JP4214999B2 - ノズル板の製造方法、ノズル板、液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置 - Google Patents
ノズル板の製造方法、ノズル板、液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置 Download PDFInfo
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Description
このようなインクジェットヘッドには、大型のものがあり、これに適応するようにノズル板も大型になっている。この大型のノズル板を製造するには、枠状のノズル板本体と、当該ノズル本体に接着され、ノズル孔が形成された複数の小片(板片)とで構成することが考えられる。
しかしながら、撥液膜を除去する方法としては、例えばフォトリソグラフィーを用いる方法が挙げられるが、このような方法では、撥液膜を除去する工程が多くなる(複雑になる)ため、ノズル板を製造するときの製造コストが高くなるという問題が起こり得る。
本発明のノズル板の製造方法は、複数のノズル孔と、該各ノズル孔から液滴を吐出する側の液滴吐出面に設けられ、前記液滴に対して撥液性を有する撥液膜とを備える小片を、ノズル板本体に接合してノズル板を製造する方法であって、
前記小片の前記液滴吐出面と反対側から、前記撥液膜を保護するガス状のマスク材を、前記各ノズル孔を介して、その前記液滴吐出面の前記ノズル孔周辺に漏れ出るように供給しつつ、前記小片に対して、その前記液滴吐出面側から、大気圧下でプラズマ処理を施すことにより、前記マスク材から露出する前記撥液膜を除去する撥液膜除去工程と、
前記小片を、前記撥液膜が除去された部分において、前記ノズル板本体に接合する接合工程とを有することを特徴とする。
これにより、小片のノズル本体に接合される部分の撥液膜を容易に除去することができ、よって、低コストでノズル板を製造することができる。
これにより、マスク材を各ノズル孔周辺に確実に漏れ出させることができる。
これにより、各ノズル孔周辺以外の撥液膜の除去量を調整することができる。
本発明のノズル板の製造方法では、前記マスク材として、前記プラズマ処理に用いるプラズマ発生用ガスよりも放電し難いガスを用い、前記プラズマ処理を平行平板型のプラズマ処理装置を用いて行うことが好ましい。
これにより、各ノズル孔周辺へのマスク材の供給量の制御、すなわち、各ノズル孔周辺以外の撥液膜の除去量を容易に制御することができる。
これにより、撥液膜をプラズマ処理から確実に保護することができる。
本発明のノズル板の製造方法では、前記接合工程において、前記小片と前記ノズル板本体との接合は、接着剤を用いることにより行われることが好ましい。
これにより、小片とノズル板本体とを容易に接合することができ、よって、より低コストでノズル板を製造することができる。
これにより、ノズル孔からの液滴を目的の箇所に確実かつ均一に供給することができる。
本発明のノズル板の製造方法では、前記撥液膜は、主としてフッ素系材料で構成されていることが好ましい。
これにより、ノズル孔の周囲に液滴が付着するのが防止され、液滴がノズル孔の軸線方向と略一致するように安定に噴出される。
これにより、低コストで製造されたノズル板を提供することができる。
本発明の液滴吐出ヘッドは、本発明のノズル板を備えることを特徴とする。
これにより、低コストで製造されたノズル板を設置することができ、よって、低価格の液滴吐出ヘッドを提供することができる。
本発明の液滴吐出装置は、本発明の液滴吐出ヘッドを備えることを特徴とする。
これにより、低価格の液滴吐出ヘッドを設置することができ、よって、低価格の液滴吐出装置を提供することができる。
<第1実施形態>
本実施形態は、本発明の液滴吐出ヘッドをインクジェットヘッド適用した形態となっている。なお、インクジェットヘッドとして、本実施形態では静電駆動方式を採用するものを例に説明するが、これに限定されず、例えば、圧電駆動方式等の他の駆動方式を採用するものであってもよい。
なお、図1は、通常使用される状態とは、上下逆に示されている。また、以下では、説明の便宜上、図1中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
