JP2007223169A - 樹脂成形品の製造方法、並びにインクジェットヘッドの製造方法及びそれにより得られるインクジェットヘッド - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の微細な凹部又は凸部が形成された構造を有する樹脂成形品の凹部又は凸部とは逆の形状を有する金型84と樹脂材料とを加熱し、加熱された樹脂材料に金型を押し付ける。樹脂材料を冷却して硬化させた後、凹部又は凸部が形成される領域以外の樹脂材料の表面を、直接的又は間接的に、金型に形成されている貫通孔85を介して押圧部材で押圧する。これにより硬化した樹脂材料を金型から離型する。
【選択図】図8
Description
また、描画時間を早くするためには、インクガイドを2次元的に配置してマルチチャンネル化する必要がある。これを実現するための方法としては、例えば、一方向に一定間隔でインクガイドが配列された部品を複数組み合わせることによって、インクガイドを2次元的に配列させることが考えられる。しかしながら、インクガイドは高い精度で一定の間隔で配置される必要があるので、一方向に一定間隔でインクガイドが配列された部品同士を高精度に組み合わせる必要があり、非常にコストが高くなってしまうという問題がある。
また、本発明の別の目的は、微細なインクガイドが高密度かつ高精度に2次元配列された基板を備えるインクジェットヘッドを簡単にかつ安価に製造することのできる製造方法及びその製造方法により得られるインクジェットヘッドを提供することにある。
また、更に、前記金型の温度、前記樹脂材料の温度、及び、前記金型を前記樹脂材料に押し付けたときに前記金型が前記樹脂材料から受ける抵抗力の少なくとも一つを検出する検出工程と、前記検出工程において検出された値に基づいて前記プレス条件を修正するプレス条件修正工程とを含むことが好ましい。この場合、前記プレス条件は、プレス速度、プレス荷重、前記金型の温度及び前記樹脂材料の温度からなる群から選択される少なくとも一つを含むことが好ましい。
図1(A)は、インクジェットヘッドの概略構成の断面を模式的に示した図であり、図1(B)は、図1(A)のB−B線矢視図である。
図1(A)に示すように、インクジェットヘッド10は、インクガイド14が形成された樹脂製のヘッド基板12と、複数の吐出口28が形成された吐出口基板16とを有する。吐出口基板16には、各々の吐出口28を囲むように吐出電極18が設けられている。インクジェットヘッド10のインク吐出側の面(図中、上面)に対面する位置に、記録媒体Pを支持する対向電極24が配置される。
ヘッド基板12と吐出口基板16とは、互いに対面した状態で所定間隔離間して配置されており、ヘッド基板12と吐出口基板16との間に形成される空間によって各吐出口28にインクを供給するインク流路30が形成される。本実施形態のインクジェットヘッド10では、インクQは、図1(B)の矢印で示すように、インク流路30を上下方向(図1(A)では紙面に垂直な方向)に流れる。
なお、図1(A)及び図1(B)においては、インクジェットヘッド10の構成を分かりやすく示すために、複数の吐出口のうちの隣接する3つの吐出口だけを示している。
図2に、インクジェットヘッド10の複数の吐出口が二次元的に配列されている様子の一部分を模式的に示した。なお、図2は、図1(A)のII−II線矢視図である。
このように吐出口28の配置間隔を2mm以下として、吐出口28を高密度に配置することにより、インクジェットヘッド10の小型化が可能となり、1プロセスで製作できるヘッドパーツの個数を多くすることができ、さらに、1つのヘッドに必要な材料の量を少なくすることができ、製造コストを低くすることができる。結果として、インクジェットヘッド10をより安価に作製することができる。
まず、ヘッド基板12について説明する。図3には、ヘッド基板12の模式的斜視図を示した。また、図4(A)には、ヘッド基板12の模式的平面図を示し、図4(B)及び(C)には、それぞれ、図4(A)のB−B線矢視図とC−C線矢視図を示した。
