JP4320620B2 - ノズルプレートの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、インクを吐出するノズルを備えたノズルプレートの製造方法に関する。

インクジェットヘッドには、ノズルが形成されたノズルプレートが設けられており、このノズルから記録媒体に対してインクが吐出されて印刷されるようになっている。ここで、ノズルからインクを吐出する際に、ノズルのインク吐出口の周辺部の撥水性（撥インク性）が悪くインクの濡れが生じると、ノズルのインク吐出口周辺にインクが付着し残留することがある。さらに吐出されるインクは、ノズルのインク吐出口周辺に付着したインクと干渉してインクの着弾精度が悪化するため、ノズルプレートの基板の表面（インク吐出側）には、撥水性を向上させるための撥水膜が形成される。この撥水膜を基板表面に形成する方法には種々の方法が提案されているが、その中でも、基板にノズルを形成した後に、ノズルのインク吐出口を熱硬化性あるいは光硬化性樹脂を用いてマスキングしてから、その上に撥水膜を形成する方法がある（例えば、特許文献１，２参照）。

例えば、特許文献１に記載の撥水膜形成方法では、まず、ノズルが形成された基板の表面に光硬化性を有する感光性樹脂フィルムを圧着し、この感光性樹脂フィルムの一部をノズルの内部に入り込ませる。次に、基板の裏面側から紫外線を照射して、ノズル内に入り込んだ感光性樹脂フィルムを硬化させてノズル内に栓体部を形成するとともに、ノズルを通して基板表面まで達した光の回折、屈折及び乱反射を利用して、基板表面の感光性樹脂フィルムのうち、ノズルのインク吐出口から径方向外側に広がるインク吐出口の周辺部も硬化させて、ノズル内径よりも大径の膨大部を形成する。

さらに、基板の表裏両面に光硬化性を有する感光性樹脂剤を塗布し、裏面側から光を照射して裏面側の感光性樹脂剤を硬化させる。そして、基板表面に露光されずに残された感光性樹脂フィルムと感光性樹脂剤とを溶剤により除去する。このとき、基板表面側の膨大部と、裏面側の感光性樹脂剤が硬化して形成された裏打ち部とにより、栓体部がノズルから脱落しないようになっている。そして、膨大部及び栓体部によりノズルのインク吐出口がマスキングされた状態で、基板表面に撥水メッキからなる撥水膜を形成した後、栓体部、膨大部及び裏打ち部を溶液で溶解させて除去する。

また、特許文献２に記載の撥水膜形成方法では、まず、ノズルが形成された基板に、裏面側から光硬化性を有する感光性樹脂フィルムを付着させる。そして、この感光性樹脂フィルムを加熱して軟化させることにより、感光性樹脂をノズル内に充填するとともに、その充填された感光性樹脂の先端面を平坦化させ且つその先端面を基板の表面とほぼ同一の平面に形成する。そして、ノズル内に充填された感光性樹脂を露光により硬化させてから、基板表面にニッケルメッキによる撥水膜を形成した後、感光性樹脂を溶剤により除去する。

特開平６−２４６９２１号公報（第２−４頁、図１−４） 特開平９−１３１８８０号公報（第４−５頁、図２−３）

前記特許文献１に記載の撥水膜形成方法においては、ノズル内に入り込んだ感光性樹脂フィルムを硬化させて栓体部を形成する際に、基板表面の感光性樹脂フィルムをノズル内径よりも大きく広がるように硬化させて意図的に膨大部を形成して、栓体部がノズルから脱落しないようにしている。しかし、この膨大部により、ノズルだけでなく、ノズルのインク吐出口の周囲もマスキングされてしまう。そのため、基板表面に撥水膜を形成したときに、インク吐出口の近傍に撥水膜が形成されなくなるためインクが残留しやすくなり、インクの着弾精度が低下する虞がある。さらに、栓体部がノズルから脱落しないようにするために、基板の裏面側に裏打ち部も形成する必要があり、工程が多くなり効率が低下する。

また、前記特許文献２に記載の撥水膜形成方法においては、ノズルに充填された感光性樹脂の先端面を平坦化させ且つその先端面を基板の表面とほぼ同一の平面にしてから、ノズル内の感光性樹脂を露光により硬化させる。これに続くニッケルメッキは、撥水膜としてのメッキ膜が感光性樹脂上で成長することはないが、撥水膜がノズルに部分的に覆い被さる、いわゆるオーバーハングが必然的に生じてしまう。従って、ノズル内径よりも撥水膜の開口の内径が小さくなったり、あるいは、内径がばらつくことになるし、ノズルから吐出されるインクがオーバーハングした撥水膜の部分に干渉することにもなるため、ノズルから吐出されるインクの着弾精度が低下する。

本発明の目的は、撥水膜の形成されない領域がノズルのインク吐出口の近傍に形成されることがなく、しかも撥水膜のオーバーハングによる突出量を小さくすることが可能なノズルプレートの製造方法を提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明のノズルプレートの製造方法は、インクを吐出するノズルが形成された基板に対して、前記基板の厚みより小さく前記ノズルのインク吐出口の内径以下の厚さを有したフィルム状の光硬化性樹脂を、前記光硬化性樹脂がガラス転移状態となる温度に加熱して前記基板の表面に圧着することによって、前記光硬化性樹脂をノズルの先端部に充填しつつ前記基板の表面に積層させる光硬化性樹脂積層工程と、前記基板の裏面から前記ノズルを通して前記光硬化性樹脂に対して光を照射して光硬化性樹脂を硬化させることにより、前記光硬化性樹脂に、前記基板の表面から部分的に突出し、且つ、突出している部分の外径がノズルのインク吐出口の内径以下になっていると共に突出していない部分の外径が前記インク吐出口の内径に等しくなっている柱状硬化部を形成する硬化工程と、前記基板の表面の光硬化性樹脂のうちの前記柱状硬化部以外の部分を除去する未硬化部除去工程と、ノズルに前記柱状硬化部が残された状態で基板の表面に撥水膜を形成する撥水膜形成工程とを備えている。前記硬化工程において、前記表面での前記ノズルの開口径が１５μｍ〜３０μｍの範囲で大きくなるに伴って、前記光硬化性樹脂に対して照射する露光量を多くすると共に、前記柱状硬化部が前記基板の表面から１〜１５μｍ突出するように決定された露光量を有する光であって、前記柱状硬化部の硬化率が５０％〜８０％になる露光量の光の照射によって、前記柱状硬化部を、前記光による硬化反応の中間状態である半硬化状態とする。

