JP4395931B2 - インク噴射装置のノズルプレートの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノズルから記録媒体にインクを噴射して記録を行うインク噴射装置に関し、詳しくは、インクを噴出する噴出口が設けられたノズルプレートに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、インクジェット式プリンタ装置のインク噴射装置としては、必要な時にだけインクに対して瞬間的に高い圧力を加え、その圧力に応じてインクを記録媒体に向かって飛しょうさせることによりインクを付着させるオンデマンド方式の装置が知られている。
【0003】
図4は、この種のインク噴射装置の概略構成の一例を表し、(a)は分解斜視図、(b)はアクチュエータ基板6の下面6cを上にした状態の斜視図、(c)はアクチュエータ基板6と導電層ケーブルとの関係を示す斜視図である。また、図5はアクチュエータ基板6の概略構成を表し、(a)は図4(a)に示した噴射装置HのA−A線断面図、(b)はアクチュエータ基板6を上面6d側から見た断面図である。
【0004】
このインク噴射装置Hは、複数のインク溝2及びその両側にダミー溝4を有し、インクに圧力を加えて噴射するためのアクチュエータ基板6と、各溝2,4の上面を覆うカバー板8と、インク溝2に対応したノズル孔202を有するノズルプレート200と、インク溝2にインクを分配するマニホールド10とからなる。
【0005】
アクチュエータ基板6は、チタン酸ジルコン酸鉛系(PZT)、チタン酸鉛系(PT)などの剛性を有する圧電セラミックス材料製の一対の基材12,14からなり、両基材12,14は互いに接着されている。両基材12,14は、板厚方向に分極され、しかも、その分極方向が互いに反対方向となるように積層されている。尚、基材12,14のいずれか一方のみを圧電材料で構成する場合もある。両基材12,14には、インク溝2よびダミー溝4となる平行な多数の溝(チャネル)が、ダイヤモンドブレード等によって両基材12,14の厚さ方向にわたって切削加工されている。これにより、インク溝2およびダミー溝4間を隔てる隔壁16は、その高さ方向に分極方向が反対となるように圧電材料を積層した構成となっている(図5(a)参照)。
【0006】
また、インク溝2はその長手方向(即ち、インク噴射方向)の前後両端をアクチュエータ基板6の前後両端に開放して形成され、ダミー溝4は、前端面6aに開放するが、後端面6bにおいて閉塞するように、立上部18を残して形成されている(図5(b)等参照)。
【0007】
インク溝2内の隔壁16側面には第1電極20が形成され、ダミー溝4内の隔壁16側面には第2電極22が第1電極20とは絶縁された状態で形成されている。全ての第1電極20は、アクチュエータ基板6の後端面6bの導電層を経て下面6cの導電層、即ち第1接続端子20aに接続されている。第2電極22は、ダミー溝14の前端部を経て下面6cの複数の第2接続端子22aににそれぞれ接続されている。
【0008】
一方、アクチュエータ基板6の上面6dには、インク溝2及びダミー溝4の長手方向に沿った開放面を覆うカバー板8が接着されている。
アクチュエータ基板6の前端面6a及びカバー板8の前端面8aには、インク溝2と対応するノズル孔202が設けられ、合成樹脂(例えば、ポリイミド,ポリエーテルサルフォン等の高分子樹脂)からなる板状のノズルプレート200が接着固定される。また、アクチュエータ基板6の後端面6b及びカバー板8の後端面8bには、マニホールド10が接着固定される。
【0009】
また、ノズルプレート200のインク噴射側の面には、インクをはじく性質を有する撥水膜Pが形成され、インク噴射後においてノズル孔202にインクが付着して噴射装置Hのインク噴射性能が低下するのを防止している。
一方、図4(c)に示すように、アクチュエータ基板6の下面6cには、各第1,第2接続端子20a,22aそれぞれに対応するように導電パターン302,304が配置されたシート状のケーブル300(通称、FPC(フレキシブル配電ケーブル))が接着されている。
【0010】
ケーブル300の基材は合成樹脂(例えば、ポリイミド,ポリエーテルサルフォン等の高分子樹脂)からなる。一方、導電パターン302,304は、例えば、銅、金等の導電材料からなり、このような導電材料がメッキ、スクリーン印刷等により基材上にパターン形成される。
