JP2002127419A - インクジェットヘッドとその製造方法及びインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ノズルプレートの反りを低減し、振動板・液室
部材と良好に接合して安定してインクを吐出して良質な
画像を形成する。 【解決手段】ノズルプレート１４の振動板・液室部材１
５との接合領域外に応力緩衝用貫通孔１３を設け、Ｎｉ
電鋳でノズルプレート１４を形成するときにノズルプレ
ート１４に生じる応力を緩衝して、ノズルプレート１４
の反りや変形を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 〔発明の詳細な説明〕この発明は、インク液滴をノズル
から吐出させて文字や画像を記録するインクジェットヘ
ッドとその製造方法及びインクジェット記録装置、特に
インクを吐出するノズルの変形の抑制に関するものであ
る。

【０００２】ノンインパクト記録装置は記録時の騒音発
生が無視できる程度に小さい点でオフィス用等として注
目されている。そのうち高速記録可能で、かつ普通紙に
特別の定着処理を要せずに記録できるインクジェット記
録装置が近年多く使用されている。このインクジェット
記録装置のなかで特にオンデマンド方式は従来のインパ
クト方式の記録装置などと比べると、動作音が小さいこ
とや、高精細な画像を出力できることなどの特徴を有
し、近年は急速に普及している。

【０００３】このインクジェット記録装置の記録ヘッド
３ａは、図７の分解斜視図に示すように、ノズルプレー
ト１４ａと振動板・液室部材１５及び個別電極部材１６
を有する。そして図８の断面図に示すように、振動板・
液室部材１５と個別電極部材１６を例えば直接接合にて
接合した後、複数のノズル１２が形成されたノズルプレ
ート１４ａを振動板・液室部材１５に例えば接着剤接合
により接合して記録ヘッド３を形成している。この記録
ヘッド３ａのインクを吐出する複数のノズル１２を有す
るノズルプレート１４ａは、例えば特開平５−4346号公
報に示すように、２層以上の電鋳法により作製される。

【０００４】このノズルプレート１４ａを作製すると
き、図９に示すように、複数のノズルプレート１４ａが
ブリッジ２２により接続された形で複数同時に作製さ
れ、完成後にブリッジ２２で切断されて個々のノズルプ
レート１４ａとなる。このノズルプレート１４ａを電鋳
法で作製するときは、例えばステンレス板等の導電性基
板からなるマスター基板にポジ型レジストでノズルパタ
ーンを形成した後、電鋳にてマスター基板にＮｉメッキ
層を析出させ、Ｎｉメッキ層にノズル孔を形成する。そ
の後、Ｎｉメッキ層上に電鋳マスク材、例えばネガ型ド
ライフィルムレジストをラミネートし、フォトリソグラ
フィーの手法を用いてノズル連通孔とインク供給溝のパ
ターンを形成し、ノズル連通孔とインク供給溝のパター
ンを除いたＮｉメッキ層の上に第２Ｎｉメッキ層を析出
させる。その後、Ｎｉメッキ層及び第２Ｎｉメッキ層を
マスター基板から遊離させて、各レジストを剥離除去し
てノズルプレート１４ａを形成する。

【０００５】このノズルプレート１４ａを用いた記録ヘ
ッド３ａでインク滴の吐出特性を良好にするためには、
インクを保持するインク供給溝やノズル連通孔やノズル
の内面はインクとの親水性を高くする必要があり、か
つ、インク滴が形成されるノズルの外周部に位置する吐
出面はインクとの撥水性が高い必要がある。そこでノズ
ルプレート１４ａのインク吐出側の表面への撥水層を形
成する。撥水層を形成するときは、ノズルプレート１４
ａをネガ型ドライフィルムレジストで挟み込んだ後に、
下面から全面露光してから現像とリンスを行い、ノズル
プレート１４ａの下面とノズル１２の部分のネガ型ドラ
イフィルムレジストを残存させ、この状態でフッ素系樹
脂例えばポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥ
という）の粒子を含有したＮｉ電鋳液中にて電解共析メ
ッキ法により、ネガ型ドライフィルムレジストが残存し
ていないノズルプレート１４ａのノズル孔以外の上面で
ある吐出面にのみＰＴＦＥ−Ｎｉ層を形成する。その
後、ネガ型ドライフィルムレジストを剥離して洗浄して
から、例えば350℃で１時間加熱して、ノズルプレート
１４ａのノズル孔以外の吐出面にだけ良好な撥水性を示
すＰＴＦＥ層を形成する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、Ｎｉ電
鋳でノズル形成部材を形成した後、撥水性を示すＰＴＦ
Ｅ層を形成すると、インク滴の良好な吐出特性を得られ
るが、この作製工程において、Ｎｉ電鋳後はノズル両端
は吐出面側に反っているが、最終工程の熱処理後には反
対側に反っている。この反りの現象はＮｉとＰＴＦＥの
熱膨張係数の差に起因するものであり、Ｎｉ電鋳液とＰ
ＴＦＥ共析メッキ液の組成や、ＮｉとＰＴＦＥの膜厚の
差や、熱処理条件、ノズルプレートの大きさ及びブリッ
ジの間隔等の要因により大きく変動し、反り量を制御す
ることは困難であった。この反り量は最も大きいと500
μｍになる場合もある。