このノズルプレートの製造方法においては、まず、光硬化性樹脂積層工程において、インクを吐出するノズルが形成された基板に対して、光硬化性樹脂をノズルの先端部に充填しつつ基板の表面（インク吐出側の面）に積層させる。次に、硬化工程において、基板の裏面からノズルを通して基板表面側の光硬化性樹脂に対して光を照射することにより、ノズルの先端部に充填された光硬化性樹脂を硬化させる。このとき、光の照射条件を調整することにより、ノズル内を通る光により光硬化性樹脂をノズルが延びる方向にのみ硬化させ、基板の表面から部分的に突出し、且つ、突出している部分の外径がインク吐出口の内径以下になっていると共に突出していない部分の外径がインク吐出口の内径に等しくなっている柱状硬化部を形成する。それから、未硬化部除去工程において、基板の表面の光硬化性樹脂のうちの前記柱状硬化部以外の部分を除去した後、撥水膜形成工程において、ノズルに柱状硬化部が残された状態で基板の表面に撥水膜を形成する。

柱状硬化部の一部が基板の表面から突出しており且つこの突出部分の外径がノズルのインク吐出口の内径以下であるので、ノズルのインク吐出口の近傍に撥水膜の形成されない領域が形成されることがなく、しかも撥水膜のオーバーハングによる突出量を小さくすることができる。そのため、ノズルのインク吐出口周辺の撥水性が向上してインクの漏れを防止することができると共に、ノズルからインクが吐出されるときにインクが撥水膜に干渉しにくくなってインクの着弾精度が向上する。

また、上述したように、前記硬化工程において、前記柱状硬化部を、前記光による硬化反応の中間状態である半硬化状態とする。また、前記基板の表面から突出している部分の外径が前記インク吐出口の内径より小さくなっている。そして、硬化工程において、前記光硬化性樹脂に対して照射する光の露光量が、前記柱状硬化部の硬化率が５０％〜８０％になるように決定されている。ここで、半硬化状態とは、光硬化性樹脂が完全に固化するまで硬化した状態に達する前の状態であり、このような硬化状態と異なり、柱状硬化部が、若干の柔軟性及び粘性を有する状態である。従って、柱状硬化部の側面がノズルの内面に密着した状態となるため、この柱状硬化部を形成した後の、未硬化部除去工程において、基板の表面の光硬化性樹脂のうちの柱状硬化部以外の部分を除去したときに、柱状硬化部がノズルから脱落することがほとんどない。また、半硬化状態であるため、ノズル内に充填された部分が完全硬化した感光性樹脂とは異なり、剥離液によって容易に除去することが可能である。さらに、前記硬化工程において、前記柱状硬化部が前記基板の表面から１〜１５μｍ突出するように決定された露光量を有する光を、前記光硬化性樹脂に対して照射することによって、撥水膜の厚みを確保できるため、インクの着弾精度を向上させることができる。さらに、前記光硬化性樹脂積層工程において、フィルム状の光硬化性樹脂を前記基板の表面に加熱して圧着することにより前記光硬化性樹脂を前記基板の表面に積層するため、フィルム状の光硬化性樹脂を基板の表面に容易に積層させることができる。また、加熱温度及び圧着時の圧力等を調節することにより、光硬化性樹脂のノズルへの充填量を容易に調整できる。ここで、例えば、光硬化性樹脂の加熱温度を、８０℃〜１００℃の範囲で設定してもよい。加えて、前記フィルム状の光硬化性樹脂の厚さが、前記ノズルのインク吐出口の内径以下であるため、ノズルの先端部に、前記柱状硬化部を形成するのに必要な量の光硬化性樹脂を充填することが容易になる。

加えて、本発明においては、前記硬化工程を行う前に、前記基板の裏面の少なくとも前記ノズルの開口部の周縁に平面研削加工を施す研削工程をさらに備えていることが好ましい。これによると、研削工程において基板裏面の開口部周辺に形成された盛り上がり部を除去してから、硬化工程において光を照射することになるため、照射した光が盛り上がり部により乱反射するのを防止することができる。これにより、好適な柱状硬化部を形成するための露光条件を安定させることができる。また、盛り上がり部が除去されると基板の裏面を他のプレートに精度良く接着することができるためインク漏れなどを防止することができる。

また、本発明においては、前記ノズルが、前記基板の裏面から表面に向かうにつれて内径が小さくなるように形成されているテーパ部と、前記テーパ部の表面側端部から前記基板の表面まで円筒状に形成されているストレート部とを有しており、前記硬化工程において、前記表面での前記ノズルの開口径、前記テーパ部の傾斜角度、及び前記ストレート部の長さの少なくともいずれか１つに基づいて決定された光量を有する光を、前記光硬化性樹脂に対して照射することが好ましい。これによると、最適な照射条件を設定することにより柱状硬化部を精度良く形成することができる。

本発明の第１の実施の形態について説明する。第１の実施の形態は、インクジェットヘッドに設けられ、インクを吐出するノズルを備えたノズルプレートに本発明を適用したものである。以下、図１を参照して説明する。

