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JP2006224402A - ノズル板の製造方法及び液滴吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

ノズル板の製造方法及び液滴吐出ヘッドの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 ノズル板に撥液処理を施す際に、ノズル板の表面においてノズル孔の近傍にバリや欠けを生じさせないようにすること。
【解決手段】 複数の孔51を有する板状部材70に対して、紫外線などの放射線を透過する充填材81を複数の孔51に充填する工程(b)と、複数の孔51及びこれらの周囲を覆うように板状部材70の一方の面701に撥液膜71を形成する工程(c)と、板状部材70の撥液膜71を形成した側とは反対側から充填材81を介して撥液膜71に放射線を照射して撥液膜71のうち複数の孔51に対応する部分71aを硬化又は増粘させる第1の照射工程(d)と、撥液膜71のうち複数の孔51に対応する部分71aのみを充填材81とともに除去する工程(e)と、板状部材70の撥液膜71を形成した側から撥液膜71の除去されなかった部分71bに放射線を照射して硬化させる第2の照射工程(f)とを含むように構成した。
【選択図】 図3

Description

本発明は、ノズル板の製造方法及び液滴吐出ヘッドの製造方法に係り、特に撥液処理されたノズル面を有するノズル板の製造方法及び液滴吐出ヘッドの製造方法に関する。
多数のノズル(孔)を配列させたインクジェットヘッド(液滴吐出ヘッド)と被記録媒体を相対的に移動させながら、ノズルから被記録媒体に向けてインクを吐出することにより、被記録媒体上に画像を記録するインクジェットプリンタ(画像形成装置)が知られている。
このようなインクジェットプリンタに搭載するインクジェットヘッドとしては、その一部が振動板により構成された圧力室にインクを供給し、画像データに応じた電気信号をピエゾ等の圧電素子に付与して圧電素子を駆動することにより振動板を変形させて、圧力室の容積を減少させ、圧力室内のインクをノズルからインク滴として吐出するようにしたピエゾ方式のインクジェットヘッドが知られている。
一方で、ヒータなどの発熱体によってインクを加熱して気泡を発生させ、その圧力でインク滴を飛ばすようにしたサーマルジェット方式のインクジェットヘッドも知られている。
近年、インクジェットプリンタにおいても写真プリント並みの高画質な画像を形成することが望まれている。これに対して、ノズルの径を小さくしてノズルから吐出されるインク液滴を小さくするとともに、ノズルを高密度に配列して単位面積あたりの画素数を多くすることによって、高画質を実現することが考えられている。
一方で、ノズルが配列されたノズル板の表面が撥液処理されていないと、このノズル板の表面に付着した液滴によりいわゆる飛翔まがり等の吐出異常が生じるという問題がある。このような吐出異常が生じると、高画質の画像を形成することができなくなる。
そこで、従来、ノズル板の表面に撥液膜を形成する各種の製造方法が提案されている。
特許文献1には、ノズルを有するノズル板の裏面に感光性樹脂フイルムを圧接させて、温度により粘度を制御しながらこの一部をノズル内に入り込ませ、ついで、この感光性樹脂フイルムを紫外線の照射により硬化させた上、ノズル板の表面に共析メッキを施して撥液膜を形成し、その後、ノズル内に入り込んだ感光性樹脂フイルムを除去するようにしたことが記載されている。
特許文献2には、ノズルを有するノズル板の表面を被覆材で被覆し、ノズル内に紫外線硬化型の充填材を充填し、両面から紫外線を照射して充填材を硬化させ、被覆材を除去した後に、ノズル板の表面に撥液膜を形成し、その後、ノズル内の充填材等を除去するようにしたことが記載されている。
特開平7−125220号公報(特に図1) 特開2000−108359号公報(特に図1、図2)
ノズル板の表面に撥液処理を施しても、ノズルの周辺の撥液処理が不均一である場合には、飛翔まがり等の吐出異常が生じる。このような吐出異常が生じると、高画質の画像を形成することができなくなる。
