JP4222218B2 - ノズルプレート、ノズルプレート製造方法、及びインクジェットヘッド製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、被印刷媒体にインクを吐出するインク吐出面を有するノズルプレート、ノズルプレート製造方法、及びインクジェットヘッド製造方法に関する。

被印刷媒体にインクを吐出するインクジェットヘッドは、薄板状の金属プレートが積層された積層構造を有しているものが一般的である。このインクジェットヘッド内には、インクを吐出するノズル（インク吐出孔）とこれに連通する圧力室とを含むインク流路が多数形成されており、各圧力室に対向する位置にはアクチュエータがそれぞれ配置されている。各アクチュエータを駆動させると、対応する圧力室の容積が減少し、減少した容積分のインクがノズルから吐出される。このとき、ノズルの開口部近傍に残インクが付着しているとインクの吐出を阻害することがある。また、インクの吐出面をゴム製のブレードでワイピングしてクリーニングを行う場合に効率良くインクを除去することができないことがある。そのため、インク吐出面においては撥水膜が形成されていることが好ましい。この撥水膜は、例えばテフロン（登録商標）含有Ｎｉメッキ等で形成されるものが知られている。

インクの吐出面にこのような撥水膜を形成するためには、インク吐出面に対してメッキ処理を行う必要がある。しかしながら、メッキ処理を行うためにはインク吐出面以外の領域がマスキングされた母材をメッキ液層に浸漬しなければならないため、ノズルプレートがインクジェットヘッドに組み付けられた状態で、インク吐出面のみにメッキ処理を行うことは困難である。従って、この場合はノズルプレート単体に対してメッキ処理を行わなければならない。このように、メッキ処理により撥水膜を形成する場合には、インクジェットヘッドの製造工程の自由度が著しく制限されるという問題がある。

また、例えば、図１３に示すように、ノズルとなるインク吐出孔５２が形成されたノズルプレート５１のインク吐出面上に、メッキ処理により撥水膜５３を形成する場合には、撥水膜５３はインク吐出面に垂直な方向に成長する。一方、インク吐出孔５２の開口部においては、撥水膜５３はインク吐出面に垂直な方向に成長すると同時に、インク吐出面に平行な方向にも成長する。したがって、撥水膜５３の縁部がインク吐出孔５２から突出してインク吐出孔５２にオーバーハングが形成される。さらに、撥水膜５３をインク吐出面に限って形成しようとして、インク吐出孔５２の内壁面全体をマスキングした場合でも、撥水膜５３のインク吐出面と平行方向への成長は制限されないので、オーバーハングが突出した状態で形成されてしまう。しかしながら、インク吐出孔５２にオーバーハングが形成されると撥水膜５３の縁部によりインクの吐出が阻害され、インク滴の着弾位置が不安定となり、結果として、インクの吐出特性が悪くなるという問題がある。

また、撥水膜を形成する他の方法として、炭化水素ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により母材表面に撥水効果のあるアモルファスダイアモンド膜を形成する技術が開示されている（特許文献１参照）。プラズマＣＶＤ法とは、原料ガスを高周波によりプラズマ状態として化学反応を促進させ、母材表面上に原料を堆積させて膜を形成する方法である。

特開平１０−２９６９７３号公報（図２）

上述した技術では、撥水膜を形成するために母材をメッキ液層に浸漬する必要がないため、ノズルプレートをインクジェットヘッドに組み付けた後に撥水膜を形成する等の構成をとることができる。このため、メッキ処理により撥水膜を形成する場合と比較してインクジェットヘッドの製造工程の自由度を上げることができる。しかしながら、インク吐出面における母材表面上に対してさらに撥水膜を形成することに変わりはなく、メッキ処理により撥水膜を形成する場合と同様に、依然としてインク吐出孔の開口部にオーバーハングが形成されるという問題がある。

そこで、本発明の主たる目的は、インクジェットヘッドの製造工程の自由度を高くすることができるノズルプレート製造方法、及びインクジェットヘッド製造方法を提供することである。

また、本発明の別の目的は、インク吐出特性に優れたノズルプレートを提供することである。

課題を解決するための手段及び効果

本発明のノズルプレートの製造方法は、複数のプレートが積層された積層構造を有するとともに、被印刷媒体にインクを吐出するインクジェットヘッドにおいて、前記積層構造を構成しインクを吐出するためのインク吐出孔が形成されているプレートであるノズルプレートの製造方法であって、前記ノズルプレートにインクが吐出される前記インク吐出孔を形成する孔空け工程と、前記孔空け工程により形成された前記インク吐出孔が開口するインク吐出面において、少なくとも前記インク吐出孔の開口部周辺領域をアモルファス化するアモルファス化工程とを備えている。

これによると、ノズルプレートを他のユニットに組み付けた後であってもインク吐出面に撥水層を形成することができるため、インクジェットヘッドの製造工程の自由度を高くすることができる。また、ノズルプレートのインク吐出面そのものがアモルファス化しているため、インク吐出孔の開口部にオーバーハングを有していない。これにより、優れたインクの吐出特性を得ることができる。

本発明においては、前記アモルファス化工程において、前記インク吐出面の全てをアモルファス化することが好ましい。これによると、インク吐出面の全てがアモルファス化しているため、ワイピングによるインク吐出面のクリーニングを効率よく行うことができる。

また、本発明では、前記アモルファス化工程において、前記インク吐出面における前記インク吐出孔の外周領域のみをアモルファス化してもよい。これによると、アモルファス化する面積が小さいために、アモルファス化工程にかかる時間とコストとを低減することができる。

