JP2005053064A - ノズルプレートの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 撥水膜を基板の表面に形成してから基板を貫通させてノズルを形成したときに、ノズルの吐出口に沿って撥水膜が残るようにしてインクの着弾精度を向上させる。
【解決手段】 ノズルプレートＰ１の製造方法は、基板１の裏面側からパンチ１０を打ち込むことにより基板１の表面側に凸部５を形成するとともに、基板１の裏面側に表面側へ貫通しない凹部４を形成する第１の工程と、前記基板１の表面側の凸部５を除去して基板１の表面を平坦化する第２の工程と、この平坦化された基板１の表面に撥水膜３を形成する第３の工程と、前記基板１の表面側からパンチ１１により基板１を打ち抜いて基板１の表面から前記凹部４まで貫通させてノズル２を形成する第４の工程とを備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インクを吐出するノズルが形成されたノズルプレートの製造方法に関する。

インクジェットヘッドには、ノズルが形成されたノズルプレートが設けられており、このノズルから記録媒体に対してインクが吐出されて印刷されるようになっている。ここで、ノズルからインクを吐出する際に、ノズル吐出口の周辺部の撥水性（撥インク性）が悪くインクの濡れが生じると、吐出されるインクがノズル吐出口周辺に付着したインクと干渉してインクの着弾精度が悪化するため、ノズルプレートの基板の表面には、撥水性を向上させるための撥水膜が形成される。

従来では、基板にノズルを形成した後に、基板の表面に感光性レジストをバーコータやロールコータで延ばしてノズル内に充填し、レジストを硬化させてからその他の部分を除去するなどして、ノズルの部分をマスキングし、基板の表面のノズルの周囲に撥水膜を形成するのが一般的であった。しかし、この方法では、複数の工程からなるマスキング作業が必要であるため、工数がかかるという欠点があった。
そこで、基板の表面に撥水膜を形成してからノズルの加工を行う方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法では、ブラスト加工されたポリイミド樹脂等からなる基板の表面に、フッ素系あるいはシリコン系樹脂等の溶液を塗布して撥水膜を形成した後、エキシマレーザー等により基板を裏面側または表面側から貫通させてノズルを形成する。

ところで、基板にノズルを形成する方法としては、前述のようにエキシマレーザーにより１回で基板を貫通させて形成する方法の他、以下のような方法もある（例えば、特許文献２参照）。この方法は、基板の裏面側から表面側程先細り状に延びるテーパ部と、このテーパ部から基板の表面まで延びるストレート部とを有するノズルを形成する方法である。まず、基板の裏面側に、テーパ部をパンチ等により基板を貫通しない状態に形成し、前記テーパ部を形成した際に、同時に表面側に形成された凸部を研磨等により除去してから、テーパ部の奥端から基板の表面まで、基板の裏面側からパンチにより貫通させてストレート部を形成する。この方法によれば、テーパ部を形成する際に生じる凸部を除去してから、肉厚が薄くなった部分を裏面側からパンチで打ち抜くため、一度に基板を打ち抜く場合に比べて打ち抜き量が少なく、バリが表面側に発生するのを抑えることができる。

特開平７−３０４１７６号公報（第２−４頁、図１−図５） 特開２００２−１１３５２９号公報（第７，８頁、図６−図８）

しかし、前記特許文献１に記載のノズルプレートの製造方法において、１回のエキシマレーザー加工により基板を裏面側から貫通させてノズルを形成した場合には、ノズル形成の際の基板の材料除去量が大きいため、基板の表面側に、基板自体及び撥水膜の大きなバリが発生する。そして、ノズルからのインクの着弾精度を向上させるには、このようなバリを完全に除去する必要があるが、そのためには、複数のバリ取りの工程が必要になり、工数がかかってしまう。逆に、基板の表面側から貫通させてノズルを形成した場合には、基板の表面にバリは生じないが、ノズル形成の際の基板の材料除去量が大きいために、基板の表面の撥水膜がノズル内に入り込んでしまう。すると、ノズル内に入り込んだ撥水膜によりノズル吐出口の真円度が悪化するため、ノズルからインクを吐出する際のインクの着弾精度が低下してしまう。

また、前記特許文献２に記載のノズルプレートの製造方法においては、基板を貫通させてストレート部を形成する際の打ち抜き量が少ないため、基板の表面側のバリの発生をある程度は抑えることはできる。しかし、予め撥水膜が形成された基板にこの方法を適用することは困難である。即ち、テーパ部を形成したときに、基板の表面側が突出して撥水膜の平坦性が損なわれてしまうし、さらには、この凸部を切削あるいは研磨等により除去する際に、凸部上の撥水膜も同時に除去されてしまい、ノズルの周囲に撥水膜でコーティングされない部分が形成されてしまう。

