JPH0858100A - インクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 印字品質に優れ、大量生産性に優れたインク
ジェットヘッドの製造方法を提示すること。 【構成】 固定側型板１０４と可動側型板１０１とを型
締めし、山部１０３が形成された金型コア１１０と固定
側型板１０４及び可動側型板１０１に囲まれたキャビテ
ィ１２０内をエアーベント１０５を介して真空ポンプ１
３０により５ｋＰａに減圧する。そして、射出成形材料
はスプル１０６を通過してゲート１００から導入され、
金型のキャビティ１２０内に充填され、テーパ部が形成
されたプレートが射出成形される。そして、前記テーパ
部にインク噴射口がレーザ加工により形成されてノズル
プレートを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、有底孔を有するプレー
トを射出成形した後、前記有底孔の底部にレーザ光が照
射されることによってインク噴射口が形成されたノズル
プレート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、インクジェットヘッドのインクを
吐出させるためのノズルが形成されたノズルプレートの
形成方法として、シート状のプレートにプレス加工、ド
リル加工などにより穴開け加工を施す方法のほか、特開
昭６１−３２７６１号公報に開示されているようなフィ
ルム状のプレートに、高エネルギービーム（例えばエキ
シマレーザビーム）によりノズルを形成する方法が提案
されている。この方法により作製したインクジェットヘ
ッドのノズルプレートの断面の概略図を図７に示す。カ
バープレート３と圧電セラミックスプレート２とを張り
合わせることによりインク流路１２が形成され、そのイ
ンク流路１２の位置にノズル３２が対応するようにノズ
ルプレート３１が張り合わされ、インクジェットヘッド
が形成される。

【０００３】また、特開平３−２９７６５１号公報に
は、ニッケル電鋳や射出成形によるノズルプレートの形
成方法が開示されている。ここで、ノズルプレートを射
出成形法により成形した従来例を、図８乃至図１１を用
いて説明する。図９（ａ）、図９（ｂ）或は図１１
（ａ）、図１１（ｂ）に示す様な金型を用いて、射出成
形法によりノズルプレートを作製すると、図８或は図１
０のような、オリフィス部７２或はオリフィス部８２が
貫通した状態のノズルプレート７１或は８１を得ること
が出来る。尚、図９（ｂ）及び図１１（ｂ）は、図９
（ａ）及び図１１（ａ）のＡ−Ａ断面を示すものであ
り、図中、１７０、１８０は金型コアであり、山部１７
３、１８３はノズルプレート７１、８１のテーパ部７
３、８３に対応する。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、金型の空間に充填さ
れ、ノズルプレート７１或は８１が射出成形される。

【０００４】また、特開平１−１０８０５６号公報には
エキシマレーザを用い、エキシマレーザ光とノズルプレ
ートの素材となる板とを相対的な揺動運動させることに
より、テーパ状のノズルを形成する方法が開示されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
特開昭６１−３２７６１号公報に開示されているよう
な、フィルム状のプレートにエキシマレーザにより穴開
け加工する方法では、図７に示すように、ノズル３２内
の体積が小さいため、ノズル３２内にエアーが侵入し、
良好なインク噴射が行えず、印字品質が低下するという
問題があった。また、ノズル３２内の体積を大きくする
ためには、シートを厚くする必要があるが、そうする
と、レーザ加工性が問題となる上、ノズル３２が長くな
るため、インク噴射時に高駆動電圧を要するといった問
題があった。

【０００６】また、特開平３−２９７６５１号公報に開
示されているニッケル電鋳による方法では製造コストが
高く、大量生産性に劣るという問題があった。

【０００７】これに対し、射出成形、プレス加工、ドリ
ル加工による方法ではノズルのインク吐出側にバリが生
じ、インクの吐出方向が曲げられ、印字品質が悪いとい
う問題があった。例えば、射出成形法においては、ノズ
ル内の体積を大きくできるが、図８或は図１０に示すよ
うなバリ７５、８５がオリフィス部７１、８１に生じ
る。そして、バリ７５、８５が生じると、インク噴射方
向が曲げられたり、安定的なインク吐出が行なわれなか
った。

