JP3438797B2 - インクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インク滴を噴射し
て記録を行うインクジェットヘッドの製造方法に関す
る。近年、コンピュータやワードプロセッサの汎用化に
伴い、これら電子機器の出力装置の一つであるプリンタ
が数多く使用されており、このプリンタの一つにインク
ジェットプリンタが普及してきている。そして、インク
ジェットプリンタに搭載されるインクジェットヘッドに
おける印字品質の向上、低コスト化が要求されている。

【０００２】

【従来の技術】図７に、インクジェットプリンタの全体
の概念図を示す。図７に示すインクジェットプリンタ１
１は、回転駆動される搬送手段であるプラテンロール１
２が外面の半周に巻き付けられた記録紙１３を用紙送り
するもので、プラテンロール１２の軸方向と平行に２本
のステーシャフト１４ａ，１４ｂが固定される。このス
テーシャフト１４ａ，１４ｂに摺動自在にキャリッジ１
５が設けられて往復駆動される。このキャリッジ１５上
にインクジェットヘッドユニット１６がインク滴を吐出
するノズルを記録紙１３側に向かって配置されて構成さ
れる。そして、インク供給手段としてのインク溜まり１
７よりチューブ１８を介してインクジェットヘッドユニ
ット１６にインクが供給されるものである。

【０００３】そこで、図８に、従来のインクジェットヘ
ッドの分解斜視図を示す。図８に示すインクジェットヘ
ッド２１は、複数配列されて上記インクジェットヘッド
ユニット１６を構成するもので、部品ごとに分解して示
しており、金属又はヤング率が１×１０¹⁰Ｐａ程度以上
のプラスチック等のような剛性の高い部材（例えば感光
性フィルム）で形成された長方形状の外壁２２に囲まれ
て、圧力室２３が形成されている。

【０００４】圧力室２３内には、インク供給口２４から
インク液が充填され、その前面側（図において上方）に
は、ノズル孔２５が穿設されたノズル板２６が接合され
ている（後述する）。ノズル孔２５は、外方の印字部
（図示せず）に向いており、圧力室２３内のインク液が
ノズル孔２５からインク滴となって印字部に向かって吐
出される。

【０００５】圧力室２３の裏面側には、例えばヤング率
が１×１０⁵ 〜１×１０⁹ Ｐａ程度のゴム又は樹脂等か
らなる弾力性のあるパッキング２７を間に挟み込んで、
弾性変形可能な加圧板２８が配置されている。加圧板２
８は長方形状に形成されて全面で圧力室２３に面してお
り、長手方向の両端部において、細いリブ２９によって
支持体３０に連結されている。それと直角の方向では自
由端になっている。

【０００６】その加圧板２８の裏面には、電圧が印加さ
れると変形するピエゾ素子３１が密着して配置されてい
る。加圧板２８に対するピエゾ素子３１の当接面は長方
形であり、その長手方向は加圧板２８の長手方向と一致
している。３２は電極である。

【０００７】続いて、図９に、図８のインクジェットヘ
ッドの説明図を示す。図９（Ａ）に示すように、インク
ジェットヘッド２１におけるピエゾ素子３１に電圧を印
加することにより、ピエゾ素子３１が収縮して加圧板２
８が下方に膨らむように弾性変形する。

【０００８】加圧板２８はリブ２９によって支持体３０
に連結されているが、リブ２９の幅を狭く形成してある
ので、大きく撓むことができ、下方にほぼ平行移動す
る。この動作によって、インク供給口２４から圧力室２
３内へインク液が吸い込まれる。

【０００９】そこで、ピエゾ素子３１に対する印加電圧
をゼロにすると、ピエゾ素子３１が弾性で元の位置に戻
り、それによって加圧板２８が圧力室２３側に押されて
元の位置に戻る。この動作によって、圧力室２３内のイ
ンク液が、ノズル孔２５から印字部へインク滴となって
噴射される。

【００１０】ここで、ノズル板２６は、セラミック板、
金属板、高分子樹脂板等にプレス加工、レーザ加工、エ
ッチング加工、モールド加工等の工程を経てノズル孔２
５となる開口部が形成されたものである。例えば図９
（Ｂ）に示すように、金属板２６ａにプレス加工を施し
て円錐形とするテーパ部２６ｂと円筒形を有するスレー
ト部２６ｃとを形成している。そして、スレート部２６
ｃの先端におけるノズル孔２５の開口部分に撥水層２６
ｄが形成されている。

