JPH1142787A - インクジェットプリンタヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高精度のインク吐出口を得ることができると
共に表面に撥水性を持たせたインクジェットプリンタヘ
ッドを得ることである。 【解決手段】 高分子材料からなるノズルプレート７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
着する工程と、前記ノズルプレート７の表面に複数のマ
スク孔を有する金属マスクを接着剤で接着する工程と、
この金属マスクの上方からレーザ光を照射して前記金属
マスクのマスク孔の部分の接着剤と前記ノズルプレート
７の高分子膜とを除去してインク吐出口を形成する工程
と、前記金属マスクを取り外す工程と、前記金属マスク
の接着剤を溶剤により除去する工程と、接着剤を除去し
た前記ノズルプレート７の表面に撥水膜４５を形成する
工程とよりなる。

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プリンタ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プリンタ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、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
ンクジェットプリンタヘッド１の構造を図１６に示す。
すなわち、このインクジェットプリンタヘッド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１７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】そこで、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１９
(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１７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１９(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２０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】

【発明が解決しようとする課題】このようにヘッド本体
に高分子材料からなるノズルプレートを接着した後に、
そのノズルプレートの表面に多数のマスク孔を有する金
属マスクを接着してレーザ光照射によりテーパ付きの多
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
プリンタヘッドの製造方法が製造上、種々の面で有利で
ある。

【０００７】しかしながら、完成したインクジェットプ
リンタヘッドにおいては、インクの付着を防止するため
にノズルプレートの表面に撥水性を持たせることが要求
される。そのため、ノズルプレートとなる部材の表面に
予め撥水処理をしておき、ヘッド本体に接着してから孔
明を行うようにすることも可能であるが、この場合に
は、ノズルプレートの表面に金属マスクを接着すること
が難しいという問題がある。そのため、接着層の厚さも
大きくなり、かつ、部分的な厚さのばらつきも生じやす
く、インク吐出口の孔径の精度が悪くなるおそれがあ
る。

【０００８】本発明は、高分子材料からなるノズルプレ
ートの表面に多数のマスク孔を有する金属マスクを接着
してレーザ光照射により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場合においても、ノズルプレー
トの表面に十分な撥水性を付与することができるインク
ジェットプリンタヘッドの製造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、
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金属マス
クを接着剤で接着する工程と、この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のマスク孔の部分
の接着剤と前記ノズルプレートの高分子膜とを除去して
インク吐出口を形成する工程と、前記金属マスクを取り
外す工程と、前記金属マスクの接着剤を溶剤により除去
する工程と、接着剤を除去した前記ノズルプレートの表
面に撥水膜を形成する工程とよりなる。従って、ノズル
プレートの表面には、接着剤を除去した後に撥水膜が形
成されるため、接着剤除去時にノズルプレートの表面が
酸等により侵されて撥水性をなくしていても撥水膜によ
り確実にインクの付着を防止することができ、また、ノ
ズルプレートの表面に撥水膜がない状態で金属マスクが
接着されるため、接着剤の厚さのばらつきのない状態で
接着することができ、高い精度でインク吐出口を形成す
ることができる。

【００１０】請求項２記載の発明は、ヘッド本体の各溝
に気体加圧手段を接続し、各インク吐出口から気体を噴
射させながらノズルプレートの表面に撥水膜を形成する
ようにした。従って、撥水膜形成時にインク吐出口が目
詰まりすることがなく、ミスディレクションのおそれの
ないインクジェットプリンタヘッドを得ることができ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態を図１乃至
図１５に基づいて説明する。図１６乃至図２０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。

【００１２】ついで、前記金属マスク１５は種々の方法
により製作されたものを使用することが可能であるが、
その形成方法の一例を図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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【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、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。

【００１９】ついで、ノズルプレート７の表面には、図
１４に示すように、撥水膜４５が形成される。この撥水
膜４５の形成に当っては、図１５に示すように、容器４
６内に蓄えられた溶液４７、具体的には、ＩＮＴスクリ
ーン製ＩＮＴ３０３溶液にデッピングする。この場合、
ヘッド本体６の溝８に気体加圧手段から空気や窒素等の
気体を送り込んでインク吐出口１４から噴出させ、さら
に、溶液４７から取り出して乾燥させる状態においても
気体の噴出は乾燥終了まで継続させる。乾燥したら、１
４０℃のオーブンに４０分入れて架橋させる。これによ
り、インク吐出口１４の孔詰まりがない状態で撥水膜４
５を形成することができる。

【００２０】

【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金属マスクを接着剤で接
着する工程と、この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のマスク孔の部分の接着剤と前記
ノズルプレートの高分子膜とを除去してインク吐出口を
形成する工程と、前記金属マスクを取り外す工程と、前
記金属マスクの接着剤を溶剤により除去する工程と、接
着剤を除去した前記ノズルプレートの表面に撥水膜を形
成する工程とよりなるので、ノズルプレートの表面に
は、接着剤を除去した後に撥水膜が形成されるため、接
着剤除去時にノズルプレートの表面が酸等により侵され
て撥水性をなくしていても撥水膜により確実にインクの
付着を防止することができ、また、ノズルプレートの表
面に撥水膜がない状態で金属マスクが接着されるため、
接着剤の厚さのばらつきのない状態で接着することがで
き、高い精度でインク吐出口を形成することができると
いう効果を有する。

【００２１】請求項２記載の発明は、ヘッド本体の各溝
に気体加圧手段を接続し、各インク吐出口から気体を噴
射させながらノズルプレートの表面に撥水膜を形成する
ようにしたので、撥水膜形成時にインク吐出口が目詰ま
りすることがなく、ミスディレクションのおそれのない
インクジェットプリンタヘッドを得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】撥水膜を形成して完成した状態のヘッド本体
の縦断側面図である。

【図１５】ノズルプレートの表面に撥水膜を形成してい
る状態を示す縦断側面図である。

【図１６】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１７】インク吐出口の断面形状を示す部分断面図で
ある。

【図１８】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１９】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２０】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 １４ インク吐出口 １５ 金属マスク １６ マスク孔 １７ 接着剤 ２２ 接着剤 ４０ レーザ光 ４５ 撥水膜

Claims (2)

【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
   有する金属マスクを接着剤で接着する工程と、この金属
   マスクの上方からレーザ光を照射して前記金属マスクの
   マスク孔の部分の接着剤と前記ノズルプレートの高分子
   膜とを除去してインク吐出口を形成する工程と、前記金
   属マスクを取り外す工程と、前記金属マスクの接着剤を
   溶剤により除去する工程と、接着剤を除去した前記ノズ
   ルプレートの表面に撥水膜を形成する工程とよりなるこ
   とを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの製造方
   法。
2. 【請求項２】 ヘッド本体の各溝に気体加圧手段を接続
   し、各インク吐出口から気体を噴射させながらノズルプ
   レートの表面に撥水膜を形成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プリンタヘッドの
   製造方法。