ヘッド基板12は、矩形状の外形を有する樹脂製の基板であり、図4(A)に示すように、中央に、細長い矩形状の開口部42が4つ形成されている。開口部42は、ヘッド基板12の長さ方向(図4中、Xで示す方向)に延びるように形成されており、ヘッド基板12の厚み方向に貫通している。隣接する開口部42に挟まれて3つのガイド基部44が形成されており、これらのガイド基部44は、互いに平行に、ヘッド基板12の長さ方向に延在している。それぞれのガイド基部44の上面には、複数の微細なインクガイド14が一定間隔で形成されている。ガイド基部44は、吐出口基板16の吐出口28の列数に応じた数だけ形成される。
ここでは、ヘッド基板12に開口部42を4箇所形成し、吐出口基板16の吐出口28の列の数に対応させて3つのガイド基部44を設けたが、本発明ではこれに限定されず、例えば、吐出口28の列数が1列の場合には、1つのガイド基部を設ければよく、2列の場合は、2つのガイド基部を設ければよい。また、吐出口28の列数が4列以上である場合は、4つ以上のガイド基部44を、吐出口28の列の間隔に対応した間隔で設ければよい。
また、本発明では、インクガイド14の厚さ(ヘッド基部の延在する方向に垂直な方向の長さ)をWとし、インクガイドの高さ(ヘッド基部の上面からインクガイドの先端までの距離)をHとしたときに、それらの比(アスペクト比)H/Wは、2以上であることが好ましく、上限値は、本発明の製造方法においてもアスペクト比が50を越える構造を作製することは難しいことから50である。
図に示すインクガイド14においては、本体部46の先端46aがメニスカスMのピニング点(固定点)Fとなっている。このピニング点Fの位置は、本体部46の先端46aの形状によって決定され、一度固定された場合には動くことのない安定点である。更に、このピニング点Fは、突起片48に沿って形成される新しいメニスカスM2を固定するピニング点としても作用する。これにより、インクガイド14の突起片48の先端48aにまでインクが行き渡る。かかる構造のインクガイド14は、突起片48を有さずに本体部46のみでインクガイドが構成されている場合よりも、更に高い位置にインクのメニスカスM2を形成することができる。
また、インクガイド14の長さ方向(高さ方向)において、インクガイド14の本体部46の先端46aの位置が、突起片48の肩部(突起片48の幅方向の端部)48bの位置よりも上方になるように、インクガイド14が形成されていることが好ましい。これにより、インクガイド14の突起片48の先端にインクを安定して行き渡らせることができるとともに、インクのメニスカスの位置をより高い位置にして、インクのメニスカスを対向電極24(図1(A)参照)に近付けることができる。
また、本発明においては、インクガイド14の突起片48や本体部46の先端部分に金属膜を蒸着法により形成することもできる。このような金属膜をインクガイドの突起片や本体部に形成することにより、誘電率を実質的に大きくすることができる。その結果、吐出電極に電圧を印加したときに吐出口に強電界が発生しやすくなり、インクの吐出性を向上させることができる。
また、インクガイド14の中央部分に、図中上下方向に毛細管現象によってインクQを先端部分14aに集めるためのインク案内溝となるような切り欠きが形成されていても良い。
インクガイド62は、本体部64の、先細に形成された先端部の両方の側面(図中手前側と奥側の側面)に櫛歯部66が形成されている。櫛歯部66は、3つの切欠部68と、それらの間に位置する2つの歯部70とから構成されている。このように、インクガイド62は、その先端の両方の側面に、下方に向かって延びる3つの切欠部(縦溝)68が互いに平行に、幅方向に一定の間隔をあけて形成されている。これら3つの切欠部68の間に挟まれて2つの歯部70が形成されており、それぞれの歯部70の先端(上端)は曲面に形成されている。
また、歯部70の上端は、図5に示すインクガイド14の本体部46の先端と同様に、メニスカスのピニング点として作用する。したがって、歯部70の上端は、吐出口基板の表面よりも上側に位置することが好ましい。
ここでは、インクガイド62の先端部62aの両側面に3つの切欠部68を形成してインクガイド62を構成したが、本発明はこれに限定されることはなく、切欠部68は少なくとも一つあればよい。
