JP3169037B2 - インクジェット記録ヘッドのノズルプレートの製造方法 - Google Patents
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Description
ッドに適したノズルプレートの製造方法に関する。
記録媒体上に記録像を書込む形式のインクジェットプリ
ンタにおいては、ノズル回りの状態、つまり、ノズルの
周囲のインクの濡れによって、インク滴が飛翔方向にズ
レを生じるといった問題を抱えている。
7848号公報に開示されたノズルプレートは、スパッ
タリングによってノズルの内面とノズルプレートの表面
にフッ素樹脂等の撥インク性被膜を均一に形成して、ノ
ズル回りのインクの濡れを抑えるようにしたものであ
る。
生じないようにしているため、インク滴をノズルの軸線
方向に安定的に飛翔させることができる利点を有してい
るが、反面において、このものの撥インク性皮膜の形成
手法ではノズル内面への撥インク性皮膜の入り込み量が
一定しないため、入り込み量が大きすぎる場合には、メ
ニスカスの振動中心がその分ノズルプレートの表面から
離れてしまう結果、所要の量のインクを吐出させるため
に必要とするエネルギーが大きくなって吐出効率が悪く
なり、また入り込み量が少なすぎる場合には、メニスカ
スの振動中心がノズルプレートの表面近くになる結果、
インク滴が吐出した後のメニスカスの振動によりインク
滴が再吐出するという、いわゆるミスファイヤを起すな
ど、製品毎に大きなバラ付きが生じて信頼性を損ねてし
まうといった問題が生じる。
題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、
ノズル内面への撥インク性物質の入り込み量をある一定
の範囲に抑えて、インク滴吐出時の駆動エネルギの低減
を図りつつ、インク滴の安定的な吐出を実現させる記録
ヘッドに適したノズルプレートの製造方法を提案するこ
とにある。
ような課題を達成するために、感光性樹脂材をノズルプ
レートの裏面に圧接し、かつ該感光性樹脂材に熱を加え
て、吐出させる1発のインク滴のインク体積に対してノ
ズルプレートの表面からのノズル内空隙容積が0.05
乃至0.50となるような位置まで該感光性樹脂材の一
部をノズル内に入り込ませる工程と、該感光性樹脂材を
光により硬化させ、ついで硬化した該感光性樹脂材をマ
スキング材として少なくとも上記ノズルの内面と上記ノ
ズルプレートの表面に撥インク性の被覆層を形成する工
程と、を含む。
る。図1は、本発明の一実施例をなすノズルプレートの
製造工程、より詳しくはその表面処理工程について示し
たものであり、また、図2、図3は、この工程によって
形成されたノズルプレートについて示したものである。
は、金属、セラミックス、シリコン、ガラス、プラスチ
ック等で形成され、好ましくはチタン、クロム、鉄、コ
バルト、ニッケル、銅、亜鉛、スズ、金等の単一材、も
しくはニッケル−リン合金、スズ−銅−リン合金(リン
青銅)、銅−亜鉛合金、ステンレス鋼等の合金や、ポリ
カーボネイト、プリサルフォン、ABS樹脂(アクリル
ニトリル・ブタジエン・スチレン供重合)、ポリエチレ
ンテレフタレート、ポリアセタール及び各種の感光性樹
脂材で形成されていて、このノズルプレート1には、裏
面3側に大きく開口した漏斗状部分4aと、表面2側に
筒状に開口したオリフィス部分4bとからなる複数のノ
ズル孔4が設けられている。
めに、光により硬化する感光性樹脂フィルム5、一例と
して三菱レーヨン製ダイヤロンFRA305−38(商
品名)のドライフィルムレジストをラミネートし、つい
で、この感光性樹脂フィルム5に4.0kgf/cm2 の
圧力を加えつつ40〜70℃前後の温度で加熱して、ノ
ズル5の内部に、表面から5〜40μmの深さのところ
までフィルム5の一部を入り込ませる(図1(a))。
2から紫外線を照射して、ノズルプレート1の裏面3及
びノズル4内へ入り込んだ光感光性樹脂フィルム5全体
を硬化させる(同図(b))。
で共析メッキ層6をノズル4内へ入り込ませるその入り
込み量dを規制するための前処理工程として位置付けら
れる。
ために使用するこの感光性樹脂材は、一般にその粘度が