さらに、本発明では、前記アモルファス化工程において、前記インク吐出孔の内壁面の少なくとも一部をさらにアモルファス化することが好ましい。これによると、インクのメニスカスがインク吐出孔の内部に形成されることになるので、インクを吐出することで生じることがあるインク吐出面へのインクの残留を抑制することができる。したがって、インク吐出孔からインクがスムーズに吐出され、インクの吐出特性をさらに良くすることができる。

加えて、本発明では、前記アモルファス化工程において、電子ビーム又はレーザービームを照射することにより前記インク吐出面をアモルファス化することが好ましい。これによると、電子ビーム又はレーザービームの照射位置を精密に制御することで、任意の領域を精度良くアモルファス化することができる。

本発明のノズルプレートは、複数のプレートが積層された積層構造を有するとともに、被印刷媒体にインクを吐出するインクジェットヘッドにおいて、前記積層構造を構成しインクを吐出するためのインク吐出孔が形成されているプレートであるノズルプレートであって、前記インク吐出孔が開口するインク吐出面において、少なくとも前記インク吐出孔の開口部周辺領域がアモルファス化している。

これによると、ノズルプレートのインク吐出面そのものがアモルファス化しているため、インク吐出孔の開口部にオーバーハングを有していない。したがって、優れたインクの吐出特性を得ることができる。

本発明においては、前記ノズルプレートの厚さ方向に、前記ノズルプレートの母材自体がアモルファス化して形成されたアモルファス層と、前記ノズルプレートの母材とが積層された２層構造を有していることが好ましい。これによると、母材の外形を変化させることなくインク吐出面そのものをアモルファス化しているため、インクの吐出特性を損なうことがない。

本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、複数のプレートが積層された積層構造を有するとともに、被印刷媒体にインクを吐出するインクジェットヘッドの製造方法であって、ノズルプレートにインクが吐出されるインク吐出孔を形成する孔空け工程と、前記孔空け工程で形成された前記インク吐出孔が開口するインク吐出面において、少なくとも前記インク吐出孔の開口部周辺領域をアモルファス化するアモルファス化工程と、前記インク吐出孔の開口部を介して外部に連通する圧力室を含み、インクが供給されるインク供給口から前記インク吐出孔の開口部に至る複数のインク流路を内部に有するように、前記ノズルプレート及び複数の金属プレートを積層して流路ユニットを形成する流路ユニット形成工程とを備えている。

これによると、ノズルプレートのインク吐出面そのものがアモルファス化しているため、インク吐出孔の開口部にオーバーハングを有していない。したがって、優れたインクの吐出特性を得ることができる。また、ノズルプレート単体の状態でインク吐出面をアモルファス化するため、アモルファス化工程を効率よく行うことができる。また、ノズルプレートを作製した段階で、インク吐出面のアモルファス化が不十分であるような不良品を除外することができるので、全体としての歩留まりを向上させることができる。

本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、複数のプレートが積層された積層構造を有するとともに、被印刷媒体にインクを吐出するインクジェットヘッドの製造方法であって、ノズルプレートにインクが吐出されるインク吐出孔を形成する孔空け工程と、前記インク吐出孔の開口部を介して外部に連通する圧力室を含み、インクが供給されるインク供給口から前記インク吐出孔の開口部に至る複数のインク流路を内部に有するように、前記ノズルプレート及び複数の金属プレートを積層して流路ユニットを形成する流路ユニット形成工程と、前記流路ユニット形成工程により形成された前記流路ユニットの前記インク吐出孔が開口するインク吐出面において、少なくとも前記インク吐出孔の開口部周辺領域をアモルファス化するアモルファス化工程とを備えている。

これによると、ノズルプレートのインク吐出面そのものがアモルファス化しているため、インク吐出孔の開口部にオーバーハングを有していない。これにより、優れたインクの吐出特性を得ることができる。また、ノズルプレートが流路ユニットに積層された状態でインク吐出面をアモルファス化するため、アモルファス化したインク吐出面を他の工程で傷めるのを防止することができる。

本発明においては、前記流路ユニット形成工程が、前記複数の金属プレートを積層して積層構造体を形成する積層構造体形成工程と、前記積層構造体形成工程で形成された前記積層構造体及び前記ノズルプレートを積層する積層工程とを備えていることが好ましい。これによると、ノズルプレート単体の状態でインク吐出面をアモルファス化することも、積層構造体とノズルプレートとを積層した状態でインク吐出面をアモルファス化することもできるため、製造工程の自由度を高くすることができる。

また、本発明においては、前記圧力室に対向する位置に配置される個別電極、前記圧力室に跨るように形成された共通電極、及び圧電シートを、前記個別電極及び前記共通電極で前記圧電シートを挟持するように積層してアクチュエータユニットを形成する形成アクチュエータユニット形成工程と、前記流路ユニットと前記アクチュエータユニットとを、前記圧力室に前記個別電極が対向するように位置合わせして接合する接合工程とをさらに備えていることが好ましい。これによると、インクの吐出特性を損なわないインクジェットヘッドを製造することができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態に係るノズルプレートを含むインクジェットヘッドの分解斜視図である。なお、図中の２点鎖線で示された領域は、アクチュエータユニット２が配置される領域である。インクジェットヘッド１０１は、被印刷媒体上にインクを吐出して画像を形成するインクジェットプリンタに適用されるものである。図１に示すように、インクジェットヘッド１０１は、流路ユニット１とアクチュエータユニット２とを積層した積層構造を有している。そして、アクチュエータユニット２の流路ユニット１との接合面側（下面側）の反対側（上面側）に、インクジェットプリンタが備える制御装置と電気的に接続するためのフレキシブルフラットケーブル４０が接合される。

