(57)【要約】【課題】メニスカスをノズルの吐出側開口部に安定維持可能であり、かつ、金属プレート基体、樹脂シート及び撥水膜の接着強度及び密着性が良好な構造を有し、簡便な工程により製造可能であるノズルプレートおよびその製造方法の提供にある。【解決手段】予めノズルとなる貫通孔が設けられた親水性の金属プレート基体の吐出側に親水性高分子材料からなる基層の表面に撥水膜を設けたシートを撥水膜を外側面として積層し、撥水膜を設けたシートの金属プレート基体の貫通孔に相当する部分をレーザ加工により開口してノズルを形成してインクジェットヘッド用のノズルプレートを得る。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェットヘッド用のノズルプレートの製造方法において、
親水性の金属プレート基体のノズルとなる貫通孔が開口する液体吐出側の面に、親水性高分子材料からなる基層の表面に撥水膜を有するシートを、該撥水膜を外表面として積層する工程と、
前記シートの前記貫通孔の開口に対応する部分を開口してノズルを開通させる工程と、
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】
前記貫通孔の前記金属プレート基体に設けられている部分が、テーパ状に狭くなる部分と直管状の部分とからなり、これらの部分が、インク供給側から吐出側に向かってこの順に配置されている請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記シートの開口がレーザ照射により行われる請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記レーザ照射がエキシマレーザ照射である請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の製造方法により得られたことを特徴とするノズルプレート。
【請求項６】
インクジェットヘッド用のノズルプレートにおいて、
親水性の金属基体の吐出側の面に、親水性高分子材料からなる基層と撥水膜とを有するシートを、該撥水膜を外表面として積層した積層構造を有し、該積層構造の各層の厚さ方向にノズルとなる貫通孔が設けられている
ことを特徴とするノズルプレート。
【請求項７】
前記貫通孔の前記金属プレート基体に設けられている部分が、テーパ状に狭くなる部分と直管状の部分とからなり、これらの部分が、インク供給側から吐出側に向かってこの順に配置されている請求項６に記載のノズルプレート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットヘッドのノズルプレートおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクジェットによるプリンターがオンデマンド方式の印刷方式として広く利用されている。方式としては、流路内のインクをヒータにより加熱発砲させ液滴をノズルから噴射するバブルジェット方式と流路内のインクを振動板に固定された圧電素子を変位させ液滴をノズルから噴射するピエゾ方式が一般的である。
【０００３】
液滴を更に安定にまっすぐに噴射する為には、流路内の設計やインクに圧力を印加する方法を最適化するのはもちろん必須な技術である。しかし、それだけでは不十分であり、さらにインクを噴射するノズルの周りをいつも安定な表面状態に保持する必要がある。その為には、インク吐出面のノズル開口周辺部にインクが付着、残留しないように撥水性を付与する必要がある。撥水性を付与する具体的方法として、インク吐出面の所定部へのシリコン系もしくはフッ素系の樹脂の塗布やテフロンの共析めっきが広く知られている。
【０００４】
また、上記の撥水膜を形成する方法として、フッ素系の樹脂を用いたスピンコート法やディッピング法等が採用されている。この場合には、例えば膜厚が５０μm以上のポリイミドなどの樹脂製の基体にフッ素系の樹脂を1μm以下の膜厚で塗布し、乾燥した後レーザ照射によりノズルを形成する方法が知られている。また、テフロン共析めっきでは、下地としてニッケルプレート基体が用いられ、この基体に、予めノズルとなる貫通孔を形成した後に、吐出側の面にテフロン共析めっきが行われる。その際、ノズル内にテフロン共析めっきが析出しないようにマスク処理等が必要である。
【０００５】