温度により大きく変化するため、所要のメッキ層入り込
み量d位置まで感光性樹脂フィルム5の一部をノズル4
内に入り込ませるには、加える圧力を一定にして、感光
性樹脂フィルム5に加える温度t、つまり加熱量を管理
するようにした方が得策である。
ト、つまり板厚Tが80μm、ノズル径Dが40μm、
ノズルの筒状部の長さlが35μmのノズルプレート1
を用い、この裏面3に肉厚が38μmの感光性樹脂フィ
ルム5を貼着して、これに4.0kgf/cm2 と5.0
kgf/cm2 の圧力を加えつつ種々の温度tで20秒間
加熱したところ、温度tと感光性樹脂フィルム5の入り
込み量fとの間に図5に示したような関係が得られた。
ための紫外線(波長365nm)の光量については、こ
の実施例の場合、750mJ/cm2 の露光量を要した。
ルイオンとポリテトラフルオロエチレン等の撥水性高分
子樹脂の粒子を電荷により分散させた電解液中に浸漬
し、液を攪拌しながらノズルプレート1の表面に共析メ
ッキ層6を形成する(同図(c))。
高分子材としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ
バーフルオロアルコキシブタジエン、ポリフルオロビニ
リデン、ポリフルオロビニル、ポリジパーフルオロアル
キルフマレート等の樹脂を単独にあるいは混合したもの
として用いられる。
に制限はなく、ニッケル、銅、銀、亜鉛、錫等の適宜の
金属を選ぶことができるが、好ましくは、ニッケルやニ
ッケル−コバルト合金、ニッケル−リン合金、ニッケル
−ホウ素合金等の表面硬度が大で、しかも耐摩耗性に優
れたものが選定される。
の粒子は、ノズルプレート1の表面2と、表面2から与
えられた深さの点までノズル4の内周囲を均一に覆う。
ルプレート1の裏面3とノズル4内に入り込んだ感光性
樹脂フィルム5を溶解除去し、ついで、ノズルプレート
1に荷重を加えてその反りの発生を抑えつつ、これをポ
リテトラフルオロエチレンの融点以上の温度、例えば3
50℃以上の温度で加熱して、ノズルプレート1の表面
2と、与えられた深さの点までのノズルの内周面に硬度
の大なる撥インク性のメッキ層6を形成する(同図
(d))。
プレート1では、図2に示したように撥インク性メッキ
層6のノズル4内下縁がインクメニスカスの振動中心A
を決める重要な要素となる。
の振動中心Aまでのノズル内空隙容積をVm、ノズル4
の表面2から吐出直前のインクの前面Bまでの容積、つ
まり吐出させる1発のインク滴のインク体積をViとす
ると、メッキ層6の入り込み量dが小さい程Vm/Vi
も小さくなって、所望の吐出インク体積Viを得るため
のピエゾ駆動電圧を低く抑えることを可能となし、また
高価なドライバを不要にすることができるが、反面、入
り込み量dを小さくしすぎると、図6及び表1に見られ
るように飛行曲がりが発生する。
場合には、インク吐出後のメニスカスの引込み位置Cが
深くなって、ノズル4の前面からの気泡の引込みや、つ
ぎのインク滴吐出の際にインクの供給不足が生じて吐出
不良を惹起こす。
々に異ならせた板厚80μmのノズルプレート1を用意
し、これらをピエゾ駆動方式を採るオンデマンド型イン
クジェットプリンタに装着して、径が40μmのノズル
4から0.1μg/dotのインク滴を5KHzの応答
周波数で30秒間フルに吐出させる実験を100回行っ
てその際の飛行曲がり、吐出不良等をカウントしたとこ
ろ、下記の結果が得られた。
り、吐出させる1発のインク滴のインク体積Viに対す
るノズルプレート1の表面2からメニスカス形成面Aま
でのノズル4内空隙容積Vmの比が0.04を下回る
と、インク滴の飛行曲がりが急激に多くなり、またこの
比が0.50を越えると、急激に吐出不良が発生するこ
とが判った。
ィス部分4bを、裏面3側に大きく開口した漏斗状部分
4aを有するノズル4についての実験結果であるが、図
3に示したように、表面2側のオリフィス部分14bか
ら裏面3側へと緩やかにラッパ状に開口したノズル14
についても、実験の結果、同様の傾向を有することが明
らかになった。
04乃至0.50の範囲、より好ましくは0.05乃至
0.35の範囲になるようメッキ層6の入り込み量dを
定めればよいことが判った。
