JPH1110888A - インクジェットヘッドのインク吐出口形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の逆テーパ孔を精度良く一括して安価に
形成することができ、かつ、ノズルプレートの表面に撥
液性を持たせることも容易な方法を提供することを目的
とする。 【解決手段】 一面に撥液膜１９が形成された高分子材
料からなるノズルプレート７を形成し、このノズルプレ
ート７の前記撥液膜１９が形成されていない面を複数の
溝８が形成されたヘッド本体６の端面開口部に接着し、
前記ノズルプレート７の表面に複数のマスク孔１６を有
する板状部材からなる金属マスク１５を接着し、前記金
属マスク１５の上方の同一平面内における少なくとも２
方向以上の入射角でレーザ光を照射して前記金属マスク
１５に設けられたマスク孔１６部分の接着剤１７と前記
ノズルプレート７を形成する高分子膜とを除去し、前記
金属マスク１５を取り外してから前記ノズルプレート７
の表面に残された接着剤１７を除去するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多数のインク吐出
口を備えたインクジェットヘッドに係るものであり、特
に、ヘッド本体に高分子材料からなるノズルプレートを
接着した後にレーザ光照射によりノズルプレートにテー
パ付きの多数のインク吐出口を形成するようにしたイン
クジェットヘッドのインク吐出口形成方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、圧電部材を用いたオンデマンド方
式のインクジェットプリンタにおいて採用されているイ
ンクジェットヘッド１の構造を図６に示す。すなわち、
このインクジェットヘッド１は、少なくとも一方が圧電
部材よりなる下層基板２及び上層基板３とからなる積層
された基板４と天板５を接着又は接合により一体化して
ヘッド本体６を形成した後、このヘッド本体６の端面開
口部にノズルプレート７を接着した構造になっている。
さらに、詳しく説明すると、基板４には、上層基板３の
上面から下層基板２の内部まで到達するとともに前面が
開口し後部が閉鎖した多数の溝８が形成されており、さ
らに、これらの溝８の後部から基板４の上面後端まで延
長して前記溝８内に形成された電極９に接続された配線
パターン１０が形成されている。この時、基板４に形成
された溝８は、それらの溝８の両側に形成された側壁１
１と天板５とで一つ一つが遮断されてインク流路を兼ね
たインク室１２とされ、さらに、これらのインク室１２
のすべてに連通するインク供給口として作用する共通イ
ンク供給路１３が前記天板５の下面に形成されている。
また、前記ノズルプレート７には、前記インク室１２毎
に開口するインク吐出口１４が形成されている。

【０００３】しかして、一般に、ノズルプレート７に形
成されるインク吐出口１４の孔径は、約３０μｍであ
り、ノズルプレート７としては、板厚５０μｍ程度の金
属板が使用される。このようなノズルプレート７の製造
は、通常、電鋳法と呼ばれるメッキ法が用いられる。こ
のメッキ法により製造されたノズルプレート７には、多
数のインク吐出口１４が形成されており、ヘッド本体６
に接着固定される。この接着固定時に、ヘッド本体６の
溝８とノズルプレート７のインク吐出口１４との位置を
精密に位置決めする必要がある。

