JPH0699581A

JPH0699581A - ノズルプレートの製造方法

Info

Publication number: JPH0699581A
Application number: JP25142792A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Suzuki; 秀昭鈴木; Akio Owatari; 章夫大渡
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1992-09-21
Filing date: 1992-09-21
Publication date: 1994-04-12

Abstract

(57)【要約】【目的】インクジェットヘッドのノズルをノズルプレ
ート形成時に同時に樹脂材料で形成し、その後、前記ノ
ズル先端に紫外線光を照射する製造方法によって、高剛
性で、低圧力損失の断面形状のノズルを有するノズルプ
レートを提供する。【構成】ノズルプレート１０を射出成形によって形成
され、ノズル１１も同時の成形されている。その際に発
生するバリ１２を、紫外線光２０（例えば、エキシマレ
ーザー光）で除去する。又、ノズル１１には圧力損失低
減、並びに板厚増大の効果を持つ斜面１５が形成されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インク滴を飛翔させ被
記録媒体に記録を行うためのインクジェットヘッドのノ
ズルを形成するノズルプレートの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、インクジェットヘッドのノズルプ
レートは、金属板や樹脂フィルム等に後加工でノズルを
形成する方法が用いられており、中でも樹脂フィルムに
プレス加工でノズルを形成する特公平２ー１８８２５４
号公報のような方法や、紫外線光（例えば、エキシマレ
ーザー光）によりノズルを形成する方法（特公平２ー１
８７３４５号公報に前記方法に於て形成されたノズルプ
レートを用いたインクジェットヘッドの事例有り）が、
樹脂材料の加工性の良さ、それに伴う低加工コスト、高
寸法精度、及びインクジェットヘッド本体への接合性の
良さ等の理由により、よく用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
従来例では以下のような課題を有する。

【０００４】第１に、樹脂フィルム厚みが大きくなった
場合、前記プレス加工の方法では加工抵抗（ポンチの打
ち抜き抵抗）の増大により、打ち抜き寸法精度の低下、
加えて、加工寿命の低下を招いてしまう。又、前記紫外
線光による方法では紫外線光の照射時間の増大、あるい
は照射回数の増大となり、製造コストが跳ね上がってし
まう。従って、樹脂フィルムの厚み、即ち、ノズルプレ
ート厚は比較的薄い（数十μｍ）ものでしか対応がつか
ないのである。

【０００５】第２に、前記の両加工法とも形成されるノ
ズルの断面形状がストレート、もしくは僅かな傾きを持
った直線的な形状にしか対応できないのである（図１９
参照）。

【０００６】以上のような課題を有するノズルプレート
をインクジェットヘッドに搭載した場合の概略断面図を
図１９に示す。ここで、従来例のノズルプレート１０と
インク流路４を有する流路基板３と振動板２を図のごと
く接合してインク流路４を閉空間としている。そして、
前記振動板２上に図中の矢印方向に変位する圧電素子１
が接合されている。

【０００７】この構成により、前記圧電素子１に図中の
矢印方向にの変位を生じさせ、インク流路４内に圧力を
発生させた場合の状態図が図２０である。

【０００８】ノズルプレート１０は、樹脂材料であるが
ために弾性率が低く、加えて、その厚みが小さいため
に、非常に剛性が低い。そのため、図に示すごとくノズ
ルプレート１０が変形してしまい、インク吐出のために
インク流路４内部に発生した圧力を吸収してしまう。
又、ノズル１１の断面形状が概ストレートであるため
に、インク流路４との形状的なつながりが不連続となっ
ており、インクの流れに於て非常に大きな圧力損失が生
じる。結果として、インク吐出のために高電圧（高入力
エネルギー）を印加せねばならず、非常に非効率な駆動
となる。又、ノズルプレート１０が振動（ノズルプレー
ト１０の変形による）したり、ノズル１１近傍で大きな
圧力損失が生じたりするため、インク吐出が非常に不安
定となる。加えて、インク流路内４内部での大きな圧力
損失により、各接合面（ノズルプレート１０ー流路基板
３間、振動板３ー流路基板３間）に大きな引き剥し応力
が加わり、インクジェットヘッド自体の信頼性及び寿命
が極端に低下する。

【０００９】尚、ここでは、圧電素子１の変位により、
インク流路４内に圧力変化を生じさせているが、インク
流路４内に発熱素子等を配置して、その発熱で気泡を発
生させ圧力変化を生じさせる場合も同様である。

