インクジェットヘッドの製造方法
【課題】本発明は、ノズルが形成された吐出面の撥水処理を容易に行うことができるとともにノズルからのインクの良好な吐出状態を実現することができるインクジェットヘッドの製造方法を提供することを目的とするものである。
【解決手段】インクを吐出するノズルが形成される金属製のノズルプレート及びノズルに連通するインク流路を形成する複数の金属製のヘッドプレートを積層してインクジェットヘッドを製造する場合、ノズルが形成されていないノズルプレートを最外側に配置した状態でヘッドプレートと積層して拡散接合により一体化し、一体化された積層プレートのノズルプレート表面に対して撥水性樹脂微粒子を共析させた複合メッキ被膜を形成して撥水処理し、撥水処理されたノズルプレートに対して放電加工によりノズル孔を形成することで、撥水処理の影響を受けずにノズル孔を形成することができる。
【解決手段】インクを吐出するノズルが形成される金属製のノズルプレート及びノズルに連通するインク流路を形成する複数の金属製のヘッドプレートを積層してインクジェットヘッドを製造する場合、ノズルが形成されていないノズルプレートを最外側に配置した状態でヘッドプレートと積層して拡散接合により一体化し、一体化された積層プレートのノズルプレート表面に対して撥水性樹脂微粒子を共析させた複合メッキ被膜を形成して撥水処理し、撥水処理されたノズルプレートに対して放電加工によりノズル孔を形成することで、撥水処理の影響を受けずにノズル孔を形成することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録媒体にインクを吐出して画像形成を行うインクジェットヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、記録媒体への画像形成方法として、インクジェットヘッドからインクを記録媒体へ吐出して、所望の画像を形成する方法が知られている。
【０００３】
インクジェットヘッドは、インクを吐出するためのノズルが吐出面に形成されており、その内部にはノズルに連通するインク流路が形成されている。そして、インクタンクから供給されたインクがインク流路を流通してノズルに充填される。インク流路の一部には圧力室が形成されており、圧力室内のインク圧力を変動させてノズルからインクを所定量吐出するようになっている。
【０００４】
インクジェットヘッドを製造する場合、内部にインク流路を形成するためにインク流路に対応する部分を穿設した複数枚のプレートを積層一体化して製造することが行われている。また、ノズルはプレートに微小な穴を穿設して形成されている。
【０００５】
こうしたインクジェットヘッドの製造方法としては、例えば、特許文献１では、ヘッドフレームにノズルを形成するためのノズルシートを貼り合わせた後ノズルシートにレーザ加工によりノズルを形成し、形成されたノズルに位置合せしてヘッドチップを貼り付ける製造方法が記載されている。また、特許文献２では、金属製の複数のプレートを拡散接合により積層一体化する製造方法が記載されている。また、特許文献３では、ノズルプレートとマニホールドプレートを拡散接合させた後パンチ加工によりノズルプレートにノズルを形成し、ノズルが形成された吐出面を撥水処理する製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１３１９５０号公報
【特許文献２】特開２００７−２１６６３３号公報
【特許文献３】特開２００６−１８１７９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した特許文献１では、ノズルシートにノズルを形成した後ヘッドチップをノズルに位置合せして接着剤で貼り付けており、接着剤を用いることで耐インク性が低下するおそれがあり、またノズル及びヘッドチップの位置合せの精度の確保が難しいといった課題がある。特許文献２では、金属製のプレートを拡散接合で積層一体化しているため耐薬品性が向上するもののノズルが形成された面の撥水処理に関する記載がなく、金属製のプレートの場合ノズルから吐出されたインクが付着しやすくなって吐出不良を生じやすくなる。特許文献３では、ノズルプレートにノズルを形成した後撥水処理を行っており、ノズル内部への撥水処理を防止するためにマスキング処理等の複雑な加工処理を行わなければならない。
【０００８】
そこで、本発明は、ノズルが形成された吐出面の撥水処理を容易に行うことができるとともにノズルからのインクの良好な吐出状態を実現することができるインクジェットヘッドの製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法は、インクを吐出するノズルが形成される金属製のノズルプレート及び当該ノズルに連通するインク流路を形成する複数の金属製のヘッドプレートを積層してインクジェットヘッドを製造するインクジェットヘッドの製造方法であって、前記ノズルが形成されていない前記ノズルプレートを最外側に配置した状態で前記ヘッドプレートと積層して拡散接合により一体化する工程、一体化された積層プレートの前記ノズルプレート表面に対して撥水性樹脂微粒子を共析させた複合メッキ被膜を形成して撥水処理する工程、撥水処理された前記ノズルプレートに対して放電加工によりノズル孔を形成する工程を含むことを特徴とする。さらに、前記ノズルプレート及び前記ヘッドプレートは、ステンレスからなることを特徴とする。さらに、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる撥水性樹脂微粒子を分散させたニッケルメッキのメッキ液を用いて前記複合メッキ被膜を形成することを特徴とする。さらに、前記複合メッキ被膜を５μｍ以下に形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、上記のような構成を有することで、金属製のノズルプレート及びヘッドプレートを拡散接合により積層一体化しているので、接着剤を使用せずに一体化でき耐インク性を向上させることが可能となる。また、金属に複合メッキ被膜を形成することで撥水性を発揮する被膜の耐久性が向上する。
