インクジェットヘッドの製造方法
【目的】 インク滴を安定して噴射させることができ、且つ、低コストのノズルプレートの製造方法を提供すること。
【構成】 この目的を達成するために本発明では、ノズルプレート３は、アクチュエータープレート１の端部６２に導電性膜を形成する工程と、前記アクチュエータープレート１のインク室１２に導電性のレジスト４０を充填する工程と、前記端面６２に非導電性の感光レジスト４２による膜を形成する工程と、所定のパターン７２が設けられた硝子マスク７０を前記感光レジスト４２膜上にかぶせて露光を行い、ついで現像処理を施し、ノズル位置に対応した樹脂部分のみからなるレジストパターン４２ａを形成する工程と、電解メッキ法にて、前記レジストパターン４２ａが形成されたアクチュエータープレート１の端面６２にメッキ膜を形成する工程と、前記レジスト４０，４２を除去する工程とから形成される。
【構成】 この目的を達成するために本発明では、ノズルプレート３は、アクチュエータープレート１の端部６２に導電性膜を形成する工程と、前記アクチュエータープレート１のインク室１２に導電性のレジスト４０を充填する工程と、前記端面６２に非導電性の感光レジスト４２による膜を形成する工程と、所定のパターン７２が設けられた硝子マスク７０を前記感光レジスト４２膜上にかぶせて露光を行い、ついで現像処理を施し、ノズル位置に対応した樹脂部分のみからなるレジストパターン４２ａを形成する工程と、電解メッキ法にて、前記レジストパターン４２ａが形成されたアクチュエータープレート１の端面６２にメッキ膜を形成する工程と、前記レジスト４０，４２を除去する工程とから形成される。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、インク室が形成されたアクチュエーター部材と、前記インク室に連通し、インクが噴射されるノズルが形成されたノズルプレートとを有するインクジェットヘッドを製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、インクジェットプリンタ等に利用されるオンデマンド方式の印字ヘッドとして電気−熱変換素子である発熱素子を利用した、いわゆるバブルジェット方式印字ヘッドや、電気−機械変換素子である圧電素子を利用したピエゾ方式印字ヘッドが実用化されている。基本素子１０の概略構成は図５に示すように、圧電セラミックスのアクチュエータープレート１とカバープレート２とノズルプレート３とから構成されている。
【０００３】圧電セラミックスのアクチュエータープレート１は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料によって形成されている。そして、そのアクチュエータープレート１は矢印５の方向に分極処理されており、さらに、ダイヤモンドカッターブレードの回転によって溝８が切削加工されている。そして、溝の一部には蒸着等により電極１３が形成されている。
【０００４】次に、カバープレート２は、セラミックス材料または樹脂材料等から形成されている。そして、カバープレート２と、アクチュエータープレート１の溝８加工側の面がエポキシ等の接着剤によって接着される。さらに、アクチュエータープレート１及びカバープレート２が接着された後の端面に、各インク室１２の位置に対応した位置にノズル３２が設けられたノズルプレート３が接着されている。このノズルプレート３は、ポリアルキレン（例えばエチレン）、テレフタレート、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネイト、酢酸セルロース等のプラスチックによって形成されている。
【０００５】前記ノズルプレート３のノズル３２は、接着前にエキシマレーザにより形成される。発振器より発振されたレーザ光を所望の形に照射するためのマスクを通過させて、前記ノズルプレートに結像させ、ノズルプレート材を除去して形成される。そして、ノズル３２が形成されたノズルプレート３の片面に撥水処理を、もう一方の面に親水化処理を各々行い、前述したように接着剤を用いて、ノズル３２がインク室１２の中央にくるように位置合わせを行い貼り合わせていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ノズルプレートをアクチュエーター側に接着する際には、一般的には、接着剤をアクチュエーター側あるいはノズルプレート側に適当量形成し、均一に圧力をかけて保持しベークにより硬化させる。しかしながら、現実には、余剰接着剤がノズルに進出してノズルの径が狭くなったり、ノズルの境界に付着してノズルの形が変形したりする。これにより、噴射液滴の方向が曲がったり、液適量が安定しなかったり、最悪噴射しない等と言った問題が発生していた。