【００１１】ところで、上述の撥水層２６ｄは、インク
飛翔方向の安定化からノズル孔２５の周辺にインクが不
均一に残らないようにするために形成されるものであ
る。インク飛翔の安定化という点ではノズル孔２５の周
辺を親水化して一様に濡れるようにする方法もあるが、
ノズル板２６のクリーニング性から撥水層２６ｄを形成
する方が有利である。

【００１２】しかしながら、撥水処理を行う際に、撥水
剤によるノズル孔２５の目詰まりやノズル孔径のばらつ
きを生じるという問題がある。すなわち、ノズル孔２５
の断面積とインクの流速、流量との関係がｖ＝Ｖ／Ｓ
（ｖはインク流速（ｍ／Ｓ）、Ｖはインク流量（ｍ³ ／
Ｓ）、Ｓはノズル断面積（ｍ² ））で表わされ、流量Ｖ
が各ノズル孔２５を同一とした場合にノズル断面積Ｓと
インク流量Ｖは反比例する結果、ノズル孔径のばらつき
（すなわちノズル断面積の変化）はインク流速ｖの変化
を生じさせるものである。

【００１３】従って、印字品位よりインク速度ｖのばら
つきの許容量は±６％であり、ノズル孔径のばらつきを
±３％以内に抑える必要がある。そこで、ノズル孔２５
に目詰まりを生じさせることなく、開口部分に撥水処理
を行う方法として、例えば特開平６−８７２１６号公報
に示されているように、ベースとしてのプラスチック上
にフッ素重合体を含有する部材で例えば共析メッキによ
りコーティングを施し、エキシマレーザで開口部上のコ
ーティング部分を除去してノズル孔２５を形成すること
が知られている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のように
ノズル板２６を加工する際にノズル開口部分にバリが発
生することから、このバリを除去するために研磨等の後
加工を行うが、研磨によってノズル開口部分の内部にバ
リが発生し、さらにこれをも除去するために研磨工程で
高精度な作業が要求されてコスト高になるという問題が
ある。

【００１５】また、撥水層２６ｄを形成する際に、層厚
を厚くするとノズル開口部にだれ込み２６ｄ₁ を生じて
寸法精度を低下させ、インクの飛翔特性に影響を及ぼ
し、印字品位を低下させる原因となる。一方、層厚を薄
くすると部分的な剥離や撥インク性能の低下を生じてイ
ンク飛翔の安定性が損われるという問題がある。

【００１６】さらに、上記エキシマレーザでノズル孔２
５を形成するために加工性からノズル板２６のベースに
プラスチックを用いると、ヘッドの高集積化、印字速度
の高速化に伴う単位面積当たりの荷重が増加してピエゾ
素子３１に対して剛性不足となる。これは、ノズル孔２
５から噴射されたインク粒子体積とその飛翔速度がそれ
ぞれ外壁２２を介して伝達された変位体積と圧力によっ
て決定されることから、ヘッド剛性が不足すると圧力損
失のために効率よくインク粒子を発生させることができ
なくなるという問題がある。

【００１７】例えば、インクを加圧する手段としてピエ
ゾ素子（圧電素子）３１を用いる場合の一般的な条件、
すなわちノズル板２６の加圧される面が１×0.2 mm² ，
加圧圧力が１ＭＰａで１６０plのインクを加圧させるた
めの変位を生じさせる条件において、ヤング率４×１０
⁹ Ｐａのプラスチックのノズル板２６では1.1 μm の変
位で約７０plの体積変化を生じるもので、約４４％の圧
力損失を生じることになる。

【００１８】そこで、本発明は上記課題に鑑みなされた
もので、インク飛翔の安定性による印字品位の向上を図
り、ノズル加工性よりコスト低下を図るインクジェット
ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１では、インク液が充填される圧力室の一方
にノズル孔が形成されたノズル板が設けられ、他方に変
形自在な加圧板が設けられ、アクチュエータにより該加
圧板を変形させて該ノズル孔よりインク滴を噴射させる
インクジェットヘッドの製造方法において、前記ノズル
板に前記ノズル孔を所定数形成する工程と、形成した該
ノズル孔内にレジスト部材を充填する工程と、該ノズル
板の表面の少なくとも該ノズル孔周辺を研削して充填し
た該レジスト部材を突出させる工程と、該ノズル板の該
レジスト部材を突出させた表面上に表面処理層を形成す
る工程と、該ノズル孔に充填したレジスト部材を除去す
る工程と、を含んでインクジェットヘッドが製造され
る。

【００２０】請求項２では、請求項１記載のインクジェ
ットヘッドの製造方法において、前記レジスト部材は耐
腐食性高分子樹脂が使用される。

【００２１】請求項３では、請求項２記載のインクジェ
ットヘッドの製造方法において、前記耐腐食性高分子樹
脂として感光性樹脂フィルム又は低弾性率とする部材が
含有された感光性樹脂フィルムが使用される。