また、ストレート部を形成した時にバリが発生した場合には、例えば、電解研磨法を施すことになるが、ノズルの開口端部に存在するバリが除去されるともに一部の撥水膜も除去されてしまい、撥水膜の真円度を保てなくなってしまう。さらに、２回のパンチングによるノズルの貫通形成は、その打ち抜き方向が何れも基板の裏面から表面の方向であるので、基板が裏面から表面に向けて凸状に変形する傾向があり、インクジェットヘッドを構成する際の位置合わせ精度が得られない原因の１つになっている。

本発明の目的は、撥水膜を基板の表面に形成してから基板を貫通させてノズルを形成したときの基板の表面側のバリの発生や基板の反りを抑えて、少ない工数で精度の高いノズルプレートを製造することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

第１の発明のノズルプレートの製造方法は、基板の裏面側から第１のパンチを打ち込むことにより基板の表面側に凸部を形成するとともに、基板の裏面側に表面側へ貫通しない凹部を形成する第１の工程と、前記基板の表面側の凸部を除去して基板の表面を平坦化する第２の工程と、この平坦化された基板の表面に撥水膜を形成する第３の工程と、前記基板の表面側から第２のパンチにより基板を打ち抜いて基板の表面から前記凹部まで貫通させてノズルを形成する第４の工程とを備えたことを特徴とするものである。

このノズルプレートの製造方法においては、まず、第１の工程において、基板の裏面側から第１のパンチを打ち込むことにより、基板の表面側部分を部分的に突出させて凸部を形成すると同時に、基板の裏面側に表面側へ貫通しない凹部を形成する。次に、第２の工程において、基板の表面側に形成された凸部を切削あるいは研磨等により除去して基板の表面を平坦化する。次に、第３の工程において、平坦化された基板の表面に、ノズル周辺の撥水性を向上させてインクの濡れを防止する撥水膜を形成する。そして、第４の工程において、撥水膜が形成された基板の表面側から第２のパンチを打ち込んで、基板の表面から凹部までを貫通させる。

このように、基板の裏面側から第１のパンチを打ち込んで表面側へ貫通しない凹部を形成し、表面側に形成された凸部を除去した後に、基板の表面側から第２のパンチを打ち込むことにより基板を貫通させるため、このパンチングにおける打ち抜き量が小さくなる。従って、基板の表面側に形成された撥水膜がノズル内にほとんど入り込まないし、ノズル周辺の撥水膜にスクラッチが発生しにくい。また、基板の表面側から第２のパンチを打ち込んで基板を貫通させるため、基板の表面側にバリが発生しない。従って、撥水膜がノズルの吐出口に沿って残ることになり、ノズルの良好な真円度を確保して着弾精度を向上させることができる。
さらに、第１、第４の工程において、第１、第２のパンチの打ち込み量は、基板を一度に打ち抜く場合に比べて小さく、また、基板を２回に分けて同じ方向から打ち抜く場合と比べても、本発明は、第１、第２のパンチを基板の裏面側と表面側から夫々打ち込むため、ノズルプレートのそり等を防止することができる。

第２の発明のノズルプレートの製造方法は、前記第１の発明に関するものであり、前記第１の工程において、前記凹部を、基板の表面側程先細りのテーパ状に形成することを特徴とするものである。このように凹部をテーパ状とすることで、基板の裏面側からインクをノズル内に導きやすくすることができる。

第３の発明のノズルプレートの製造方法は、前記第１又は第２の発明に関するものであり、第４の工程において、前記基板の表面から前記凹部まで貫通する貫通孔をストレート状に形成することを特徴とするものである。このように貫通孔をストレート状とすることで、ノズルから吐出されるインクの直進性を確保して、着弾精度を向上させることができる。

本発明の実施の形態について説明する。本実施の形態は、インクジェットヘッドに設けられ、インクを吐出するノズルを備えたノズルプレートの製造方法に本発明を適用したものである。以下、図１を参照して説明する。

このノズルプレートの製造方法は、図１（ｅ）に示すように、基板１に形成されインクを吐出するノズル２と、基板１の表面（インク吐出側の面）に形成された撥水膜３とを備えたノズルプレートＰ１を製造するためのものである。
基板１は、金属製（例えば、ステンレス鋼）のシートで構成されており、この基板１の厚さは、例えば、約７０μｍ程度である。まず、この基板１の裏面にスプレー等の方法により潤滑剤を塗布してから、図１（ａ）に示すように、基板１の裏面側から、先端部が先細りのテーパ形状に形成されたパンチ１０（第１のパンチ）を打ち込んで、基板１の裏面側に表面側へ貫通しない表面側程先細りのテーパ状の凹部４を形成する。