【０００８】また、特開平１−１０８０５６号公報に開
示されているエキシマレーザを用い、エキシマレーザ光
とノズルプレートの素材となる板とを相対的な揺動運動
させる方法においては、テーパ状のノズルを形成するこ
とができるので、ノズル内の体積を大きくすることはで
きるものの、処理時間が長く大量生産性に劣るという問
題があった。

【０００９】ところで、上述の問題を解決するために本
願出願人は特願平６−１４７４４１により、ノズルが形
成されたノズルプレートを有するインクジェットヘッド
において、底部を有するテーパ部を有し、そのテーパ部
が射出成形法によりノズルプレート成形時に同時に形成
されるとともに、そのテーパ部の底部にエキシマレーザ
ビームを照射してノズルを形成することを特徴とするイ
ンクジェットヘッドを提案した。

【００１０】しかしながら、前記特願平６−１４７４４
１のインクジェットヘッドでは、ノズル穴を形成する部
分の肉厚が厚い場合には、レーザ加工に時間がかかり、
製造コストが高いという問題があった。また、ノズル穴
を形成する部分の肉厚が厚い場合には、レーザ加工の
際、不可避的に形成されるノズル穴のテーパ角の為に、
出射径を比較的大きくすることが困難であり、必要とさ
れるインクドロップの体積が稼げず、印字品質が悪とい
う問題があった。

【００１１】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、印字品質に優れ、大量生産性に
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。

【００１２】

【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、有底孔を有するプレートを射
出成形した後、前記有底孔の底部にレーザ光が照射され
ることによってインク噴射口が形成されたノズルプレー
トを備えたインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記プレートを射出成形する際、金型キャビティ内を減
圧状態にすることを特徴とする。

【００１３】請求項２では、前記減圧状態は、前記金型
キャビティ内が５ｋＰａ以下であることを特徴とする。

【００１４】請求項３では、前記レーザ光はエキシマレ
ーザ光であることを特徴とする。

【００１５】

【作用】上記の構成を有する本発明のインクジェットヘ
ッドの製造方法によれば、前記プレートを射出成形する
際、金型キャビティ内が減圧状態にされることによっ
て、前記有底孔の底部の厚さを薄く形成することができ
る。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。なお都合上、従来例と同一部位、及び均等部位に
は同一符号をつけ、その説明を省略する。

【００１７】本実施例の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、溝（図示せず）、側壁
（図示せず）が形成され、前記溝の上半分に金属電極
（図示せず）が形成されている圧電セラミックスプレー
ト２と、インク導入口２１及びマニホールド２２（図示
せず）が形成されているセラミックス製のカバープレー
ト３とがエポキシ系接着剤により接着される。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。

【００１８】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、各インク流路１２の位置に
対応した位置にノズル６４が設けられたノズルプレート
６１を接着することによりインクジェットヘッド１が形
成される。

【００１９】図２に本実施例の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に形成されて
いるノズル６４は、テーパ部６３及びオリフィス部６２
から成る。

【００２０】ここで、ノズルプレート６１の製造方法を
説明する。まず、テーパ部６３が形成され、オリフィス
部６２が貫通していない状態のプレート７１を、樹脂材
料であるポリサルホンで射出成形により形成する。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断面を示す。図
中、山部１０３はノズルプレート６１のテーパ部６３に
対応し、金型コア１１０に形成されている。

【００２１】この金型コア１１０の斜視図を図４に示
す。この金型コア１１０は山部１０３が連続した形状の
金型コアの素材を切削加工、研削加工、ワイヤカット加
工などにより作製したあと、ダイヤモンドブレードを用
いて各山部１０３を独立した形状に切断加工することに
より得られる。