【００２２】請求項４では、請求項１記載のインクジェ
ットヘッドの製造方法において、前記ノズル板の研削を
化学的研削又は物理的研削により行う。請求項５では、
請求項１記載のインクジェットヘッドの製造方法におい
て、前記表面処理層が、フッソ系高分子樹脂又はシリコ
ン系高分子樹脂の撥インク性物質からなる微粒子を含有
する共析めっきで形成される。

【００２３】請求項６では、インク液が充填される圧力
室の一方にノズル孔が形成されたノズル板が設けられ、
他方に変形自在な加圧板が設けられ、アクチュエータに
より該加圧板を変形させて該ノズル孔よりインク滴を噴
射させるインクジェットヘッドの製造方法において、前
記ノズル板を形成する基板に前記ノズル孔を形成する工
程と、該基板のインク滴噴出側の表面に、該基板よりレ
ーザ研削のレーザエネルギ密度しきい値の小な撥インク
性の部材で表面処理層を形成する工程と、該ノズル孔内
に入り込んだ該表面処理層の部材を該基板のインク供給
側よりレーザを照射することにより除去する工程と、を
含んでインクジェットヘッドが製造される。

【００２４】請求項７では、請求項６記載のインクジェ
ットヘッドの製造方法において、前記レーザによる前記
表面処理層の開口部は、前記ノズル孔の穴径より略３％
の範囲内で小なる径で形成される。

【００２５】請求項８では、請求項６記載のインクジェ
ットヘッドの製造方法において、前記基板のノズル孔内
に、該基板より前記レーザ研削のレーザエネルギ密度し
きい値の小の部材が充填された後に、該レーザによる前
記表面処理層に前記インク滴を噴射するノズル孔が形成
される。

【００２６】上述のように請求項１乃至５の発明では、
ノズル板に形成したノズル孔内に例えば感光性フィルム
等の耐腐食性高分子樹脂などのレジスト部材を充填し、
化学的又は物理的な研削でレジスト部材を突出させた
後、表面処理層を形成してレジスト部材を除去する。こ
れにより、表面処理層のノズル孔への入り込みを３％の
範囲内に抑制して形成することが可能になると共に、従
来のバリ除去の工程が省略されて加工コストを低下さ
せ、低コスト化を図ることが可能となる。

【００２７】請求項６または７の発明では、基板にノズ
ル孔を該基板のインク供給側よりレーザを照射すること
により、表面処理層に例えばノズル孔の穴径より略３％
の範囲内で小の開口部を最終的に形成する際に、基板を
表面処理層よりレーザ研削のレーザエネルギ密度しきい
値の大なる部材を用いる。これにより、基板を損傷させ
ずにノズル形成が可能となってインク粒子の飛翔速度、
噴射量、飛翔方向が安定され、印字品位の向上を図るこ
とが可能となる。 請求項８の発明では、請求項６記載の
インクジェットヘッドの製造方法において、基板のノズ
ル孔内に該基板よりレーザ研削のレーザエネルギ密度し
きい値の小の部材を充填して表面処理層を形成した後
に、該部材と共に表面処理層にインク滴を噴射するノズ
ル孔を形成する。これにより、ノズル板の内面加工精度
によらないノズル孔が形成されてヘッド剛性が確保され
ると共に、安価な加工法が選択可能となり、またノズル
孔に対する表面処理層の噴射部分の位置合わせのマージ
ンが広がって加工精度の向上、低コスト化を図ることが
可能となる。

【００２８】

【発明の実施の形態】図１に、本発明の第１実施例の要
部断面図を示す。図１は、本発明の特徴を示すノズル板
の断面図を示したもので、前述の図７に示すインクジェ
ットプリンタ（１１）におけるインクジェットヘッドユ
ニット（１６）に搭載された図８に示すインクジェット
ヘッド（２１）のノズル板（２６）に相当するものであ
る。従って、ノズル板以外の構成は図８と同様であるこ
とから説明を省略する。

【００２９】図１に示すノズル板４１は、基板４２にノ
ズル孔４３が所定形成されたもので、ノズル孔４３はテ
ーパ部４３ａとストレート部４３ｂとにより構成され
る。そして、基板４２のノズル孔４３のストレート部４
３ｂ側の表面上に撥インク性の表面処理層４４が形成さ
れ、この表面処理層４４におけるノズル孔４３（ストレ
ート部４３ｂ）に対応する部分に開口部４４ａが形成さ
れる。すなわち、ノズル孔４３のストレート部４３ｂと
表面処理層４４の開口部４４ａがインク滴の噴射孔とな
る。