このインクジェットヘッド1は、ノズル板2、キャビティ板3および電極板4とで構成されるヘッド本体を有しており、キャビティ板3を挟むようにしてノズル板2と電極板4が配置されている。
キャビティ板3には、複数の段差が設けられ、ノズル板2とキャビティ板3との間に空隙5が画成(形成)されている。
キャビティ板3のインク吐出室51に対応する部分は、薄肉とされており、インク吐出室51の圧力を変動させる振動板31として機能する。
電極板4は、振動板31と対向する部分に凹部が形成されており、振動板31との間に振動室8が形成されている。この振動室8の下面には、振動板31に対向する各々の位置に個別電極81が設けられている。
このインクジェットヘッド1では、振動板31、振動室8および個別電極81により、インク滴6を吐出する静電アクチュエータ(液滴吐出手段)が構成されている。
この状態で、パルス電圧をOFFすると、個別電極81と振動板31に蓄えられた電荷を急激に放電し、振動板31自体の弾性力で振動板31は、ほぼ元の形状に復元する。
このとき、インク吐出室51内の圧力が急激に上昇し、後述するノズル孔21より記録紙(記録用紙P)に向けてインク滴6が吐出される。
図1〜図3に示すように、ノズル板2は、ノズル板本体25と、ノズル板本体25に接合される複数(図示の構成では、4つ)のチップ(小片)26とを有している。
ノズル板本体25は、その形状が長尺状(枠状)をなしている。また、ノズル板本体25には、4つの開口部251、251、251、251が設けられており、これらが「田」字状をなすように配置されている。
この撥液膜7は、ノズル板2の表面よりも、インク(インク滴6)に対して高い撥液性(例えば、接触角が90°以上)を示す(有する)膜である。
また、チップ26は、撥液膜7が開口部251から露出するように、ノズル板本体25に接合されている(図1、図3参照)。
このような構成のノズル板2は、次のようにして製造することができる。
図4〜図10は、それぞれ、図1に示すノズル板の製造方法を説明するための図である。なお、図8には、プラズマ発生装置の一例を模式的に示してある。
図4〜図10に示すノズル板2の製造方法は、[1−1]撥液膜形成工程と、[1−2]撥液膜除去工程と、[1−3]マスク材除去工程と、[1−4]接合工程とを有している。以下、各工程について、順次説明する。
まず、図4に示すように、ノズル孔21が微小間隔を隔てて複数形成されたチップ26を用意する。また、撥液膜7を構成(形成)する液状の材料71が貯留された貯留槽200を用意する。
チップ26としては、例えば、金属、セラミックス、シリコン、ガラス、プラスチック等で構成されたものを用いることができる。このうち、特にチタン、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、スズ、金等の金属、またはニッケル−リン合金、スズ−銅−リン合金(リン青銅)、銅−亜鉛合金、ステンレス鋼等の合金、ポリカーボネート、ホリサルフォン、ABS樹脂(アクリルニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体)、ポリエチレンテレフタレート、ポリアセタール等で構成されたものを用いるのが好ましい。
その後、図6に示すように、貯留槽200からチップ26を取り出す。このとき、チップ26の下面のほぼ全体には、撥液膜7が形成されることとなる。
なお、チップ26と材料71との接触は、前述したような材料71にチップ26を浸漬する方法(浸漬法)により行われるのに限定されず、例えば、材料71をチップ26に塗布する方法(塗布法)、材料71をチップ26にシャワー状に供給する方法等により行なわれてもよい。
まず、図7に示すように、板状の治具10を用意する。この治具10の上面12には、互いに平行な複数(図示の構成では、3つ)の流路(溝)11が設けられている。各流路11は、撥液膜7を保護するガス状のマスク材9が通過可能となっている。
また、各流路11は、その一端11aが治具10の一端面で開放し、他端11bが閉塞している。マスク材9は、開放された一端11aから各流路11内に導入される。
次に、図8に示すように、各チップ26の液滴吐出面22と反対側の面27と、治具10の上面12とが当接(密着)するように、各チップ26に治具10を着脱自在に装着する。このとき、各流路11と各チップ26の列をなすノズル孔21、21、21とが連通する(重なる)ように装着する(図7参照)。