具体的には、ノズルを形成したノズル板の表面に撥液膜を形成する際、ノズルに充填材を充填し、撥液膜を形成した後に充填材を除去するが、図8(a)に示すように、ノズル板70のノズル51内に充填された充填材81上に撥液膜71がのっているので、力学的に充填材81を除去しようとすると、図8(b)に示すように、ノズル51の近傍でいわゆるバリ711や欠け712が発生し、吐出異常を引き起こすことになる。
なお、前述の特許文献1、2には、力学的に充填材81を除去するときの影響について記載がない。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ノズル板に撥液処理を施す場合に、ノズル板の表面においてノズルの近傍にバリや欠けを生じさせないようにすることができるノズル板の製造方法及び液滴吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、複数の孔を有する板状部材を用意し、放射線を透過する充填材を前記複数の孔に充填する充填工程と、前記複数の孔及びこれらの周囲を覆うように前記板状部材の一方の面に撥液膜を形成する撥液膜形成工程と、前記板状部材の前記撥液膜を形成した側とは反対側から前記充填材を介して前記撥液膜に放射線を照射して前記撥液膜のうち前記複数の孔に対応する部分を硬化又は増粘させる第1の照射工程と、前記撥液膜のうち前記複数の孔に対応する部分のみを前記充填材とともに除去する充填材除去工程と、前記板状部材の前記撥液膜を形成した側から前記撥液膜の除去されなかった部分に放射線を照射して硬化させる第2の照射工程を含む構成になっている。
この構成によって、第1の照射工程において、ノズル板自体をマスクとして用いて、孔(ノズル)に充填された充填材を介して撥液膜のうち孔に対応する部分が硬化又は増粘し、充填材除去工程において、撥液膜のうち硬化又は増粘されたノズルに対応する部分のみが充填材とともに除去されるので、ノズルに充填された充填材を力学的に除去する場合であっても充填材の除去時にノズル板の表面にバリや欠けを発生させないことになる。
請求項2に記載のように、前記撥液膜は、例えば、前記放射線を照射されると感光又は感熱により硬化する材料を用いる。
請求項3に記載のように、前記撥液膜に対して照射する放射線は、例えば、可視光線、紫外線、赤外線、又は、電子線を用いる。
ここで、前記撥液膜に照射する放射線は、前記撥液膜として用いる材料の材質による。例えば、紫外線(UV)硬化性の材料を用いた撥液膜には、紫外線を照射する。また、感熱硬化性の材料を用いた撥液膜には、その材料が感熱により硬化するような波長の光を照射する。適切な単一波長のレーザ光を照射するようにしてもよい。電子線(EB)硬化性の材料を用いた撥液膜には、電子線を照射する。
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の発明において、前記撥液膜形成工程よりも後であって前記充填材除去工程よりも前に、前記撥液膜を形成した側から前記撥液膜に対して前記第2の照射工程で照射する放射線よりも照射量の少ない放射線を照射することにより前記撥液膜のうち少なくとも前記複数の孔の周囲の部分を半硬化又は増粘させる構成になっている。
この構成によって、撥液剤がノズル内に垂れることが防止される。
請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載の発明において、前記充填工程よりも前に、前記板状部材の前記撥液膜を形成しようとする面に保護層を形成する工程と、前記充填工程よりも後であって前記撥液膜形成工程よりも前に、前記保護層を除去する工程とをさらに含む構成になっている。
この構成によって、充填材がノズルからはみ出すことが防止されて、撥液膜を均一に塗布できることになる。
請求項6に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載の発明において、前記充填工程よりも後であって前記撥液膜形成工程よりも前に、前記板状部材の前記撥液膜を形成しようとする面を研磨することにより前記複数の孔から出た前記充填材を除去する工程をさらに含む構成になっている。
この構成によって、ノズル板の表面が平坦になるので撥液膜を均一に塗布できる。
請求項7に記載の発明は、液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、前記請求項1乃至6のいずれかに記載のノズル板の製造方法によって製造されたノズル板を、該ノズル板の複数の孔に連通させる流路又は液室が形成されている構造体と接合する工程を含む構成になっている。