【０００４】別の手段としては、インク吐出口１４が予
め形成されていないノズルプレート７をヘッド本体６に
接着し、その後に、ノズルプレート７にレーザ光で孔明
をしてインク吐出口１４を形成することが行なわれてい
る。この場合、ノズルプレート７の材料としては、主に
高分子材料が使用され、レーザ光としては精密なアブレ
ーション加工が可能なエキシマレーザが使用される。そ
して、図７に示すように、インク吐出口１４の形状は、
インクの良好な吐出のために、レーザ光が照射される入
射方向に対して逆テーパであることが必須要件とされて
いる。このような逆テーパのインク吐出口１４を形成す
る方法としては、複数の反射面を利用し、複数の角度の
異なるビームを照射する方法（ＵＳＰ５，２０８，９８
０参照）や、金属ステンシルマスクをポリイミドプレー
トに密着し、被加工物をビームに対して傾かせて孔明す
る方法（特開平１−１０８０５６号公報参照）がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】レーザ光を用いて孔明
加工を行なう方法においては、前述の複数の反射面を利
用し、複数の角度の異なるビームを照射する方法では、
孔を一つずつしか形成することができないので、数百個
の孔を形成するには時間がかかりすぎるという問題があ
る。また、前述の金属ステンシルマスクをポリイミドプ
レートに密着し、被加工物をビームに対して傾かせて孔
明する方法においては、一括して多数の孔を形成するこ
とができる利点を有するが、孔径の精度を確保するため
にノズルプレートに多数の孔が形成された金属マスクを
密着させるとともにその密着距離の精度を確保する必要
があり、これが生産上の問題点となる。例えば、図８乃
至図１０に金属マスク１５とノズルプレート７との距離
と孔径との関係を示す。すなわち、孔明加工に先立っ
て、図９(ａ)に示されるように、直径ａなるマスク孔１
６が多数形成された金属マスク１５をノズルプレート７
の表面に接着剤１７により接着するが、この接着剤１７
には図８に示すように一定の厚さｄがある。しかも、加
工すべきインク吐出口１４の形状は、前述のように逆テ
ーパでなければならないため、レーザ光の照射は、図８
に示すようにＡ方向及びＢ方向のように傾斜させる必要
がある。そのため、加工されるインク吐出口１４のノズ
ルプレート７の最外側面位置での孔径状は、図９(ｂ)に
示されるように、レーザ光の傾斜方向に対して長くな
る。すなわち、インク吐出口１４の形状は、楕円形状と
なる。すなわち、短径方向にはマスク孔１６の直径ａと
同じ径であるが、レーザ光の最大傾斜角度がθである場
合、長径方向の寸法は、ａ＋２ｄ・ｔａｎθとなる。具
体的には、図１０に示すように、金属マスク１５とノズ
ルプレート７との距離が３μｍ変化するだけでインク吐
出口１４の長径方向の孔径の変化は２μｍとなる。この
ような変化は、接着剤１７の厚さｄを原因とするだけで
なく、レーザ光照射時に金属マスク１５が加熱されて変
形することにより簡単に数μｍの間隔が金属マスク１５
とノズルプレート７との間に発生し、インク吐出口１４
の形状が楕円になったり、その精度が低下するという問
題が発生している。

【０００６】このようなことから、ノズルプレート７に
金属マスク１５を接着する接着剤１７の厚さを極力薄く
してノズルプレート７と金属マスク１５との間隔を小さ
くすることが必要なものである。

【０００７】また、製品として完成した場合に、ノズル
プレート７の表面にインクが付着することを防止するた
め、ノズルプレート７の表面に撥液性があることを要求
される。そのため、従来は、ノズルプレート７にインク
吐出口１４を形成してからその表面に撥液膜を形成する
ことが行なわれているが、この場合には、インク吐出口
１４を塞がないように配慮する等の問題があり、その処
理が困難なものであった。

【０００８】本発明は、複数の逆テーパ孔を精度良く一
括して安価に形成することができ、かつ、ノズルプレー
トの表面に撥液性を持たせることも容易な方法を提供す
ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
一面に撥液膜が形成された高分子材料からなるノズルプ
レートを形成し、このノズルプレートの前記撥液膜が形
成されていない面を複数の溝が形成されたヘッド本体の
端面開口部に接着し、前記ノズルプレートの表面に複数
のマスク孔を有する板状部材からなる金属マスクを接着
し、前記金属マスクの上方の同一平面内における少なく
とも２方向以上の入射角でレーザ光を照射して前記金属
マスクに設けられたマスク孔部分の接着剤と前記ノズル
プレートを形成する高分子膜とを除去し、前記金属マス
クを取り外してから前記ノズルプレートの表面に残され
た接着剤を除去するようにした。従って、予め撥液膜が
形成されたノズルプレートにインク吐出口を形成する加
工を行なうことができ、これにより、金属マスクを取り
外すことが容易であり、ノズルプレートの表面に接着剤
が残りにくく、残ったとしてもその除去が容易であり、
かつ、製品として必要なノズルプレートの表面の撥液性
を製造段階で持たせることができるため、撥液性付与の
ための工程を必要としないものである。

