(57)【要約】【課題】  インクジェットヘッドの安定したインク吐出および着弾精度の向上を達成する金属オリフィスプレートを作製する。【解決手段】  インク吐出口表面に撥インク層を形成した後に吐出口面を上にし凸に反らせた状態で保持しながら熱処理を行う。このように熱処理を行うことにより、オリフィスプレートは中央付近が凸のアーチ形状になり、圧力発生室との接合において貼り合わせの位置精度と接着強度が向上する。【選択図】  図１
2008149661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェットヘッドの複数のインク吐出口を有するオリフィスプレートにおいて、インク吐出口表面に撥インク層を形成した後に吐出口面を上にし凸に反らせた状態で保持しながら熱処理を行うことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記請求項１記載のオリフィスプレートにおいて、オリフィスプレートの基材が金属であることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記請求項１記載のオリフィスプレートにおいて、撥インク層が金属とフッ素を含有する高分子の共析めっき膜であることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記請求項２記載の基材がニッケル、チタン、金、銀、銅、ステンレスのいずれかの金属材料であることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記請求項２および４記載の基材の厚さが３０μｍ以上１５０μｍ以下であることを特徴とするインクジェットヘッド。
【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のインク吐出口表面に撥インク層を形成する工程と、前記オリフィスプレートの吐出口面を上にし凸に反らせた状態で保持しながら熱処理を行う工程と、前記オリフィスプレートをインクジェットヘッドの駆動基体に接合する工程とからな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のインクジェットヘッドのオリフィスプレートおよびそ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10〜50μm程度の吐出口が形成されており、さらに外表面には撥インク処理が施されている。撥インク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。
【０００５】
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。
【０００６】
撥インク性を向上させるために、従来からシリコーン系撥水剤、フッ素系撥水剤を塗布する方法が開示されている。（特開昭５５−６５５６４号）
さらに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インク層を形成する例も開示されている。（特開昭５６−８９５６９号）
これらの方法は、基材との密着性が悪かったり、耐久性能を満足するものでなかったり効果も不十分であった。
【０００７】
また、耐久性を向上させるために、テフロン（登録商標）などのフッ素を含有する高分子材料とニッケルなどの金属との電解あるいは無電解めっきを用い、撥インク層を形成する方法もある。
【０００８】
この際、基材の金属と共析めっき膜との熱膨張係数の差で大きくプレートが反り、それぞれの膜厚にもよるが３００μｍから５００μｍ程度、端部が反り上がる。
【０００９】
そのため、共析めっき膜を形成したプレートに荷重をかけながら熱処理を行う方法が開示されている。（特開平４−３３９６６２号）
また、オリフィスプレートの駆動基体との接合領域以外に応力緩衝用の貫通孔を設ける方法も開示されている。（特開２００２−１２７４１９）
しかしながら、上記のそれぞれの方法においては反り量の制御が難しく、オリフィスプレート端部の反りが数十μｍ程度残る場合が多い。その場合、駆動基体との接合においては、端部の反っている部分が初めに圧着され始めるので横ずれしやすい。
【００１０】
そのため、吐出口と圧力発生室との位置ずれや端部の剥れが発生し易くなり、吐出時のインク滴の飛翔曲がりが発生したり、吐出不良が発生したりする。
【特許文献１】特開昭５５−６５５６４号公報
【特許文献２】特開昭５６−８９５６９号公報
【特許文献３】特開平４−３３９６６２号公報
【特許文献４】特開２００２−１２７４１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