【０００７】また、接着の工程では、ノズルプレートとアクチュエーターとの位置合わせや、プレートへの加圧が必要である。しかし、硬化する前の接着剤は柔らかく且つ不安定な状態であることや、硬化する際に接着剤の体積の経時変化に起因して、位置精度が出なかったり、接着強度がバラついたりする等、制御が困難で歩留まりが悪かった。
【０００８】さらにエキシマレーザーによるノズルの形成は、エキシマレーザー装置が非常に高価であり、また、その装置の不安定さから熟練者による定期的な微調整も必要となるため、製造コストが高くついてしまい生産性が悪かった。
【０００９】本発明は上述したような問題を解決するためになされたものであり、全チャンネルの液滴方向，液滴量にばらつきがなく、良好にインク噴射を行うことができ、かつ低コストで製造可能なインクジェットヘッドの製造方法を提示することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するために本発明のインクジェットの製造方法は、インク室が形成されたアクチュエーター部材に対して、前記インク室内のインクを噴射させるノズルを備えたノズルプレートを形成する手法であり、更に、前記アクチュエーター部材に犠牲層を設けてインク室を埋めた後に、前記ノズルプレートを堆積法にて前記アクチュエーター部材上に形成する。
【００１１】尚、前記堆積法は、メッキ法であってもよい。
【００１２】尚、前記ノズルプレートは、前記アクチュエーター部材の端部に導電性膜を形成する工程と、前記アクチュエーター部材のインク室に導電性の充填物質を充填する工程と、前記アクチュエーター部材の端面に非導電性の感光性樹脂による膜を形成する工程と、所定のパターンが設けられたマスクを前記感光性樹脂膜上にかぶせて露光を行い、ついで現像処理を施し、ノズル位置に対応した樹脂部分のみからなる凸型を形成する工程と、電解メッキ法にて、前記凸型が形成されたアクチュエーター部材の端面にメッキ膜を形成する工程と、前記感光性樹脂及び充填物質を除去する工程とから形成されてもよい。
【００１３】また、前記ノズルプレートは、前記アクチュエーター部材のインク室に充填物質を充填する工程と、無電解メッキ法にて、前記アクチュエーター部材の端面にメッキ膜を形成する工程と、前記メッキ膜上に感光性樹脂による膜を形成する工程と、所定のパターンが設けられたマスクを前記感光性樹脂膜上にかぶせて露光を行い、ついで現像処理を施し、ノズル位置に対応する樹脂部分を除去してノズルパターンを形成する工程と、エッチングにより、前記ノズルパターンを通してメッキ膜にノズル孔を空ける工程と、前記感光性樹脂及び充填物質を除去する工程とから形成されてもよい。
【００１４】尚、前記ノズルプレートは、真空成膜法により前記アクチュエーター部材上に形成されてもよい。ここで言う真空成膜法とは、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング、気相成長、ガスソースＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）を総称するものとしている。
【００１５】尚、前記ノズルプレートは、樹脂材料を用いて、プラズマ重合法により前記アクチュエーター部材上に形成されてもよい。
【００１６】
【作用】上記の構成を有する本発明の請求項１に係るインクジェットヘッドの製造方法においては、先ず、インク室のために溝部が形成されたアクチュエーター部材に、犠牲層を設けてインク室を埋める。すると、前記アクチュエーター部材の前記溝部を含めた端面を覆う膜を形成可能になる。インク室を埋めた後は、ノズルプレートを堆積法にて前記アクチュエーター部材上に形成する。この手法を取ることにより、アクチュエーター部材とノズルプレートとを接着させる接着剤や接着工程を必要としないので、ノズルの目詰まり等の不具合が生じないと共に製造工程が簡単になり、コストを低減することが出来る。又、直接ノズルプレートを形成することで、ノズルプレートの位置精度が良いインクジェットヘッドを製造する。
【００１７】請求項２に係るインクジェットヘッドの製造方法においては、ノズルプレートはメッキ法により前記アクチュエーター部材上に形成される。よって、金属系材料等を用いて、容易にノズルプレートが形成される。
【００１８】請求項３に係るインクジェットヘッドの製造方法においては、ノズルプレートは、アクチュエーター部材の端部に導電性膜を形成する工程と、前記アクチュエーター部材のインク室に導電性の充填物質を充填する工程と、前記アクチュエーター部材の端面に非導電性の感光性樹脂による膜を形成する工程と、所定のパターンが設けられたマスクを前記感光性樹脂膜上にかぶせて露光を行い、ついで現像処理を施し、ノズル位置に対応した樹脂部分のみからなる凸型を形成する工程と、電解メッキ法にて、前記凸型が形成されたアクチュエーター部材の端面にメッキ膜を形成する工程と、前記感光性樹脂及び充填物質を除去する工程とから形成される。この手法に従えば、ノズルプレートのメッキ膜を形成すると同時にノズルも形成されるため、製造工程が更に簡単にできると共に、ノズルの位置精度を高くできる。