図6に示す形状のインクガイドでは、櫛歯部66の歯部70の上端の幅方向のエッジがメニスカスM1のピニング点Fとなる。このピニング点Fは、櫛歯部66の形状によって決定され、一度固定された場合には動くことのない安定点である。更に、ピニング点Fは、インクガイド62の先端部62aに沿って形成されるメニスカスM2を固定するためのピニング点としても作用し、先端部62aの先端にインクを行き渡らせることができる。
かかる形状を有するインクガイド62を有するインクジェットヘッドは、吐出口のインクのメニスカスの位置が吐出口基板の表面よりもより一層高くなり、しかも、インクガイドの先端にインクが十分に供給されるので、インク液滴の吐出時の吐出応答性が高く、インク液滴の着弾精度も高い。また、インク液滴のサイズのバラツキを低減することができ、カラー画像を記録媒体に形成する場合、色ずれの発生が防止され又は抑制された高精度で高画質の画像を得ることができる。
ここでは、櫛歯部をインクガイドの先端の両方の側面に形成したが、片方の側面だけに形成してもよい。
また、上記例のインクガイドは、ヘッド基部の延在する方向に幅の広い平板形状で形成されているが、本発明ではこれに限定されず、角柱や円柱の形状で形成することもできる。このような種々の形状のインクガイドを備えるヘッド基板は、後述するようなナノインプリント法を用いて容易に製造することができる。
図1(A)に示すように、インクジェットヘッド10の吐出口基板16は、絶縁基板32と、ガード電極20と、吐出電極18と、絶縁層34とを有する。絶縁基板32の図中上側の面(ヘッド基板12に対面する側と反対の面)に、ガード電極20と絶縁層34とが順に積層されている。また、絶縁基板32の図中下側の面(ヘッド基板12に対面する側の面)には、吐出電極18が形成されている。
本発明では、このように、吐出口28を、ヘッド基板のガイド基部の延在方向の長さLと、ガイド基部の延在方向に直交する方向の長さDとのアスペクト比(L/D)が1以上の開口(ガイド基部の延在方向を長辺とする形状異方性を有する形状)で形成することで、吐出口28にインクが供給されやすくなる。つまり吐出口28へのインクの粒子供給性を高めることができ、周波数応答性を向上させ、さらに目詰まりも防止することができる。この点については、インク液滴の吐出の作用とともに、後ほど詳細に説明する。
また、吐出電極18は、インク流路30に露出し、インク流路30を流れるインクQと接触している。これにより、インク液滴の吐出性を大幅に向上させることができる。この点については、後に、吐出の作用と共に詳述する。
ガード電極20は、隣接する吐出電極18間における電気力線を遮蔽して、電界干渉を抑制することができ、ガード電極20には所定電圧が印加される(接地による0Vを含む)。図示例においては、ガード電極20は接地されて0Vとされている。
このような絶縁層34を有することにより、隣接する吐出電極18間における電界干渉を好適に防止できると共に、吐出電極18とガード電極20との間で、インクQの色材粒子が被膜化して放電することも防止できる。
ガード電極20を設けないインクジェットヘッドでは、インク液滴の吐出時に、吐出電極18の吐出口側の端部(以下、吐出電極の内縁部という)から生じる電気力線は、吐出電極18の内側、すなわち、吐出電極18の内縁部によって囲まれた領域内に収束して自チャンネルに作用し、インク液滴の吐出に必要な電界を生じさせる。一方、吐出電極18の吐出口側と逆側の端部(以下、吐出電極の外縁部という)から生じる電気力線が、吐出電極18の外縁部よりも更に外側に発散して他チャンネルに影響を及ぼす恐れがあり、これにより電界干渉が発生する恐れがある。
また、他チャンネルへの電気力線を効率的に遮蔽するためには、ガード電極20の矩形状の開口部36の長さ及び幅は、基板平面で見た際に、自チャンネルの吐出電極18の外縁部間の間隔よりも小さくするのが好ましい。すなわち、ガード電極20の内縁部は、自チャンネルの吐出電極18の外縁部よりも、吐出口28に近接(前進)しているのが好ましい。本発明者の検討によれば、この近接量は、5μm以上、特に、10μm以上とするのが好ましい。
