(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを噴射するノズルが形成されたノズルプレートの製造方法において、
基板上の少なくとも前記ノズルを形成する部位の周囲に、撥水・撥油性材料により複合共析メッキ可能な金属膜を形成する膜形成工程と、
この膜形成工程を終えた前記基板および前記金属膜に前記基板および前記金属膜を貫通するノズルを形成するノズル形成工程と、
このノズル形成工程により前記ノズルが形成された前記基板の前記金属膜を前記撥水・撥油性材料により複合共析メッキするメッキ工程と、
を有することを特徴とするノズルプレートの製造方法。
【請求項２】
前記撥水・撥油性材料は、フッ素系の樹脂であることを特徴とする請求項１に記載のノズルプレートの製造方法。
【請求項３】
前記メッキ工程は、無電解メッキ手段により前記金属膜を前記撥水・撥油性材料により複合共析メッキすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のノズルプレートの製造方法。
【請求項４】
前記ノズル形成工程の後に、前記金属膜の上に再度その金属膜を形成する工程を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載のノズルプレートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノズルから被記録媒体にインク液液を噴射して記録を行うインクジェット記録ヘッドに用いられるノズルプレートの製造方向に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ノズルから被記録媒体にインク液滴を噴射して記録を行うインクジェット記録装置では、ノズル周囲のインクの濡れによってインク液滴の飛翔方向にズレが生じるという問題がある。そこで、そのような問題を解決するために、ノズルプレートの表面に撥水・撥油処理を施すことが行われている。その撥水・撥油処理を施す方法として図６に示すものが知られている（特開平６−２４６９２１号公報）。この方法では、最初にノズル５３が形成されたノズルプレート５０の表面５１に光により硬化する感光性樹脂フィルム４０を貼着し、また、裏面５２に光により硬化する液状の感光性樹脂剤４１をノズル５３の内部に入り込むように塗布する（図６（Ａ））。次に、ノズルプレート５０の裏面５２の全面に紫外線４３を照射して（図６（Ｂ））、裏面５２とノズル５３内の感光性樹脂剤４１を硬化させる一方、ノズル５３を通して表面５１に達した紫外線４３によってノズル５３の直上部分の感光性樹脂フィルム４０を、少なくともノズル径ｄに相当する大きさからノズル径ｄの１．４倍を越えない程度の大きさに硬化させて、栓体部４２と膨大部４４とを形成する。
【０００３】
次に、表面５１の感光性樹脂フィルム４０のうち、その未露光部分４０ａを溶剤により除去し（図６（Ｃ））、膨大部４４を型としてノズルプレート５０の表面５１に撥インク性の共析メッキ層４５を形成する（図６（Ｄ））。そして最後に、ノズルプレート５０の裏面５２およびノズル５３内で硬化している感光性樹脂剤４１を溶剤により除去することにより、ノズルプレート５０の表面５１に撥インク性の共析メッキ層４５を形成する（図６（Ｅ））。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のものでは、紫外線の照射により硬化して形成される膨大部４４の端部をノズル５３の周縁５３ａに一致するように膨張させるのが困難である。したがって、図６（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、膨大部４４の大きさが、ノズル径ｄを越える場合は、その膨大部４４を溶剤により除去すると、膨大部４４がノズル５３の周縁５３ａを越えた部分５３ｂに共析メッキ層４５が形成されないという問題がある。