JPH08267753A - ノズルの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インクジェットヘッドのノズルを精密に且つ
安価に製造する。 【構成】 まず、樹脂成形などで複数のノズル２の穴を
有するノズルプレート１を形成する。その後、少なくと
もノズル２を形成した近傍に向けて微粒子を噴射させる
ことで、ノズルの開口部にできた膜やバリ２００、およ
びノズル内部の汚れやゴミを除去する。また、微粒子噴
射加工をインクチャンネル３２側より行なうことで、ノ
ズル２近傍の親インク処理も同時に行なうことが出来
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットヘッド
のノズルの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ドロップオンデマンド方式のイン
クジェットヘッドとして、例えば、圧電セラミックスの
変形によってインク流路の容積を変化させ、その容積減
少時にインク流路内のインクをノズルから液滴として噴
射し、容積増大時にインク導入口からインク流路内にイ
ンクを導入するようにしたものがある。そして、所要の
印字データに従って所要の位置のノズルからインク滴を
噴射させることにより、インクジェットヘッドと対向す
る紙面上等に所望する文字や画像を形成するものであ
る。

【０００３】ノズルはインクジェットヘッドのインク噴
射特性に大きな影響を与えており、ノズルの製造精度は
ヘッドの印字品質を左右するものである。よって、精度
の高いノズルの製造方法が望まれていた。

【０００４】上述のようなインクジェットヘッドのノズ
ルプレートの製造方法として、例えば、米国特許第４５
０８７４９号明細書（Ａｐｒ．２、１９８５）に開示さ
れたポリイミドに紫外線を当てる工法や、特公平２−４
２３５４号公報に開示された感光性ガラスにエッチング
を施す工法や、樹脂成形してからノズルの穴の部分にで
きたバリ等をレーザーで加工する技術等が試みられてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、エッチ
ングによる工法では、ノズルを得るために、感光性ガラ
スの両面に所定のマスキングをした上でエッチングを行
なわねばならず工数が非常にかかる。

【０００６】また、紫外線による工法においては、１つ
のヘッドにノズルの穴が３２箇所とか６４箇所等多数存
在する場合もあり、それぞれに紫外線で穴を空けていた
のでは工数が非常にかかるのでコストが高くなり、大量
生産に向いていなかった。

【０００７】射出成形による工法でも、同様な理由で、
レーザー加工でバリを除去する加工において多数のノズ
ルを一度に加工できないため、大量生産には向かなかっ
た。一方、複数のレーザ加工装置を用いれば生産力は向
上するのであるが、レーザ加工装置は高価であり且つ消
費するエネルギー消費量が非常に高いため、生産コスト
が高くつき、現実には実用が困難であった。

【０００８】本発明は、上述された問題点を解決するた
めに為されたものであり、簡易な方法でノズルとなる穴
部を形成した後に微粒子噴射加工を行なうことで、簡易
な設備や工程で各ノズルの内面及びその近傍の表面精度
を向上させ、高品質の印字が行えるノズルを大量生産す
るノズルの製造方法を提供することを第１の目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のノズルの製造方法は、インクが噴射されるノ
ズルと、前記ノズルに連通し、インクを噴射するための
エネルギーが与えられるインク室とを有するインクジェ
ットヘッドのノズルを作成する手法であって、所定のノ
ズルパターンに従って複数の穴部を備えたノズル形成部
材を形成する工程と、前記ノズル形成部材の少なくとも
前記穴部へ微粒子を噴射させる微粒子噴射加工工程とを
有する。

【００１０】尚、前記微粒子噴射加工は、前記ノズル形
成部材のインク室に連通する面側より行ない、前記穴部
内面に存在するバリや汚れを除去すると共に、少なくと
も前記穴部内面及びその近傍に粗面処理を施すものでも
よい。

【００１１】尚、前記微粒子噴射加工は、径が１μｍ〜
１００μｍである微粒子を前記ノズル形成部材に噴射す
ることで、穴径１０μｍ〜１５０μｍのノズルを加工す
るものでもよい。

