JPH08300666A - インクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 容易な製作方法で、高い印字品質に要求され
る微細な形状のノズル有し、印字品質に優れたインクジ
ェットヘッドの製造方法を提示すること。 【構成】 石英ガラス板１００の表面にパターン２０を
形成し、第一感光性樹脂１４を、パターン２０が形成さ
れていない部分に形成する。この後、紫外線ランプ３０
を用いて紫外線を照射して第一感光性樹脂１４を硬化す
る。第二感光性樹脂１５を略半球部６２の形成された面
に注入し、アクチュエータ部材５を、第二感光性樹脂１
５の液面上に配置する。そして、紫外線を、石英ガラス
板１００側から照射して、略半球部６２に対応した部分
の第二感光性樹脂１５を硬化する。その後、紫外線が照
射されずに硬化されなかった第二感光性樹脂１５及びパ
ターン２０を有する石英ガラス１００を除去して、ノズ
ルが形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクが噴射されるノ
ズルと、前記ノズルに連通するインク流路を有し、イン
ク流路内のインクに噴射のためのエネルギーを発生する
アクチュエータ部材とを備えたインクジェットヘッドの
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、インクジェットプリンタ等に利用
されるオンデマンド方式の印字ヘッドとして電気−熱変
換素子である発熱素子を利用した、いわゆるバブルジェ
ット方式印字ヘッドや、電気−機械変換素子である圧電
素子を利用したピエゾ方式印字ヘッドが実用化されてい
る。ヘッドの概略構成は図６に示すように、圧電セラミ
ックスのアクチュエータープレート１０１とカバープレ
ート１０２とノズルプレート１０３とから構成されてい
る。

【０００３】圧電セラミックスのアクチュエータープレ
ート１０１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よって形成されてい
る。そして、そのアクチュエータープレート１０１は矢
印１０５の方向に分極処理されており、さらに、ダイヤ
モンドカッターブレードの回転によって溝１０８が切削
加工されている。そして、溝の一部には蒸着等により電
極１１３が形成されている。

【０００４】次に、カバープレート１０２は、セラミッ
クス材料または樹脂材料等から形成されている。そし
て、カバープレート１０２と、アクチュエータープレー
ト１０１の溝１０８加工側の面がエポキシ等の接着剤に
よって接着される。さらに、アクチュエータープレート
１０１及びカバープレート１０２が接着された後の端面
に、各インク流路の位置に対応した位置にノズル１３２
が設けられたノズルプレート１０３が接着されている。
このノズルプレート１０３は、ポリアルキレン（例えば
エチレン）、テレフタレート、ポリイミド、ポリエーテ
ルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホ
ン、ポリカーボネイト、酢酸セルロース等のプラスチッ
クによって形成されている。

【０００５】前記ノズルプレート１０３のノズル１３２
は、接着前にエキシマレーザにより形成される。発振器
より発振されたレーザ光を所望の形に照射するためのマ
スクを通過させて、前記ノズルプレートに結像させ、ノ
ズルプレート材を除去して形成される。そして、ノズル
１３２が形成されたノズルプレート１０３の片面に撥水
処理を、もう一方の面に親水化処理を各々行い、前述し
たように接着剤を用いて、ノズル１３２がインク流路の
中央にくるように位置合わせを行い貼り合わせていた。

【０００６】また、複数のインク噴射口を有するインク
ジェットヘッドの製造において、ノズルプレートは射出
成形によって形成する手法が知られている。更に、感光
性樹脂を用いてノズルプレートを形成する手法として
は、特公平４−４５９４９号公報、及び特公平６−４９
３７３号公報に開示されている。

【０００７】感光性樹脂を用いて形成する手法におい
て、前者の公報は、所定厚の感光性樹脂膜を形成し、所
定形状のノズル開口（ノズル穴）形成用のパターンマス
クを通して、感光性樹脂膜を露光し現像することによ
り、ノズルの開口の穴径精度の高いノズルプレートを形
成する方法を提示している。