【0011】
そして、導電パターン302,304においてアクチュエータ基板6の各接続端子20a,22aに対応する側と反対側の端部は、噴射装置Hを駆動する制御部(図示略)に接続されている。
このように構成された噴射装置Hでは、インク供給源からマニホールド10に導入されたインクは、インク溝2に供給されるが、ダミー溝4は立ち上がり部18によってマニホールド10から遮蔽されているため、インクが供給されないようになっている。
【0012】
そして、各インク溝2の第1電極20とインクを吐出しようとするインク溝2を挟む両隔壁16,16のダミー溝4側の第2電極22,22との間に、各導電パターン302,304を介して電圧を印加(例えば、第1電極20をアースに接続、第2電極22に正電圧を印加)すると、第1,第2電極20,22間に圧電材料の分極方向Fと直交する方向の電界Eが発生するが、圧電材料からなる各基材12,14は、互いに反対方向に分極するように積層されているため、図5(a)に示すように、隔壁16の上下各部がそれぞれ反対方向に剪断変形(詳しくは、圧電厚みすべり変形)して、インク溝2内の容積を拡大する。このとき、ノズル孔202付近を含むインク溝2の圧力が減少し、インク溝2の容積が拡大した分に応じた量のインクがマニホールド10からインク溝2内に供給されるようになる。
【0013】
次に、電圧の印加を停止し、第1電極20及び第2電極22,22を共にアースに接続すると、変形した隔壁16が元の形状に復帰するようになる。この時、隔壁16がインク溝2内のインクに圧力を加えるので、インク溝2内のインクがノズル孔202から噴射されるようになる。尚、ノズルプレート200のインク噴射側の面には、撥水膜Pが形成されているため、インクを噴射した際にノズル孔202にインクが付着することがない。
【0014】
ところで、撥水膜及びノズル孔が形成されたノズルプレートの形成方法については、特開平7−304177号公報,特開平10−114075号公報等に詳細に記載されているが、その一例について以下に概略の形成方法を説明する。
ノズルプレート200は、図6に示す各工程(撥水膜形成工程,ノズル形成工程,紫外線吸収剤蒸発工程)を順に経ることにより形成される。図6はインク噴射装置Hのノズルプレート200の形成工程を表し、(a)は撥水膜Pが形成された状態のノズルプレート200の断面図、(b)はノズル孔202が形成された状態のノズルプレート200の断面図を示す。
【0015】
即ち、撥水膜形成工程では、合成樹脂からなる板状の基材200aの一方の面に、フッ素系ポリマー(例えば、フッ化エチレンプロピレン)を塗布し、更にこの基材200aを260〜300℃の温度にて約1時間加熱して撥水成分を定着させて、フッ素系高分子樹脂からなる撥水膜Pを形成する。尚、形成される撥水膜Pの厚さは約1μmである(図6(a)参照)。
【0016】
次に、ノズル形成工程では、撥水膜形成工程にて撥水膜Pが形成された基材200aにおいて撥水膜Pが形成された面とは反対側の面に対して、紫外線領域の波長を有するレーザ光を照射することによりノズル孔202を形成する(図6(b)参照)。
【0017】
このようなノズル孔202を形成するには、図7に示すようなレーザ加工機40を用いる。レーザ加工機40は、レーザ光(例えば、KrF=248nm或いはXeKr=308nmのエキシマレーザ光)発振器42、ベンドミラー44a,44b,44c、被加工物載置用のステージ46、レーザ光径を拡大するためのビームエキスパンダ48、形成すべき各ノズル孔のノズル面に対応した領域にレーザ光を照射するためのマスク50、基材にレーザ光を結像させるための結像系52、マスク50を通過した各レーザ光を互いに平行な状態で結像系に導くためのフィールドレンズ54から構成される。
【0018】
尚、マスク50は、例えば、透明のガラス板上にレーザ光非透過領域と透過領域とを形成したもので、レーザ光非透過領域には金属層(例えば、クロムを主体とした金属層)が形成され、この金属層によりレーザ光の透過を阻止している。一方、レーザ光透過領域は、複数の円形の透過領域からなり、このレーザ光透過領域を縮小するとノズルプレート200上に形成すべきノズル孔202の形成領域に一致する。
【0019】