上記構成を有することにより、吐出口28からの吐出安定性を十分に確保した上で、隣接するチャンネル間における電界干渉に起因するインク着弾位置のバラツキ等を好適に抑制して、安定して高画質な画像記録を行うことが可能となる。
このような場合にも、自チャンネルの吐出電極18に対して、ガード電極20の内縁部が、吐出電極18の内縁部よりも吐出口28から離間し、吐出電極18の外縁部より吐出口28に近接するように、ガード電極20を形成すればよい。
ここでは、ガード電極20の開口部36の形状を、吐出口28の形状と略同様の形状にしたが、これに限定されるものではなく、隣接する吐出電極18間における電気力線を遮蔽して電界干渉を防止することができれば、任意の形状にすることができる。例えば、円形や楕円形、正方形、ひし形などの形状にすることができる。
以上、インクジェットヘッド10の構造について詳細に説明した。
対向電極24は、インクガイド14の先端部分14aに対向する位置に配置され、接地される電極基板24aと、電極基板24aの図中下側の表面、すなわちインクジェットヘッド10側の表面に配置される絶縁シート24bで構成される。
記録媒体Pは、対向電極24の図中下側の表面、すなわち絶縁シート24bの表面に、例えば静電吸着によって保持されており、対向電極24(絶縁シート24b)は、記録媒体Pのプラテンとして機能する。
その結果、記録媒体Pは負帯電して負の高電圧にバイアスされ、吐出電極18に対する実質的な対向電極として作用し、かつ、対向電極24の絶縁シート24bに静電吸着される。
なお、本発明に用いられる帯電ユニット26の帯電手段としては、スコロトロン帯電器26aに限定されず、コロトロン帯電器、固体チャージャ、放電針などの種々の放電手段を用いることができる。
また、記録媒体Pの対向電極24への静電吸着と、記録媒体Pへの負の高電圧への帯電または対向電極24への負のバイアス高電圧の印加とを別々の負の高電圧源によって行っても良いし、対向電極24による記録媒体Pの保持は、記録媒体Pの静電吸着に限られず、他の保持方法や保持手段を用いても良い。
記録媒体Pの保持手段としては、記録媒体Pの先端と後端とを保持する固定手段、押さえローラ装置等を用いる機械的方法、対向電極24のインクジェットヘッド10と対向する面に、吸引装置と連通する複数の吸引孔を設け、吸引孔からの吸引力によって記録媒体を対向電極に固定する方法等が例示される。
離型板83は、耐熱性を有し、外力によって変形しないような硬度を有していれば種々の材料を用いて構成されることができ、例えば、SUSなどの金属やセラミックスなどの材料から構成されることができる。
金型84は、その凹凸パターンの形成面が樹脂基板82の表面に対して平行になるように、樹脂基板82に対面して配置される。金型84は、後述するように、樹脂基板の表面に対して垂直な方向に移動して、樹脂基板82を所定の圧力で押圧することができる。金型84を樹脂基板82に押し付ける手段としては、例えば、油圧式や空気圧式のプレス機構を用いることができる。
また、金型84の四隅の近傍には、それぞれ、金型84の厚さ方向に貫通する円柱形状の貫通孔85が形成されている。
金型84の四隅近傍の貫通孔85は離型板83と対向しているので、金型84を樹脂基板82に押し付けて密着させたとしても、貫通孔85の内部に、加熱された樹脂が充填されることはない。このように、離型板83は、金型84の貫通孔83に加熱樹脂が充填されることを防止するという機能も有している。
本発明では、このようにプレス抵抗、樹脂基板温度、及び、金型温度に基づいて、プレス条件を自己修正しながら、プレス加工を実行することが好ましい。これにより、アスペクト比が5以上の微細なインクガイドを有するヘッド基板を製造することができる。
また、金型84の温度の検出についても、金型84の表面に温度センサを設置し、その温度センサで金型84の表面の温度を測定することによって行ってもよいし、金型84を加熱するための加熱装置の温度を金型84の温度とみなして加熱装置の加熱部の温度を温度センサで測定することによって行ってもよい。