【０００８】また後者の公報は、インク流路壁とノズル
とを一体に形成するもので、その工程として、予めイン
ク流路壁の形状を転写させた型を作製し、その型に感光
性樹脂を塗布し、オリフィス形成用のパターンマスクを
介して塗布した感光性樹脂に紫外線照射し現像を行い、
オリフィスを形成する。その後、紫外線の照射及び／叉
は加熱により感光性樹脂を完全に硬化させた後、型より
硬化した感光性樹脂を離型することにより、インク流路
壁とオリフィスとを一体に形成する。その後吐出エネル
ギー発生素子を備えたヘッド本体と、インク流路壁とオ
リフィスとの一体品とを接合してインクジェットヘッド
を形成する方法を提示している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ノズルプレートをアク
チュエーター側に接着する際には、一般的には、接着剤
をアクチュエーター側あるいはノズルプレート側に適当
量形成し、均一に圧力をかけて保持しベークにより硬化
させる。しかしながら、現実には、余剰接着剤がノズル
に進出してノズルの径が狭くなったり、ノズルの境界に
付着してノズルの形が変形したりする。これにより、噴
射液滴の方向が曲がったり、液適量が安定しなかった
り、最悪噴射しない等と言った問題が発生していた。

【００１０】また接着の工程では、ノズルとインク流路
との位置合わせや、プレートへの加圧が必要である。し
かし、硬化する前の接着剤は柔らかく且つ不安定な状態
であることや、硬化する際に接着剤の体積の経時変化に
起因して、位置精度が出なかったり、接着強度がバラつ
いたりする等、制御が困難で歩留まりが悪かった。

【００１１】さらにエキシマレーザによるノズルの形成
は、エキシマレーザ装置が非常に高価であり、また、そ
の装置の不安定さから熟練者による定期的な微調整も必
要となるため、製造コストが高くついてしまい生産性が
悪かった。

【００１２】インクジェットヘッドにおいてはノズルの
高集積化が望まれているが、ノズルプレートの製造方法
として用いられる射出成形では、ノズルが高集積される
と、流動抵抗が大きくなり、成形が難しくなった。

【００１３】そして、インク噴射時に負圧がかかった場
合に、インクはノズル側からヘッド本体側に引き戻され
るが、インク液の先端ノズル穴から離れる距離が大きい
と、次に噴射されるインク液滴の量がばらついて印字品
質に限界が生じてしまう虞がある。その対策として、ノ
ズル穴側のインク流路面に傾斜をつけること挙げられる
が、感光性樹脂を用いて形成する手法において、上述の
特公平４−４５９４９号公報、及び特公平６−４９３７
３号公報に開示されている、マスクを通して紫外線を照
射する方法では、ノズル穴側のインク流路面に負圧に対
応できる傾斜を付けることは困難であった。

【００１４】又傾斜を取ったとしても、壁部と傾斜部と
の間に段差をつけるとインクの流動抵抗が大きくなり、
且つ気泡の巻き込みが起こりやすくなる為、傾斜の形状
としてはインクの流れがスムーズになるように曲線的な
形状が好ましいが、上述の特公平４−４５９４９号公
報、及び特公平６−４９３７３号公報に開示されてい
る、マスクを通して紫外線を照射する方法では、そのよ
うな形状を形成することはできなかった。加えて、上述
の特公平６−４９３７３号公報の方法によるインクジェ
ットヘッドの作製方法では、予めインク流路壁とオリフ
ィスを転写させた型を作製する工程は不可欠であり、微
細な形状を精度良くフォトリソエッチイング工程等を用
いて形成しなければならない為、金型の製作コストが高
く、結果としてインクジェットヘッドの生産コストが高
くなるという問題があった。加えて、離型抵抗を考慮し
なければならず、型形状も制約された。