この構成によって、液滴を安定して吐出できる液滴吐出ヘッドを容易に製造できることになる。
本発明によれば、ノズル板に撥液処理を施す場合に、ノズル板の表面においてノズルの近傍にバリや欠けを生じさせないようにすることができる。
以下、添付図面に従って、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
図1は、本発明に係る製造方法により製造される液滴吐出ヘッド50の構造例を示す平面透視図である。
図1において、液滴吐出ヘッド50は、最大サイズの記録紙の少なくとも一辺を超える長さにわたってノズル51が複数配列されている。
具体的には、液滴吐出ヘッド50は、インク滴が吐出されるノズル51、ノズル51を介してインク滴を吐出する際にインクに圧力を付与する圧力室52、及び、図1では図示を省略した共通流路から圧力室52に対してインクを供給するインク供給口53を含んで構成される複数の圧力室ユニット54が、2次元マトリクス状に配列されて構成されている。
図1に示す例においては、各圧力室52を上方から見た場合に、その平面形状は略正方形状をしている。圧力室ユニット54は、その対角線の一方の端にノズル51が形成され、他方の端にインク供給口53が設けられている。
なお、図1に示すように各圧力室52を上方から見た場合における平面形状が略正方形状である場合を例に説明したが、本発明において圧力室52の平面形状はこのような正方形に限定されるものではない。
図1の2−2線に沿った断面図を図2に示す。
図2において、液滴吐出ヘッド50は、インク滴を吐出する際にインクに圧力を付与する圧力室52の上に振動板56が配置され、振動板56の上には圧力を発生する圧力発生手段としてピエゾ等からなる圧電素子58が配置されている。振動板56は、圧電素子58によって発生された圧力を圧力室52に伝達する。また、振動板56は、圧電素子58を挟む一方の電極(共通電極)を構成しており、圧電素子58の直上に配置された個別電極57は、振動板56に対応する他方の電極を構成する。
振動板56は、各圧力室52に共通のものとし1枚のプレートで形成されている。そして、振動板56の各圧力室52に対応する部分に、圧力室52を変形させるための圧電素子58が圧力室52とは1対1で配置されている。圧電素子58に電圧を印加して駆動するための電極(共通電極と個別電極)が圧電素子58を挟むようにその上下面に形成されている。
なお、図2には、ノズル51、圧力室52、インク供給口53、個別電極57、圧電素子58、及び、個別吐出流路69を、それぞれひとつずつしか図示していないが、実際には、液滴吐出ヘッド50に複数形成されている。
このような液滴吐出ヘッド50は、下から、ノズル板70、共通流路板63、供給口板62、圧力室板61、及び、振動板56を積層した構造になっている。ノズル板70には、複数のノズル51が形成されており、共通流路板63には、共通流路55と、複数の圧力室52のそれぞれを複数のノズル51のいずれかに連通させる複数の個別吐出流路69とが形成されており、供給口板62には、共通流路55を複数の圧力室52のそれぞれに連通させる複数のインク供給口53と、個別吐出流路69とが形成されており、圧力室板61には、複数の圧力室52が形成されている。
ノズル板70には、各ノズル51の周囲に、フッ素樹脂等の撥液性の成分を含む撥液膜71が形成されている。
図3は、液滴吐出ヘッド50の製造方法におけるノズル板の基本的な製造プロセスの例を示す説明図である。
まず、図3(a)に示すように、所定の板状部材70を用意して、この板状部材70に複数のノズル51(孔)を形成する。
このようなノズル51が形成されている板状部材70を「ノズル板」という。
なお、複数のノズル51が形成されているノズル板70を用意できれば、これを用意するのみで、図3(a)に示すようなノズル51を形成する工程を行わなくてもよいことは言うまでもない。
また、ノズル板70の撥液膜を形成しようとする面と他方の面とを明確かつ簡略に区別するために、撥液膜を形成しようとする面(後に記録媒体に対向してノズル51から液滴が吐出される側の面であり「ノズル面」ともいう)701を単に「表面」と呼び、この表面とは反対側の面702(後述のように充填材を充填する側の面であり「充填面」ともいう)を単に「裏面」と呼ぶことにする。
次に、図3(b)に示すように、ノズル板70の裏面702側からノズル51に対して充填材81を充填する。
