(57)【要約】【課題】  インクジェットヘッドにおいて、撥水性の向上および高精度に加工されたノズルを備えたオリフィスプレートを提供する。【解決手段】  ンクジェットヘッドにおいて、フォトリソグラフィーによるノズルの型作製とガスデポジション法によるプレート基材および撥水膜の連続成膜により、オリフィスプレートを作製する。【選択図】  図１
2008230043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェットヘッドのインク吐出口を有するオリフィスプレートにおいて、感光性の樹脂を塗布した後フォトリソグラフィーによりノズルの型をパターニングする工程と、該樹脂製の型にガスデポジション法によりオリフィスプレートの基材になる微粒子を成膜する工程と、連続してその上に撥水材料の微粒子を成膜する工程とを備えたことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項２】
インクジェットヘッドのインク吐出口を有するオリフィスプレートにおいて、ノズルの型をパターニングする際に用いる感光性樹脂の膜厚が５０μｍ以上であることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項３】
インクジェットヘッドのインク吐出口を有するオリフィスプレートにおいて、ノズルの型をパターニングする際に、紫外線を用いて露光することを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項４】
インクジェットヘッドのインク吐出口を有するオリフィスプレートにおいて、ノズルの型をパターニングする際に、シンクロトロン光を用いて露光することを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項５】
インクジェットヘッドのインク吐出口を有するオリフィスプレートにおいて、ガスデポジション法によりオリフィスプレートの基材を形成する際、金属微粒子をキャリアガスにより搬送しノズルより噴射し、金属の基材を形成することを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項６】
インクジェットヘッドのインク吐出口を有するオリフィスプレートにおいて、ガスデポジション法によりオリフィスプレートの基材を形成する際、金属酸化物微粒子をキャリアガスにより搬送しノズルより噴射し、金属酸化物の基材を形成することを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項７】
インクジェットヘッドのインク吐出口を有するオリフィスプレートにおいて、ガスデポジション法によりオリフィスプレートの撥水膜を形成する際、フッ素系高分子材料の微粒子をキャリアガスにより搬送しノズルより噴射し、撥水膜を形成することを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記請求項５記載の金属微粒子の平均粒径が0.1μm以下であることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記請求項６記載の金属酸化物微粒子の平均粒径が0.1μm以下であることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記請求項７記載のフッ素系高分子材料微粒子の平均粒径が1μm以下であることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１１】
前記請求項７、１０記載のフッ素系高分子材料がポリ四弗化エチレンであることを特徴するインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１２】
前記請求項５、８記載の金属材料微粒子がニッケル、チタン、金、銀、銅のいずれかの材料であることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１３】
前記請求項６、９記載の金属酸化物微粒子の金属がアルミニウム、チタン、シリコンのいずれかの材料であることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１４】
前記請求項５、８、１２記載の金属微粒子の作製方法がアーク放電により金属材料を微粒子化することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１５】
前記請求項５、８、１２記載の金属微粒子の作製方法が高周波誘導加熱により金属材料を微粒子化することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１６】
前記請求項５、８、１２記載の金属微粒子の作製方法が抵抗加熱により金属材料を微粒子化することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インク滴を吐出、飛翔させて記録媒体上に画像を形成し記録するインクジェット記録装置におけるインクジェットヘッドのオリフィスプレートの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクジェット記録装置は低騒音、高速記録等の特徴によりコンピュータ等の記録印字方式として広く使用されている。