レーザ加工機40においては、レーザ光発振器42から出射されたレーザ光Lは、ベンドミラー44aにて屈曲してビームエキスパンダ48に入射する。ビームエキスパンダ48にて光径が拡大されたレーザ光Lは、ベンドミラー44bにて屈曲した後、マスク50に入射して複数のレーザ光Lに分割された後、フィールドレンズ54を通過して複数のレーザ光Lの平行光線となる。複数のレーザ光Lはベンドミラー44cにて屈曲して結像系52を通過し、ノズル孔202の形成領域に対応するように基材200a上に結像する。
【0020】
尚、基材200aは撥水膜Pが形成された側を下にしてステージ46に載置されており、レーザ光Lは撥水膜Pが形成された側と反対側の面に結像するようになっている。
基材200aにレーザ光Lが照射されると、基材200aや撥水膜Pを構成する高分子樹脂の分子結合がレーザ光Lにより切断され、切断された分子が更にレーザ光Lにより分解して飛散するようになる。この結果、図6(b)に示すようにレーザ光Lが照射された部分には、例えば、ステージ46に載置された側ほど径が小さくなるように縮径したノズル孔202が形成される。尚、形成されたノズル孔202の最小径は約30μmである。
【0021】
ところで、上記のような高分子樹脂からなる基材はレーザ光を吸収しやすいため精度よくノズル孔を加工することができる一方、単にフッ素系ポリマーから形成される撥水膜はレーザ光(エキシマレーザ光)を吸収しにくいことから、レーザ光にて精度よく孔を加工することができない。
【0022】
そこで、撥水膜Pを形成する際には、レーザ光を吸収する性質を有する紫外線吸収剤をフッ素系ポリマーに混合した後、この混合剤を基材に塗布するようにしている。このような紫外線吸収剤としては、例えば、乳濁状に生成したベンゾフェノン系(或いは、ベンゾトリアゾール系)高分子を用いることができる。
【0023】
このような紫外線吸収剤が含有された撥水膜Pはレーザ光Lを吸収しやすくなって撥水膜Pに精度よく孔が加工されるようになるので、ノズルプレート200に精度よくノズル孔202を加工することが可能となる。
ところが、上記のように紫外線吸収剤が含有された状態の撥水膜は、単にフッ素系ポリマーからなる撥水膜に比べて撥水性能が低いため、次の紫外線吸収剤蒸発工程では、ノズル形成工程にてノズル孔202が形成された基材200aを350〜380℃の温度に加熱して撥水膜中の紫外線吸収剤を蒸発させることにより、撥水膜の撥水性能を回復するようにしている。
【0024】
以上の手順にて、ノズル孔202が形成されたノズルプレート200を形成することができる。
【0025】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、高品質を保持しつつ、安価でかつ製造し易いプリンタ装置の開発を各プリンタ装置メーカーにて推し進めていることはいうまでもない。そのようなプリンタ装置を実現するには、プリンタ装置の各種構成部材個々を安価でかつ製造し易くする必要がある。従って、インク噴射装置も例外ではなく、安価でかつ製造し易くすることが望まれていた。
【0026】
そこで、そのようなインク噴射装置の1つを実現するために、上記した従来のインク噴射装置Hでは、撥水膜P及びノズル孔202が形成されたノズルプレート200と、導電パターン302,304を有するケーブル300とが互いに別体のものとして形成されているものの、ノズルプレート200及びケーブル300がそれぞれ合成樹脂からなるシート状の基材が用いられている点に着目し、合成樹脂からなる1つのシート状の基材を用いることにより、この基材上に撥水膜,ノズル孔,導電パターンを一体形成することが望まれていた。
【0027】
ところが、まず、基材上に撥水膜(または、ノズル孔)を形成した後に、導電パターンを形成すると、上記のようにメッキやスクリーン印刷にて導電パターンを形成する際に、不用意に撥水膜(または、ノズル孔)を傷つけてしまって、ノズルプレートとして使用できなくなるおそれがあった。
【0028】
一方、従来の形成方法にて撥水膜を形成するには、260〜300℃の温度に基材を加熱する必要があるため、撥水膜を形成する前に導電パターンが形成されていると、導電パターンの導電材料と基材との温度膨張率の違いから、加熱時に導電パターンが基材から剥がれてしまうおそれがあった。尚、本発明者らが調査したところ、基材を約200℃にまで加熱した時点で導電パターンが基材から剥がれるのが確認された。