【００３０】この場合、ノズル孔４３のストレート部４
３ｂには、表面処理層４４が入り込むだれ込みを生じる
もので、ストレート部４３ｂの穴径φ₁ に対してだれ込
みで生じた表面処理層４４の開口部４４ａの穴径φ₂ に
よってインク滴の噴射孔の穴径を変化させるが、開口部
４４ａの穴径φ₂ をストレート部４３ｂの穴径φ₁ より
３％の範囲内で小の径になるようにだれ込みを許容して
形成される。この３％の径の違いは表面処理層４４の開
口部４４ａと、ノズル孔４３のストレート部４３ｂの内
側面とをほぼ同一側面上に並ぶようにするためのもので
ある。

【００３１】前述のように、表面処理層４４がノズル孔
４３のストレート部４３ｂにだれ込みによって生じる噴
射孔の寸法精度低下が印字品位に大きな影響を及ぼすも
ので、画質に影響するインクドットのずれが許容される
量が一般に２０μm 程度とされている。そして、ずれを
生じる主な原因の一つにインク粒子速度のバラツキがあ
り、印字品位に基づく速度バラツキが許容される量は、
中心速度に対して６％程度となる。

【００３２】この速度バラツキはインク滴の噴射する開
口部分（噴射孔）の寸法精度に依存することから、寸法
精度を向上させなければならない。そこで、アクチュエ
ータとしてのピエゾ素子（圧電素子）の変位で噴射され
るインク量が各ノズル孔４３で同様のときにはインク流
速は前述のようにｖ＝Ｖ／Ｓで表わされ、表面処理層４
４のだれ込みによる断面積がＳ₁ （ｍ² ）に変化したと
きには境界条件から噴射されるインク粒子速度ｖ₁ （ｍ
／Ｓ）は、ｖ₁ ＝（Ｓ／Ｓ₁ ）・ｖで表わされる。

【００３３】従って、速度変化率（ｖ₁ ／ｖ）は断面積
の比（Ｓ／Ｓ₁ ）として得ることができ、印字品位を確
保するインク粒子速度のバラツキを６％以内に抑制する
ためには噴射孔の穴径の変化（ノズル孔４３のストレー
ト部４３ｂの穴径φ₁ に対する表面処理層４４の開口部
４４ａの穴径φ₂ ）を略３％以内にするものである。こ
れによって、上述のように表面処理層４４の開口部４４
ａの側面とノズル孔４３のストレート部４３ｂの側面を
ほぼ同一側面上に並ぶようにすることができ、インク飛
翔特性を安定させ、印字品位を向上させることができる
ものである。

【００３４】ここで、図１のノズル板の具体的構成を説
明する。基板４２は、例えばセラミックス、ガラス、金
属等の弾性率の高い部材が選択される。使用条件として
はノズル孔４３はインクに浸漬することから、インクに
対して腐食等の構造変化を起こさない材料であることが
必要であり、本実施例では耐蝕性の高いステンレススチ
ール（例えばＳＵＳ３１６）を使用する。

【００３５】一方、表面処理層４４は、フッ素系高分子
樹脂膜やシリコン系高分子樹脂膜等が使用される。本実
施例ではポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）微粒
子を含有するニッケル共析メッキにより形成している。
これは、耐摩耗性、層厚の均一性、厚さ制御性が優れて
いることから品質安定化を図ることができるためであ
る。また、撥インク性においてもＰＴＦＥ樹脂自体の撥
インク性とほぼ同程度の特性（接触角にして９０度以
上）が得られ、安定したインク飛翔特性を得るに十分で
あるためである。

【００３６】ここで、図２に、第１実施例のノズル板形
成の製造説明図を示す。図２（Ａ）に示すように、厚さ
１００μm 〜３００μm のステンレススチール（ＳＵＳ
３１６）板の基板４２を、プレス加工、エッチング加
工、放電加工、レーザ加工等の方法によって加工し、ノ
ズル孔４３を設ける。ここでは、円錐形のノズル孔４３
をプレス加工によって作製するもので、ノズル孔４３の
ストレート部４３ｂは穴径４０μm ，長さ２０μm と
し、テーパ部４３ａはテーパ角２０°としている。ノズ
ル開口部表面は、加工時に発生したバリ４２ａを除去す
るために粗く研磨されているが、バリが完全に除去され
たものではなく、ノズル開口部に一部だれ込んだ状態の
基板４２である。