なお、充填材81は、後述の撥液膜を硬化させるのに必要な放射線を透過させる材料を用いる点に留意する。ここで、放射線には、紫外線、可視光線、赤外線、電子線などがある。例えば、紫外線硬化型の材料を撥液膜として用いる場合には、少なくとも紫外線を透過させる材料を充填材81として用いる。一方で、熱硬化型の材料を撥液膜として用いる場合には、少なくともその熱硬化に適した波長の光を透過させる材料を充填材81として用いる。また、例えば、電子線に反応して硬化する材料を撥液膜として用いる場合には、少なくともその電子線を透過させる材料を充填材81として用いる。
また、充填材81は、撥液膜が硬化するのに十分な放射線が透過される程度の厚さのものを用いる。
本実施形態では、充填材81として、光を透過させる透光性の材料を用いる。
また、本実施形態では、充填材81として、樹脂を基材としたシート状のものを用いる。充填は、ノズル板70の裏面702に充填材であるシートを圧接することにより行う。例えば、ウレタン系ドライフイルムレジストを用いる。このようにシート状の充填材を用いた場合、後述のように力学的に剥がすことにより充填材を簡易に除去できる。
ところで、図3(b)では、充填材81がノズル板70の表面701に対して平坦に露出した状態を示しているが、このような平坦な露出状態に限らず、充填材81がノズル51からはみ出して露出した状態(表面701に凸部を形成している場合)や、充填材81がノズル51内に引っ込んでいる状態(表面701に凹部を形成している場合)を含む。ただし、充填材81がノズル51からはみ出していると、後に撥液膜を均一に成膜することが困難になる場合(例えばスピンコートで成膜する場合)があるので、図3(b)に示すように平坦な状態にするか、あるいは、引っ込んだ状態にすることが好ましい。
次に、図3(c)に示すように、ノズル51及びその周囲を覆うように、ノズル板70の表面701に撥液剤を塗布して、撥液膜71を形成する。
本実施形態では、撥液剤として、光を照射されると感光又は感熱により硬化する樹脂を基材とした材料を用いる。
感光性の撥液剤としては、例えば、フッ素樹脂及び光重合開始剤をエポキシ樹脂に混合してなる撥液剤を用いる。
感光性の撥液剤の場合、必要に応じて、例えば、アジド系開始剤、アセトフェノン系開始剤、カチオン系開始剤、のような開始剤、ビスアジド系感光剤、トリアジン系感光剤、のような感光剤、あるいはこれらの感光剤と増感剤とを、通常用いられる量的範囲で併用することにより感度を向上させるようにしてもよい。
なお、撥液膜を電子線により硬化させる場合には、電子線により硬化する材料を用いることは言うまでもない。
次に、図3(d)に示すように、ノズル板70の裏面702側から光を照射することにより、ノズル板71の表面701を覆っている撥液膜71のうちノズル51に対応する部分71aを露光して硬化させる。すなわち、複数のノズル51が形成されているノズル板70自体をマスクとして用い、ノズル51に充填された透光性の充填材81を介して、撥液膜71のうちノズル51の直上の部分71aを露光させる。一方で、ノズル51の周囲の部分71bは露光させない。
なお、撥液膜を電子線により硬化させる場合には、電子線をノズル板70の裏面702側から照射することは言うまでもない。
次に、図3(e)に示すように、ノズル板70のノズル51に充填されている充填材81を、撥液膜71のうちノズル51の直上の部分71aとともに、ノズル板70から除去する。本実施形態においては、シート状の充填材81をノズル板70から剥がすようにして力学的に除去する。
次に、図3(f)に示すように、ノズル板70の表面701の撥液膜71(すなわちノズル51の周辺の除去されずに残った部分である)に光を照射して硬化させる。
なお、撥液膜を電子線により硬化させる場合には、電子線をノズル板70の表面701に向けて照射することは言うまでもない。
以上のように図3を用いて説明した製造プロセスにより、充填材81をノズル板70から剥がすようにして力学的に除去する場合であっても、ノズル板70の表面701においてノズル51近傍にバリや欠けが生じないことになる。
ところで、前述の基本的な製造プロセスでは、図3(d)に示す、ノズル板70自体をマスクとして充填材81を介して撥液膜71を露光させる工程において、ノズル板70の表面701には光を照射しないようになっているが、図4に示すように、ノズル板70の裏面702に光を照射すると同時にノズル板70の表面701にも光を照射するようにしてもよい。この場合、図3(f)に示す後の露光工程で光を照射するよりも光の照射量を少なくする。