【0029】
このように、従来では、1つの基材上に撥水膜,ノズル孔,導電パターンを一体形成できなかったのである。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、ノズルから記録媒体にインクを噴射して記録を行うインク噴射装置において、1つの基材上に撥水膜,ノズル孔,導電パターンを一体形成できるようにすることを目的とする。
【0030】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためになされた請求項1に記載の発明は、駆動用の電圧を外部から印加するための電極が設けられると共に、インクを収容するチャネルが形成され、該チャネル内のインクを該チャネルの出口端から噴出するように駆動するアクチュエータと、前記電極と電気的に接続する導電パターンが形成された薄板状のケーブルと、前記チャネルの出口端側に設けられ、前記出口端と対応する位置にインク噴射用の噴射孔が形成された薄板状のノズルプレートとを備え、前記導電パターンを介して前記電極に電圧を印加することによって、前記アクチュエータを駆動して、前記噴射孔からインクを噴射するように構成され、前記ノズルプレートに前記導電パターンを形成することにより、前記ケーブルが該ノズルプレートと一体化され、該ケーブルが一体化された該ノズルプレートにおいて前記噴射孔からインクが吐出される側の面の少なくとも該噴射孔の周囲には、有機シリコン化合物を原料とした高周波プラズマCVD法にて撥水膜が形成されているインク噴射装置にて使用される前記ケーブルが一体化された前記ノズルプレートの製造方法である。
【0031】
このように、本発明(請求項1)の製造方法が前提とするインク噴射装置では、ノズルプレートに導電パターンを形成することにより、ケーブルをノズルプレートと一体化した上で、更に、有機シリコン化合物を原料とした高周波プラズマCVD法にてノズルプレートに撥水膜を形成するようにしている。
【0032】
高周波プラズマCVD法では、大気圧以下の圧力(例えば、圧力1〜105Pa)下にて保持された状態の空間に陰極,陽極の一対の電極を配置し、各電極間にガス化した成膜用原料を送り込むと共に、各電極間に高周波の電圧を印加する。すると、高周波電圧が各電極間に印加されることによって生じる交番電界により、空間内に存在する電子が各電極間に滞留するようになるので、電子が原料ガスに衝突する確率が増加する。そして、電子によって衝突された原料ガスは分子,原子,イオン,電子に分解するが、原料ガスが分解することによって生じた電子も原料ガスに衝突するようになるので、結果的に次々に原料ガスが分解し、常に分子,原子,電子,イオンが混在した状態(即ち、プラズマ放電状態)になる。
【0033】
また、原料ガス中に含まれる分子,原子は通常ならば熱的に励起されにくいものであるが、上記のようにして原料ガスが分解して生じた分子,原子はある程度活性化しているため、各電極間に膜形成対象物が配置されていれば、これら分子,原子を反応生成物として膜形成対象物上に付着させることができる。
【0034】
そして、各電極間の原料ガスの温度が、例えば、室温(25℃)〜200℃程度といった比較的低温で保持された状態でも、分解して生じた分子,原子はある程度活性化しているため、これら分子,原子を反応生成物として膜形成対象物上に付着させることができる。
【0035】
つまり、このインク噴射装置では、ノズルプレートに導電パターンを形成することにより、ケーブルがノズルプレートと一体化されていても、導電パターンがノズルプレートから剥がれない温度(例えば、室温(25℃)〜200℃)にてガス化した有機シリコン化合物(即ち、原料ガス)を保持することによって、原料ガスを活性化した分子,原子に分解できるため、上記した従来の撥水膜の形成方法に比べて低温で撥水膜を形成することが可能となり、導電パターン,噴出孔,撥水膜を一体形成できるのである。
【0036】
そして、このインク噴射装置のノズルプレートを製造するには、まず、薄板状の樹脂基材に導電パターンを形成し、次いで、導電パターンが形成された状態の樹脂基材に紫外線領域の波長を有するレーザ光を照射して噴射孔を形成し、更に、有機シリコン化合物を原料とした高周波プラズマCVD法にて、噴射孔が形成された状態の樹脂基材のインクが吐出される側の面の少なくとも噴射孔の周囲に撥水膜を形成する。
【0037】