【０００３】
インクジェット記録装置のインクジェットヘッドとしては、インク滴を精度良く吐出、飛翔させるために、インクの吐出量や記録媒体への着弾位置を制御するためにオリフィスプレートが用いられている。
【０００４】
このオリフィスプレートには、直径20〜50μmの吐出口が形成されており、さらに外表面には撥水処理が施されている。撥水処理を行うことにより、インク吐出時に吐出口周辺にインク滴が溜まることを防止でき、吐出安定性が向上する。
実際に吐出口周辺にインクの液溜まりが生じると、インク滴が吐出口から吐出、飛翔する際に吐出口周辺の液溜まりの影響を受け、飛翔方向が乱れ、着弾した際に所望の位置からはずれ、正確な画像形成が不可能になる。さらにインクの液溜まりが大きくなり、吐出口の周囲全面にインクが溜まると吐出不可能になる。
【０００５】
実際には、これらの問題を解決するためにオリフィスプレートの外表面に種々の材料を用いて撥水処理を行っている。
【０００６】
具体的には、従来からオリフィスプレートの外表面をシリコーンオイル、アラビアゴム等で処理して撥水層を形成する方法が実公昭４８−３６１８８号公報に開示されている。特開昭５５−６５５６４号広報には、シリコン系撥水剤、フッ素系撥水剤を塗布する方法が開示されている。
【０００７】
しかし、これらの方法ではインクジェットヘッドを形成するガラス、金属、樹脂等の基材との密着性が悪く、耐久性がなく効果も不十分であった。
【０００８】
特開昭５６−８９５６９号には、フロロアルキルアルコキシシランで吐出口周辺を処理して撥水層を形成した例もあるが、高温や高ｐＨ条件下で処理する必要があり吐出口を形成する基材にダメージを与える恐れがあった。
【０００９】
また、特開平４−３３９６５６号には電解めっきを用い、ポリ四弗化エチレンなどのフッ素系高分子材料とニッケルなどの金属と共析めっきを行い、撥水層を形成する方法もあるが、めっき液の管理やめっき条件の制御、めっき後の熱処理プロセスにより撥水性能が異なることがあった。
【００１０】
以上のように、吐出安定化のためにオリフィスプレートの外表面に種々の材料により撥水処理を施しているが、撥水性能を示す薄膜の形成方法としては、有機系材料を溶液化してスピンコートする方法やディッピングあるいはめっき法などを用いている。
【００１１】
ノズルの加工においては、ステンレス基板にプレス加工する方法、樹脂材料にレーザーで加工する方法などがある。
【００１２】
プレス加工においては、加工時にバリが発生し研磨などによる除去が必要であったり、レーザー加工においては、レーザーによって樹脂を溶解させ穴を加工するので全ノズルの形状を同一に制御することは難しい。
【特許文献１】実公昭４８−３６１８８号公報
【特許文献２】特開昭５５−６５５６４号公報
【特許文献３】特開昭５６−８９５６９号公報
【特許文献４】特開平４−３３９６５６号公報
【特許文献５】特登録２５２４６２２号公報
【特許文献６】特登録１５９５３９８号公報
【特許文献７】特登録２６３２４０９号公報
【特許文献８】特登録２５９６４３４号公報
【特許文献９】特開平３−９３６０６号公報
【特許文献１０】特開平８−２３０１８１号公報
【特許文献１１】特開平８−２６７７６３号公報
【非特許文献１】真空ハンドブック、ｐ289、日本真空（株）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、最近、ニーズが高まっている写真や画像の印字においては、インクジェットヘッドのノズルの高密度化や高速駆動、高発色インク、耐候性インクなどの必要性が生じてきている。また、インクジェット技術を産業用途への展開を考えた場合、特殊なインクに対応する必要性も生じてきている。
【００１４】
このような技術的なニーズに対応するためにオリフィスプレートにおいては、外表面の撥水性能の向上やノズルの高精度化が望まれている。
【００１５】
実際にこれまで用いられてきたオリフィスプレートにおいては、撥水性能と高精度に加工されたノズルの両方を満足する性能が得られていなかった。
【００１６】
そこで、本発明は前記の課題を解決するためになされたものであり、その目的として撥水性能を向上させ、高精度に加工された寸法のノズルを備えたインクジェットヘッドのオリフィスプレートを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の問題を解決するため本発明では、インクジェットヘッドのオリフィスプレートの作製において、フォトリソグラフィーにより高精度にノズルの型を作製し、オリフィスプレートの基材および撥水層をガスデポジション法により連続的に成膜することを特徴とするインクジェットヘッドのオリフィスプレートの製造方法である。
【００１８】
フォトリソグラフィーにより樹脂のノズル型を作製する際には、感光性を付与したポリメタクリル酸メチル（PMMA）等の樹脂を基板上に塗布し、マスクを介して紫外線やシンクロトロン光を露光し、現像して所望の高アスペクト比のノズル型を得る。
【００１９】
