JP4000486B2 - インクジェットプリンタのノズル板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体を噴出する噴出口、特に、インクジェットプリンタのノズル板表面における撥水膜の形成技術に関する。

インクジェットヘッドの中で、圧電素子を使用するものはエネルギー効率が優れているなどの理由から近年ますます注目されてきている。この種のインクジェットヘッドは、典型的に、圧電素子と、外部からインクを供給されてこれを貯蔵する一の共通インク室と、圧電素子に接続される複数の圧力室と、各圧力室にノズルが接続するようにして圧力室に接続されるノズル板とを有する。各圧力室はインク供給路によって共通インク室に接続されて、共通インク室からインクを受け取ると共に圧電素子の変形を利用して内部圧力を高めてこれによりインクをノズルから噴出する。

（圧力室とは反対側の）ノズル板の表面にはノズルの周囲に撥水膜が典型的に形成される。撥水膜には次のような代表的効果である。第１に、撥水膜はノズルからインクが出るときの飛翔方向を安定させるという効果を有する。撥水膜がなければノズル板の表面に圧力室から飛び出たインクが付着したり、このようにしてノズル板に付着したインクに連続噴射される次のインクが引っ張られるなどしてインクの飛翔方向が屈曲し、所望の方向に真直ぐに飛ばなくなってしまうからである。第２に、撥水膜はワイピング処理を円滑にするという効果を有する。インクジェットヘッドは、印字動作が終了するとゴミをノズルから取り出すバックアップ処理が通常行われる。バックアップ処理では、ノズルに吸引ポンプが接触して内部のゴミを吸い出すのであるが、このときにノズル内にあるインクがノズル板表面に付着する。そこで、その後に、ゴムブレードなどのワイパがノズル板の表面のインクを拭きとるワイピング処理が行われる。この際、撥水膜がなければバックアップ処理後にノズル板の表面についたインクがワイパでうまく拭き取れずノズル板の表面に残ってしまう。その結果、その後のインクの飛翔方向を曲げてしまったり、残ったインクの色が次に飛翔されるインクの色と異なれば混色や薄色による印字品質の低下を招く。

このような効果を有するために撥水膜の形成はインクジェットヘッドには不可欠である。そして、従来の撥水膜は撥水性の高いフッ素重合体を主成分としていた。

しかし、フッ素重合体は柔らかく基材に対する密着性も低いためゴムブレードで拭き取るときにキズや剥離、削れが生じ易く（これを耐刷性が低いという）、この結果、所期の撥水性を継続して維持することはできない。このため、フッ素重合体を主成分として用いつつ１０万回程度の継続使用が可能な撥水膜を形成することが望まれていた。

従来の技術においては、例えば、フッ素重合体をメッキしてその後の加熱処理によりメッキ表面に付着したフッ素重合体を溶融して皮膜を形成し、耐刷性を与える方法が提案されている。しかし、この方法は、皮膜を形成しても複数回の摩擦によって磨耗し撥水性は低下するという問題を有する。一方、液体吐出部近傍を凹部形状として摩擦によるノズル周囲のフッ素膜の削れを回避する方法も提案されている。しかし、段差を形成するプロセスは工数の増加とコストアップをもたらす。

そこで、このような従来の課題を解決する新規かつ有用な撥水膜の形成方法を提供することを本発明の概括的目的とする。

より特定的には、本発明は、ワイパに対して従来よりも高い耐刷性を有し、また、簡素化されたプロセスによって形成されることができる撥水膜の形成方法を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、インクジェットプリンタのノズル板の製造方法であって、インクを噴射するノズルが形成されたノズル板のノズル内部にレジストを充填する工程と、前記レジストが充填された前記ノズル板の表面をエッチングし、前記レジストに前記ノズルから突出した部分を形成する工程と、前記ノズル板の表面をエッチング工程の後に、前記ノズル板の表面に前記レジストが前記ノズルから突出した部分に沿って丸みを帯びた略だ円形状を有する硬質体およびフッ素樹脂重合体を共析させたメッキ被膜を形成する工程と、前記レジストを剥離除去する工程と、前記メッキ被膜が形成された前記ノズル板を加熱処理して前記フッ素樹脂重合体を溶融させ、前記硬質体が部分的に突出した構造を有するフッ素樹脂膜が前記メッキ被膜の表面に形成された撥水膜を形成する工程と、を有することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、ノズル表面に形成される撥水膜はレジストの突出部分に沿って形成されることからノズル内にだれ込むことが防止され、正確にノズルと撥水膜の寸法精度を維持できる。また、硬質体が撥水膜の表面から突出することを可能にするので撥水膜の耐刷性高める上では好ましい。また、熱処理によりフッ素重合体が溶融して添加物である硬質体を取り込むので本来撥水性の低い硬質体の表面においても十分な撥水作用を期待することができる。