つまり、噴出孔を先に形成し、次いで導電パターンを形成すると、導電パターンを形成する際に噴出孔を傷つけてしまうおそれがあるが、本発明(請求項1)のように導電パターンを先に形成し、次いで噴出孔を形成することによって、噴出孔を傷つけるといった問題が生じるのを回避することができる。また、導電パターンを形成した状態でも、前述したように、従来に比べて低温(例えば、室温(25℃)〜200℃)で撥水膜を形成することができる。
【0038】
従って、本発明(請求項1)では、導電パターン,噴出孔,撥水膜をそれぞれ一体形成した品質の高いノズルプレートを製造することが可能となる。
ところで、高周波プラズマCVDにて撥水膜を形成する際に用いる有機シリコン化合物としては、請求項2に記載のように、トリメチルシラン,トリメチルメトキシシラン,フロロアルキルシランのいずれかを用いるのが望ましい。
【0039】
本発明者等が高周波プラズマCVDにて樹脂基材上に撥水膜を形成する各種実験を行ったところ、トリメチルシランやトリメチルメトキシシランを用いて形成した撥水膜では、撥水膜上に水滴(純水)を載置して撥水膜面と水滴の表面とのなす角(即ち、接触角)がフッ素系ポリマー(例えば、フッ化エチレンプロピレン)を用いて形成した従来の撥水膜とほぼ同じであることが分かった。つまり、トリメチルシランやトリメチルメトキシシランを用いて形成した撥水膜はフッ素系ポリマーからなる撥水膜と同等の撥水性を有するのである。
【0040】
一方、フロロアルキルシランを用いて形成した撥水膜では、フッ素系ポリマーからなる撥水膜よりも高い接触角を有していることが分かった。つまり、フロロアルキルシランを用いて形成した撥水膜は、フッ素系ポリマーからなる撥水膜よりも高い撥水性を有しているのである。
【0041】
つまり、請求項1に記載の発明においては、従来の撥水膜の形成方法に比べて低温で撥水膜を形成できるようしたものであるが、請求項2に記載の発明においては、更に、従来の形成方法にて形成された撥水膜と同等以上の撥水性を有する撥水膜を形成することができるのである。
【0042】
【発明の実施の形態】
【0043】
【実施例】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面と共に説明する。
尚、本実施例のインク噴射装置においては、図4に示した従来のインク噴射装置とは、ノズル孔を有するノズルプレート及びアクチュエータ基板を駆動するための導電層ケーブルの構造が異なるだけであり、その他の構成部材(例えば、アクチュエータ基板,カバー板,マニホールド等)の構造は同じである。そのため、同じ構成部材については符号を等しくしてその詳細な説明を省略する。
【0044】
図1は、本実施例のノズルプレートの概略構成を表し、(a)はノズルプレートの平面図、(b)はノズルプレートとアクチュエータ基板との関係を示す斜視図である。
本実施例のノズルプレート60は、合成樹脂(例えば、ポリイミド,ポリエーテルサルフォン等の高分子樹脂)からなる帯状のシート基材60aにて形成されると共に、一方の面にはアクチュエータ基板6の下面6cに配置された第1,第2接続端子20a,22aそれぞれに対応する導電パターン62,64が配置され、一方の端部側にはアクチュエータ基板6のインク溝2に対応するノズル孔66が設けられている。各導電パターン62,64は噴射装置Hを駆動する制御部(図示略)に接続されている。また更に、ノズルプレート60において導電パターン62,64が配置された側とは反対側の面には、後述する撥水膜Qが形成されている。
【0045】
そして、本実施例のノズルプレート60は、図1(b)に示すように、導電パターン62,64が配置された側の面をアクチュエータ基板6の第1,第2接続端子20a,22aが配置された側の面(即ち、下面6c)に接着固定されると共に、ノズル孔66が設けられた側の端部側を折り曲げるようにしてアクチュエータ基板6の前端面6a及びカバー板8の前端面8aに接着固定されるものである。
【0046】
つまり、ノズルプレート60をアクチュエータ基板6に配置した場合には、ノズルプレート60の導電パターン62,64がアクチュエータ基板6の第1,第2接続端子20a,22aにそれぞれ当接することによって、導電パターン62,64を介して第1,第2電極20,22に対し、駆動用の電圧を印加できるようになると共に、アクチュエータ基板6のインク溝2と対応する位置にノズル孔66が設けられることによって、このノズル孔66からインクを噴射できるようになる。しかも、ノズルプレート60のインク噴射側の面には、撥水膜Qが形成されているため、インク噴射後においてノズル孔66にインクが付着して噴射装置のインク噴射性能が低下することがない。