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おり、また写真画質を達成するためには、インク滴の着弾位置精度を向上させる必要がある。さらに、インクジェット技術を産業用途への展開する際、特殊なインクを長期間安定的にかつ精度良く着弾させる必要が生じてきている。
【００１２】
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、外表面の撥インク性能の向上や耐久性向上と共にオリフィスプレートと駆動基体との接合において、吐出口と圧力発生室との正確な位置合わせによる接合や剥離しないことが望まれている。
【００１３】
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、その目的としては安定したインク吐出および着弾精度の向上を図るためのインクジェットヘッドのオリフィスプレートおよびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
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複数のインク吐出口を有するオリフィスプレートにおいて、インク吐出口表面に撥インク層を形成した後に吐出口面を上にし凸に反らせた状態で保持しながら熱処理を行うことを特徴とする。
【００１５】
オリフィスプレートの基材としては、厚さ３０μｍから１５０μｍの金属を用い、撥インク層として金属とフッ素を含有する高分子の共析めっき膜を用いることを特徴とする。
【００１６】
基材としては、ニッケル、チタン、金、銀、銅、ステンレスなどの金属材料を使用できる。
【００１７】
撥インク層の金属成分としては、ニッケル、ニッケル−リン合金、ニッケル−コバルト合金などのニッケル合金を用いると良い。フッ素を含有する高分子材料としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレンヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）などが用いられる。
【００１８】
本発明によるインクジェットヘッドは、上記の方法で作製したオリフィスプレートを用いて駆動基体と接合する工程からなる製造方法であることを特徴とする。
【００１９】
（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撥インク層を形成した後の熱処理工程において、凸に反らせた状態で熱処理を行うことでオリフィスプレートの形状は中央付近が凸のアーチ形状になり、駆動基体との接合の際にオリフィスプレート中央部から真下に圧着され駆動基体と接合されるので吐出口と圧力発生室との位置ずれが発生しにくく、貼り合わせ後の位置精度が高い。さらに上記のような接合前の形状においては、剥離の形態として接着剤層の横方向（水平方向）にずり応力が作用するので、端部が反っている形状（接着剤層の厚み方向〔垂直方向〕に剥れようとする力が作用）と比べ剥離しにくい。これにより長期間安定したインク吐出および着弾精度の向上が可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
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、インク吐出口表面に撥インク層を形成した後に吐出口面を上にし凸に反らせた状態で保持しながら熱処理を行う。このようにして作製したオリフィスプレートは中央部付近が凸のアーチ形状になっており、これを駆動基体と接合することで貼り合わせの位置精度と接着強度が向上する。これにより、高精度かつ長期間安定した吐出が可能となる。
【００２１】
上記のように作製したオリフィスプレートおよびインクジェットヘッドにおいては、今後要求される印字速度の高速化や吐出安定化、高耐久化に関して、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】
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
以下に本発明の実施の形態について説明する。
【００２５】
図１は、本発明の実施の形態に係わるオリフィスプレート熱処理時の形態である。
【００２６】
オリフィスプレートは、基材として金属を用い所望のノズル径およびノズルピッチのプレートを形成した。ノズルの形成方法としては、基材の材質により機械加工法（プレス加工、放電加工など）や、フォトリソグラフィーやＬＩＧＡプロセスを用いレジストでノズル構造体を作製し、その後電鋳により金属膜を堆積させプレートを形成する方法等を用いた。最終的には板厚３０〜１５０μｍの金属プレートを作製した。
【００２７】