次に流路ユニット１について図２〜図４及び図６を参照しつつ説明する。図２は、流路ユニット１の分解斜視図である。図３は、図２の部分拡大図である。図４は、ノズルプレート４のインク吐出面の部分平面図である。図６は、図１に示すＶＩ−ＶＩ線におけるインクジェットヘッド１０１の断面図である。流路ユニット１は、後で詳述するように、その内部に図示しないインクタンクからインクが供給される共通インク室１８と、共通インク室１８からインクを吐出する各インク吐出孔１０に至る複数のインク流路１９とを備えている（図６参照）。図２及び図３に示すように、流路ユニット１はキャビティプレート３、ベースプレート４、マニホールドプレート６、７、及びノズルプレート９を備えるとともに、これらを積層した積層構造を有している。各プレート３、４、６、７、９は厚さ５０μｍ〜１５０μｍの略矩形状を有しており、各平面領域に塗布された接着剤により積層された状態で接合される。なお、本実施の形態では、各プレート３，４，６，７には４２％ニッケル合金鋼板を用い、ノズルプレート９にはＳＵＳ４３０を用いて流路ユニット１を形成している。

キャビティプレート３の短手方向の中央には、長手方向に沿って２列の千鳥状に配列された複数の圧力室１１が形成されている。圧力室１１は略矩形状を有しており、その長手方向がキャビティプレート３の長手方向に対して垂直方向になるように配置されている。圧力室１１の長手方向におけるキャビティプレート３の中央部側の端部には、孔１１ａが、反対側の端部にはキャビティプレート３の下面側の空間にのみ連通する制限流路１１ｂが形成されている。また、キャビティプレート３の長手方向の一端部には、楕円形状を有する穴１７が形成されている。穴１７の底部には、穴１７のキャビティプレート３の短手方向に沿って孔１５ａ、１５ｂが形成されている。穴１７にはインクタンクから供給されるインクを濾過するための図示しないフィルタが配置される。

ベースプレート４の短手方向の中央には、長手方向に沿って２列の千鳥状に配列された孔１２ａが形成されている。また、ベースプレート４の短手方向の両側には、長手方向に沿って１列に配列された孔１３が形成されている。さらに、ベースプレート４の長手方向の一端部には、その短手方向に沿って孔１６ａ、１６ｂが形成されている。孔１６ａはキャビティプレート３の孔１５ａに対応する位置に配置されているとともに、孔１６ｂはキャビティプレート３の孔１５ｂに対応する位置に配置されている。

マニホールドプレート６の短手方向の両側には孔であるマニホールド６ａ、６ｂが長手方向に沿って延在するように形成されている。マニホールドプレート７の短手方向の両側には穴であるマニホールド７ａ、７ｂが長手方向に沿って延在するように形成されている。マニホールド６ａ、７ａの一端部はベースプレート４の孔１６ａに対応する位置に配置されているとともに、マニホールド６ｂ、７ｂの一端部はベースプレート４の孔１６ｂに対応する位置に配置されている。また、マニホールド６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂはベースプレート４の孔１３の各列に対応する位置に配置されている。図６に示すように、マニホールドプレート６、７が接合されることにより、マニホールド６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂが共通インク室１８を構成する。また、マニホールドプレート６、７の短手方向の中央には、長手方向に沿ってベースプレート４の孔１２ａに対応するように複数の孔１２ｂ、１２ｃがそれぞれ形成されている。

ノズルプレート９の短手方向の中央には、長手方向に沿ってマニホールドプレート７の孔１２ｃに対応するように配列された複数のインク吐出孔１０が形成されている。また、図４及び図６に示すように、ノズルプレート９のインク吐出面には、電子ビームの照射により、その表面を全面に亘ってアモルファス化することによって撥水層９２が形成されている。すなわち、ノズルプレート９は、インク吐出面において母材であるＳＵＳ４３０自体がアモルファス化されて撥水性を示すようになった表面層が形成された２層構造となっている。

このような構成により、流路ユニット１内には、図６に示すような、マニホールド６ａ、７ａ（６ｂ、７ｂ）により形成された共通インク室１８から、孔１３、制限流路１１ｂ、圧力室１１、孔１２ａ、１２ｂ、１２ｃを経てインク吐出孔１０に至るインク流路１９が複数形成されている。

次にアクチュエータユニット２について図５を参照しつつ説明する。図５は、アクチュエータユニット２の分解部分斜視図である。図５に示すように、アクチュエータユニット２は、２枚の圧電シート２１と、２枚の圧電シート２２と、トップシート２３とを備えており、２枚の圧電シート２１、２枚の圧電シート２２が１枚ずつ交互に積層された後にトップシート２３が積層された積層構造を有している。なお、図５においては、下側に積層された圧電シート２１、２２を省略している。

トップシート２３は、絶縁材料から成る矩形状を有するシート部材であり、フレキシブルフラットケーブル４０が備えている信号電極に接続される複数の接続端子２６と、フレキシブルフラットケーブル４０が備えているグランド電極に接続されている複数の接続端子２７とを備えている。接続端子２６は、トップシート２３上の短手方向両側端部に長手方向に沿って配列されている。接続端子２７は、接続端子２６の配列と一体となって配列の両端に配置されている。また、トップシート２３の接続端子２６と直交する側面に、厚さ方向に延在した凹溝３０ａが形成されており、トップシート２３の接続端子２７と直交する側面に、厚さ方向に延在した凹溝３１ａが形成されている。そして、接続端子２６、２７の端部が、凹溝３０ａ、３１ａに露出するように配置されている。

