JP4428543B2

JP4428543B2 - インクジェットヘッド用ノズルプレートとその製造方法

Info

Publication number: JP4428543B2
Application number: JP19536899A
Authority: JP
Inventors: 博士嶋津; 和彦井上
Original assignee: Kyushu Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Kyushu Hitachi Maxell Ltd
Priority date: 1999-07-09
Filing date: 1999-07-09
Publication date: 2010-03-10
Anticipated expiration: 2019-07-09
Also published as: JP2001018399A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、インクジェットヘッドに適用されるノズルプレートと、その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種ノズルプレートとして、プラスチックフィルムにノズル口を穿孔したフィルム状のものや、ノズルプレートを電鋳膜で形成した金属膜状のもの等が知られている。前者はレーザービームを照射してあるいはエッチング法等による化学腐食によりノズル口を形成し、後者はレジストパターンによって電着金属の成長が規制される空孔部分をノズル口に利用して、それぞれノズルプレートを形成している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
レーザービームを照射してノズル口を穿孔するプラスチックフィルム状のノズルプレートは、光学レンズによるレーザービームの絞り込み径（スポット径）を一定値以下にする場合、別途レーザー照射口とプレート間にアパーチャー板等を介在させて絞り込む必要があり、装置が大型化するとともに、作業が複雑となる。また、単なるストレート状のノズル口であるため、インクの誘い込み作用が得難く、その結果としてインクジェットに途切れや量不足を生じやすい。プラスチックフィルムを素材としているため、十分な強度を得難く、耐久性に難があること、さらに強度不足を補うためにフィルム厚さを大きくすると、レーザー照射時の減衰のため、ノズル口始端と終端間の孔径に差が生じ、噴射特性が低下する等ノズル口を確実に穿孔できなくなる点で問題がある。因みに、ノズル口の直径と深さの比（アスペクト比）は１前後が限界で、それ以上の仕様の加工は困難であった。
【０００４】
一方、電鋳膜で形成したノズルプレートにおいては、レジストパターンを越えて電着金属を成長させてプレートを形成した場合、ノズル口がプレート外面へ向かって絞り込まれたベルマウス状に形成されるので、インクの誘い込み作用に優れてはいる。しかし、ノズル口にはベルマウス状のインク誘い込み部分に続くストレート部分が殆ど形成されないので、インクジェットの直進性が劣る。電着層が形成されない空孔部分をノズル口に利用するので、十分な強度を得るため、あるいはストレート部分をできる限り形成するためにプレート厚を大きくする場合に、電鋳条件の管理が難しくノズル口の口径値がばらつきやすい。インクの切れ（分離）を良くするために、インクが吐出するプレート外面となる電鋳母型面側に撥水性に優れたプラスチック層をコーティング等によって形成することが好ましいが、この場合、別途撥水処理の工程が追加となるとともに、母型面側だけでなく、ベルマウス状のインク誘い込み面側を含む全面に撥水処理がされてしまう。このため、ノズル口の口径値が一定値以下になると、コーティングしたプラスチック材によってノズル口が塞がれてしまうので、この場合にもノズル口の口径値を小さくすることに限界があった。
【０００５】
この発明の目的は、ベルマウス形のインク導入部を備えた電鋳層と、このインク導入部の吐出口側に連続する直線孔状のインク通口を備えたプラスチックフィルム製のベースとからなる多層構造のノズルプレートを構成することにより、インクの導入とインクの直線吐出性をそれぞれの層で分担し、高細精度の印字を行え、耐久性にも優れ、また吐出時のインク離れの良好なノズルプレートを提供することにある。
【０００６】