先に、ノズルプレートＰ１について概略説明する。図１（ｅ）に示すように、ノズルプレートＰ１は、基板１に形成されインクを吐出するノズル２と、基板１の表面（インク吐出側の面）に形成された撥水膜３とを備えているものである。基板１は、金属製（例えば、ステンレス鋼）のシートで構成されており、厚さが、例えば、約７０μｍ程度のものである。ノズル２は、基板１の裏面側に形成され表面側程先細り状のテーパ部２ａと、このテーパ部２ａから基板１表面まで貫通状に延びるストレート部２ｂとを有し、これらテーパ部２ａとストレート部２ｂは、例えば、プレス加工等の方法により基板１に形成される。そして、ストレート部２ｂの先端に、インクが吐出される吐出口（インク吐出口）２ｃが形成されている。また、撥水膜３は、ノズル２の吐出口２ｃの周辺の撥水性を向上させてインクの濡れを防止する為のものである。

次に、ノズルプレートＰ１の製造方法について説明する。まず、図１（ａ）に示すように、基板１の表面に、レジストとしてフィルム状の光硬化性樹脂４を加熱しながらローラ等により圧着して、加熱温度、圧力及びローラ速度等を調整して、ノズル２（ストレート部２ｂ）の先端部に所定量の光硬化性樹脂４を充填する（光硬化性樹脂積層工程）。ここで、このフィルムを圧着する際の加熱温度が高すぎると、例えば、ガラス転移点を大きく超えると、光硬化性樹脂４が流動性を示すようになり、必要な膜厚（例えば、５〜１５μｍ程度）の光硬化性樹脂４を基板１の表面にコーティングすることができなくなる。逆に、加熱温度が低すぎるとフィルムが軟化せず、ノズル２の先端部に必要な量の光硬化性樹脂４を充填できない。そこで、例えば、この加熱温度を、光硬化性樹脂４が軟質のゴム状の性質を示すようになるガラス転移状態の温度とする。さらには、８０℃〜１００℃の範囲で設定することが好ましいが、この範囲に限られるものではない。
また、ノズル２の先端部に、柱状硬化部５を形成するのに必要な量の光硬化性樹脂４を充填させやすくするために、フィルム状の光硬化性樹脂４の厚さｔは、ノズル２のストレート部２ｂの内径ｄ以下であることが好ましい。

次に、図１（ｂ）に示すように、基板１の裏面側から、ノズル２を通して表面側の光硬化性樹脂４に対して紫外線のレーザー光等を照射して、光硬化性樹脂４を硬化させる（硬化工程）。ここで、光の露光量を調整することにより、ノズル２の吐出口２ｃ付近の光硬化性樹脂４がノズル２の径方向外側に広がって硬化するのを防止する。ノズル２内を通る光により光硬化性樹脂４をノズル２が延びる方向にのみ硬化させることで、光硬化性樹脂４に、基板１の表面から部分的に突出し且つノズル２の吐出口２ｃの内径と等しい径の柱状硬化部５を形成する。

さらに、光硬化性樹脂４が完全に固化するまで硬化させる場合よりも露光量を低くすることにより、前記柱状硬化部５を、硬化反応の中間状態である半硬化状態に形成する。この半硬化状態では、柱状硬化部５は、若干の柔軟性及び粘性を有し、ノズル２内の柱状硬化部５の部分の側面がノズル２の内面に密着することになる。そして、以上のような柱状硬化部５を形成するために、光硬化性樹脂４に対して照射する光の露光量を、光硬化性樹脂４を硬化させるために必要な露光量を１００とした場合、２０〜５０とすることが好ましい。尚、この露光量は、照射する光の強度とその照射時間の積で表されるが、これら光の強度と照射時間の、一方あるいは両方を調整することにより、露光量を前記の範囲内で任意に設定できる。

次に、図１（ｃ）に示すように、基板１の表面の光硬化性樹脂４のうち、柱状硬化部５以外の部分を、現像液、例えば、１％Ｎａ2ＣＯ3など（アルカリ剥離液）により溶解させて除去し、柱状硬化部５によりノズル２の吐出口２ｃをマスキングし且つ柱状硬化部５が基板１の表面から突出した状態で残す（未硬化部除去工程）。この状態で、図１（ｄ）に示すように、基板１の表面に、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素系高分子材料を含有したニッケルメッキ等の撥水メッキを施し、１〜５μｍの厚みを有する撥水膜３を形成する（撥水膜形成工程）。そして、図１（ｅ）に示すように、撥水膜３の形成後に柱状硬化部５を、剥離液、例えば、３％ＮａＯＨなどにより溶解させて除去する（柱状硬化部除去工程）。

ここで、柱状硬化部５は、基板１の表面から部分的に突出し且つノズル２（ストレート部２ｂ）の内径ｄと等しい径に形成されているため、基板１の表面に撥水膜３を形成してからノズル２をマスクしていた柱状硬化部５を除去したときに、撥水膜３には、ノズル２の位置においてノズル２の開口面積と等しい開口面積を有する開口部３ａが形成される。さらに、この撥水膜３はノズル２の上に覆い被さらず、オーバーハングが生じない。つまり、このノズルプレートＰ１においては、撥水膜３がノズル２の吐出口２ｃに沿って形成されることになる。従って、吐出口２ｃ周辺の撥水性が向上するためインクの濡れを確実に防止できるし、撥水膜３に形成される開口部３ａの内径（開口面積）がばらつくこともなく、ノズル２からインクが吐出されるときにインクが撥水膜３に干渉することもないため、インクの着弾精度が向上する。