【００３７】続いて、図２（Ｂ）に示すように、加工さ
れたノズル孔４３に対してレジスト部材である耐腐食性
高分子樹脂を充填する。樹脂材としては後に剥離するこ
と及び樹脂の加工特性を考慮して感光性液体レジストを
用いることができる。ここでは、光硬化性のアクリル系
樹脂のドライフィルムレジスト（ＤＦＲ）５１を用いて
いる。ＤＦＲは十分な熱量を与えることによって粘性を
持つ液状となり、容易にノズル穴内部に充填することが
できる。また、剥離に際しても水溶性のＤＦＲを使用す
ればアルカリ性水溶液で容易に剥離できるものである。

【００３８】また、図２（Ｃ）に示すように、ステンレ
ス用エッチング液に浸漬してノズル開口部表面をエッチ
ングする。ノズル開口部には、ノズル孔４３の加工時ま
たは粗研磨時に発生したバリ４２ａが存在するが、エッ
チングすることによって容易に削除できる。これによ
り、ノズル板加工時の最終仕上げ研磨工程を省くことが
でき、コストの低減が図られる。

【００３９】また、化学的研削手段を用いることによ
り、基板４２に与える機械的な応力が小さくてすむため
加工寸法精度を向上させることができるものである。エ
ッチングする深さは１０μm とし、ストレート部４３ｂ
が１０μm となるノズル板４３（基板４２）を得てい
る。但し、ノズル穴加工後に十分な加工精度が得られな
かった場合、エッチングする深さを変えてストレート部
４３ｂの寸法を調節することができる。この場合、ノズ
ル開口部付近のＤＦＲ５１は耐腐食性を持つためにエッ
チング液に浸されずに表面上で突出することになる。

【００４０】その後、水洗、電解脱脂、水洗、酸洗浄、
ストライクニッケルメッキを行い、図２（Ｄ）に示すよ
うにノズル開口部表面にニッケル共析メッキにより表面
処理層４４を形成する。この表面処理層４４の厚さは突
出したＤＦＲ５１の高さを越えない範囲の厚さである。

【００４１】そして、アルカリ性水溶液の剥離液中に浸
漬することにより、図２（Ｅ）に示すようにＤＦＲ５１
が剥離除去されてノズル板４１が完成するものである。
なお、ノズル板４１の基板４２としてセラミック、ガラ
ス等のエッチングが困難なものを使用した場合には、研
削工程（図２（Ｃ））でサンドブラストによる物理的研
削手段が用いられる。この場合、ＤＦＲ５１は、通常の
成分であるアクリル樹脂の他にウレタン樹脂を含有した
耐サンドブラスト用のもの（例えば、東京応化（株）製
のＢＦシリーズ）が用いられる。なお、物理的研削手段
は、基板４２に金属部材を用いた場合でも適用すること
ができる。

【００４２】このように、ノズル開口部表面に行うニッ
ケル共析メッキによる表面処理層４４はＤＦＲ５１の突
出部分に沿って形成されることからノズル孔４３内にだ
れ込むことが阻害され、正確にノズル孔４３（ストレー
ト部４３ｂ）及び表面処理層４４の開口部４４ａの寸法
精度を維持することができる。従って、ノズル孔４３の
ストレート部４３ｂの側面と表面処理層４４の開口部４
４ａの側面とを穴径３％以内でほぼ同一側面で形成する
ことができ、インク飛翔の安定化、印字品位の向上を図
ることができるものである。

【００４３】続いて、図３に、第１実施例のノズル板形
成の他の製造工程図を示す。図３（Ａ），（Ｂ）に示す
ように、ステンレススチールの基板４２にテーパ部４３
ａ及びストレート部４３ｂよりなりノズル孔４３をプレ
ス加工等で形成し、このノズル孔４３にレジスト部材と
してのＤＦＲ５１を充填することは図２（Ａ），（Ｂ）
と同様である。

【００４４】その後、図３（Ｃ）に示すように、ノズル
開口部表面にアルカリ現像、剥離タイプの液体レジスト
又はＤＦＲの皮膜５２を形成し、マスクパターンを用い
て露光、現像することにより、ノズル開口部周辺の皮膜
を除去する。つぎに、図３（Ｄ）に示すように、基板
（ステンレススチール）に対してエッチングを行うエッ
チング液に浸漬して皮膜５２の開口部分の表面の研削を
行う。エッチング深さはエッチング条件を変えることに
よって調整されるもので、深さ調整によりストレート部
４３ｂの長さ及びＤＦＲ５１の突出量が調整される。

【００４５】そこで、図３（Ｅ）に示すように、強アル
カリ液を用いて皮膜５２を剥離する。この場合、ＤＦＲ
５１は耐アルカリ製のレジストであって除去されずに残
る。その後、水洗、酸洗浄、電解脱脂、水洗、ストライ
クニッケルメッキが行われる。

