JPH07101068A - インクジェットプリンターヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 圧電性セラミックスからなる貫通した溝を形
成した圧電性基板１に、この溝の上部に平板状の蓋２を
接着し、さらに平板状の蓋２との接着によって規定され
たインク流路４端部にインク吐出孔５を有するノズル板
３を接着後、インク吐出孔５を保持したままノズル板３
表面をマスクし、その後酸素を含むガス雰囲気中でプラ
ズマ処理する。 【効果】 インク流路内へのインク注入を容易にし、さ
らにはインク注入時の空気の混入を防ぐことが可能とな
り、インク吐出特性が安定した高度の信頼性を有するイ
ンクジェットプリンターヘッドの製造方法の提供が可能
となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧電駆動式インクジェッ
トプリンターのヘッド部の製造方法に関し、とくにイン
ク流路内の親水化処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、コンピュータ出力などの応用分野
におけるノンインパクトプリンターの一方式であるイン
クジェットプリンターにおいて、圧電体の圧電作用をイ
ンク吐出の駆動力に応用した方式が、たとえば特公平４
−４８６２２号公報やあるいは特開昭６３−２４７０５
１号公報に提案されている。

【０００３】その代表的な製造方法および構造は、圧電
性基板にインク流路のための微細な貫通した溝の加工を
施した後、その溝の表面に電極膜を形成し、さらに表面
を研磨加工して表面の電極膜を除去し、溝内部に電極膜
を残す。

【０００４】さらに溝内面に絶縁膜として、気相合成法
によるポリパラキシリレン樹脂からなるパリレン膜を形
成する。この絶縁膜はインクの不安定吐出の原因となる
インクの電気分解による気泡発生およびインクの変質を
防ぐための重要な構成体として位置づけられている。

【０００５】このパリレン膜は極めて高い撥液性を示
す。そして、すでに本出願人よりパリレン膜上に酸化シ
リコン膜に代表される無機酸化物膜を積層することによ
りパリレン膜をインクに対して親液性にさせる方法を提
案している。

【０００６】以上のように作製した圧電性基板の溝を有
する面どうしを対向させて接着、あるいは溝を有する面
上にガラス、セラミック、金属あるいはプラスチック製
の平板状の蓋を接着することによってインク流路を形成
する。

【０００７】さらにインク流路の一方の端部に直径３０
〜６０ミクロンのインク吐出孔を有し、表面に撥液性膜
をコーティングしたノズル板を接着した後、電極に駆動
回路を接続することによってインクジェットプリンター
ヘッドが構成される。

【０００８】このときノズル板にコーティングする撥液
性膜としては、ニッケルメッキマトリックス中に直径
０．１ミクロン程度のテフロン微粒子が分散含有したテ
フロン共析メッキが優れていることが確認されている。

【０００９】しかし一方でノズル板の裏面やインク吐出
孔内部は、インク吐出性能面から親液性が要求されるた
め、ノズル板の表面のみにメッキをしなければならな
い。

【００１０】しかしながらこのようなメッキ方法は、複
雑なプロセスを要するため困難な点が多く、製造コスト
も高くなってしまう。

【００１１】そのための対策としてノズル板全体にテフ
ロン共析メッキをコーティングした後に、表面のみをテ
ープ型レジストによってマスクし、ノズル板全体を酸素
プラズマ処理し、その後レジストを溶解することによっ
てノズル板表面のみに撥液性を付与している。

【００１２】圧電作用を利用したインクジェットプリン
ターヘッドの駆動原理は、各溝中に形成された電極に電
圧を印加すると、溝を形成する隔壁がその圧電作用のた
めにインク流路の容積を増大または減少せしめるように
変形する。

【００１３】そしてこの容積減少の変形によって生じた
圧力が、溝内部に充填されたインクに伝播し、ノズル孔
からインク滴として吐出するものである。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
インクジェットプリンターヘッドの製造工程において、
圧電性基板の溝を有する面どうしを対向させて、あるい
は溝を有する面上に平板状の蓋を接着する工程やインク
流路の一方の端部にノズル板を接着する工程の際に用い
る接着剤によって、インク流路内の親液性が消失してし
まう現象が観察された。

【００１５】これは接着剤として、その汎用性からエポ
キシ系接着剤が優れているが、この接着剤自体が撥液性
であることと、さらに接着のための加熱工程時に接着剤
中に含まれる撥液性の有機シリコン系化合物が気化し、
周囲に吸着することとが原因である。

【００１６】このためインク、とくに水性インクの注入
が非常に困難となり、またインク注入時に空気が混入し
やすくなり、駆動源となる圧電体の変位による圧力が緩
和してしまう。