【００１１】
そして、ノズルプレートに撥水処理をした後放電加工によりノズル孔を形成するので、形成されたノズル孔内に撥水処理の影響が及ぶことはなく、各ノズルの吐出特性を安定化かつ均一化させることができる。従来のように撥水処理の前にノズル孔が形成されていると、ノズル孔内が撥水処理されないように予めノズル孔を封鎖する処理が必要であったが、本発明のように撥水処理後にノズル孔を形成することで工程を簡略化させることができる。また、放電加工によりノズル孔を形成する際、金属のノズルプレートにメッキ被膜を形成するためノズルプレートとメッキ被膜との熱膨張の差が小さく、界面剥離を生じにくい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】インクジェットヘッドを構成するプレートに関する概略構成図である。
【図２】インクジェットヘッドの製造工程を示すフローである。
【図３】積層工程に関する説明図である。
【図４】一体化工程に関する説明図である。
【図５】複合メッキ処理に関する説明図である。
【図６】放電加工に関する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を実施するにあたって好ましい具体例であるから、技術的に種々の限定がなされているが、本発明は、以下の説明において特に本発明を限定する旨明記されていない限り、これらの形態に限定されるものではない。
【００１４】
図１は、インクジェットヘッド１を構成するプレートに関する概略構成図である。インクジェットヘッド１は、インク吐出のための複数のノズルが形成されるノズルプレート１０と、ノズルにインクを供給する流路を形成するための切欠きが穿設された複数枚（図では３枚）の流路プレート２０と、形成される流路を介して各ノズルに連通する圧力室（図示せず）を形成するための切欠きが穿設された２枚の圧力室プレート３０と、圧電素子５０の変形による圧力波を圧力室に伝達する振動プレート４０と、振動プレート４０を補強するための剛性強化プレート６０とから構成される。この例では、ノズルプレート１０以外のプレートがヘッドプレートに相当する。なお、ヘッドプレート及びノズルプレートの構成は、製造するインクジェットヘッドに応じて形状や枚数を変更してもよく、この例に限定されることはない。
【００１５】
圧力室プレート３０により形成される圧力室には、インクを供給するための絞り流路であるリストリクタ（図示せず）が設けられており、このリストリクタには、図示しないインクタンクからインクを供給する流路（図示せず）が接続される。
【００１６】
また、これらのプレートは例えば金属材料から成形加工されており、プレートに形成される流路や圧力室のための切欠きは、例えば金属材料にエッチングなどの加工を施してパターニングされる。プレートに用いる金属材料としては、耐インク性の面からステンレスが好ましく、特に紫外線硬化型インクのように腐食性の強いインクにも対応することができる。また、各プレートとして同一の金属材料を用いることで、製造過程における加熱又は冷却の際の変形が各プレートで同じように生じてプレート間の歪み等が発生せず製造誤差を小さくすることが可能となる。
【００１７】
振動プレート４０の表面には、インク吐出の駆動源である複数の圧電素子５０が圧力室に対応する搭載位置にそれぞれ独立して搭載されている。圧電素子５０は、予め個別に作製されたものが各搭載位置に接着固定されている。そのため、一部の圧電素子に不具合が生じた場合には、不具合の生じた圧電素子だけ交換することができ、振動プレートに圧電素子を一体形成する場合と比較してインクジェットヘッドの不良品を減らすことができる。また、インクジェットヘッドのレイアウトが変更になった場合にもそれに合せて圧電素子の搭載位置を設定すればよく、容易に圧電素子を搭載することができる。
【００１８】
各圧電素子５０には図示しない信号用ケーブルが接続されており、各圧電素子５０に対して独立に電気信号を与えることができる。この信号用ケーブルを介して各圧電素子５０に電気信号を与えることで、各圧電素子５０に歪みを生じさせ、その結果、振動プレート４０が変位し、振動プレート４０と接合している圧力室プレート３０の圧力室内の容積が拡大及び収縮し、圧力室内に充填されたインクに圧力波が加わってノズルからインクが吐出される。
【００１９】
インクジェットヘッド１の製造工程について以下に説明する。図２は、製造工程に関するフローである。まず、ノズルプレート１０としてノズル孔の形成されていないものを準備する。流路プレート２０及び圧力室プレート３０にはパターニングにより流路及び圧力室を形成するための切欠きを予め形成しておく。振動プレート４０は圧電素子５０を搭載していない状態ものを準備する。
【００２０】
準備されたプレートは、表面を洗浄して不純物等を除去する。そして、各プレートを図１に示すように積層して位置決めする。プレートの位置決めは、各プレートに予め穿設された位置決め用の穴を用いて行われる。穿設された位置決め用の穴にはリーマ加工を施して位置決め精度を高めるようにするとよい。