圧電シート２２は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）から成る矩形状を有するシート部材であり、接続端子２６と電気的に接続される複数のダミー電極２９と、接続端子２７と電気的に接続される共通電極２５とを備えている。ダミー電極２９は、トップシート２３の接続端子２６に対応するように、圧電シート２２上の短手方向両側端部に長手方向に沿って配列されている。共通電極２５は、圧電シート２２上の中央部に広がって配置されているとともに、トップシート２３の接続端子２７に対応するようにダミー電極２９の配列と一体となって配列の両端に配置されている端部電極２５ａを備えている。また、圧電シート２２のダミー電極２９と直交する側面に厚さ方向に延在した凹溝３０ｂが形成されており、圧電シート２２の端部電極２５ａと直交する側面に厚さ方向に延在した凹溝３１ｂが形成されている。そして、ダミー電極２９及び端部電極２５ａの端部が、凹溝３０ｂ、３１ｂに露出するように配置されている。

圧電シート２１は、ＰＺＴから成る矩形状を有するシート部材であり、接続端子２６と電気的に接続される複数の個別電極２４と、接続端子２７と電気的に接続されるダミー電極２８とを備えている。個別電極２４は、トップシート２３の接続端子２６に対応するように、圧電シート２１上の短手方向両側端部に長手方向に沿って配列されている。また、個別電極２４は、流路ユニット１の圧力室１１に対応するように、圧電シート２１の中央付近まで延在している（図６参照）。ダミー電極２８は、トップシート２３の接続端子２７に対応するように、個別電極２４の配列と一体となって配列の両端に配置されている。また、個別電極２４と直交する圧電シート２１の側面に、厚さ方向に延在した凹溝３０ｃが形成されており、ダミー電極２８と直交する圧電シート２１の側面に、厚さ方向に延在した凹溝３１ｃが形成されている。そして、個別電極２４及びダミー電極２８の端部が、凹溝３０ｃ、３１ｃに露出するように配置されている。

２枚の圧電シート２１、２枚の圧電シート２２及びトップシート２３が積層されることにより、凹溝３０ａ〜３０ｃ及び凹溝３１ａ〜３１ｃがそれぞれ一体となりアクチュエータユニット２の側面を厚さ方向に延在する凹溝３０、３１を形成する。そして、凹溝３０、３１には導電ペーストが塗布されている。

ここで、アクチュエータユニット２の作用を説明する。本実施の形態によるインクジェットヘッド１０１において、圧電シート２１、２２はその厚み方向に分極されている。したがって、個別電極２４を共通電極２５と異なる電位にして圧電シート２１、２２に対してその分極方向に電界を印加すると、その電界が印加された部分が活性層として働き、その厚み方向すなわち積層方向に伸長又は収縮しようとする。本実施の形態では、活性層として働く電圧シート２１、２２が３層積層されており、各層の厚み方向の変位が重ね合わされることとなる。

ここで、例えば、トップシート２３の接続端子２６が接続されているフレキシブルフラットケーブル４０の信号電極の電位を、電界の方向と分極方向とが同方向となるような正又は負の所定電位とすると、複数の圧電シート２１、２２は厚み方向に伸張するように変形しようとする。このとき、図６に示すように、最下層の圧電シート２１の下面は圧力室１１を区画するキャビティプレート３の上面に固定されているので、圧電シート２１、２２は圧力室１１側へ突出するように変形する。このため、圧力室１１の容積が低下して圧力室１１内のインクの圧力が上昇し、圧力室１１に連通するインク吐出孔１０からインクが吐出される。その後、個別電極２４を共通電極２５と同じ電位に戻すと、圧電シート２１、２２は元の形状になって圧力室１１の容積が元の容積に戻るので、インクを共通インク室１８側から吸い込む。

次に、図７及び図９を参照しつつ、インクジェットヘッド１０１の製造方法について説明する。図７は、ノズルプレート９の製造過程を示す図である。図９は、インクジェットヘッドの製造過程を示す図である。

先ず、ノズルプレート９の製造方法について説明する。このノズルプレートの製造方法は、図７（ｅ）に示すように、基板９１に形成されインクを吐出するインク吐出孔１０と、基板９１のインク吐出孔１０の開口面積が小さい面であるインク吐出面（以下表面と称す、また、これと反対側の面を裏面と称す）に形成された撥水層９２とを備えたノズルプレート９を製造するためのものである。基板９１は、矩形状を有する金属製（例えば、ステンレス鋼）のプレートである。この基板９１の厚さは、例えば約７０μｍ程度である。

まず、基板９１の裏面にスプレー等の方法により潤滑剤を塗布した後に、図７（ａ）に示すように、基板９１の裏面側から、先端部が先細り形状に形成されたパンチ４５を打ち込む。これにより、基板９１の裏面側においては、表面側程先細りの先細り形状の凹部９３が形成される。また、基板９１の表面側においては、凹部９３の形成の際に基板９１が塑性変形してパンチ４５に表面側へ押し出された凸部９４が形成される。次に、図７（ｂ）に示すように、研削盤による研磨等によりこの凸部９４を除去し、基板９１の表面を平坦化させる。