【０００７】このように反り量が大きい場合は、ノズル
プレートを振動板・液室部材に接合する際に、ノズルプ
レートを接合装置の吸着装置に吸着して保持できないと
ともに、振動板・液室部材に対して正確なアライメント
ができず、ノズルプレートと振動板・液室部材の接合が
容易でなく、ノズルプレートと振動板・液室部材の接合
不良が多く発生するという短所があった。

【０００８】この発明は、かかる短所を改善し、ノズル
プレートの反りを低減し、振動板・液室部材と良好な接
合を得ることができるとともに安定してインクを吐出し
て良質な画像を形成することができるインクジェットヘ
ッドとその製造方法とその製造方法及びインクジェット
記録装置を提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係るインクジ
ェットヘッドは、複数のノズルがアレイ状に設けられた
ノズルプレートと、各ノズルに対向して設けられた振動
板を有し、加圧液室を形成する振動板・液室部材と、振
動板を変形して加圧液室のインクをノズルから吐出させ
る駆動部材とを有するインクジェットヘッドにおいて、
ノズルプレートの振動板・液室部材との接合領域外に応
力緩衝用の貫通孔を設けたことを特徴とする。

【００１０】上記ノズルプレートのインクを吐出する側
の表面に撥水層を形成することが望ましい。

【００１１】この発明に係るインクジェットヘッドの製
造方法は、複数のノズルがアレイ状に設けられたノズル
プレートと、各ノズルに対向して設けられた振動板を有
し、加圧液室を形成する振動板・液室部材と、振動板を
変形して加圧液室のインクをノズルから吐出させる駆動
部材とを有するインクジェットヘッドの製造方法におい
て、複数のノズルをＮｉ電鋳により作製するときに、振
動板・液室部材との接合領域外に応力緩衝用の貫通孔を
設け、ノズルのインク吐出面の表面に撥水処理をしてノ
ズルプレートを作製し、作製したノズルプレートを振動
板・液室部材に接合することを特徴とする。

【００１２】上記ノズルプレートをブリッジで接続して
複数を１度に作成すると良い。このブリッジの間隔を10
ｍｍを超えないように定めることが望ましい。

【００１３】また、ノズルプレートを振動板・液室部材
に接合する前に加圧，加熱処理を行うと良い。

【００１４】この発明に係るインクジェットヘッド記録
装置は、上記インクジェットヘッドの製造方法により作
製されたインクジェットヘッドを有することを特徴とす
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】この発明のインクジェットヘッド
は、複数のノズルと応力緩衝用貫通孔が設けられたノズ
ルプレートと、振動板・液室部材及び個別電極部材を有
し、個別電極部材に接合された振動板・液室部材の上面
にノズルプレートが接合されている。ノズルプレートの
応力緩衝用貫通孔は振動板・液室部材との接合領域外に
設けられている。振動板・液室部材は、ノズルと対向し
て設けられた振動板を有する加圧液室と流体抵抗路と共
通液室を有する。個別電極部材には、振動板に対して所
定間隔で設けられた個別電極を有し、振動板と個別電極
の間に電圧を印加して正又は負の電荷をそれらに与えて
振動板を個別電極側に静電的吸引又は反発させて変形さ
せ、加圧液室のインクをノズルから吐出させて記録紙に
印字する。

【００１６】このインクジェットヘッドを製造するとき
は、複数のノズル及び振動板・液室部材との接合領域外
に設けられた応力緩衝用貫通孔を有するノズル形成部材
をＮｉ電鋳法で作製し、作製したノズル形成部材のイン
ク吐出面の表面に撥水処理をしてノズルプレートを作製
してノズルプレートの反りを応力緩衝用貫通孔で抑制す
る。このノズルプレートを振動板・液室部材に接合す
る。