つまり、ノズルの周囲に撥水・撥油処理を施すことができない部分が発生するおそれがあり、そのノズルプレートを用いて記録ヘッドを製造すれば、ノズル周囲がインクによって濡れ、インク液滴の飛翔方向がずれて記録品質が低下するという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、ノズルの周囲に撥水・撥油処理が施されていない部分が発生するおそれのないノズルプレートの製造方法を実現することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、インクを噴射するノズルが形成されたノズルプレートの製造方法において、基板上の少なくとも前記ノズルを形成する部位の周囲に、撥水・撥油性材料により複合共析メッキ可能な金属膜を形成する膜形成工程と、この膜形成工程を終えた前記基板および前記金属膜に前記基板および前記金属膜を貫通するノズルを形成するノズル形成工程と、このノズル形成工程により前記ノズルが形成された前記基板の前記金属膜を前記撥水・撥油性材料により複合共析メッキするメッキ工程と、を有するという技術的手段を採用する。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のノズルプレートの製造方法において、前記撥水・撥油性材料は、フッ素系の樹脂であるという技術的手段を採用する。
【０００８】
請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載のノズルプレートの製造方法において、前記メッキ工程は、無電解メッキ手段により前記金属膜を前記撥水・撥油性材料により複合共析メッキするという技術的手段を採用する。
【０００９】
請求項４に記載の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載のノズルプレートの製造方法において、前記ノズル形成工程の後に、前記金属膜の上に再度その金属膜を形成する工程を有するという技術的手段を採用する。
【００１０】
【作用】
請求項１ないし請求項４に記載の発明では、膜形成工程において基板上の少なくともノズルを形成する部位の周囲に、撥水・撥油性材料により複合共析メッキ可能な金属膜を形成し、ノズル形成工程において基板および金属膜に基板および金属膜を貫通するノズルを形成し、メッキ工程において基板の金属膜を撥水・撥油性材料により複合共析メッキする。つまり、基板に金属膜を形成してからノズルを形成するため、ノズルの周縁に至るまで金属膜を形成することができる。そして、その金属膜を撥水・撥油性材料により複合共析メッキするため、ノズルの周縁に至るまで複合共析メッキすることができる。したがって、ノズルの周囲に撥水・撥油性材料が形成されていない部分が存在することにより、ノズルの周囲がインクで濡れ、ノズルから噴射されるインク液滴の飛翔方向がずれるおそれがない。
【００１１】
フッ素系の樹脂は、ノズルから噴射されるインク液滴に対して高い撥水・撥油性を有するため、請求項２に記載の発明のように、撥水・撥油性材料として、フッ素系の樹脂を用いることが望ましい。
【００１２】
また、無電解メッキ手段は、電源や電極などの装置が不要であるなど、電解メッキ手段よりもメッキが容易であるため、請求項３に記載の発明のように、上記メッキ工程は、無電解メッキ手段により上記金属膜を上記撥水・撥油性材料により複合共析メッキする工程とすることが望ましい。
【００１３】
さらに、複合共析メッキ層は、膜厚が薄すぎると、ノズル周囲の撥水・撥油性が不十分となり、厚すぎると、ノズルの周縁から内側に複合共析メッキ層が突出してノズル径の精度に影響するため、所定の膜厚に形成することが要求されるが、上記膜形成工程において形成された膜の膜厚が薄い場合に、請求項４に記載の発明のように、上記ノズル形成工程の後に、上記金属膜の上に再度その金属膜を形成する工程を有することにより、金属膜を上記所定の膜厚にすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態について図１ないし図４を参照して説明する。図１は本第１実施形態のノズルプレートの製造方法の製造工程を示す工程図であり、図２（Ａ）ないし（Ｃ）は図１に示す各製造工程におけるノズルプレートの断面説明図である。図３はノズルの加工に用いるレーザ加工装置の説明図である。図４は基板にエキシマレーザビームが照射されている様子を示す説明図である。
【００１５】
最初に、基板の表面に金属膜を形成する膜形成工程について説明する。金属膜を形成する材料としては、ニッケル、銅、亜鉛、錫などが用いられ、好ましくは、ニッケル、ニッケル−コバルト合金、ニッケル−リン合金、ニッケル−ホウ素合金などのニッケル合金が、表面硬度、耐磨耗性に優れている理由から選択される。そして、その選択したニッケル合金を金属蒸着法により、基板１２の表面１２ａに蒸着し、図２（Ａ）に示すように、金属膜１４を形成する（工程１００）。
【００１６】
