(57)【要約】      （修正有）【課題】アモルファスカーボンを用いた高精度なインクジェット記録ヘッドの製造方法を提供する。【解決手段】ＬＩＧＡプロセス、Ｓｉプロセスなどのリソグラフィー工程で作成した母型３０上に、Ｎｉ電鋳などの手法を用いて金型３２を形成する。熱可塑性樹脂１２を下型３４に流し込み、この上に金型３２を上型としてプレスし、ステップ＆リピートで金型３２を順次送りプレスすることで熱可塑性樹脂１２上にノズルプレート１０の形状を形成する。金型３２、下型３４を加熱し、熱可塑性樹脂１２が軟化するＢステージ（ゲル化した状態）まで温度を上げて金型３２でスタンピング（インプリント）することによってノズル１４、インク流路１６、チャンバー１８を形成する。熱可塑性樹脂１２は例えばアミドイミドやＰＰＳなどの線膨張係数の小さい熱可塑性樹脂をバインダとして、アモルファスカーボン粒子をフィラー剤に添加したものを用いる。【選択図】図１
2006007712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂でノズル及びチャンバープレートを形成するインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、
前記熱可塑性樹脂にはアモルファスカーボンをフィラー剤として添加し、
前記ノズル及びチャンバープレートは、前記熱可塑性樹脂上に、リソグラフィー工程で成形された母型から作成した微細金型でスタンピングし一体形成したことを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記熱可塑性樹脂に添加するフィラー剤は、
平均粒径５μｍ以下のアモルファスカーボン粒子を
重量比で３０％〜９５％添加することを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項３】
保護シートの上に前記熱可塑性樹脂の層を形成し、前記ノズル及びチャンバープレートの成型を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項２に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記保護シートと前記熱可塑性樹脂の間に撥水層を設けたことを特徴とする請求項３に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット記録ヘッドの製造方法に関し、特に熱可塑性樹脂でノズル及びチャンバープレートを形成するインクジェット記録ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクジェットノズルは、高画質に伴って、微細なサイズと高精度を要求されている。同時に高速化のためにインクジェット記録ヘッド自体のサイズの拡大が求められている。また当然のことながら低コストであることも要求されており、これらを達成するインクジェットノズルの作成方法として各種の方式、材料が提案されている。
【０００３】
例えばアモルファスカーボンは耐摩耗性、耐薬品性（耐インク性など）に優れており、化学的に安定した強度も期待できる材料であることが既に知られている。これをノズルプレートの素材に用いるインクジェット記録ヘッドが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかしアモルファスカーボンでプレートを形成した後、レーザーでノズル孔を開口する方式のため、微細な形状の加工はノズルの高密度化が進むほどノズル数増加に伴う加工時間の増大によりコストアップの要因となる。
【０００５】
また樹脂でプレートを形成した後、熱処理によって樹脂をアモルファスカーボン化する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
しかし、樹脂をアモルファスカーボン化するための熱処理により、樹脂の寸法に２０％前後の収縮が発生するため、処理後に得られるプレートの寸法精度に大きな影響を及ぼすことになり、微細な構造を精密加工で形成するのは困難となる。
【０００７】
また最近では処理の高速化のために紙幅のサイズを持つ大型ヘッドの要求があるが、ヘッドが大型化すれば要求される加工精度は更に厳しくなり、加えてコストも増大してしまう。
【０００８】
本発明は、微細金型を使った成型でアモルファスカーボンを素材としてインクジェットノズルの形成に使う場合、熱処理による樹脂の収縮を防ぎ高精度で低コストな樹脂成形を行うことを目的としている。