【００２１】
図３は、位置決めを行う工程を示す説明図である。プレートを積層する支持台８０には位置決め用のピン８１が立設されており、各プレートに穿設された位置決め用の穴７０をピン８１に挿入して積層する。こうして支持台８０上に積層されたプレートは、高精度に位置決めした状態にセットされる。積層されたプレートは接着剤により仮固定し、移動の際に位置ずれしないようにする。
【００２２】
次に、仮固定された積層プレートを真空炉内に設置して加熱・加圧することで、積層プレートを拡散接合により一体化する。図４に示すように、仮固定された積層プレート１００の上下に一対のスペーサ２０２を配置して載置台２００上にセットし、押圧体２０１により加圧する。装置内は真空状態に保たれており、内部温度は、プレート材料の再結晶温度以上で融点以下の温度に設定する。ステンレスの場合には、８５０℃〜１３００℃の温度に設定すればよい。また、押圧体２０１による押圧力は、０．５〜１ＭＰａの圧力で０．５〜３時間加える。このように積層プレートに対して加熱及び加圧を行うことで、プレート同士が拡散接合により接合一体化される。
【００２３】
なお、プレートの表面に予めニッケル層を形成しておき、接合層として用いるようにしてもよい。この場合には、加熱温度を８００℃〜１３００℃に設定する。
【００２４】
スペーサ２０２は、窒化ホウ素（ＢＮ）を表面にコーティングしたステンレス製板状体を用いるとよい。加熱・冷却時においてプレートが膨張または収縮して変形する場合でも、プレートと同一材質のスペーサ２０２であればプレート界面での歪みを小さくすることができる。
【００２５】
また、スペーサ２０２を介して積層し設置すれば、複数の積層プレートを同時に拡散接合することもできる。
【００２６】
拡散接合した積層プレートを常温に冷却した後ノズルプレートの表面の撥水処理を行う。撥水処理は、撥水性樹脂微粒子を共析させた複合メッキ被膜をノズルプレート表面に形成して行う。
【００２７】
まず、ノズルプレート表面を洗浄液により洗浄して付着物等を除去する。その際に、ノズルプレートにはまだノズル孔が形成されていないので、積層プレート内部に洗浄液が浸入することはなく簡単に洗浄処理を行うことができる。
【００２８】
次に、洗浄したノズルプレート表面の撥水処理を行わない部位のマスキング処理を行う。この場合、ノズルプレートにはまだノズル孔が形成されていないので、ノズル孔に対する微細なマスキング処理は不要で、ノズル孔の形成箇所を含む撥水処理領域以外の領域を大まかに設定して処理すればよく、簡単にマスキング処理を行うことができる。
【００２９】
マスキング処理された撥水処理領域を酸により活性化処理し、ニッケルストライク処理によりステンレス表面の酸化被膜を除去しながらニッケル被膜を形成する。そして、処理された積層プレート１００を、図５に示すように、撥水性樹脂微粒子が分散されたニッケルメッキのメッキ液を貯留するメッキ槽３００に投入し、メッキ液に浸漬させた状態で撥水性樹脂微粒子を共析させて複合メッキ処理を行う。
【００３０】
撥水性樹脂微粒子としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる撥水性樹脂微粒子が好ましく、微粒子の粒径は小さいものがよく、１μｍ以下のものがよい。粒径が１μｍより大きくなると、形成された複合メッキ被膜の表面粗さが大きくなり、インクジェットヘッドの吐出面のワイピング処理を繰り返し行うと、微粒子が剥離して撥水性が低下するようになる。また、撥水処理後の放電加工の際に形成されたノズル孔の周囲にバリが発生しやすくなる。撥水性樹脂微粒子のメッキ液中の体積含有率は、３０％以上にするとよい。３０％より低いと、形成された複合メッキ被膜の表面に表出するＰＴＦＥ粒子の密度が低くなって撥水性が不十分となる。
【００３１】
メッキ液としては、ニッケルメッキ液以外に、公知のものを使用することができる。メッキ処理は電解メッキ処理又は無電解メッキ処理のいずれでもよい。例えば、無電解メッキ処理により複合メッキ被膜を形成した場合では、複合メッキ被膜にＰＴＦＥ粒子の融点前後の温度（３００℃〜３５０℃）で熱処理することで、複合メッキ被膜の硬度を高めて耐摩耗性を向上させることができる。一方、電解メッキ処理により複合メッキ被膜を形成した場合は、複合メッキ皮膜中のＰＴＦＥ粒子の含有量を多くすることができるため、より撥水性が求められる場合に有効である。
【００３２】
また、形成される複合メッキ被膜の厚さは、放電加工を行うため薄い方がよく、具体的には１μｍ〜５μｍとするとよい。この程度の厚さであれば、複合メッキ被膜の厚さに影響を受けることなく放電加工を行うことができる。
【００３３】
メッキ処理により複合メッキ被膜を形成した後マスキングを除去し、複合メッキ被膜の熱処理を行って被膜の硬度を向上させる。
【００３４】
次に、撥水処理されたノズルプレートに対して放電加工によりノズル孔を形成する。放電加工装置としては、ＣＲ発振回路を備えた電源を有し電極を回転させながら放電加工を行う装置を用いるとよい。図６に示すように、放電加工装置は電極４０１及びＸＹテーブル４００を備え、ＸＹテーブル４００上にノズルプレートを上側にして積層プレート１００を載置する。積層プレート１００の上面には加工液が吐出ノズル４０２から微量ずつ連続的に供給し加工箇所を覆うようになっている。
【００３５】
