JPH0890779A - ノズルプレートの撥水膜形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 撥水膜を容易に且つ適切に形成すること。 【構成】 金型のキャビティー内に溶融樹脂を射出して
ノズル孔が形成されたノズルプレートを成形し、固定側
型板と可動側型板１０１とを型開きした後、前記ノズル
プレートが可動側型板１０１及びコア１１０に収納され
た状態のまま、前記ノズルプレートのインク噴射側面
に、前記撥水膜となる撥水液１１のスプレー１０により
湿潤被膜を形成する。次に、前記湿潤被膜が形成された
前記ノズルプレートを金型から取り出し、前記湿潤被膜
を乾燥被膜化する。

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複
数のノズルが形成されたインクジェットヘッドのノズル
プレートに、撥水膜を形成する方法に関するものであ
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】この種のインクジェットヘッドとしては、
例えば特開昭６３−２４７０５１号公報に記載されてい
るものがある。このインクジェットヘッドは、圧電セラ
ミックスの隔壁によって隔てられた複数の平行なインク
流路を形成し、前記インク流路の一端をノズルプレート
の前記ノズルに連通し、他端をインクを供給するインク
供給手段に接続し、前記隔壁の変形によってインク流路
の容積を変化させて前記ノズルからインクを噴射するも
のである。

【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、特開平３−２９
７６５１号公報に開示されているように、高分子樹脂材
料で射出成形した後、ノズルをレーザ加工により形成す
る方法が知られている。また、射出成形法によってノズ
ル孔をも形成する方法が試みられている。

【０００５】また、ノズル孔周縁部がインクで濡れる
と、インクの吐出方向が曲げられるため、安定噴射が行
えない。この問題を解決するために、従来からノズルプ
レートのインク噴射面の少なくともノズル孔周縁部には
撥水膜が別途形成される。そして、上述のような射出成
形法などで製造されるノズル孔が形成されたノズルプレ
ートに撥水膜を形成する方法としては、転写法、スピン
コート法、スプレー法などがあげられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
撥水膜形成方法はノズルプレートの成形後に改めて行う
ものであり、上述したようなノズル孔が形成されたノズ
ルプレートにおいては、上記方法で撥水膜を形成する
と、撥水膜となる撥水液がノズル孔に流れ込む虞があっ
た。撥水液がノズル孔に流れ込むと、ノズルが詰まった
り、ノズル内面にも撥水膜が形成されたりしてしまい、
その結果メニスカスの起点が不均一になり安定噴射が行
えず、かえって印字品質が悪くなるという問題点があっ
た。

【０００７】また、上述したように周知の方法は、撥水
膜形成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。

【０００８】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、ノズル内面に撥水膜を形成する
ことなく量産性に優れたノズルプレートの撥水膜形成方
法を提示することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のノズルプレートの撥水膜形成方法は、ノズル
孔が形成されたインクジェットヘッドに用いられるノズ
ルプレートの表面に撥水膜を形成する手法であり、それ
は、射出成形金型により形成されたキャビティー内にノ
ズルプレートの素材となる溶融樹脂を射出する工程と、
射出成形されたノズルプレートの少なくともインク噴射
側面の型板を型開きする工程と、前記キャビティー内部
に配置される型部材により前記ノズル孔が塞がれた状態
のまま、前記ノズルプレートのインク噴射側面に、撥水
膜の素材となる撥水液による被膜を少なくとも各ノズル
孔周縁部に形成する工程と、前記被膜が形成された前記
ノズルプレートを全ての金型から取り出す工程とからな
る。

【００１０】尚、前記撥水膜となる撥水液をスプレー法
により塗布して前記被膜を形成してもよい。

【００１１】尚、前記型部材は、前記インク噴射側面の
型板に対向し、前記キャビティーの一部を形成する型板
より突出した山部形状を有し、その型板と一体に形成さ
れていてもよい。

【００１２】尚、前記被膜は、その形成時においては湿
潤被膜であり、前記ノズルプレートを全ての金型から取
り外した後において、前記湿潤被膜は乾燥被膜化されて
前記撥水膜を形成するものであってもよい。

【００１３】

【作用】上記の構成を有する本発明のインクジェットヘ
ッドの撥水膜形成方法においては、射出成形にてノズル
プレートが形成され、前記金型を型開きした後、射出成
形された前記ノズルプレートが前記キャビティーに配設
された型部材により前記ノズル孔が塞がれた状態のま
ま、前記ノズルプレートのインク噴射側面に、前記撥水
膜となる撥水液の被膜を形成するので、各ノズル孔の内
面に撥水液が流れ込まない。