その上に撥インク層を膜厚１〜５μｍ形成した。撥インク層としては、ニッケルとテフロン（登録商標）（PTFE）の共析めっき材料（上村工業社製ニムフロン（登録商標）又は日本カニゼン社製カニフロン（登録商標））を用いた。
【００２８】
ニッケルと共析させるフッ素系高分子材料としてはテフロン（登録商標）以外にテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレンヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）等を用いても良い。撥インク層としては、上記共析めっき膜に限定されるものではなく、有機系材料のシリコーン系撥水剤やフッ素系撥水剤等を用いてもよい。
【００２９】
皮膜化および撥インク性向上のために熱処理を行った。その際、図１に示すようにオリフィスプレートの吐出口面を上にし、治具中央部にスペーサーを配置し、更に両端部側面を規制し凸に反るように保持した。スペーサーの厚さは１０μｍ以上が好ましく、凸形状に保持できるものであれば扇形状（断面）やその他任意の形状でも良い。
【００３０】
上記の方法により処理したオリフィスプレートは、中央部が凸のアーチ形状になっており概ねスペーサーの厚さに対して1.5から２倍程度の高さのアーチ形状が形成される。
【００３１】
形状計測にはオリフィスプレートを定盤上に置き、レーザー変位計を用いて垂直方向からレーザーを照射しオリフィスプレート表面の相対高さを計測した。
【００３２】
次に上記のように形成したオリフィスプレートを用いて、インクジェットヘッドの駆動基体に接合した。接合の位置合わせはオリフィスプレートの長手方向の両端に４ヶ所の基準穴を設け、駆動基体の基準位置とアライメントを行い貼り合わせた。
【００３３】
接合は、駆動基体上にエポキシ系接着剤またはシリコーン系接着剤を塗布しオリフィスプレートを圧着した。
【００３４】
駆動基体と接合後のオリフィスプレート表面を上記と同様にレーザー変位計を用いて垂直方向の変位量を計測した。さらに同様に作製した接合体を引っ張り試験器によりオリフィスプレートと駆動基体との接着強度を測定した。
【００３５】
その後、インク吐出が可能になるように電極や共通流路、インク配管等を接続しインクジェットヘッドを作製した。
【００３６】
作製したインクジェットヘッドを用いてインク滴の着弾精度を以下のように評価した。
【００３７】
インク吐出に際しては、インクジェットヘッドのノズル列方向（1ノズル目から50ノズル目を結んだ方向）を基板のＸ軸方向と平行に配置しＹ軸方向に300μｍ間隔で1000サイクル吐出を行った。基板としては精密に着弾位置を計測するためにガラス基板またはシリコンウェハーを用いた。計測は、第一列目の1ノズル目の着弾インク滴の中心から50ノズル目の着弾インク滴の中心を結びこれをＸ軸基準とし、さらに1ノズル目の第一列目の中心から第千列目の中心を結びこれをＹ軸基準とし、第二列目以降は、それぞれの着弾インク滴の中心を計測し、基準位置からの座標を求め、各インク滴の理想位置からのずれ量を評価した。
【実施例１】
【００３８】
外形35ｍｍ×10ｍｍ、厚さ75μｍのニッケルプレートに直径30μｍのノズルを開け、ノズルピッチを100μｍとし、表面にテフロン（登録商標）−ニッケルの共析めっき膜を膜厚３μｍ形成した。スペーサーの厚さを２０μｍとした図１に示す治具を用いて熱処理を行った。熱処理は３４０℃に制御した雰囲気炉中に１時間配置し処理を行った。
【００３９】
冷却後、レーザー変位計によりオリフィスプレート表面の相対高さを計測したところ、処理前と比べ中央部付近が約３５μｍ変位し、アーチ形状になっていた。
【００４０】
上記オリフィスプレートを駆動基体と接合した。
【００４１】
接合１時間後にオリフィスプレートの長手方向3ｍｍおきにレーザー変位計を用いて相対高さを計測した。その結果、相対高さは1.3μｍ以下であり、また駆動基体との剥離は認められなかった。
【００４２】
同一条件で作製したオリフィスプレート接合基体を引っ張り試験器により接着強度を測定したところ、15kg/ｍｍ2の強度であった。
【００４３】
接合後のオリフィスプレートのノズル位置と駆動基体の圧力発生室との貼り合わせ精度を測定したところ、Ｘ軸方向に+0.6μｍ、Ｙ軸方向に+0.5μｍの精度であった。
【００４４】
その後、インク吐出が出来るようにインクジェットヘッドを作製し、このインクジェットヘッドを用いてインク滴の着弾精度を測定した。その結果、全てのノズルに対するインク滴の着弾位置は、Ｘ軸方向±1.9μｍ、Ｙ軸方向±2.1μｍ以内であり、安定した着弾精度が得られた。
【実施例２】
【００４５】
実施例１と同様にオリフィスプレートを熱処理し、インクジェットヘッドを作製した。但し、オリフィスプレートの金属基材として板厚30μmのステンレス（SUS316L）を用い、熱処理時には、厚さ30μmのスペーサーを用いて処理を行った。