【００１７】

【実施例】図１はこの発明の一実施例の構成図である。
図に示すように、インクジェットプリンタ１はシアン
Ｃ，マゼンタＭ、イェロＹ，ブラックＢｋの各色のイン
クをそれぞれ収納した４個のインクカートリッジ２と、
複数のノズルを有し各インクカートリッジ２からインク
が供給される４個の記録ヘッド３と、インクカートリッ
ジ２と記録ヘッド３を搭載したキャリッジ４と、記録紙
を収納した給紙トレイ５ａ，５ｂと、給紙トレイ５ａ，
５ｂや手差しテーブル６から記録紙を印字部７に搬送す
る搬送ローラ８と、印字した記録紙を排紙トレイ９に排
出する排出ローラ１０を有する。そしてホスト装置から
送られる画像データを記録紙に印字するときは、キャリ
ッジ４をキャリッジガイドローラ１１に倣って走査しな
がら、搬送ローラ８により印字部７に送られた記録紙に
記録ヘッド３のノズルから画像データに応じてインクを
噴射して文字や画像を記録する。

【００１８】記録ヘッド３は、図２の分解斜視図に示す
ように、複数のノズル１２と応力緩衝用貫通孔１３が設
けられたノズルプレート１４と、振動板・液室部材１５
及び個別電極部材１６を有し、図３の断面図に示すよう
に、個別電極部材１６に接合された振動板・液室部材１
５の上面にノズルプレート１４が接合されて記録ヘッド
３を形成している。ノズルプレート１４の応力緩衝用貫
通孔１３は振動板・液室部材１５との接合領域外に設け
られている。振動板・液室部材１５は、ノズル１２と対
向して設けられた振動板１７を有する加圧液室１８と流
体抵抗路１９と共通液室２０を有する。個別電極部材１
６には、振動板１７に対して所定間隔で設けられた個別
電極２１を有し、振動板１７と個別電極２１の間に電圧
を印加して正又は負の電荷をそれらに与えて振動板１７
を個別電極２１側に静電的吸引又は反発させて変形さ
せ、加圧液室１８のインクをノズル１２から吐出させて
記録紙に印字する。

【００１９】この複数のノズル１２と応力緩衝用貫通孔
１３が設けられたノズルプレート１４は、図４の斜視図
に示すように、複数のノズルプレート１４がブリッジ２
２により接続された形で同時に複数作製され、完成後に
ブリッジ２２で切断して個々のノズルプレート１４とな
る。このノズルプレート１４の製造方法を図５の工程図
を参照して説明する。

【００２０】まず、図５（ａ）に示すように、ステンレ
ス板等の導電性基板であるマスター基板３１に、ポジ型
レジスト３２を塗布してから露光，現像して、所定の形
状例えば直径80μｍ、厚さ１μｍの円形パターンのノズ
ルパターン３２ａとプレート分割パターン３２ｂと応力
緩衝用貫通パターン３２ｃを形成する。次に，例えばＮ
ｉ電鋳液中において電鋳法により第１Ｎｉメッキ層３３
を例えば30μｍ析出させる。このとき、第１Ｎｉメッキ
層３３はノズルパターン３２ａに約30μｍオーバーハン
グしてくるので、直径約20μｍのノズル孔１２が形成さ
れる。その後、（ｂ）に示すように、第１Ｎｉメッキ層
３３上に電鋳マスク材、例えば厚さ30μｍのネガ型ドラ
イフィルムレジスト（以下、ＤＦＲという）３４を熱圧
着ローラによりラミネートした後、フォトリソグラフィ
ーの手法を用いてノズル連通孔パターン３４ａとインク
供給溝パターン３４ｂとプレート分割パターン３４ｃ及
び応力緩衝用貫通パターン３４ｄを形成する。次に、
（ｃ）に示すように、第２Ｎｉメッキ層３５を例えば25
μｍ析出させる。その後、（ｄ）に示すように、第１Ｎ
ｉメッキ層３３と第２Ｎｉメッキ層３５をマスター基板
３１から遊離させて、ポジ型レジスト３２とネガ型ＤＦ
Ｒ３４を剥離除去することにより所望のノズル形成部材
３６を得る。その後、ノズル形成部材３６のインク吐出
側の表面に撥水性処理を行う。撥水性処理に入ると、図
５（ｅ）に示すように、ノズル形成部材３６の下面から
例えば厚さ70μｍのネガ型ＤＦＲ３７を熱圧着ローラ
（温度60℃）によりラミネートしてネガ型ＤＦＲ３７を
ノズル孔１２や貫通孔１３内へ潜り込ませる。さらに、
ノズル形成部材３６の上面から例えば厚さ20μｍのネガ
型ＤＦＲ３７を熱圧着ローラ（温度60℃）によりラミネ
ートしてノズル形成部材３６をネガ型ＤＦＲ３７で挟み
込んだ後に、ノズル形成部材３６の下面から全面露光を
行い、現像とリンスを行うことにより、（ｆ）に示すよ
うに、光の当たったノズル形成部材３６の下面のネガ型
ＤＦＲ３７とノズル１２や応力緩衝用貫通孔１３等から
突出した円柱状のネガ型ＤＦＲ３７ａが残存する。その
後、フッ素系樹脂例えばポリテトラフルオロエチレン
（以下、ＰＴＦＥという）の粒子を含有したＮｉ電鋳液
中にて電解共析メッキ法により、（ｇ）に示すように、
ノズル形成部材３６の円柱状のネガ型ＤＦＲ３７ａがな
い上面（吐出面）にだけＰＴＦＥ−Ｎｉ層３８を例えば
厚さ２μｍで形成する。その後、ノズル形成部材３６の
下面のネガ型ＤＦＲ３７と円柱状のネガ型ＤＦＲ３７ａ
を剥離し、洗浄してから所定の温度、例えば350℃で１
時間熱処理することにより、（ｈ）に示すように、ノズ
ル形成部材３６のノズル１２や応力緩衝用貫通孔１３を
除いた吐出面にのみ良好な撥水性を示すＰＴＦＥ層３９
を有するノズルプレート１４を形成することができる。

