JP2008221856A - インクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インクによるノズル孔の目詰まりを低減でき、かつ、ノズル孔内のインクの濡れ性を確保できるインクジェットヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】ノズル孔１３を有するノズルプレート２９に、印字面と反対側からプレス加工をすることによって、印字面側の開口１３ａの周縁から当該開口１３ａの内側に向かって突出するバリ１３ｂが残るように、貫通状のノズル孔１３を形成する。ノズルプレート２９の印字面と反対側の面からレジスト５１を塗布してノズル孔１３の内部に当該レジスト５１を充填する。ノズルプレート２９の印字面側の面に研磨加工を施すことによって、バリ１３ｂを除去する。
【選択図】図５

Description

本発明は、インクを印字面に噴射することで所望の画像を形成するインクジェット記録装置のインクジェットヘッドの製造方法に関する。

従来から、エッチング等で予め空間を形成してある複数枚の薄い平板を複数枚積層・接着することで、前記の空間同士を接続し、マニホールド流路や圧力室やノズル孔などのインク流路を内部に形成する構成としたインクジェットヘッドの技術は公知となっている。

そして、このインクジェットヘッドを構成するプレートのうち前記ノズル孔を形成してあるプレート（ノズルプレート）について、噴射されたインクが当該ノズルプレートに付着するのを防止すべく、その印字面と対向する面に撥水性のメッキ膜を形成したものも知られている。

特開平９−７６４９２号公報（図１）

ここで、ノズル孔から噴射されたインクがノズルプレートに付着するのを確実に防止したいという観点からは、前記メッキ膜がノズル孔の開口のキワのぎりぎりにまで形成され、ノズル孔の開口部分でインクが濡れて留まることを防止できることが望ましい。
しかしながら、上述のようにメッキ膜が開口のキワ位置まで形成されるようにメッキ処理をコントロールすることは困難であった。特に、高画質化の要請からノズル孔の小径化・高集積化が進展している近時の状況においては、安定して開口のキワのぎりぎりまでメッキ膜を形成させることは極めて困難とされていた。

なお、上記見地から、ノズルプレートの表面に形成してある前記メッキ膜を、前記開口からノズル孔の内面にまで積極的に入り込ませる構成としたインクジェットヘッドも公知とされている。確かにこの構成によれば、ノズル孔の開口周囲にインク液滴が付着して濡れて留まることを回避できることになる。
しかしながらこの構成では、撥水メッキ膜がノズル孔内部にまで形成されているために、当該ノズル孔の内部でのインクの濡れ性が低下し、例えばノズル孔の部分にインクの良好なメニスカスを安定して形成できなくなるという問題がある。

本発明は以上の点に鑑みてされたものであり、その目的は、インクによるノズル孔の目詰まりを低減でき、かつ、ノズル孔内のインクの濡れ性を確保できるインクジェットヘッドの製造方法を提供することにある。

本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、インクジェット記録装置に備えられる、印字面にインクを噴射するためのインクジェットヘッドの製造方法であって、当該インクジェットヘッドの一部を構成するノズルプレートに、前記印字面と反対側からプレス加工をすることによって、前記印字面側の開口端の周縁から当該開口の内側に向かって突出する突出部が残るように、貫通状のノズル孔を形成する第一工程と、前記ノズルプレートの前記印字面と反対側の面にレジストを塗布するとともに、前記第一の工程で形成された前記ノズル孔の内部に当該レジストを充填する第二工程と、前記ノズルプレートの前記印字面側の面に研磨加工を施すことによって、前記突出部を除去し、前記ノズル孔の前記開口端を露出させる第三工程と、前記ノズルプレートの前記印字面側の面に撥水メッキを施す第四工程と、前記ノズルプレートから前記レジストを剥離して除去する第五工程とを備えていることを特徴とする。

本発明によると、ノズルプレートの印字面側の面に撥水メッキが施されているので、ノズル孔から噴射されるインクがノズルプレートに付着してノズル孔が詰まることを防止できる。また、撥水メッキがノズル孔の内部に入り込んでいないから、ノズル孔内部のインクの濡れ性が確保され、インクの噴射もスムーズである。