【００１４】

【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。

【００１５】図３、図４及び図５に示すように、インク
ジェットヘッド３００は、圧電セラミックスプレート３
０２とカバープレート３２０とノズルプレート１とマニ
ホールド部材３０１とから構成されている。

【００１６】その圧電セラミックスプレート３０２は、
チタン酸ジルコン酸鉛系（ＰＺＴ）等のセラミックス材
料で形成され、圧電セラミックスプレート３０２には、
ダイヤモンドブレード等により切削加工された複数の横
溝３０３が形成されている。また、その横溝３０３の側
面となる隔壁３０６は矢印３０５の方向に分極されてい
る。それらの横溝３０３は同じ深さであり、かつ平行で
あり、圧電セラミックスプレート３０２の対向する端面
３０２ａ、３０２ｂに開口して加工されている。

【００１７】また、圧電セラミックスプレート３０２の
端面３０２ａには、縦溝３１１ａが横溝３０３に連通す
るように１つ置きに形成されている。圧電セラミックス
プレート３０２の端面３０２ｂには、縦溝３１１ｂが横
溝３０３に連通するように１つ置きに形成されている。
そして、縦溝３１１ａ、３１１ｂは交互に形成されてお
り、縦溝３１１ａと縦溝３１１ｂとは、隣合う横溝３０
３に形成されている。尚、縦溝３１１ａは、両外側の横
溝３０３に設けられている。また、圧電セラミックプレ
ート３０２の横溝３０３加工側に対して反対側の面３０
２ｃには、パターン３２４、３２５が形成されている。

【００１８】そして、圧電セラミックスプレート３０２
の溝加工面、且つ端面３０２ａに対して斜め上方の位置
に配置されたスパッタリング等の蒸着源（図示せず）か
ら金属電極３０８、３０９、３１０が形成される（矢印
３３０ａ、３３０ｂの方向から蒸着される）。尚、圧電
セラミックスプレート３０２の端面３０２ａ及び隔壁３
０６の天頂部に金属電極が形成されないようにマスクし
ておく。すると、図３に示すように、金属電極３０８は
横溝３０３の両側面の上半分の領域に形成され、金属電
極３０９は、縦溝３１１ａが形成されていない横溝３０
３の端面３０２ａ側の側面の一部及び底面の一部に形成
され、金属電極３１０は縦溝３１１ａの側面のうち端面
３０２ａ側に形成される。尚、金属電極３０８と金属電
極３０９とは電気的に接続され、金属電極３０８と金属
電極３１０とは電気的に接続されている。

【００１９】次に、圧電セラミックスプレート３０２の
面３０２ｃ、且つ端面３０２ｂに対して斜め上方の位置
に配置されたスパッタリング等の蒸着源（図示せず）か
ら金属電極３１６、３１７が形成される（矢印３３１
ａ、３３１ｂの方向から蒸着される）。尚、圧電セラミ
ックスプレート３０２の端面３０２ｂ及び面３０２ｃの
パターン３２４、３２５が形成された領域に金属電極が
形成されないようにマスクしておく。すると、図５に示
すように、その金属電極３１６は、圧電セラミックスプ
レート３０２の面３０２ｃにおいて縦溝３１１ａの底面
より端面３０２ａ側の領域及び縦溝３１１ａ内面の側面
の一部に形成される。このとき、縦溝３１１ａに形成さ
れた金属電極３１０上にも金属電極３１６が形成され
て、縦溝３１１ａの側面に形成された金属電極３１６が
金属電極３１０を介して金属電極３０８と電気的に接続
される。このため、縦溝３１１ａが形成された横溝３０
３ａの片側の隔壁３０６に形成された金属電極３０８
が、その隔壁３０６によって構成される横溝３０３ｂを
挟む他の横溝３０３ａにおける前記横溝３０３ｂを構成
するもう一つの隔壁３０６に形成された金属電極３０８
と電気的に接続される。また、金属電極３１６はパター
ン３２４に電気的に接続される。

【００２０】そして、図４及び図５に示すように、金属
電極３１７は、圧電セラミックスプレート３０２の面３
０２ｃにおいて縦溝３１１ｂの底面より圧電セラミック
スプレート３０２の中央側から端面３０２ｂ側の領域、
縦溝３１１ｂ内面の側面の全部及び縦溝３１１ｂの端面
３０２ｂ側に形成される。このとき、縦溝３１１ｂと連
通する横溝３０３ｂの金属電極３０８上にも金属電極３
１７が形成されて、縦溝３１１ｂの側面に形成された金
属電極３１７と電気的に接続される。このため、縦溝３
１１ｂが形成された横溝３０３ｂの全ての金属電極３０
８が金属電極３１７によって電気的に接続される。ま
た、金属電極３１７はパターン３２５に電気的に接続さ
れる。

