(57)【要約】【課題】  製造工程を簡略化して製造コストを削減しつつ、インク滴などの液滴の飛行曲がりを防止することが可能な液体噴射ヘッド、そのノズルプレート、及び、そのノズルプレート製造方法を提供する。【解決手段】  マスキング材２２を用いてノズルプレート基板１４の裏面２１を被覆し、前記マスキング材２２を被覆した後に、ノズルプレート基板１４の表面２０に撥液性の被膜層を形成し、この撥液被膜層１９が形成された表面２０からポンチ２３を押し込むポンチ加工を行うことにより、前記ノズルプレート基板１４にノズル開口１１を形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスキング材を用いてノズルプレート基板の裏面を被覆し、
前記マスキング材を被覆した後に、ノズルプレート基板の表面に撥液性の被膜層を形成し、
この撥液被膜層が形成された表面からポンチを押し込むポンチ加工を行うことにより、前記ノズルプレート基板にノズル開口を形成することを特徴とする液体噴射ヘッドのノズルプレート製造方法。
【請求項２】
前記ポンチ加工後に、ノズルプレート基板の裏面を研磨加工することにより、前記裏面にポンチにより押し出された膨隆部を除去して、前記ノズルプレート基板の厚さ方向を貫通したノズル開口を形成することを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッドのノズルプレート製造方法。
【請求項３】
前記ポンチ加工後に、ノズルプレート基板の裏面を研磨加工し、
前記裏面に被覆されたマスキング材と、ポンチにより押し出された膨隆部と、を共に除去することにより、前記ノズルプレート基板の厚さ方向を貫通したノズル開口を形成することを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッドのノズルプレート製造方法。
【請求項４】
前記ノズルプレート基板の厚さをＴとし、該ノズルプレート基板に形成されるノズル開口の直径をφＮとするとき、Ｔ≦φＮ×３の条件のもとで、前記ポンチ加工によりノズル開口を形成することを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の液体噴射ヘッドのノズルプレート製造方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れかに記載の製造方法で製造されたことを特徴とする液体噴射ヘッドのノズルプレート。
【請求項６】
請求項５に記載のノズルプレートを備えたことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット式プリンタに代表される液体噴射装置の液体噴射ヘッド、そのノズルプレート、及び、そのノズルプレート製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射装置の液体噴射ヘッドは、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられるインクジェット式記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられている色材噴射ヘッド、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等がある。
【０００３】
この種の液体噴射ヘッドは、圧力室とノズル開口とが連通されており、圧電振動子等の圧力発生素子を駆動して圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズル開口からインク滴等の液滴を吐出させるように構成されている。
【０００４】
このような液体噴射ヘッドにおいて、ノズル開口周りの状態、すなわち、ノズル開口周囲のインク等の液体の濡れの状態によっては、吐出する液滴に飛行曲がりが発生する場合がある。つまり、ノズル開口の周囲がインク等の液体で濡れていると、この部分の表面張力によって吐出時の液滴が引っ張られ、その結果、飛行曲がりが発生する。
このような飛行曲がりを防止すべく、ノズルプレートの製造時において、ノズル開口周囲のインク等の液滴の付着を無くすための撥液処理をノズルプレートの表面に施すことが一般的となっている。
【０００５】