【００１５】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、容易な製作方法で、高い印字品
質に要求される微細な形状のノズルを有し、印字品質に
優れたインクジェットヘッドの製造方法を提示すること
を目的とするものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の請求項１では、インクが噴射されるノズル
と、前記ノズルに連通するインク流路を有し、インク流
路内のインクに噴射のためのエネルギーを発生するアク
チュエータ部材とを備えたインクジェットヘッドの製造
方法において、光を透過する光透過部材上の前記インク
流路に対応する位置に、光を透過しないパターンを形成
する工程と、前記光透過部材の前記パターンが形成され
た面における、前記パターンが形成されていない部分に
第一感光性材料を配置する工程と、前記第一感光性材料
に光を照射して硬化させる工程と、前記光透過部材に形
成された前記パターン及び前記硬化した第一感光性樹脂
の上に第二感光性材料を注入する工程と、前記注入され
た第二感光性材料に、前記アクチュエータ部材の前記イ
ンク流路が開口した側の端面を接続させる工程と、前記
光透過部材側から前記アクチュエータ部材に光を照射し
て、前記光透過部材及び前記硬化した第一感光性材料を
介して前記第二感光性材料を硬化して、前記アクチュエ
ータ部材と前記第二感光性材料とを接合する工程と、前
記パターン及び前記第二感光性材料の前記光が照射され
なかった部分を除去して前記ノズルを形成する工程とか
らなることを特徴とする。

【００１７】請求項２では、前記アクチュエータ部材の
前記インク流路は、圧電セラミックスで形成された壁を
有し、その壁の変形によりインク流路内のインクの圧力
が変化してインクがノズルから噴射されることを特徴と
する。

【００１８】請求項３では、前記第一感光性材料は、そ
の表面張力により略半球状に設けられることを特徴とす
る。

【００１９】請求項４では、前記ノズルは、大気に連通
する傾斜状部と、インク流路に連通するインク通路部と
からなり、ノズルの傾斜状部は前記第一感光性材料によ
り形成され、ノズルのインク通路部は前記第二感光性材
料により形成されることを特徴とする。

【００２０】

【作用】上記の構成を有する本発明では、まず、光を透
過する光透過部材上の前記インク流路に対応する位置
に、光を透過しないパターンを形成する。次に、前記光
透過部材の前記パターンが形成された面における、前記
パターンが形成されていない部分に第一感光性材料を配
置し、前記第一感光性材料に光を照射して硬化させる。
そして、前記光透過部材に形成された前記パターン及び
前記硬化した第一感光性樹脂の上に第二感光性材料を注
入し、前記注入された第二感光性材料に、前記アクチュ
エータ部材の前記インク流路が開口した側の端面を接続
させ、前記光透過部材側から前記アクチュエータ部材に
光を照射する。これにより、前記光透過部材及び前記硬
化した第一感光性材料を介して前記第二感光性材料に紫
外線が照射されて第二感光性材料が硬化され、前記アク
チュエータ部材と前記第二感光性材料とが接合される。
その後、前記パターン及び前記第二感光性材料の前記光
が照射されなかった部分を除去することにより、前記ノ
ズルが形成されたインクジェットヘッドが製造される。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

【００２２】インクジェットヘッド１は図１に示すよう
に、分極処理された圧電・電歪素子からなる平板状の圧
電セラミックプレート２と、セラミックス製のカバープ
レート３と、複数のノズル穴６４が設けられたノズルプ
レート６１とから構成されている。図１では、プレート
状に作製されたノズルプレート６１が、圧電セラミック
プレート２及びカバープレート３の端面に、接着される
ように示されているが、そうではなく、圧電セラミック
プレート２及びカバープレート３の端面に、ノズルプレ
ート６１が形成されるのである。

【００２３】前記圧電セラミックプレート２には、溝
（図示せず）が形成され、その溝の側壁の上半分に金属
電極（図示せず）が形成されている。また、前記カバー
プレートにはインク導入口２１及びマニホールド（図示
せず）が形成されている。そして、圧電セラミックプレ
ート２とカバープレート３とが接合され、これにより、
インクジェットヘッド１には、前記溝の上面が覆われて
横方向に互いに所定間隔を有する複数のインク流路１２
（図２参照）が構成される。