【００２１】次に、前記圧電セラミックスプレート３０
２の少なくとも金属電極３０８、３０９、３１７をスピ
ンコート法によりエポキシ樹脂の保護膜７７（図７）で
被覆する。

【００２２】尚、スピンコート法によるエポキシ樹脂膜
のほか、ディッピング法、ＣＶＤ法、などによりアクリ
ル樹脂などの他の有機材質或はＳｉＯ₂などの無機材質
の保護膜７７で被覆してもよい。

【００２３】尚、金属電極３１０及び後述する空気室３
２７を形成する横溝３０３ａに形成されている金属電極
３０８はインクに接しないので、保護膜７７により必ず
しも被覆する必要はない。

【００２４】次に、カバープレート３２０はセラミック
ス材料、ガラス材料または樹脂材料等から形成されてお
り、圧電セラミックスプレート３０２の横溝３０３加工
側の面と、カバープレート３２０とをエポキシ系接着剤
１２０（図７）によって接着する。従って、インクジェ
ットヘッド３００には、横溝３０３の上面が覆われて、
縦溝３１１ｂと連通するインク室３０４（図７参照）及
び縦溝３１１ａと連通する非噴射領域としての空気室３
２７（図７参照）が構成される。尚、インク室３０４は
横溝３０３ｂに対応しており、空気室３２７は横溝３０
３ａに対応している。インク室３０４及び空気室３２７
は長方形断面の細長い形状であり、全てのインク室３０
４はインクが充填され、空気室３２７は空気が充填され
る領域である。

【００２５】そして、圧電セラミックスプレート３０２
の端面３０２ａ及びカバープレート３２０の端面に、各
インク室３０４の位置に対応した位置にノズル２が設け
られたノズルプレート１を接着する。このノズルプレー
ト１に形成されているノズル２は、図２に示すようにテ
ーパ部３及びオリフィス部４から成る。そして、ノズル
プレート１のインク噴射側の面５の表面には撥水膜２０
が形成されている。

【００２６】そして、図５に示すように、マニホールド
部材３０１が、圧電セラミックスプレート３０２の端面
３０２ｂ及び圧電セラミックスプレート３０２の面３０
２ｃにおける縦溝３１１ｂ側に接着される。マニホール
ド部材３０１にはマニホールド３２２が形成されてお
り、そのマニホールド３２２は縦溝３１１ｂを包囲して
いる。

【００２７】圧電セラミックスプレート３０２の面３０
２ｃに形成されたパターン３２４、３２５は、図示しな
いフレキシブルプリント基板の配線パターンと接続され
る。そのフレキシブルプリント基板の配線パターンは、
後述する制御部に接続された図示しないリジット基板に
接続されている。

【００２８】次に、制御部のブロック図を示す図６によ
って、制御部の構成を説明する。圧電セラミックスプレ
ート３０２の面３０２ｃに形成されたパターン３２４、
３２５は、前記フレキシブルプリント基板、前記リジッ
ト基板を介して各々個々にＬＳＩチップ１５１に接続さ
れ、クロックライン１５２、データライン１５３、電圧
ライン１５４及びアースライン１５５もＬＳＩチップ１
５１に接続されている。ＬＳＩチップ１５１は、クロッ
クライン１５２から供給された連続するクロックパルス
に基づいて、データライン１５３上に現れるデータか
ら、どのノズル１２からインク滴の噴射を行うべきかを
判断し、噴射するインク室３０４の両側の空気室３２７
の金属電極３０８に導通するパターン３２４に、電圧ラ
イン１５４の電圧Ｖを印加する。また、他のパターン３
２４及びインク室３０４の金属電極３０８に導通するパ
ターン３２５をアースライン１５５に接続する。

【００２９】次に、本実施例のインクジェットヘッド３
００の動作を説明する。図７（ｂ）のインク室３０４ｂ
からインク滴を噴射するために、そのインク室３０４ｂ
の両側の空気室３２７ｂ、３２７ｃのインク室３０４ｂ
側の金属電極３０８ｃ、３０８ｆに対し電圧パルスをパ
ターン３２４を介して与え、他の金属電極３０８には、
他のパターン３２４、パターン３２５を介して接地す
る。すると、隔壁３０６ｂには矢印１１３ｂ方向の電界
が発生し、隔壁３０６ｃには矢印１１３ｃ方向の電界が
発生して、隔壁３０６ｂと３０６ｃとが互いに離れるよ
うに動く。インク室３０４ｂの容積が増えて、ノズル１
２付近を含むインク室３０４ｂ内の圧力が減少する。こ
の状態をＬ／ａで示される時間だけ維持する。すると、
その間縦溝３１１ｂを介してマニホールド３２２からイ
ンクがインク室３０４ｂに供給される。尚、上記Ｌ／ａ
は、インク室３０４内の圧力波が、インク室３０４の長
手方向（縦溝３１１ｂからノズルプレート１４まで、ま
たはその逆）に対して、片道伝播するに必要な時間であ
り、インク室３０４の長さＬとインク中での音速ａによ
って決まる。