その後、基板９１の表面にスプレー等の方法により潤滑剤を塗布した後に、図７（ｃ）に示すように、基板９１の表面側から円柱形状のパンチ４６を打ち込む。これにより、基板９１の表面においては、凹部９３までを貫通する孔９５が形成される（孔空け工程）。このように、基板９１の表面側からパンチ４６を打ち込んで基板９１を貫通させるため、基板９１の表面側にバリが発生しない。

また、孔９５はストレート状に形成されている。したがって、図７（ｅ）に示すように、インク吐出孔１０は、表面側程先細り形状に形成された凹部９３と、この凹部９３から表面側へ延びるストレート状の孔９５とで構成されることになる。このように、凹部９３が先細り形状に形成されているため、インク吐出孔１０の凹部９３に接続された図示しないインク供給源等から、インク吐出孔１０内にインクがスムーズに導かれて基板９１の表面側へインクが吐出される。さらに、孔９５がストレート状に形成されているために、インク吐出孔１０から吐出されるインクの吐出速度の均一性が確保され、インクの着弾精度が向上する。

そして、図７（ｄ）に示すように、基板９１の表面に対して、エネルギー密度６Ｊ／ｃｍ^２、照射時間２μｓｅｃの照射条件で３０回繰り返し電子ビームを照射する。これにより、基板９１の表面が融解してアモルファス状態となる。その後、基板９１の表面を急激に冷却することにより、基板９１の表面はアモルファス状態を保ちつつ凝固し、図７（ｅ）に示すように、アモルファス層である撥水層９２が形成される（アモルファス化工程）。このようにして、基板９１の表面に撥水層９２が形成された２層構造のノズルプレート９が完成する。ここで、撥水層９２の膜厚は、例えば１μｍ程度である。

ここで、撥水層の撥水性について説明する。撥水層の撥水性は接触角θで表現される。接触角θとは、液体（ここではインクを意味する）側から見た固体（ここでは、撥水層９２または基板９１を意味する）表面と液体とのなす角度のことをいう(図８参照)。つまり、接触角が１８０°に近い場合は、固体表面が水をはじいて水滴がほぼ球状になっている状態である。一方、接触角が０°に近い場合には、水が固体表面上に濡れ広がっている状態である。したがって、接触角が大きいほど、固体表面の撥水性が高いと評価することができる。撥水層９２の純水に対する静止接触角は９０°程度である。基板９１の純水に対する静止接触角は６０°程度であり、撥水層９２の接触角が基板９１の接触角よりも大きく、撥水層９２は基板９１よりも高い撥水性を有しているといえる。つまり、撥水層９２を形成することによりノズルプレート９の表面の撥水性を高めることができる。このように、インク吐出孔１０が設けられている基板９１の表面に撥水層９２を形成することで、インク吐出孔１０から吐出されるインクがインク吐出孔１０の開口部周辺に付着し、次に吐出されるインクと干渉して着弾精度が低下するのを防止することができる。

また、本実施の形態では、メッキ法やＣＶＤ法のように、ノズルプレート９の母材とは別材料で撥水性を有する膜をノズルプレート９の表面上に成長させる場合と異なり、インク吐出孔１０の開口部にオーバーハングが形成されることがない。すなわち、本実施の形態では、インク吐出面のアモルファス化の前後において、ノズルプレート９の構成元素の配置状態が変化するだけである。したがって、少なくともインク吐出孔１０付近の外形に殆ど変化が無く、吐出されるインクと干渉して着弾精度が低下してしまうのをより効果的に防ぐことができる。

なお、前述したように、本実施形態においては、基板９１にほとんどバリが生じないが、必要に応じてバリ取りを行ってもよい。このバリ取りは、電解研磨、流体研磨、ラップ盤による研削、磁気研磨、低周波超音波による洗浄等、公知の方法により行うことができる。

次に、上述の方法で作製されたノズルプレート９を用いた、インクジェットヘッド１０１の製造方法について説明する。まず、キャビティプレート３、ベースプレート４及びマニホールドプレート６、７の４枚のプレート対してエッチング加工やパンチング加工等を施すことによって、図２に示すような孔及び凹部をそれぞれ形成する。そして、キャビティプレート３の孔１５ａ及び孔１５ｂと、ベースプレート４の孔１６ａ及び１６ｂと、マニホールドプレート６のマニホールド６ａ及び６ｂの一端と、マニホールドプレート７のマニホールド７ａ及び７ｂの一端とがそれぞれ対応するとともに、キャビティプレート３の孔１１ａと、ベースプレート４の孔１２ａと、マニホールドプレート６の孔１２ｂと、マニホールドプレート７の孔１２ｃとがそれぞれ対応するように、４枚のプレート３、４、６、７を互いに位置合わせをし、エポキシ系の熱硬化性接着剤を介して積層させる。その後、熱硬化性接着剤の硬化温度以上の温度に加圧しつつ加熱し４枚のプレート３、４、６、７を互いに接合させる。このようにして、図９（ａ）に示すような、積層構造体１ａを作製する（積層構造体形成工程）。また、積層構造体１ａの作製工程とは別工程において、上述のような方法で撥水層９２が形成されたノズルプレート９を作製する。

次に、マニホールドプレート７の孔１２ｃと、ノズルプレート９のインク吐出孔１０とが対応し、流路ユニット１の内部に圧力室１１を通りインク吐出孔１０に至るインク流路１９が形成されるように、積層構造体１ａとノズルプレート９とを互いに位置合わせする。そして、エポキシ系の熱硬化性接着剤を介して積層させた後、熱硬化性接着剤の硬化温度以上の温度に加圧しつつ加熱し、積層構造体１ａとノズルプレート９とを接合させる（積層工程）。これにより、図９（ｂ）に示すような、流路ユニット１を作製する（流路ユニット形成工程）。