【００１９】請求項４に係るインクジェットヘッドの製造方法においては、ノズルプレートは、前記アクチュエーター部材のインク室に充填物質を充填する工程と、無電解メッキ法にて、前記アクチュエーター部材の端面にメッキ膜を形成する工程と、前記メッキ膜上に感光性樹脂による膜を形成する工程と、所定のパターンが設けられたマスクを前記感光性樹脂膜上にかぶせて露光を行い、ついで現像処理を施し、ノズル位置に対応する樹脂部分を除去してノズルパターンを形成する工程と、エッチングにより、前記ノズルパターンを通してメッキ膜にノズル孔を空ける工程と、前記感光性樹脂及び充填物質を除去する工程とから形成される。この手法に従えば、各工程に用いられるメッキ材料や充填物質、感光性樹脂として使用される素材の自由度が高いため、製造における制御管理が容易であると共に、コストを更に低減することが出来る。
【００２０】請求項５に係るインクジェットヘッドの製造方法においては、ノズルプレートは真空成膜法により前記アクチュエーター部材上に形成される。よって、金属系材料等を用いて、容易にノズルプレートが形成される。
【００２１】請求項６に係るインクジェットヘッドの製造方法においては、ノズルプレートは、樹脂材料を用いて、プラズマ重合法により前記アクチュエーター部材上に形成される。
【００２２】
【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して詳細に説明する。図１はアクチュエータープレート１の斜視図である。
【００２３】本発明のアクチュエーター部材に相当するアクチュエータープレート１には、溝加工により複数のインク室１２が形成されており、インク室１２は幅約８５μｍ、深さ４８５μｍで、インク室１２を形成する隔壁１８は幅約８５μｍである。溝はあるところから端面６０に向かってなだらかに浅くなり、浅溝部を持つ。隔壁１８を利用した斜め蒸着及びリフトオフにより、電極１３を隔壁１８の一部に形成する。この方法は従来の手法と同じであるが、本発明においては、蒸着の際、端面６２からわずかに離れて電極１３が形成されるように、端面６２側の隔壁１８の一部を高くしておく。これは、形成されるノズルプレート３により電極どうしが短絡するのを防ぐためである。つぎに、カバープレート２を前記アクチュエータープレート１に接着剤により接合する。
【００２４】その後、カバープレート２も含めた端面６２の面のみに、０．２μｍほどのニッケル膜を周知の技術の蒸着法を用いて堆積させる。尚、このニッケル膜が本発明の導電性膜に相当する。
【００２５】そして、図２に示すように、前記インク室１２に、感光性がポジ型で、しかも導電性を持つ、粘度が３０ｃｐｓ位の感光レジスト４０を、毛細管現象を利用して端面６０から充填し、ノズル面となる端面６２に一次的に蓋５０を押しつけて密閉し、１２０℃、３０分加熱して反応硬化させる（図３ａ）。このレジスト４０は１００℃以上に加熱すると固化するとともに、全部感光したものと同じ反応が起こり、これ以降は光が照射されても現像溶解しない。尚、前記レジスト４０が本発明の充填物質に相当し、上記工程において、前記レジスト４０によりインク室に形成される層４０ａが本発明の犠牲層に相当する。
【００２６】次に、インク室１２に形成された層４０ａにより平らな面となった基本素子ヘッドの端面６２に、通常の非導電性のポジ型感光レジスト４２をスプレー塗布により、数十μｍ程形成する（図３ｂ）。レジスト４２は、厚膜化するために粘度の高いものを用いるとよい。尚、レジスト４２が本発明の感光性樹脂に相当する。
【００２７】続いて、レジスト４２付き素子をノズル３２位置に対応するように遮蔽部パターン７２を形成した硝子マスク７０を介して波長４００ｎｍ近辺の光８０を照射し（図３ｃ）、専用の現像液により現像する。すると、光８０が照射された所は現像液に溶解し除去され、ノズル３２となる部分のレジストパターン４２ａが残る（図３ｄ）。このとき光軸の調整等によって、各レジストパターン４２ａの断面をインク室１２に向かって広がる台形にするとよい。尚、前記レジストパターン４２が本発明の凸型に相当する。