【００３０】圧力波の伝播理論によると、前記の立ち上
げからちょうどＬ／ａの時間経つとインク室３０４ｂ内
の圧力が逆転し、正の圧力に転じるが、このタイミング
に合わせて電極３０８ｃ、３０８ｆに印加されている電
圧を０Ｖに戻す。すると、隔壁３０６ｂと３０６ｃは変
形前の状態（図７（ａ））に戻り、インクに圧力が加え
られる。その時、前記正に転じた圧力と隔壁３０６ｂ、
３０６ｃが変形前の状態に戻って、発生した圧力とが足
し合わされ、比較的高い圧力がインク室３０４ｂ内のイ
ンクに与えられて、インク滴がノズル１２から噴出され
る。

【００３１】ここで、上述のノズルプレート１の製造方
法を説明する。まず、図２に示すようなテーパ部３及び
オリフィス部４が形成されたノズルプレート１を、樹脂
材料であるポリサルホンで射出成形する。このときの金
型構造の概略図を図８（ａ）、図８（ｂ）に示す。図８
（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ断面を示す。図８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１０３が連なった形状をワイヤカットでコア１
１０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１０４、可動側型板１０１、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１２００〜１５０
０ｋｇ／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。このとき、ノズルプレート１は可
動側型板１０１側に収まった状態であり、ノズル２には
山部１０３が挿入された状態である。

【００３３】次に、図１に示すように可動側型板１０１
に収まった状態のノズルプレート１のインク噴射側の面
５の表面に撥水膜となる撥水液１１としての溶媒可溶性
アモルファスフッ素樹脂サイトップＣＴＸ（旭硝子製）
のスプレー１０により撥水膜となる撥水液１１の湿潤被
膜が形成される。

【００３４】次に、エジェクトピン１０２を矢印１０６
の方向に移動し、撥水膜となる撥水液の湿潤被膜が形成
されたノズルプレート１を可動側型板１０１より取り出
す。そして、可動側型板１０１より取り出されたノズル
プレート１を加熱オーブンに挿入して１５０℃で処理す
る。これにより前記湿潤被膜が乾燥被膜化される。

【００３５】以上の方法により、インク噴射側の面５に
撥水膜２０が形成されたノズルプレート１が製作される
（図２参照）。

【００３６】なお、ノズルプレート１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。

【００３７】また、撥水膜２０としてはサイトップＣＴ
Ｘのほか、フッ素シリコーン系コーティング剤、テトラ
フルオロエチレンヘキサフルオロプロピレン共重合体、
ジパーフルオロアルキルフマレートスチレン共重合体、
四フッ化エチレンビニルエステル共重合体などを用いる
ことができる。また、撥水膜２０の素材として、湿潤被
膜を形成せず、常温にて、塗布後直ちに自然乾燥するよ
うな撥水液を使用することも可能である。その場合、最
後の加熱オーブンによる加熱処理を省略することができ
る。

【００３８】さらに、撥水膜２０を形成する方法とし
て、スプレー法のほか、転写法などを用いることができ
る。

【００３９】尚、本発明は上述した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種々の変更
が可能である。例えば、前記実施例においては、まず駆
動電圧をインク室３０４ｂの容積が増加する方向に印加
し、次に、駆動電圧の印加を停止しインク室３０４ｂの
容積を自然状態に減少してインク室３０４ｂからインク
滴を噴射していたが、まず駆動電圧をインク室３０４ｂ
の容積が減少するように印加してインク室３０４ｂから
インク滴を噴射し、次に、駆動電圧の印加を停止してイ
ンク室３０４ｂの容積を前記減少状態から自然状態へと
増加させてインク室３０４ｂ内にインクを供給してもよ
い。

【００４０】尚、本実施例では、隔壁３０６は、圧電セ
ラミックスで形成されていたが、隔壁の上半分の領域を
圧電セラミックスで形成し、下半分をアルミナ等の圧電
セラミックスでない材料で形成してもよい。