【００１２】尚、前記微粒子噴射加工は、前記微粒子を
速度１００ｍ／ｓ以下で且つ圧力５気圧以下でもって前
記ノズル形成部材に噴射させるものでもよい。

【００１３】尚、前記微粒子に、アルミナを用いてもよ
い。

【００１４】尚、前記ノズル形成部材は、ポリエーテル
サルホン（ＰＥＳ）を含む樹脂材料よりなるものでもよ
い。

【００１５】尚、前記ノズル形成部材を形成する工程
は、射出成形によるものでもよい。

【００１６】尚、前記ノズル形成部材を形成する工程
は、樹脂を用いた射出成形により、所定のピッチで配列
され且つ貫通しない所定の深さを呈する穴部を有するノ
ズル形成部材を形成するものであり、前記微粒子噴射加
工にて、前記穴部を貫通させて、ノズル孔を形成しても
よい。

【００１７】

【作用】上記の構成を有する本発明の請求項１に係るノ
ズルの製造方法においては、所定のノズルパターンに従
って樹脂成形などでノズルとなる複数の穴部を備えたノ
ズル形成部材を形成しておいてから、微粒子を少なくと
も前記穴部に噴射する。この微粒子噴射加工によって、
ノズル形成部材の形成時に穴部内面及び穴部近傍に生じ
たバリや汚れ等を除去し、精度がよく、インクの噴射特
性に優れたノズルを作成する。

【００１８】請求項２に係るノズルの製造方法において
は、ノズル形成部材のインク室に連通する面側より微粒
子噴射加工を行なう。これにより、前記穴部内面に存在
するバリや汚れを除去すると共に、少なくとも前記穴部
内面及びその近傍に粗面処理を施す。粗面処理を施すこ
とによりノズル近傍の親インク性が向上し、メニスカス
の後退等の不具合を防止し、安定したインク噴射を行な
うことができるノズルを作成する。

【００１９】請求項３に係るノズルの製造方法において
は、径が１μｍ〜１００μｍである微粒子を前記ノズル
形成部材に噴射することで、穴径１０μｍ〜１５０μｍ
のノズルを加工する。

【００２０】請求項４に係るノズルの製造方法において
は、微粒子を速度１００ｍ／ｓ以下で且つ圧力５気圧以
下でもってノズル形成部材に噴射させる。よって、微粒
子による研磨及び研削が過度に為されることがなく、ノ
ズル寸法の歪みやずれが生じないようにしている。

【００２１】請求項５に係るノズルの製造方法において
は、微粒子としてアルミナを用いて微粒子噴射加工を行
なう。アルミナは粒径を揃え易く、取扱いが容易で加工
効率のよい処理を行なうことが可能となる。

【００２２】請求項６に係るノズルの製造方法において
は、ノズル形成部材は、ＰＥＳを含む樹脂材料よりな
る。ＰＥＳは強度が高く、線膨張係数が低いため、加工
寸法精度に優れ、径の揃ったノズルを形成できる。特
に、射出成形において加工性がよい。

【００２３】請求項７に係るノズルの製造方法において
は、大量生産性に優れた射出成形にてノズル形成部材を
形成する。また、ノズルの形状を自由に設定することが
でき、ノズル内壁に大きなのテーパ角度を持たせること
も可能となる。

【００２４】請求項８に係るノズルの製造方法において
は、まず、樹脂を用いた射出成形により、所定のピッチ
で配列され且つ貫通しない所定の深さを呈する穴部を有
するノズル形成部材を形成する。これにより、各穴部の
形状やそこに生ずるバリの状態を統一できるので、一様
な微粒子の噴射を行なうことで内部状態の均一なノズル
孔を形成する。よって、インク噴射特性のばらつきの無
い高品質の印字を行なうノズルが得られる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。

【００２６】図４に、インクジェットヘッドに用いられ
るアレイ３０の断面を示す。このアレイ３０は、図中紙
面に垂直な方向に伸長したインクチャンネル３２ａ，３
２ｂ，３２ｃが形成されたチャンネル本体３４と、前記
チャンネル本体３４に、薄膜状の振動板３５を介して固
着された積層式圧電素子３８と、同じくチャンネル本体
３４に前記積層式圧電素子３８とは反対側に固着された
ノズル２を有するノズルプレート１と、前記積層式圧電
素子３８の前記インクチャンネル３２ａ〜３２ｃと対向
する側に固着された弾性率の高い金属、またはセラミッ
クからなるベースプレート３３とを備えて構成されてい
る。上記インクチャンネル３２ａ〜３２ｃによりキャビ
ティが構成される。