【００１０】そこで、本発明はこの様な課題を解決する
ものであって、高剛性で、低圧力損失の断面形状のノズ
ルを有するノズルプレート及びその製造方法を提供する
ことにある。加えて、前記ノズルプレートを装着するこ
とにより高効率、高安定、高信頼性インクジェットヘッ
ドを提供することも本発明の目的である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の請求項１のノズルプレートの製造方法は、
ノズルを前記ノズルプレート形成時に同時に樹脂材料で
形成し、その後、前記ノズル先端に紫外線光を照射する
ことを特徴する。

【００１２】又、本発明の請求項２のノズルプレートの
製造方法は、本発明の請求項１の構成であって、前記ノ
ズルプレートを樹脂の射出成形で形成することを特徴と
する。

【００１３】

【作用】以上の構成によれば、ノズルプレートを非常に
厚く形成できる。又、断面形状を所望（圧力損失の小さ
い）の形状に形成できる。

【００１４】

【実施例】以下に、本発明の実施例を図面を用い詳細に
説明する。

【００１５】図１に本発明に係るノズルプレート１０の
全体像を示す。１１は円形開口部のノズルであり、ノズ
ルプレート１０自体は樹脂で形成されている。前記樹脂
材としては、インクジェットヘッドに装着した際に要求
される耐インク性の優れるポリイミド、ポリカーボネイ
ト、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリプ
ロピレン等があげられる。図中に於ては、複数のノズル
１１の配列を一直線状に配置してあるが、平面上どの様
に配置しても構わない。又、ノズル１１の開口形状は円
形だけに限定される物ではなく、矩形、楕円、多角形等
どの様な形状であっても構わない。

【００１６】図２、図３、図４を用い、本発明のノズル
プレート１０の製造方法の第１の実施例に付いて説明す
る。尚、図に於ては、一つのノズル１１の形成部のみを
掲載するが、実際には、複数のノズル１１の形成部が、
その配列位置に従って並設されているものである。

【００１７】図２に於て、点線の斜線で示している断面
は、樹脂の射出成形型の概要を表わすものであり、第１
の型２１と第２の型２２を合わせた状態にある。第１の
型２１には射出成形後ノズル１１の形状を形成するピン
部２３が埋め込まれており（一体形成されている）、ピ
ン部２３の根元にはノズル１１の導入部を形成する斜面
部２４が設けられている。又、第２の型２２には前記の
ピン部２３が嵌合する穴２５が設けられている。通常、
第２の型２２は不動で、第１の型２１を図中の上下方向
に平行移動さし、型の面間距離ｔが所望の値になるよう
にその移動量を管理する。当然、この状態に於て、図に
示すごとく第１の型２１のピン部２３と、第２の型２２
の穴２５は嵌合状態にある。この型の面間距離ｔは、射
出成形後のノズルプレート１０の厚みに相当する。

【００１８】この第１の型２１と第２の型２２の嵌合状
態に於て（型の面間距離ｔが保持された状態）、図示し
ていないゲート（射出成形型の内部に流動状態の樹脂を
流し込む入口）より、面間距離ｔの閉空間に、高温で流
動状態の樹脂が注入される。そして、一定時間経過後、
樹脂がある程度固化した状態に於て、第１の型２１を図
中における上方に離型さすことにより、図３に示すノズ
ルプレート１０（完成状態ではない）が得られる。この
段階でのノズルプレート１０は、ノズル１１形状や全体
形状等ほとんど出来上がっているが、第１の型２１のピ
ン部２３と、第２の型２２の穴２５の僅かな隙間に流れ
込んだ樹脂によりバリ１２が形成されている。このバリ
１２は、その樹脂の流動性や、その他の物性により差が
あるものの、一般的なノズル１１として直径数十μｍの
開口径を形成するのに、バリ高さ数μｍ〜数十μｍとな
る。そして、そのバリ高さ、バリ形状、バリの表面状態
などがバラ付き、安定して形成できない。即ち、この状
態のノズルプレート１０をインクジェットヘッドに装着
すると、インク吐出特性のバラ付きを生じさせてしま
う。加えて、バリ１２によりノズル１１の先端が非常に
荒れた状態になっているため、インクの飛行方向が定ま
らず、飛行安定性にも欠ける状態となり、結果として非
常に劣悪な印字品質しか得られない。