ここで、「照射量が少ない」とは、照射される光の明るさが小さい場合と、照射時間が短い場合とを含む。
このように表面701にも補助的に光を照射することにより、裏面702側から充填材81を介して照射しただけではノズル孔51の直上の部分71aの硬化が不十分になるような場合であっても、ノズル孔51の直上の部分71aを十分に硬化(又は増粘)させることができる。
ノズル51の周辺部71bにも光が照射されるが、後の露光工程よりも光量が小さく、補助的に光が照射されるだけであって周辺部71bは完全には硬化することなく、半硬化(又はノズル51の直上の部分71aよりも弱い増粘)をするだけなので、図3に示す基本的な製造プロセスと同様に充填材の除去時にノズル板70の表面701にバリや欠けを発生させないという効果を得られるとともに、撥液剤がノズル51内に垂れることが防止されるという効果も得られる。
なお、図4では、表面701側からの補助的な露光を裏面702側からの露光と同時に行う場合を例に示しているが、同時に行わないで、表面701側からの補助的な露光を裏面702側からの露光の前又は後に行っても同様な効果が得られる。
また、前述の基本的な製造プロセスでは、図3(b)に示すノズル51に充填材81を充填する工程において、ノズル板70の表面701及び裏面702の両面において開いた状態のノズル51にそのまま充填材81を充填した場合を説明したが、図5(a)、(b)及び(c)に示すように、ノズル板70の表面701に保護層82を形成した後に充填材81を充填するようにしてもよい。
具体的には、まず、図5(a)に示すように、ノズル板70の表面701に保護層82を形成し、次に、図5(b)に示すように、ノズル板70の裏面702側からノズル51に充填材81を充填し、その後、図5(c)に示すように、ノズル板70の表面701から保護材82を除去する。
保護層82の形成としては、テープ状のマスク材料(マスクテープ)を表面701に貼り付けるようにしてもよい。
このように保護層82を形成した後に充填材81の充填を行うことにより、充填材81がノズル51からはみ出すことが防止されて、スピンコートなどにより撥液膜71を形成する際、撥液膜71を均一に形成できることになる。
一方で、図3(b)に示すノズル51に充填材81を充填する工程の後に、図6(a)及び(b)に示すように、ノズル板70の表面701を研磨して、充填材81のノズル51からはみ出した部分811を除去するようにしてもよい。
もしも研磨を行わない場合、ノズル51から充填材81がはみ出さないように充填材81を充填しようとすると、どうしても充填材81のノズル51への入り込み量がノズル51によりばらついてしまうが、逆に、ノズル51からはみ出すように充填材81を充填した後に、ノズル板70の表面を研磨するようにすれば、シート状の充填材81であっても容易に充填でき、しかも、ノズル板70の表面701を正確に平坦とすることができるので、撥液膜71を均一に形成できることになる。
以上のようにして製造された撥液膜71が表面701(ノズル面)に形成されたノズル板70は、図7に示すように、圧力室52、インク供給口53、共通流路55、振動板56(共通電極を兼ねる)、個別電極57、圧電素子58などが形成された構造体60に接合されて、図1及び図2に示す液滴吐出ヘッド50が形成される。
以上、シート状の充填材81をノズル板70に圧接してノズル51を充填した後に撥液膜71を形成し、その後にシート状の充填材81をノズル板70から剥がすようにして除去する場合を例に説明したが、本発明はこのような場合に特に限定されるものではない。例えば、図5(a)に示すように保護層82を形成した後に、図5(b)に示すような充填工程において液体状の充填材を充填し、その充填材を硬化させた後、図5(c)に示すように保護層82を除去し、撥液膜を形成し、その後に充填材を力学的に除去するようにしてもよい。
また、撥液膜に照射する放射線は、紫外線、可視光線、または、赤外線に限られるものではなく、電子線であってもよい。
また、ピエゾ方式の液滴吐出ヘッド50を製造する場合を例に説明したが、本発明は、ピエゾ方式に限定されるものではなく、サーマルジェット方式の液滴吐出ヘッドを製造する場合を含む。