本実施形態では、金属膜１４の膜厚は、０．０５μｍから１μｍの範囲である。また、基板１２を形成する材料としては、耐熱性高分子材料が、融点および軟化点が高く、かつ、高温で機械的強度が高く、耐酸素性、耐薬品性も大きいという理由で用いられる。その中でも好適には、ポリイミドが、３００゜Ｃ以上の高温での連続使用に耐え得るという理由で用いられる。本実施形態では、基板１２の厚さは、７５μｍである。
【００１７】
次に、上記膜形成工程により、金属膜が形成された基板上にノズルを形成するノズル形成工程について説明する。ノズルの加工は、図３に示すレーザ加工装置を用いて行う。レーザ光源には、エキシマレーザビームを発射するエキシマレーザ光源２１を用いる。ノズルプレート１２は、加工テーブル３１の上にセットされており、加工テーブル３１を図示しない移動機構により移動させることにより、ノズルの加工位置を調整する。エキシマレーザ光源２１を起動すると、エキシマレーザ光源２１からエキシマレーザビーム２２が発射され、この発射されたエキシマレーザビーム２２は、ベンドミラー２３によって反射され、ビームエキスパンダ２４に入射される。
【００１８】
ビームエキスパンダ２４に入射されたエキシマレーザビーム２２は、ビームエキスパンダ２４により拡大されて出射される。ビームエキスパンダ２４から出射されたエキシマレーザビーム２２は、ホモジナイザ２５に入射され、ホモジナイザ２５は、入射されたエキシマレーザビーム２２を複数のエキシマレーザビーム２２に分割するとともに、それらの分割されたエキシマレーザビーム２２をそれぞれ集光して出射する。ホモジナイザ２５から出射されたエキシマレーザビーム２２は、ベンドミラー２６によって反射され、マスク２７に入射される。マスク２７は、入射されたエキシマレーザビーム２２をノズル形状に対応した形状のパターンに形成して出射する。
【００１９】
マスク２７から出射されたエキシマレーザビーム２２は、フィールドレンズ２８に入射され、フィールドレンズ２８は、入射されたエキシマレーザビーム２２を平行光線に変えて出射する。フィールドレンズ２８から出射されたエキシマレーザビーム２２は、ベンドミラー２９によって反射され、結像光学系３０に入射される。結像光学系３０は、入射されたエキシマレーザビーム２２を図４に示すように、ノズルプレート１２上に結像する。そして、ノズルプレート１２のエキシマレーザビーム２２が照射された部分は、エキシマレーザビーム２２のアブレーション現象によってポリイミドの分子が光分解して飛散し、図２（Ｂ）に示すように、ノズルプレート１２および金属膜１４を貫通したノズル１８が形成される（工程２００）。金属膜１４を形成した後でノズル１８を形成するため、金属膜１４は、ノズル１８のインク吐出側の周縁１８ａに至るまで形成されている。なお、本実施形態では、エキシマレーザビーム２２として２４８ｎｍの波長を有するＫｒＦエキシマレーザビームが用いられる。
【００２０】
次に、上記ノズル形成工程により、ノズルが形成された基板１２の金属膜に複合共析メッキを施すメッキ工程について説明する。本実施形態では、撥水・撥油性材料として、撥水・撥油性に優れたフッ素系高分子材料を用いるが、その中でも、好ましくは、ポリテトラフルオロエチエン（以下、ＰＴＦＥと略称する）、ポリパーフルオロアルコキシブタジエン（ＰＦＡ）、ポリフルオロビニリデン、ポリフルオロビニルなどを撥水・撥油性が高い理由により、単独、あるいは、それらを混合して用いる。
【００２１】
また、インクジェット記録装置に用いるインクには、Ｌｉ+ 、Ｎａ+ 、Ｋ+ 、Ｃａ2+、Ｃｌ- 、ＳＯ4 - 、ＳＯ3 - 、ＮＯ3 - 、ＮＯ2 - などのイオンが不純物として混入しているため、複合共析メッキの方法としては、それらのイオン種の影響を受け難く、かつ、耐久性の高い電解法を用いる。電解法、無電解法のいずれを用いることもできるが、本実施形態では、電極や電源などの装置を必要とせず、容易に複合共析メッキを行うことができるという理由から、無電解法を用いる。
【００２２】
本実施形態では、電解液の組成は、硫酸ニッケルが２４０ｇ／ｌ、塩化ニッケルが４５ｇ／ｌ、ホウ酸が３５ｇ／ｌであり、ｐＨが４．０ないし４．５、メッキ温度が６０゜Ｃである。そして、基板１２を上記組成の電解液中に浸漬し、電解液を攪拌しながら基板１２の金属膜１４に複合共析メッキを施す（工程３００）。その結果、図２（Ｃ）に示すように、金属膜１４上に複合共析メッキ層１６が形成されたノズルプレート１０を製造することができた。そして、複合共析メッキ層１６は、金属膜１４上にまんべんなく形成され、ノズル１８のインク吐出側の周縁１８ａに至るまで複合共析メッキ層１６が形成されていることが分かった。つまり、ノズル１８の周囲には、複合共析メッキされていない部分が存在していないことが分かった。