また、流路ユニット１の作製工程とは別工程において、アクチュエータユニット２を作成する。詳しくは、まず、それぞれトップシート２３、２枚の圧電シート２１及び２枚の圧電シート２２となる計５枚のグリーンシートの表面において、図５に示すような端子及び電極となる部分に導電性のペースト（金属材料）をスクリーン印刷によって塗布する。そして、これらのグリーンシート乾燥させた後に、圧電シート２１、２２を交互に積層し、最上層にトップシート２３を積層する。その後、トップシート２３の接続端子２６と、圧電シート２２のダミー電極２９と、圧電シート２１の個別電極２４とが互いに対応すると共に、トップシート２３の接続端子２７と、圧電シート２２の端部電極２５ａと、圧電シート２１のダミー電極２８とが互いに対応するように位置合わせを行い、積層方向に加圧して一体化させる。このとき、アクチュエータユニット２となる積層物の側面には凹溝３０、３１が形成される。このように一体化された積層物を焼成した後、凹溝３０、３１に導電性ペーストを塗布し、さらに焼成する。このようにして、図９（ｂ）に示すような、アクチュエータユニット２を作製する（アクチュエータ作成工程）。

最後に、図９（ｃ）に示すように、流路ユニット１とアクチュエータユニット２とを、アクチュエータユニット２の個別電極２４と共通電極２５との重なり部分が、流路ユニット１内の圧力室１１に対応する位置になるように位置合わせをしつつ、熱硬化性接着剤を介して積層させる。その後、熱硬化性接着剤の硬化温度以上の温度に加圧しつつ加熱するし、流路ユニット１とアクチュエータユニット２とを接合させる（接合工程）。このようにして、インクジェットヘッド１０１を完成させる。

以上のように、第１の実施の形態のノズルプレート９では、インク吐出面そのものをアモルファス化することにより撥水層９２を形成している。よって、ノズルプレート９は、インク吐出孔１０の開口部にオーバーハングを有していない。これにより、優れたインクの吐出特性を得ることができる。また、撥水層９２は耐久性が高いので、インク吐出面のクリーニングのためのワイピングによって剥離するようなことも無い。さらに、インク吐出面全体に亘って撥水層９２が形成されているために、ワイピングによるインク吐出面のクリーニングを効率良く行うことができる。

また、インク吐出面に電子ビームを照射して、ノズルプレート９に撥水層９２を形成している。したがって、電子ビームの照射位置を精密に制御することで、任意の領域に精度良く撥水層９２を形成することができる。

また、ノズルプレート９は、その厚さ方向に基板９１がアモルファス化して形成された撥水層９２と基板９１とが積層する２層構造を有している。したがって、基板９１の厚みを変化させることなく基板９１の表面そのものをアモルファス化させて撥水層９２を形成しているため、インクの吐出特性を損なうことがない。

また、第１の実施の形態のインクジェットヘッド１０１の製造方法では、予め単体の状態で撥水層９２が形成されたノズルプレート９を積層構造体１ａと積層させて流路ユニット１を作製した後に、流路ユニット１とアクチュエータユニット２とを積層させて完成させる。したがって、撥水層９２の形成を効率よく行うことができる。また、ノズルプレート９を作製した段階で、撥水層９２の形成が不十分であるような不良品を除外することができるので、全体としての歩留まりを向上させることができる。

なお、上述のインクジェットヘッド１０１の製造方法は一例であり、これには限られない。ここで、図１０を参照しつつ、インクジェットヘッド１０１の製造方法の変形例について説明する。

まず、図１０（ａ）に示すように、キャビティプレート３、ベースプレート４、マニホールドプレート６、７及び複数のインク吐出孔１０が形成された基板９１（ノズルプレート９のインク吐出面に撥水層９２が形成されていないもの）を積層させて流路ユニット１を作製する。次に、図１０（ｂ）に示すように、流路ユニット１の作製工程とは別工程により、２枚の圧電シート２１、２枚の圧電シート２２及びトップシート２３を積層させてアクチュエータユニット２を作製する。さらに、基板９１の表面に対して電子ビームを照射する。これにより、図１０（ｃ）に示すように、基板９１の表面には撥水層９２が形成される。その後、流路ユニット１とアクチュエータユニット２とを積層させてインクジェットヘッド１０１を完成させる。

上述のように、複数のプレートを積層させて流路ユニット１を作成した後に基板９１の表面に撥水層９２を形成することにより、その他の工程で撥水層９２を傷めるのを防止することができる。

また、ノズルプレート９は、ノズルプレート９単体の状態であっても、ノズルプレート９と積層構造体１ａとを積層させた状態であってもインク吐出面に撥水層９２を形成することができる。したがって、インクジェットヘッドの製造工程の自由度を高くすることができる。

なお、図１０に示すインクジェットヘッドの製造工程においては、互いに別の工程で作製された流路ユニット１とアクチュエータユニット２とを積層させた後に基板９１の表面に撥水層９２を形成させてもよい。