【特許文献１】特開平１０  ―１３８４９６号公報    （図１、第４〜５頁）
【特許文献２】特開平１０  ―  ２４５９５号公報    （図１、第２〜３頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記事実を考慮し、アモルファスカーボンを用いた高精度なインクジェット記録ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法は、熱可塑性樹脂でノズル及びチャンバープレートを形成するインクジェット記録ヘッドの製造方法であって、前記熱可塑性樹脂にはアモルファスカーボンをフィラー剤として添加し、前記ノズル及びチャンバープレートは、前記熱可塑性樹脂上に、リソグラフィー工程で成形された母型から作成した微細金型でスタンピングし一体形成したことを特徴とする。
【００１１】
上記構成の発明では、熱可塑性樹脂にアモルファスカーボンをフィラー剤として添加したことにより、耐摩耗性、耐薬品性（耐インク性など）に優れ、化学的に安定しているアモルファスカーボンの特性を備えながら焼成の必要ない熱可塑性樹脂でスタンピングによりノズル及びチャンバープレートを形成し高精度で長尺、低コストなインクジェット記録ヘッドを作ることができる。
【００１２】
請求項２に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法は、前記熱可塑性樹脂に添加するフィラー剤は、平均粒径５μｍ以下のアモルファスカーボン粒子を重量比で３０％〜９５％添加することを特徴とする。
【００１３】
上記構成の発明では、アモルファスカーボンの特性を損なう事が無く、かつ所望の線膨張係数の材料を得られる熱可塑性樹脂とすることができる。
【００１４】
請求項３に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法は、保護シートの上に前記熱可塑性樹脂の層を形成し、前記ノズル及びチャンバープレートの成型を行うことを特徴とする。
【００１５】
上記構成の発明では、金型がスタンピングの際に下型と衝突して損傷する、あるいはノズル孔の形成時に熱可塑性樹脂がノズルの周囲でバリを形成したりする故障を防ぐことが出来る。
【００１６】
請求項４に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法は、前記保護シートと前記熱可塑性樹脂の間に撥水層を設けたことを特徴とする。
【００１７】
上記構成の発明では、ノズル孔を除くノズルプレートのインク吐出面を撥水層で覆うことになるので、ノズルプレートのインク吐出面へのインク滴の付着による吐出性能の劣化などを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は上記構成としたので、アモルファスカーボンを用いた高精度なインクジェット記録ヘッドの製造方法とすることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１には、本発明の第１実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法が示されている。
【００２０】
まず図１（ａ）に示されているように、ＬＩＧＡプロセス、Ｓｉプロセスなどのリソグラフィー工程で母型３０を作成する。母型３０は微細で深い（アスペクト比の高い）凹凸にも対応できるＬＩＧＡプロセスなどでＰＭＭＡなどの素材を加工して作る、または感光性ガラスで作る、あるいはフォトリソグラフィとドライエッチングでＳｉ基板を加工する等の手法で形成することが望ましい。この母型３０は完成するノズルプレート１０と略同形状の雄型となる。
【００２１】
この母型３０上に、図１（ｂ）のようにＮｉ電鋳などの手法を用いて金型３２を形成する。この金型３２を雌型として、インクジェット用ノズルプレート１０を樹脂成形することができる。
【００２２】
図１（ｃ）に示されているように、熱可塑性樹脂１２を下型３４に流し込み、この上にＮｉ電鋳などの手法を用いて形成された金型３２を上型としてプレスし、ステップ＆リピートで金型３２を順次送りプレスすることで熱可塑性樹脂１２上にノズルプレート１０の形状を形成する。
【００２３】
具体的には金型３２、下型３４を加熱し、熱可塑性樹脂１２が軟化するＢステージ（ゲル化した状態）まで温度を上げて金型３２でスタンピング（インプリント）することによってノズル１４、インク流路１６、チャンバー１８を形成する。金型３２の位置をずらしながら何度もスタンピングを繰り返せば長尺ヘッドにも対応することができる。
【００２４】