【００２３】
以上のように、本第１実施形態のノズルプレートの製造方法によれば、金属膜が形成された基板１２にノズル１８を形成するため、ノズル１８の周縁１８ａに至るまで金属膜１４を形成することができ、その金属膜１４に撥水・撥油性材料を複合共析メッキするため、ノズル１８の周縁１８ａに至るまで複合共析メッキすることができる。したがって、上記ノズルプレートの製造方法により製造されたノズルプレート１０を用いて記録ヘッドを製造すれば、ノズル１８の周囲がインクで濡れることがないため、ノズル１８から噴射されるインク液滴の飛翔方向がずれることがなく、記録品質の高い記録ヘッドを実現することができる。
【００２４】
次に、本発明第２実施形態のノズルプレートの製造方法について図５の工程図を参照して説明する。複合共析メッキ層１６は、膜厚が薄すぎると、ノズル１８の周囲の撥水・撥油性が不十分となり、厚すぎると、周縁１８ａから内側に複合共析メッキ層１６が突出してノズル１８の径の精度に影響するため、複合共析メッキ層１６の膜厚は、第１実施形態で述べたように０．０５μｍないし１μｍに設定する。しかし、上記膜形成工程１００により形成される金属膜１４の膜厚が０．０５μｍを下回る場合が考えられる。
【００２５】
そこで、そのような場合には、工程２００でノズルを加工した後に、金属膜１４の上にニッケル合金を無電解メッキし（工程２１０）、金属膜１４の膜厚を０．０５μｍないし１μｍの範囲に入るようにする。そして、その金属膜に第１実地形態と同様に複合共析メッキを施す（工程３００）。このように、本第２実施形態のノズルプレートの製造方法によれば、膜形成工程１００により形成した金属膜１４の膜厚が目標値に満たなかった場合でも、ノズルを加工した後にニッケル合金を無電解メッキすることにより、目標の膜厚にすることができる。
【００２６】
なお、上記各実施形態では、複合共析メッキを施す方法として、無電解メッキ法を用いたが、電解メッキ法を用いることもできる。この場合に用いる陰極の電流密度は、たとえば、３Ａ／ｄｍ3 である。また、本発明のノズルプレートの製造方法は、ピエゾ素子を用いた電気機械変換式、発熱素子を用いた電気熱変換式などの、いわゆるオンデマンド方式のインクジェット記録装置など、ノズルプレートを有する記録装置であれば、どの記録装置に用いられるノズルプレートの製造方法にも適用することができる。ところで、工程１００が本発明の膜形成工程に、工程２００がノズル形成工程に、工程３００がメッキ工程にそれぞれ対応する。また、工程３１０が請求項４に記載の工程に対応する。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、本発明のノズルプレートの製造方法によれば、ノズルの周囲に撥水・撥油処理を施すことができない部分が発生するおそれのないノズルプレートの製造方法を実現することができる。したがって、本発明により製造されたノズルプレートをたとえばインクジェット記録装置の記録ヘッドのノズルプレートに用いれば、品質の高い記録を行うことができるインクジェット記録装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１実施形態のノズルプレートの製造方法の製造工程を示す工程図である。
【図２】  （Ａ）ないし（Ｃ）は図１に示す各製造工程におけるノズルプレートの断面説明図である。
【図３】  ノズルの加工に用いるレーザ加工装置の説明図である。
【図４】  基板にエキシマレーザビームが照射されている様子を示す説明図である。
【図５】  第２実施形態のノズルプレートの製造方法の製造工程を示す工程図である。
【図６】  （Ａ）ないし（Ｅ）は従来のノズルプレートの表面処理方法製造方法の工程を示す説明図である。
【符号の説明】
１０    ノズルプレート
１２    基板
１４    金属膜
１６    複合共析メッキ層
１８    ノズル
１８ａ  ノズル周縁
２０    レーザ加工装置
２１    エキシマレーザ光源
２２    エキシマレーザビーム
２５    ホモジナイザ
３０    結像光学系
３１    加工テーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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