JPH1110890A - 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
形成する方法を提供することである。 【解決手段】 導電基板２５の一面の所定位置に円錐又
は円錐台形状の複数個の絶縁凸部３０を形成し、これら
の絶縁凸部３０を越えることがない厚さで前記導電基板
２５に電解メッキで金属膜３１を形成し、この金属膜３
１を前記導電基板２５から剥離して金属マスクとし、こ
の金属マスクを用いてレーザ光により複数の溝が形成さ
れたヘッド本体の端面開口部に接着された高分子材料か
らなるノズルプレートにインク吐出口を形成するように
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１１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１１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。また、ノズルプレート
７を電鋳法により製造することは、非常にその製造コス
トが高いために、コスト的な面から実用に供することが
難しいものである。

【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１２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，
９８０参照）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１３
乃至図１５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１４(ａ)に示されるように、直径ａなるマスク孔
１６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１
７には一定の厚さ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、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１４(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１５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】また、電鋳法により金属マスク１５を形成
する方法も考えられる。すなわち、電鋳法により製造す
ることは、前述のようにコスト的に不利なものである
が、金属マスク１５として要する場合には、同一のもの
を繰り返して使用することができるため、コスト的な不
利は解消される。その点、前述のように電鋳品によるノ
ズルプレート７のように、ここの製品の部品となるもの
とは相違する。しかしながら、金属マスク１５として使
用する場合には、図１６に示すような問題がある。すな
わち、導電基板１８の一面に形成すべきインク吐出口１
４のピッチに合わせてレジスト等の絶縁物１９がパター
ニングされており、この絶縁物１９が存在しない位置に
電鋳品２０が形成される。しかして、この電鋳品２０を
導電基板１８から剥離したものを金属マスク１５として
使用するものであるが、絶縁物１９が存在した部分がマ
スク孔２１になるものである。しかしながら、このマス
ク孔２１の断面形状は、必然的に円弧状となり、しか
も、絶縁物１９には厚さがあるため、マスク孔２１の小
径側にその絶縁物１９の形状に一致した段部が形成され
てしまう。この段部が形成された面は、被加工物となる
ノズルプレート７側に位置するため、加工されるノズル
プレート７のインク吐出口１４が楕円形状になる原因と
なり、しかも、マスク孔２１の断面形状が円弧状である
ことは、レーザ光を傾斜させた時にその円弧状部で遮ら
れたり乱反射したりして予想外の加工がされるおそれが
ある。

【０００７】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方法を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
高分子材料からなるノズルプレート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する工程と、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する工程と、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
高分子膜とを除去する工程と、前記金属マスクを除去す
る工程とよりなるインクジェットヘッドのインク吐出口
形成方法において、導電基板の一面の所定位置に円錐又
は円錐台形状の複数個の絶縁凸部を形成し、これらの絶
縁凸部を越えることがない厚さで前記導電基板に電解メ
ッキで金属膜を形成し、この金属膜を前記導電基板から
剥離して前記金属マスクとして用いるようにした。従っ
て、金属マスクに形成されたマスク孔は、その断面形状
が厚さ全体にわたって側面が直線状の円錐状のテーパで
あり、これにより、ノズルプレートに対するマスク孔部
分の密着性がよくて加工されるインク吐出口を円形に近
いものとすることができ、また、レーザ光を傾斜させた
場合にもそのレーザ光が遮られることがなく、かつ、乱
反射することがないため、所望の形状のインク吐出口を
安定した状態で形成することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態を図１乃至
図１０に基づいて説明する。図１１乃至図１６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２２により接着する。この接着は、図２に示すよう
に、ＰＥＴフィルム２３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２２を６〜７μｍ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２２側を接触させて
ローラ等の加圧具２４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２２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２２の上にノズルプレート７を接合させ、ノ
ズルプレート接着剤２２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してからシアノア
クリレート系接着剤（瞬間接着剤）等の接着剤１７を滴
下して多数のマスク孔１６が形成された金属マスク１５
が接着される。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。