【００１９】そのため、図３の矢印で示す紫外線光２０
（例えば、エキシマレーザー光）を照射、バリ１２を除
去して、ノズルプレート１０の完成品として図４で示し
た状態を得る。ここで、紫外線光２０の照射領域（図中
では細密の斜線部で示す）は図に於て、バリ１２部より
かなり大きめに設定してあるが、バリ１２部を包含すれ
ば良い。バリ除去深さに関しても、バリ１２が完全に除
去されることが望ましく、そのために、図４のような深
さ方向の余剰除去部１４が形成されても良い。又、バリ
１２を完全に除去しなくても、ノズル１１先端表面の均
一な清浄化を達成していれば不完全除去でも構わない
（図示せず）。

【００２０】以上の手順で成形されたノズルプレート１
０は、射出成形であるが故に、板厚を厚く設定でき、樹
脂材にも係わらず高剛性を達成できる。加えて、ノズル
１１の断面形状は、斜面部１４を設ける等、インク流入
時の圧力損失を低減する形状が自由に設定できる。又、
バリ１２を紫外線光２０で除去するため、ノズル先端表
面は非常に清純化されている。そして、バリ１２の高さ
分の紫外線加工で良いため、費やされるエネルギー、工
数は少なくてすみ、加工コストも問題にならない。

【００２１】ちなみに、我々は実験試作で、開口径は５
０μｍで、ノズル長さｈを５０μｍ、斜面部１５の傾斜
ａは６０°のノズル１１を有する板厚２００μｍのノズ
ルプレート１０を射出成形で形成した。樹脂材はポリサ
ルフォンを用い、樹脂温３６０°Ｃ、射出圧１５０ｋｇ
／ｃｍ²の条件で成形し、バリ高さ２０μｍのバリ１２
が発生した。そして、このバリ１２を紫外線光２０とし
てＫｒＦレーザーを使用し、発振エネルギー２５０ｍＪ
／パルス、パルス繰り返し周波数３００Ｈｚ、エネルギ
ー密度１．２Ｊ／ｃｍ²の条件に於て、余剰除去部１４
深さ５μｍを含め、１００パルスでバリ１２除去が達成
できた。

【００２２】図５において、本発明のノズルプレート１
０の製造方法の第２の実施例に付いて説明する。

【００２３】第１の実施例との相違点は、射出成形型の
型構成にあり、ノズル１１部を形成するピン部２３が、
第１の型２１と分離されて摺動可能な点である。この構
成に於て、図中の嵌合状態で、樹脂充填固化後、まず、
ピン部２３を上方（図中）に離型し、その後第１の型２
１を上方（図中）に離型する。この構成は、ノズル１１
の形成部の離型性が格段に向上する。なぜなら、ピン部
２３とノズルプレート１０（樹脂充填固化後の状態）は
貼着の状態にあり、通常の離型に於ては、この状態でピ
ン部２３を引き抜くと、ノズルプレート１０はピン部２
３に引きずられて激しく変形してしまう。しかし、この
ノズルプレート１０の離型時の変形を、第１の型２１で
押さえつけて、ピン部２３を引き抜く（離型）ため、ノ
ズル１１形成部の離型性が向上するのである。従って、
非常に清純なノズル１１内面が形成でき、開口径等の寸
法精度も向上する。

【００２４】図６、図７、図８において、本発明のノズ
ルプレート１０の製造方法の第３の実施例に付いて説明
する。

【００２５】第１、第２の実施例との相違点は、射出成
形型の型構成に於て、ピン部２３と第２の型２２が嵌合
状態にならない点である。図６に於て、第１の実施例と
同様に、第１の型２１にピン部２３が埋め込まれてお
り、ピン部２３の根元には斜面部２４が設けられてい
る。又、図７では、第２の実施例と同様に、ピン部２３
が第１の型２１と分離されて摺動可能な状態でにある。
しかし、第２の型２２には前記ピン部２３を嵌合さす穴
２５はなく、平面を形成するのみである。この面に対し
ピン部２３先端を突き当てるか、もしくは突き当たる寸
前（数μｍ）で止めた状態で、型の面間距離ｔが所望の
値になるように設定してある。尚、ピン部２３を第２の
型２２に突き当てる構造に於ても、複数のピン部２３先
端の高さ（図中の上下方向）バラ付きから、ピン部２３
先端と第２の型２２間に隙間が発生する箇所が必ず生じ
る。（図６、図７はその状態を表わす）そして、射出
成形時に前記隙間に樹脂が侵入し、ピン部２３の半径方
向で、ノズル１１を塞ぐようにバリ１３が発生する。そ
の状態のノズルプレート１０（完成状態ではない）を示
したのが図８であり、バリの発生状況を除けば図３で示
した第１の実施例のノズルプレート１０と同様である。
又、その後の工程である紫外線光２０照射によるバリ１
３除去に関しても、第１の実施例と同様である。