【００４６】つぎに、図３（Ｆ）に示すように、ノズル
開口部表面にニッケル共析メッキを行い、耐インク性の
表面処理層４４が形成される。層厚はＤＦＲ５１の突出
量を越えない程度に行われる。そして、図３（Ｇ）に示
すように、溶剤現像タイプのレジスト剥離液を用いてＤ
ＦＲ５１を剥離、除去するものである。

【００４７】このように製造することによっても、図２
と同様に、表面処理層４４はＤＦＲ５１の突出部分によ
って形成されることからノズル孔４３内へのメッキのだ
れ込みが低減（穴径で３％以内）されて正確な寸法精度
を維持することができ、表面処理層４４の開口部４４ａ
の側面とノズル孔４３のストレート部４３ｂの側面を段
差のない形状となってインク飛翔の安定性、印字品位の
向上が図られる。また、このように製造することによ
り、特にレジスト部材としてＤＦＲ５１を用いることに
より、過熱工程があるのみで露光工程を省くことができ
ると共に、基板４２の裏面から一工程で行うことができ
ることから、製造コストを低減することができるもので
ある。

【００４８】次に、図４に、本発明の第２実施例の要部
断面図を示す。図４は、第１実施例と同様に、インクジ
ェットヘッド（図８参照）に使用されるノズル板６１の
ノズル孔６３部分の断面図を示している。図４に示すノ
ズル板６１は、基板６２にテーパ部６３ａ（供給側を広
口）を有するノズル孔６３が形成され、噴射側に耐イン
ク性の表面処理層６４がノズル孔６３に対応した開口部
６４ａを有して形成されたものである。

【００４９】この場合、基板６２はヤング率１×１０¹⁰
Ｐａ以上であって、表面処理層６４よりレーザ研削を行
う場合のレーザエネルギ密度しきい値の大な部材が使用
される。また、表面処理層６４の開口部６４ａの穴径φ
₄ はノズル孔６３の噴射側の穴径φ₃ より３％以内の差
で形成される。

【００５０】そこで、図５に、第２実施例のノズル板形
成の製造説明図を示す。図５（Ａ）において、基板６２
は例えば厚さ１００μm のステンレススチール（ＳＵＳ
３１６）板が用いられ、プレス加工により噴射側の穴径
４５μm ，供給側の穴径１００μm のテーパ部６３ａを
有するノズル孔６３が形成される。この場合、基板６２
はヤング率が２×１０¹¹Ｐａであり、１×１０¹⁰Ｐａ以
上のものである。

【００５１】これは、前述を繰り返すと、インク加圧手
段としてピエゾ素子（圧電素子）を用いる場合の一般的
な条件としてノズル基板の圧力伝達により加圧される面
が例えば１×0.2 mm，加圧圧力が例えば１ＭＰａで１６
０plのインクを加圧、変位させる条件下において、ヤン
グ率４×１０⁹ Ｐａのプラスチックのノズル基板では、
1.1 μm 変位して約７０plの体積変化して約４４％の圧
力損失を生じることから、圧力損失を２０％以下にする
ためにはノズル基板のヤング率が１×１０¹⁰Ｐａ以上必
要であるからである。

【００５２】従って、基板６２のヤング率を２×１０¹¹
Ｐａのものを使用することにより、加圧面１×0.2 mm，
圧力１ＭＰａのときの基板６２の変位が0.02μm となっ
て約１plの体積変化を生じることになり、加圧、変位さ
せる１６０plのインクの約１％の損失に抑制することが
できるものである。

【００５３】また、基板（ＳＵＳ３１６のステンレスス
チール）６２のレーザ（例えばエキシマレーザ）に対す
る溶融しきい値としてのレーザエネルギ密度しきい値が
１０Ｊ／cm² 以上であり、この基板６２の噴射側に例え
ばポリイミド系フッ素樹脂を２０μm コーティングして
表面処理層６４が形成される。この表面処理層６４のレ
ーザエネルギ密度しきい値は0.1 Ｊ／cm² 以下であり、
基板６２より小の部材が選択されている。この場合、表
面処理層６４のコーティングにおける開口部６４ｂの穴
径は、ノズル孔６３の噴射側の穴径より小に形成され
る。