【００２８】続いて、電解メッキを行う。周知の技術であるため詳細な説明は省くが、メッキ浴にスルファミン酸ニッケルを用い、添加剤として界面活性剤を微量用い、ｐＨを４に調整し、温度を５０℃に保つ。前記レジストパターン４２ａ付き素子の端面６２をカソードに接続し、それより数ｃｍ離してアノードとして純Ｎｉをセットし、前記浴中で両電極間に電流密度が数アンペア（Ａ／Ｄｍ2）の電流を流して、前記素子にＮｉ膜９０を析出させる。すると、素子表面の非導電性のレジストパターン４２ａ上にはＮｉ膜が析出しないが、下地の導電レジスト４０上およびアクチュエータープレート１上にはＮｉ膜９０が密着良く析出する。そして、レジストパターン４２ａの膜厚よりも薄い膜厚が形成されたところで析出を終了させる（図３ｅ）。例えば、レジスト膜厚が３０μｍでＮｉ膜厚を２５μｍ位でよい。最後に、レジストパターン４２ａ及び層４０ａのレジスト４２，４０を専用の除去剤で取り除き、ノズル３２と共にノズルプレート３が形成される（図３ｆ）。
【００２９】以上のように、ノズル３２と共にノズルプレート３を接着剤を用いることなくアクチュエータープレート１上に形成できるので、従来例のように余剰接着剤がノズル３２の径や形状を変えることはない。従って、液滴の噴射方向や液滴量を安定させることができる。また、本発明におけるレジスト４２のパターニングは、５０μｍレベルであり、マスク７０からのレジスト転写精度は±２％以内と精度は良好であった。また、最終的に形成される電解メッキによるノズル径のばらつきは±３％以内で、歩留まりはほぼ１００％であった。そして、これらの一連のパターニング装置、メッキ装置のコストはエキシマレーザーに比べると安価である。
【００３０】以上の工程により作製したインクジェットヘッドの端面６０に図示しないマニホールド部材を取り付けてインク供給源（図示せず）に連結する。これにより、前記インク供給源から前記マニホールドを介してインク室１２にインクが供給される。また、インクジェットヘッドの電極１３を図示しない駆動回路に接続し、前記駆動回路により電極１３に電圧を印加することによって、隔壁１８が変形してインク室１２内のインクに圧力波が発生してインクがノズル３２から噴射される。
【００３１】そして、このインクジェットヘッドを用いて、印字を行ったところ、噴射液滴方向や液滴量が安定しており、印字品質が良好であった。即ち、優れたヘッドを歩留まりよく低コストで作製することができた。
【００３２】本発明を具体化した第二の実施例について図面を参照して詳細に説明する。
【００３３】上記第一の実施例と同様に、本実施例に使用されるアクチュエータープレート１には、図１に示すように、溝加工により複数のインク室１２が形成されており、インク室１２は幅約８５μｍ、深さ４８５μｍで、インク室１２を形成する隔壁１８は幅約８５μｍである。まず、図２に示すように、前記インク室１２に、粘度３０ｃｐｓ位のポジ型感光レジスト４４を、毛細管現象を利用して端面６０から充填し、ノズル面となる端面６２に一次的に蓋５０を押しつけて密閉し、１２０℃、３０分加熱して反応硬化させる。このレジストは１００℃以上に加熱すると固化するとともに全部感光したものと同じ反応が起こり、これ以降は光が照射されても現像溶解しない。尚、前記レジスト４４が本発明の充填物質に相当し、上記工程において、前記レジスト４４によりインク室に形成される層４４ａが本発明の犠牲層に相当する。
【００３４】次に、インク室１２に形成された層４４ａにより平らな面となった基本素子ヘッドの端面６２に無電解メッキによりＮｉ膜を３０μｍほど析出させる（図４ａ）。周知の技術であるため詳細な説明は省くが、前処理として、前記基本素子をセンシタイザー、アクチベイターの順に浸す。その後、硫酸ニッケルのメッキ浴に浸すと、Ｎｉ膜９２が全面に密着良く析出してくる。
【００３５】次に、前記Ｎｉ膜９２上に、ポジ型感光レジスト４６をスプレー塗布により、１μｍ程形成する（図４ｂ）。尚、レジスト４６が本発明の感光性樹脂に相当する。
【００３６】続いて、前記レジスト４６付き素子をノズル３２に対応するように開口部パターン７６を形成した硝子マスク７４を介して波長４００ｎｍ近辺の光８０を照射し（図４ｃ）、専用の現像液により現像する。すると、光８０が照射された所は現像液に溶解し除去されて、ノズル３２以外の部分のレジスト４６が残り、ノズルパターン４６ａが形成される（図４ｄ）。
【００３７】前記ノズルパターン４６ａ付き素子を塩化第二鉄溶液に浸しウェットエッチングを行う。すると、溶液が前記ノズルパターン４６ａを通してＮｉ膜に浸食し、レジスト被覆部を残してＮｉ膜９０がエッチング除去される（図４ｅ）。
【００３８】最後に、層４１ａのレジスト４０及びレジスト４６を除去することでノズル３２とノズルプレート３が形成される（図４ｆ）。
【００３９】以上説明したように、第二の実施例においても、ノズル３２と共にノズルプレート３を接着剤を用いることなくアクチュエータープレート１上に作製できるので、余剰接着剤がノズル３２の径や形状を変えることはない。従って、液滴の噴射方向や液滴量を安定させることができる。また、レジスト４６のパターニングおよび、エッチング精度も良好で最終的に形成されるノズル径のばらつきは±２％で歩留まりはほぼ１００％であった。そして、これらの一連のパターニング装置、メッキ装置のコストはエキシマレーザーに比べると安価である。また、第一の実施例と同様に、前記ヘッドにインクを供給し印字を行ったところ、噴射液滴方向や液滴量が安定しており、印字品質が良好であった。即ち、優れたヘッドを歩留まり良く低コストで作製することができた。