【００２６】以上の第３の実施例の構成では、ピン部２
３が穴２５と嵌合、摺動しないために、寸法精度を要求
されるピン部２３先端部の摩耗が非常に少ない。従っ
て、長期に渡る寸法精度の確保が実現でき、型寿命も格
段に伸ばすことができる。又、紫外線光２０の照射時間
（照射パルス数）を決定するバリ１３の厚み（図中上下
方向）を、型間の合わせ及び微調整で非常に小さく抑え
ることが可能となる。

【００２７】次に、図９、図１０、図１１、図１２にお
いて、本発明のノズルプレート１０の製造方法の第４の
実施例に付いて説明する。

【００２８】型構成としては、ピン部２３と第２の型２
２が嵌合状態にならない点で、第３の実施例と同様であ
る。但し、ピン部２３はノズル１１の開口径を形成する
部分（図３のｈ寸法部）はなく、図９、図１０に示すよ
うに斜面部２６（形状的には曲面であっても構わない）
のみで形成されている。そして、図１１に示すように、
斜面部１９とバリ１３だけが形成されたノズルプレート
１０に紫外線光２０を照射し、ノズル１１の開口径を形
成する。即ち、紫外線光２０照射の主目的はバリ１３除
去ではなく、ノズル１１の開口径を形成することにあ
る。この構成に於て、紫外線加工の一つの特徴である高
加工精度を有効に発揮でき、ノズル１１の開口径の寸法
精度は飛躍的に向上する。又、図１１に示す様に、紫外
線光２０による加工部（図中では細密の斜線部で示す）
の体積は非常に少量のため、費やされるエネルギー、工
数は少なくてすみ、加工コストも問題にならない。尚、
前記構成の実施例で形成されたノズルプレート１０は、
図１２に示すごとく、第１の実施例等では発生する可能
性のある余剰除去部１４（図４参照）が決して発生しな
い。

【００２９】以上の本発明の第１〜第４のノズルプレー
ト製造方法において形成されるノズルプレート１０のノ
ズル１１断面の実施例を図１３、図１４、図１５、図１
６、図１７に示す。

【００３０】図１３のノズルプレート１０は、インクジ
ェットヘッドへの装着面（図中で上面）側の開口部が滑
らかなアール形状１６で形成されており、ノズル１１内
インクの流れに於て、圧力損失は非常に小さくできる。
又、インクジェットヘッド装着時に、インク流路とノズ
ル１１との接続部におけるインク流の圧力損失も非常に
小さい。

【００３１】図１４のノズルプレート１０は、インクジ
ェットヘッドへの装着面（図中で上面）側にインク導入
路１７を設け、斜面部１５に接続した例である。この構
造により、インク導入路１７の長さ分だけノズルプレー
ト１０の厚みを大きく設定でき、ノズルプレート１０自
体の剛性が非常に高まる。

【００３２】図１５のノズルプレート１０は、板厚を非
常に大きく設定し、インクジェットヘッドへの装着面
（図中で上面）側からインク吐出側のノズル１１の開口
部まで、すべて斜面部１８で形成した例であり、図に示
すように斜面部１８は比較的傾きが急となる。

【００３３】又、図１６のノズルプレート１０は、ノズ
ル１１の内面を滑らかな曲面で形成した例であり、イン
クの流れの圧力損失低減に効果が大きい。

【００３４】図１７のノズルプレート１０は、インクジ
ェットヘッドへの装着面（図中で上面）側にインク導入
路１７を設け、且つ、その開口部に滑らかなアール形状
１６を付加した例である。

【００３５】以上図１３〜図１７の実施例の形状的特徴
を組み合わせたものも、当然ながら本発明の適用範囲に
属する。

【００３６】以上の本発明のノズルプレート１０をイン
クジェットヘッドに装着した実施例を図１８に示す。

【００３７】ノズルプレート１０とインク流路４を有す
る流路基板３と振動板２を図のごとく接合してインク流
路４を閉空間としている。そして、前記振動板２上に図
中の矢印方向に変位する圧電素子１が接合されている。