さらに、ノズルプレートにノズル孔を貫通孔として形成し、それからノズル孔の内部にレジストを充填するので、充填時にノズル孔内の空気を抜くことが容易で、レジストによるマスキングをスムーズかつ確実に行える。
また、レジスト充填時にレジストをノズル孔から意図的にハミ出させ、その後のノズルプレートの印字面側の面を研磨加工することで当該ハミ出したレジストを除去する方法を用いるので、ノズル孔の内部を、ノズルプレートの印字面側の面との境界のキワまで、レジストにより確実にマスキングできる。従って、ノズルプレートの印字面側の面の撥水メッキを、そのノズル孔の開口部のキワまで形成できる。この結果、インクによるノズル孔の目詰まりを確実に防止できる。
更には、前記研磨加工によって、ハミ出したレジストを除去するとともにプレス加工によって生じたバリを取ることが可能であるので、作業を合理化でき、製造工数を低減させることができる。

本発明においては、前記第三工程において、前記充填されたレジストが、前記ノズルプレートに係る前記印字面側の面と面一となるように研磨加工が施されることが好ましい。

また、本発明においては、前記第一工程において、前記ノズル孔を、前記印字面側に近づくにつれて細くなるように形成することが好ましい。

さらに、本発明においては、前記第四工程において、前記印字面側の面に形成したニッケル膜を介して前記撥水メッキを施すことが好ましい。

加えて、本発明においては、前記ニッケル膜が、前記撥水メッキを施すに先立って形成された、ストライクＮｉメッキ及びスルファミン酸Ｎｉメッキのいずれかであることが好ましい。

ノズルプレートにノズル孔を貫通孔として形成し、それからノズル孔の内部にレジストを充填するので、充填時にノズル孔内の空気を抜くことが容易で、レジストによるマスキングをスムーズかつ確実に行える。
また、レジスト充填時にレジストをノズル孔から意図的にハミ出させ、その後のノズルプレートの印字面側の面を研磨加工することで当該ハミ出したレジストを除去する方法を用いるので、ノズル孔の内部を、ノズルプレートの印字面側の面との境界のキワまで、レジストにより確実にマスキングできる。従って、ノズルプレートの印字面側の面の撥水メッキを、そのノズル孔の開口部のキワまで形成できる。この結果、インクによるノズル孔の目詰まりを確実に防止できる。
更には、前記研磨加工によって、ハミ出したレジストを除去するとともにプレス加工によって生じたバリを取ることが可能であるので、作業を合理化でき、製造工数を低減させることができる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るインクジェット記録装置（インクジェットプリンタ）の全体的な構成を示した側面図である。
図２はインクジェットヘッドが並べて設けられた状態を示す底面図、図３はインクジェットヘッドの側面拡大図である。図４は、流路ユニット内のインク流路を示す、インクジェットヘッド本体の断面図である。

図１には、本実施形態のインクジェットヘッド２を四つ備えるカラーインクジェットプリンタ（インクジェット記録装置）１の概略構成が示される。このプリンタ１は、図中左方に給紙部１１が、図中右方に排紙部１２が、それぞれ構成され、給紙部１１から排紙部１２に向かって流れる用紙搬送経路が装置内部に形成されている。

上記用紙搬送経路の具体的な構成を説明する。
前記給紙部１１のすぐ下流側には用紙送りローラ５・５が備えられて、画像記録媒体たる用紙を図中左方から右方へ送るように構成されている。用紙搬送経路の中間部においては、二つのベルトローラ６・７と、両ローラ６・７間に掛け渡されるように巻回されたループ状の搬送ベルト８を備える。搬送ベルト８の外周面（搬送面）にはシリコーン処理が施されており、前記送りローラ５・５によって搬送されてくる用紙を、搬送ベルト８上側の搬送面にその粘着力により保持させながら、一方のベルトローラ６の駆動によって下流側（右方）に向けて搬送できるようになっている。
なお、符号９は押さえ部材であって、搬送ベルト８上の用紙が搬送面から浮かないように、搬送ベルト８の搬送面に用紙を押し付けて搬送面上に確実に粘着させるためのものである。

搬送ベルト８の図中右方には剥離機構１０が設けられており、搬送ベルト８の搬送面に粘着されている用紙を当該搬送面から剥離して、右方の排紙部１２へ向けて送るように構成されている。

プリンタ１のインクジェットヘッド２は、四色のインク（マゼンタ，イエロー，ブルー，ブラック）に対応して、用紙搬送方向に沿って四つ並べて設けられている。インクジェットヘッド２はその下面側から見た図である図２に示すように、用紙搬送方向に垂直な長手方向を有する細長い長方形状とされるとともに、その下面に取り付けられるヘッド本体１８には、インクを下方に向けて噴射するための微小径のノズル孔１３を多数並べて形成している。
インクジェットヘッド２は、その下面が前記搬送ベルト８の搬送面との間に少量の隙間を形成しながら配置されており、この隙間部分に用紙搬送経路が形成されている。この構成で、搬送ベルト８上を搬送される用紙は四つのインクジェットヘッド２のヘッド本体１８のすぐ下方側を順に通過し、この用紙の上面（印字面）に向けて前記ノズル孔１３から各色のインクを噴射することで、所望のカラー画像を形成できるようになっている。