次いで、各流路11の一端11aから当該流路11内にマスク材9を導入(充填)する。当該導入されたマスク材9は、各流路11内を流れ、該流路11の中途部から各ノズル孔21を介して、当該ノズル孔21(インク吐出口211)周辺に漏れ出るように供給される。
ここで、マスク材9としては、撥液膜7をプラズマのエッチング作用から保護し得るガスが用いられる。
ここで、プラズマ処理装置の一例を図8に示す。
図8に示すプラズマ処理装置100は、チャンバー101内に、チップ26および治具10が載置される基板載置用ステージ102と、微小領域にプラズマを供給するプラズマ発生用ヘッド103が設置されて構成されている。
この基板吸着機構としては、特に限定されないが、例えば、治具10を静電引力によって基板載置用ステージ102に吸着させる静電吸着機構や、治具10を磁気引力によって基板載置用ステージ102に吸着させる磁気吸着機構等が挙げられる。
図8に示すプラズマ処理装置100は、プラズマ発生用ヘッド103が、被処理物(撥液膜7が形成されたチップ26)と対峙する面に、放電電極を有し、この放電電極と、対向電極となる基板載置用ステージ102との間にプラズマを発生させるもの(平行平板型のもの)であるが、プラズマ処理装置100は、プラズマ発生用ヘッド103が、プラズマを発生させるイオン源と、イオン源で発生したプラズマ(主にイオン)を被処理物に向けて加速する引出し電極および加速電極を有するもの(リモートプラズマ型のもの)を用いることもできる。
このプラズマ処理装置100によって、各ノズル孔21周辺以外の撥液膜7を除去するには、チャンバー101内に、プラズマ発生用ガス104を導入するとともに、プラズマ発生用ヘッド103をON状態とし、チップ26の液滴吐出面22に対して略平行に走査する。なお、このとき、前述したように、マスク材9の供給状態が維持されている。
この処理領域105を撥液膜7が形成されたチップ26が通過することにより、図8に示すように、マスク材9から露出した、すなわち、不要な撥液膜7が、プラズマのエッチング作用により、液滴吐出面22から除去される。
また、このプラズマ処理に用いられるプラズマとしては、例えば、酸素プラズマ、アルゴン、ヘリウム、ネオン、キセノン、クリプトンのような不活性ガス(希ガス)のプラズマ等が挙げられる。
また、プラズマ処理装置100(プラズマ処理)における高周波出力は、10〜10000W程度であるのが好ましく、100〜250W程度であるのが好ましい。
また、プラズマ発生用ヘッド103の走査速度は、1〜25mm/sec程度であるのが好ましく、5〜20mm/sec程度であるのがより好ましい。
次に、治具10を基板載置用ステージ102から取り外し、治具10をチップ26から剥離する。そして、図9に示すチップ26のように、ノズル孔21の内部に残存するマスク材9を除去する。
マスク材9の除去方法は、マスク材9がガス状であるので、大気圧下または減圧下に放置することや、例えば、窒素ガス等の不活性ガスをチップ26に吹き付けること等により行うことができる。
なお、マスク材9として大気を用いる場合や、除去することを要さない場合等には、本工程[1−3]を省略することができる。
以上のようにして、所定の領域に、すなわち、各ノズル孔21周辺に撥液膜7が形成された(残存した)チップ26を得る。
次に、予め作製しておいたノズル板本体25を用意する。なお、図9に示すように、ノズル板本体25の上面252の各開口部251の周辺には、接着剤20が付着している。
図10に示すように、チップ26の液液吐出面22の撥液膜7が除去された部分と、ノズル板本体25の上面252とを接着剤20を介して接着(接合)する。
以上の工程を経ることにより、チップ26のノズル板本体25に接合される部分の撥液膜7を容易に除去することができ、よって、低コストでノズル板2を製造することができる。
また、本発明のノズル板の製造方法では、チップ26とノズル板本体25との接合に接着剤20を用いていることにより、これらを容易に接合することができ、よって、より低コストでノズル板2を製造することができる。
このようなノズル板2を有するインクジェットヘッド1は、図9に示すようなインクジェットプリンタ(本発明の液滴吐出装置)に搭載される。
図11に示すインクジェットプリンタ900は、装置本体920を備えており、上部後方に記録用紙Pを設置するトレイ921と、下部前方に記録用紙Pを排出する排紙口922と、上部面に操作パネル970とが設けられている。