【００５４】そして、図５（Ｂ）に示すように、基板６
２の供給側より発振波長３０８nm，エネルギ密度2.0 Ｊ
／cm² のＸｅＣｌエキシマレーザ光５３を照射する。こ
のとき、このレーザ光では研削されない基板６２のノズ
ル孔６３の噴射側の穴部分をマスクとして、ノズル孔６
３の噴射側に形成された表面処理層６４の部分が溶融、
除去されて研削される。これにより、表面処理層６４の
開口部６４ａがノズル孔６３の噴射側の穴径とほぼ同等
（穴径の差が３％以内）に形成されるものである。

【００５５】なお、基板６２のノズル孔６３の形成の上
記の他に、金属の放電加工、エッチング、電鋳、ＹＡＧ
レーザ加工、基板６２にセラミックを用いた場合のセラ
ミックの焼成等で行ってもよい。また、表面処理層６４
を形成する部材として、他のフッ素系樹脂を用いてもよ
い。

【００５６】このようにしてノズル板６１を形成するこ
とにより、基板６２での圧力損失を減少させ、アクチュ
エータとしてのピエゾ素子（圧電素子）で発生した圧力
を効率よくインク押し出し力に変換することができると
共に、ノズル周辺（噴射部分）に形状精度の良好な表面
処理層６４が形成されてインク飛翔の安定化、印字品位
の向上を図ることができるものである。

【００５７】次に、図６に、第２実施例の他の実施例の
説明図を示す。図６（Ａ）において、図５と同様のノズ
ル孔６３が形成された基板（ＳＵＳ３１６）６２におけ
る該ノズル孔６３内に、基板６２よりレーザ研削のレー
ザエネルギ密度しきい値の小なる充填層６５が形成され
る。この充填層６５としては、例えばＤＦＲ（東京応化
工業（株）製ＰＲ１５５）があり、レーザエネルギ密度
しきい値が1.0 Ｊ／cm ² 以下であって、基板６２のレー
ザエネルギ密度しきい値が１０Ｊ／cm² 以上より小であ
る。そこで、基板６２のノズル孔６３の噴射側の全面に
上述と同様のポリイミド系フッソ樹脂を２０μm コーテ
ィングして表面処理層６４ｃが形成される。

【００５８】そして、図６（Ｄ）に示すように、基板６
２のノズル孔６３の供給側より、発振波長３０８nm，エ
ネルギ密度2.0 Ｊ／cm² のＸｅＣｌエキシマレーザ光５
３を照射することにより、充填層６５，及びノズル孔６
３に対応する表面処理層６４が研削されて、該表面処理
層６４に噴射孔６４ａが径３５μm で形成されるもので
ある。

【００５９】なお、基板６２のノズル孔６３の形成は、
第１実施例と同様に金属の放電加工、エッチング、電
鋳、ＹＡＧレーザ加工、基板６２にセラミックを使用し
た場合のセラミック焼成等により行ってもよい。また、
充填層６５として、レーザ研削しきい値が1.0 Ｊ／cm²
以下のポリイミド等のプラスチックを用いてもよい。さ
らに、表面処理層６４として他のフッ素樹脂を用いても
よい。

【００６０】図６に示すノズル板６１は、図５の場合と
同様の効果を有すると共に、基板６２の内面加工精度に
よらずにノズル噴射孔を形成することができ、充填層６
５を高強度の部材を選択することによりプリントヘッド
の剛性を確保することができる。また、レーザ研削する
ことから基板６２のノズル孔６３の加工の選択範囲が拡
大し、安価な加工法を選択することができると共に、ノ
ズル孔６３の中心と表面処理層６４の開口部６４ａの中
心とが偏心してもよく、レーザ加工時の位置合わせのマ
ージンを拡大させることができるものである。

【００６１】

【発明の効果】以上のように、請求項１乃至５の発明に
よれば、ノズル板に形成したノズル孔内に例えば感光性
フィルム等の耐腐食性高分子樹脂などのレジスト部材を
充填し、化学的又は物理的な研削でレジスト部材を突出
させた後、表面処理層を形成してレジスト部材を除去す
ることにより、表面処理層のノズル孔への入り込みを３
％の範囲内に抑制して形成することが可能になると共
に、従来のバリ除去の工程が省略されて加工コストを低
下させ、低コスト化を図ることができる。

【００６２】

【００６３】請求項６または７の発明によれば、基板に
ノズル孔をレーザにより、表面処理層に例えばノズル孔
の穴径より略３％の範囲内で小の開口部を最終的に形成
する際に、基板を表面処理層よりレーザ研削のレーザエ
ネルギ密度しきい値の大なる部材を用いることにより、
ノズル板を損傷させずにノズル形成が可能となってイン
ク粒子の飛翔速度、噴射量、飛翔方向が安定され、印字
品位の向上を図ることができる。