【００２２】そして、図３に示すように、まず、固定側
型板１０４と可動側型板１０１とを型締めする。次に、
前記山部１０３が形成された金型コア１１０と固定側型
板１０４及び可動側型板１０１に囲まれたキャビティ１
２０内をエアーベント１０５を介して真空ポンプ１３０
により５ｋＰａに減圧する。そして、射出成形材料はス
プル１０６を通過してゲート１００から導入され、金型
のキャビティ１２０内に充填され、テーパ部６３が形成
された図５に示すプレート７１が射出成形される。この
とき、エキシマレーザビームを照射してオリフィス部６
２が形成される薄肉部７２の厚さは、キャビティ１２０
内を５ｋＰａに減圧しているので、常圧下での射出成形
の場合に比べて薄くすることができる。

【００２３】前記薄肉部７２の厚さは、固定側型板１０
４と山部１０３の先端との距離ｘ（図３）により規制さ
れるが、常圧成形の場合には距離ｘを小さくすると樹脂
材料が流れ込まず、不定形の穴が形成されてしまう。こ
れに対して減圧状態での射出成形の場合には距離ｘを小
さくしても不定形の穴は形成されず薄肉部７２が形成さ
れる。本願出願人らの実験によれば、キャビティ１２０
内が５ｋＰａ以下であれば、その効果が顕著となり、３
５μｍまでの薄さにすることが可能であった。これに対
して、常圧下の射出成形では６０μｍまでの薄さにする
ことしかできず、それ以上の薄さにするため距離ｘを小
さくしても不定形の穴が形成されてしまった。

【００２４】次に、上記の方法で成形したプレート７１
の肉薄部７２にエキシマレーザビームを照射してインク
噴射口となるオリフィス部６２を穴開け加工し作製す
る。このとき、薄肉部７２が３５μｍと薄いため短時間
のエキシマレーザビームの照射によりオリフィス部６２
を形成することができた。

【００２５】このようにして作製されたインクジェット
ヘッド１のノズルプレート６１は図２に示すように、ノ
ズル６４内の体積が大きくできるとともに、オリフィス
部６２にバリが生じない。

【００２６】そして、本実施例と従来例との比較のため
にインク噴射試験を行ったところ、射出成形時に貫通し
たオリフィス部７２或はオリフィス部８２が形成される
図８或は図１０に示す形状のノズルプレート７１、８１
の場合はインク噴射方向が曲げられたり、安定的なイン
ク吐出が行なわれなかったが、本実施例である図２に示
す形状のノズルプレート６１の場合は、バリ７５、バリ
８５も無いので、インク噴射方向が曲げられること無
く、インク吐出が良好に行なわれ良好な印字品質を示し
た。

【００２７】また、図７に示すようなフィルム状のシー
トにエキシマレーザによりノズル３２を形成したノズル
プレート３１の場合は、ノズル３２内の体積が小さいた
め、頻繁にノズル内にエアーが侵入し、インク噴射が不
良となるが、図２に示す形状のノズルプレート６１を用
いた場合は、エアーの侵入が無く、良好なインク噴射が
行われた。

【００２８】次に、本発明による他の実施例を図６に示
す。図中、ノズルプレート９１のノズル９４は、エキシ
マレーザビームにより貫通させるオリフィス９２と、射
出成形時に形成する放物線状のテーパ部９３とから成
る。この放物線状のテーパ部９３により、上記実施例の
直線状のテーパ部６３よりもさらにインクの流動が良好
となる。この様な形状のノズルプレート９１は、エキシ
マレーザビームを用い、エキシマレーザビームとノズル
プレートの素材となる板とを相対的な揺動運動させるこ
とにより、テーパ状のノズルを形成する従来の方法で作
製するのは困難であるが、本発明によれば容易に大量生
産することができる。