加工液としては、純水又は絶縁性の油が用いられる。加工液の供給方法としては、加工物自体を浸漬してもよく、また放電電極の先端部と被加工材の放電加工位置との間の放電ギャップに向けて放電加工液を吐出ノズルから微量ずつ連続的に供給するようにしてもよい。加工液には、電気抵抗が１８ＭΩｃｍの純水を吐出ノズルから微量ずつ連続的に供給する方法が好ましい。純水の場合炭化物が含まれていないため加工後に積層プレートへの付着物が少なくなり、加工後の洗浄処理が容易になる。また、純水を用いることで電極の消耗を抑えることができ、安定した放電加工を連続して行うことが可能となり、生産効率を高められる。
【００３６】
電極４０１は、図示せぬ作動機構により回転しながら下降して積層プレート１００のノズルプレート表面に接近した位置に位置決めされる。電極の材質としてはタングステンが用いられる。電極４０１の外径は、形成するノズル径に対応して設定すればよい。例えば、ノズル径が５０μｍの場合には、電極の外径を４５μｍに設定する。
【００３７】
ノズルプレートの表面には積層プレート内部に形成される圧力室に対応して基準位置マークが予め表示されている。例えば、上述した位置決め用の穴を基準位置マークとして用いてもよい。積層プレートがＸＹテーブル４００上の設定位置に載置されると、ノズルプレート表面の基準位置マークが検知される。検知方法としては、光学的に検知してもよいし、ノズルプレート表面を撮影した画像により検知するようにしてもよい。また、基準位置マークをわずかに突出した凸部若しくはパターニングした凹部に形成しておき、凸部若しくは凹部に放電電極が接触して検知するようにしてもよい。
【００３８】
基準位置が正確に検知されると、基準位置に対応して圧力室の位置が特定されるので、特定された圧力室の位置に対応してノズル孔の形成位置を精度よく設定することができる。そして、ＸＹテーブル４００を移動させて、設定された形成位置に電極４０１を対向させて放電加工を行う。
【００３９】
電極に印加される加工電圧を６０〜１００Ｖに設定すれば、加工時にノズル孔の周囲に生じるバリを抑えることができる。また、こうしたバリの発生やノズル孔の内壁の粗さを抑えるには、放電加工時における放電回路での浮遊容量と２０ｐＦ以下に抑えるように放電制御することが好ましい。浮遊容量は、放電回路の配線をできるだけ短くすることで小さくすることができる。
【００４０】
また、放電加工時に電極が下降する際の送り量はノズルプレートの厚さよりも大きくなるように設定すると、ノズル孔の内径を全体にほぼ同一のストレートな孔に仕上げることができる。具体的にはノズルプレートの厚さの２．５倍に設定しておくとよい。また、放電加工時に電極を下降させる際の送り速度は、１０〜４０μｍ／ｓに設定しておくと、ノズル孔を安定して形成することができる。
【００４１】
放電加工によりノズル孔を形成した後積層プレート内に純水を流入させて放電加工により生じた金属屑等を外部に排出させて洗浄処理を行った後内部を乾燥させる。
【００４２】
その後、予め個別に作製された圧電素子５０を振動プレート４０の搭載位置に接着固定することでインクジェットヘッドが仕上げられる。
【００４３】
このように積層プレート内に既に形成された圧力室に対応させてノズル孔を形成するので、圧力室に正確に対応させてノズル孔を位置合せすることができる。圧力室とノズル孔との間にインク流路が形成されている場合であっても、インク流路が既に形成されているので、その中心に合致するようにノズル孔を正確に形成することもできる。
【００４４】
従来のように、ノズル孔が形成されたノズルプレートを積層して一体化する製造方法では、一体化する過程においてプレートの変形等によりノズル孔が正確に圧力室に位置合せすることが困難であったが、本発明ではノズルプレートを積層一体化した後ノズル孔を形成するので、ノズル孔を形成後に高温状態になるといったプレートが変形する要因はなくなり、製造されたインクジェットヘッドのノズル孔の位置を極めて高精度に仕上げることができる。
【００４５】
そして、ノズルプレートの撥水処理をした後にノズル孔を形成するので、ノズル孔の内部に撥水処理の影響が及ぶことがない。そのため、ノズルプレートに複数のノズル孔を形成した場合でもすべてのノズル孔を均一に精度よく仕上げることができ、インクの吐出性能の高いインクジェットヘッドを安定して製造することが可能となる。
【符号の説明】
【００４６】
１ インクジェットヘッド
10 ノズルプレート
20 流路プレート
30 圧力室プレート
40 振動プレート
50 圧電素子
60 剛性強化プレート
70 位置決め用の穴
80 支持台
100 積層プレート
200 載置台
201 押圧体
300 メッキ槽
400 ＸＹテーブル
401 電極
402 供給管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録媒体にインクを吐出して画像形成を行うインクジェットヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、記録媒体への画像形成方法として、インクジェットヘッドからインクを記録媒体へ吐出して、所望の画像を形成する方法が知られている。
【０００３】
インクジェットヘッドは、インクを吐出するためのノズルが吐出面に形成されており、その内部にはノズルに連通するインク流路が形成されている。そして、インクタンクから供給されたインクがインク流路を流通してノズルに充填される。インク流路の一部には圧力室が形成されており、圧力室内のインク圧力を変動させてノズルからインクを所定量吐出するようになっている。
【０００４】
インクジェットヘッドを製造する場合、内部にインク流路を形成するためにインク流路に対応する部分を穿設した複数枚のプレートを積層一体化して製造することが行われている。また、ノズルはプレートに微小な穴を穿設して形成されている。