【００３８】この構成により、インク吐出のために前記
圧電素子１に図中の矢印方向にの変位を生じさせ、イン
ク流路４内に圧力を発生させても、ノズルプレート１０
は、樹脂材料にも係わらず、その厚みを大きく設定して
いるがために、非常に剛性が高く、変形を生じることは
ない。そのため、インク吐出のためにインク流路４内部
に発生した圧力が、ノズルプレート１０の変形により吸
収されてしまうことはない。又、ノズル１１とインク流
路４との形状的なつながりは概連続的であり、且つ、ノ
ズル１１内部も連続的に縮径する形状であるため、イン
クの流れに於ける圧力損失が非常に低減される。結果と
して、入力エネルギーに対するインク吐出力（インク吐
出量、インク吐出スピード等）は、非常に効率的なもの
となる。又、ノズルプレート１０が高剛性のために振動
しないことと、ノズル１１近傍でスムーズなインクの流
れが実現できるため、インク吐出が非常に安定する。加
えて、インク流路内４内部での圧力損失が小さいため、
各接合面に加わる負荷が小さく、インクジェットヘッド
自体の信頼性及び寿命が飛躍的に向上する。又、全く別
の効果として、紫外線加工の時に生じる余剰除去部１４
が、ノズル１１先端をノズルプレート１０前面（図中の
下面）より一段引き込ますため、ノズル１１先端の保護
の働きをする事ができる。

【００３９】尚、ここでは、圧電素子１を用いたインク
ジェットヘッドに付いて説明したが、インク流路４内に
発熱素子を配置して、その発熱で気泡を発生させ圧力変
化を生じさせるインクジェットヘッド構造も、本発明の
適用範囲に属する。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の吐出プレ
ート製造方法は、板厚を厚く設定でき、且つ、ノズルの
断面形状を自由に設定できるため、高剛性で、低圧力損
失の断面形状のノズルを有するノズルプレートを提供す
ることができる。加えて、前記ノズルプレートを装着す
ることにより高効率、高安定、高信頼性インクジェット
ヘッドを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る吐出プレートの斜視図である。

【図２】本発明の吐出プレート製造方法の第１の実施例
に係る射出成形型の概略構成断面図である。

【図３】本発明の吐出プレート製造方法の第１の実施例
に係る吐出プレート断面図である。

【図４】本発明の吐出プレート製造方法の第１の実施例
に係る吐出プレート断面図である。

【図５】本発明の吐出プレート製造方法の第２の実施例
に係る射出成形型の概略構成断面図である。

【図６】本発明の吐出プレート製造方法の第３の実施例
に係る射出成形型の概略構成断面図である。

【図７】本発明の吐出プレート製造方法の第３の実施例
に係る射出成形型の概略構成断面図である。

【図８】本発明の吐出プレート製造方法の第第３の実施
例に係る吐出プレート断面図である。

【図９】本発明の吐出プレート製造方法の第４の実施例
に係る射出成形型の概略構成断面図である。

【図１０】本発明の吐出プレート製造方法の第４の実施
例に係る射出成形型の概略構成断面図である。

【図１１】本発明の吐出プレート製造方法の第４の実施
例に係る吐出プレート断面図である。

【図１２】本発明の吐出プレート製造方法の第４の実施
例に係る吐出プレート断面図である。

【図１３】本発明に係る吐出プレート断面図である。

【図１４】本発明に係る吐出プレート断面図である。

【図１５】本発明に係る吐出プレート断面図である。

【図１６】本発明に係る吐出プレート断面図である。

【図１７】本発明に係る吐出プレート断面図である。

【図１８】本発明に係るインクジェットヘッドの概略断
面図である。

【図１９】従来例のインクジェットヘッドの概略断面図
である。

【図２０】従来例のインクジェットヘッドの概略断面図
である。

【符号の説明】

１圧電素子２インク流路３流路基板４インク流路１０ノズルプレート１１ノズル１２バリ１３バリ１４余剰除去部１５斜面部１６アール形状１７インク導入路１８斜面部１９斜面部２０紫外線光２１第１の型２２第２の型２３ピン部２４斜面部（型）２５穴２６斜面部（型）ｔ型の面間距離（吐出プレート厚み）ｈノズル長さ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インクジェットヘッドのノズルを形成す
るノズルプレートの製造方法に於て、前記ノズルは前記
ノズルプレート形成時に同時に樹脂材料で形成され、そ
の後、前記ノズル先端に紫外線光を照射することを特徴
とするノズルプレートの製造方法。
【請求項２】前記ノズルプレートは樹脂の射出成形で
形成することを特徴とする請求項１記載のノズルプレー
トの製造方法。