【００１０】ついで、前記金属マスク１５の形成方法を
図４乃至図８に基づいて説明する。まず、図４に示すよ
うに、導電基板２５の一面に感光性樹脂（レジスト・Ｄ
ＦＲ等）２６を塗布又は貼付する。つぎに、図５に示す
ように、遮光性のパターン２７が形成された光学ガラス
２８を前記感光性樹脂２６に積層して露光する。この
時、パターン２７の形状は、感光性樹脂２６の深さが深
くなるに従って拡散する状態、すなわち、感光部２９は
先細りになるように露光される。このような露光がなさ
れてから、感光性樹脂２６の感光部２９を現像液で除去
（エッチング）する。この時も、表面から現像されるた
め、テーパ角は増大し、導電基板２５の表面には、図６
に示すように、円錐台形状の絶縁凸部３０が形成され
る。つぎに、電解メッキにより導電基板２５の表面に図
７に示すような金属膜３１を堆積させる。この金属膜３
１の厚さは、前記絶縁凸部３０の高さを越えることがな
いように規制される。このようにして形成された金属膜
３１を前記導電基板２５から剥離することにより図８に
示すようにマスク孔１６を備えた金属マスク１５が形成
される。この金属マスク１５のマスク孔１６は、板厚全
体にわたってテーパ状の孔であり、表面及び裏面に段部
等が形成されることがない。

【００１１】このように形成された金属マスク１５は、
前述のように接着されるが、この金属マスク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９に示すレーザ装置３２により加工し、図
１０に示すように、逆テーパを持ったインク吐出口１４
を３ステップで形成する。前記レーザ装置３２は、Ｘテ
ーブル３３上に直線移動できるように取り付けられた可
動台３４が設けられ、この可動台３４に円弧運動するゴ
ニオステージ３５が設けられ、このゴニオステージ３５
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３６が設けられ、このレーザ発振器３６から発
生したレーザ光３７は、反射鏡３８、入射レンズ３９、
カライドスコープ４０、結像レンズ４１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３６
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３２によるインク吐出口１４の形成は、図１０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３７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３７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３７を照射し
て中心部分を加工する。

【００１２】このようにしてレーザ光３７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２２、接着剤１７がアブレレーション（除
去）される。レーザ光３７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３５でヘッド本体６を傾けた状態でＸテ
ーブル３３をＸ方向に移動させてレーザ光３７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３５
を逆方向に回動させてからＸテーブル３３を移動させ、
さらに、３回目としてゴニオステージ３５を水平にして
Ｘテーブル３３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２２、接着剤
１７の存在により、通常は、さらに数回のレーザ光３７
の走査が必要である。

【００１３】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、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。

【００１４】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、高分子材料から
なるノズルプレート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する工程と、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
スクを接着する工程と、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
去する工程と、前記金属マスクを除去する工程とよりな
るインクジェットヘッドのインク吐出口形成方法におい
て、導電基板の一面の所定位置に円錐又は円錐台形状の
複数個の絶縁凸部を形成し、これらの絶縁凸部を越える
ことがない厚さで前記導電基板に電解メッキで金属膜を
形成し、この金属膜を前記導電基板から剥離して前記金
属マスクとして用いるようにしたので、金属マスクに形
成されたマスク孔は、その断面形状が厚さ全体にわたっ
て側面が直線状の円錐状のテーパであり、これにより、
ノズルプレートに対するマスク孔部分の密着性がよくて
加工されるインク吐出口を円形に近いものとすることが
でき、また、レーザ光を傾斜させた場合にもそのレーザ
光が遮られることがなく、かつ、乱反射することがない
ため、所望の形状のインク吐出口を安定した状態で形成
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】金属マスクを形成するために導電基板に感光性
樹脂を塗布した状態の縦断側面図である。

【図５】光学マスクを用いて露光している状態を示す縦
断側面図である。

【図６】絶縁凸部を形成した状態の縦断側面図である。

【図７】金属膜を形成した状態の縦断側面図である。

【図８】金属マスクとして完成した状態の縦断側面図で
ある。

【図９】レーザ装置の全体を示す斜視図である。

【図１０】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１１】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１２】インク吐出口の断面形状を示す部分断面図で
ある。

【図１３】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１４】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１５】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。

【図１６】電鋳法により金属マスクを形成している状態
の縦断側面図である。

【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 ２５ 導電基板 ３０ 絶縁凸部 ３１ 金属膜 ３７ レーザ光

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高分子材料からなるノズルプレートを複
   数の溝が形成されたヘッド本体の端面開口部に接着する
   工程と、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する工程と、
   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する工程と、前記金属
   マスクを除去する工程とよりなるインクジェットヘッド
   のインク吐出口形成方法において、導電基板の一面の所
   定位置に円錐又は円錐台形状の複数個の絶縁凸部を形成
   し、これらの絶縁凸部を越えることがない厚さで前記導
   電基板に電解メッキで金属膜を形成し、この金属膜を前
   記導電基板から剥離して前記金属マスクとして用いるよ
   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。