【００２７】積層式圧電素子３８は、圧電・電歪効果を
有する圧電セラミックス層４０と、内部負電極層４２
と、前記インクチャンネル３２ａ〜３２ｃに対して１対
１で対応するように分割された内部正電極層４４ａ，４
４ｂ，４４ｃとを複数枚積層したものである。各積層型
圧電素子３８は、前記インクチャンネル３２に対応する
ように配置されており、その幅はインクチャンネル３２
の幅より小さくしてある。前記圧電セラミックス層４０
は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）
系のセラミックス材料にて構成されており、積層方向に
分極させられている。尚、同図の圧電セラミックス層４
０の各アクチュエータ部４６ａ〜４６ｃに示されている
矢印は分極方向を示している。また、前記内部負電極層
４２と前記内部正電極層４４ａ〜４４ｃは、Ａｇ−Ｐｄ
系の金属材料からなる。

【００２８】インクチャンネル３２にはインクが充填さ
れており、内部電極間に電圧を印加し、前記積層式圧電
素子３８を選択的に駆動させて、対応するインクチャン
ネル３２に圧力を発生させることによってノズル２の穴
からインクが吐出して印字される。

【００２９】ノズルプレート１の断面形状は、インクチ
ャンネル３２側から穴に向かってテーパ形状が望まし
い。なぜなら、インクが流れる流路内に鋭角なコーナー
が存在するとそこにエアが溜まって圧力をかけてもエア
に吸収されてインクが吐出しなくなるからである。

【００３０】ここで、複数のノズル２を有するノズルプ
レート１の製造方法を説明する。製造順序としては、先
ず、所望の形状のノズルプレート１を形成する。ノズル
プレート１の材質は樹脂、セラミック、ガラス、合金等
なんでもよく、形成手段も射出成形、電鋳、エッチン
グ、打ち抜き、切断加工等なんでもよい。この内、複数
のノズル２を同時に加工できるものが生産性に優れてお
り、好ましい。尚、本実施例では、ポリエーテルサルホ
ン（ＰＥＳ）樹脂を射出成形でノズルプレート１を形成
することを想定している。

【００３１】ここで、上述のノズルプレート１の射出成
形を説明する。このときの金型構造の概略図を図３
（ａ）、図３（ｂ）に示す。図３（ｂ）は図３（ａ）の
Ａ−Ａ線における断面を示す。図３中、山部１０３は前
記ノズル２に対応している。尚、山部１０３は、山部１
０３が連なった形状をワイヤカットでコア１１０に一体
に形成し、ダイシング加工を用いて分断することにより
容易に形成することができる。そして、射出成形時、射
出成形材料はゲート１００から導入され、固定側型板１
０４と、可動側型板１０１と、前記山部１０３が形成さ
れたコア１１０とで形成される空間に充填される。この
ときの金型温度は１５０℃であり、材料温度は３７０℃
であり、樹脂材料を充填する圧力は１２００〜１５００
ｋｇ／ｃｍ²である。

【００３２】その後、固定側型板１０４と可動側型板１
０１とを型開きする。次に、エジェクトピン１０２を矢
印１０６の方向に移動し、ノズルプレート１を可動側型
板１０１より取り出す。

【００３３】以上の方法により、所定パターンに並んだ
ノズル２が形成されたノズルプレート１が製作される
（図１参照）。

【００３４】なお、射出成形に適切なノズルプレート１
の材質としては、ＰＥＳのほか、液晶ポリマー、ポリア
セタール、ポリフェニルサルホン、ポリフタルアミド、
ポリフェニレンオキサイド、ポリエーテルイミド、ポリ
サルホン、ポリカーボネートなどの樹脂材料を用いるこ
とができる。

【００３５】また、セラミックス粉末、或いは金属粉末
の射出成形技術を用いてノズルプレート１を作製するこ
ともできる。すなわち、セラミックス粉末、或いは金属
粉末を樹脂材料などのバインダーと混合混練し、金型に
射出成形し、射出成形体を得た後、脱脂処理し樹脂材料
を射出成形体より除去し、脱脂体を得る。そして、さら
に脱脂体を焼結炉に挿入して焼結処理を行うことで作成
される。この焼結処理により脱脂体は収縮し、金型寸法
よりも約１０〜３０％程度小さくなる。このため、金型
側のノズル２寸法及びピッチは製品よりも収縮分を見込
んで大きくしておく必要がある。