また、ノズル板表面をエッチングする工程によって加工時や粗研磨時に発生したバリが除去され、加工時の最終仕上げ研磨工程を省くことができる。

また、上記目的を達成するために、請求項２の発明は、インクジェットプリンタのノズル板の製造方法であって、インクを噴射するノズルが形成されたノズル板のノズル内部にインク噴出側と反対側からレジストを充填する工程と、前記ノズル板のインク噴出側面にレジスト被膜を形成する工程と、前記ノズル板のインク噴出側面に形成されたレジスト被膜の前記ノズルの周辺部分に開口部を形成する工程と、前記ノズル板の前記レジスト被膜の開口部をエッチングし、前記レジストに前記ノズルから突出した部分を形成する工程と、前記レジスト被膜を除去する工程と、前記レジスト被膜が除去された後の前記ノズル板の表面に前記レジストが前記ノズルから突出した部分に沿って丸みを帯びた略だ円形状を有する硬質体およびフッ素樹脂重合体を共析させたメッキ被膜を形成する工程と、前記レジストを剥離除去する工程と、前記メッキ被膜が形成された前記ノズル板を加熱処理して前記フッ素樹脂重合体を溶融させ、前記硬質体が部分的に突出した構造を有するフッ素樹脂膜が前記メッキ被膜の表面に形成された撥水膜を形成する工程と、を有することを特徴とする。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明と同様に正確な寸法精度を有する撥水膜を有するノズル板を提供することができる。

また、撥水膜に対してアルコール分を１０％含むインクの接触角が６０°以上となる撥水性を有するまで熱処理を行う工程を有する態様が好ましい。

かかる熱処理によりフッ素重合体が溶融して添加物である硬質体を取り込む。

硬質体と、メッキ加工されたフッ素重合体とを有し、ノズルを有するノズル板を基材として前記ノズル近傍に形成される撥水膜は、フッ素重合体がノズルから吐き出されるインクなどの液体の撥水作用を行い、硬質体がフッ素重合体の耐刷性を高める。

前記硬質体が扁平形状（丸みを帯びた略だ円形状）を有する撥水膜は、球形の硬質体よりも摩擦による抜け落ちが少ないため、耐刷性を長時間維持するのに便宜である。

前記硬質体は長軸１μｍ以下の粒子径を有する撥水膜は、粒子径が大きい硬質体がノズル板表面のワイピング処理の円滑性を妨げることはない。

請求項４に記載の発明は、請求項１、２又は３記載のインクジェットプリンタのノズル板の製造方法の一態様に係り、前記硬質体は、チッ化ホウ素の単結晶或いは炭化ホウ素の単結晶を含むことを特徴とする。前記硬質体は窒化ホウ素又は炭化ホウ素の単結晶を含む撥水膜は、窒化ホウ素や炭化ホウ素の単結晶が本来球形ではない扁平形状を有するために扁平形状に加工する処理を必要としない点で好ましい。

前記メッキ加工は電気メッキ法又は無電解メッキ法を使用する撥水膜は、特別のメッキ加工を必要としない点で便宜である。

前記撥水膜を有する印字ヘッドにおいて、インクを噴射するノズルを有するノズル板と前記ノズル板を基材として前記ノズル近傍に形成され、硬質体とメッキ加工されたフッ素重合体とを有する撥水膜とを有する態様によれば、フッ素重合体がノズルから吐き出されるインクなどの液体の撥水作用を行い、硬質体がフッ素重合体の耐刷性を高める。

前記印字ヘッドと、当該印字ヘッドを駆動する駆動装置とを有する記録装置であって、前記印字ヘッドは、インクを噴射するノズルを有するノズル板と、前記ノズル板を基材として前記ノズル近傍に形成され、硬質体とメッキ加工されたフッ素重合体とを有する撥水膜とを有する態様によれば、フッ素重合体がノズルから吐き出されるインクなどの液体の撥水作用を行い、硬質体がフッ素重合体の耐刷性を高める。

ノズル板のノズル周辺のみが開口する第１のレジストを前記ノズル板の上に形成する工
程と、第１のレジストを介して第１のメッキを行ってメッキ加工されたフッ素重合体の第
１の層を形成する工程と、第２のレジストを形成する工程と、第２のメッキを第１の層に
対して行って第１の層に硬質体を添加する工程と、前記第１及び第２のレジストを剥離す
る工程とを有する撥水膜形成方法によれば、ノズル板を基材としているので硬質体が撥水
膜表面から突出することが可能になる。請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のうち何れか１項に記載のインクジェットプリンタのノズル板の製造方法の一態様に係り、前記硬質体は、長軸が１μｍ以下の粒子径を有し、前記フッ素樹脂膜は、２μｍ以下の厚みを有することを特徴とする。

本発明によれば、ノズル表面に形成される撥水膜はレジストの突出部分に沿って形成されることからノズル内にだれ込むことが防止され、正確にノズルと撥水膜の寸法精度を維持できる。また、硬質体が撥水膜の表面から突出することを可能にするので撥水膜の耐刷性高める上では好ましい。また、熱処理によりフッ素重合体が溶融して添加物である硬質体を取り込むので本来撥水性の低い硬質体の表面においても十分な撥水作用を期待することができる。

また、ノズル板表面をエッチングする工程によって加工時や粗研磨時に発生したバリが除去され、加工時の最終仕上げ研磨工程を省くことができる。

本発明の他の目的と更なる特徴は、以下、添付図面を参照して説明される実施例において明らかになるであろう。

本発明の撥水膜１００を図１乃至図３を参照して説明する。ここで、図１は本発明の撥水膜１００の構造を説明するための模式的断面図であり、図２は図１に示す撥水膜１００の変形例又は所定期間使用した後の状態を示す撥水膜１００ａの模式的断面図である。また、図３は図２において実線で囲った丸部分の拡大図である。なお、各図において、同一の参照番号を付した部材は同一部材を表すものとし、重複説明は省略する。また、同一の参照番号にアルファベットを付した部材は同種の部材であるがアルファベットによって区別され、また、単なる参照番号で総括されるものとする。