【００２４】そして、圧電セラミックスプレート２及び
カバープレート３の端面に、図２に示すように、各イン
ク流路１２の位置に対応してノズル穴６４が配置される
ように、ノズルプレート６１が形成される。以後、圧電
セラミックスプレート２及びカバープレート３を合わせ
てアクチュエータ部材５と呼ぶ。

【００２５】図２にインクジェットヘッド１の断面図を
示す。このノズルプレート６１は、インク通路を形成す
る壁部６３及び略半球部６２及びノズル穴６４から成
り、特に略半球部６２の立体的な形状、各ノズル穴６４
の口径及びピッチがインクジェットヘッド１の印字品質
を決定する。このノズルプレート６１は、感光性樹脂を
材料として形成されている。次に、この様なノズルプレ
ート６１を形成するための造方法について説明をする。

【００２６】まず図３に示したような紫外線の吸収が少
ない石英ガラス板１００の表面に、ノズル穴６４の形成
部にパッド印刷で、パターン形成材にて、ノズル穴６４
の断面形状をしたパターン２０を形成する。パターン形
成材は、紫外線を透過せず、且つ第一感光性樹脂１４
（図４）と溶融せず、第一感光性樹脂を１４を弾く材料
であり、例えば、パッド印刷前はリキッド状で、石英ガ
ラス板１００上に形成した後、揮発成分が揮発してソリ
ッド状になるインク等が使用される。次に、石英ガラス
に対して接触角度が９０゜近辺である第一感光性樹脂１
４を、図４に示したようなパターン２０の形成してある
面に、パターン２０が形成されていない部分に必要な量
を注入し、スピンナーによって第一感光性樹脂１４の液
厚を均一にすると、第一感光性樹脂１４はパターン２０
を弾いて、パターン２０が形成されていない部分に略半
球状に形成される。

【００２７】この後、紫外線ランプ３０を用いて紫外線
を、石英ガラス板１００側から照射して、注入された第
一感光性樹脂１４を硬化する。紫外線照射は、通常のフ
ォトリソグラフィーの手法と異なり、即ちフォトマスク
を使用しての露光、現像の処理を必要としない。

【００２８】次に、図５に示すように、高い剥離強度を
持ち、接着性が良好な第二感光性樹脂１５を略半球部６
２の形成された面に注入し、アクチュエータ部材５を、
第二感光性樹脂１５の液面上に配置する。そして、略半
球部６２に対応した位置に開口したフォトマスク３２
を、石英ガラス１００の下方に配置し、紫外線ランプ３
０を用いて紫外線を、石英ガラス板１００側から照射し
て、通常のフォトリソグラフィーの手法によって、露
光、現像の処理を行い、略半球部６２に対応した部分の
第二感光性樹脂１５を硬化する。その後、紫外線が照射
されずに硬化されなかった第二感光性樹脂１５及びパタ
ーン２０を有する石英ガラス１００を除去する。このよ
うにして、図２に示すような、インク通路を形成する壁
部６３及び略半球部６２及びノズル穴６４を有するノズ
ルプレート６１が、アクチュエータ部材５の端面に形成
される。前記紫外線照射による第二感光性樹脂１５の硬
化によって、壁部６３を形成すると同時に、アクチュエ
ータ部材５の端面と壁部６３の端面とが接合される。

【００２９】尚、フォトマスク３２によって紫外線が照
射されない第二感光性樹脂１５は硬化しないので、第二
感光性樹脂１５の注入量は、アクチュエータ部材５の端
面と紫外線が照射された部分の第二感光性樹脂１５とが
接合すれば、多くても構わない。また第二感光性樹脂１
５は、第一感光性樹脂１４と同一材質であっても構わな
い。