また、プレス抵抗の検出は、例えば、例えば、金型を支持するための金型支持部材に圧電素子等の圧力センサを設置することにより行うことができる。
このように、本実施形態では、樹脂温度、金型温度、プレス速度及びプレス荷重を制御しながら段階的または連続的に金型84を樹脂基板82に押し込むので、金型84の凹部が微細であってもその凹部に樹脂を確実に且つ十分に充填させることができ、アスペクト比が5以上のインクガイドをヘッド基板本体に容易に形成することができる。
離型冶具86は、図8(E)に示されるように、平板状の本体部87と、本体部87の四隅から少しだけ中央側の位置に形成された4つの脚部88とを備えている。本体部87及び脚部88は、外力によって変形しないような硬度を有していれば種々の材料を用いて構成されることができ、例えば、SUS、NAK、HPM、SKD−61、ATAVAX、PDS、SCM、S55Cなどの金属やセラミックスなどの材料を用いて構成されている。本体部87厚みは金型84よりも薄く、本体部87の長さと幅は、金型84と略同一である。しかし、本発明では、離型冶具86の本体部87の寸法はこれに限定されない。
離型冶具86の脚部88は、それぞれ、金型84の四隅近傍に形成された貫通孔85に挿入可能なように、本体部87の表面に対して垂直に設けられている。脚部88は、全て円柱状の形状を有しており、互いに同じ長さで、金型84の厚みよりも長く形成されている。脚部88は、金型84の貫通孔85に挿入される必要があるので、金型84の貫通孔85の内径よりも若干小さい直径で形成されている。この離型冶具86の脚部88が、離型時に、離型板83を押圧するための押圧部として機能する。
また、離型後、樹脂基板82の表面に密着して配置されている離型板83は、樹脂基板82から除去されても良いし、離型板83を樹脂基板82の表面に残しておき、ヘッド基板の変形を防止するための補強材として利用しても良い。
このような方法によっても、離型時に、樹脂基板82の表面に略垂直に形成されるインクガイドを変形させることなく、樹脂基板82を金型84から離型することができる。
図10に示す離型冶具96は、矩形の板状の本体部97と、その本体部97の表面に対して垂直に設けられた4つの平板状の脚部98とを有する。それぞれの脚部98は、本体部97の表面の外周辺よりも内側に、本体部97の表面の各辺に沿うように設けられている。4つの脚部98は、全て同じ長さで、金型94の厚さよりも長く形成されている。また、脚部98の先端は平坦に形成されている。
また、図10に示す離型冶具96を用いる場合も、金型94と樹脂基板82との間に、図8(B)に示されるような離型板83を介在させて、この離型板を、離型冶具96の脚部98で押圧して、樹脂基板82を金型94から離型させても良い。
また、上記例では、4つの脚部で樹脂基板の表面を押圧したが、別の態様として、互いに対向する2つの脚部だけで樹脂基板の表面を押圧するようにしても良く、樹脂基板の表面又は離型板の表面を均一に押すことができるのであれば、脚部の個数は限定されない。
吐出口基板16は、図1(A)及び(B)に示されるように、インクを吐出するための多数の吐出口が形成された絶縁性材料から形成された絶縁基板である。吐出口基板16の一方の面にはガード電極20が形成され、他方の面の吐出口の周囲に吐出電極18が形成されている。
まず、絶縁基板の上面にガード電極用の金属層を形成する。金属層を形成する方法としては、例えば薄い金属箔を接着剤により貼り付ける方法、CVD(Chemical Vapor Deposition)等の蒸着法、スパッタ法などの既に知られた成膜方法が挙げられる。
金属層には、例えば、銅、銀、金等の材料を用いることができる。
次いで、金属層上に、フォトリソグラフィ技術により、吐出電極に対応したパターンを有するマスクを形成する。そして、マスクを介してエッチング処理を行って金属層を部分的に除去した後、マスクを除去する。こうして、絶縁基板の下面に吐出電極を形成する。