【００４０】尚、上記実施例のノズルプレート３の材質としてＮｉ膜を用いたが、その他の金属、チタン（Ｔｉ）、ステンレスでもよく、また、堆積方法としてはイオンプレーティング，スパッタリング，真空蒸着，気相成長，ガスソースＭＢＥ，プラズマＣＶＤ等の真空製膜法でもよい。さらに、ノズルプレート３の材質はテフロン等の樹脂でもよく、堆積方法としてプラズマ重合等を用いてもよい。
【００４１】尚、ノズルプレート３の下地としてレジストを用いたが、その他に紫外線硬化樹脂など、硬化，除去が簡単な液体であれば何でもよい。レジストもネガ型でもよい。
【００４２】また、上記実施例では、せん断モード型のインクジェットヘッドにノズルプレート３形成を行っていたが、特公昭５３ー１２１３８号公報に開示されているカイザー型や、特公昭６１ー５９９１４号公報に開示されているサーマルジェット型のインクジェットヘッドに、上記実施例と同様な手法を用いてノズルプレートの形成を行ったところ、歩留まりの良い製造が行われ、また、印字を行った結果も、噴射液滴方向や液滴量が安定し、同様の効果が得られた。
【００４３】また、上記実施例では、アクチュエータープレート１上に直接ノズルプレート３を形成していたが、まず、ノズル３２より大きな穴のあいた部材をアクチュエータープレート１上に接着し、その後に、ノズルプレート３をその部材上に各種堆積方法を用いて形成してもよい。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本発明のノズルプレートの製造方法によれば、ノズルとともにノズルプレートがアクチュエーター部材に直接形成される。即ち接着剤を用いることなくノズルプレートが作製できるので、余剰接着剤がノズルの径や形状を変えることはない。このようにして形成したインクジェットヘッドは液滴の噴射方向や液滴量が安定し、印字品質が良好である。
【００４５】さらに、本発明のノズル及びノズルプレート形成の工程は、高価なエキシマレーザーを用いず、また歩留まりの悪い、接着剤による貼合わせ工程もなく、安価で、歩留まりの良い、パターニング装置及びメッキ装置による工程となるため、低コストでヘッドを製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アクチュエータープレートの構造を示す斜視図である。
【図２】インク室にレジストを充填する工程を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施例に係る各工程を示すインクジェットヘッドの断面図である。
【図４】本発明の第二の実施例に係る各工程を示すインクジェットヘッドの断面図である。
【図５】従来のインクジェットヘッドの組立の様子を示す断面図である。
【符号の説明】
１ アクチュエータープレート
３ ノズルプレート
１２ インク室
３２ ノズル
４０ａ，４４ａ 層
４２，４６ レジスト
４２ａ レジストパターン
４６ａ ノズルパターン
６２ 端面
７０，７４ 硝子マスク
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、インク室が形成されたアクチュエーター部材と、前記インク室に連通し、インクが噴射されるノズルが形成されたノズルプレートとを有するインクジェットヘッドを製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、インクジェットプリンタ等に利用されるオンデマンド方式の印字ヘッドとして電気−熱変換素子である発熱素子を利用した、いわゆるバブルジェット方式印字ヘッドや、電気−機械変換素子である圧電素子を利用したピエゾ方式印字ヘッドが実用化されている。基本素子１０の概略構成は図５に示すように、圧電セラミックスのアクチュエータープレート１とカバープレート２とノズルプレート３とから構成されている。
【０００３】圧電セラミックスのアクチュエータープレート１は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料によって形成されている。そして、そのアクチュエータープレート１は矢印５の方向に分極処理されており、さらに、ダイヤモンドカッターブレードの回転によって溝８が切削加工されている。そして、溝の一部には蒸着等により電極１３が形成されている。