ところが、図５（ａ）に示すように、ノズルプレート基板３０の表面３２に撥液被膜層３１を形成する際に、ノズルプレート基板３０の表面３２だけに撥液処理を施すことは非常に困難なため、その撥液被膜層３１の一部が不均一にノズル開口３４内へ回り込んでしまうことがある。例えば、この撥液被膜層３１の回り込みが、一部では深かったり（図５（ａ）の右側）、他の部分では浅かったり（図５（ａ）の左側）することがある。このように撥液被膜層３１のノズル開口３４内への回り込みが不均一となると、ノズル開口３４内周面のインク等の液体の濡れの状態が不均一となり、吐出される液滴の飛行曲がりが依然として生じる。
【０００６】
このような問題に対して、特許文献１で提案している発明は、図５（ｂ）で示すように、マスキング材としての感光性樹脂材３５を押圧してノズルプレート基板３０の表面３２からノズル開口３４内に入り込ませ、そのノズルプレート基板３０の裏面３３からも感光性樹脂材３５を被覆して、ノズル開口３４内を感光性樹脂材３５で栓をする形で、上記のようなノズル開口３４内への撥液被膜層３１の回り込みを無くしたノズルプレートの表面処理方法である。
【特許文献１】特開平６−２４６９２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記製造方法では、少なくともノズルプレート基板３０の表面３２と裏面３３との２面に感光性樹脂材３５をそれぞれ被覆しなければならず、作業工程が増加するだけでなく、マスキング材の使用量も増加してしまうので、生産効率が低下するだけでなく製造コストが上昇するという問題が生じる。そして、感光性樹脂材３５の栓を除去した後のノズル開口３４周囲に、僅かに撥液被膜層３１が被覆されていない非被覆部３６が生じることにより、ノズル開口３４周囲のインク等の液体の濡れを確実に無くすことができないため、インク滴などの液滴の飛行曲がりを確実に防止することができないという問題がある。
【０００８】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、製造工程を簡略化して製造コストを削減しつつ、インク滴などの液滴の飛行曲がりを防止することが可能な液体噴射ヘッド、そのノズルプレート、及び、そのノズルプレート製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、マスキング材を用いてノズルプレート基板の裏面を被覆し、
前記マスキング材を被覆した後に、ノズルプレート基板の表面に撥液性の被膜層を形成し、
この撥液被膜層が形成された表面からポンチを押し込むポンチ加工を行うことにより、前記ノズルプレート基板にノズル開口を形成することを特徴とする液体噴射ヘッドのノズルプレート製造方法である。
なお、ノズルプレート基板の裏面とは、圧力室などが形成された流路ユニットに接合される側の面を意味する。
【００１０】
上記製造方法によれば、前記表面に撥液被膜層を形成した後にノズル開口を形成することにより、前記ノズル開口内への撥液被膜層の回り込みと、ノズル開口周囲に撥液被膜が被覆されない非被覆部の発生とを防止することができるので、ノズル開口内周面のインク等の液体の濡れが均一になり、インク滴などの液滴の吐出に影響を及すノズル開口周囲のインク等の液体の濡れも無くなる。また、ノズル開口形成前のノズルプレート基板の裏面にマスキング材を被覆するだけで足りるので、ノズル開口内にマスキングを施す必要が無くなる。したがって、インク滴などの液滴の飛行曲がりが生じ難い液体噴射ヘッドのノズルプレートを低コストで容易に製造することができる。
【００１１】
上記製造方法において、前記ポンチ加工後に、ノズルプレート基板の裏面を研磨加工することにより、前記裏面にポンチにより押し出された膨隆部を除去して、前記ノズルプレート基板の厚さ方向を貫通したノズル開口を形成することが望ましい。
【００１２】
このように、ポンチ加工後に前記膨隆部を除去すると、貫通したノズル開口を高精度で安定した形状で形成することができる。また、ポンチ加工時のポンチへの荷重を抑えることもできる。そのため、ポンチの座屈等の不具合を防止することができ、ポンチの寿命の向上を図ることができる。
【００１３】
上記構成の製造方法において、前記ポンチ加工後に、ノズルプレート基板の裏面を研磨加工し、前記裏面に被覆されたマスキング材と、ポンチにより押し出された膨隆部と、を共に除去することにより、前記ノズルプレート基板の厚さ方向を貫通したノズル開口を形成してもよい。
【００１４】