サンドブラスト装置により絶縁基板に貫通孔を形成する場合は、貫通孔に相当する領域以外の領域が金属で覆われるような金属マスク層を形成し、この金属マスク層を介してサンドブラスト装置により研磨材を噴射する方法を適用することができる。研磨材には、例えば、アルミナや炭化ケイ素等を用いることができ、研磨材の粒度としては、5〜60μmが好適である。貫通孔の形状や寸法を変更するには、金属マスク層の形状や寸法を変更させればよい。
以上のようにして、図1に示す構造を有する吐出口基板16を作製することができる。
12 ヘッド基板
14 インクガイド
14a 先端部分
16 吐出口基板
18 吐出電極
20 ガード電極
24a 電極基板
24b 絶縁層
26b 高圧電源
28 吐出口
32 絶縁基板
34 絶縁層
42 開口部
44 ガイド基部
46 本体部
48 突起片
62 インクガイド
62a 先端部
64 本体部
68 切欠部
70 歯部
82 樹脂基板
84、94 金型
85、95 貫通孔
86、96 離型冶具
87、97 本体部
88、98 脚部
98a 先端
M、M1、M2 メニスカス
P 記録媒体
Q インク
Claims (10)
- 複数の微細な凹部又は凸部が形成された構造を有する樹脂成形品を製造するための製造方法であって、
前記樹脂成形品の凹部又は凸部とは逆の形状を有する金型と樹脂材料とを加熱する加熱工程と、
加熱された前記樹脂材料に前記金型を押し付けるプレス工程と、
前記樹脂材料を冷却して硬化させる工程と、
前記金型と密着している側の、前記凹部又は凸部が形成される領域以外の前記樹脂材料の表面を、直接的又は間接的に、前記金型に形成されている貫通孔を介して押圧部材で押圧して、硬化した前記樹脂材料を離型する離型工程とを含む樹脂成形品の製造方法。 - 前記プレス工程は、前記樹脂材料の表面の前記凹部又は凸部が形成される領域以外の領域に一定の厚みを有する離型板を介在させた状態で前記金型を前記樹脂材料に押し付けることを含み、
前記離型工程は、前記離型板を前記押圧部材で押すことによって前記樹脂材料を離型する請求項1に記載の樹脂成形品の製造方法。 - 前記押圧部材に前記離型板が固定されている請求項2に記載の樹脂成形品の製造方法。
- 更に、前記金型の温度、前記樹脂材料の温度、及び、前記金型を前記樹脂材料に押し付けたときに前記金型が前記樹脂材料から受ける抵抗力の少なくとも一つを検出する検出工程と、
前記検出工程において検出された値に基づいて前記プレス条件を修正するプレス条件修正工程とを含む請求項1〜3のいずれか一項に記載の製造方法。 - 前記プレス条件は、プレス速度、プレス荷重、前記金型の温度及び前記樹脂材料の温度からなる群から選択される少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項4に記載の樹脂成形品の製造方法。
- 前記凸部の高さ又は前記凹部の深さをH、前記凸部の厚さ又は前記凹部の短手方向の長さをWとしたときに、それらの比H/Wが、2以上50以下であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の樹脂成形品の製造方法。
- 前記樹脂材料は、非結晶性の熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の樹脂成形品の製造方法。
- 前記樹脂成形品が、インクを吐出するための複数の吐出口が形成された吐出口基板を有するインクジェットヘッドの構成部品であり、前記吐出口基板に対向して配置され、前記複数の吐出口にそれぞれインクを導くための細長い平板状のインクガイドを複数有する基板であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の製造方法。
- インクを液滴として吐出するインクジェットヘッドの製造方法であって、
請求項8に記載の製造方法により製造される、インクガイドを複数有する基板に、インクを吐出するための複数の吐出口が形成された吐出口基板を、前記インクガイドの先端が前記吐出口に挿入されるように配置することを含むインクジェットヘッドの製造方法。 - 請求項9に記載の製造方法により製造されるインクジェットヘッド。
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