【０００５】
こうしたインクジェットヘッドの製造方法としては、例えば、特許文献１では、ヘッドフレームにノズルを形成するためのノズルシートを貼り合わせた後ノズルシートにレーザ加工によりノズルを形成し、形成されたノズルに位置合せしてヘッドチップを貼り付ける製造方法が記載されている。また、特許文献２では、金属製の複数のプレートを拡散接合により積層一体化する製造方法が記載されている。また、特許文献３では、ノズルプレートとマニホールドプレートを拡散接合させた後パンチ加工によりノズルプレートにノズルを形成し、ノズルが形成された吐出面を撥水処理する製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１３１９５０号公報
【特許文献２】特開２００７−２１６６３３号公報
【特許文献３】特開２００６−１８１７９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した特許文献１では、ノズルシートにノズルを形成した後ヘッドチップをノズルに位置合せして接着剤で貼り付けており、接着剤を用いることで耐インク性が低下するおそれがあり、またノズル及びヘッドチップの位置合せの精度の確保が難しいといった課題がある。特許文献２では、金属製のプレートを拡散接合で積層一体化しているため耐薬品性が向上するもののノズルが形成された面の撥水処理に関する記載がなく、金属製のプレートの場合ノズルから吐出されたインクが付着しやすくなって吐出不良を生じやすくなる。特許文献３では、ノズルプレートにノズルを形成した後撥水処理を行っており、ノズル内部への撥水処理を防止するためにマスキング処理等の複雑な加工処理を行わなければならない。
【０００８】
そこで、本発明は、ノズルが形成された吐出面の撥水処理を容易に行うことができるとともにノズルからのインクの良好な吐出状態を実現することができるインクジェットヘッドの製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法は、インクを吐出するノズルが形成される金属製のノズルプレート及び当該ノズルに連通するインク流路を形成する複数の金属製のヘッドプレートを積層してインクジェットヘッドを製造するインクジェットヘッドの製造方法であって、前記ノズルが形成されていない前記ノズルプレートを最外側に配置した状態で前記ヘッドプレートと積層して拡散接合により一体化する工程、一体化された積層プレートの前記ノズルプレート表面に対して撥水性樹脂微粒子を共析させた複合メッキ被膜を形成して撥水処理する工程、撥水処理された前記ノズルプレートに対して放電加工によりノズル孔を形成する工程を含むことを特徴とする。さらに、前記ノズルプレート及び前記ヘッドプレートは、ステンレスからなることを特徴とする。さらに、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる撥水性樹脂微粒子を分散させたニッケルメッキのメッキ液を用いて前記複合メッキ被膜を形成することを特徴とする。さらに、前記複合メッキ被膜を５μｍ以下に形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、上記のような構成を有することで、金属製のノズルプレート及びヘッドプレートを拡散接合により積層一体化しているので、接着剤を使用せずに一体化でき耐インク性を向上させることが可能となる。また、金属に複合メッキ被膜を形成することで撥水性を発揮する被膜の耐久性が向上する。
【００１１】
そして、ノズルプレートに撥水処理をした後放電加工によりノズル孔を形成するので、形成されたノズル孔内に撥水処理の影響が及ぶことはなく、各ノズルの吐出特性を安定化かつ均一化させることができる。従来のように撥水処理の前にノズル孔が形成されていると、ノズル孔内が撥水処理されないように予めノズル孔を封鎖する処理が必要であったが、本発明のように撥水処理後にノズル孔を形成することで工程を簡略化させることができる。また、放電加工によりノズル孔を形成する際、金属のノズルプレートにメッキ被膜を形成するためノズルプレートとメッキ被膜との熱膨張の差が小さく、界面剥離を生じにくい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】インクジェットヘッドを構成するプレートに関する概略構成図である。
【図２】インクジェットヘッドの製造工程を示すフローである。
【図３】積層工程に関する説明図である。
【図４】一体化工程に関する説明図である。
【図５】複合メッキ処理に関する説明図である。
【図６】放電加工に関する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を実施するにあたって好ましい具体例であるから、技術的に種々の限定がなされているが、本発明は、以下の説明において特に本発明を限定する旨明記されていない限り、これらの形態に限定されるものではない。
【００１４】
図１は、インクジェットヘッド１を構成するプレートに関する概略構成図である。インクジェットヘッド１は、インク吐出のための複数のノズルが形成されるノズルプレート１０と、ノズルにインクを供給する流路を形成するための切欠きが穿設された複数枚（図では３枚）の流路プレート２０と、形成される流路を介して各ノズルに連通する圧力室（図示せず）を形成するための切欠きが穿設された２枚の圧力室プレート３０と、圧電素子５０の変形による圧力波を圧力室に伝達する振動プレート４０と、振動プレート４０を補強するための剛性強化プレート６０とから構成される。この例では、ノズルプレート１０以外のプレートがヘッドプレートに相当する。なお、ヘッドプレート及びノズルプレートの構成は、製造するインクジェットヘッドに応じて形状や枚数を変更してもよく、この例に限定されることはない。