以上説明したノズルプレートＰ１の製造方法及びそのノズルプレートＰ１によれば、次のような効果が得られる。基板１の裏面からノズル２を通して基板１の表面側の光硬化性樹脂４に対して光を照射することにより、基板１の表面から部分的に突出し且つノズル２の吐出口２ｃの内径と等しい径の柱状硬化部５を形成して、ノズル２の吐出口２ｃをマスキングできるので、基板１の表面に撥水膜３を形成して柱状硬化部５を形成したときに、撥水膜３がノズル２の吐出口２ｃに沿って形成され、さらに、撥水膜３がノズル２に覆い被らずオーバーハングが生じない。従って、ノズル２の吐出口２ｃ周辺の撥水性が向上してインクの濡れを防止でき、撥水膜３に形成される開口部３ａの内径（開口面積）がばらつくこともなく、さらに、ノズル２からインクが吐出されるときにインクが撥水膜３に干渉することもないため、インクの着弾精度が向上する。

照射する光の露光量を調整して、柱状硬化部５を、光硬化性樹脂４の硬化反応の中間状態である半硬化状態にしているので、柱状硬化部５が若干の柔軟性及び粘性を有する状態となる。従って、柱状硬化部５の側面がノズル２（ストレート部２ｂ）の内面に密着するため、柱状硬化部５以外の未硬化の部分を除去したときに、柱状硬化部５がノズル２から落下することがない。

次に、第１の実施の形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、第１の実施の形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜説明を省略する。
１］第１の実施の形態においては、基板１の表面にフィルム状の光硬化性樹脂を圧着して、ノズル２内に光硬化性樹脂４を充填するが、液状の光硬化性樹脂を基板１の表面に塗布することにより、ノズル２内に光硬化性樹脂４を充填するようにしてもよい。

２］基板表面の撥水膜としては、第１の実施の形態における撥水メッキの他、環状構造を有する含フッ素共重合体（サイトップ：旭硝子（株））等のフッ素系あるいはシリコン系樹脂の溶液を塗布することにより形成してもよい。例えば、図２（ａ）に示すように、ノズルプレートＰ２の製造において、基板１の表面にノズル２をマスクする柱状硬化部５のみを残した状態で、サイトップ等の溶液を、スピンコート法等の公知の方法により、所定の膜厚（例えば、０．１μｍ程度）で塗布して基板１の表面に撥水膜１０を形成する。そして、図２（ｂ）に示すように、溶剤により柱状硬化部５を除去することで、撥水膜１０にノズル２の開口面積と等しい開口面積を有する開口部１０ａが形成され、ノズル２の吐出口２ｃに沿って撥水膜１０が形成された状態となる。

以上説明したノズルプレートの製造方法に関し、次のような方法により検証を行った。厚さ７５μｍのＳＵＳ４３０製の基板に、吐出口の内径が２０μｍのノズルを形成した後、基板表面に、７０℃に加熱した状態で、０．２ＭＰａ（約２ｋｇ／ｃｍ2）の圧力で、光硬化性樹脂フィルムを圧着させた。光硬化性樹脂フィルムの圧着に際しては、ローラを用いて移動速度１ｍ／ｍｉｎで２回に亘って０．２ＭＰａの圧力を基板表面に加えた。この光硬化性樹脂フィルムとしては、東京応化工業（株）のオーディル（ドライフィルムフォトレジスト）FP215（ガラス転移点Ｔｇ：開始温度６５℃、終了温度９５℃）を使用し、その膜厚は１５μｍである。そして、この光硬化性樹脂フィルムは、１００ｍＪ／ｃｍ2の露光量でほぼ固化するものである。この状態で、露光量を変化させて光を照射し、その結果形成された柱状硬化部におけるノズルの吐出口から外部に突出した部分の外径を、表面段差計等の表面形状測定機を用いて測定した。その結果を表１に示す。

表１に示すように、露光量が多くなるほど、ノズルの吐出口から突出した部分の柱状硬化部の外径が大きくなり、光硬化性樹脂が、ノズルの吐出口から径方向外側に広がって硬化してしまうことがわかる。一方、露光量をそれぞれ５０，３０，２０ｍＪ／ｃｍ2としたケース（即ち、光硬化性樹脂を硬化させるために必要な露光量（１００ｍＪ／ｃｍ2）を１００とした場合に、この光硬化性樹脂に対して照射する光の露光量が２０〜５０の範囲）では、ノズルの吐出口から突出している部分の外径が、ノズルの吐出口の内径（２０μｍ）より若干小さい柱状硬化部が形成されることがわかる。このとき、柱状硬化部は、厳密には円錐台形となっており、ノズル内に位置している部分（ノズルの吐出口から突出していない部分）の外径は、ノズルの吐出口の内径と同じになっている。このように、柱状硬化部のノズルの吐出口から突出している部分の径をノズルの吐出口の内径より若干小さくすることで、この柱状硬化部でマスキングされたノズルの吐出口に沿って撥水膜を形成することができる。また、柱状硬化部のノズル内に位置している部分の外径をノズルの吐出口の内径と同じにすることで、柱状硬化部の外周面をノズルの内壁面に密着させることができる。

尚、これらのケースにおいては、光硬化性樹脂に照射した光の露光量が、完全に固化する場合の露光量よりも少ないため、柱状硬化部には光による硬化反応が不十分のまま残ってしまった光硬化性樹脂が含まれており、柔軟性及び粘性を有する半硬化状態にある。光硬化性樹脂の柔軟性及び粘性は、光硬化性樹脂の剥離性にも影響する。

上述のノズルプレートの製造方法における、光硬化性樹脂に照射した光の露光量とレジスト（柱状硬化部）の剥離性との関係について図３を参照しつつ検証する。図３は、上述した条件における、光硬化性樹脂に照射した光の露光量と柱状硬化部の剥離性との関係を示したグラフである。尚、照射した光の乱反射成分を低減するため、基板のインク吐出面の反対側の面に研削加工を施している。このため、研削加工を施していない基板を使用する場合と比較して柱状硬化部を形成するために必要な光の露光量が多くなっている。さらに加えて、基板のテーパ面に照射された光が反射して光硬化性樹脂に照射されるため、実施に光硬化性樹脂に照射された光の露光量が、露光装置側で測定された露光量の約２０％増となっている。具体的には、測定された露光量が８０ｍＪ／ｃｍ2の場合には、実際に照射された光の露光量は約１００ｍＪ／ｃｍ2となる。