この発明の目的は、プラスチックフィルム製のベースとその片面に積層した電鋳層とで形成される多層構造のノズルプレートを高精度に、また連続して効率的に加工処理でき、低コストで生産できるノズルプレートの製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るノズルプレートは、図４に示すごとくプラスチックフィルムからなるベース５と、ベース５の片面に積層される電鋳層１４と、両者５・１４の厚み方向に貫通形成されたノズル口Ｎとを備えていて、ノズル口Ｎが、電鋳層１４に形成されたベルマウス形のインク導入孔１５と、インク導入孔１５に連続してベース５に穿孔された直線孔状のインク通口１６とで形成してある。インク通口１６との境界部に係るインク導入孔１５の開口周縁に導電層６とフォトレジスト層８とを備え、これらインク導入孔１５とインク通口１６とが導電層６およびフォトレジスト層８を含んで滑らかに連続していることを特徴とする。
【０００８】
この発明のノズルプレートの製造方法においては、プラスチックフィルムからなるベース５と、ベース５の片面に積層される電鋳層１４と、両者５・１４の厚み方向に貫通形成されたノズル口Ｎとを備えており、ノズル口Ｎが、電鋳層１４に形成されたベルマウス形のインク導入孔１５と、インク導入孔１５に連続してベース５に穿孔された直線孔状のインク通口１６とで形成してあり、インク通口１６との境界部に係るインク導入孔１５の開口周縁に導電層６とフォトレジスト層８とを備え、これらインク導入孔１５とインク通口１６とが導電層６およびフォトレジスト層８を含んで滑らかに連続しているノズルプレートを以下の手順で形成する。すなわち図１および図２に示すごとくベース５の片面に導電層６を形成する第１工程１と、導電層６の外面に、形成すべきノズル口Ｎ位置と対応して、ノズル口Ｎの径よりも大きな形状のレジストパターン８ａを形成する第２工程２と、電鋳工程により、レジストパターン８ａを除くベース５上の導電層６から電着金属を析出・成長させるとともに、電着金属をレジストパターン８ａの厚みを越えて成長させることで、レジストパターンに対応してベルマウス形のインク導入孔１５を備えた電鋳層１４を形成する第３工程３と、インク導入孔１５に臨むベース部分にインク導入孔１５に連続する直線孔状のインク通口１６を穿孔する第４工程４とを経て形成する。第４工程４におけるインク通口１６は、電鋳層１４側から電鋳層１４自体をマスクとして、インク導入孔１５を介してベース５にレーザービームを照射して穿孔形成する。
【００１０】
第１工程１における導電層６は、銅、ニッケル、クロム、鉄等の導電性金属を素材にして、スパッタリング法、蒸着法、メッキ、イオンプレーティング法等の薄膜形成法によって形成する。第２工程２におけるレジストパターン８ａは、ベース５の導電層６の外面全面にフォトレジスト層８を形成する工程２ａと、フォトレジスト層８にパターンフィルム９を介して所定のレジストパターンを露光し、硬化させる露光工程２ｂと、フォトレジスト層８の未露光部分を除去する現像工程２ｃとを経て形成する。
【００１１】
【作用および発明の効果】
プラスチックフィルムからなるベース５の片面に電鋳層１４を積層して形成し、電鋳層１４に形成したベルマウス形のインク導入孔１５と、該インク導入孔１５と連続するごとく、ベース５に穿孔形成した直線孔状のインク通口１６とでノズル口Ｎが形成されているので、電鋳層１４部に形成されるベルマウス状のインク導入孔１５によりインクの誘い込み作用に優れ、これに連続するベース５部の直線孔状のインク通口１６によりインクの切れの良さと直進性に優れた理想的な形状のノズルプレートが得られる。
【００１２】
ベース５と電鋳層１４とからなる多層構造でノズルプレートを構成するので、インク誘い込み部とインク直進用ストレート部とをそれぞれ分担させることができるとともに、その構造強度を向上して耐久性を向上できるうえ、インク吐出側となるベース５面自体が撥水性を備えたプラスチック材を使用しておけば、特別な撥水処理工程も必要無く、インク導入孔部分である電鋳層１４側に対し、インク吐出側のベース部を選択的に撥水処理でき、吐出時のインク離れ、切れに優れた高精度の印字ができる。
【００１３】