ノズルプレート基板の裏面を研磨加工することによりマスキング材と膨隆部とを共に除去すると、マスキング材の除去を別途行う必要が無いので、作業工程の削減ができ、製造コストをさらに下げることが可能となる。
【００１５】
これらの構成において、前記ノズルプレート基板の厚さをＴとし、該ノズルプレート基板に形成されるノズル開口の直径をφＮとするとき、Ｔ≦φＮ×３の条件のもとで、前記ポンチ加工によりノズル開口を形成することが望ましい。
【００１６】
上記条件のもとでポンチ加工を行うと、ノズル開口の形状をより安定させることができ、また、ポンチの折れや座屈を可及的に防止してポンチの寿命をより向上させることができる。
【００１７】
本発明の液体噴射ヘッドのノズルプレートは、上記何れかの構成で製造され、また、液体噴射ヘッドはこのノズルプレートを備えたことを特徴とするものである。したがって、インク滴などの液滴の飛行曲がりを起こさず、製造が容易であり、コストの低減に寄与し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では液体噴射ヘッドの一形態であるインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッドという）を例に挙げて説明することにする。
図１（ａ）は記録ヘッドの断面図、図１（ｂ）は一部を省略したノズルプレートの平面図、図２（ａ）から（ｃ）は第１の実施形態におけるノズルプレートの製造工程を示した断面図、図３（ａ）は第１の実施形態のポンチ加工後のノズル下孔の断面図、図３（ｂ）は完成したノズル開口の断面図、図４（ａ）は第２の実施形態でのポンチ加工を示した図、図４（ｂ）は第２の実施形態のポンチ加工後のノズル下孔の断面図である。
【００１９】
図１に示した記録ヘッド１は、合成樹脂製のヘッドケース２と、このヘッドケース２内の収納空部８に収納される振動子ユニット３と、ヘッドケース２の先端（底面）に接合される流路ユニット４から概略構成されている。
【００２０】
上記振動子ユニット３は、櫛歯状に作製された複数の圧電振動子５と、各圧電振動子５の固定端部が接合される固定板６と、各圧電振動子５と駆動回路（図示せず）とを電気的に接合する導通線７等から構成されている。そして、圧電振動子５の自由端部の先端面は、収納空部８における流路ユニット４側の開口に臨み、流路ユニット４の圧力室９の上部に形成された島部１０に接合される。
【００２１】
この流路ユニット４は、複数のノズル開口１１が設けられたノズルプレート１３と、各ノズル開口１１と連通する複数の圧力室９が列設された流路基板１５と、各圧力室９の一部を区画する振動板１６とを備えている。そして、この流路ユニット４は、流路基板１５の一方の面にノズルプレート１３を、他方の面に振動板１６をそれぞれ接合した構成とされる。
【００２２】
流路基板１５は、例えば、シリコンウエハーによって作製され、エッチング加工することで、複数の圧力室９と、各圧力室９に導入されるインクを貯留するリザーバ１７と、各圧力室９とリザーバ１７を連通するインク供給口１８とを形成する。
【００２３】
ノズルプレート１３は、例えば、薄手のステンレス板によって作製される。このノズルプレート１３には、例えば、図１（ｂ）に示すように、ドット密度に対応したピッチで複数のノズル開口１１が列設される。なお、このノズルプレート１３の製造方法については後述する。
【００２４】
振動板１６は、ステンレス製の支持板にＰＰＳ膜等の弾性体膜を積層した二重構造を採り、各圧力室９に対応する部分の支持板が環状にエッチング加工されて、この環内に島部１０が形成され、この部分がダイヤフラム部として機能する。また、リザーバ１７に対応する部分は、支持板がエッチング加工によって排除されて弾性体膜だけのコンプライアンス部となっている。
【００２５】
したがって、このように構成された記録ヘッド１において、駆動信号が駆動回路（図示せず）から導通線７を経て圧電振動子５に入力されると、圧電振動子５の自由端部が素子長手方向に伸縮する。この自由端部の伸縮により、島部１０が圧力室９側に押されたり、その反対方向に引っ張られたりして、圧力室９の容積が変動する。この容積変動によってこの圧力室９内に貯留されているインクの圧力が変動するので、このインクの圧力を制御することで、ノズル開口１１からインク滴を吐出させることができる。
【００２６】
次に、上記のノズルプレート１３の製造方法の第１の実施形態について説明する。この実施形態では、ノズルプレート基板１４の表面２０に撥液被膜層１９を形成した後に、この撥液被膜層１９側、即ち、表面２０側からノズルプレート基板１４の厚さ方向にポンチ加工を行うことによって、ノズル開口１１を形成することを特徴とする。
