JPH1142786A - 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】 所定厚さの金属板２５に予め定めた所定
のピッチで孔を形成し、この金属板２５の両面に少なく
とも一方が感光性のレジストフィルム３０よりなるドラ
イフィルム２９を接着し、前記孔の位置に合わせて感光
性の前記レジストフィルム３０をフォトエッチングして
レジストパターンを形成し、前記金属板２５の孔をエッ
チングしてテーパ状のマスク孔を形成し、前記金属板２
５からドライフィルム２９を除去して前記金属マスクと
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１４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１５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１６
乃至図１８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１７(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１７(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１８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１９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】本発明は、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からレ
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、所定厚さの金属板に予め定めた所定のピッチ
で孔を形成し、この金属板の両面に少なくとも一方が感
光性のレジストフィルムよりなるドライフィルムを接着
し、前記孔の位置に合わせて感光性の前記レジストフィ
ルムをフォトエッチングしてレジストパターンを形成
し、前記金属板の孔をエッチングしてテーパ状のマスク
孔を形成し、前記金属板からドライフィルムを除去して
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、テーパ状に形成されて
いるため、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１３に基づいて説明する。図１４乃至図１９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１１に基づいて説明する。まず、図４に示す
ように、所定厚さの銅等よりなる金属板２５をダイ２６
の上にセットし、この金属板２５に形成すべきインク吐
出口１４のピッチに合わせてパンチ２７で図５に示すよ
うに孔２８を形成する。具体的には、金属板２５の厚さ
が５０μｍであり、孔２８の直径が３５μｍである。こ
のようにして孔２８を形成した金属板２５を洗浄してか
らその金属板２５の両面に図６に示すようにドライフィ
ルム２９が接着される。このドライフィルム２９の少な
くとも一面は、感光性のレジストフィルム３０である。
勿論、両面を感光性のレジストフィルム３０としても良
い。

【００１１】このように感光性のレジストフィルム３０
が接着された面に、図７に示すようにマスク３１を接合
して露光する。このマスク３１には、前記孔２８と同一
ピッチでそれらの孔２８の孔径よりも大きい開口３２が
形成されている。このように露光した後に現像し、感光
性のレジストフィルム３０をエッチングする。これによ
り、図８に示すように、感光性のレジストフィルム３０
には、中心が前記孔２８の中心に一致したレジスト開口
３３が形成される。これらのレジスト開口３３の直径
は、後述するエッチング工程でのエッチングされる量に
より定められるが、前記孔２８よりわずかに大きい状態
に設定される。

【００１２】このようにレジスト開口３３が形成された
金属板２５は、エッチャントに浸漬されて露出している
金属面がエッチングされ、結果として図９に示されるよ
うに、テーパ孔３４が形成される。エッチャントとして
は、硝酸を所定の濃度、温度に調整したものが使用され
る。しかして、前述のテーパ孔３４の形状は、図１０に
示すように、レジスト開口３３の開口部分から侵食さ
れ、その侵食は時間の経過とともにドライフィルム２９
の下面にまで回り込んで進行する結果、テーパ状に形成
されるものである。

【００１３】このテーパ孔３４が所望の形状になったと
ころでエッチング処理は停止されるが、金属板２５の両
面に残されていたドライフィルム２９は、レジスト剥離
液により剥離されて図１１に示すように、テーパ状のマ
スク孔１６を備えた金属マスク１５として完成される。

【００１４】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１２に示すレーザ装置３５により加工し、
図１３に示すように、逆テーパを持ったインク吐出口１
４を３ステップで形成する。前記レーザ装置３５は、Ｘ
テーブル３６上に直線移動できるように取り付けられた
可動台３７が設けられ、この可動台３７に円弧運動する
ゴニオステージ３８が設けられ、このゴニオステージ３
８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３９が設けられ、このレーザ発振器３９から
発生したレーザ光４０は、反射鏡４１、入射レンズ４
２、スライドスコープ４３、結像レンズ４４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
３９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３５によるインク吐出口１４の形成は、図１
３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４０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４０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４０を照
射して中心部分を加工する。

【００１５】このようにしてレーザ光４０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４０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３８でヘッド本体６を傾けた状態でＸテ
ーブル３６を移動させてレーザ光４０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３８を逆方向
に回動させてからＸテーブル３６を移動させ、さらに、
３回目としてゴニオステージ３８を水平にしてＸテーブ
ル３６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４０の走査が
必要である。

【００１６】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。

【００１７】

【発明の効果】本発明は、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からレーザ光を照射し
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、所定
厚さの金属板に予め定めた所定のピッチで孔を形成し、
この金属板の両面に少なくとも一方が感光性のレジスト
フィルムよりなるドライフィルムを接着し、前記孔の位
置に合わせて感光性の前記レジストフィルムをフォトエ
ッチングしてレジストパターンを形成し、前記金属板の
孔をエッチングしてテーパ状のマスク孔を形成し、前記
金属板からドライフィルムを除去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、テーパ状に形成されているため、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】金属板に孔を形成する状態の縦断側面図であ
る。

【図５】パンチにより孔が形成された金属板の縦断側面
図である。

【図６】金属板の両面にレジストフィルムを接着した状
態の縦断側面図である。

【図７】露光マスクを接着した状態の縦断側面図であ
る。

【図８】レジストフィルムにレジスト開口が形成された
状態の縦断側面図である。

【図９】エッチングにより金属板にテーパ孔を形成した
状態の縦断側面図である。

【図１０】テーパ孔が形成される状態を説明するための
縦断側面図である。

【図１１】マスク孔が形成された金属マスクの縦断側面
図である。

【図１２】レーザ装置の全体を示す斜視図である。

【図１３】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１４】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１５】インク吐出口の断面形状を示す部分断面図で
ある。

【図１６】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１７】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１８】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１９】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 金属板 ２８ 孔 ２９ ドライフィルム ３０ レジストフィルム

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から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、所定厚さの金属
   板に予め定めた所定のピッチで孔を形成し、この金属板
   の両面に少なくとも一方が感光性のレジストフィルムよ
   りなるドライフィルムを接着し、前記孔の位置に合わせ
   て感光性の前記レジストフィルムをフォトエッチングし
   てレジストパターンを形成し、前記金属板の孔をエッチ
   ングしてテーパ状のマスク孔を形成し、前記金属板から
   ドライフィルムを除去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。