【００１０】請求項２記載の発明は、撥液膜の耐熱温度
を２００℃以上であるようにした。従って、レーザ光の
照射後も撥液性を維持させることができ、撥液膜を再形
成する必要がなく、そのまま、ノズルプレート用撥液膜
として用いることができる。

【００１１】請求項３記載の発明は、金属マスクのみに
接着剤を塗布してノズルプレートに接着するようにし
た。従って、接着剤の塗布ムラがなく、均一な接着剤の
膜厚で金属マスクを接着することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態を図１乃至
図５に基づいて説明する。図６乃至図１０で説明した部
分と同一部分は同一符号を用い説明も省略する。まず、
溝８が形成されたヘッド本体６の端面開口部に、高分子
材料、すなわち、ポリイミドやポリサルフォンよりなる
所定厚さのノズルプレート７をノズルプレート接着剤１
８により接着する。前記ノズルプレート７の一面には、
撥液膜１９が予め形成されている。そして、ノズルプレ
ート７のヘッド本体６に対する接着面は、前記撥液膜１
９が形成されていない面である。

【００１３】このノズルプレート７の接着は、図２に示
すように、ＰＥＴフィルム２０の一面に２液性エポキシ
樹脂等よりなる前記ノズルプレート接着剤１８を６〜７
μｍの厚さにスクリーン印刷等により塗布し、ヘッド本
体６の端面開口部にノズルプレート接着剤１８側を接触
させてローラ等の加圧具２１で押圧して転写する。ヘッ
ド本体６に転写されたノズルプレート接着剤１８の厚さ
は、３〜３.５μｍとなる。このように転写されたノズ
ルプレート接着剤１８の上にノズルプレート７の撥液膜
１９が形成されていない面を接合させ、ノズルプレート
接着剤１８が十分に硬化するまで均一な圧力をかける治
具にセットして接着固定するものである。ついで、図３
に示すように、ノズルプレート７の表面をアセトン等で
洗浄してその表面を乾かす。

【００１４】ついで、シアノアクリレート系接着剤（瞬
間接着剤）等の接着剤１７を多数の円形のマスク孔１６
が形成された金属マスク１５の面に滴下し、この金属マ
スク１５をノズルプレート７に接着する。この場合に
も、接着剤１７が十分に硬化するまで均一な圧力をかけ
る治具にセットしておく。

【００１５】しかして、金属マスク１５を鉄又は鉄合金
で形成した場合には、レーザ照射時に金属マスク１５自
体が加工され、高分子材料フィルムよりなるノズルプレ
ート７の加工形状にムラが生じた。すなわち、加工前の
マスク形状とは異なる形状でノズルプレート７が加工さ
れた。そのため、金属マスク１５の材料としては、アル
ミニュウム、銅、ニッケル等の非鉄金属材料が用いられ
る。具体的には、ばね用燐青銅（Ｃ５２１０Ｐ）、ばね
用洋白（Ｃ７７０１Ｐ）、ニッケル銅合金（ＮＣｕ
Ｐ）、ジュラルミン（Ａ２０２４Ｐ）等である。ばね用
燐青銅は、その鉄含有量が０.１％ 以下であり、縦弾性
係数が４７０〜６１０Ｎ／ｍｍ² である。ばね用洋白
は、その鉄含有量が０.２５％ 以下であり、縦弾性係数
が７０５〜８０５Ｎ／ｍｍ² である。ニッケル銅合金
は、その鉄含有量が２.５％ 以下であり、縦弾性係数が
４８５Ｎ／ｍｍ² 以上である。ジュラルミンは、その鉄
含有量が０.５％ 以下であり、縦弾性係数が４４０Ｎ／
ｍｍ² 以上である。