撥水膜１００及び１００ａの厚さは、例えば、１乃至２μｍであり、ノズル板１０の表面においてノズル１２近傍に形成されている。即ち、図１は、後述する印字ヘッド３００（例えば、ピエゾ型インクジェットヘッドやバブル型インクジェットヘッド）に適用可能なノズル（孔）１２近傍の拡大断面図であるが、ノズル板１０は、ストレート部１４とテーパ部１６とから構成されるノズル１２を所定の解像度に対応する数だけ有している。なお、ノズル１２は必ずしもストレート部１４とテーパ部１６を有しなければならないわけではなくどちらか一方のみ有していてもよい。ストレート部１４で画定された部分がノズル１２の開口部１８であり、インクのメニスカス２０が形成されている。ノズル板１０は圧力室板３０に接続されており、圧力室板３０には後述するようにインク室３２が設けられている。

本発明の撥水膜１００及び１００ａは、フッ素樹脂膜１０２と、フッ素樹脂粒子１０４と、Ｎｉベース１０６と、扁平硬質体１０８とを有している。なお、図１に示す撥水膜１００は図２に示す撥水膜１００ａと扁平硬質体１０８がフッ素樹脂膜１０２から部分的に突出しているかどうかで相違している。

本発明の撥水膜１００及び１００ａは、特長的に、ノズル板１０を基材として形成される。従って、本発明は、例えば、まず平面上に撥水膜を形成してからノズル板１０を形成し、かかる平面を取り除く方法は採用していない。このような方法は、図２に示すように硬質体１０８がフッ素樹脂膜１０２から突出することを不可能にするからである。図２に示すような硬質体１０８の突出構造は、ワイピングブレード（ワイパ）の擦れに対してフッ素樹脂膜１０２の削れを防御し、長期間のインク撥水性の維持が可能になるために好ましい。

フッ素樹脂膜１０２やフッ素樹脂粒子１０４には、４弗化エチレン樹脂、４弗化エチレン−６弗化プロピレン共重合樹脂、３弗化塩化エチレン樹脂、弗化ビリニデン樹脂、弗化ビニル樹脂、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ、ＰＦＡ、ＰＣＴＦＥ、ＰＶＤＦなどを単独又は混合して使用することができる。この場合の平均粒子径は１５０μｍ以下、特に、０．０５乃至２０μｍとすることが好ましい。また、必要により前記フッ素樹脂粒子に加えて他の無機又は有機高分子微粒子を共析させることができる。

メッキ（被）膜としてのニッケルベース１０６は密着性を高めるために加えられる。ニッケル以外にも銅、銀、亜鉛、錫、コバルト、その他、ニッケル−コバルト合金、ニッケル−リン合金、ニッケル−ホウ素合金などのニッケル合金を使用することができる。なお、メッキ被膜は、例えば、ＰＦＡを懸濁した電気メッキ液（法）又は無電解メッキ液（法）によって形成することができる。この場合、電気メッキ液としては、析出すべき金属メッキ被膜の種類に応じてワット浴、塩化物高濃度含有浴、スルファミン酸ニッケル浴、ホウ弗化ニッケル浴等の電気ニッケルメッキ液、硫酸コバルト浴、塩化コバルト浴などの電気コバルトメッキ液、硫酸銅浴、ホウ弗化銅浴等の電気銅メッキ液、硫酸鉛、錫浴やホウ弗化鉛等の電気鉛、錫メッキ液などがある。しかし、特に共析量を多くすることができ、かつ攪拌の影響を受けにくい等の点からスルファミン酸イオンを０．５モル以上、より好ましくは０．８モル以上含有するスルファミン酸浴を用いることが好ましい。また、無電解メッキ液としては、次亜リン酸塩やジメチルボラザンなどのホウ素化合物を還元剤とする無電解ニッケルメッキ液、無電解コバルトメッキ液、無電解銅メッキ液等を使用することができる。

硬質体１０８はフッ素重合体よりも硬度が高く、扁平形状を有している。また、硬質体１０８はできるだけ撥水性、耐刷性、低摩擦性を有していることが好ましい。もっとも硬質体１０８の撥水性が低くても後述するように熱処理を行えば、フッ素重合体が溶融して硬質体１０８の表面を覆うので撥水性を維持することができる。硬質体１０８はワイパに対するフッ素重合体の耐刷性を高めるために添加される。扁平形状としたのはメッキ膜中へのアンカー効果を向上させるためである。この向上されたアンカー効果についてもう少し詳しく説明する。例えば、図４に示すように扁平形状の代わりに（例えば、１μｍ以上の径を有する）球状硬質体２０８を内部に分散した撥水膜２００（例えば、厚さ約２μｍ）を考えてみる。この撥水膜２００の表面をワイパ５で擦ると球状硬質体２０８が撥水膜２００に半径以上入り込んでいるもの以外は図５に示すように脱落してしまい撥水膜の耐刷性は硬質体２０８を有しない撥水膜と同じくらいまで低下してしまう。図５において、２０９は硬質体２０８の脱落跡である。

硬質体１０８の例としては、例えば、ＢＮ（窒化ホウ素）、炭化ホウ素、炭化珪素、炭化チタン、炭化タングステン、弗化黒鉛、アルミナ、ガラス、セラミックスなどを使用することができる。窒化ホウ素や炭化ホウ素は通常単結晶で取引されており、単結晶では結晶構造が球形でない（窒化ホウ素は扁平の）ために本発明の撥水膜への適用は好ましい。特に、窒化ホウ素は機械軸受け部分の摩擦低減化のために用いられているものであり、無電界ニッケル膜の摺動性向上とフッ素樹脂膜１０２の強度向上のためには好ましい。また、アルミナ、ガラス、セラミックスを硬質体１０８として用いれば扁平形に加工する必要がある。ＢＮは、例えば、５ｇ／ｌ又は１０ｇ／ｌ程度、より好ましくは２０ｇ／ｌ程度添加される。