【００２１】このようにして、図４に示すように、ブリ
ッジ２２で接続された複数のノズルプレート１４を作製
したときに、各ノズルプレート１４の外周部の振動板・
液室部材１５との接合領域外に応力緩衝用貫通孔１３を
設けることにより、Ｎｉ電鋳でノズル形成部材３６を形
成するときや、最終工程で撥水性を示すＰＴＦＥ層３９
を形成するときの熱処理により生じる応力を緩衝するこ
とができ、ノズルプレート１４の反りや変形を抑制する
ことできる。したがってノズルプレート１４を振動板・
液室部材１５に接合するときに、ノズルプレート１４を
接合装置の吸着装置で容易に吸着して搬送することがで
きるとともに、振動板・液室部材１５に対して正確にア
ライメントでき、ノズルプレート１４を振動板・液室部
材１５に容易に、かつ確実に接合することができる。ま
た、このように振動板・液室部材１５に対して確実に接
合したノズルプレート１４を有する記録ヘッド３により
文字や画像を形成することにより良質な画像を安定して
形成することができる。

【００２２】また、上記のように形成したノズルプレー
ト１４の反りを更に低減する方法として、作製したノズ
ルプレート１４をステンレスやセラミックス等のプレー
トに例えば４kgfの加圧力で挟み込んで、例えば350℃、
１時間の熱処理を追加する方法がある。このようにノズ
ルプレート１４を加圧して追加熱処理をすると、ノズル
プレート１４の端部に応力が集中して傷が発生する場合
があるが、ノズルプレート１４の端部に応力緩衝用貫通
孔１３を設けることにより、ノズルプレート１４を加圧
して追加熱処理しても、発生する応力を緩衝することが
でき、ノズルプレート１４に傷が付くことを防ぐことが
できる。

【００２３】また、上記のように、複数のノズルプレー
ト１４をブリッジ２２で接続して製造するときに、ブリ
ッジ２２の間隔によってもノズルプレート１４に加えら
れる応力が変動し、作製されたノズルプレート１４の反
りが変化する。例えば各ノズルプレート１４の間隔0.2
ｍｍとし、ブリッジ２２の幅を１ｍｍとした場合、ブリ
ッジ２２の間隔Ｗ（ｍｍ）とノズルプレート１４の反り
量（μｍ）を調べた結果を図６に示す。図６に示すよう
に、ブリッジ２２の間隔Ｗ（ｍｍ）を10ｍｍより小さく
すると、ノズルプレート１４の反り量（μｍ）を100μ
ｍ以下に低減することができた。このように、ノズルプ
レート１４の反り量（μｍ）を100μｍ以下にすること
により、ノズルプレート１４を振動板・液室部材１５に
接着剤で安定して接合することができる。

【００２４】上記実施例はＮｉ電鋳でノズル形成部材３
６を形成し、最終工程で撥水性を示すＰＴＦＥ層３９を
形成してノズルプレート１４を製造した場合について説
明したが、膨張係数の異なる複数層を積層して形成する
ノズルプレートにおいても、振動板・液室部材１５との
接合領域外のノズルプレートの端部に応力緩衝用貫通孔
１３を設けることにより、ノズルプレートの反りを低減
することができる。