【００３６】尚、使用するセラミックス粉末及び金属粉
末としては、例えば、アルミナ、ジルコニア、窒化珪
素、炭化珪素、ステンレスなどを用いることができる。

【００３７】前記ノズルプレート１の形成時において、
各種製法の特性より、ノズル内部の汚れやゴミ、バリや
膜が生ずる。本実施例の射出成形の場合、材料、金型温
度、材料温度、充填圧力等にもよるが、通常、インクが
噴射される側の面を成形する型板１０４と各山部１０３
との空隙により、ノズル２の開口部にバリ２００が形成
される。そこで、これらを除去するために微粒子噴射加
工を行なう。

【００３８】図１に示すようにノズルプレート１の少な
くともノズル２が形成された部位に向けて微粒子５を噴
射する。すると、ノズル開口部に形成されたバリ２００
に微粒子５が当たり、その物理的な研削・研磨作用によ
って取り除かれる。通常、バリ２００は、ノズル２の開
口部を塞ぐような形態を取ると共に、薄く形成される。
よって、微粒子５はバリ２００に重点的に衝突するの
で、前記バリ２００を効果的に且つ容易に除去すること
ができる。

【００３９】この微粒子噴射加工に用いられる微粒子５
としては、アルミナ、鋼球、鋼片、砂、ガラス、硬化樹
脂等があげられる。但し、当然のことながらノズルプレ
ート１の材質に適した微粒子５を選定することが肝要で
あり、本実施例においてはＰＥＳからなるノズルプレー
ト１に対してアルミナの微粒子５を採用している。アル
ミナは、粒径の揃った微粒子５を加工し易く、また、研
削するのに充分な硬度を有するため、高い加工精度を持
つと共に取扱いが楽である。

【００４０】用いる微粒子５の径も同様に、ノズルプレ
ートの材質やノズル２のオリフィス径に応じて選定され
るべきであるが、オリフィス径φ１０μｍ〜１５０μｍ
のノズル２を形成する場合、加工性を考えるとφ１μｍ
〜１００μｍのものが適当といえる。微粒子５の径が１
μｍ未満であるとバリ２００に与える物理的力及び作用
面が小さくなり、充分なバリ２００の除去が出来ない、
もしくはバリ２００の除去に多大な時間がかかり、径が
１００μｍを越えるとノズル２に微粒子５が詰まった
り、ノズル径を広げる虞がある。本実施例ではオリフィ
ス径を４０μｍにて成形し、φ１０μｍのアルミナ微粒
子５にてバリ２００の除去を行なっている。

【００４１】更に付け加えると、微粒子５の噴射条件と
して、噴射速度１００ｍ／ｓ以下で且つ噴射圧力が５気
圧以下にて微粒子噴射加工が行なわれるのが好ましい。
これは、微粒子５の持つエネルギーが余りに高くなる
と、微粒子５がバリ２００だけでなくノズル内壁やノズ
ルプレート１表面に作用し、傷をつけたり形状を歪ませ
たりする虞があるためである。

【００４２】上記した微粒子噴射加工は、微粒子５の噴
射を図１中Ａ側より行なうが、これは前記バリ２００の
処理に加えて、ノズル２の内壁及びインクチャンネル３
２を構成するノズルプレート１のノズル２近傍に対して
粗面処理を行なうためである。

【００４３】ノズル２におけるメニスカスが後退する
と、インクの吐出量が変化し、安定噴射が行えない。イ
ンクジェットヘッドのインク噴射特性を均一に保つため
には、ノズル２におけるメニスカスの保持が重要なファ
クターとなる。この問題を解決するために、従来からノ
ズルプレートのノズル内壁やインクチャンネル側のノズ
ル孔周縁部には親インク処理が別途施される。そして、
ノズルプレートに親インク処理を行なう方法としては、
例えば、親インク膜を形成するものなどがあげられる。
しかし、その親インク処理工程をノズルプレート製造工
程とは別工程にして製造を行っているので、工程数及び
製造設備が多くなり、製造コストが高かった。また、大
量生産性が悪い。

【００４４】そこで、本実施例においては、微粒子噴射
加工を受けて、ノズル２の内壁及びノズル２近傍に粗面
処理を施すことにより前記部位の親インク性を向上さ
せ、メニスカスの後退を防止している。よって、工程数
の増加無しに親インク処理を施すことが可能である。