【００４６】
冷却後、レーザー変位計によりオリフィスプレート表面の相対高さを計測したところ、処理前と比べ相対高さとして中央部付近が約43μｍ変位し、アーチ形状になっていた。
【００４７】
駆動基体と接合後、レーザー変位計を用いて相対高さを計測した。その結果、全てのポイントにおいて相対高さは1.4μｍ以下であり、駆動基体との剥離は認められなかった。
【００４８】
引っ張り試験器により接着強度を測定したところ、16.5kg/ｍｍ2の強度であった。
【００４９】
接合後のオリフィスプレートのノズル位置と駆動基体の圧力発生室との貼り合わせ精度を測定したところ、Ｘ軸方向に‐0.9μｍ、Ｙ軸方向に+0.8μｍの精度であった。
【００５０】
このインクジェットヘッドを用いてインク滴の着弾精度を測定した。その結果、全てのノズルに対するインク滴の着弾位置は、Ｘ軸方向±2.1μｍ、Ｙ軸方向±2.4μｍ以内であり、安定した着弾精度が得られた。
【実施例３】
【００５１】
実施例１と同様にオリフィスプレートを熱処理し、インクジェットヘッドを作製した。但し、オリフィスプレートの金属基材として板厚150μmのニッケルを用い、熱処理時には50μmのスペーサーを用いて処理を行った。
【００５２】
冷却後、レーザー変位計によりオリフィスプレート表面の相対高さを計測したところ、処理前と比べて中央部付近が80μm変位し、アーチ形状になっていた。
【００５３】
駆動基体との接合後、レーザー変位計を用いて相対高さを計測したところ、1.7μm以下であり駆動基体との剥離は認められなかった。
【００５４】
引っ張り試験器により接着強度を測定したところ、16.1kg/ｍｍ2の強度であった。
【００５５】
接合後のオリフィスプレートのノズル位置と駆動基体の圧力発生室との貼り合わせ精度を測定したところ、X軸方向に‐1.1μm、Y軸方向に‐1.0μmの精度であった。
【００５６】
このインクジェットヘッドを用いてインク滴の着弾精度を測定した。その結果、全てのノズルに対するインク滴の着弾位置は、Ｘ軸方向±1.9μｍ、Ｙ軸方向±2.5μｍ以内であり、安定した着弾精度が得られた。
【００５７】
（比較例１）
実施例１と同様にオリフィスプレートを熱処理し、インクジェットヘッドを作製した。但し、熱処理時に、ステンレス板上にオリフィスプレートを配置しただけで処理を行った。（図２）
冷却後、レーザー変位計によりオリフィスプレート表面の相対高さを計測したところ、相対高さは420μmあり、両端部が反り上がっていた。
【００５８】
駆動基体とオリフィスプレート面との全面接合は出来ず、インク吐出可能な形態にはならなかった。
【００５９】
（比較例２）
実施例１と同様にオリフィスプレートを熱処理し、インクジェットヘッドを作製した。但し、熱処理時に、ステンレス板上にオリフィスプレートを配置し、その上からステンレス製の平板プレートを載せた状態で処理を行った。（図３）
その際、オリフィスプレートへの荷重が1kg/ｃｍ2なるように調整した。
【００６０】
冷却後、レーザー変位計によりオリフィスプレート表面の相対高さを計測したところ、相対高さは77μmあり、両端部が反り上がっていた。
【００６１】
上記オリフィスプレートを駆動基体と接合した。
【００６２】
接合１時間後、レーザー変位計を用いてオリフィスプレートの相対高さを計測した。その結果、相対高さは22μｍあり、オリフィスプレート端部において、駆動基体との剥離が認められた。
【００６３】
同一条件で作製したオリフィスプレート接合基体を引っ張り試験器により接着強度を測定したところ、3.9kg/ｍｍ2の強度であった。
【００６４】
接合後のオリフィスプレートのノズル位置と駆動基体の圧力発生室との貼り合わせ精度を測定したところ、Ｘ軸方向に+8.3μｍ、Ｙ軸方向に+6.9μｍずれていた。
【００６５】
このインクジェットヘッドを用いてインク滴の吐出を行った。その結果、オリフィスプレートが剥離している端部においては、吐出不能のノズルが発生し、吐出可能なノズルでもインク滴の着弾位置がＸ軸方向±12μｍ、Ｙ軸方向±16μｍの範囲でずれていた。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明のオリフィスプレート熱処理形態
【図２】荷重、保持なしのオリフィスプレート熱処理形態
【図３】荷重方式のオリフィスプレート熱処理形態
【符号の説明】
【００６７】
１  オリフィスプレート
２  熱処理保持治具
３  スペーサー
４  荷重治具
【図１】
2008149661.tif 000003
【図２】
2008149661.tif 000004
【図３】
2008149661.tif 000005