技術、電鋳技術、機械加工技術などの既知の型加工技術を用い、またはそれらの技術を組み合わせて用いてつくる。この例では、ケイ素材料を用いて、フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術により加工して形成する。押し型２７には、下面の中央に下向きに突出して、円錐部分２５ａの先に円柱状部分２５ｂを設けてノズル孔形状パターン２５を形成し、またそのまわりに凹凸を格子状に設けて凹凸形状パターン２６を形成してなる。

そして、図２（Ｂ）に示すように、押し型２７を、凹凸形状パターン２６の凹部内に入り込んで被加工材２４が完全に充填されるまで、被加工材２４中に押し込む。その後、流動状態にある被加工材２４をガラス転移点以下の、例えば１５０℃まで冷却することにより固化する。そして、固化してから、図２（Ｃ）に示すように離型することにより、被加工材２４に、ノズル孔形状パターン２５に対応するノズル孔形状３０と、凹凸形状パターン２６に対応する凹凸形状３１とを形成してなる。なお、被加工材２４に対する押し型２７の離型を容易とすべく、押し型２７の表面には、あらかじめ離型剤をコーティングするとよい。

次いで、離型したとき残った被加工材２４の未加工領域３２を、研磨処理、エッチング処理、レーザ処理などによって除去して、図２（Ｄ）に示すように被加工材２４に表裏を貫通するノズル孔２１を形成する。その後、図２（Ｅ）に示すように支持体２３から被加工材２４を剥離する。それから、図２（Ｆ）に示すように、被加工材２４のインク吐出側となる表面に撥水・撥インク層３４を形成し、インクジェットヘッド用のノズルプレート２０を形成してなる。ここで、撥水・撥インク層３４は、フッ素系撥水材層を使用し、不図示のドライフィルムレジストによるマスキングを施してから、コーティング処理して形成する。しかし、これに限らず、他の公知の撥水・撥インク材料を使用し、他の公知の方法によって処理して形成してもよい。

さて、上述した例では、被加工材２４の未加工領域３２の除去と、支持体２３からの被加工材２４の剥離と、被加工材２４への撥水・撥インク層３４の形成を順に行ったが、この順序に限らない。離型して後、例えば図３（Ａ）に示すように支持体２３から被加工材２４を剥離してから、図３（Ｂ）に示すように被加工材２４の未加工領域３２を除去し、その後、図２（Ｆ）に示すように被加工材２４のインク吐出側となる表面に撥水・撥インク層３４を形成してもよい。なお、支持体２３に対する被加工材２４の剥離を容易とすべく、支持体２３の表面には、あらかじめ離型剤をコーティングするようにしてもよい。

図４には、図２（Ａ）ないし（Ｆ）に示す製造方法により製造したインクジェットヘッド用ノズルプレート２０の断面を示す。

図示するとおり、被加工材２４のインク吐出側となる表面には撥水・撥インク層３４を形成してなり、流路板１２と接着剤３５を介して接着される裏面には凹凸形状３１を形成してなる。なお、上述した例では、押し型２７には、凹凸を格子状に設けて凹凸形状パターン２６を形成した。よって、ノズルプレート２０には、同じく格子状の凹凸形状３１が形成されるが、ノズルプレート２０に形成される凹凸形状３１は、格子状に限らず、球面状の凹みを複数設けたり、レール状の凸部と溝状の凹部とを交互に設けたりして形成してもよい。

これにより、ノズル孔形状パターン２５と凹凸形状パターン２６とを有する押し型２７を、流動状態にあって支持体２３によって保持される被加工材２４中に押し込み、被加工材２４を固化してから離型することにより、その被加工材２４に、ノズル孔形状パターン２５に対応するノズル孔形状３０と、凹凸形状パターン２６に対応する凹凸形状３１とを同時に形成するので、ノズルプレート２０の表面に微細な凹凸を形成する工程を簡素化し、ノズルプレート２０の作成工程の短縮、歩留りの向上、低コスト化を実現することができる。

そして、被加工材２４に、押し型２７の凹凸形状パターン２６に対応する凹凸形状３１を形成してノズルプレート２０を作成することにより、その凹凸形状３１で表面積を大きくしてノズルプレート２０を、液流路１３を有する流路板１２に確実に貼り付け、それらの間のインク漏れや剥離を防止することができる。

上述した例のように、被加工材２４としては熱可塑性ポリイミド膜を用い、それをガラス転移点以上に加熱することにより流動状態とし、ガラス転移点以下に冷却することにより固化すると、被加工材２４の流動化および固化を簡単とし、被加工材２４に対する押し型２７の押し込み、および離型を容易とすることができる。

図５（Ａ）ないし（Ｄ）には、インクジェットヘッド用ノズルプレート２０の他例の製造工程を示す。同じくこの図５（Ａ）ないし（Ｄ）も、それぞれ１つのノズル孔部分の拡大断面である。

この例では、図５（Ａ）に示すように、支持体２３の被加工材保持面３６に第２の凹凸形状パターン３７を形成する。そして、被加工材保持面３６上に被加工材２４を載せて、図５（Ｂ）に示すようにその被加工材２４中に押し型２７を押し込む。その後、図５（Ｃ）に示すように離型し、支持体２３から被加工材２４を剥離することにより、被加工材２４に、ノズル孔形状３０および凹凸形状３１を形成してなる。それから、被加工材２４の未加工領域３２の除去と、支持体２３からの被加工材２４の剥離と、被加工材２４への撥水・撥インク層３４の形成とを行い、被加工材２４に、前述のノズル孔形状３０および凹凸形状３１とともに、第２の凹凸形状パターン３７に対応する第２の凹凸形状３８を同時に形成し、図５（Ｄ）に示すインクジェットヘッド用ノズルプレート２０を得る。