【0047】
このように構成されたノズルプレート60は、図2に示す各工程(導電パターン形成工程,ノズル形成工程,撥水膜形成工程)を順に経ることにより形成される。図2はノズルプレート60の形成工程を表し、(a)は導電パターン62,64が形成された状態のノズルプレート60の断面図、(b)はノズル孔66が形成された状態のノズルプレート60の断面図、(c)は撥水膜Qが形成された状態のノズルプレート60の断面図を示す。
【0048】
即ち、導電パターン形成工程では、シート基材60aの一方の端部側に導電パターン62,64を形成しない領域(即ち、後述するノズル孔66を形成する領域)を設けた上で、一方の面に対し、例えば、銅、金等の導電材料からなる導電パターン62,64それぞれをメッキ、スクリーン印刷等により形成する(図2(a)参照)。
【0049】
次に、ノズル形成工程では、導電パターン形成工程にて導電パターン62,64が形成されたシート基材200aにおいて、導電パターン62,64が形成された側の面で、かつ、導電パターンを形成しない領域が設けられた端部側に対し、紫外線領域の波長を有するレーザ光を照射してノズル孔66を形成する(図2(b)参照)。ノズル孔66を形成するには、先に説明したレーザ加工機40(図7参照)を用いる。
【0050】
ところで、図6(b)に示すように、従来のインク噴射装置Hでは、ノズルプレート200の一方の面に撥水膜Pが形成された状態でノズル孔202が形成されるものであるが、その際単にフッ素系ポリマーから形成される撥水膜はレーザ光を吸収しにくいため、フッ素系ポリマーに紫外線吸収剤を混合して撥水膜を形成していた。
【0051】
本実施例においては、シート基材60aにノズル孔66を形成する際には導電パターン62,64が形成されているものの、ノズル孔66は導電パターン62,64が形成されていない領域(即ち、シート基材60aの一方の端部側)に形成されるものである。つまり、ノズル孔66はシート基材60aに直接形成されるが、シート基材60aの構成材料である合成樹脂(例えば、ポリイミド、ポリエーテルサルフォン等の高分子樹脂)はレーザ光を吸収しやすいものであるため、精度よくノズル孔66を形成することができるのである。
【0052】
また、シート基材60aにレーザ光Lが照射されると、基材60aを構成する合成樹脂(高分子樹脂)の分子結合がレーザ光Lにより切断され、切断された分子が更にレーザ光Lにより分解して飛散するようになる結果、図2(b)に示すようにレーザ光Lが照射された部分には、例えば、レーザ加工機40のステージ46に載置された側ほど径が小さくなるように縮径したノズル孔66が形成される。尚、形成されるノズル孔66の最小径は約30μmである。
【0053】
次に、撥水膜形成工程では、ノズル形成工程にてノズル孔66が形成されたシート基材60aにおいて、導電パターンが形成された側とは反対側の面(即ち、インク噴出面)に撥水膜Qを形成する。
撥水膜Qを形成するには、図3に示すような高周波プラズマCVD装置(以下、単にCVD装置ともいう)70を用いる。CVD装置70は、成膜室(成膜チャンバー)72、高周波電源発生装置74、上部電極76、下部電極78、原料ガス導入パイプ80、排気パイプ82から構成され、各電極76,78が平板状をなし、電極面が互いに平行となるように対向して配置された容量結合型(平行平板型)の装置である。
【0054】
成膜室72は形成材料として例えば、石英ガラス(SiO2)、ステンレス鋼が用いられ、箱状に形成されたものであり、側壁には原料ガスを成膜室72内に導入するための原料ガス導入パイプ80が接続され、下面には成膜室72内を真空にするための排気パイプ82が接続されている。尚、原料ガス導入パイプ80には後述する原料ガスが充填されたガスボンベ(図示略)が接続され、排気パイプ82には吸気して成膜室内を真空にするための真空ポンプ(図示略)が接続されている。
【0055】