なお、添加物である硬質体１０８はフッ素重合体に比べて撥水性が劣っているため、できるだけ撥水表面はフッ素重合体で覆う必要がある。そこで、メッキ後に加熱処理を行いフッ素重合体の溶融によって添加物を取り込み液体接触表面の撥水膜部分を多くする必要がある。

以下、図６を参照して、図１又は図２に示す撥水膜付きノズル板の製造方法について説明する。ここで、図６は図１に示す撥水膜１００又は図２に示す撥水膜１００ａの形成方法の一例を説明するための工程断面図である。まず、図６（Ａ）に示すように、厚さ１００μｍ乃至３００μｍのステンレススチール（ＳＵＳ３１６）板のノズル板基板１０をプレス加工、エッチング加工、放電加工、レーザー加工等の方法によって加工し、ノズル１２を設ける。ここでは、円錐径ノズル１２をプレス加工によって作成し、ストレート部１４は径４０μｍ、長さ２０μｍ、テーパ部１６はテーパ角２０°に設定されている。ノズル板表面２２は加工時に発生したバリ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てはいない。

続いて、図６（Ｂ）に示すように、加工されたノズル１２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、硬化性のアクリル系樹脂のドライフィルムレジスト（ＤＦＲ）２４を用いている。ＤＦＲ２４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１２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ＤＦＲを使用すればアルカリ性水溶液で容易に剥離できる。

図６（Ｃ）に示すように、ステンレスエッチング液に浸漬してノズル板表面２２をエッチングする。ノズル板の表面２２にはノズル１２加工時又は粗研磨時に発生したバリが存在するが、エッチングにより容易に除去することができる。これにより、ノズル板１０の加工時の最終仕上げ研磨工程を省くことができ越すとの低減を図ることができる。また、化学的研削手段を用いることにより、ノズル板基板１０に与える機械的応力が小さくてすみ、加工寸法制度を向上することができる。エッチング深さは１０μｍ、ストレート部１４の長さは１０μｍとなる。

その後、水洗、電解脱脂、水洗い、酸洗浄、ストライクＮｉメッキを行い、図６（Ｄ）に示すように、ノズル板表面２２にＮｉ共析メッキにより撥水膜１００を形成する。撥水膜１００の厚さは突出したＤＦＲ２４の高さを超えない範囲の厚さである。その後、アルカリ性水溶液の剥離液中に浸漬することにより、図６（Ｅ）に示すように、ＤＦＲ２４が剥離除去されて撥水膜１００を有するノズル板１０が完成する。なお、ノズル板１０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６（Ｃ））でサンドブラストによる物理的研削手段を使用することができる。子の場合、ＤＦＲ２４は、通常の成分であるアクリル樹脂のほか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、東京応化製ＢＦシリーズ）が用いられる。物理的研削手段はノズル板基板１０に金属部材を使用した場合でも適用することができる。

このように、ノズル板表面２２に行うＮｉ共析メッキによる撥水膜１００はＤＦＲ２４の突出部分にそって形成されることからノズル１２内にだれ込むことが防止され、正確にノズル１２と撥水膜１００の寸法精度を維持することができる。例えば、図１において、撥水膜１００の径φ２は開口部１８の径φ１の３％の範囲内でだれ込みを許容して形成される。この３％の径の違いは撥水膜１００の開口部とノズル板の開口部１８をほぼ同一側面に整列させるためのものである。これにより、インクドットのずれが防止され、インク飛翔が安定化し、高品位画像を提供することができる。

続いて、図７を参照して、撥水膜１００を有するノズル板１０の他の製造方法について説明する。なお、図７に示す製造工程は図６（Ｃ）以降の製造工程の変形例であり、図７（Ａ）に示す工程は図６（Ｂ）に示す工程に続くものとする。図７（Ａ）に示すように、ノズル板表面２２にアルカリ現像、剥離可能な液体レジスト又はＤＦＲ被膜２６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板表面２２の開口部１８周辺の被膜を除去する。次に、図７（Ｂ）に示すように、ステンレススチール製のノズル板基板１０をエッチング液に浸漬して被膜２６の開口部の表面を研削する。エッチング深さはエッチング条件を変更することによって調整することができる。深さ調整によりストレート部１４の長さ及びＤＦＲ２４の突出量が調整される。

図７（Ｃ）に示すように、強アルカリ液を用いて被膜２６を剥離する。この場合、ＤＦＲ２４は耐アルカリ性レジストであり除去されずに残っている。その後、水洗、酸洗浄、電解脱脂、水洗、ストライクＮｉメッキが行われる。次に、図７（Ｄ）に示すように、ノズル板表面２２にＮｉ共析メッキを行い、撥水膜１００が形成される。膜厚は、ＤＦＲ２４の突出量を超えない程度に行われる。その後、図７（Ｅ）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ＤＦＲ２４を剥離除去する。

このように製造しても、図６と同様に、正確な寸法精度を有する撥水膜１００を有するノズル板１０を提供することができる。特に、レジスト部材としてＤＦＲ２４を用いることにより、加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ノズル板基板１０の裏面から一工程で行うことができるので製造コストを低減することができる。