【０００４】次に、カバープレート２は、セラミックス材料または樹脂材料等から形成されている。そして、カバープレート２と、アクチュエータープレート１の溝８加工側の面がエポキシ等の接着剤によって接着される。さらに、アクチュエータープレート１及びカバープレート２が接着された後の端面に、各インク室１２の位置に対応した位置にノズル３２が設けられたノズルプレート３が接着されている。このノズルプレート３は、ポリアルキレン（例えばエチレン）、テレフタレート、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネイト、酢酸セルロース等のプラスチックによって形成されている。
【０００５】前記ノズルプレート３のノズル３２は、接着前にエキシマレーザにより形成される。発振器より発振されたレーザ光を所望の形に照射するためのマスクを通過させて、前記ノズルプレートに結像させ、ノズルプレート材を除去して形成される。そして、ノズル３２が形成されたノズルプレート３の片面に撥水処理を、もう一方の面に親水化処理を各々行い、前述したように接着剤を用いて、ノズル３２がインク室１２の中央にくるように位置合わせを行い貼り合わせていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ノズルプレートをアクチュエーター側に接着する際には、一般的には、接着剤をアクチュエーター側あるいはノズルプレート側に適当量形成し、均一に圧力をかけて保持しベークにより硬化させる。しかしながら、現実には、余剰接着剤がノズルに進出してノズルの径が狭くなったり、ノズルの境界に付着してノズルの形が変形したりする。これにより、噴射液滴の方向が曲がったり、液適量が安定しなかったり、最悪噴射しない等と言った問題が発生していた。
【０００７】また、接着の工程では、ノズルプレートとアクチュエーターとの位置合わせや、プレートへの加圧が必要である。しかし、硬化する前の接着剤は柔らかく且つ不安定な状態であることや、硬化する際に接着剤の体積の経時変化に起因して、位置精度が出なかったり、接着強度がバラついたりする等、制御が困難で歩留まりが悪かった。
【０００８】さらにエキシマレーザーによるノズルの形成は、エキシマレーザー装置が非常に高価であり、また、その装置の不安定さから熟練者による定期的な微調整も必要となるため、製造コストが高くついてしまい生産性が悪かった。
【０００９】本発明は上述したような問題を解決するためになされたものであり、全チャンネルの液滴方向，液滴量にばらつきがなく、良好にインク噴射を行うことができ、かつ低コストで製造可能なインクジェットヘッドの製造方法を提示することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するために本発明のインクジェットの製造方法は、インク室が形成されたアクチュエーター部材に対して、前記インク室内のインクを噴射させるノズルを備えたノズルプレートを形成する手法であり、更に、前記アクチュエーター部材に犠牲層を設けてインク室を埋めた後に、前記ノズルプレートを堆積法にて前記アクチュエーター部材上に形成する。
【００１１】尚、前記堆積法は、メッキ法であってもよい。
【００１２】尚、前記ノズルプレートは、前記アクチュエーター部材の端部に導電性膜を形成する工程と、前記アクチュエーター部材のインク室に導電性の充填物質を充填する工程と、前記アクチュエーター部材の端面に非導電性の感光性樹脂による膜を形成する工程と、所定のパターンが設けられたマスクを前記感光性樹脂膜上にかぶせて露光を行い、ついで現像処理を施し、ノズル位置に対応した樹脂部分のみからなる凸型を形成する工程と、電解メッキ法にて、前記凸型が形成されたアクチュエーター部材の端面にメッキ膜を形成する工程と、前記感光性樹脂及び充填物質を除去する工程とから形成されてもよい。
【００１３】また、前記ノズルプレートは、前記アクチュエーター部材のインク室に充填物質を充填する工程と、無電解メッキ法にて、前記アクチュエーター部材の端面にメッキ膜を形成する工程と、前記メッキ膜上に感光性樹脂による膜を形成する工程と、所定のパターンが設けられたマスクを前記感光性樹脂膜上にかぶせて露光を行い、ついで現像処理を施し、ノズル位置に対応する樹脂部分を除去してノズルパターンを形成する工程と、エッチングにより、前記ノズルパターンを通してメッキ膜にノズル孔を空ける工程と、前記感光性樹脂及び充填物質を除去する工程とから形成されてもよい。
【００１４】尚、前記ノズルプレートは、真空成膜法により前記アクチュエーター部材上に形成されてもよい。ここで言う真空成膜法とは、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング、気相成長、ガスソースＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）を総称するものとしている。
【００１５】尚、前記ノズルプレートは、樹脂材料を用いて、プラズマ重合法により前記アクチュエーター部材上に形成されてもよい。