ここで用いる熱可塑性樹脂１２は例えばアミドイミドやＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）などの線膨張係数の小さい熱可塑性樹脂をバインダとして、アモルファスカーボン粒子をフィラー剤に添加したものを用いる。これにより熱可塑性樹脂１２はアモルファスカーボン粒子を適度に含有しているため、アモルファスカーボンの持つ優れた耐摩耗性、耐薬品性を備え、化学的に安定し高い強度を持つ。
【００２５】
熱可塑性樹脂１２上にノズルプレートの形状が形成され、下型３４を冷却して熱可塑性樹脂１２が硬化したのち離型すると図１（ｄ）のように、ノズル１４、インク流路１６、チャンバー１８を備えたノズルプレート１０の形状に加工された熱可塑性樹脂１２が得られる。
【００２６】
図２（ａ）は完成時のインクジェット用ノズルプレート１０の平面図であり、インク吐出方向から見てノズル１４、インク供給路１６の位置関係が示されている。破線Ａ−Ａ’の断面を図２（ｂ）に示す。図１（ｃ）に記載したスタンピングの際は金型３２を一定量だけ送りながらスタンピングを繰り返すことで図２（ａ）のようなノズルプレート１０が形成される。図２（ａ）には４列のノズル１４が形成されているが、金型３２を順次送りながらスタンピングを繰り返すことでノズル１４を大量に形成できるのは言うまでもない。
【００２７】
図３には、本発明の第１実施形態に係る熱可塑性樹脂のフィラー剤添加率と線膨張係数の関係が示されている。
【００２８】
第１実施例に用いられる熱硬化性樹脂１２は、例えばフェノール樹脂にアモルファスカーボン粒子をフィラー剤として添加したものを用いる。一般的なフィラー剤の粒径は０．５〜１０μmであるが、本実施例のアモルファスカーボン粒子の場合は５μm以下が好ましい。粒径が５μmを超えると、アモルファスカーボンとしての特性（耐摩擦性、耐衝撃性等）を損なう恐れがあると同時に、加工時の粒槐の脱落等の恐れもあり、微細化・高精度化が進むノズルを作る上で好ましくないので、本実施例では粒径５μｍ以下のものを用いる。
【００２９】
樹脂へのフィラー添加率はアモルファスカーボンの特性を損なう事が無く、かつ所望の線膨張係数（０．００２％以下）の材料を得られる添加率として、フィラー剤（アモルファスカーボン）の添加率は重量比で３０〜９５％（図中の斜線範囲）であるが、本実施例のようにインプリントを行う場合、加工性などを考慮に入れるとアモルファスフィラーの添加率は５０〜９０%程度が好適である。Ｎｉ電鋳などで作ったナノ金型を用いるＮＩＰ（ナノインプリント）の場合、添加率が９５％を超えるとノズル周辺が荒れる可能性があるため、添加率を上記の範囲に収めるのが望ましい。
【００３０】
図４には、本発明の第２実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法が示されている。
【００３１】
まず図４（ａ）に示されているように、ＬＩＧＡプロセス、Ｓｉプロセスなどのリソグラフィー工程で母型３０を作成する。母型３０は微細で深い（アスペクト比の高い）凹凸にも対応できるＬＩＧＡプロセスなどでＰＭＭＡなどの素材を加工して作る、または感光性ガラスで作る、あるいはフォトリソグラフィとドライエッチングでＳｉ基板を加工する等の手法で形成することが望ましい。この母型３０は完成するノズルプレート１０と略同形状の雄型となる。
【００３２】
この母型３０上に、図４（ｂ）のようにＮｉ電鋳などの手法を用いて金型３２を形成する。この金型３２を雌型として、インクジェット用ノズルプレート１０を樹脂成形することができる。この段階までは第１実施例と差異はない。
【００３３】
次に図４（ｃ）に示されているように、保護シート（犠牲層）３６上に熱可塑性樹脂１２の層を形成し、この熱可塑性樹脂１２の層上にＮｉ電鋳などの手法を用いて形成された金型３２を上型としてプレスし、ステップ＆リピートで金型３２を順次送りプレスすることで熱可塑性樹脂１２上にノズルプレート１０の形状を形成する。
【００３４】
具体的には図４（ｄ）のように金型３２、下型３４を加熱し、熱可塑性樹脂１２が軟化するＢステージ（ゲル化した状態）まで温度を上げて金型３２でスタンピング（インプリント）することによってノズル１４、インク流路１６、チャンバー１８を形成する。金型３２の位置をずらしながら何度もスタンピングを繰り返せば長尺ヘッドにも対応することができる。
【００３５】
このとき、金型３２がスタンピングの際に下型３４と衝突し、ノズル１４の孔を形成する突起などが下型３４との衝突で損傷する、あるいはノズル１４孔の形成時に熱可塑性樹脂１２がノズル１４の周囲でバリを形成したりする故障が考えられる。