また、装置本体920の内部には、主に、往復動するヘッドユニット930を備える印刷装置(印刷手段)940と、記録用紙Pを1枚ずつ印刷装置940に送り込む給紙装置(給紙手段)950と、印刷装置940および給紙装置950を制御する制御部(制御手段)960とを有している。
ヘッドユニット930は、その下部に、多数のノズル孔21(インク吐出口211)を備えるインクジェットヘッド1と、インクジェットヘッド1にインクを供給するインクカートリッジ931と、インクジェットヘッド1およびインクカートリッジ931を搭載したキャリッジ932とを有している。
往復動機構942は、その両端をフレーム(図示せず)に支持されたキャリッジガイド軸944と、キャリッジガイド軸944と平行に延在するタイミングベルト943とを有している。
キャリッジモータ941の作動により、プーリを介してタイミングベルト943を正逆走行させると、キャリッジガイド軸944に案内されて、ヘッドユニット930が往復動する。そして、この往復動の際に、インクジェットヘッド1から適宜インクが吐出され、記録用紙Pへの印刷が行われる。
給紙ローラ952は、記録用紙Pの送り経路(記録用紙P)を挟んで上下に対向する従動ローラ952aと駆動ローラ952bとで構成され、駆動ローラ952bは給紙モータ951に連結されている。これにより、給紙ローラ952は、トレイ921に設置した多数枚の記録用紙Pを、印刷装置940に向かって1枚ずつ送り込めるようになっている。なお、トレイ921に代えて、記録用紙Pを収容する給紙カセットを着脱自在に装着し得るような構成であってもよい。
制御部960は、いずれも図示しないが、主に、各部を制御する制御プログラム等を記憶するメモリ、インクジェットヘッド1の個別電極81にパルス電圧を印加して、インクの吐出タイミングを制御する駆動回路、印刷装置940(キャリッジモータ941)を駆動する駆動回路、給紙装置950(給紙モータ951)を駆動する駆動回路、および、ホストコンピュータからの印刷データを入手する通信回路と、これらに電気的に接続され、各部での各種制御を行うCPUとを備えている。
制御部960は、通信回路を介して、印刷データを入手してメモリに格納する。CPUは、この印刷データを処理して、この処理データおよび各種センサからの入力データに基づいて、各駆動回路は、駆動信号を出力する。この駆動信号により静電アクチュエータ、印刷装置940および給紙装置950は、それぞれ作動する。これにより、記録用紙Pに印刷が行われる。
図12〜図15は、それぞれ、本発明のノズル板(第2実施形態)の製造方法を説明するための図である。なお、以下では、説明の便宜上、図12〜図15中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
以下、これらの図を参照して本発明のノズル板の第2実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
図15に示すように、撥液膜7Aは、ノズル孔21の内周面と液滴吐出面22とに連続して形成されている。換言すれば、各チップ26には、インク吐出口211側の液滴吐出面22と、ノズル孔21の内周面212のインク吐出口211の近傍の局所領域、すなわち、ノズル孔21の内周面212の、上端(一端)から下端(他端)に向かう所定長さ(所定深さ)の局所領域212aとに連続して、撥液膜7Aが形成されている。
このような撥液膜7Aは、以下に記載する成膜方法により形成される。この成膜方法は、[2−1]被加工膜形成工程と、[2−2]被加工膜除去工程と、[2−3]マスク材除去工程とを有している。
まず、浸漬法により、図12に示すように、チップ26の全体に渡って、すなわち、ノズル孔21の内周面212のほぼ全面(局所領域212aを含む(包含する)領域)およびノズル板2の表面に、撥液膜7Aを得るための被加工膜70を形成する。
次に、図13(a)に示すように、被加工膜70が形成されたチップ26のノズル孔21内に、流路11を介してマスク材9を充填(供給)する。
次に、マスク材9の供給状態を維持しつつ、インク吐出口211と反対側(ノズル孔21の他端側)から、チップ26に対して大気圧下においてプラズマ処理(大気圧プラズマ処理)を施す。