【００１５】
圧力室プレート３０により形成される圧力室には、インクを供給するための絞り流路であるリストリクタ（図示せず）が設けられており、このリストリクタには、図示しないインクタンクからインクを供給する流路（図示せず）が接続される。
【００１６】
また、これらのプレートは例えば金属材料から成形加工されており、プレートに形成される流路や圧力室のための切欠きは、例えば金属材料にエッチングなどの加工を施してパターニングされる。プレートに用いる金属材料としては、耐インク性の面からステンレスが好ましく、特に紫外線硬化型インクのように腐食性の強いインクにも対応することができる。また、各プレートとして同一の金属材料を用いることで、製造過程における加熱又は冷却の際の変形が各プレートで同じように生じてプレート間の歪み等が発生せず製造誤差を小さくすることが可能となる。
【００１７】
振動プレート４０の表面には、インク吐出の駆動源である複数の圧電素子５０が圧力室に対応する搭載位置にそれぞれ独立して搭載されている。圧電素子５０は、予め個別に作製されたものが各搭載位置に接着固定されている。そのため、一部の圧電素子に不具合が生じた場合には、不具合の生じた圧電素子だけ交換することができ、振動プレートに圧電素子を一体形成する場合と比較してインクジェットヘッドの不良品を減らすことができる。また、インクジェットヘッドのレイアウトが変更になった場合にもそれに合せて圧電素子の搭載位置を設定すればよく、容易に圧電素子を搭載することができる。
【００１８】
各圧電素子５０には図示しない信号用ケーブルが接続されており、各圧電素子５０に対して独立に電気信号を与えることができる。この信号用ケーブルを介して各圧電素子５０に電気信号を与えることで、各圧電素子５０に歪みを生じさせ、その結果、振動プレート４０が変位し、振動プレート４０と接合している圧力室プレート３０の圧力室内の容積が拡大及び収縮し、圧力室内に充填されたインクに圧力波が加わってノズルからインクが吐出される。
【００１９】
インクジェットヘッド１の製造工程について以下に説明する。図２は、製造工程に関するフローである。まず、ノズルプレート１０としてノズル孔の形成されていないものを準備する。流路プレート２０及び圧力室プレート３０にはパターニングにより流路及び圧力室を形成するための切欠きを予め形成しておく。振動プレート４０は圧電素子５０を搭載していない状態ものを準備する。
【００２０】
準備されたプレートは、表面を洗浄して不純物等を除去する。そして、各プレートを図１に示すように積層して位置決めする。プレートの位置決めは、各プレートに予め穿設された位置決め用の穴を用いて行われる。穿設された位置決め用の穴にはリーマ加工を施して位置決め精度を高めるようにするとよい。
【００２１】
図３は、位置決めを行う工程を示す説明図である。プレートを積層する支持台８０には位置決め用のピン８１が立設されており、各プレートに穿設された位置決め用の穴７０をピン８１に挿入して積層する。こうして支持台８０上に積層されたプレートは、高精度に位置決めした状態にセットされる。積層されたプレートは接着剤により仮固定し、移動の際に位置ずれしないようにする。
【００２２】
次に、仮固定された積層プレートを真空炉内に設置して加熱・加圧することで、積層プレートを拡散接合により一体化する。図４に示すように、仮固定された積層プレート１００の上下に一対のスペーサ２０２を配置して載置台２００上にセットし、押圧体２０１により加圧する。装置内は真空状態に保たれており、内部温度は、プレート材料の再結晶温度以上で融点以下の温度に設定する。ステンレスの場合には、８５０℃〜１３００℃の温度に設定すればよい。また、押圧体２０１による押圧力は、０．５〜１ＭＰａの圧力で０．５〜３時間加える。このように積層プレートに対して加熱及び加圧を行うことで、プレート同士が拡散接合により接合一体化される。
【００２３】
なお、プレートの表面に予めニッケル層を形成しておき、接合層として用いるようにしてもよい。この場合には、加熱温度を８００℃〜１３００℃に設定する。
【００２４】
スペーサ２０２は、窒化ホウ素（ＢＮ）を表面にコーティングしたステンレス製板状体を用いるとよい。加熱・冷却時においてプレートが膨張または収縮して変形する場合でも、プレートと同一材質のスペーサ２０２であればプレート界面での歪みを小さくすることができる。
【００２５】
また、スペーサ２０２を介して積層し設置すれば、複数の積層プレートを同時に拡散接合することもできる。
【００２６】
拡散接合した積層プレートを常温に冷却した後ノズルプレートの表面の撥水処理を行う。撥水処理は、撥水性樹脂微粒子を共析させた複合メッキ被膜をノズルプレート表面に形成して行う。
【００２７】
まず、ノズルプレート表面を洗浄液により洗浄して付着物等を除去する。その際に、ノズルプレートにはまだノズル孔が形成されていないので、積層プレート内部に洗浄液が浸入することはなく簡単に洗浄処理を行うことができる。
【００２８】
次に、洗浄したノズルプレート表面の撥水処理を行わない部位のマスキング処理を行う。この場合、ノズルプレートにはまだノズル孔が形成されていないので、ノズル孔に対する微細なマスキング処理は不要で、ノズル孔の形成箇所を含む撥水処理領域以外の領域を大まかに設定して処理すればよく、簡単にマスキング処理を行うことができる。