【００４５】尚、この粗面処理はノズル２におけるイン
ク噴出の流速の妨げになるようなものではなく、表面に
微細な凹凸を形成するものとする。

【００４６】図２に示す製法は、あらかじめノズル２の
オリフィス部分に積極的に薄膜２１０を形成しておいて
から微粒子噴射加工を行うものである。図１のように射
出成形時に発生するバリ２００の状態は各穴それぞれ異
なるので全穴同じ条件で微粒子５を噴射すると穴形状が
それぞれ微妙に変わってしまう恐れがある。よってあら
かじめ全穴同じ膜を形成しておけば一様に微粒子噴射加
工をしても同じ穴形状が得られる。

【００４７】以上説明したように、本実施例のノズルプ
レート１の製造方法では、複数のノズル２を有するノズ
ルプレート本体１０が射出成形により成形され、その
後、前記ノズルプレート本体１０の少なくともノズル内
壁及びその近傍に微粒子噴射加工を行なうので、ノズル
２の開口部にバリ２００がない。従って、インクの噴射
方向が良好で、印字品質に優れるノズルを提供できる。
また、ノズルの作成が容易で、大量生産性に優れる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明のインクジェットヘッドのノズルの製造方法は樹脂
成形などでノズルの穴を形成しておいてから微粒子噴射
加工で穴近傍にできたバリやノズル内部の汚れを除去す
るので、インクの噴射特性が良好で、且つ寸法精度の揃
ったノズルを短時間で一度に大量に作成できる。よっ
て、大量生産性に優れ、コストを安くできる。また、高
印字品質のインクジェットヘッドを備えたプリンタを提
供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるノズルの断面図（ノズ
ル穴にバリが発生した場合）である。

【図２】本発明の一実施例であるノズルの断面図（ノズ
ル穴に薄膜が張った場合）である。

【図３】本発明の一実施例であるノズルプレートを製造
するための射出成形金型を示す断面図である。

【図４】本発明の一実施例であるインクジェットヘッド
に用いられるアレイの断面図である。

【符号の説明】

１ ノズルプレート ２ ノズル ５ 微粒子 ２００ バリ ２１０ 薄膜

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクが噴射されるノズルと、前記ノズ
   ルに連通し、インクを噴射するためのエネルギーが与え
   られるインク室とを有するインクジェットヘッドのノズ
   ルを作成するノズルの製造方法において、 所定のノズルパターンに従って複数の穴部を備えたノズ
   ル形成部材を形成する工程と、 前記ノズル形成部材の少なくとも前記穴部へ微粒子を噴
   射させる微粒子噴射加工工程とを有することを特徴とす
   るノズルの製造方法。
2. 【請求項２】 前記微粒子噴射加工は、前記ノズル形成
   部材のインク室に連通する面側より行ない、前記穴部内
   面に存在するバリや汚れを除去すると共に、少なくとも
   前記穴部内面及びその近傍に粗面処理を施すことを特徴
   とする請求項１に記載のノズルの製造方法。
3. 【請求項３】 前記微粒子噴射加工は、径が１μｍ〜１
   ００μｍである微粒子を前記ノズル形成部材に噴射する
   ことで、穴径１０μｍ〜１５０μｍのノズルを加工する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のノズルの製造
   方法。
4. 【請求項４】 前記微粒子噴射加工は、前記微粒子を速
   度１００ｍ／ｓ以下で且つ圧力５気圧以下でもって前記
   ノズル形成部材に噴射させることを特徴とする請求項１
   乃至３のいずれかに記載のノズルの製造方法。
5. 【請求項５】 前記微粒子に、アルミナを用いることを
   特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のノズルの
   製造方法。
6. 【請求項６】 前記ノズル形成部材は、ポリエーテルサ
   ルホン（ＰＥＳ）を含む樹脂材料よりなることを特徴と
   する請求項１乃至４のいずれかに記載のノズルの製造方
   法。
7. 【請求項７】 前記ノズル形成部材を形成する工程は、
   射出成形によるものであることを特徴とする請求項１に
   記載のノズルの製造方法。
8. 【請求項８】 前記ノズル形成部材を形成する工程は、
   樹脂を用いた射出成形により、所定のピッチで配列され
   且つ貫通しない所定の深さを呈する穴部を有するノズル
   形成部材を形成するものであり、 前記微粒子噴射加工にて、前記穴部を貫通させて、ノズ
   ル孔を形成することを特徴とする請求項１に記載のノズ
   ルの製造方法。