【００２９】以上説明したような本実施例によるノズル
プレートの材質としては、ポリサルホンのほか、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、ポリフェニ
レンサルファイド、ポリエーテルイミド、ポリエーテル
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。

【００３０】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６１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。さらに、脱
脂体を焼結炉に挿入して焼結処理を行う。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。この種のインクジェットヘッドはノズルが高集
積度であるため、射出成形時の流動抵抗は大きくなり、
射出成形性上好ましくないが、セラミックス或は金属の
射出成形技術を用いることにより、より高集積度のノズ
ルのインクジェットヘッドに対応することができる。焼
結処理の後、エキシマレーザビームによりオリフィス部
７２を貫通させる。セラミックス粉末及び金属粉末は、
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。

【００３１】尚、本発明は上記の実施例に限定されるも
のではなく、その主旨を逸脱しない範囲での変形は可能
である。例えば、上記実施例においては、ノズル６４、
９４は、それぞれ直線状のテーパ部６３、放物線状のテ
ーパ部９３を有していたが、このテーパの角度はエアー
の侵入が防止できる角度の範囲で任意に設定可能であ
る。また、本実施例においてはレーザ加工法としてエキ
シマレーザビームを用いていたが、他のレーザ加工法、
例えばＹＡＧレーザビームの波長を４分の１にしたもの
による加工でも実施可能である。

【００３２】また、本発明におけるノズルプレートは、
ピエゾを用いたタイプや、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に適用可能である。

【００３３】

【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製造方法によれば、有底孔
を有するプレートを射出成形する際に、金型キャビティ
内を減圧状態にしているので、有底孔の底部の厚さを薄
くすることができる。このため、前記有底孔の底部に照
射するレーザ光の照射時間を短縮することができ、大量
生産性に優れ、コストが低下する。また、インク噴射口
の体積を大きくすることができ、インクジェットヘッド
内にエアーの侵入を防止でき印字品質に優れる。また、
インク噴射口内部の形状をインクの流動抵抗が良好な形
状に容易に成形することができる。さらに、インク噴射
口にバリを生じないので、インク飛翔方向が曲げられ
ず、印字品質に優れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の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】前記実施例のインクジェットヘッドを示す断面
図である。

【図３】前記実施例のインクジェットヘッドのノズルプ
レート製造用射出成形金型の構成の概略を示す説明図で
ある。

【図４】前記実施例のインクジェットヘッドのノズルプ
レート射出成形用金型コアを示す斜視図である。

【図５】前記実施例のプレートを示す断面図である。

【図６】本発明の他の実施例のインクジェットヘッドを
示す断面図である。

【図７】従来例のインクジェットヘッドを示す断面図で
ある。

【図８】従来例のインクジェットヘッドを示す断面図で
ある。

【図９】前記従来例のインクジェットヘッドのノズルプ
レート製造用射出成形金型を示す断面図である。

【図１０】従来例のインクジェットヘッドを示す断面図
である。

【図１１】前記従来例のインクジェットヘッドのノズル
プレート製造用射出成形金型を示す断面図である。

【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 ６１ ノズルプレート ６２ オリフィス部 ６３ テーパ部 ６４ ノズル ７１ プレート ７２ 薄肉部 １０１ 可動側型板 １０４ 固定側型板 １１０ 金型コア １２０ キャビティ １３０ 真空ポンプ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有底孔を有するプレートを射出成形した
   後、前記有底孔の底部にレーザ光が照射されることによ
   ってインク噴射口が形成されたノズルプレートを備えた
   インクジェットヘッドの製造方法であって、 前記プレートを射出成形する際、金型キャビティ内を減
   圧状態にす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】 前記減圧状態は、前記金型キャビティ内
   が５ｋＰａ以下であることを特徴とする請求項１記載の
   インクジェットヘッドの製造方法。
3. 【請求項３】 前記レーザ光は、エキシマレーザ光であ
   ることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッ
   ドの製造方法。