【００２９】
マスキング処理された撥水処理領域を酸により活性化処理し、ニッケルストライク処理によりステンレス表面の酸化被膜を除去しながらニッケル被膜を形成する。そして、処理された積層プレート１００を、図５に示すように、撥水性樹脂微粒子が分散されたニッケルメッキのメッキ液を貯留するメッキ槽３００に投入し、メッキ液に浸漬させた状態で撥水性樹脂微粒子を共析させて複合メッキ処理を行う。
【００３０】
撥水性樹脂微粒子としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる撥水性樹脂微粒子が好ましく、微粒子の粒径は小さいものがよく、１μｍ以下のものがよい。粒径が１μｍより大きくなると、形成された複合メッキ被膜の表面粗さが大きくなり、インクジェットヘッドの吐出面のワイピング処理を繰り返し行うと、微粒子が剥離して撥水性が低下するようになる。また、撥水処理後の放電加工の際に形成されたノズル孔の周囲にバリが発生しやすくなる。撥水性樹脂微粒子のメッキ液中の体積含有率は、３０％以上にするとよい。３０％より低いと、形成された複合メッキ被膜の表面に表出するＰＴＦＥ粒子の密度が低くなって撥水性が不十分となる。
【００３１】
メッキ液としては、ニッケルメッキ液以外に、公知のものを使用することができる。メッキ処理は電解メッキ処理又は無電解メッキ処理のいずれでもよい。例えば、無電解メッキ処理により複合メッキ被膜を形成した場合では、複合メッキ被膜にＰＴＦＥ粒子の融点前後の温度（３００℃〜３５０℃）で熱処理することで、複合メッキ被膜の硬度を高めて耐摩耗性を向上させることができる。一方、電解メッキ処理により複合メッキ被膜を形成した場合は、複合メッキ皮膜中のＰＴＦＥ粒子の含有量を多くすることができるため、より撥水性が求められる場合に有効である。
【００３２】
また、形成される複合メッキ被膜の厚さは、放電加工を行うため薄い方がよく、具体的には１μｍ〜５μｍとするとよい。この程度の厚さであれば、複合メッキ被膜の厚さに影響を受けることなく放電加工を行うことができる。
【００３３】
メッキ処理により複合メッキ被膜を形成した後マスキングを除去し、複合メッキ被膜の熱処理を行って被膜の硬度を向上させる。
【００３４】
次に、撥水処理されたノズルプレートに対して放電加工によりノズル孔を形成する。放電加工装置としては、ＣＲ発振回路を備えた電源を有し電極を回転させながら放電加工を行う装置を用いるとよい。図６に示すように、放電加工装置は電極４０１及びＸＹテーブル４００を備え、ＸＹテーブル４００上にノズルプレートを上側にして積層プレート１００を載置する。積層プレート１００の上面には加工液が吐出ノズル４０２から微量ずつ連続的に供給し加工箇所を覆うようになっている。
【００３５】
加工液としては、純水又は絶縁性の油が用いられる。加工液の供給方法としては、加工物自体を浸漬してもよく、また放電電極の先端部と被加工材の放電加工位置との間の放電ギャップに向けて放電加工液を吐出ノズルから微量ずつ連続的に供給するようにしてもよい。加工液には、電気抵抗が１８ＭΩｃｍの純水を吐出ノズルから微量ずつ連続的に供給する方法が好ましい。純水の場合炭化物が含まれていないため加工後に積層プレートへの付着物が少なくなり、加工後の洗浄処理が容易になる。また、純水を用いることで電極の消耗を抑えることができ、安定した放電加工を連続して行うことが可能となり、生産効率を高められる。
【００３６】
電極４０１は、図示せぬ作動機構により回転しながら下降して積層プレート１００のノズルプレート表面に接近した位置に位置決めされる。電極の材質としてはタングステンが用いられる。電極４０１の外径は、形成するノズル径に対応して設定すればよい。例えば、ノズル径が５０μｍの場合には、電極の外径を４５μｍに設定する。
【００３７】
ノズルプレートの表面には積層プレート内部に形成される圧力室に対応して基準位置マークが予め表示されている。例えば、上述した位置決め用の穴を基準位置マークとして用いてもよい。積層プレートがＸＹテーブル４００上の設定位置に載置されると、ノズルプレート表面の基準位置マークが検知される。検知方法としては、光学的に検知してもよいし、ノズルプレート表面を撮影した画像により検知するようにしてもよい。また、基準位置マークをわずかに突出した凸部若しくはパターニングした凹部に形成しておき、凸部若しくは凹部に放電電極が接触して検知するようにしてもよい。
【００３８】
基準位置が正確に検知されると、基準位置に対応して圧力室の位置が特定されるので、特定された圧力室の位置に対応してノズル孔の形成位置を精度よく設定することができる。そして、ＸＹテーブル４００を移動させて、設定された形成位置に電極４０１を対向させて放電加工を行う。
【００３９】
電極に印加される加工電圧を６０〜１００Ｖに設定すれば、加工時にノズル孔の周囲に生じるバリを抑えることができる。また、こうしたバリの発生やノズル孔の内壁の粗さを抑えるには、放電加工時における放電回路での浮遊容量と２０ｐＦ以下に抑えるように放電制御することが好ましい。浮遊容量は、放電回路の配線をできるだけ短くすることで小さくすることができる。
【００４０】
また、放電加工時に電極が下降する際の送り量はノズルプレートの厚さよりも大きくなるように設定すると、ノズル孔の内径を全体にほぼ同一のストレートな孔に仕上げることができる。具体的にはノズルプレートの厚さの２．５倍に設定しておくとよい。また、放電加工時に電極を下降させる際の送り速度は、１０〜４０μｍ／ｓに設定しておくと、ノズル孔を安定して形成することができる。