シンクロトロン光は、赤外、可視、真空紫外、X線までを含む連続スペクトルの光であり、従来の放射光源とは桁違いの高輝度とレーザー光に匹敵する鋭い指向性をもっている。近年はマイクロマシンの技術開発において、LIGAプロセスに代表される微細部品の加工に、シンクロトロン光を用いており、非常に大きなアスペクト比を持つ微細構造物を高精度で加工することができる。
【００２０】
ガスデポジション法においては、金属や、酸化物、フッ化物などの撥水材料を直接被膜化でき、耐久性向上や高い撥水性能が達成できる。
【００２１】
ガスデポジション法について簡単に説明する。
【００２２】
ガスデポジション法には、超微粒子の形成方法により、材料を蒸発させる蒸発法と、エアロゾル法がある。
【００２３】
例えば、蒸発法では真空チャンバー内で金属を蒸発させ、この蒸発原子を同チャンバー内に導入させた不活性ガスと衝突、急冷し、蒸発原子同士を結合させ、微粒子化するものである。こうして形成された超微粒子のサイズは導入したガス量や種類によって変わるが、一般に数nm〜数μmの径を持つ。
【００２４】
さらに、このように生成された超微粒子を吸い上げることで取り出し、この超微粒子からなる膜を形成する。
【００２５】
ガスデポジション法は、超微粒子生成室、膜形成室、搬送管等で構成され、超微粒子生成室において不活性ガス雰囲気中でアーク、抵抗加熱、高周波誘導加熱、レーザー等で材料を加熱し、溶融、蒸発させ不活性ガスと衝突し、生成された金属超微粒子を超微粒子生成室と膜形成室の圧力差により搬送管を通じて膜形成室に導き、搬送管の端部に接続されたノズルから高速噴射させることにより直接パターンを描画する乾式成膜方法である。（特許公報２５２４６２２号、特許第１５９５３９８号、特許第２６３２４０９号、特許第２５９６４３４号）
また、超微粒子の定義は、光学顕微鏡で見えないような微粒子、つまり１μm以下の微粒子とされている。（真空ハンドブック、ｐ289（日本真空（株））
また、ガスデポジション法においては、金属材料以外にも酸化物セラミックス材料の微粒子を用いた膜形成（特開平３−９３６０６号）や圧電セラミックス素子膜の形成（特開平８−２３０１８１号、特開平８−２６７７６３号）が提案されている。
【００２６】
エアロゾル法では、超微粒子を入れた容器を加振してエアロゾル化し、このエアロゾルをヘリウムや酸素ガス等をキャリアガスとして搬送し、膜形成室に導き、搬送管の端部に接続されたノズルから高速に噴射させることにより描画し膜を形成する。
【００２７】
（作用）
上記のようにインクジェットヘッドのオリフィスプレートにおいて、フォトリソグラフィーによるノズルの型作製とガスデポジション法によるプレート基材および撥水膜の連続成膜により、高精度の部品形状および外表面の撥水性能の向上が可能となり、インク滴を安定して吐出、飛翔させることが可能になる。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明したように本発明によれば、インクジェットヘッドのオリフィスプレートにおいて、フォトリソグラフィーによるノズルの型作製とガスデポジション法によるプレート基材および撥水膜の連続成膜により、高精度の部品形状および外表面の撥水性の向上が可能となる。
上記のようにして作製したインクジェットヘッドのオリフィスプレートにおいては、今後要求される印字速度の高速化や吐出安定化に関して、十分な性能を発揮するものであり、写真や画像の高速印字や産業用途への展開が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明は、インクジェット記録装置のインクジェットヘッドのオリフィスプレートに関するもので、熱エネルギーを利用してインク滴を吐出、飛翔させる方式でも、圧電素子を用いて体積変化によりインク滴を吐出、飛翔させる方式でも限定されるものではなく、オリフィスプレートの吐出口よりインク滴を吐出、飛翔させるものであれば本発明の実施例が適用されるものである。
【００３０】
本発明においては、インクジェットヘッドのオリフィスプレートを含む部分の課題に対して解決するものであるので、オリフィスプレートを含む部分のみについて詳細に述べる。
【００３１】
図１は、本発明の実施の形態に係わるガスデポジション装置の構成図である。
【００３２】
図２は、本発明の実施の形態に係わるプロセスフローである。
【００３３】
図３は、本発明の実施の形態に係わるプロセス時のオリフィスプレートの断面図である。
【実施例１】
【００３４】
オリフィスプレートを、図２に示すプロセスフローに従って作製した。
ノズルの型作製基板として、ステンレス板（150×150×1.5mm）を温純水、その後イソプロピルアルコール（IPA）のベーパー中で引き上げ洗浄を行い、さらにUV洗浄を３分間行った。
【００３５】
型作製基板としては、ステンレス板以外にガラスを用いても良い。
【００３６】
レジスト材料は、下記の組成のアクリル共重合体に溶剤を添加し、調合した。
【００３７】
アクリル共重合体は下記のモノマー組成からなるものである。
【００３８】
N−メチロールアクリルアミド  ２０重量部
N、N−ジメチルアミノエチルメタクリレート  １０重量部