【００２５】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように、ノズ
ルプレートの振動板・液室部材との接合領域外に応力緩
衝用の貫通孔を設けることにより、Ｎｉ電鋳でノズルプ
レートを形成するときにノズルプレートに生じる応力を
緩衝することができ、ノズルプレートの反りや変形を抑
制することできる。

【００２６】また、Ｎｉ電鋳でノズルプレートを作製し
た後に、インクを吐出する側の表面に撥水層を形成する
ときの熱処理によりノズルプレートに生じる応力も応力
緩衝用の貫通孔で緩衝することができ、ノズルプレート
の反りや変形を抑制することでき、ノズルプレートを振
動板・液室部材に接合するときに、ノズルプレートを接
合装置の吸着装置で容易に吸着して搬送することができ
るとともに、振動板・液室部材に対して正確にアライメ
ントでき、ノズルプレートを振動板・液室部材に容易
に、かつ確実に接合することができる。

【００２７】また、ノズルプレートをブリッジで接続し
て複数を１度に作成するときに、ブリッジの間隔を10ｍ
ｍを超えないように定めることにより、各ノズルプレー
トの反りや変形を抑制することでき、各ノズルプレート
を振動板・液室部材に接着剤で安定して接合することが
できる。

【００２８】さらに、作製したノズルプレートを振動板
・液室部材に接合する前に加圧，加熱処理を行うことに
より、応力緩衝用の貫通孔により加圧，加熱で発生する
応力を低減して、各ノズルプレートの反りや変形をより
抑制することができる。

【００２９】このノズルプレートを使用して振動板・液
室部材に対して確実に接合したインクジェットヘッドを
インクジェットヘッド記録装置に使用して文字や画像を
形成することにより、良質な画像を安定して形成するこ
とができる。良好な接合を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例の構成図である。

【図２】上記実施例の記録ヘッドの構成を示す分解斜視
図である。

【図３】上記実施例の記録ヘッドの構成を示す断面図で
ある

【図４】１度に作製した複数のノズルプレートを示す斜
視図である。

【図５】ノズルプレートの製造方法を示す工程図であ
る。

【図６】ブリッジ間隔と反り量の変化特性図である。

【図７】従来例の記録ヘッドの構成を示す分解斜視図で
ある。

【図８】従来例の記録ヘッドの構成を示す断面図である

【図９】従来例で１度に作製した複数のノズルプレート
を示す斜視図である。

【符号の説明】

１；インクジェットプリンタ、３；記録ヘッド、４；キ
ャリッジ、１２；ノズル、１３；応力緩衝用貫通孔、１
４；ノズルプレート、１５；振動板・液室部材、１６；
個別電極部材、１７；振動板、１８；加圧液室、１９；
流体抵抗路、２０；共通液室。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のノズルがアレイ状に設けられたノ
   ズルプレートと、各ノズルに対向して設けられた振動板
   を有し、加圧液室を形成する振動板・液室部材と、振動
   板を変形して加圧液室のインクをノズルから吐出させる
   駆動部材とを有するインクジェットヘッドにおいて、 ノズルプレートの振動板・液室部材との接合領域外に応
   力緩衝用の貫通孔を設けたことを特徴とするインクジェ
   ットヘッド。
2. 【請求項２】 上記ノズルプレートのインクを吐出する
   側の表面に撥水層を形成した請求項１記載のインクジェ
   ットヘッド。
3. 【請求項３】 複数のノズルがアレイ状に設けられたノ
   ズルプレートと、各ノズルに対向して設けられた振動板
   を有し、加圧液室を形成する振動板・液室部材と、振動
   板を変形して加圧液室のインクをノズルから吐出させる
   駆動部材とを有するインクジェットヘッドの製造方法に
   おいて、 複数のノズルをＮｉ電鋳により作製するときに、振動板
   ・液室部材との接合領域外に応力緩衝用の貫通孔を設
   け、ノズルのインク吐出面の表面に撥水処理をしてノズ
   ルプレートを作製し、作製したノズルプレートを振動板
   ・液室部材に接合することを特徴とするインクジェット
   ヘッドの製造方法。
4. 【請求項４】 上記ノズルプレートをブリッジで接続し
   て複数を１度に作成するとき、ブリッジの間隔を10ｍｍ
   を超えないように定める請求項３記載のインクジェット
   ヘッドの製造方法。
5. 【請求項５】 上記ノズルプレートを振動板・液室部材
   に接合する前に加圧，加熱処理を行う請求項３又は４記
   載のインクジェットヘッドの製造方法。
6. 【請求項６】 請求項３乃至５のいずれかに記載された
   インクジェットヘッドの製造方法により作製されたイン
   クジェットヘッドを有することを特徴とするインクジェ
   ットヘッド記録装置。