第２の凹凸形状パターン３７は、凹凸形状３１と同様に、格子状でもよいし、球面状の凹みを複数設けたり、レール状の凸部と溝状の凹部とを交互に設けたりして形成してもよい。

これにより、一層、ノズルプレート２０の作成工程の短縮、歩留りの向上、低コスト化を実現することができる。そして、被加工材２４に、支持体２３の第２の凹凸形状パターン３７に対応する第２の凹凸形状３８を形成してノズルプレート２０を作成することにより、その第２の凹凸形状３８で表面積を大きくして、撥水・撥インク処理層３４の密着性を向上し、かつ耐摩耗性を高めることができる。

図６には、図５（Ａ）ないし（Ｄ）に示す製造方法により製造したインクジェットヘッド用ノズルプレート２０の断面を示す。

図示するとおり、被加工材２４のインク吐出側となる表面には第２の凹凸形状３８を設けて撥水・撥インク層３４を形成してなり、流路板１２と接着剤を介して接着される裏面には凹凸形状３１を形成してなる。

図７（Ａ）ないし（Ｄ）には、インクジェットヘッド用ノズルプレート２０のさらに他例の製造工程を示す。

この例では、支持体２３の被加工材保持面３６に、前例と同様に第２の凹凸形状パターン３７を形成する。そして、同様に、被加工材保持面３６上に被加工材２４を載せてその被加工材２４に押し型２７を押し込む。その後、図７（Ａ）に示すように離型し、図７（Ｂ）に示すように支持体２３から被加工材２４を剥離することにより、被加工材２４に、ノズル孔形状３０および凹凸形状３１とともに、第２の凹凸形状パターン３７に対応する第２の凹凸形状３８を同時に形成して後、図７（Ｃ）に示すようにその被加工材２４のインク吐出側となる表面に撥水・撥インク層３４を形成し、次いで離型したときに残った被加工材２４の未加工領域３２を除去して、図７（Ｄ）に示すように被加工材２４に表裏を貫通するノズル孔２１をあけてなる。

これにより、ノズル孔２１内部に撥水・撥インク処理が施されないように行っていたマスキング工程を不要として工程数を少なくするとともに、撥水・撥インク層３４をノズル孔２１まわりの所定の領域にのみ確実に形成することができる。

インクジェット記録装置で用いるインクジェットヘッドを分解して示す概略斜視図である。 （Ａ）ないし（Ｆ）は、そのインクジェットヘッドを構成するノズルプレートの製造工程図である。 その一部の別の工程図である。 図２（Ａ）ないし（Ｆ）に示す製造方法により製造したインクジェットヘッド用ノズルプレートの断面図である。 （Ａ）ないし（Ｄ）は、インクジェットヘッド用ノズルプレートの他例の製造工程図である。 図５（Ａ）ないし（Ｄ）に示す製造方法により製造したインクジェットヘッド用ノズルプレートの断面図である。 （Ａ）ないし（Ｄ）は、インクジェットヘッド用ノズルプレートのさらに他例の製造工程図である。

符号の説明

２０ ノズルプレート
２１ ノズル孔
２３ 支持体
２４ 被加工材
２５ ノズル孔形成パターン
２６ 凹凸形状パターン
２７ 押し型
３０ ノズル孔形状
３１ 凹凸形状
３２ 未加工領域
３４ 撥水・撥インク層
３６ 被加工材保持面
３７ 第２の凹凸形状パターン
３８ 第２の凹凸形状

Claims (7)

1. ノズル孔形状パターンと凹凸形状パターンとを有する押し型を、前記凹凸形状パターンの凹部内に被加工材が充填されるまで、流動状態にあって支持体によって保持される前記被加工材中に押し込み、
   その後、流動状態にある前記被加工材を固化してから離型することにより、その被加工材に、前記ノズル孔形状パターンに対応するノズル孔形状と、前記凹凸形状パターンに対応する凹凸形状とを形成し、
   次いで、前記被加工材の未加工領域の除去と、前記支持体からの前記被加工材の剥離と、前記被加工材への撥水・撥インク層の形成とを行うことを特徴とする、インクジェットヘッド用ノズルプレートの製造方法。
2. 熱可塑性ポリイミド膜を用いて前記被加工材を形成し、その被加工材をガラス転移点以上に加熱することにより流動状態とし、ガラス転移点以下に冷却することにより固化してなることを特徴とする、請求項１に記載のインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造方法。
3. 離型したときに残った前記被加工材の未加工領域を除去して後、前記支持体から前記被加工材を剥離し、次いでその被加工材のインク吐出側となる表面に撥水・撥インク層を形成してなることを特徴とする、請求項１または２に記載のインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造方法。
4. 前記支持体から前記被加工材を剥離して後、離型したときに残った前記被加工材の未加工領域を除去し、次いでその被加工材のインク吐出側となる表面に撥水・撥インク層を形成してなることを特徴とする、請求項１または２に記載のインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造方法。
5. 前記支持体から前記被加工材を剥離して後、その被加工材のインク吐出側となる表面に撥水・撥インク層を形成し、次いで離型したときに残った前記被加工材の未加工領域を除去してなることを特徴とする、請求項１または２に記載のインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造方法。
6. 前記支持体の被加工材保持面に第２の凹凸形状パターンを形成し、前記被加工材保持面上に被加工材を載せてその被加工材に前記押し型を押し込んで後、離型し、前記支持体から前記被加工材を剥離することにより、前記被加工材に、前記第２の凹凸形状パターンに対応する第２の凹凸形状を形成してなることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか１に記載のインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造方法。
7. 請求項１ないし６に記載の製造方法により製造してなることを特徴とする、インクジェットヘッド用ノズルプレート。

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