図１に示す撥水膜１００又は図２に示す撥水膜１００ａの製造について説明する。まず、ノズル板１０の表面にだけ撥水メッキ膜を形成するために他の部分はカバーして膜がつかないようにマスキングを行う。この工程は、ノズル板１０を基材としてこのノズルの圧力室３０形成側の面をアルカリ現像型ドライフィルム（本実施例で用いたものは、東京応化製α−４５０）を１２０℃、２．５ｋｇｆ／ｃｍ、０．５ｍ／ｍｉｎの条件でラミネートする。これにより、ノズル１２内部のテーパ部１４とストレート部１６にまでドライフィルムが侵入し、更に、ノズルのインク吐出口からもレジストが出て、ノズル開口部分のエッジ周囲を１μｍの幅でレジストが覆い、これを両面露光してレジストを硬化させる。

一方、単結晶のＢＮ（窒化ボロン）を添加した撥水メッキ液の形成は中心粒径が長軸で１μｍ以下（１μｍより大きいものはこの大きさになるまで粉砕する）のＢＮを２０ｇ／ｌの割合で添加したフッ素樹脂含有のＮｉメッキ液（株式会社ヒキフネ製）を用意し、上記マスキングを行ったノズル板１０に撥水メッキを行う。

まず、ノズル板１０はステンレス製（ＳＵＳ４３０）で、表面の酸化膜除去のため１０％の塩酸に３分間含浸した後に水洗いをし、メッキの密着性向上のためにストライクＮｉメッキを行う。

ストライクＮｉメッキの構成は以下の通りである。
（１）浴組成
塩化ニッケル（ＮｉＣｌ２・６Ｈ２Ｏ） ２２０ｇ／ｌ
塩酸（ＨＣｌ ３５％） ４５ｇ／ｌ
（２）液温 室温
（３）電極
チタンバスケット（１５０ｘ３０ｘ２５０ｍｍ）
電解ニッケル （φ１Ｂｘ１０ｍｍ）
（４）電流 ２Ａ／ｄｍ２
このストライクＮｉメッキを使用して１分間メッキを行った後水洗槽をくぐらせて即撥水メッキ工程に移る。撥水メッキの構成は以下の通りである。
（１）液構成
スルファミン酸ニッケル ４２０乃至４８０ｇ／ｌ
塩化ニッケル ４０乃至５０ｇ／ｌ
ホウ酸 ３０乃至４０ｇ／ｌ
ＰＴＦＥ ４０乃至５０ｇ／ｌ
ＢＮ ２０ｇ／ｌ ｐＨ ４．０乃至４．４
（２）液温 ４２℃
（３）電極
チタンバスケット（１５０ｘ３０ｘ２５０ｍｍ）
電解ニッケル （φ１Ｂｘ１０ｍｍ）
角膜
（４）電流 ２Ａ／ｄｍ２
この撥水メッキを使用して３分間メッキを行った。水洗後、ＮａＯＨ（３ｗｔ％）の溶液に浸してレジストを剥離し、更に、水洗・乾燥工程を経た後、３５０℃で３０分の加熱工程を行ってＰＴＦＥを膜化してメッキに固着させる。メッキ後の膜は、本出願に添付される写真に示すように、ＢＮ粒子が点在し、これによってワイパ（ゴムブレード）の摩擦・磨耗においても最表面のフッ素膜が削られても、ＢＮ粒子の凸部分からはこの削れが防御され撥水効果が維持できた。

次に、図８及び図９を参照して、本発明のインクジェットヘッド３００について説明する。ここで、図８は完成したインクジェットヘッド３００の分解斜視図であり、図９はインクジェットヘッド３００の部分拡大側面図である。図８から分かるように、本発明のインクジェットヘッド３００は、圧力室板３１０と、圧電素子３２０と、ノズル板３３０と、樹脂フィルム３４０と、保護層３５０とを有する。なお、ノズル板３３０は図１に示すノズル板１０に対応し、圧力室板３１０は図１に示す圧力室板３０に対応している。圧力室板３１０と樹脂フィルム３４０と保護層３５０は、ノズル板３３０の面３３０ａが接合される面であるノズル接合面３６０において整列している。換言すれば、圧力室板３１０の前面３１０ａと樹脂フィルム３４０の前面３４０ａと保護層３５０の前面３５０ａは、平滑なノズル接合面３６０を構成している。

圧力室板３１０は、略直方体の形状を有するガラス板に、所望の数（図８では便宜上４つ）の圧力室３１２とインク導入路３１４、並びに、共通インク室３１６を有する。圧力室３１２は、インクを供給されてこれを収納すると共に内部圧力が高まるとインクを開口３１２ａに連通されたノズル３３２から噴射する。内部圧力は、後述するように、直下の圧電体ブロック３２１が変形に伴って変化する。圧力室３１２は、圧力室板３１０上に形成された凹状の溝と弾性変形可能な樹脂フィルム３４０により略直方体の空間として形成されている。共通インク室３１６は、各圧力室３１２にインク導入路３１４を介してインクを供給する。共通インク室３１６は、圧力室３１２の急激な内部圧力変動を吸収するように底面は樹脂フィルム３４０で画定されており、圧力室板３１０の側面３１０ｂにおいて図示しないインク供給装置に接続されている。共通インク室３１６は、圧力室３１２が収縮加圧されてインクを吐出した後、復帰する際に、インク導入路３１４を介して、圧力室３１２に必要量のインクを供給する。