光硬化性樹脂（ドライフィルムレジスト）の組成は一般的に、バインダーポリマー、光開始剤、多官能モノマー、その他添加剤を含んでいる。本実施の形態において使用されている光硬化性樹脂である東京応化製のオーディルFP215のようなアルカリ現像型レジストは、バインダーポリマーがアルカリ剥離液に溶解する特性を持っている。この光硬化性樹脂の硬化が進むと、多官能モノマーとバインダーポリマーが架橋し分子は網目状の立体構造となってアルカリ液に不溶となる。少ない露光量で光硬化性樹脂を硬化させた場合にはこの架橋反応が十分に進まない。このため、アルカリ剥離液で洗浄する剥離作業により、柱状硬化部（レジスト）が容易に分割、溶解される。図３に示すように、８０ｍＪ／ｃｍ2（実際に照射された光の露光量１００ｍＪ／ｃｍ2）を超える露光量の光が光硬化性樹脂に照射されたときは、柱状硬化部の硬化が進んでいるために数回の剥離作業を行わなければ柱状硬化部が剥離されない。一方、８０ｍＪ／ｃｍ2以下の露光量の光が光硬化性樹脂に照射されたときには、柱状硬化部が半硬化状態にあるために１回の剥離作業で柱状硬化部が剥離される。

次に、光硬化性樹脂に照射された光の露光量と、半硬化状態の指標となる光硬化性樹脂の硬化率（硬化の進み具合）との関係について検証する。光硬化性樹脂は硬化するときに反応熱を発生させる。したがって、熱分析測定により光硬化性樹脂が硬化時に発する反応熱の熱量を測定するによって硬化率を測定することが可能である。このとき、硬化率は、全く硬化反応の進んでいない光硬化性樹脂の発する熱量と、硬化の進んだ光硬化性樹脂の熱量とを比較することで求めることができる。装置としては、一般に示差走査熱量測定（ＤＳＣ）装置が用いられ、今回の測定ではＳＩＩ・ナノテクノロジー社製のＤＳＣ６２２０型を使用した。この装置による実際の測定手順は、ＪＩＳ規格K7122「プラスチックの転移熱測定方法」に基づいて行った。この規格自体は、プラスチックの転移温度の測定に用いられる測定方法であるが、プラスチックの転移反応に伴ってプラスチック自体（樹脂）の吸収する熱量が測定される方法でもある。

プラスチックの転移温度を測定する場合、転移温度より１００℃低い温度の測定装置が安定化するのを待って、加熱速度毎分１０℃で加熱していき、プラスチックの転移温度より約３０℃高い温度に達するまでのＤＳＣ曲線を求める。これに対して、光硬化性樹脂（樹脂）が硬化する反応は発熱反応であり、測定される熱量の符号がプラスチックの転移温度を測定するときと異なるが、反応に必要とされる熱量を測定する点では共通である。すなわち、光硬化性樹脂の硬化率の測定は、K7122に規定された測定方法と同様に、光硬化性樹脂の硬化反応開始温度（この場合、約１３０℃）より１００℃低い温度で装置が安定するまで保持した後、加熱速度毎分１０℃で硬化終了温度（この場合、約１７０℃）より約３０℃高い温度まで加熱し、ＤＳＣ曲線を読み取る。

本測定においては、２５℃から２００℃を測定範囲とし、その間のＤＳＣ曲線を読み取っている。そして得られたＤＳＣ曲線のピーク面積（ピークとベースラインで囲まれた面積）を求めた。このピーク面積の算出も、ＪＩＳ規格K7122に定められた方法に従った。さらに、得られたピーク面積を測定試料の重量で割り、これを単位重量あたりの硬化反応熱とした。これより、ここでは樹脂の硬化率は以下のように定義する。未露光の光硬化性樹脂の硬化反応熱を求め、これを硬化率０％とする。反対に、十分に効果反応が進みきり全く硬化反応熱が認められない光硬化性樹脂については硬化率１００％とする。露光によって重合（硬化反応）がある程度進んだ半硬化の光硬化性樹脂については、この光硬化性樹脂中の未露光の光硬化性樹脂分の硬化反応熱が求められることになるので、半硬化の光硬化性樹脂の硬化反応熱を未露光の光硬化性樹脂の硬化反応熱で割り、この値を１００％より差し引いて半硬化の光硬化性樹脂の硬化率を決定した。

測定結果を図４に示す。図４は、単位面積当たりの光硬化性樹脂に照射する光の露光量と、未硬化の光硬化性樹脂の単位重量当たりの硬化反応熱との関係を示したグラフである。図４に示すように、未露光の光硬化性樹脂の硬化反応熱は１００ｍＪ／ｍｇである。そして、光硬化性樹脂に照射された光の単位面積当たりの露光量が１００ｍＪ／ｃｍ2のときは、光硬化性樹脂の反応熱が２０ｍＪ／ｍｇとなり、未露光の光硬化性樹脂分の比率が２０×１００／１００＝２０％であることがわかる。したがって、このときの光硬化性樹脂の硬化率は８０％である。尚、露光量が１００ｍＪ／ｃｍ2以上では、反応熱は２０ｍＪ／ｍｇにほぼ飽和している。これは、光硬化性樹脂の硬化反応として、光が関与する反応と熱が関与する反応とがあり、１００ｍＪ／ｃｍ2以上の露光量では、光が関与する反応はほぼ完了しており、何れの試料も主に熱が関与する反応が観測されているためである。