ベース５の片面に、電鋳層１４を積層形成して電鋳層１４で囲まれるインク導入孔１５を配し、その後に電鋳層１４をマスクとして、インク導入孔１５に臨むベース部分を穿孔してインク導入孔１５と連続してインク通口１６を形成するノズルプレートの製造方法によれば、インク誘い込みの為のベルマウス状インク導入孔１５とこれに連続する直線状インク通口１６とが、高精度に製造できる。また、ベース５に導電層６を形成した後の一連の工程を連続的に処理することができるので、ノズルプレートを能率良く生産でき、ノズルプレートの低コスト化が図れる。また、使用するベース５の厚みを任意に選択することにより、インク直進性を向上させるインク通口１６の長さを自由に設定できるとともに、ベース上に積層形成する電鋳層１４の形成時の電鋳条件や電着厚の調整によりインク導入孔部分の流入口側と吐出側との孔径の比あるいは断面厚さ等を変更することができる。
【００１４】
電鋳層１４をマスクとして、インク導入孔１５を介してベース５にエキシマレーザーやＹＡＧレーザー等のレーザービームを照射し、これによりベース５にインク導入孔１５と連続するインク通口１６を穿孔する製造法によれば、電鋳層１４をレーザービームの遮閉用マスクとして利用できるので、レーザービームを必要以上に微細に絞り込む必要もなくインク通口１６を穿孔でき、その穿孔径をインク導入孔１５で正確に規定できる。即ち、レーザービームを絞り込むための光学系の構造を簡素化し、その分設備コストを減少できるうえに、インク通口１６をばらつきなく形成できる。また、レーザービーム照射により、インク導入孔１５から臨むレジストパターン８ａ及び導電層６を同時に除去しながらベース５の孔開け加工が可能で、別工程でレジストパターン８ａおよび導電層６を除去する必要がなく、効率よく生産できるものである。
【００１５】
レジストパターン８ａ、導電層６およびベース５をそれぞれ溶材やエッチング液で溶解除去してインク通口１６を穿孔する製造方法による場合においても、ベース５上に形成した電鋳層１４をマスクとして、インク導入孔１５を介して片面エッチングによって、インク導入孔１５と対応して連続するインク通口１６をベース５に形成することができる。但しこの場合、ベース５のエッチング処理前に、予めインク導入孔１５と対応するレジストパターン８ａと導電層６とを除去しておく必要がある。
【００１６】
【実施例】
この発明に係るノズルプレートの製造方法においては、図２に示す処理工程を経て、ノズルプレートを形成する。図２において、ノズルプレートは以下の第１〜第４の各工程１〜４を経て形成する。
【００１７】
第１工程１においては、図１（Ａ）に示すようにプラスチックフィルムからなるベース５の片面に導電層６を形成する。ベース５の形成材料としては、好ましくは撥水性に富み、耐熱性と耐薬品性に優れる、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂等の合成樹脂素材で形成した、厚み寸法が５〜１００μｍ程度のフィルムを用いる。本実施例では厚み５０μｍのポリイミド樹脂素材フィルムを使用し、その片面に、銅、ニッケル、クロム、鉄等の導電性金属を素材にして、スパッタリング法、蒸着法、メッキ等の薄膜形成法によって、１０００〜６０００Å程度の厚みで、本実施例では銅により３０００Å厚の導電層６を形成する。導電層６はベース５に対して、剥離し難いように高密着性を持って形成する。この導電層６によって、後工程で導電層６の外面に電鋳層１４を電着形成することができる。なお、導電層６を形成した後、この処理のみが以後の処理工程から独立してバッチ処理される。第１工程１を経たベース５はロール状に巻かれて次工程へ送られる。
【００１８】
第２工程２においては、ベース５の導電層６の外面に、フォトレジストを用いて所定のレジストパターン８ａを形成する。詳しくは、ロール巻きしたベース５を一定速度で送給しながら、図１（Ｂ）のごとく導電層６の外面に５〜３０μｍ程度、本実施例では１０μｍ厚のフォトレジスト層８を形成する成膜工程２ａと、図１（Ｃ）のごとくフォトレジスト層８上にパターンフィルム９を密着させて、形成すべきノズル口Ｎの位置と対応して、ノズル口Ｎの口径よりも大きな形状からなる所定のレジストパターン対応部分を露光硬化させる露光工程２ｂと、露光硬化された部分を残し、未露光部である不要なフォトレジスト層８をアルカリ溶剤等の現像液で取り除き、導電層６を選択的に露出させる現像工程２ｃとを経て、図１（Ｄ）のごとく所定のレジストパターン８ａを形成する。
【００１９】