また、ノズルプレート９のインク吐出面に撥水層９２を形成する際に、母材である基板９１とアモルファス層である撥水層９２との間に応力が残留してしまう場合がある。そして、この残留応力が大きいとノズルプレート９自体に反りや曲がりが生じ、他の部材との積層が難しくなってしまう。したがって、ノズルプレート９が他のプレートと積層された状態でインク吐出面に撥水層９２を形成するのは、ノズルプレート９の他のプレートとの積層を容易にすると言う観点からも有効である。すなわち、ノズルプレート９が予め他のプレートと積層されており、全体として剛性の高い状態で撥水層９２が形成されることになるので、インクジェットヘッド１０１として組み立てる積層工程が容易になる。

次に、本発明の第２の実施の形態について、図１１を参照しつつ説明する。図１１は、本発明の第２の実施の形態にかかるノズルプレートのインク吐出面の部分平面図である。

本発明の第２の実施の形態のノズルプレートが、第１の実施の形態のノズルプレートと主に異なる点は、第１の実施の形態のノズルプレート９は、そのインク吐出面全体に亘って撥水層９２が形成されているが、第２の実施の形態のノズルプレート２０９は、インク吐出面の一部分のみに撥水層２９２が形成されている点である。なお、ノズルプレート２０９のその他の構成、その製造方法及びノズルプレート２０９を備えたインクジェットヘッドの製造方法は、第１の実施の形態とほぼ同様であるので、詳細な説明は省略する。

第２の実施の形態のノズルプレート２０９では、図１１に示すように、そのインク吐出面におけるインク吐出孔２１０の外周領域のみに電子ビームを照射することによって撥水層２９２を形成する。第２の実施の形態によると、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、ノズルプレート２０９では、インク吐出孔２１０の外周領域のみに撥水層２９２が形成されているために、撥水層２９２の形成に要する時間とコストとを低減することができる。

次に、本発明の第３の実施の形態について、図１２を参照しつつ説明する。図１２は、本発明の第３の実施の形態にかかるノズルプレートのインク吐出孔における厚さ方向部分断面図である。

本発明の第３の実施の形態のノズルプレートが、第１の実施の形態のノズルプレートと主に異なる点は、第１の実施の形態のノズルプレート９は、そのインク吐出面のみに撥水層９２が形成されているが、第３の実施の形態のノズルプレート３０９は、インク吐出孔３１０の内壁面のインク吐出面近傍にも撥水層３９２が形成されている点である。なお、ノズルプレート３０９のその他の構成、その製造方法及びノズルプレート３０９を備えたインクジェットヘッドの製造方法は、第１の実施の形態とほぼ同様であるので、詳細な説明は省略する。

第３の実施の形態のノズルプレート３０９は、穴空け工程によって複数のインク吐出孔３１０が形成された基板３９１の表面に対して、図１２（ａ）に示すように、インク吐出面に垂直な方向の電子ビームを照射するとともに、インク吐出面に対して所定角度まで傾けた電子ビームを照射する。このようにして、図１２（ｂ）に示すように、インク吐出面とインク吐出孔３１０の内壁面のインク吐出面近傍とに撥水層３９２が形成されたノズルプレート３０９を作製する。

第３の実施の形態によると、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、ノズルプレート３０９では、インク吐出面とインク吐出孔３１０の内壁面のインク吐出面近傍とに撥水層３９２が形成されている。これにより、インクのメニスカスがインク吐出孔３１０の内部に形成されることになるので、インクが吐出されることで生じることがあるインク吐出面へのインクの残留を抑制することができる。したがって、インク吐出孔３１０からインクがスムーズに吐出されるため、インクの吐出特性をさらに良くすることができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。

上述の第１〜３の実施の形態では、ノズルプレートのインク吐出面に対して電子ビームを照射することによってアモルファス化させているが、アモルファス化の手段はこれには限られない。例えば、レーザービームを照射することによってインク吐出面をアモルファス化させてもよい。

また、上述の第１の実施の形態では、インク吐出面全体に亘って撥水層が形成されている場合、第２の実施の形態では、インク吐出孔の外周領域のみに撥水層が形成されている場合、第３の実施の形態では、インク吐出面とインク吐出孔の内壁面のインク吐出面近傍とに撥水層が形成されている場合についてそれぞれ説明しているが、撥水層が形成される領域はこれらには限られない。少なくともインク吐出孔の外周領域に撥水層が形成されていれば、本発明の効果を得ることができる。

また、上述の第１〜３の実施の形態では、流路ユニットを構成するキャビティプレート、ベースプレート及び２枚のマニホールドプレート、ノズルプレートの５枚のプレートが互いに熱硬化性接着剤によって接合される場合について説明しているが、これらのプレートの接合方法はこれには限られず、例えば拡散接合等で接合されてもよい。また、各プレート毎に接合方法が異なっていてもよい。

また、上述の第１〜３の実施の形態では、流路ユニットを構成するキャビティプレート、ベースプレート及びマニホールドプレート、ノズルプレートの各プレートの孔及び凹部がパンチング加工により形成される場合について説明している、孔及び凹部の形成方法はこれには限られない。例えば、各プレートにパターニングされたフォトレジストをマスクとしたエッチング及びハーフエッチングを施すことによって形成してもよいし、レーザ加工を施すことによって形成してもよい。

また、上述の第１〜３の実施の形態では、キャビティプレート、ベースプレート及びマニホールドプレートには４２％ニッケル合金鋼板を用い、ノズルプレートにはＳＵＳ４３０を用いる場合について説明しているが、これには限られない。例えば、これら全てのプレートに４２％ニッケル合金鋼板を用いて流路ユニットを構成するようにしてもよい。この場合は、各プレートの膨張係数の違いによる流路ユニットの反りや曲がりの発生を防ぐことができる。