上述した基板及び光硬化性樹脂の条件においては、図３により、柱状硬化部の剥離性の観点から８０ｍＪ／ｃｍ2以下の露光量の光を光硬化性樹脂に照射して柱状硬化部を形成することが好ましい。つまり、実際に光硬化性樹脂の照射された光の露光量が単位面積当たり１００ｍＪ／ｃｍ2以下であることが好ましい。この露光条件によると、図４により、柱状硬化部の硬化率が８０％以下となる。そして、形成された柱状硬化部がレジストとして機能可能な程度に形状を維持する必要があるため、具体的には、柱状硬化部の硬化率が５０％以上でなければならない。硬化率が低くなると、光が照射されたとしても、その露光領域中には光硬化性樹脂の未露光成分が多く残っている。そのため、柱状硬化部以外の光硬化性樹脂を除去する工程（未硬化部除去工程）において、用いられる現像液により、柱状硬化部の表面からも光硬化性樹脂の未露光成分が除去されてしまい、現像後には、所望の形状を失った柱状硬化部となってしまう。したがって、光硬化性樹脂に照射する光の露光量は、柱状硬化部の硬化率が５０％〜８０％となるように、基板の形状や光硬化性樹脂の条件などに応じて決定することが好ましい。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。但し、第１の実施の形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜説明を省略する。以下、図５を参照して説明する。

先に、ノズルプレートＰ３について概略説明する。図５（ｆ）に示すように、ノズルプレートＰ３は、基板１に形成されインクを吐出するノズル２と、基板１の表面（インク吐出側の面）に形成された撥水膜３とを備えているものである。基板１の裏面にはフラットな研削面６が形成されている。

次に、ノズルプレートＰ３の製造方法について説明する。まず、図５（ａ）に示すように、基板１の裏面側全体に表面研削加工を施して研削面６を形成する（図中矢印参照：研削工程）。プレス加工等の方法によりノズル２のテーパ部２ａが形成されたときに、基板１の裏面側のテーパ部２ａの縁部に微小な盛り上がり部が形成される。裏面側に表面研削加工を施すことにより、この微小な盛り上がり部が除去される。次に、図５（ｂ）に示すように、光硬化性樹脂積層工程を行う。光硬化性樹脂積層工程は第１の実施の形態と実質的に同様であるため、その詳細については省略する。

次に、図５（ｃ）に示すように、基板１の研削面６側から、ノズル２を通して表面側の光硬化性樹脂４に対して紫外線のレーザー光等を照射して、光硬化性樹脂４を硬化させる（硬化工程）。即ち、基板１が光に対して光硬化性樹脂４をマスキングするマスクとして機能する。ここで、光の露光量を調整することにより、ノズル２の吐出口２ｃ付近の光硬化性樹脂４がノズル２の径方向外側に広がって硬化するのを防止する。光の露光量は、ノズル２の吐出口２ｃの径、テーパ部２ａの傾斜角度、及びストレート部２ｂの長さ等により調整される。

例えば、ノズル２の開口径が２０μｍであり、テーパ部２ａのテーパ角が８度であり、ストレート部２ｂのストレート長が０のとき、光の露光量は１８０ｍＪ／ｃｍ2であることが好ましい。また、ノズル２の開口径が２２μｍであり、テーパ部２ａのテーパ角が８度であり、ストレート部２ｂのストレート長が０のとき、光の露光量は２１０ｍＪ／ｃｍ2であることが好ましい。また、ノズル２の開口径が２５μｍであり、テーパ部２ａのテーパ角が２０度あり、ストレート部２ｂのストレート長が０のとき、光の露光量は１８０ｍＪ／ｃｍ2であることが好ましい。さらに、上の条件において、ストレート部２ｂのストレート長が長くなれば、光の露光量を多くすることが好ましい。

そして、ノズル２内を通る光により光硬化性樹脂４をノズル２が延びる方向にのみ硬化させる。すなわち、光硬化性樹脂４に、基板１の表面から部分的に１〜１５μｍ突出し且つノズル２の吐出口２ｃの内径に等しい基端部の外径とそれより０．１μｍ程度小さい頭頂部の外径とを有する柱状硬化部１０５が形成される。この柱状硬化部１０５は、ノズル２に対してオーバーハングが生じない撥水膜を形成することができる好適な柱状硬化部１０５である。

次に、図５（ｄ）に示すように、未硬化部除去工程を行う。未硬化部除去工程は第１の実施の形態と実質的に同様であるため、その詳細については省略する。さらに、図５（ｅ）に示すように、撥水膜形成工程を行う。撥水膜形成工程は第１の実施の形態と実質的に同様であるため、その詳細については省略する。そして、図５（ｆ）に示すように、柱状硬化部除去工程を行う。柱状硬化部除去工程は第１の実施の形態と実質的に同様であるため、その詳細については省略する。

以上説明したノズルプレートＰ３の製造方法及びそのノズルプレートＰ３によれば、次のような効果が得られる。基板１の裏面からノズル２を通して基板１の表面側の光硬化性樹脂４に対して光を照射することにより、基板１の表面から部分的に突出し且つノズル２の吐出口２ｃの内径と実質的に等しい径の柱状硬化部１０５を形成することができる。これを用いて、ノズル２の吐出口２ｃをマスキングできるので、基板１の表面に撥水膜３を形成したときに、撥水膜３がノズル２の吐出口２ｃに沿って形成され、さらに、撥水膜３がノズル２に覆い被らずオーバーハングが生じない。従って、ノズル２の吐出口２ｃ周辺の撥水性が向上してインクの濡れを防止でき、撥水膜３に形成される開口部３ａの内径（開口面積）がばらつくこともなく、さらに、ノズル２からインクが吐出されるときにインクが撥水膜３に干渉することもないため、インクの着弾精度が向上する。