【００４１】
放電加工によりノズル孔を形成した後積層プレート内に純水を流入させて放電加工により生じた金属屑等を外部に排出させて洗浄処理を行った後内部を乾燥させる。
【００４２】
その後、予め個別に作製された圧電素子５０を振動プレート４０の搭載位置に接着固定することでインクジェットヘッドが仕上げられる。
【００４３】
このように積層プレート内に既に形成された圧力室に対応させてノズル孔を形成するので、圧力室に正確に対応させてノズル孔を位置合せすることができる。圧力室とノズル孔との間にインク流路が形成されている場合であっても、インク流路が既に形成されているので、その中心に合致するようにノズル孔を正確に形成することもできる。
【００４４】
従来のように、ノズル孔が形成されたノズルプレートを積層して一体化する製造方法では、一体化する過程においてプレートの変形等によりノズル孔が正確に圧力室に位置合せすることが困難であったが、本発明ではノズルプレートを積層一体化した後ノズル孔を形成するので、ノズル孔を形成後に高温状態になるといったプレートが変形する要因はなくなり、製造されたインクジェットヘッドのノズル孔の位置を極めて高精度に仕上げることができる。
【００４５】
そして、ノズルプレートの撥水処理をした後にノズル孔を形成するので、ノズル孔の内部に撥水処理の影響が及ぶことがない。そのため、ノズルプレートに複数のノズル孔を形成した場合でもすべてのノズル孔を均一に精度よく仕上げることができ、インクの吐出性能の高いインクジェットヘッドを安定して製造することが可能となる。
【符号の説明】
【００４６】
１ インクジェットヘッド
10 ノズルプレート
20 流路プレート
30 圧力室プレート
40 振動プレート
50 圧電素子
60 剛性強化プレート
70 位置決め用の穴
80 支持台
100 積層プレート
200 載置台
201 押圧体
300 メッキ槽
400 ＸＹテーブル
401 電極
402 供給管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出するノズルが形成される金属製のノズルプレート及び当該ノズルに連通するインク流路を形成する複数の金属製のヘッドプレートを積層してインクジェットヘッドを製造するインクジェットヘッドの製造方法であって、前記ノズルが形成されていない前記ノズルプレートを最外側に配置した状態で前記ヘッドプレートと積層して拡散接合により一体化する工程、一体化された積層プレートの前記ノズルプレート表面に対して撥水性樹脂微粒子を共析させた複合メッキ被膜を形成して撥水処理する工程、撥水処理された前記ノズルプレートに対して放電加工によりノズル孔を形成する工程を含むことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記ノズルプレート及び前記ヘッドプレートは、ステンレスからなることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる撥水性樹脂微粒子を分散させたニッケルメッキのメッキ液を用いて前記複合メッキ被膜を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記複合メッキ被膜を５μｍ以下に形成することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１】
インクを吐出するノズルが形成される金属製のノズルプレート及び当該ノズルに連通するインク流路を形成する複数の金属製のヘッドプレートを積層してインクジェットヘッドを製造するインクジェットヘッドの製造方法であって、前記ノズルが形成されていない前記ノズルプレートを最外側に配置した状態で前記ヘッドプレートと積層して拡散接合により一体化する工程、一体化された積層プレートの前記ノズルプレート表面に対して撥水性樹脂微粒子を共析させた複合メッキ被膜を形成して撥水処理する工程、撥水処理された前記ノズルプレートに対して放電加工によりノズル孔を形成する工程を含むことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記ノズルプレート及び前記ヘッドプレートは、ステンレスからなることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる撥水性樹脂微粒子を分散させたニッケルメッキのメッキ液を用いて前記複合メッキ被膜を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記複合メッキ被膜を５μｍ以下に形成することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１７３１５８（Ｐ２０１０−１７３１５８Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７４８０（Ｐ２００９−１７４８０）
【出願日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【出願人】（０００１０７９０７）セーレン株式会社 (462)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【出願人】（０００１０７９０７）セーレン株式会社 (462)
【Ｆターム（参考）】
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