【００１６】このように金属マスク１５が接着されると
ともにノズルプレート７が接着固定されたヘッド本体６
を図４に示すレーザ装置２２により加工し、図５に示す
ように、逆テーパを持ったインク吐出口１４をステップ
で形成する。前記レーザ装置２２は、Ｘテーブル２３上
に直線移動できるように取り付けられた可動台２４が設
けられ、この可動台２４に円弧運動するゴニオステージ
２５が設けられ、このゴニオステージ２５に前記インク
吐出口１４の位置が回転中心となるように前記ヘッド本
体６が取り付けられている。ついで、レーザ発振器２６
が設けられ、このレーザ発振器２６から発生したレーザ
光２７は、反射鏡２８、入射レンズ２９、カライドスコ
ープ３０、結像レンズ３１を経て前記ノズルプレート７
に照射されている。このレーザ発振器２６としては、高
分子材料よりなるノズルプレート７を熱の影響が少ない
状態で加工できるように、紫外光を出力するエキシマレ
ーザなどが利用される。ついで、前記レーザ装置２２に
よるインク吐出口１４の形成は、図５に示すように、１
回目として右上から左下に向けてレーザ光２７を照射し
て斜めの孔を形成し、２回目として左上から右下に向け
てレーザ光２７を照射して１回目の孔と合成し、３回目
として垂直方向にレーザ光を照射して中心部分を加工す
る。

【００１７】このようにしてレーザ光２７の照射によ
り、高分子材料よりなるノズルプレート７とノズルプレ
ート接着剤１８、接着剤１７がアブレレーション（除
去）される。レーザ光２７の照射範囲は、金属マスク１
５のマスク孔１６より大きい範囲にわたるものである
が、ノズルプレート７に対しては、金属マスク１５のマ
スク孔１６により照射範囲が規制される。具体的には、
ゴニオステージ２５でヘッド本体６を傾けた状態でＸテ
ーブル２３を移動させてレーザ光２７の照射を一回行な
い、ついで、２回目としてゴニオステージ２５を逆方向
に回動させてからＸテーブル２３を移動させ、さらに、
３回目としてゴニオステージ２５を水平にしてＸテーブ
ル２３を移動させることにより、逆テーパ状のインク吐
出口１４が形成される。実際には、ノズルプレート７上
に存在するノズルプレート接着剤１８、接着剤１７の存
在により、通常は、さらに数回のレーザ光２７の走査が
必要である。

【００１８】このようにノズルプレート７にインク吐出
口１４を形成した後に金属マスク１５を剥離するマスク
板取外工程が実行される。この剥離時に金属マスク１５
には力が加えられるが、金属マスク１５の材料は、前述
のように縦弾性係数が高いものであり、引張強さが大き
いので、多少の反りが発生したとしても再利用すること
が可能である。前述の例示した材料、すなわち、ばね用
燐青銅（Ｃ５２１０Ｐ）、ばね用洋白（Ｃ７７０１
Ｐ）、ニッケル銅合金（ＮＣｕＰ）、ジュラルミン（Ａ
２０２４Ｐ）等は、いずれも縦弾性係数、すなわち、引
張強さが４００Ｎ／ｍｍ² より大きいものである。この
金属マスク１５の剥離工程においては、ノズルプレート
７に形成されている撥液膜１９が作用して大きな力を要
することなく剥離がなされる。すなわち、きわめて剥離
性が良い。また、ノズルプレート接着剤１８がノズルプ
レート７の表面に残ることが少なく、たとえ残されても
その除去は容易である。そのノズルプレート接着剤１８
の除去は適当な溶剤を用いて行なうことが望ましい。