成膜工程２ａにおけるフォトレジスト層８は、液状のフォトレジストを所定厚で導電層６の外面にコーティングして、あるいは図２に示すようにフォトレジストフィルム２０を導電層６の外面に加熱圧着することによりラミネートして形成することができ、フォトレジストはアルカリ型と有機溶剤型のいずれであってもよい。露光工程２ｂにおける露光用光源としては紫外線ランプ１０を用いる。図２における符号１１は現像液タンク、１２は現像後の現像液を洗い流す洗浄水を噴出供給する水洗ノズルである。これらの各工程を経て得られるベース上面の層構造は図１に示すとおりである。
【００２０】
第３工程３においては、第２工程２を経たベース５をスルファミン酸ニッケル浴等のメッキ槽１３に浸して、所定の電鋳工程により、ベース５上のレジストパターン８ａを除いて外面に露出する導電層６表面に電鋳金属を析出させて行く。電着金属はレジストパターン８ａの厚みを越えてさらに成長させることで、レジストパターン８ａの外周上に一部オーバーハングした電鋳層１４を形成し、同時に該電鋳層１４で囲まれるレジストパターン８ａの中央部に対応する位置に断面ベルマウス形のインク導入孔１５が形成される（図１（Ｅ）参照）。すなわち電鋳処理を行うことにより、レジストパターン８ａで覆われていない導電層６の外面に電鋳金属が析出し、徐々に層厚みを増して行く。この電着層の厚みがレジストパターン８ａの厚みを越えるまでに析出が進むと、電着層はレジストパターン８ａの外周上面へと剰り上がって電着層の形成範囲を拡げる。従って、レジストパターン８ａを円形に形成しておけば、その上面に下すぼまり状のベルマウス形の空孔部が形成される。この空孔部をインク導入孔１５に利用する。なお、得られた電鋳層１４の層厚みは２０〜１００μｍ程度とし、本実施例においては、６０μｍのニッケル層としている。インク導入孔１５の最小直径寸法ｒは、レジストパターン８ａの大きさと、メッキ時間（電鋳層厚）とによって任意に形成できるが、この実施例では４５μｍとした。また、インク導入孔１５の最大直径寸法Ｒについても電着金属の材質や電流密度やメッキ槽の条件等により変更できるが、この実施例では１２０μｍとした。メッキ金属としては、ニッケル、銅等の他、ニッケル−コバルト、ニッケル−スズ等のニッケル合金、銅合金などを種々選択できる。
【００２１】
第４工程４においては、メッキ槽１３から出てきたベース５を水洗ノズル２３で水洗し、次にファン２４で温風を吹き付けて乾燥した後、インク導入孔１５に臨むベース部分を穿孔して、直線孔状のインク通口１６を形成する。このインク導入孔１５とインク通口１６とでノズル口Ｎが構成される。インク通口１６を穿孔形成するには、エキシマレーザーやＹＡＧレーザー等のレーザービームを用いてベース５を溶解して除去する手法と、溶剤やエッチング液を用いて、ベース５を化学的に溶解して除去する手法とがある。
【００２２】
前者においては、紫外線による非熱的なメカニズムであり、熱影響の少ない加工が行えるエキシマレーザーを使用することが好ましく、図１（Ｆ）および図２に示すように、電鋳層１４の上面外方からレーザービーム２１を照射し、ビーム径を光学系２２で絞り込んで、インク導入孔１５に臨むレジストパターン８ａ、導電層６およびベース５に直線孔状のインク通口１６を穿孔する（図１（Ｇ）参照）。このとき、電鋳層１４はレーザービームを遮ってマスキング作用を発揮するので、電鋳層１４のインク導入孔１５にレーザービームをトレースすることにより、インク導入孔１５と連続し、かつ、インク導入孔１５の最小直径寸法ｒと同径の穿孔加工が容易に行え、ビーム径をインク通口１６と同じ直径値にまで絞り込む必要はない。しかも、レーザー加工時にインク導入孔１５に臨むレジストパターン８ａ及び導電層６も同時に除去しながらベース５にインク通口１６を穿孔形成するようレーザー出力を設定しておけば、効率よく加工生産できる。こうして形成されたインク通口１６の直径寸法は、図４に示すようにインク導入孔１５の下端直径値に一致するので、両者１５・１６は滑らかに連続する。図２において、符号１８はレーザー発振器である。図４は以上により形成されたノズル口Ｎの断面構造を示す。
【００２３】
エッチング液等を用いてベース５にインク通口１６を形成する場合には、図３（ａ）に示すように、ベース５のインク導入孔１５に臨むレジストパターン８ａをアルカリ溶剤により除去した後、電鋳層１４を溶解せず導電層６のみを選択的に溶解除去する液、例えば本実施例のごとく導電層６が銅の場内、過硫酸アンモニウム溶液等により図３（ｂ）のごとく導電層６を溶解除去する。水洗、乾燥後に図３（ｃ）のごとく電鋳層１４の上方からベース５用のポリイミド専用のエッチング液２５を噴霧装置で供給して、インク導入孔１５に臨むベース部分を溶解除去して、図３（ｄ）に示すインク通口１６を穿孔形成する。この場合の電鋳層１４はエッチング液のマスク体として機能し、インク導入孔１５に連続して正確にインク通口１６が形成される。