ここで、凹部４の形成の際には、基板１が塑性変形してパンチ１０により表面側へ押し出されるため、基板１の表面側に凸部５が形成されるが、図１（ｂ）に示すように、研削盤による研磨等によりこの凸部５を除去し、基板１の表面を平坦化させる。そして、後述の工程において、撥水膜３が基板１の表面に付着しやすいように、平坦化した基板１の表面にプライマー処理を施してから、基板１の表面を乾燥させておく。

次に、図１（ｃ）に示すように、前述のプライマー処理が施された基板１の表面に、環状構造を有する含フッ素共重合体（サイトップ：旭硝子（株））を塗布して、基板１の表面側の、ノズル２の吐出口周辺の撥水性を向上させる為の撥水膜３を形成する。ここで、この撥水膜３の膜厚は、例えば、０．１〜数μｍ程度である。このように、ノズル２を貫通形成する前の基板１の表面に撥水膜３を形成することで、ノズル２から吐出されるインクがノズル２の吐出口周辺に付着して、次に吐出されるインクと干渉して着弾精度が低下するのを防止する。そして、前述のように、基板１の表面を平坦化してからサイトップを塗布して撥水膜３を形成するので、基板１の表面に平坦な撥水膜３を形成することができる。その後、この撥水膜３を安定化させるために、例えば、約２５０℃の温度で３０分程度の熱処理を行う。

次に、基板１の表面にスプレー等の方法により潤滑剤を塗布してから、図１（ｄ）に示すように、基板１の表面から円柱形状のパンチ１１（第２のパンチ）を打ち込んで、基板１の表面から凹部４までを貫通させてノズル２を形成する（図１（ｅ））。このように、基板１の表面側からパンチ１１を打ち込んで基板１を貫通させるため、基板１の表面側にバリが発生しない。また、表面側へ貫通しない凹部４を形成し且つ表面側に形成された凸部５を除去してから、パンチ１１を基板１の表面側から打ち込んで基板１を貫通させるため、このパンチングにおける打ち抜き量は小さく、基板１の表面側に形成された撥水膜３がノズル２内にほとんど入り込まないし、ノズル２の吐出口周辺の撥水膜３にスクラッチが発生しにくい。

また、基板１の表面から前記凹部４まで貫通する貫通孔６はストレート状に形成される。従って、図１（ｅ）に示すように、ノズル２は、表面側程先細りのテーパ状に形成された凹部４と、この凹部４から表面側へ延びるストレート状の貫通孔６で構成されることになる。このように、凹部４がテーパ状に形成されているため、ノズル２の凹部４に接続された図示しないインク供給源等から、ノズル２内にインクがスムーズに導かれて基板１の表面側へインクが吐出される。さらに、貫通孔６がストレート状に形成されているために、ノズル２から吐出されるインクの直進性が確保され、インクの着弾精度が向上する。

尚、前述したように、この実施形態においては、基板１にほとんどバリが生じないが、必要に応じてバリ取りを行ってもよい。このバリ取りは、電解研磨、流体研磨、ラップ盤による研削、磁気研磨、低周波超音波による洗浄等、公知の方法により行うことができる。
最後に、例えば、２５０℃の温度で、３０分程度の再熱処理を行うことにより、特に、ノズル２の形成の際に、ノズル２の吐出口の際の撥水膜３に形成された傷や凹凸等を補修して、撥水膜３を滑らかに整える。この実施形態では、撥水膜３にサイトップを使用しており、比較的低い温度で再熱処理を行うことができるため、基板１にノズル２及び撥水膜３が形成された最終の段階でこの再熱処理を行うことができる。

以上説明したノズルプレートＰ１の製造方法によれば、次のような効果が得られる。
基板１の裏面側に表面側へ貫通しない凹部４を形成し且つ表面側に形成された凸部５を除去してから、パンチ１１を基板１の表面側から打ち込んで基板１を貫通させるため、表面側からのパンチングにおける打ち抜き量が小さくなり、基板１の表面側に形成された撥水膜３がノズル２内にほとんど入り込まないし、ノズル２の吐出口周辺の撥水膜３にスクラッチが発生しにくい。また、基板１の表面側からパンチ１１を打ち込んで基板１を貫通させるため、基板１の表面側にバリが発生しない。従って、撥水膜３がノズル２の吐出口に沿って残ることになり、ノズルの良好な真円度を確保して着弾精度を向上させることができる。
さらに、凹部４及び貫通孔６を形成する際のパンチ１０，１１の打ち込み量は、１回のパンチングで基板１を貫通させる場合と比べて小さく、また、２回に分けて同じ方向から打ち抜く場合と比べても、本製造方法では、これらのパンチ１０，１１を基板１の裏面側と表面側から夫々打ち込むため、ノズルプレートＰ１のそり等を防止することができる。これにより、インクジェットヘッドを構成する場合に、高い位置合わせ精度を保ってノズルプレートＰ１を組み付けることができる。