成膜室72内において、中央上部,下部側には上部電極76,下部電極78がそれぞれ配置され、更に各電極76,78は高周波電源発生装置74に接続されることにより、各電極76,78間に高周波電源発生装置74から高周波電圧が印加されるようになっている。一方、高周波電源発生装置74は、発信周波数が13.56MHzの高周波を有する100W〜10kWの電力を供給することができる。尚、下部電極78の電極面上には、導電パターン62,64が形成された側の面を当接するようにして被成膜物であるシート基材60a全体を載置できるようになっている。
【0056】
CVD装置70においては、下部電極76上にシート基材60aを載置すると共に、排気パイプ82から成膜室72内の雰囲気を吸引して真空状態(例えば、0.1〜0.5torr)に保持した上で原料ガス導入パイプ80から所定量の原料ガスを成膜室72内に導入し、この状態で高周波電源発生装置74から各電極76,78に高周波電力を出力すると、各電極76,78間に存在する電子が原料ガスに衝突して原料ガスが分解され、分子,原子,電子,イオンが生じるようになる。更に、原料ガスが分解されて生じた電子も原料ガスに衝突するので、次々に電子が原料ガスに衝突し、常に分子,原子,電子,イオンが混在した状態であるプラズマ放電状態になる。
【0057】
また、このようにして原料ガスが分解して生じた分子,原子は、ある程度活性化しているため、下部電極78上に載置されたシート基材60aにおいて上部電極76に面した側の面には、これら分子,原子が反応生成物(即ち、撥水膜Q)として付着するようになる。
【0058】
ここで、原料ガスとしては、以下の一般式(1),(2),(3)としてそれぞれ示すトリメチルシラン,トリメチルメトキシシラン,フロロアルキルシランのいずれかの有機シリコン化合物を用いることができる。
【0059】
【化1】
【0060】
【化2】
【0061】
【化3】
【0062】
例えば、成膜室72内の圧力を0.2torrとし、トリメチルシランを30cc/分、アルゴンガスを10cc/分の各流量で供給すると共に、高周波出力を100W、成膜時間を45分では、0.6μmの膜厚を有する反応生成物が形成された。そして、各原料ガス(トリメチルシラン,トリメチルメトキシシラン,フロロアルキルシラン)それぞれを用いてシート基材60a上に反応生成物を付着させ、この反応生成物上に水滴を載置して接触角を測定したところ、それぞれ95°,95°,105°であった。一方、比較のために単に導電パターン62,64及びノズル孔66を形成していない状態のシート基材60a上に、従来の形成方法にてフッ素系ポリマーからなる撥水膜を形成して接触角を測定したところ、95°であった。
【0063】
つまり、撥水膜形成工程では、図2(c)に示すように、原料ガスとしてトリメチルシラン,トリメチルメトキシシラン,フロロアルキルシランを用いることにより撥水膜Qである反応生成物が生じるが、形成される撥水膜Qは従来の形成方法にて形成されたフッ素系ポリマーからなる撥水膜Pと同等以上の撥水性を示すのである。
【0064】
尚、CVD装置70の下部電極78に温度測定用の熱電対を取り付けて、各原料ガスを用いて成膜した際の温度変化を測定したことろ、下部電極78の最高温度は80℃であった。また、成膜後の導電パターン62,64の状態を調査したところ、導電パターン62,64がシート基材60aから剥がれている箇所は全くなかった。
【0065】
また特に、原料ガスとしてフロロアルキルシランを用いて成膜された反応生成物(即ち、撥水膜)について、FT−IR(フーリエ変換赤外分光法)及びXPS(X線光電子分光法)を用いて化学結合状態を調査したところ、FTIRスペクトルにはSi−O−Si及びSi−OHに起因するピークが確認されると共に、CF3−や−CF2−中のC−F結合に起因するピークも確認された。一方、XPSでは、撥水膜の表面がCF3,CF2,CFといった化学成分で覆われていることが分かった。
【0066】
つまり、原料ガスとしてフロロアルキルシランを用いて形成された撥水膜は、有機−無機の複合膜であり、CF3,CF2,CFといった化学成分がフッ素系ポリマーからなる従来の撥水膜よりも高い撥水性の実現に寄与していることが分かった。
【0067】
このように、本実施例では、シート基材60aに導電パターン62,64を形成しても高周波プラズマCVD装置70では、成膜中の最高温度が80℃にまでにしか上昇しないため、導電パターン62,64がシート基材60aから剥がれることがなく、しかも、トリメチルシラン,トリメチルメトキシシラン,フロロアルキルシランのいずれかの有機シリコン化合物を原料ガスとして用いて形成された撥水膜は、従来の撥水膜と同等以上の撥水性を有しているのである。