また、研削工程において基板１裏面の開口部周辺に形成された盛り上がり部を除去してから、硬化工程において光を照射することになるため、照射した光が盛り上がり部に当たって乱反射するのを防止することができる。これにより、柱状硬化部１０５を形成するための露光条件を安定させることができる。また、盛り上がり部が除去されると基板１の裏面を他のプレートに精度良く接着することができるためインク漏れなどを防止することができる。

以上説明したノズルプレートの製造方法に関し、次のような方法により検証を行った。厚さ７５μｍのＳＵＳ４３０製の基板にノズルを形成した後、基板表面に、８０℃に加熱した状態で、０．２ＭＰａの圧力で、光硬化性樹脂フィルムを圧着させた。光硬化性樹脂フィルムの圧着に際しては、ローラを用いて移動速度０．６ｍ／ｍｉｎで１回０．２ＭＰａの圧力を基板表面に加えた。この光硬化性樹脂フィルムとしては、東京応化工業（株）のオーディルFP215を使用し、その膜厚は１５μｍである。そして、この光硬化性樹脂フィルムは、１００ｍＪ／ｃｍ2の露光量でほぼ固化するものである。この状態で光を照射し、好適な柱状硬化部が形成されるとき、つまり、ノズルの吐出口の内径に等しい基端部の外径とそれより０．１μｍ程度小さい頭頂部の外径とを有する柱状硬化部が形成されるときの露光量を測定した。測定には表面段差計等の表面形状測定機を用いた。好適な柱状硬化部によりマスキングされたノズルの吐出口に沿った撥水膜を形成することができる。

測定の対象となる基板として、ノズルの吐出口の内径が２０μｍ、２２μｍ、及び２５μのものを用意した。さらに、ノズルの吐出口の内径が２０μｍ、及び２２μｍの基板においては、ノズルのテーパ部のテーパ角が８度、及び２０度のものを、ノズルの吐出口の内径が２５μｍの基板においては、ノズルのテーパ部のテーパ角が８度、２０度、及び３０度のものをそれぞれ用意した。加えて、以上の各基板について、上述の研削工程を行ったものと、そうでないものとをそれぞれ用意した。また、すべての基板において、ノズルのストレート部のストレート長は０となっている。また、基板の研削面６の表面粗さは、Ｒｚ＝０．１８μｍとなっている。尚、研削面６の研削加工前の表面粗さはＲｚ＝０．３５μｍとなっている。この表面粗さは、東京精密社製サーフコム５５６Ａ型の触針式表面粗さ計を用いて測定した。測定方法はＪＩＳ Ｂ ０６６０：１９９８（ＪＩＳ Ｂ ０６０１：１９９４）における十点平均粗さＲｚとして測定した。測定対象となる試料数は３であり、各試料について１カ所の測定を行い、測定結果の平均値を採用した。

測定結果を表２に示す。尚、表中の「×」印は、好適な柱状硬化部が形成されなかったことを示している。このときの柱状硬化部は、光硬化性樹脂がノズルの吐出口から径方向外側に広がって硬化したものである。

表２に示すように、すべての条件において、１００ｍＪ／ｃｍ2の露光量の光が照射されているために、柱状硬化部は完全硬化状態となっている。ノズルの吐出口の内径が大きくなるに従って必要な露光量が多くなっているのがわかる。これはノズルの吐出口の内径が大きくなるに従って、光の照射領域において、ノズルの吐出口が占める領域に対するテーパ部が占める領域の比が小さくなるため、柱状硬化部の形成に関するテーパ部に乱反射された光の影響が相対的に小さくなるからである。少なくともノズルの吐出口の内径が１５μｍ〜３０μｍの範囲においては、この傾向を確認することができる。

また、ノズルの吐出口の内径が２０μｍ及び２２μｍの基板においては、テーパ部のテーパ角が８度のときは好適な柱状硬化部を形成することができるが、テーパ部のテーパ角が２０度のときには好適な柱状硬化部を形成することができない。他方、ノズルの吐出口の内径が２５μｍの基板においては、テーパ部のテーパ角が８度、及び２０度の場合に好適な柱状硬化部を形成することができ、このとき、テーパ部のテーパ角が大きくなるに従って露光量が少なくなっているのがわかる。さらに、ノズルの吐出口の内径が２５μｍの基板においてもテーパ部のテーパ角が３０度のときは好適な柱状硬化部を形成することができない。これは、テーパ部のテーパ角が大きくなるに従って、テーパ部において乱反射した光のうち光硬化性樹脂に照射される光が多くなるためである。すなわち、光硬化性樹脂に乱反射した光が多く照射されると、光硬化性樹脂がノズルの吐出口から径方向外側に広がって硬化するため、好適な柱状硬化部が形成されなくなる。好適な柱状硬化部を形成するにはテーパ角が５度〜１０度の範囲が適正である。尚、ノズルのストレート部のストレート長を長くするに従って、乱反射した光がノズルの吐出口側に配置されている光硬化性樹脂まで到達しにくくなるため、好適な柱状硬化部を形成するための露光量が多くなる。逆に、好適な柱状硬化部が形成される範囲で、乱反射光を増すことになるテーパ角をより広くとることができることから、テーパ角に対する自由度を増すことができる。

基板に研削工程を行った場合には、研削工程を行わない場合と比較して好適な柱状硬化部を形成するための露光量が多くなるのがわかる。これは、研削工程を行うことにより、基板裏面の開口部周辺に形成された盛り上がり部が除去されるため、盛り上がり部において乱反射した光が光硬化性樹脂に照射されなくなるためである。さらに、基板裏面全体の表面粗さも、Ｒｚ＝０．３５μｍからＲｚ＝０．１８μｍと滑らかなものになっているので、基板裏面で反射することにより生じる周囲光がノズルの吐出口内に到達しにくくなっているのもその一因である。また、表２の範囲において、ノズルの吐出口の内径をｘ、露光量をｙとすると、研削工程を行った場合には、
ｙ＝１２Ｘ―６０の関係を見出すことができる。また、研削工程を行わなかった場合には
ｙ＝１６ｘ−２２０の関係を見出すことができる。つまり、研削工程を行った場合のほうが、ノズルの吐出口の内径の変化に伴う露光量の変化が緩やかになっているのがわかる。従って研削工程を行うことによりノズルの吐出口の内径の変化に伴う露光量に対する制御が容易になる。