【００２７】
まず、図２（ａ）に示すように、表面２０以外、すなわち、撥液被膜を施さないノズルプレート基板１４の裏面２１に、マスキング材２２を被覆する（マスキング工程）。このマスキング材２２としては、例えば、光を照射することにより硬化する感光性樹脂フィルムなどが使用される。そして、マスキングする部分（裏面２１）にこの感光性樹脂フィルムを貼着し、この部分に紫外線を照射することで、貼着された感光性樹脂フィルムをマスキング被膜として硬化させる。
【００２８】
次に、図２(ｂ)に示すように、ノズルプレート基板１４の表面２０に、撥液被膜層１９を均一に形成する（撥液被膜形成工程）。この撥液被膜には、例えば、共析メッキが使用される。この共析メッキの被覆方法は、ニッケルイオン等の金属イオンとポリテトラフルオロエチレン等の撥液性高分子樹脂の粒子を含む電解質溶液を電解し、この電解質溶液を攪拌しながら、この溶液中に電極に接続されたノズルプレート基板１４を浸漬し、表面２０に均一にメッキを付着させる。次に、そのノズルプレート基板１４に荷重を加えて反りを抑えながら、ポリテトラフルオロエチレンの融点以上、例えば３５０℃以上の温度で加熱処理して、共析メッキ層を形成する。
【００２９】
そして、表面２０に撥液被膜層１９を形成した後、裏面２１に被覆されたマスキング材２２を溶剤を用いて溶解して除去する（マスキング材除去工程）。
【００３０】
マスキング材２２を除去したならば、図２（ｃ）で示すように、例えば、円柱状の丸ポンチ２３を、撥液被膜層１９が形成された表面２０側から裏面２１側に向けて押し込むポンチ加工を行う（ポンチ工程）。このとき、ポンチ２３の先端がノズルプレート基板１４の厚さを超える深さまで押し込むと、図３（ａ）で示すように、ノズルプレート基板１４にはポンチ２３に倣った形状のノズル下孔２４が形成される。そして、このノズル下孔２４に対応する裏面２１の部分は、ポンチ２３によって押し出された膨隆部２５となる。
なお、本実施形態におけるポンチ加工では、ノズルプレート基板１４を完全に貫通しないノズル下孔２４を形成するようにしたが、これには限らず、このポンチ加工でノズル開口１１を貫通させてもよい。
【００３１】
そして、このノズルプレート基板１４の裏面２１の膨隆部２５を研磨することによって除去する（膨隆部除去工程）。この膨隆部除去工程を行うと、図３（ｂ）に示すように、膨隆部２５が除去されて、ノズルプレート基板１４の厚さ方向に貫通したノズル開口１１が形成される。
このように、ポンチ加工によってノズル下孔２４を形成した後に膨隆部２５を除去することでノズル開口１１を形成すると、ノズル開口１１を高精度で安定した形状とすることができる。また、ポンチ加工時のポンチ２３への荷重を抑えることができる。そのため、ポンチ２３の座屈等の不具合を未然に防止することができ、ポンチ２３の寿命の向上を図ることができる。
【００３２】
このように本実施形態では、ノズル開口１１の形成前にノズルプレート基板１４の裏面２１にマスキング材２２を被覆し、そのノズルプレート基板１４の表面２０に撥液被膜層１９を形成した後に、その撥液被膜層１９を形成した表面２０側から裏面２１に向けてポンチ加工を行うことによりノズル開口１１を形成するので、ノズル開口１１内への撥液被膜層１９の回り込みが発生することがなくなり、ノズル開口１１の周囲に撥液被膜層１９の非被覆部も発生しなくなる。したがって、ノズル開口１１の内周面のインクの濡れが均一になり、インク滴の吐出に影響を及すノズル開口１１の周囲のインクの濡れも無くなる。そのため、インク滴の飛行曲がりを生じ難くすることができる。
また、ノズル開口１１内への撥液被膜層１９の回り込みを防ぐために、そのノズル開口１１内にマスキング材２２を被覆する作業が必要なくなる。すなわち、ノズル開口１１の形成前のノズルプレート基板１４の平らな裏面２１にマスキング材２２を被覆するだけで良いので、ノズル開口１１内にマスキングを施す工程と費用とを削減することができる。
したがって、本実施形態のノズルプレート１３の製造方法によれば、インク滴の飛行曲がりを抑制することが可能であると共に製造コストを抑えたノズルプレート１３を容易に製造することができるといった効果を奏する。
【００３３】