【００１７】その結果、発生した圧力がインク流体に充
分伝播せず、インクの不安定吐出の大きな原因となって
いた。

【００１８】本発明の目的は、インク流路内を親液性に
し、さらにはインクジェットプリンターヘッドへのイン
ク注入を容易にし、インク注入時の空気の混入を防ぐこ
とにより、インク吐出特性の安定した高度の信頼性を有
するインクジェットプリンターの製造方法を提供するこ
とにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のインクジェットプリンターヘッドの製造方
法は、圧電性セラミックからなる互いに平行な多数の溝
を有する圧電性基板に平板状の蓋とノズル板を接着後、
インク吐出孔が貫通した状態でノズル板表面をマスク
し、その後このインクジェットプリンターヘッドを酸素
を含むガス雰囲気中でプラズマ処理するものである。

【００２０】

【作用】本発明の製造方法において、インク流路内の親
液化のための酸素雰囲気中でのプラズマ処理は、一般に
プラスチックなどの有機系材料の表面に水酸基やカルボ
ニル基を生成することによって、表面を改質し親液性を
付与する方法であるが、本発明のインクジェットプリン
ターではノズル板表面に被覆したテフロン共析メッキも
プラズマ処理と同時に親液化され、その結果、インク溜
まりを生じ易くなり、ついにはインク滴形成時のメニス
カスの安定性が低下し吐出しなくなってしまう。

【００２１】この対策として本出願人は、インク流路を
経てノズル板裏面から空気、酸素、窒素もしくはアルゴ
ンのガスのいずれかを吹き付けながらインクジェットプ
リンターヘッドのノズル板をレジスト溶液に接触させ、
その後乾燥することによってインク吐出孔が貫通した状
態を保持したままノズル板表面をマスクしてプラズマ処
理を行い、その後レジストを溶解する方法を見いだし、
この方法によってノズル板表面の撥液性が劣化しないこ
とを確認している。

【００２２】本発明においてはプラズマ処理によって生
成した活性種を、インク吐出孔から進入させインク流路
内の表面を改質するためインク吐出孔の目詰まりは許さ
れないことからこのマスク方法は有効である。

【００２３】さらにインク吐出孔からプラズマ処理によ
って生成した活性種を進入させるためには、平均自由行
程からガス圧が高い領域、具体的には０．５Ｔｏｒｒ以
上のガス圧領域でプラズマ処理することが効果があるこ
とも本出願人によって確認している。

【００２４】また本発明のプラズマ処理に用いる酸素を
含むガスによるプラズマは、アルゴンなどの不活性ガス
のみによるプラズマ処理よりも有機系材料の表面により
多くの水酸基やカルボニル基を生成しやすく、そのため
親液性もより優れていることを本出願人によって確認し
ている。

【００２５】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例における
インクジェットプリンターヘッドの製造方法を説明す
る。図１は本発明によるインクジェットプリンターヘッ
ドに用いられる圧電性基板１を示す断面図である。

【００２６】ダイヤモンドブレードカッターによって微
細溝加工を施した圧電性基板１に、スパッタリング法に
よって、下層をクロム、上層を金（Ａｕ）とする電極膜
１０を形成する。

【００２７】溝の代表的な寸法は幅１００ミクロン、深
さ４００ミクロン、長さ１０ミリメートルである。

【００２８】この圧電性基板１の表面を研磨加工するこ
とによって電極膜を除去し、溝内部に電極膜１０を残す
ように形成する。

【００２９】つぎに圧電性基板１表面および溝内部に気
相合成法によって、パリレン膜１２を約５ミクロンの膜
厚で形成する。

【００３０】このパリレン膜１２を形成後、パリレン膜
１２上に酸化シリコン膜１４をスパッタリング法により
０．０２ミクロン積層する。

【００３１】この酸化シリコン膜１４の形成にはスパッ
タリング法以外にも、イオンプレーティング法、プラズ
マＣＶＤ法などの気相合成法、またゾル−ゲル法などの
ウェットプロセスでも可能である。

【００３２】図２はこのインクジェットプリンターヘッ
ドの外観を示す斜視図である。図１のようにして加工し
た圧電性基板１上に、厚さ約１ｍｍのガラスからなる平
板状の蓋２を接着することによってインク流路４を形成
する。

【００３３】そしてインク流路４端部に、電鋳法によっ
て作製される直径４０ミクロンのインク吐出孔５を有す
るニッケル製の厚さ１００ミクロンの薄板であるノズル
板３を接着する。

【００３４】ここでノズル板３はインクが吐出する面側
をノズル板３の表面とした場合、ノズル板３の表面のみ
に撥液性が要求される。

【００３５】その撥液性のための方法としてノズル板３
全体にテフロン共析メッキを、５ミクロンの膜厚でコー
ティングする。

【００３６】その後にノズル板３の表面全域のみをテー
プ型レジストによってマスクし、ノズル板３全体を酸素
プラズマ処理し、その後テープ型レジストを溶解するこ
とによってノズル板３の表面のみに撥液性を付与するこ
とが可能であり、このようにして作製したノズル板３を
インク流路４端部に接着する。そして駆動回路を実装す
ることによってインクジェットプリンターヘッドが構成
される。