【００３０】以上の方法により製作したノズルプレート
６１は、各ノズル穴６４の略半球部６２の形状を第一感
光性樹脂１４の表面張力を利用して形成するので、面粗
度が良好で印字品質の点から好ましく、そのノズルプレ
ート６１を用いたインクジェットヘッド１は印字品質が
良好であった。

【００３１】また、上述の方法により製作したノズルプ
レート６１は、接着強度の高い第二感光性樹脂１５にフ
ォトマスク３２を介して紫外線を照射するだけで、略半
径部６２とアクチュエータ部材５とを繋ぐ壁部６３を形
成すると同時に、アクチュエータ部材５と壁部６３とを
接合することができるので、従来のような接着時の加熱
工程が不要となり、加熱によるノズルプレートとアクチ
ュエータ部材との剥離やノズルプレートの変形の問題が
無い。また第二感光性樹脂１５がアクチュエータ部材５
の端面からはみだして硬化して、インク流路を妨げたり
することがなく、そのノズルプレート６１を用いたイン
クジェットヘッド１は印字品質が良好であった。

【００３２】また、この種のインクジェットヘッドにお
いてはノズルの高集積化が望まれているが、射出成形で
は流動抵抗が大きくなり成形困難なノズルプレートでも
上述の方法を採れば、より高集積されたインクジェット
ヘッドに対応することができる。

【００３３】以上説明したような本発明によるノズルプ
レート６１を形成する第一感光性樹脂１４及び第二感光
性樹脂１５の材質としては、例えばアクリル系、ジアゾ
レジン、Ｐ−ジアゾキノン、さらには例えばビニルモノ
マーと重合開始剤を使用する光重合型フォトポリマー、
ポリビニルシンナメート等と増感剤を使用する二量化フ
ォトポリマー、オルソナフトキノンジアゾドとノボラッ
クタイプのフェノール樹脂との混合物、ポリビニルアル
コールとジアゾ樹脂の混合物、４−グリシジルエチレン
キシドとベンゾフェノンやグリシジカルコンとを共重合
させたポリエーテル型フォトポリマー、Ｎ，Ｎ−ジメチ
ルメタクリアミドと例えばアクリルアミドベンゾフェノ
ンとの共重合体、不飽和ポリエステル系感光性樹脂、不
飽和ウレタンオリゴマー系感光性樹脂、二官能アクリル
モノマーに光重合開始剤とポリマーとを混合した感光性
組成物、重クロム酸系フォトレジスト、非クロム系水溶
性フォトレジスト、ポリケイ皮酸ビニル系フォトレジス
ト、環化ゴム−アジド系フォトレジスト、等のうち石英
ガラスに対して接触角度が９０゜近辺である材料が挙げ
られる。

【００３４】尚、本発明は上記の実施例に限定されるも
のではなく、いわゆるサーマルジェットタイプ等の様々
なインクジェット方式のヘッドのノズルプレートの成形
にも適用可能である。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように本発
明によれば、感光性樹脂を用いてノズルが形成されてい
るため、射出成形では流動抵抗が大きくなり成形が困難
となるノズルがより高集積された、高性能なインクジェ
ットヘッドを容易に提供することができる。

【００３６】また、前記光透過部材及び前記硬化した第
一感光性材料を介して前記第二感光性材料に紫外線が照
射されることにより第二感光性材料が硬化されて、前記
アクチュエータ部材と前記第二感光性材料とが接合され
るので、従来のような接着工程が不要となり、結果とし
てインクジェットヘッドの生産コストが安価になる。第
二感光性材料の硬化には加熱が不要なので、加熱による
アクチュエータ部材の材質であるセラミックとノズルの
材質である樹脂部材との線熱膨張係数の違いから生じる
剥離や変形の問題のない印字品質に優れたインクジェッ
トヘッドを提供することができる。

【００３７】また、感光性樹脂を用いて形成されている
ため、射出成形の際、必要となる高精度な金型が不要な
ため、少ない設備投資で非常に安価に生産することがで
きる。