次に、上記のノズルプレート１３の製造方法の第２の実施形態について説明する。本実施形態は、上記第１の実施形態におけるマスキング材除去工程を行わず、ノズルプレート基板１４の裏面２１に被覆されたマスキング材２２を膨隆部除去工程で膨隆部２５と共に除去することを特徴とする。
【００３４】
本実施形態においては、ノズルプレート基板１４の表面２０に撥液被膜層１９を形成した後、マスキング材除去工程を行わずに、図４（ａ）で示すように、ポンチ加工に移行する。このとき、ポンチ２３の先端がノズルプレート基板１４の厚さを超える深さまで押し込むと、図４（ｂ）で示すように、ノズルプレート基板１４にはポンチ２３に倣った形状のノズル下孔２４が形成され、裏面２１側にはポンチ２３によって押し出された膨隆部２５が形成される。
なお、本実施形態においても、このポンチ加工でノズル下孔２４を貫通させてもよい。
【００３５】
そして、裏面２１の膨隆部２５とマスキング材２２とを共に研磨することによって除去する（膨隆部除去工程）。これにより、ノズルプレート基板１４の厚さ方向に貫通したノズル開口１１が形成される。
【００３６】
本実施形態によれば、ノズルプレート基板１４の表面２０に撥液被膜層１９を形成した後にポンチ加工を行い、このポンチ加工で形成された膨隆部２５をマスキング材２２と共に除去するようにしたので、第１の実施形態と同様の効果を奏するのみならず、マスキング材除去工程を別途行うことが不要となり、製造コストをさらに低減することが可能となる。
【００３７】
ここで、上記各実施形態において、ノズルプレート基板１４の厚さをＴとし、このノズルプレート基板１４に形成されるノズル開口１１の直径をφＮとした場合、上記製造方法のポンチ加工の条件を、Ｔ≦φＮ×３と設定することが望ましい。その理由は、生産実験の結果から得られたもので、この条件のもとでポンチ加工を行えば、ポンチ２３の折れや座屈等で加工が失敗する虞が無いことが判明したからである。例えば、一般的なノズルプレート基板１４の厚さＴが８０μｍ、ノズル開口１１の直径Ｎが４０μｍであり、これらを用いて前記条件式に当てはめると、８０μｍ≦１２０μｍとなり、上記の条件式が成り立つため、ポンチ２３の折れや座屈等を起こすこと無くポンチ加工ができる。
【００３８】
以上のようにして製造されたノズルプレート１３を備える記録ヘッド１においては、インク滴などの液滴の飛行曲がりが生じ難くなり、その結果、記録画像におけるざらつき感や白筋（バンディング）などの画像劣化を低減することが可能となる。
【００３９】
ところで、本発明は、ノズルプレートを備える液体噴射ヘッドであれば、上記のインクジェット式記録ヘッド以外の液体噴射ヘッドにも適用できる。例えば、液晶ディスプレー等の製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップの製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】（ａ）は記録ヘッドの断面図、（ｂ）は一部を省略したノズルプレートの正面図である。
【図２】（ａ）から（ｃ）は第１の実施形態におけるノズルプレートの製造工程を示した断面図である。
【図３】（ａ）は第１の実施形態におけるポンチ加工後のノズル下孔の断面図、（ｂ）は完成したノズル開口の断面図である。
【図４】（ａ）は第２の実施形態でのポンチ加工を示した図、（ｂ）は第２の実施形態のポンチ加工後のノズル下孔の断面図である。
【図５】（ａ）は従来のノズルプレート製造時におけるノズル開口の断面図、（ｂ）は特許文献１における撥液被膜層の形成後のノズル開口の断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  記録ヘッド，２  ヘッドケース，３  振動子ユニット，４  流路ユニット，５  圧電振動子，６  固定板，７  導通線，８  収納空部，９  圧力室，１０  島部，１１  ノズル開口，１２  ノズル連通口，１３  ノズルプレート，１４  ノズルプレート基板，１５  流路基板，１６  振動板，１７  リザーバ，１８  インク供給口，１９  撥液被膜層，２０  ノズルプレート基板の表面，２１  ノズルプレート基板の裏面，２２  マスキング材，２３  ポンチ，２４  ノズル下孔，２５  膨隆部
【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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