インクジェットヘッド２の部分の側面拡大図が図３に示され、このインクジェットヘッド２は、プリンタ１側に設けられている適宜の部材１４に対し、ホルダ１５を介して取り付けられる。このホルダ１５は、側面視で垂直部１５ａと水平部１５ｂとを有する逆「Ｔ」字状に形成されており、垂直部１５ａがネジ１６によりプリンタ本体側に取り付けられる一方で、水平部１５ｂの下面には、スペーサ部材４０を介して、ベースブロック１７及びヘッド本体１８を固定する構成となっている。
ベースブロック１７は図３に示すように平板積層構造とされ、その内部には、図示せぬインク供給源からヘッド本体１８のインク供給口１８ａへインクを導くためのインク流路１７ａが形成されている。

次に、インクジェットヘッド２の主要部をなすヘッド本体１８の構成を説明する。
ヘッド本体１８は、多数の圧力室や前記ノズル孔１３が形成された流路ユニット２０と、その上面に並べて接着される複数の台形平板状のアクチュエータユニット１９と、によりなる。
流路ユニット２０は図４に示すように、九枚のステンレス製の薄い平板２１〜２９を積層した構造とされている。上から数えて第５〜第７層の平板２５〜２７に跨るようにしてマニホールド流路３０が形成され、この流路３０が前述のインク供給口１８ａに連通している。直ぐ上に位置する第４層の平板２４には連絡孔３１が形成され、この連絡孔３１が、第３層の平板２３に形成された絞り部３２に接続している。

絞り部３２は、第２層の平板２２に形成された連通孔３３を介して、第１層の平板２１に形成される圧力室３４の一端に連通する。この圧力室３４は、上記のアクチュエータユニット１９の駆動を受けてインクに圧力を与えるためのものであり、多数のノズル孔１３のそれぞれに対応して一つずつ設けられている。圧力室３４の他端は、第２〜第８層の平板に貫通して形成したノズル連絡孔３５を介して、第９層の平板（ノズルプレート）２９に形成されたノズル孔１３に接続されている。

以上の構成でインクは、前記インク供給源からベースブロック１７内のインク流路１７ａを経由し、前述のインク供給口１８ａから導入され、流路ユニット２０内のマニホールド流路３０に至る。そして、連絡孔３１から絞り部３２・連通孔３３を経由して圧力室３４に供給されたインクは、後述のアクチュエータユニット１９の駆動によって圧力を付与され、ノズル連絡孔３５を経由してノズル孔１３に至り噴射される。

なお、前述のマニホールド流路３０や圧力室３４や絞り部３２や孔３１・３３・３５等は、各平板２１〜２８にエッチングで形成されており、またノズルプレート２９のノズル孔１３はプレス加工により形成されている。

アクチュエータユニット１９についてその概略を説明する。このアクチュエータユニット１９は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミック材料からなる薄い圧電シートを複数枚重ねるとともに、薄いＡｇ−Ｐｄ系の金属材料からなる電極膜を圧電シート間に介在させることで、前記圧力室３４のそれぞれに対応して活性部が一つずつ形成される構成となっている。
この構成において、対となる電極間に電位差が与えられることで、当該活性部の部分が前記圧力室３４側に凸となるように変形する。この結果、圧力室３４の容積が縮小されて、圧力室３４内部のインクに噴射のための圧力が与えられる。

図４に示すように、アクチュエータユニット１９の上面にはフレキシブルフラットケーブル４１の一端が接着されており、このケーブル４１は図３に示すようにヘッド本体１８から引き出されて、屈曲されながら上側に延出されている。このフレキシブルフラットケーブル４１内の導線を介して、前記アクチュエータユニット１９の前述の電極が、印字制御のための図示しないドライバＩＣと電気的に接続される。
なお、符号４２はヘッド本体１８の側部を覆うように盛られたシリコーン系の接着剤であり、フレキシブルフラットケーブル４１が引き出される部分で強く屈曲されないよう保護するとともに、アクチュエータユニット１９の部分にインク等が侵入するのを防止する役割を果たす。