【００３８】従来のマスクを通して紫外線を照射する方
法では、ノズル穴側のインク流路面の負圧に対して、イ
ンクの流動抵抗が大きくなり、且つ気泡の巻き込みが起
こりやすくなって印字品質にばらつきが生じやすくなる
といった問題に充分に対応できなかったのに対し、前記
第一感光性樹脂の表面張力を利用して半球状に形成すれ
ば、インクの流れがスムーズになるように曲線的な形状
を形成することができ、印字品質に優れたインクジェッ
トヘッドを容易に提供することができる。

【００３９】加えて、微細な形状を精度良く転写した型
を作製する必要がない為、金型の製作コストが不要で、
結果としてインクジェットヘッドの生産コストが安価に
なる。

【００４０】加えて、また金型を使用しないので、高い
印字品質に要求される略半球形状を、離型抵抗を考慮す
る必要がなく形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるインクジェットヘッド
の構成の概略を示す斜視図である。

【図２】前記一実施例であるインクジェットヘッドを示
す断面図である。

【図３】前記一実施例であるインクジェットヘッドのノ
ズルプレートを製造するための部材を示す説明図であ
る。

【図４】前記一実施例であるインクジェットヘッドのノ
ズルプレートの製造法を示す説明図である。

【図５】前記一実施例であるインクジェットヘッドのノ
ズルプレートの製造法を示す説明図である。

【図６】従来例のインクジェットヘッドを示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１ インクジェットヘッド ２ 圧電セラミックスプレート ３ カバープレート ５ アクチュエータ部材 １２ インク流路 １４ 第一感光性樹脂 １５ 第二感光性樹脂 ２０ パターン ３０ 紫外線ランプ ３２ フォトマスク ６１ ノズルプレート ６２ 略半球部 ６３ 壁部 ６４ ノズル穴 １００ 石英ガラス板

Claims (4)

【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
   ルに連通するインク流路を有し、インク流路内のインク
   に噴射のためのエネルギーを発生するアクチュエータ部
   材とを備えたインクジェットヘッドの製造方法におい
   て、 光を透過する光透過部材上の前記インク流路に対応する
   位置に、光を透過しないパターンを形成する工程と、 前記光透過部材の前記パターンが形成された面におけ
   る、前記パターンが形成されていない部分に第一感光性
   材料を配置する工程と、 前記第一感光性材料に光を照射して硬化させる工程と、 前記光透過部材に形成された前記パターン及び前記硬化
   した第一感光性樹脂の上に第二感光性材料を注入する工
   程と、 前記注入された第二感光性材料に、前記アクチュエータ
   部材の前記インク流路が開口した側の端面を接続させる
   工程と、 前記光透過部材側から前記アクチュエータ部材に光を照
   射して、前記光透過部材及び前記硬化した第一感光性材
   料を介して前記第二感光性材料を硬化して、前記アクチ
   ュエータ部材と前記第二感光性材料とを接合する工程
   と、 前記パターン及び前記第二感光性材料の前記光が照射さ
   れなかった部分を除去して前記ノズルを形成する工程と
   からなることを特徴とするインクジェットヘッドの製造
   方法。
2. 【請求項２】 前記アクチュエータ部材の前記インク流
   路は、圧電セラミックスで形成された壁を有し、その壁
   の変形によりインク流路内のインクの圧力が変化してイ
   ンクがノズルから噴射されることを特徴とする請求項１
   に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
3. 【請求項３】 前記第一感光性材料は、その表面張力に
   より略半球状に設けられることを特徴とする請求項１及
   び２に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
4. 【請求項４】 前記ノズルは、大気に連通する傾斜状部
   と、インク流路に連通するインク通路部とからなり、ノ
   ズルの傾斜状部は前記第一感光性材料により形成され、
   ノズルのインク通路部は前記第二感光性材料により形成
   されることを特徴とする請求項１〜３に記載のインクジ
   ェットヘッドの製造方法。