樹脂フィルム３４０は、圧力室３１２、共通インク室３１６、インク導入路３１４の一面を構成し、後述の圧電体ブロック３２１の変形を圧力室３１２に伝達すると共に圧力室３１２内のインクが圧電素子３２０の溝３２３に侵入するのを防止する機能を果たす。樹脂フィルム３４０は、例えば、１６μ程度の厚さを有し、ＧＰａ程度の接着強さを有している。樹脂フィルム３４０は圧力室３１２の一面を形成する部材であるが、弾性変形の可能な金属薄膜により構成されてもよい。

圧電素子３２０は、積層構造を有して、前面３２０ａから後面３２０ｂに延びる平行な溝３２３によって分割された複数（図１では便宜上４つ）の圧電体ブロック３２１を有する。各圧電体ブロック３２１の積層内には内部電極３２２、３２４が設けられ、内部電極３２２は外部電極３２６と、内部電極３２４は外部電極３２８と接続されている。なお、図８は、作図の便宜上、一の外部電極３２８のみを示す。図９に示すように、内部電極３２２と３２４とがＡ方向に重なっている部分が活性部３２５であり、この活性部３２５において、各圧電体ブロック３２１は変形する。活性部３２５の長さは圧力室３１２に加えられるべき圧力に応じて調節される。活性部３２５はノズル接合面３６０から所定距離だけ離間されているために、それが変形してもノズル接合面３６０における圧電素子３２０と保護層３５０とが接着していることには影響を与えない。

外部電極３２６は、圧電素子３２０の前面３２０ａの全面に蒸着された電極層であり、全ての圧電体ブロック３２１に共通する外部電極である。外部電極３２６はアースされている。これに対して、外部電極３２８は、圧電素子３２０の後面３２０ｂの上にあるが、後面３２０ｂの全面に蒸着されてはおらず、各圧電体ブロック３２１に対応した位置にのみ個別的に設けられた電極層である。外部電極３２８は、通電されなければ電位はゼロであるが、通電されれば正の電圧を内部電極３２４に印加することができる。

かかる構造より、圧電素子３２０の各圧電体ブロック３２１は、外部電極３２８に電圧が印加されないと内部電極３２２、３２４の電位が共にゼロのため変形しない。しかし、外部電極３２８から電圧が印可されると、各圧電体ブロック３２１は他の圧電体ブロック３２１とは独立して、図８のＡ方向（縦方向）に変形可能である。換言すれば、Ａ方向が圧電体ブロック３２１の分極方向になる。外部電極３２８からの通電が停止すると、すなわち、圧電素子３２０に充電された電荷が放電されることにより、対応する圧電体ブロック３２１は元の状態に復帰する。

本実施例の圧電素子３２０は、まず、複数枚のグリーンシート３２７を用意する。各グリーンシート３２７はセラミックの粉末などの溶剤にまぜて混練してペースト状にし、ドクターブレードにより５０ミクロン程度に薄膜形成する。グリーンシートのうち、３枚のグリーンシートの片方の表面には、それぞれ内部電極２２のパターンが印刷・形成され、３枚のグリーンシートの片方の表面には、それぞれ内部電極３２４が印刷・形成され、残りには何も内部電極は形成されない。内部電極３２２と３２４の印刷は、銀とパラジウムの合金を粉状にしたものに溶剤をまぜてペースト状にしたものを塗布して、パターン形成することによりなされる。

次に、内部電極３２２が形成された３枚と内部電極３２４が形成された３枚を交互に張り合わせ、残りの６枚もその後張り合わせる。これにより、図９に示すような圧電素子３２０の積層構造を形成する。圧電素子３２０のうち内部電極３２２、３２４を含まない下のグリーンシートは基盤部となる。さて、これらのグリーンシートを積層した状態で焼成する。続いて、ダイヤモンドカッターによって前面３２０ａから後面３２０ｂに少なくとも最初の６枚のグリーンシートを部分的に切断する。これによって、溝３２３によって分割された複数の圧電体ブロック３２１を形成する。最後に、前面３２０ａと後面３２０ｂに外部電極３２６、３２８をそれぞれ蒸着により形成する。なお、焼成前に溝３２３を形成しておくことも可能である。完成した圧電素子３２０は、外部電極３２６、３２８に電圧を印可することによって特性検査がなされ、動作不良のものは排除される。

図８に示すインクジェットヘッド３００は保護層３５０を更に有している。保護層３５０は後述するように有用な効果を有するが、保護層３５０を設けるかどうかは選択的である。

保護層３５０は、５０ミクロン程度の厚さを有する略長方体状の熱硬化型エポキシ系接着材であり、圧電素子３２０（外部電極３２６）の前面３２０ａと面３５０ｂで接続されている。但し、保護層３５０の材質はこれに限定されるものではない。例えば、エポキシ系充填剤や、アクリル樹脂、若しくは、ポリエチレン樹脂などを保護層３５０に使用することもできる。なお、実際のインクジェットヘッド３００では、保護層３５０は厳密に直方体形状ではなく、保護層３５０と圧電素子３２０との接続は、図８及び図９に示すように、外部電極３２６と面３５０ｂにより明確になされているものではない。即ち、熱硬化前に保護層３５０はその一部が圧電素子３２０の溝３２３より内部に侵入している。従って、保護層３５０の材質は、内部電極３２２、３２４を短絡させないように絶縁物であることが望ましい。本実施例では、保護層３５０は圧電素子３２０（外部電極３２６）の前面３２０ａに亘って塗布されるが、必要があれば、部分的に塗布されてもよい。