【００１９】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、一面に撥液膜が
形成された高分子材料からなるノズルプレートを形成
し、このノズルプレートの前記撥液膜が形成されていな
い面を複数の溝が形成されたヘッド本体の端面開口部に
接着し、前記ノズルプレートの表面に複数のマスク孔を
有する板状部材からなる金属マスクを接着し、前記金属
マスクの上方の同一平面内における少なくとも２方向以
上の入射角でレーザ光を照射して前記金属マスクに設け
られたマスク孔部分の接着剤と前記ノズルプレートを形
成する高分子膜とを除去し、前記金属マスクを取り外し
てから前記ノズルプレートの表面に残された接着剤を除
去するようにしたので、予め撥液膜が形成されたノズル
プレートにインク吐出口を形成する加工を行なうことが
でき、これにより、金属マスクを取り外すことが容易で
あり、ノズルプレートの表面に接着剤が残りにくく、残
ったとしてもその除去が容易であり、かつ、製品として
必要なノズルプレートの表面の撥液性を製造段階で持た
せることができるため、撥液性付与のための工程を必要
としない等の効果を有する。

【００２０】請求項２記載の発明は、撥液膜の耐熱温度
を２００℃以上であるようにしたので、レーザ光の照射
後も撥液性を維持させることができ、撥液膜を再形成す
る必要がなく、そのまま、ノズルプレート用撥液膜とし
て用いることができるという効果を有する。。

【００２１】請求項３記載の発明は、金属マスクのみに
接着剤を塗布してノズルプレートに接着するようにした
ので、接着剤の塗布ムラがなく、均一な接着剤の膜厚で
金属マスクを接着することができるという効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示すもので、インク吐
出口を形成するための全ての工程を示す工程図である。

【図２】ヘッド本体にノズル板を接着する工程を示す工
程図である。

【図３】ノズル板が接着されたヘッド本体にマスク板を
接着する工程を示す工程図である。

【図４】レーザ装置の全体を示す斜視図である。

【図５】インク吐出口の加工ステップを示す縦断側面図
である。

【図６】インクジェットヘッドの一例を示す一部を切り
欠いた斜視図である。

【図７】インク吐出口の断面形状を示す部分断面図であ
る。

【図８】ノズルプレートと金属マスクとの間に所定厚さ
の接着剤が存する場合のレーザ光による孔明加工の状態
を示す縦断側面図である。

【図９】従来の金属マスクのマスク孔と仕上げられたイ
ンク吐出口との関係を示すもので、(ａ)はマスク孔の平
面図、(ｂ)はインク吐出口の平面図である。

【図１０】ノズルプレートと金属マスクとの両者間の間
隔と孔径との相対関係を示すグラフである。

【符号の説明】

６ ヘッド本体 ７ ノズルプレート ８ 溝 １５ 金属マスク １６ マスク孔 １７ 接着剤 １９ 撥液膜 ２７ レーザ光

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一面に撥液膜が形成された高分子材料か
   らなるノズルプレートを形成し、このノズルプレートの
   前記撥液膜が形成されていない面を複数の溝が形成され
   たヘッド本体の端面開口部に接着し、前記ノズルプレー
   トの表面に複数のマスク孔を有する板状部材からなる金
   属マスクを接着し、前記金属マスクの上方の同一平面内
   における少なくとも２方向以上の入射角でレーザ光を照
   射して前記金属マスクに設けられたマスク孔部分の接着
   剤と前記ノズルプレートを形成する高分子膜とを除去
   し、前記金属マスクを取り外してから前記ノズルプレー
   トの表面に残された接着剤を除去するようにしたことを
   特徴とするインクジェットヘッドのインク吐出口形成方
   法。
2. 【請求項２】 撥液膜の耐熱温度は２００℃以上である
   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
   のインク吐出口形成方法。
3. 【請求項３】 金属マスクのみに接着剤を塗布してノズ
   ルプレートに接着するようにした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インク吐出口形成方
   法。