メタクリル酸メチル  ２５重量部
２−ヒドロキシエチルメタクリレート  ４０重量部
アクリル酸  ５重量部
上記アクリル共重合体２０重量部に下記の溶剤を添加し塗布液とした。
【００３９】
エチレングリコールモノエチルエーテル  １５重量部
エチレングリコール  ２０重量部
イソプロピルアルコール  ２重量部
純水  ４３重量部
スピンコートによりレジスト材料を塗布し、膜厚を７５μmとした。
【００４０】
その後、５０℃のホットプレート上で３分間乾燥を行い、マスクを介して紫外線を露光した。
【００４１】
次に現像を行い、ステンレス板上にノズルの型を作製した。
【００４２】
この型基板を図１に示すガスデポジション装置の膜形成室の描画ステージ上に設置した。超微粒子の発生室としては、金属用のものと撥水材料用の２室を設けた。金属微粒子の発生室としては、ニッケル材料をアーク放電により加熱し、ニッケルの超微粒子を作製した。このときに作製したニッケルの超微粒子を走査型電子顕微鏡（SEM）により観察したところ、粒径が約５０nmであった。ニッケルの超微粒子の作製においては、高周波誘導加熱、抵抗加熱を用いてもよい。金属微粒子としては、他にチタン、金、銀、銅を用いてもよい。
【００４３】
撥水材料の微粒子として、ダイキン工業社製PTFE（商品名：ルブロン(登録商標)L5-F）を用い、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により粒径を観察したところ、約0.2μｍであった。これを容器（エアロゾル形成室）に入れ加振してエアロゾル化した。
【００４４】
はじめにノズル型基板上に、表１に示す条件において、ニッケルの超微粒子を搬送し、搬送管先端に取り付けられた直径１mmのノズルからニッケルの超微粒子を噴射してプレート基材として７０μｍ成膜した。
【００４５】
続いてPTFE超微粒子を同条件で搬送し、ニッケルのプレート上に２μm成膜した。
【００４６】
【表１】
2008230043.tif 000003
【００４７】
次にアセトン中でレジスト材料を溶解し、ステンレス板から剥離してオリフィスプレートとした。
【００４８】
その後、オリフィスプレートを340℃で1時間、雰囲気炉により熱処理を行った。
【００４９】
このようにして作製したオリフィスプレートのノズル穴は所望の寸法外形になっており、穴径の公差は±０．３μmであった。
【００５０】
撥水性の評価として、外表面の水に対する接触角を測定したところ１２２°であった。
【実施例２】
【００５１】
実施例１と同様にノズルの型を作製した。この際、露光の光源として、シンクロトロン光を用いた。
【００５２】
同様に、ガスデポジション法によりニッケル微粒子を７０μmプレート基材として成膜し、連続してPTFEを撥水膜として２μm成膜した。
【００５３】
レジストを溶解し、型基板から剥離した後、340℃で1時間、雰囲気炉により熱処理を行った。
【００５４】
このようにして作製したオリフィスプレートの穴径の公差は±０．２μmであり、外表面の水に対する接触角を測定したところ１２４°であった。
【実施例３】
【００５５】
実施例１と同様にノズルの型を作製した。この際の露光の光源としては、紫外線でもシンクロトロン光でも良い。
【００５６】
図１に示すガスデポジション装置の描画ステージ上にこの型基板を設置した。超微粒子の発生室としては、金属酸化物用のものと撥水材料用の2室を設けた。
【００５７】
金属酸化物微粒子として、アルミナを用いて、これを容器（エアロゾル形成室１）に入れ加振してエアロゾル化した。金属酸化物微粒子としては、金属として他にチタンやシリコンの酸化物を用いても良い。
【００５８】
撥水材料としては、ダイキン工業社製PTFE（商品名：ルブロン(登録商標)L5-F）を用い、これを容器（エアロゾル形成室２）に入れ、加振してエアロゾル化した。
【００５９】
はじめにアルミナの超微粒子をヘリウムをキャリアガスとして搬送し、搬送管先端に取り付けられた直径１mmのノズルからアルミナ超微粒子を７０μm成膜した。
【００６０】
続いてPTFE超微粒子を搬送し、アルミナのプレート上に２μm成膜した。
【００６１】
成膜後、基板を3４0℃で1時間、雰囲気炉により熱処理を行った。
【００６２】
このようにして作製したオリフィスプレートの穴径の公差は±０．２μmであり、外表面の水に対する接触角を測定したところ１２０°であった。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】ガスデポジション装置模式図
【図２】プロセスフロー図
【図３】オリフィスプレートの断面図
【符号の説明】
【００６４】
１  基板
２  ノズル
３  膜形成室
４  超微粒子形成室（アーク、高周波誘導加熱、抵抗加熱のいずれかの方法）
５  材料（金属）
６  アーク加熱
７  超微粒子搬送管
８  エアロゾル形成室
９  ガス搬送管
１０  撥水膜
１１  プレート基材
１２  レジスト
１３  型作製基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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