前述したポリイミド基体に撥水膜を塗布した後レーザ照射によりノズルを形成する方法は、レーザ照射による除去量が多い為、除去処理後のノズル周辺部に残渣が出やすくなるという問題やノズル自体が歪んで形成されてしまう等の問題が発生する場合がある。このため、液滴の噴射の直進性が阻害されやすくなってしまう。また、予めノズルを形成したNi基体にマスク処理を行ってテフロンの共析めっきを形成する場合は、処理自体が非常に複雑になり、さらにノズル内からマスク処理で利用したレジストを完全に除去するのが非常に困難である等の問題が生じる場合がある。
【０００６】
上記の問題を解決する方法として、予めノズルとなる貫通孔が形成されている金属プレート基体に撥水性樹脂シートを接着し、樹脂シートのノズル吐出口に該当する位置にレーザ照射等で穴をあける方法が提案されている(特開平１０−３０５５８４号公報)。この特許文献では、インク吐出孔内の撥水性と親水性の境界位置が均一でメニスカス位置を一定にすることができるとされている。
【特許文献１】特開平１０−３０５５８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した金属プレート基体に撥水性樹脂シートを接着してから樹脂シートに孔を開ける方法では、樹脂シートが撥水性を有しているために接着剤による樹脂シートの金属プレート基体への接着時に良好な密着性や接着強度が得られない場合がある。これらの部材の接着は金属プレート基体と撥水性樹脂シートの接着だけでなく、ノズル周辺部のインクに対する密封性を維持するためにも必要である。つまり、ノズルの内における金属プレート基体と撥水性樹脂シートの境界部において接着不良があると、この部分へのインクの侵入による接着不良部分の拡大やインク漏れの発生等の問題を生じる可能性が高くなる。
【０００８】
一方、上記の親水性の金属プレート基体上に撥水性樹脂シートを積層した構成におけるノズル内でのヘッドに組み込んだ際のメニスカス位置は、通常、吐出側開口部から樹脂シートの膜厚分だけ奥に引っ込んだところになる。ところが、この構成においてメニスカスを上記の位置に安定維持させるには、ヘッド内のインクの圧力を適度な負圧に制御しなければいけないという制約が生じる場合がある。さらに、連続吐出を行っているとメニスカス位置が安定せず、金属プレート基体と樹脂シート境界から吐出側に移動してしまう場合がある。これは、インク吐出時に、ノズル内の樹脂シートからなる部分へのインクの接触通過が繰り返されるうちに、加工面の撥水樹脂シートの撥水性が徐々に変化してしまうためである。このように、メニスカス位置が不安定になると、当初の吐出性能を維持することができないといった問題や、複数のノズルを設けた場合において各ノズル間での吐出性能のバラツキが発生するといった問題の原因となる。
【０００９】
本発明の目的は、メニスカスをノズルの吐出側開口部に安定維持可能であり、かつ、金属プレート基体、樹脂シート及び撥水膜の接着強度及び密着性が良好な構造を有し、簡便な工程により製造可能であるノズルプレートおよびその製造方法の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明にかかるインクジェットヘッド用のノズルプレートの製造方法は、
親水性の金属プレート基体のノズルとなる貫通孔が開口する液体吐出側の面に、親水性高分子材料からなる基層の表面に撥水膜を有するシートを、該撥水膜を外表面として積層する工程と、
前記シートの前記貫通孔の開口に対応する部分を開口してノズルを開通させる工程と、
を有することを特徴とするノズルプレートの製造方法である。
【００１１】
本発明のノズルプレートの一態様は、上記の製造方法により得られたことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明のノズルプレートの他の態様は、インクジェットヘッド用のノズルプレートにおいて、親水性の金属基体の吐出側の面に、親水性高分子材料からなる基層と撥水膜とを有するシートを、該撥水膜を外表面として積層した積層構造を有し、該積層構造の各層の厚さ方向にノズルとなる貫通孔が設けられていることを特徴とするノズルプレートである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のノズルプレートでは、撥水膜と金属プレート基体との間に親水性高分子材料からなる基層の介在によりこれらが接合された構造を有し、各部材間での密着性及び接着強度を良好なものとすることができる。その結果、液漏れ等のない信頼性の高いインクジェットヘッド用のノズルプレートを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明のインクジェットヘッド用のノズルプレートは、親水性の金属プレート基体と、親水性高分子材料からなる基層上に撥水膜を有するシートと、を有して構成される。撥水膜は吐出側の外表面を形成し、基層が金属プレート基体に固定されている。