【００１６】
【作用】上記の構成を有する本発明の請求項１に係るインクジェットヘッドの製造方法においては、先ず、インク室のために溝部が形成されたアクチュエーター部材に、犠牲層を設けてインク室を埋める。すると、前記アクチュエーター部材の前記溝部を含めた端面を覆う膜を形成可能になる。インク室を埋めた後は、ノズルプレートを堆積法にて前記アクチュエーター部材上に形成する。この手法を取ることにより、アクチュエーター部材とノズルプレートとを接着させる接着剤や接着工程を必要としないので、ノズルの目詰まり等の不具合が生じないと共に製造工程が簡単になり、コストを低減することが出来る。又、直接ノズルプレートを形成することで、ノズルプレートの位置精度が良いインクジェットヘッドを製造する。
【００１７】請求項２に係るインクジェットヘッドの製造方法においては、ノズルプレートはメッキ法により前記アクチュエーター部材上に形成される。よって、金属系材料等を用いて、容易にノズルプレートが形成される。
【００１８】請求項３に係るインクジェットヘッドの製造方法においては、ノズルプレートは、アクチュエーター部材の端部に導電性膜を形成する工程と、前記アクチュエーター部材のインク室に導電性の充填物質を充填する工程と、前記アクチュエーター部材の端面に非導電性の感光性樹脂による膜を形成する工程と、所定のパターンが設けられたマスクを前記感光性樹脂膜上にかぶせて露光を行い、ついで現像処理を施し、ノズル位置に対応した樹脂部分のみからなる凸型を形成する工程と、電解メッキ法にて、前記凸型が形成されたアクチュエーター部材の端面にメッキ膜を形成する工程と、前記感光性樹脂及び充填物質を除去する工程とから形成される。この手法に従えば、ノズルプレートのメッキ膜を形成すると同時にノズルも形成されるため、製造工程が更に簡単にできると共に、ノズルの位置精度を高くできる。
【００１９】請求項４に係るインクジェットヘッドの製造方法においては、ノズルプレートは、前記アクチュエーター部材のインク室に充填物質を充填する工程と、無電解メッキ法にて、前記アクチュエーター部材の端面にメッキ膜を形成する工程と、前記メッキ膜上に感光性樹脂による膜を形成する工程と、所定のパターンが設けられたマスクを前記感光性樹脂膜上にかぶせて露光を行い、ついで現像処理を施し、ノズル位置に対応する樹脂部分を除去してノズルパターンを形成する工程と、エッチングにより、前記ノズルパターンを通してメッキ膜にノズル孔を空ける工程と、前記感光性樹脂及び充填物質を除去する工程とから形成される。この手法に従えば、各工程に用いられるメッキ材料や充填物質、感光性樹脂として使用される素材の自由度が高いため、製造における制御管理が容易であると共に、コストを更に低減することが出来る。
【００２０】請求項５に係るインクジェットヘッドの製造方法においては、ノズルプレートは真空成膜法により前記アクチュエーター部材上に形成される。よって、金属系材料等を用いて、容易にノズルプレートが形成される。
【００２１】請求項６に係るインクジェットヘッドの製造方法においては、ノズルプレートは、樹脂材料を用いて、プラズマ重合法により前記アクチュエーター部材上に形成される。
【００２２】
【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して詳細に説明する。図１はアクチュエータープレート１の斜視図である。
【００２３】本発明のアクチュエーター部材に相当するアクチュエータープレート１には、溝加工により複数のインク室１２が形成されており、インク室１２は幅約８５μｍ、深さ４８５μｍで、インク室１２を形成する隔壁１８は幅約８５μｍである。溝はあるところから端面６０に向かってなだらかに浅くなり、浅溝部を持つ。隔壁１８を利用した斜め蒸着及びリフトオフにより、電極１３を隔壁１８の一部に形成する。この方法は従来の手法と同じであるが、本発明においては、蒸着の際、端面６２からわずかに離れて電極１３が形成されるように、端面６２側の隔壁１８の一部を高くしておく。これは、形成されるノズルプレート３により電極どうしが短絡するのを防ぐためである。つぎに、カバープレート２を前記アクチュエータープレート１に接着剤により接合する。
【００２４】その後、カバープレート２も含めた端面６２の面のみに、０．２μｍほどのニッケル膜を周知の技術の蒸着法を用いて堆積させる。尚、このニッケル膜が本発明の導電性膜に相当する。
【００２５】そして、図２に示すように、前記インク室１２に、感光性がポジ型で、しかも導電性を持つ、粘度が３０ｃｐｓ位の感光レジスト４０を、毛細管現象を利用して端面６０から充填し、ノズル面となる端面６２に一次的に蓋５０を押しつけて密閉し、１２０℃、３０分加熱して反応硬化させる（図３ａ）。このレジスト４０は１００℃以上に加熱すると固化するとともに、全部感光したものと同じ反応が起こり、これ以降は光が照射されても現像溶解しない。尚、前記レジスト４０が本発明の充填物質に相当し、上記工程において、前記レジスト４０によりインク室に形成される層４０ａが本発明の犠牲層に相当する。