保護層３５０は圧電素子３２０をノズル接合面３６０から５０ミクロン程度離間させている。圧力室１２からインクが漏れて圧電素子３２０に侵入する場合、インクは、主として、ノズル接合面３６０を通って圧電素子３２０に侵入する。しかし、保護層３５０は、ノズル接合面に配置されていた圧電素子をノズル接合面３６０から離間することにより、インクが圧電素子３２０に侵入して内部電極３２２、３２４が短絡することを防止している。

また、保護層３５０は溝３２３を遮蔽している。インクが漏れて圧電素子３２０に侵入する場合、インクは、主として、圧力室３１２の開口３１２ａからノズル接合面３６０を伝って圧電素子３２０の溝３２３よりその内部に侵入する。しかし、保護層３５０はノズル接合面３６０に対して（即ち、ノズル接合面３６０から見て）溝３２３を遮蔽することにより、インクが圧電素子３２０の前面３２０ａ付近から溝３２３に侵入して内部電極３２２及び３２４が短絡することを防止している。

その他、保護層３５０は、インクジェットヘッドの製造段階におけるノズル接合面３２０ａの形成のための研磨工程において、圧電素子３２０を研磨による破壊から保護するという効果も有する。その結果、研磨工程を経ても圧電素子３２０が剥離、割れ、欠けを被ることはない。また、外部電極３２６が削除されることもない。更に、圧力室板３１０はガラスからなるので比較的強度が高く、研磨速度を高く設定できるため、従来の製造方法に比べて、研磨時間が約５分の１に短縮されている。

ノズル板３３０はステンレスなどの金属により形成する。各ノズル３３２は、図６を参照して説明したように、ピンを使用したパンチなどにより、好ましくは、ノズル板３３０の前面３３０ｂから後面３３０ａに向かって広がる円錐状（断面的にテーパ状）に加工する。圧力室板３１０とノズル板３３０を一体的に構成せずに圧力室板３１０にノズル板３３０を接着する理由の一つは、かかる円錐状のノズル３３２を得るためである。本実施例では、後面３３０ａにおけるノズル３３２の大きさは８０ミクロン程度、前面３３０ｂにおけるノズル３３２の大きさは２５〜３５ミクロン程度としている。なお、インクジェットヘッド３００と異なり、ノズルが例えば図８に示す圧力室板３１０の上部に形成されているインクジェットヘッドにも本発明は適用することができる。

ノズル板３３０の表面（前面）３３０ｂには撥水膜１００が少なくともノズル３３２の周囲に形成されている。もちろん撥水膜１００は前面３３０ｂの前面に亘って形成されてもよい。撥水膜１００によりインクの飛翔方向と後述するワイピング処理が安定し、高品位画像を提供することができる。なお、ノズルが例えば図８に示す圧力室板３１０の上部に形成されているインクジェットヘッドにおいては撥水膜の位置もそれに伴って移動することは理解されるであろう。

インクジェットヘッド３００においては、外部電極３２８は、それぞれ独立して、圧電体ブロック３２１の内部電極３２４に電圧を印加するために、各圧電体ブロック３２１がそれぞれ独立に図１のＡ方向に変位して樹脂フィルム３４０をＡ方向に撓ませ、対応する圧力室３１２を加圧する。かかる加圧により、インクが、圧力室３１２から対応するノズル３３２を介して射出される。外部電極３２８からの通電が停止すれば、樹脂フィルム３４０と圧電体ブロック３２１は放電により元の状態に復帰する。この時、圧力室３１２の内部圧力が下がるので、共通インク室３１６からインク導入路３１４を介して圧力室３１２にインクが補給される。

なお、本実施例では、圧電素子３２０はＡ方向へ縦変形するものを用いたが、横変形するものを用いてもよい。また、本発明は、圧電素子を利用するいわゆるピエゾ型インクジェットヘッドに限定されるものではなく、バブル型インクジェットヘッドにも適用することができる。

次に、図１０を参照して、本発明のインクジェットヘッド３００を備えたインクジェットプリンタ４００について説明する。なお、各図において、同一の参照番号を付した部材は同一部材を表すものとし、重複説明は省略する。図１０には、本発明のインクジェットヘッド３００が適用されるカラーインクジェットプリンタ（記録装置）４００の実施形態が概略的に示されている。記録装置４００のハウジング４１０内にはプラテン４１２が回転自在に設けられている。

記録動作中、プラテン４１２は駆動モータ４１４によって間欠的に回転駆動させられ、これにより記録紙Ｐが所定の送りピッチで矢印Ｗ方向に間欠的に送られる。また、記録装置のハウジング４１０内にはプラテン４１２に対して平行にその上方側に案内ロッド４１６が設けられており、この案内ロッド４１６上にはキャリッジ４１８が摺動自在に取り付けられている。

キャリッジ４１８は無端駆動ベルト４２０に取り付けられており、無端駆動ベルト４２０は駆動モータ４２２によって駆動され、これによりキャリッジ４１８はプラテン４１２に沿って往復運動（走査）させられる。

キャリッジ４１８には黒色用の記録ヘッド４２４及びカラー用の記録ヘッド４２６が搭載されている。カラー用の記録ヘッド４２６は３つの部分から構成され得る。黒色用の記録ヘッド４２４には黒色インク用タンク４２８が着脱自在に装着され、カラー用の記録ヘッド４２６にはカラーインク用タンク４３０、４３２及び４３４が着脱自在に装着される。かかる記録ヘッド４２４及び４２６に本発明のインクジェットヘッド３００が適用される。