その他、本発明は、実施形態において説明した例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の設計変更や改良を行ってもよいのはもちろんである。
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法により製造される液滴吐出ヘッドの例の平面透視図である。 図1の2−2断面に沿った断面図である。 本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法における基本的なプロセスの例を示す説明図である。 ノズル板の表面及び裏面の両面に対して光を照射する工程の説明に用いる説明図である。 保護層を形成後に充填する場合の説明に用いる説明図である。 ノズルから出ている充填剤を除去するようにノズル板の表面を研磨する工程の説明に用いる説明図である。 撥液処理を施したノズル板を構造体に接合する工程の説明に用いる説明図である。 従来技術におけるバリ及び欠けの発生の説明に用いる説明図である。
符号の説明
50…液滴吐出ヘッド、51…ノズル、52…圧力室、53…インク供給口、54…圧力室ユニット、55…共通流路、56…振動板、57…個別電極、58…圧電素子、70…ノズル板、71…撥液膜、81…充填材、82…保護層、701…ノズル面(表面)、702…充填面(裏面)

Claims (7)

  1. 複数の孔を有する板状部材を用意し、放射線を透過する充填材を前記複数の孔に充填する充填工程と、
    前記複数の孔及びこれらの周囲を覆うように前記板状部材の一方の面に撥液膜を形成する撥液膜形成工程と、
    前記板状部材の前記撥液膜を形成した側とは反対側から前記充填材を介して前記撥液膜に放射線を照射して前記撥液膜のうち前記複数の孔に対応する部分を硬化又は増粘させる第1の照射工程と、
    前記撥液膜のうち前記複数の孔に対応する部分のみを前記充填材とともに除去する充填材除去工程と、
    前記板状部材の前記撥液膜を形成した側から前記撥液膜の除去されなかった部分に放射線を照射して硬化させる第2の照射工程と、
    を含むことを特徴とするノズル板の製造方法。
  2. 前記撥液膜は、前記放射線を照射されると感光又は感熱により硬化する材料からなることを特徴とする請求項1に記載のノズル板の製造方法。
  3. 前記撥液膜に対して照射する放射線は、可視光線、紫外線、赤外線、又は、電子線を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載のノズル板の製造方法。
  4. 前記撥液膜形成工程よりも後であって前記充填材除去工程よりも前に、前記撥液膜を形成した側から前記撥液膜に対して前記第2の照射工程で照射する放射線よりも照射量の少ない放射線を照射することにより前記撥液膜のうち少なくとも前記複数の孔の周囲の部分を半硬化又は増粘させることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のノズル板の製造方法。
  5. 前記充填工程よりも前に、前記板状部材の前記撥液膜を形成しようとする面に保護層を形成する工程と、前記充填工程よりも後であって前記撥液膜形成工程よりも前に、前記保護層を除去する工程とをさらに含むことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のノズル板の製造方法。
  6. 前記充填工程よりも後であって前記撥液膜形成工程よりも前に、前記板状部材の前記撥液膜を形成しようとする面を研磨することにより前記複数の孔から出た前記充填材を除去する工程をさらに含むことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のノズル板の製造方法。
  7. 液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、前記請求項1乃至6のいずれかに記載のノズル板の製造方法によって製造されたノズル板を、該ノズル板の複数の孔に連通させる流路又は液室が形成されている構造体と接合する工程を含むことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
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