【0068】
尚、CVD装置70にて撥水膜Qを形成する際には、撥水膜Qの膜厚が0.6μmとなるようにした。また、撥水膜Qを形成する際に生じる反応生成物がノズル孔66に入り込んでその内壁に付着するようになるが、その膜厚は0.6μmよりも遥かに小さく、後述するようにインク噴射装置の記録品質に何らの影響を与えるものではなかった。
【0069】
従って、以上説明したように各工程(導電パターン形成工程,ノズル形成工程,撥水膜形成工程)を順に経ることにより導電パターン62,64、ノズル孔66、撥水膜Qが一体形成されたノズルプレート60を形成することができる。
そして、形成されたノズルプレート60を用いてインク噴射装置を形成し、アクチュエータ基板を駆動してインクをノズル孔66から噴出させて記録媒体上にインクを付着させたところ、従来の形成方法にて形成されたノズルプレート200を用いた場合と同等の記録品質を有していることが分かった。
【0070】
以上説明したように各工程(導電パターン形成工程,ノズル形成工程,撥水膜形成工程)を順に経ることにより導電パターン62,64、ノズル孔66、撥水膜Qが一体形成されたノズルプレート60を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のインク噴射装置の概略構成を示す説明図である。
【図2】 実施例のノズルプレートの形成過程を示す説明図である。
【図3】 実施例の撥水膜を形成するのに用いる高周波プラズマCVD装置の概略構成を示す説明図である。
【図4】 従来のインク噴射装置の概略構成を示す説明図である。
【図5】 インク噴射装置のアクチュエータ基板の概略構成を示す説明図である。
【図6】 従来のノズルプレートの形成過程を示す説明図である。
【図7】 ノズルプレートにノズル孔を形成するのに用いるレーザ加工機の概略構成を示す説明図である。
【符号の説明】
2…インク溝(チャネル)、20,22…電極、20a,22a…接続端子、6…アクチュエータ基板、60…ノズルプレート、60a…シート基材、62,64…導電パターン、66…ノズル孔、70…高周波プラズマCVD装置、Q…撥水膜。
Claims (2)
- 駆動用の電圧を外部から印加するための電極が設けられると共に、インクを収容するチャネルが形成され、該チャネル内のインクを該チャネルの出口端から噴出するように駆動するアクチュエータと、
前記電極と電気的に接続する導電パターンが形成された薄板状のケーブルと、
前記チャネルの出口端側に設けられ、前記出口端と対応する位置にインク噴射用の噴射孔が形成された薄板状のノズルプレートとを備え、
前記導電パターンを介して前記電極に電圧を印加することによって、前記アクチュエータを駆動して、前記噴射孔からインクを噴射するように構成され、
前記ノズルプレートに前記導電パターンを形成することにより、前記ケーブルが該ノズルプレートと一体化され、
該ケーブルが一体化された該ノズルプレートにおいて前記噴射孔からインクが吐出される側の面の少なくとも該噴射孔の周囲には、有機シリコン化合物を原料とした高周波プラズマCVD法にて撥水膜が形成されているインク噴射装置にて使用される前記ケーブルが一体化された前記ノズルプレートの製造方法であって、
前記アクチュエータの前記電極に電圧を印加するための前記導電パターンを薄板状の樹脂基材に形成する導電パターン形成工程と、
紫外線領域の波長を有するレーザ光を前記樹脂基材に照射してインク噴射用の前記噴射孔を形成するノズル形成工程と、
前記樹脂基材の前記噴射孔からインクが吐出される側の面の少なくとも該噴射孔の周囲に有機シリコン化合物を原料とした高周波プラズマCVD法にて撥水膜を形成する撥水膜形成工程とを有することを特徴とするインク噴射装置のノズルプレートの製造方法。 - 前記撥水膜形成工程では、前記有機シリコン化合物として、トリメチルシラン,トリメチルメトキシシラン,フロロアルキルシランのいずれかを用いることを特徴とする請求項1に記載のインク噴射装置のノズルプレートの製造方法。
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