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。例えば、第１の実施の形態においては、硬化工程において半硬化状態となっている柱状硬化部５を形成する構成であるが、基板１の表面から部分的に突出し且つノズル２の吐出口２ｃの内径と等しい径を有する柱状硬化部が形成されるのであれば、完全硬化状態となっていてもよい。

また、第１及び第２の実施の形態においては、ノズル２が、基板１の裏面側に形成され表面側程先細り状のテーパ部２ａと、このテーパ部２ａから基板１表面まで貫通状に延びるストレート部２ｂとを有する構成であるが、このようなノズルの形状に限定されるものではなく、例えば、ノズルが基板１の裏面から表面まで貫通状に延びるストレート部のみで形成される構成でもよいし、他の形状を有する構成でもあってもよい。

さらに、第２の実施の形態においては、研削工程において、基板１の裏面側全体に表面研削加工を施こす構成であるが、このような構成に限定されるものではなく、基板１の裏面側におけるノズル２の開口部の周縁のみに表面研削加工を施す構成でもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る撥水膜を形成する工程を説明する説明図であり、（ａ）は光硬化性樹脂積層、（ｂ）は硬化、（ｃ）は未硬化部除去、（ｄ）は撥水膜形成、（ｅ）は柱状硬化部除去の各工程を示す図である。 第１の実施の形態における変更形態の撥水膜を形成する工程を説明する説明図であり、（ａ）は溶液塗布、（ｂ）は柱状硬化部除去の各工程を示す図である。 光硬化性樹脂に照射した光の露光量と柱状硬化部の剥離性との関係を示したグラフである。 光硬化性樹脂に照射する光の露光量と、未硬化の光硬化性樹脂における単位重量当たりの硬化反応熱との関係を示したグラフである。 本発明の第２の実施の形態に係る撥水膜を形成する工程を説明する説明図であり、（ａ）は光硬化性樹脂積層、（ｂ）は研削、（ｃ）は硬化、（ｄ）は未硬化部除去、（ｅ）は撥水膜形成、（ｆ）は柱状硬化部除去の各工程を示す図である。

Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３ ノズルプレート
１ 基板
２ ノズル
２ｃ 吐出口
３、１０ 撥水膜
３ａ，１０ａ 開口部
４ 光硬化性樹脂
５ 柱状硬化部
６ 研削面

Claims (6)

1. インクを吐出するノズルが形成された基板に対して、前記基板の厚みより小さく前記ノズルのインク吐出口の内径以下の厚さを有したフィルム状の光硬化性樹脂を、前記光硬化性樹脂がガラス転移状態となる温度に加熱して前記基板の表面に圧着することによって、前記光硬化性樹脂をノズルの先端部に充填しつつ前記基板の表面に積層させる光硬化性樹脂積層工程と、
   前記基板の裏面から前記ノズルを通して前記光硬化性樹脂に対して光を照射して光硬化性樹脂を硬化させることにより、前記光硬化性樹脂に、前記基板の表面から部分的に突出し、且つ、突出している部分の外径がノズルのインク吐出口の内径以下になっていると共に突出していない部分の外径が前記インク吐出口の内径に等しくなっている柱状硬化部を形成する硬化工程と、
   前記基板の表面の光硬化性樹脂のうちの前記柱状硬化部以外の部分を除去する未硬化部除去工程と、
   ノズルに前記柱状硬化部が残された状態で基板の表面に撥水膜を形成する撥水膜形成工程とを備えており、
   前記硬化工程において、前記表面での前記ノズルの開口径が１５μｍ〜３０μｍの範囲で大きくなるに伴って、前記光硬化性樹脂に対して照射する露光量を多くすると共に、前記柱状硬化部が前記基板の表面から１〜１５μｍ突出するように決定された露光量を有する光であって、前記柱状硬化部の硬化率が５０％〜８０％になる露光量の光の照射によって、前記柱状硬化部を、前記光による硬化反応の中間状態である半硬化状態とすることを特徴とするノズルプレートの製造方法。
2. 前記柱状硬化部における前記基板の表面から突出している部分の外径が前記インク吐出口の内径より小さくなっていることを特徴とする請求項１に記載のノズルプレートの製造方法。
3. 前記硬化工程を行う前に、前記基板の裏面の少なくとも前記ノズルの開口部の周縁に平面研削加工を施す研削工程をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のノズルプレートの製造方法。
4. 前記ノズルが、前記基板の裏面から表面に向かうにつれて内径が小さくなるように形成されているテーパ部と、前記テーパ部の表面側端部から前記基板の表面まで円筒状に形成されているストレート部とを有しており、
   前記硬化工程において、前記表面での前記ノズルの開口径、前記テーパ部の傾斜角度、及び前記ストレート部の長さの少なくともいずれか１つに基づいて決定された光量を有する光を、前記光硬化性樹脂に対して照射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の製造方法。
5. 前記硬化工程において、前記テーパ部の傾斜角度が５度〜１０度の範囲で大きくなるに伴って、前記光硬化性樹脂に対して照射する光量を少なくすることを特徴とする請求項４に記載のノズルプレートの製造方法。
6. 前記光硬化性樹脂積層工程において、前記光硬化性樹脂の加熱温度が８０℃〜１００℃であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のノズルプレートの製造方法。
   

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