【００１５】
ノズルは上記の各部材の厚さ方向に設けられた貫通孔により形成されており、その内壁は、親水性の金属プレート基体の部分、親水性高分子材料の部分及び撥水膜の部分を有する。
【００１６】
金属プレート基体は、ノズルプレートとしての機械的強度を確保でき、かつ、インク流路の一部を形成するものであるので表面が親水性である金属材料からなるものが利用される。金属プレート基体としては、ニッケルシート、ステンレスシートなどを用いることができる。金属プレート基体の厚さは、インクジェットヘッド用としても目的用途に応じて選択すればよいが、例えば４０μm以上１５０μm以下の範囲から選択することが好ましい。
【００１７】
撥水膜を有するシートの基層は、親水性高分子材料から形成される。この親水性高分子材料としては、例えば、ポリサルフォン、ポリアミド等の親水性の各種樹脂を用いることができる。基層は、金属プレート基体に対して良好な接着強度と密着性が得られるように、金属プレート基体の材質に応じてその種類を選択することができる。基層は、撥水層を保持でき、かつ金属プレート基体上に設けられる層としての機械的強度を有するものであればよい。基層の厚さは、加工性や強度などを考慮すると、１０μm以上１００μm以下の範囲から選択することが好ましい。
【００１８】
金属プレート基体及び撥水膜シート用の基層の親水性は、これらの接着面が親水性であることでこれらの接着剤による接着強度を高めることができる程度であればよく、純水の接触角度で５０°を超えない程度とすることが好ましい。
【００１９】
基層の金属プレート基体への接合には各種の方法を利用することができる。簡便な接合方法としては、接着剤を用いた方法が簡便かつ好適である。金属プレート基体及び基層がともに親水性であるので、これらの部材間で良好な接着強度及び密着性を得ることができる。
【００２０】
これらを接合するための接着剤としてはエポキシ系接着剤あるいはシリコン系接着剤などを挙げることができる。
【００２１】
撥水膜は、基層上に設けられるものであり、撥水面の形成用に用いられている撥水性材料からなる膜から、インクジェットヘッド用の目的用途に適したものを選択して用いればよい。このような撥水性材料としては、例えば、テフロン系などを挙げることができる。撥水膜は、撥水性の材料を含む塗工液を基層の所定面に塗布し、必要に応じて乾燥処理などを行うことにより形成することができる。撥水膜の膜厚は、所望とする撥水性をノズルプレートの吐出側の面（外表面）に付与可能であり、かつ吐出側の面付近でのメニスカスの維持を容易とする程度であればよく、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲から選択することが好ましい。
【００２２】
本発明にかかるノズルプレートは、予め所定位置にノズルとなる貫通孔が設けられた金属プレート基体の吐出側の面に、撥水膜を有するシートを撥水膜が外表面を形成するように積層した後、貫通孔をシート側に延長して外表面まで貫通させる開口処理を行うことにより得ることができる。金属プレート基体への貫通孔の形成には、種々の方法が利用できるが、プレス加工と研磨処理を組み合わせた方法が簡便である。金属プレート基体上に接合された撥水膜を有するシートの所定部分の開口にも種々の方法を利用することができる。なかでも、レーザ照射による開口処理は、簡便かつ位置精度良い開口が可能であり、好ましい。特に、後述するように、金属プレート基体のインク供給側（撥水膜を有するシートが設けられている面に対して反対側の面）からレーザ照射を行うことで、シートへのレーザ照射領域が予め設けられた貫通孔により自動的に規制され、位置精度よくレーザ照射を行うことが可能となる。レーザ照射は、金属プレート基体に対して影響を及ぼさず、かつ撥水膜を有するシートに開口を行うことができる強度で行われる。レーザとしてはエキシマレーザを好適に利用可能である。