また、図14(c)に示すように、ノズル孔21内にプラズマが供給されると、プラズマのエッチング作用により、マスク材9から露出した(領域212bに形成された)被加工膜70が、プラズマのエッチング作用により、ノズル孔21の内周面212から除去される。
次に、前記第1実施形態の[1−2]の工程とほぼ同様の工程を経て、各ノズル孔21周辺以外の被加工膜70を除去する。
なお、必要に応じて、チップ26の側面24に形成された被加工膜70も除去するようにしてもよい。
次に、チップ26を基板載置用ステージ102から取り外し、治具10をノズル板から剥離する。そして、図14(d)に示すように、ノズル孔21の内部に残存するマスク材9を除去する。
マスク材9の除去方法は、マスク材9がガス状であるので、大気圧下または減圧下に放置することや、例えば、窒素ガス等の不活性ガスをチップ26に吹き付けること等により行うことができる。
なお、マスク材9として大気を用いる場合や、除去することを要さない場合等には、本工程[2−3]を省略することができる。
以上、本発明のノズル板の製造方法、ノズル板、液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置について図示の実施形態について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
また、チップに形成されるノズル孔の形成数は、3つであるのに限定されず、2つまたは4つ以上であってもよい。
また、マスク材を供給するとき、インク吐出口から噴出する(漏れ出る)マスク材を反射する反射板を、インク吐出口に対向するように、設けてもよい。これにより、マスク材と撥液膜とを確実に接触させることができ、よって、プラズマから撥液膜を確実に保護することができる。
また、本発明の液滴吐出ヘッドは、例えば、各種ディスペンスノズル等の細径の流路(貫通孔)を有する各種ヘッドに適用することができる。
Claims (11)
- 複数のノズル孔と、該各ノズル孔から液滴を吐出する側の液滴吐出面に設けられ、前記液滴に対して撥液性を有する撥液膜とを備える小片を、ノズル板本体に接合してノズル板を製造する方法であって、
前記小片の前記液滴吐出面と反対側から、前記撥液膜を保護するガス状のマスク材を、前記各ノズル孔を介して、その前記液滴吐出面の前記ノズル孔周辺に漏れ出るように供給しつつ、前記小片に対して、その前記液滴吐出面側から、大気圧下でプラズマ処理を施すことにより、前記マスク材から露出する前記撥液膜を除去する撥液膜除去工程と、
前記小片を、前記撥液膜が除去された部分において、前記ノズル板本体に接合する接合工程とを有することを特徴とするノズル板の製造方法。 - 前記撥液膜除去工程において、前記マスク材の供給は、前記小片の前記液滴吐出面と反対側の面に、前記マスク材が通過可能な複数の流路が設けられた治具を、前記各流路と前記各ノズル孔とが連通するように装着し、この状態で、前記各流路に前記マスク材を充填することにより行われる請求項1に記載のノズル板の製造方法。
- 前記各ノズル孔周辺に漏れ出す前記マスク材の量は、前記プラズマ処理に用いるプラズマ発生用ガスの流量との関係で設定される請求項1または2に記載のノズル板の製造方法。
- 前記マスク材として、前記プラズマ処理に用いるプラズマ発生用ガスよりも放電し難いガスを用い、前記プラズマ処理を平行平板型のプラズマ処理装置を用いて行う請求項1ないし3のいずれかに記載のノズル板の製造方法。
- 前記マスク材は、空気である請求項1ないし4のいずれかに記載のノズル板の製造方法。
- 前記接合工程において、前記小片と前記ノズル板本体との接合は、接着剤を用いることにより行われる請求項1ないし5のいずれかに記載のノズル板の製造方法。
- 前記撥液膜は、前記ノズル孔の内周面と前記液滴吐出面とに連続して形成されている請求項1ないし6のいずれかに記載のノズル板の製造方法。
- 前記撥液膜は、主としてフッ素系材料で構成されている請求項1ないし7のいずれかに記載のノズル板の製造方法。
- 請求項1ないし8のいずれかに記載のノズル板の製造方法により製造されたことを特徴とするノズル板。
- 請求項9に記載のノズル板を備えることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 請求項10に記載の液滴吐出ヘッドを備えることを特徴とする液滴吐出装置。
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