【００３７】その後ノズル板３とは反対側のインク流路
４の端部から空気を１Ｋｇ／ｃｍ²の圧力で吹き付けな
がらノズル板３表面をレジスト溶液、たとえばＡＺ１３
５０（シフレー社商品名）に室温で５秒間浸漬し、その
後引き上げ９０℃で６０分間加熱する。

【００３８】以上のようなマスク方法により、インク吐
出孔５をレジストによって目詰まりさせることなく、ノ
ズル板３の表面全域のみにレジストによりマスクするこ
とが可能である。そして以下の条件でヘッド全体をプラ
ズマ処理を行う。

【００３９】ガス雰囲気：１００％酸素 基板設置電極：陰極 励起法：高周波（１３．５６ＭＨｚ） 励起出力：５０Ｗ ガス圧：１Ｔｏｒｒ 処理時間：１０分間

【００４０】このとき酸素プラズマによって生成したラ
ジカルをはじめとする活性種が、インク吐出孔５よりイ
ンク流路４内に侵入する。その結果、インク流路４内表
面を親液性にする。

【００４１】その後ノズル板３表面のレジストを溶解す
るため剥離液に浸漬し、レジスト除去後真空乾燥する。

【００４２】図３はプラズマ処理時のガス圧と、水を７
５重量％含有する水性インクを、毛細管現象によってノ
ズル板３とは反対のインク流路４の端部から注入するこ
とが可能なインク流路４の本数の全本数に対する割合と
の関係を示すグラフである。

【００４３】図３のグラフに示すように、０．５Ｔｏｒ
ｒ以上のガス圧領域範囲においては全インク流路内に注
入が可能である。

【００４４】これに対して、０．５Ｔｏｒｒ未満のガス
圧力領域では、多くのインク流路において注入が不可能
であることが確認されている。

【００４５】本発明の実施例における製造方法では、こ
の結果を鑑みガス圧１Ｔｏｒｒでプラズマ処理を行っ
た。

【００４６】本発明の実施例の効果を確認するために、
比較用ヘッドとして上記の製造方法においてノズル板３
表面をマスクし、ヘッドを酸素を含むガス雰囲気中でプ
ラズマ処理する工程を除き、他はすべて同じ工程で組み
立てたヘッドと本発明によって得られたヘッドに、水を
７５重量％含有する水性インクをノズル板３とは反対の
インク流路４の端部から毛細管現象によって注入した。

【００４７】その結果、プラズマ処理を行っていないヘ
ッドはまったくインク流路４内への注入が不可能であっ
た。

【００４８】さらに強制的にインクを注入すべくノズル
板３のインク吐出孔５をポンプによって真空吸引したと
ころ、インクの注入は可能になったが、インク流路４内
に多数の気泡を巻く込む現象が観察された。

【００４９】これに対して本発明の製造方法によって形
成したインクジェットプリンターヘッドでは、毛細管現
象によって容易にインク流路４内へインクの注入が可能
であり、気泡の巻き込みも全く観察されなかった。

【００５０】またインク注入後、インクの吐出試験を行
ったところ、比較用ヘッドは初期において吐出が可能で
あったものの約３０秒経過した時点で吐出不可能になっ
てしまった。これに対して本発明のヘッドは、１００時
間後も安定な吐出が可能であった。

【００５１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によればインク流路内を親液性にし、さらにインクジェ
ットプリンターヘッドへのインク注入を容易にし、イン
ク注入時の空気の混入を防ぐことが可能となる。その結
果、インク吐出特性の安定した高度の信頼性を有するイ
ンクジェットプリンターヘッドの製造方法を提供するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例におけるインクジェットプリン
ターヘッドの製造方法を示す断面図である。

【図２】本発明の実施例におけるインクジェットプリン
ターヘッドの製造方法を示す斜視図である。

【図３】本発明の実施例におけるインクジェットプリン
ターヘッドの製造方法の効果を示すグラフであり、プラ
ズマ処理時のガス圧とインク注入可能なインク流路本数
との関係を示す。

【符号の説明】

１ 圧電性基板 ３ ノズル板 ４ インク流路 ５ インク吐出孔 １０ 電極膜 １２ パリレン膜 １４ 酸化シリコン膜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電性セラミックからなる圧電性基板に
   形成されている互いに平行な多数の溝とこの溝の上部に
   接着されている平板状の蓋とにより規定されるインク流
   路と、このインク流路の一方の端部に接着されているイ
   ンク吐出孔を有するノズル板とによって構成され、イン
   ク流路内面に駆動用の電極膜を有する圧電駆動式インク
   ジェットプリンターヘッドの製造方法において、平板状
   の蓋とノズル板とを接着後、インク吐出孔が貫通した状
   態でノズル板表面をマスクし、インクジェットプリンタ
   ーヘッドを酸素を含むガス雰囲気中でプラズマ処理する
   ことを特徴とするインクジェットプリンターヘッドの製
   造方法。
2. 【請求項２】 酸素を含むガス雰囲気中でプラズマ処理
   が０．５Ｔｏｒｒ以上のガス圧力領域で行うことを特徴
   とする請求項１に記載のインクジェットプリンターヘッ
   ドの製造方法。