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は本発明のノズルプレートの一例の概略図である。このノズルプレートは、金属プレート基体１と、金属プレート基体上に接着固定された撥水膜を有するシートから構成されている。撥水膜を有するシートは、高分子材料からなるシート（基層）２及び撥水膜３からなっている。ノズルは４及び５から構成されている。ノズルの長さは金属プレート基体及び撥水膜を有するシートの厚さにより規定される。また、ノズルの断面形状は所望とするインクジェットヘッドの目的用途に応じて適宜選択される。図１に示す例では、ノズルの金属プレート基体１中にある部分４は、インク供給側（図面上下方側）から吐出側（図面上上方側）へ内径が減少するテーパ部分と内径に変化のないストレート部分からなる。ストレート部分は、シート２及び撥水膜３を貫通した部分５と連通し、吐出側にノズル開口部を形成している。
【００２５】
上記の構成によれば、撥水性樹脂シートのみを金属プレート基体に接合した場合に比べて、撥水膜を薄くすることできる。その結果、インクジェットヘッドに組み込んだ際に、撥水膜が設けられた側のノズル開口付近にメニスカスを位置させることが容易となる。更に、撥水膜を有するシートの厚さを薄くすることで、シートへのレーザ照射などを用いた開口処理を更に容易とすることができる。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明について実施例を用いて更に詳細に説明する。
（実施例１）
図２（ａ）にノズルが予め形成されたノズルプレートを示す。膜厚５０μｍのニッケルシート１にプレス加工によりノズル４を形成している。ノズル４は吐出側に規定の長さ１０μｍのストレート部をもっている。これは、予めプレス加工用のポンチにストレート部とテーパ部を持たせて形状を形成してある。ストレート部の長さは、規定の長さ１０μｍに成るようにプレス加工の押し込み量で調整している。プレス加工後は、プレスによるバリ除去のために研磨工程を実施している。
【００２７】
図２（ｂ）に撥水膜を有するシートの模式的断面図を示す。このシートは、２０μｍ厚のポリサルフォンのシート２上に撥水膜３を塗布により形成した構造を有する。塗布はスピンコート法により行った。撥水剤としては、サイトップＣＴＬ−８０９Ｍ（旭硝子製）を希釈剤ＣＴ-Ｓｏｌｖ１８０（旭硝子製）により６重量％に希釈し、スピン塗布器にて膜厚を２００ｎｍに調整した。その後２００℃、１時間の焼成を行い乾燥させ撥水膜（膜厚：２０ｎｍ）を形成した。
【００２８】
次に、上記のニッケルシートの吐出側の面に、接着剤スーパＸ８００８（スリーボンド製）を転写塗布した後、撥水膜を有するシートを接着固定し、図３に示す積層体を形成した。その際、全面に圧力ムラが無く均一にこれらの部材を接着する為に、ニッケルシートと撥水膜付きシートをアライメント接触させた状態で、全面ゴム状の平板で押圧状態で接着剤が固化するまで１日放置し、乾燥固化させた。乾燥固化後、図４に示すように、積層体のインク供給側からエキシマレーザ光を照射した。エキシマレーザ光としてＫｒＦレーザを用いた。ＫｒＦレーザ光は、Ｎｉ等の金属に対しては影響が少なく、本実施例におけるニッケルシートを加工用のマスク材として用いることが出来る。つまり、エキシマレーザ照射によりニッケルシート１自体の形状は変化せず、最初の形状を維持でき、撥水膜を有するシートの貫通孔を覆う部分に効果的にレーザ照射が行われ、その部分が除去されてノズルが貫通する。照射条件は、４００ｍＪ／ｃｍ2、１０００ｐｕｌｓｅであった。このようにして、本実施例のノズルプレート（図１）を形成した。
【００２９】
本実施例の効果を確認する。ノズルプレートをインクジェットヘッドに組み入れて試験を行った。まず、接着力及び密封性を周辺部のインク漏れによって確認した。インクへの共通流路側から５ｋＰａの加圧による１０００回の繰り返し耐久性を確認した。その後、ノズルプレートをはがし、密封性を確認した。この「インク漏れ」は、金属プレート基体と高分子材料からなるシートとの間及びインクジェットヘッド本体と金属プレート基体との間にインクが侵入することを言う。
【００３０】