ノズル２は、表面側程先細りのテーパ状に形成された凹部４と、この凹部４から表面側へ延びるストレート状の貫通孔６で構成される。従って、基板１の裏面側から、テーパ状の凹部４を介してノズル２にインクをスムーズに導いて表面側へインクを吐出できるし、ストレート状の貫通孔６によりノズル２から吐出されるインクの直進性が確保され、インクの着弾精度が向上する。

次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。
１］図２（ｅ）に示すように、ノズルプレートＰ２において、基板２１の裏面側の凹部２４を、貫通孔２６と同一の孔径を有するストレート状の孔に形成してもよい。即ち、まず、基板２１の裏面側から円柱形状のパンチ３０（第１のパンチ）を打ち込むことにより、基板２１の表面側に貫通しないストレート状の凹部２４を形成する（図２（ａ））。次に、基板２１の表面側に形成された凸部２５を除去して基板２１の表面を平坦化してから（図２（ｂ））、平坦化された基板２１の表面に撥水膜２３を形成する（図２（ｃ））。そして、前記のパンチ３０と略同径の円柱形状のパンチ３１（第２のパンチ：前記パンチ３０を兼用してもよい）を基板２１の表面側から打ち込んで、基板２１の表面側から凹部２４まで貫通する貫通孔２６を、凹部２４と連通し且つ凹部２４と同じ孔径を有するストレート状に形成する（図２（ｄ））。従って、図２（ｅ）に示すように、ノズル２２が、基板２１の裏面側から表面側まで同一孔径で且つストレート状に貫通した形状に形成されるため、ノズル２２から吐出されるインクの直進性がさらに向上する。

２］撥水膜は、前記実施形態のサイトップの他、フッ素系あるいはシリコン系樹脂の溶液を塗布することにより形成してもよい。または、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素系高分子材料を含有したニッケルメッキ等の撥水メッキにより、撥水膜を構成してもよい。
３］前記実施形態では、パンチ１０を１回打ち込むことにより、基板１の裏面側に凹部４を形成するが、パンチを複数回段階的に打ち込むことにより凹部を形成してもよい。
４］基板としては、前記実施形態の金属製の基板の他、セラミックス、ガラスあるいは、合成樹脂等で構成されたものも使用することができる。

本発明の実施形態に係るノズルプレートの製造工程を説明する説明図であり、（ａ）は凹部形成、（ｂ）は凸部除去、（ｃ）は撥水膜形成、（ｄ）は貫通孔形成、（ｅ）はノズルプレート製造完了の各工程を示す図である。 変更形態のノズルプレートの製造工程を説明する説明図であり、（ａ）は凹部形成、（ｂ）は凸部除去、（ｃ）は撥水膜形成、（ｄ）は貫通孔形成、（ｅ）はノズルプレート製造完了の各工程を示す図である。

符号の説明

Ｐ１，Ｐ２ ノズルプレート
１，２１ 基板
２，２２ ノズル
３，２３ 撥水膜
４，２４ 凹部
５，２５ 凸部
６，２６ 貫通孔
１０，３０ パンチ
１１，３１ パンチ

Claims (3)

1. 基板の裏面側から第１のパンチを打ち込むことにより基板の表面側に凸部を形成するとともに、基板の裏面側に表面側へ貫通しない凹部を形成する第１の工程と、
   前記基板の表面側の凸部を除去して基板の表面を平坦化する第２の工程と、
   この平坦化された基板の表面に撥水膜を形成する第３の工程と、
   前記基板の表面側から第２のパンチにより基板を打ち抜いて基板の表面から前記凹部まで貫通させてノズルを形成する第４の工程と、
   を備えたことを特徴とするノズルプレートの製造方法。
2. 前記第１の工程において、前記凹部を、基板の表面側程先細りのテーパ状に形成することを特徴とする請求項１に記載のノズルプレートの製造方法。
3. 前記第４の工程において、前記基板の表面から前記凹部まで貫通する貫通孔をストレート状に形成することを特徴とする請求項１又は２に記載のノズルプレートの製造方法。
   
   

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