【００２４】
以上のようにしてインク通口１６が穿孔されたベース５は、水洗し、乾燥した後、再びロール状に巻き取られて、インクジェットヘッドの組み立て工程へと送給される。組み立て工程においては、ベース５を所定形状に打ち抜いてノズルプレートを完成し、これをインクジェットヘッドに接着固定する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ノズルプレートの形成過程を説明する断面図である。
【図２】ノズルプレートの形成工程を概念的に示す工程説明図である。
【図３】別の穿孔工程を説明する断面図である。
【図４】ノズル口の断面図である。
【符号の説明】
１第１工程
２第２工程
３第３工程
４第４工程
５ベース
６導電層
８フォトレジスト層
８ａレジストパターン
１４電鋳層
１５インク導入孔
１６インク通口
Ｎノズル口

Claims

プラスチックフィルムからなるベース（５）と、ベース（５）の片面に積層される電鋳層（１４）と、両者（５・１４）の厚み方向に貫通形成されたノズル口（Ｎ）とを備えており、
ノズル口（Ｎ）が、電鋳層（１４）に形成されたベルマウス形のインク導入孔（１５）と、インク導入孔（１５）に連続してベース（５）に穿孔された直線孔状のインク通口（１６）とで形成してあり、
インク通口（１６）との境界部に係るインク導入孔（１５）の開口周縁に導電層（６）とフォトレジスト層（８）とを備え、これらインク導入孔（１５）とインク通口（１６）とが導電層（６）およびフォトレジスト層（８）を含んで滑らかに連続していることを特徴とするインクジェットヘッド用ノズルプレート。
プラスチックフィルムからなるベース（５）と、ベース（５）の片面に積層される電鋳層（１４）と、両者（５・１４）の厚み方向に貫通形成されたノズル口（Ｎ）とを備えており、
ノズル口（Ｎ）が、電鋳層（１４）に形成されたベルマウス形のインク導入孔（１５）と、インク導入孔（１５）に連続してベース（５）に穿孔された直線孔状のインク通口（１６）とで形成してあり、
インク通口（１６）との境界部に係るインク導入孔（１５）の開口周縁に導電層（６）とフォトレジスト層（８）とを備え、これらインク導入孔（１５）とインク通口（１６）とが導電層（６）およびフォトレジスト層（８）を含んで滑らかに連続しているノズルプレートの製造方法であって、
ベース（５）の片面に導電層（６）を形成する第１工程（１）と、
導電層（６）の外面に、形成すべきノズル口（Ｎ）位置と対応して、ノズル口（Ｎ）径よりも大きな形状のレジストパターン（８ａ）を形成する第２工程（２）と、
電鋳工程により、レジストパターン（８ａ）を除くベース（５）上の導電層（６）から電着金属を析出・成長させるとともに、電着金属をレジストパターン（８ａ）の厚みを越えて成長させることで、レジストパターンに対応してベルマウス形のインク導入孔（１５）を備えた電鋳層（１４）を形成する第３工程（３）と、
インク導入孔（１５）に臨むベース部分に、インク導入孔（１５）に連続する直線孔状のインク通口（１６）を穿孔する第４工程（４）とを含み、
第４工程（４）におけるインク通口（１６）が、電鋳層（１４）側から電鋳層（１４）をマスクとして、インク導入孔（１５）を介してベース（５）にレーザービームを照射して穿孔形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造方法。
第１工程（１）における導電層（６）が、銅、ニッケル、クロム、鉄等の導電性金属を素材にして、スパッタリング法、蒸着法、イオンプレーティング法、メッキ等の薄膜形成法によって形成されており、
第２工程（２）におけるレジストパターン（８ａ）が、ベース（５）の導電層（６）の外面全面にフォトレジスト層（８）を形成する工程（２ａ）と、フォトレジスト層（８）にパターンフィルム（９）を介して所定のレジストパターン（８ａ）を露光し、硬化させる露光工程（２ｂ）と、フォトレジスト層（８）の未露光部を除去する現像工程（２ｃ）とを経て形成してある請求項２記載のインクジェットヘッド用ノズルプレートの製造方法。