【００６４】請求項８の発明によれば、基板のノズル孔
内に該基板よりレーザ研削のレーザエネルギ密度しきい
値の小の部材を充填して表面処理層を形成した後に、該
部材と共に表面処理層にインク滴を噴射するノズル孔を
形成することにより、ノズル板の内面加工精度によらな
いノズル孔が形成されてヘッド剛性が確保されると共
に、安価な加工法が選択可能となり、またノズル孔に対
する表面処理層の噴射部分の位置合わせのマージンが広
がって加工精度の向上、低コスト化を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の要部断面図である。

【図２】第１実施例のノズル板形成の製造工程図であ
る。

【図３】第１実施例のノズル板形成の他の製造工程図で
ある。

【図４】第２実施例の要部断面図である。

【図５】第２実施例のノズル板形成の製造説明図であ
る。

【図６】第２実施例の他の実施例の製造説明図である。

【図７】インクジェットプリンタの全体の概念図であ
る。

【図８】従来のインクジェットヘッドの分解斜視図であ
る。

【図９】図８のインクジェットヘッドの説明図である。

【符号の説明】

４１，６１ ノズル板 ４２，６２ 基板 ４３，６３ ノズル孔 ４３ａ，６３ａ テーパ部 ４３ｂ ストレート部 ４４，６４ 表面処理層 ４４ａ，６４ａ 開口部 ５１ ドライフィルムレジスト ５２ 皮膜 ５３ エキシマレーザ光 ６５ 充填層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−87216（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−187342（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−235047（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−246921（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−125220（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−122560（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−76688（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−305141（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−338149（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−214777（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/135 B41J 2/045 B41J 2/055

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク液が充填される圧力室の一方にノ
   ズル孔が形成されたノズル板が設けられ、他方に変形自
   在な加圧板が設けられ、アクチュエータにより該加圧板
   を変形させて該ノズル孔よりインク滴を噴射させるイン
   クジェットヘッドの製造方法において、 前記ノズル板に前記ノズル孔を所定数形成する工程と、 形成した該ノズル孔内にレジスト部材を充填する工程
   と、 該ノズル板の表面の少なくとも該ノズル孔周辺を研削し
   て充填した該レジスト部材を突出させる工程と、 該ノズル板の該レジスト部材を突出させた表面上に表面
   処理層を形成する工程と、 該ノズル孔に充填したレジスト部材を除去する工程と、 を含むことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方
   法。
2. 【請求項２】 前記レジスト部材は耐腐食性高分子樹脂
   が使用されることを特徴とする請求項１記載のインクジ
   ェットヘッドの製造方法。
3. 【請求項３】 前記耐腐食性高分子樹脂として感光性樹
   脂フィルム又は低弾性率とする部材が含有された感光性
   樹脂フィルムが使用されることを特徴とする請求項２記
   載のインクジェットヘッドの製造方法。
4. 【請求項４】 前記ノズル板の研削を化学的研削又は物
   理的研削により行うことを特徴とする請求項１記載のイ
   ンクジェットヘッドの製造方法。
5. 【請求項５】 前記表面処理層が、フッソ系高分子樹脂
   又はシリコン系高分子樹脂の撥インク性物質からなる微
   粒子を含有する共析めっきで形成されることを特徴とす
   る請求項１記載のインクジェットヘッドの製造方法。
6. 【請求項６】 インク液が充填される圧力室の一方にノ
   ズル孔が形成されたノズル板が設けられ、他方に変形自
   在な加圧板が設けられ、アクチュエータにより該加圧板
   を変形させて該ノズル孔よりインク滴を噴射させるイン
   クジェットヘッドの製造方法において、 前記ノズル板を形成する基板に前記ノズル孔を形成する
   工程と、 該基板のインク滴噴出側の表面に、該基板よりレーザ研
   削のレーザエネルギ密 度しきい値の小な撥インク性の部
   材で表面処理層を形成する工程と、 該ノズル孔内に入り込んだ該表面処理層の部材を該基板
   のインク供給側よりレーザを照射することにより除去す
   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の製造方
   法。
7. 【請求項７】 前記レーザによる前記表面処理層の開口
   部は、前記ノズル孔の穴径より略３％の範囲内で小なる
   径で形成されることを特徴とする請求項６記載のインク
   ジェットヘッドの製造方法。
8. 【請求項８】 前記基板のノズル孔内に、該基板より前
   記レーザ研削のレーザエネルギ密度しきい値の小の部材
   が充填された後に、該レーザによる前記表面処理層に前
   記インク滴を噴射するノズル孔が形成されることを特徴
   とする請求項６記載のインクジェットヘッドの製造方
   法。