【００４１】更に、本実施例では、隔壁３０６の上半分
の領域による圧電変形によって、インク室３０４からイ
ンクを噴射していたが、隔壁の上半分の領域の圧電セラ
ミックスの分極方向と反対方向の分極方向である圧電セ
ラミックスで隔壁の下半分の領域を形成し、隔壁の側面
全面に金属電極を形成して、隔壁全体の圧電変形によっ
て、インク室からインクを噴射させてもよい。

【００４２】また、ノズル２を形成する山部１０３（図
８参照）は、本実施例において、コア１１０と一体形成
された構造をとっているが、山部１０３を別途コア１１
０に取り付けた構造でもよいし、更に、コア１１０と分
離可能な構造をとってもよい。

【００４３】また、本実施例では、圧電セラミックスを
用いたインクジェットヘッドであったが、周知のバブル
ジェット式のインクジェットヘッドであっても良い。

【００４４】以上説明したように、本実施例では、ノズ
ルプレート１が可動側型板１０１側に収まった状態で撥
水膜となる撥水液を塗布するのでノズル２内に撥水膜が
形成されない。よって、噴射特性が良好である。また、
ノズルプレート１の射出成形時に撥水膜２０を形成でき
るので、製造コスト上昇が比較的小さい。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明のノズルプレートの撥水膜形成方法によれば、射出
成形法により形成され、ノズル孔が形成されたノズルプ
レートの撥水膜形成方法において、射出成形金型キャビ
ティー内に、射出成形されたノズルプレートが前記キャ
ビティーの一部を形成する型板内に収納された状態のま
ま、前記ノズルプレートのインク噴射側面に、前記撥水
膜となる撥水液の被膜を形成するので、前記ノズル孔の
内面に前記撥水膜となる撥水液が流れ込むことなく、ノ
ズルのつまりやインクメニスカス起点の不均一が防止さ
れ、インクの吐出の安定したノズルプレートを作製でき
る。また、ノズルプレートの作製過程の中で撥水膜の形
成を行うため、製造設備の構成が比較的容易となり、そ
の分、加工コスト、大量生産性に優れる。

【００４６】また、前記撥水膜となる撥水液をスプレー
法により塗布して前記被膜を形成すれば、製造設備の構
成が容易となり、更に、製造コストの低減、大量生産性
に優れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の撥水膜の湿潤被膜形成方法
を示す説明図である。

【図２】前記実施例のインクジェットヘッドのノズル部
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を示す斜視
図である。

【図４】前記実施例の圧電セラミックスプレートを示す
斜視図である。

【図５】前記実施例のインクジェットヘッドを示す斜視
図である。

【図６】前記実施例のインクジェットヘッドの制御部を
示すブロック図である。

【図７】前記実施例のインクジェットヘッドの作動状態
を示す説明図である。

【図８】前記実施例の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。

【符号の説明】

１ ノズルプレート ２ ノズル １０ スプレー １１ 撥水液 ２０ 撥水膜 １０１ 可動側型板 １０２ エジェクトピン １０４ 固定側型板 １１０ コア ３００ インクジェットヘッド

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズル孔が形成されたインクジェットヘ
   ッドに用いられるノズルプレートの表面に撥水膜を形成
   するノズルプレートの撥水膜形成方法において、 射出成形金型により形成されたキャビティー内にノズル
   プレートの素材となる溶融樹脂を射出する工程と、 射出成形されたノズルプレートの少なくともインク噴射
   側面の型板を型開きする工程と、 前記キャビティー内部に配置される型部材により前記ノ
   ズル孔が塞がれた状態のまま、前記ノズルプレートのイ
   ンク噴射側面に、撥水膜の素材となる撥水液による被膜
   を少なくとも各ノズル孔周縁部に形成する工程と、 前記被膜が形成された前記ノズルプレートを全ての金型
   から取り出す工程とからなることを特徴とするノズルプ
   レートの撥水膜形成方法。
2. 【請求項２】 前記撥水膜となる撥水液をスプレー法に
   より塗布して前記被膜を形成することを特徴とする請求
   項１記載のノズルプレートの撥水膜形成方法。
3. 【請求項３】 前記型部材は、前記インク噴射側面の型
   板に対向し、前記キャビティーの一部を形成する型板よ
   り突出した山部形状を有し、その型板と一体に形成され
   ていることを特徴とする請求項１記載のノズルプレート
   の撥水膜形成方法。
4. 【請求項４】 前記被膜は、その形成時においては湿潤
   被膜であり、前記ノズルプレートを全ての金型から取り
   外した後においては、前記湿潤被膜は乾燥被膜化されて
   前記撥水膜を形成することを特徴とする請求項１記載の
   ノズルプレートの撥水膜形成方法。