黒色インク用タンク４２８にはもちろん黒色インクが収容され、カラーインク用タンク４３０、４３２及び４３４にはそれぞれイエローインク、シアンインク及びマゼンタインクが収容される。

キャリッジ４１８がプラテン４１２に沿って往復運動される間、黒色用の記録ヘッド４２４及びカラー用の記録ヘッド４２６がワードプロセッサ、パーソナルコンピュータ等から得られる画像データに基づいて駆動され、これにより記録紙Ｐ上に所定の文字、画像などが記録される。記録動作停止時には、キャリッジ４１８はホームポジションに戻され、このホームポジションにはノズル保守機構（バックアップユニット）４３６が設けられている。

ノズル保守機構４３６には可動吸引キャップ（図示せず）と、この可動吸引キャップに接続された吸引ポンプ（図示せず）が設けられている。記録ヘッド２２４及び２２６がホームポジションに位置付けされると、各記録ヘッドのノズル板に吸引キャップが吸着され、吸引ポンプを駆動することにより、ノズル板のノズルが吸引される。このようにして、ノズルの目詰まりが未然に防止される。その後、同様に図示しないワイピングユニットがノズル板３３０の表面３３０ｂをワイパで拭き取る。この際、撥水膜１００によりノズル板表面３３０ｂ上のインクはワイパにより完全に拭き取られると共に、撥水膜１００内の硬質体１０８が撥水膜がワイパにより破壊等されることを防止する。

以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はその要旨の範囲内で様々な変形及び変更が可能である。

本発明の撥水膜の構造を説明するための模式的断面図である。 図１に示す撥水膜の変形例又は所定期間使用した後の状態を示す模式的断面図である。 図２において実線で囲った丸部分の拡大図である。 扁平硬質体を有する図１の撥水膜と比較される球状硬質体を有する撥水膜の構造を説明するための模式的断面図である。 図４において球状硬質体が脱落した状態を説明するための模式的断面図である。 図１に示す撥水膜の形成方法の一例を説明するための工程断面図である。 図１に示す撥水膜の形成方法の別の例を説明するための工程断面図である。 完成したインクジェットヘッド３００の分解斜視図である。 インクジェットヘッド３００の部分拡大側面図である。 本発明の記録装置の概観斜視図である。

符号の説明

１０ ノズル板
１２ ノズル（孔）
１００ 撥水膜
１０２ フッ素樹脂膜
１０４ フッ素樹脂粒子
１０６ ニッケルベース
１０８ 扁平硬質体
３００ インクジェットヘッド
３３０ ノズル板
３３２ ノズル（孔）
４００ 記録装置

Claims (4)

1. インクジェットプリンタのノズル板の製造方法であって、
   インクを噴射するノズルが形成されたノズル板のノズル内部にレジストを充填する工程と、
   前記レジストが充填された前記ノズル板の表面をエッチングし、前記レジストに前記ノズルから突出した部分を形成する工程と、
   前記ノズル板の表面をエッチング工程の後に、前記ノズル板の表面に前記レジストが前記ノズルから突出した部分に沿って丸みを帯びた略だ円形状を有する硬質体およびフッ素樹脂重合体を共析させたメッキ被膜を形成する工程と、
   前記レジストを剥離除去する工程と、
   前記メッキ被膜が形成された前記ノズル板を加熱処理して前記フッ素樹脂重合体を溶融させ、前記硬質体が部分的に突出した構造を有するフッ素樹脂膜が前記メッキ被膜の表面に形成された撥水膜を形成する工程と、
   を有することを特徴とするインクジェットプリンタのノズル板の製造方法。
2. インクジェットプリンタのノズル板の製造方法であって、
   インクを噴射するノズルが形成されたノズル板のノズル内部にインク噴出側と反対側からレジストを充填する工程と、
   前記ノズル板のインク噴出側面にレジスト被膜を形成する工程と、
   前記ノズル板のインク噴出側面に形成されたレジスト被膜の前記ノズルの周辺部分に開口部を形成する工程と、
   前記ノズル板の前記レジスト被膜の開口部をエッチングし、前記レジストに前記ノズルから突出した部分を形成する工程と、
   前記レジスト被膜を除去する工程と、
   前記レジスト被膜が除去された後の前記ノズル板の表面に前記レジストが前記ノズルから突出した部分に沿って丸みを帯びた略だ円形状を有する硬質体およびフッ素樹脂重合体を共析させたメッキ被膜を形成する工程と、
   前記レジストを剥離除去する工程と、
   前記メッキ被膜が形成された前記ノズル板を加熱処理して前記フッ素樹脂重合体を溶融させ、前記硬質体が部分的に突出した構造を有するフッ素樹脂膜が前記メッキ被膜の表面に形成された撥水膜を形成する工程と、
   を有することを特徴とするインクジェットプリンタのノズル板の製造方法。
3. 前記硬質体は、チッ化ホウ素の単結晶或いは炭化ホウ素の単結晶を含むことを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェットプリンタのノズル板の製造方法。
4. 前記硬質体は、長軸が１μｍ以下の粒子径を有し、
   前記フッ素樹脂膜は、２μｍ以下の厚みを有することを特徴とする請求項１、２又は３記載のインクジェットプリンタのノズル板の製造方法。

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