次に、上述のノズルプレート２９に撥水メッキを形成する方法を説明する。
即ち、本実施形態のノズルプレート２９には、その前記印字面と対向する側の面（印字面に近い側の面）に撥水メッキが施されており、このメッキ膜をノズル孔１３の開口ぎりぎりまで形成している結果、噴射されたインクが開口部分で濡れて留まってノズル孔１３の目詰まりの原因となることを回避しているのである。
以下に、上記撥水メッキを形成する方法を示す。なお、以下の方法は、他の平板２１〜２８と相互に積層・接着される前の段階のノズルプレート２９に対し行われるものである。

図５を参照しながら説明する。
図５はノズルプレートに撥水メッキ膜を施す方法を説明した図である。

（１）この方法においては先ず、図５（ａ）に示すように、先細状の突起を多数有する型５０を用いて、ノズルプレート２９に対し印字面側と反対側からプレス加工を行う。これにより同図（ｂ）に示すように、印字面側に近づくにつれて徐々に細くなる形状の前記ノズル孔１３が、ノズルプレート２９に形成される。
なお、このときにノズル孔１３が上下方向に貫通状に形成されることとなるように（即ち、プレス加工の段階で、ノズル孔１３がノズルプレート２９の印字面側の面に開口１３ａを形成することとなるように）、前記型の形状等を設定しておく。

（２）次に、レジストによるマスキングが行われる。
このマスキング工程においては、先ず、ノズルプレート２９を適宜のアルカリ溶液に浸漬して脱脂する。その後に図５（ｃ）に示すように、ノズルプレート２９に対し、印字面と反対側の面から熱乾燥型のレジスト５１をバーコート法で塗布する。
そして、この塗布と同時に当該レジストがノズル孔１３の内部に充填され、かつ、ノズル孔１３がノズルプレート２９の印字面側に形成する開口１３ａから前記レジスト５１が印字面側へハミ出して突出するように、バーコートの塗工速度やレジストインクの粘度・量などが調整されている。なお、ノズル孔１３は前述のとおり貫通状に形成されているので、レジスト充填時にはノズル孔１３内部の空気が開口１３ａを介して抜ける形となるから、レジスト５１のノズル孔１３内部への充填は容易である。
レジスト５１の塗布後は、ノズルプレート２９を１００℃以上の高温の環境に数分程度おいて、レジスト５１を乾燥硬化させる。

（３）続いて、ノズルプレート２９の印字面側の面にラップ加工（研磨加工）を施す。
これによって図５（ｄ）に示すように、前述のプレス加工によって生じたバリ１３ｂが除去されて前記開口１３ａの形が整えられるとともに、同時に、ノズル孔１３の当該開口１３ａから印字面側へ突出していたレジスト（図５（ｃ）に符号５１ａで示す部分）も併せて除去される。
このように、レジスト５１の突出した部分５１ａをノズルプレート２９の印字面側の面を研磨することで除去する方法を採ることで、レジスト５１は図５（ｄ）に示すように、当該ノズルプレート２９の印字面側の面と面一となるように削られることになる（レジスト５１の削られた面を符号５１ｂで示す）。
即ち、レジスト５１がノズル孔１３の開口１３ａから引っ込んだ状態となったり、逆に開口１３ａから印字面側へ突出した状態となったりすることもない。従って、ノズル孔１３の内面はレジスト５１によってその開口１３ａのキワぎりぎりまでマスキングされると同時に、ノズルプレート２９の印字面側の面は、前記開口１３ａのキワぎりぎりまで露出されることになる。

（４）そして、ノズルプレート２９の印字面側の面に撥水メッキが施される。
この工程では先ず最初に、硝酸水溶液にノズルプレート２９を浸漬して酸活性化処理を施し、次にストライクＮｉメッキが施される。これは、ステンレス製のノズルプレート２９に対し、後述する撥水メッキ膜の密着性を向上させるためのものである。なお、必要に応じて、スルファミン酸Ｎｉメッキも併せて施される。
そして、Ｎｉ−ＰＴＦＥ（Poly Tetra Fluoro Ethylene）よりなる撥水メッキを施し、図５の（ｅ）に示すように、膜厚０．５〜３μｍのメッキ膜５２をノズルプレート２９の印字面側の面に形成する。

なお、ノズルプレート２９の印字面と反対側の面や、前記ノズル孔１３の内面は、前述のレジスト５１によってマスキングされているので、これらの箇所には撥水メッキ膜５２は形成されない。
このようにマスキングを行うのは、ノズルプレート２９の印字面との反対側の面に撥水メッキ膜が形成されていると、この面に接着剤を塗布して他の板（具体的には、第８層の平板２８）と貼り合わせた際に、十分な接着力を得られないおそれがあるためである。また、ノズル孔１３の内面に撥水メッキ膜が形成されると、ノズル孔１３の内面のインクの濡れ性が大幅に低下して、例えばノズル孔１３の部分に良好なインクメニスカスを安定的に形成できない等の悪影響が考えられるからである。