に関する本発明の第2の実施例を示したものである。
てゴム等の弾性板7をノズルプレート1の表面2に圧接
させて、その一部をノズル4内に所要の入り込み量dに
相当する量だけ入り込ませる。そしてつぎに、ノズル4
部分を含めてノズルプレート1の裏面3全体に、マスキ
ング材8としてドライフィルムレジストもしくは適宜の
可塑材8を塗布する(図4(a))。
ルムレジストを用いた場合には、裏面3から紫外線を照
射してこれを硬化させ、また、他の可塑材を用いた場合
には、加熱もしくは通常の乾燥処理によりこれを固化さ
せた上、ノズルプレート1の表面2から弾性材7を取除
く(図4(b))。
電荷により分散させた電解液中にこのノズルプレート1
を浸漬して、その表面2に共析メッキ層よりなる撥イン
ク性の被覆層9を形成するか、もしくは、スパッタリン
グ法もしくはディッピング法によりノズルプレート1の
表面2にフッ素系の高分子撥水剤を施して(図4
(c))、最後に適宜の処理液を用いてノズルプレート
1の裏面3からマスキング材8を溶解除去するようにす
る(図4(d))。
ルプレートの裏面からノズル内に入り込ませた感光性樹
脂材等をマスキング材としてノズルプレートの表面に撥
インク性被覆層を形成するようにしたので、メニスカス
の振動位置を規制する被覆層の入り込み量をこのマスキ
ング材により正しく管理して、製品毎のバラつきを生じ
させることなく、信頼性の高いノズルプレートを製造す
ることができる。
内に入り込ませた感光性樹脂材等をマスキング材として
ノズルプレートの表面に撥インク性被覆層を形成するよ
うにしたので、メニスカスの振動位置を規制する被覆層
の入り込み量をこのマスキング材により正しく管理する
ことができて、製品毎のバラつきを生じさせることな
く、信頼性の高いノズルプレートを形成することができ
る。
ズルプレートの成形工程を示した図である。
部の拡大断面図である。
要部の拡大断面図である。
ノズルプレートの成形工程を示した図である。
量との関係を示した図である。
回数の関係を示した図である。
のノズル内空隙容積 Vi 吐出させるインク滴の量
Claims (5)
- 【請求項1】 感光性樹脂材をノズルプレートの裏面に
圧接し、かつ該感光性樹脂材に熱を加えて、吐出させる
1発のインク滴のインク体積に対してノズルプレートの
表面からのノズル内空隙容積が0.05乃至0.50と
なるような位置まで該感光性樹脂材の一部をノズル内に
入り込ませる工程と、 該感光性樹脂材を光により硬化させ、ついで硬化した該
感光性樹脂材をマスキング材として少なくとも上記ノズ
ルの内面と上記ノズルプレートの表面に撥インク性の被
覆層を形成する工程と、 を含むインクジェット記録ヘッドのノズルプレートの製
造方法。 - 【請求項2】 上記感光性樹脂材のノズル内への入り込
み量を、圧力を一定にした上で温度を変えることにより
制御するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の
インクジェット記録ヘッドのノズルプレートの製造方
法。 - 【請求項3】 ノズルプレートの表面に弾性材を積層
し、かつ該弾性材を加圧して、ノズルプレート表面から
の空間容積が、吐出させる1発のインク滴のインク体積
に対して0.05乃至0.50となる位置までノズル内
に該弾性材の一部をノズル内へ入り込ませる工程と、 少なくとも一部をノズル内の上記弾性材に突き当てるよ
うにして上記ノズルプレートの裏面にマスキング層を形
成する工程と、 上記弾性材を除去し、ついで上記マスキング層をマスキ
ング材としてして少なくとも上記ノズルの内面と上記ノ
ズルプレートの表面に撥インク性の被覆層を形成する工
程と、 からなるインクジェット記録ヘッドのノズルプレートの
製造方法。 - 【請求項4】 上記マスキング層を感光性樹脂材により
形成したことを特徴とする請求項3に記載のインクジェ
ット記録ヘッドのノズルプレートの製造方法。 - 【請求項5】 上記マスキング層を可塑材により形成し
たことを特徴とする請求項3に記載のインクジェット記
録ヘッドのノズルプレートの製造方法。
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