【００３６】
本実施例では図４（ｅ）のように保護シート３６を熱可塑性樹脂１２の下に設けたことで、金型３２が直接、下型３４と接触することはなく、ノズル１４の孔を形成する突起なども保護シート３６に留まり、下型３４まで達することはない。
【００３７】
保護シート３６はノズルプレート１０の形成後、完全に除去することでノズルプレート１０の吐出面側に影響を与える恐れはない。
【００３８】
図５には、本発明の第３実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法が示されている。
【００３９】
まず、ＬＩＧＡプロセス、Ｓｉプロセスなどのリソグラフィー工程で母型を作成する。母型は微細で深い（アスペクト比の高い）凹凸にも対応できるＬＩＧＡプロセスなどでＰＭＭＡなどの素材を加工して作る、または感光性ガラスで作る、あるいはフォトリソグラフィとドライエッチングでＳｉ基板を加工する等の手法で形成することが望ましい。この母型は完成するノズルプレート１０と略同形状の雄型となる。
【００４０】
この母型上に、Ｎｉ電鋳などの手法を用いて金型３２を形成する。この金型３２を雌型として、インクジェット用ノズルプレート１０を樹脂成形することができる。この段階までは第１および第２実施例と差異はない。
【００４１】
次に図５（ａ）に示されているように、保護シート（犠牲層）３６上に撥水層３８を設け、この上に熱可塑性樹脂１２の層を形成する。撥水層３８は、例えば弗素系樹脂からなる層であり、ノズルプレート１０のインク吐出面を撥水性の面で覆うことにより、インク滴の付着による吐出性能の劣化を防ぐ。
【００４２】
図５（ｂ）のように、上記の熱可塑性樹脂１２の層上にＮｉ電鋳などの手法を用いて形成された金型３２を上型としてプレスし、ステップ＆リピートで金型３２を順次送りプレスすることで熱可塑性樹脂１２上にノズルプレート１０の形状を形成する。
【００４３】
具体的には金型３２、下型３４を加熱し、熱可塑性樹脂１２が軟化するＢステージ（ゲル化した状態）まで温度を上げて金型３２でスタンピング（インプリント）することによってノズル１４、インク流路１６、チャンバー１８を形成する。金型３２の位置をずらしながら何度もスタンピングを繰り返せば長尺ヘッドにも対応することができる。
【００４４】
このとき、金型３２がスタンピングの際に下型３４と衝突し、ノズル１４の孔を形成する突起などが下型３４との衝突で損傷する、あるいはノズル１４孔の形成時に熱可塑性樹脂１２がノズル１４の周囲でバリを形成したりする故障を防ぐため図５（ｃ）のように保護シート３６を熱可塑性樹脂１２の下に設けたことで、金型３２が直接、下型３４と接触することはなく、ノズル１４の孔を形成する突起なども保護シート３６に留まり、下型３４まで達することを防ぐのは第２実施例と同様である。
【００４５】
本実施例では保護シート３６と熱可塑性樹脂１２の間に撥水層３８を設け、ノズルプレート１０の形成後に保護シート３６を撥水層３８で剥離・除去することにより、図５（ｄ）のようにノズル１４を除くノズルプレート１０のインク吐出面を撥水層３８で覆うことができる。これによってノズルプレート１０のインク吐出面へのインク滴の付着による吐出性能の劣化などを防ぐ。加工後に撥水コーティングを行うなどの加工法に比較すれば、ノズルプレート１０の成形と同時に撥水層が形成され、またノズル１４を塞いでしまう恐れもないので効率がよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図２】本発明の第１形態に係るインクジェット記録ヘッドの構造を示す図である。
【図３】本発明の第１形態に係るインクジェット記録ヘッドの素材におけるフィラー剤添加率と線膨張係数の関係を示す図である。
【図４】本発明の第２形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図５】本発明の第３形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０    ノズルプレート
１２    熱可塑性樹脂
１４    ノズル
１６    インク流路
１８    チャンバー
３０    母型
３２    金型
３４    下型
３６    保護シート
３８    撥水層
【図１】
2006007712.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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