そして前記（３）の部分（図５（ｄ））で述べたように、レジスト５１はノズル孔１３内面の開口１３ａのキワぎりぎりまで形成されると同時に、ノズルプレート２９の印字面側の面は、その開口１３ａのキワぎりぎりまで露出される。そして、前述の撥水メッキ膜５２はその露出部分に形成される形となるから、結局、図５の（ｅ）に示すように、撥水メッキ膜５２をノズル孔１３の開口１３ａのキワぎりぎりまで、かつ、ノズル孔１３の内面まで入り込むことなく形成できるのである。
従って、ノズル孔１３から噴射されたインク液滴が、当該開口１３ａのキワ部分に付着し留まることが確実に防止される。この結果、インクによるノズル孔１３の目詰まりを防止でき、記録画質の低下を防止できメンテナンス性に優れたインクジェットヘッドとすることができる。また一方で、撥水メッキ膜５２がノズル孔１３の内部に入り込んでいないから、ノズル孔１３内部のインクの濡れ性が確保され、インクの噴射もスムーズである。

（５）次に、ノズルプレート２９を水酸化ナトリウム水溶液に浸漬して１０分程度放置することで、前述のレジストをノズルプレート２９から剥離して除去する。なお、レジスト５１の確実な剥離・除去という観点からは、ノズルプレート２９は水酸化ナトリウム水溶液中で超音波振動されることが望ましい。

（６）最後にノズルプレートを３００〜４００℃の高温で加熱処理した後、超音波水洗又は流水洗が行われ、ノズル孔１３の内部などに残留するレジスト等の異物を押し流して除去する。
以上によりノズルプレート２９が図５（ｆ）に示すように完成し、このノズルプレート２９を他の平板２１〜２８と積層接着させることで、前述の流路ユニット２０が構成される。

以上に実施形態を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
例えば、前記の実施形態において、撥水メッキ処理はＮｉ−ＰＴＦＥメッキ処理としているが、撥水性を有する膜をノズルプレート２９上に形成できるものである限り、その方法は限定されない。

本発明の一実施形態に係るインクジェット記録装置（インクジェットプリンタ）の全体的な構成を示した側面図。 インクジェットヘッドが並べて設けられた状態を示す底面図。 インクジェットヘッドの側面拡大図。 流路ユニット内のインク流路を示す、インクジェットヘッド本体の断面図。 ノズルプレートに撥水メッキ膜を施す方法を説明した図。

符号の説明

２ インクジェットヘッド
１３ ノズル孔
１３ａ ノズル孔の開口
２０ 流路ユニット
２９ ノズルプレート
５１ レジスト
５２ 撥水メッキ膜

Claims (5)

1. インクジェット記録装置に備えられる、印字面にインクを噴射するためのインクジェットヘッドの製造方法であって、
   当該インクジェットヘッドの一部を構成するノズルプレートに、前記印字面と反対側からプレス加工をすることによって、前記印字面側の開口端の周縁から当該開口の内側に向かって突出する突出部が残るように、貫通状のノズル孔を形成する第一工程と、
   前記ノズルプレートの前記印字面と反対側の面にレジストを塗布するとともに、前記第一の工程で形成された前記ノズル孔の内部に当該レジストを充填する第二工程と、
   前記ノズルプレートの前記印字面側の面に研磨加工を施すことによって、前記突出部を除去し、前記ノズル孔の前記開口端を露出させる第三工程と、
   前記ノズルプレートの前記印字面側の面に撥水メッキを施す第四工程と、
   前記ノズルプレートから前記レジストを剥離して除去する第五工程とを備えていることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
2. 前記第三工程において、前記充填されたレジストが、前記ノズルプレートに係る前記印字面側の面と面一となるように研磨加工が施され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の製造方法。
3. 前記第一工程において、前記ノズル孔を、前記印字面側に近づくにつれて細くなるように形成することを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
4. 前記第四工程において、前記印字面側の面に形成したニッケル膜を介して前記撥水メッキを施すことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。
5. 前記ニッケル膜が、前記撥水メッキを施すに先立って形成された、ストライクＮｉメッキ及びスルファミン酸Ｎｉメッキのいずれかであることを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッドの製造方法。

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