その結果、インク漏れは見られず、良好な密封性を持つ接着性を示した。ノズル加工面をＳＥＭにより観察したところレーザ除去による高分子材料の残渣はほとんど見られなかった。次に、連続吐出時の着弾方向の安定試験を行った結果、連続４時間の長時間吐出でも主滴及びサテライトにおいても着弾方向に変化は見られず、安定に吐出した。また、吐出状態の駆動周波数依存性を主滴の速度依存性で評価した。駆動周波数１０ｋＨｚにおいても安定に吐出することが出来た。
【００３１】
このように、本実施例では、密封性にすぐれた撥水膜を安定に容易に作成することが出来、長時間安定に吐出動作が可能なインクジェットヘッドのノズルプレートを提供することが可能となる。
【００３２】
（実施例２）
図６（ａ）にノズルが予め形成されたノズルプレートを示す。膜厚７５μｍのＳＵＳ３０４シート１にプレス加工によりノズル４を形成している。プレス加工後は、プレスによるバリ除去のために研磨工程を実施している。
【００３３】
図６（ｂ）に撥水膜を有するシートの模式的断面図を示す。このシートは、３０μｍ厚のポリサルフォンのシート２上に撥水膜３を塗布により形成した構造を有する。塗布はディッピング法で行った。撥水剤としては、サイトップＣＴＬ−８０９Ｍ（旭硝子製）を希釈剤ＣＴ-Ｓｏｌｖ１８０（旭硝子製）により６重量％に希釈しこれをディッピング液とした。ディッピング後２００℃、１時間の焼成を行い乾燥させ撥水膜（膜厚：２０ｎｍ）を形成した。
【００３４】
次に、ＳＵＳ３０４シートの上面側（吐出側）に接着剤スーパＸ８００８（スリーボンド製）を転写塗布した後、撥水膜付きシートを接着固定し、図７に示す積層体を形成した。その際、全面に圧力ムラが無く均一にこれらの部材を接着する為に、ＳＵＳ３０４シートと撥水膜付きシートをアライメント接触させた状態で、全面ゴム状の平板で押圧状態で接着剤が固化するまで１日放置し、乾燥固化させた。乾燥固化後、図８に示すように、積層体のインク供給側からエキシマレーザ光を照射した。エキシマレーザ光としてＫｒＦレーザを用いた。ＫｒＦレーザ光は、ＳＵＳ等の金属に対しては影響が少なく、本実施例におけるＳＵＳシートを加工用のマスク材として用いることが出来る。つまり、エキシマレーザ照射によりＳＵＳシート１自体の形状は変化せず、最初の形状を維持でき、撥水膜を有するシートの貫通孔を覆う部分に効果的にレーザ照射が行われ、その部分が除去されてノズルが貫通する。照射条件は、２００ｍＪ／ｃｍ2、５００ｐｕｌｓｅであった。このようにして、本実施例のノズルプレート（図５）を形成した。
【００３５】
実施例１と同様に接着剤による密着性の確認、長時間の着弾方向の安定性及び高周波数の安定性を確認したところいずれも良好な結果が得られた。
【００３６】
このように、本実施例では、密着性にすぐれた撥水膜を安定に容易に作成することが出来、長時間安定に吐出動作が可能なインクジェットヘッドのノズルプレートを提供することが可能となる。
【００３７】
以上、一実施例の形態を詳細に説明したが本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態のノズルプレートを示す模式的断面図である。
【図２】本発明の一実施例における金属プレート基体と撥水膜付きシートの構成を示す模式的断面図である。
【図３】レーザ処理前の積層体の構造を示す模式的断面図である。
【図４】レーザ加工を示す図である。
【図５】本発明の一実施例のノズルプレートを示す模式的断面図である。
【図６】本発明の一実施例における金属プレート基体と撥水膜付きシートの構成を示す模式的断面図である。
【図７】レーザ処理前の積層体の構造を示す模式的断面図である。
【図８】レーザ加工を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  金属プレート基体
２  高分子材料からなるシート
３  撥水膜
４  ノズルの基体中の部分
５  ノズルのシート中の部分
６  レーザ光
【図１】
2007331346.tif 000003
【図２】
2007331346.tif 000004
【図３】
2007331346.tif 000005
【図４】
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【図５】
2007331346.tif 000007
【図６】
2007331346.tif 000008
【図７】
2007331346.tif 000009
【図８】
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