第１の実施の形態に係るノズルプレートを含むインクジェットヘッドの分解斜視図である。 図１に示す流路ユニットの分解斜視図である。 図２に示す流路ユニットの部分拡大図である。 図１に示すノズルプレートのインク吐出面の部分平面図である。 図１に示すアクチュエータユニットの分解部分斜視図である 図１に示すＶＩ−ＶＩ線におけるインクジェットヘッドの断面図である。 図１に示すノズルプレートの製造過程を示す図である。 接触角の説明図である。 図１に示すインクジェットヘッドの製造過程を示す図である。 図１に示すインクジェットヘッドの製造過程の変形例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態にかかるノズルプレートのインク吐出面の部分平面図である。 本発明の第３の実施の形態にかかるノズルプレートのインク吐出孔における厚さ方部分向断面図である。 従来のノズルプレートのインク吐出孔における厚さ方向部分断面図である。

符号の説明

１ 流路ユニット
２ アクチュエータユニット
９ ノズルプレート
１０ インク吐出孔
１１ 圧力室
１９ インク流路
２１、２２ 圧電シート
２４ 個別電極
２５ 共通電極
９１ 基板
９２ 撥水層
１０１ インクジェットヘッド

Claims (11)

1. 複数のプレートが積層された積層構造を有するとともに、被印刷媒体にインクを吐出するインクジェットヘッドにおいて、前記積層構造を構成しインクを吐出するためのインク吐出孔が形成されているプレートであるノズルプレートの製造方法であって、
   前記ノズルプレートにインクが吐出される前記インク吐出孔を形成する孔空け工程と、
   前記孔空け工程により形成された前記インク吐出孔が開口するインク吐出面において、少なくとも前記インク吐出孔の開口部周辺領域をアモルファス化するアモルファス化工程とを備えていることを特徴とするノズルプレート製造方法。
2. 前記アモルファス化工程において、前記インク吐出面の全てをアモルファス化することを特徴とする請求項１に記載のノズルプレート製造方法。
3. 前記アモルファス化工程において、前記インク吐出面における前記インク吐出孔の外周領域のみをアモルファス化することを特徴とする請求項１に記載のノズルプレート製造方法。
4. 前記アモルファス化工程において、前記インク吐出孔の内壁面の少なくとも一部をさらにアモルファス化することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のノズルプレート製造方法。
5. 前記アモルファス化工程において、電子ビーム又はレーザービームを照射することにより前記インク吐出面をアモルファス化することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のノズルプレート製造方法。
6. 複数のプレートが積層された積層構造を有するとともに、被印刷媒体にインクを吐出するインクジェットヘッドにおいて、前記積層構造を構成しインクを吐出するためのインク吐出孔が形成されているプレートであるノズルプレートであって、
   前記インク吐出孔が開口するインク吐出面において、少なくとも前記インク吐出孔の開口部周辺領域がアモルファス化していることを特徴とするノズルプレート。
7. 前記ノズルプレートの厚さ方向に、前記ノズルプレートの母材自体がアモルファス化して形成されたアモルファス層と、前記ノズルプレートの母材とが積層された２層構造を有していることを特徴とする請求項６に記載のノズルプレート。
8. 複数のプレートが積層された積層構造を有するとともに、被印刷媒体にインクを吐出するインクジェットヘッドの製造方法であって、
   ノズルプレートにインクが吐出されるインク吐出孔を形成する孔空け工程と、
   前記孔空け工程で形成された前記インク吐出孔が開口するインク吐出面において、少なくとも前記インク吐出孔の開口部周辺領域をアモルファス化するアモルファス化工程と、
   前記インク吐出孔の開口部を介して外部に連通する圧力室を含み、インクが供給されるインク供給口から前記インク吐出孔の開口部に至る複数のインク流路を内部に有するように、前記ノズルプレート及び複数の金属プレートを積層して流路ユニットを形成する流路ユニット形成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製造方法。
9. 複数のプレートが積層された積層構造を有するとともに、被印刷媒体にインクを吐出するインクジェットヘッドの製造方法であって、
   ノズルプレートにインクが吐出されるインク吐出孔を形成する孔空け工程と、
   前記インク吐出孔の開口部を介して外部に連通する圧力室を含み、インクが供給されるインク供給口から前記インク吐出孔の開口部に至る複数のインク流路を内部に有するように、前記ノズルプレート及び複数の金属プレートを積層して流路ユニットを形成する流路ユニット形成工程と、
   前記流路ユニット形成工程により形成された前記流路ユニットの前記インク吐出孔が開口するインク吐出面において、少なくとも前記インク吐出孔の開口部周辺領域をアモルファス化するアモルファス化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製造方法。
10. 前記流路ユニット形成工程が、
    前記複数の金属プレートを積層して積層構造体を形成する積層構造体形成工程と、
    前記積層構造体形成工程で形成された前記積層構造体及び前記ノズルプレートを積層する積層工程とを備えていることを特徴とする請求項８又は９に記載のインクジェットヘッド製造方法。
11. 前記圧力室に対向する位置に配置される個別電極、前記圧力室に跨るように形成された共通電極、及び圧電シートを、前記個別電極及び前記共通電極で前記圧電シートを挟持するように積層してアクチュエータユニットを形成する形成アクチュエータユニット形成工程と、
    前記流路ユニットと前記アクチュエータユニットとを、前記圧力室に前記個別電極が対向するように位置合わせして接合する接合工程とをさらに備えていることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド製造方法。

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