【００２６】次に、インク室１２に形成された層４０ａにより平らな面となった基本素子ヘッドの端面６２に、通常の非導電性のポジ型感光レジスト４２をスプレー塗布により、数十μｍ程形成する（図３ｂ）。レジスト４２は、厚膜化するために粘度の高いものを用いるとよい。尚、レジスト４２が本発明の感光性樹脂に相当する。
【００２７】続いて、レジスト４２付き素子をノズル３２位置に対応するように遮蔽部パターン７２を形成した硝子マスク７０を介して波長４００ｎｍ近辺の光８０を照射し（図３ｃ）、専用の現像液により現像する。すると、光８０が照射された所は現像液に溶解し除去され、ノズル３２となる部分のレジストパターン４２ａが残る（図３ｄ）。このとき光軸の調整等によって、各レジストパターン４２ａの断面をインク室１２に向かって広がる台形にするとよい。尚、前記レジストパターン４２が本発明の凸型に相当する。
【００２８】続いて、電解メッキを行う。周知の技術であるため詳細な説明は省くが、メッキ浴にスルファミン酸ニッケルを用い、添加剤として界面活性剤を微量用い、ｐＨを４に調整し、温度を５０℃に保つ。前記レジストパターン４２ａ付き素子の端面６２をカソードに接続し、それより数ｃｍ離してアノードとして純Ｎｉをセットし、前記浴中で両電極間に電流密度が数アンペア（Ａ／Ｄｍ2）の電流を流して、前記素子にＮｉ膜９０を析出させる。すると、素子表面の非導電性のレジストパターン４２ａ上にはＮｉ膜が析出しないが、下地の導電レジスト４０上およびアクチュエータープレート１上にはＮｉ膜９０が密着良く析出する。そして、レジストパターン４２ａの膜厚よりも薄い膜厚が形成されたところで析出を終了させる（図３ｅ）。例えば、レジスト膜厚が３０μｍでＮｉ膜厚を２５μｍ位でよい。最後に、レジストパターン４２ａ及び層４０ａのレジスト４２，４０を専用の除去剤で取り除き、ノズル３２と共にノズルプレート３が形成される（図３ｆ）。
【００２９】以上のように、ノズル３２と共にノズルプレート３を接着剤を用いることなくアクチュエータープレート１上に形成できるので、従来例のように余剰接着剤がノズル３２の径や形状を変えることはない。従って、液滴の噴射方向や液滴量を安定させることができる。また、本発明におけるレジスト４２のパターニングは、５０μｍレベルであり、マスク７０からのレジスト転写精度は±２％以内と精度は良好であった。また、最終的に形成される電解メッキによるノズル径のばらつきは±３％以内で、歩留まりはほぼ１００％であった。そして、これらの一連のパターニング装置、メッキ装置のコストはエキシマレーザーに比べると安価である。
【００３０】以上の工程により作製したインクジェットヘッドの端面６０に図示しないマニホールド部材を取り付けてインク供給源（図示せず）に連結する。これにより、前記インク供給源から前記マニホールドを介してインク室１２にインクが供給される。また、インクジェットヘッドの電極１３を図示しない駆動回路に接続し、前記駆動回路により電極１３に電圧を印加することによって、隔壁１８が変形してインク室１２内のインクに圧力波が発生してインクがノズル３２から噴射される。
【００３１】そして、このインクジェットヘッドを用いて、印字を行ったところ、噴射液滴方向や液滴量が安定しており、印字品質が良好であった。即ち、優れたヘッドを歩留まりよく低コストで作製することができた。
【００３２】本発明を具体化した第二の実施例について図面を参照して詳細に説明する。
【００３３】上記第一の実施例と同様に、本実施例に使用されるアクチュエータープレート１には、図１に示すように、溝加工により複数のインク室１２が形成されており、インク室１２は幅約８５μｍ、深さ４８５μｍで、インク室１２を形成する隔壁１８は幅約８５μｍである。まず、図２に示すように、前記インク室１２に、粘度３０ｃｐｓ位のポジ型感光レジスト４４を、毛細管現象を利用して端面６０から充填し、ノズル面となる端面６２に一次的に蓋５０を押しつけて密閉し、１２０℃、３０分加熱して反応硬化させる。このレジストは１００℃以上に加熱すると固化するとともに全部感光したものと同じ反応が起こり、これ以降は光が照射されても現像溶解しない。尚、前記レジスト４４が本発明の充填物質に相当し、上記工程において、前記レジスト４４によりインク室に形成される層４４ａが本発明の犠牲層に相当する。
【００３４】次に、インク室１２に形成された層４４ａにより平らな面となった基本素子ヘッドの端面６２に無電解メッキによりＮｉ膜を３０μｍほど析出させる（図４ａ）。周知の技術であるため詳細な説明は省くが、前処理として、前記基本素子をセンシタイザー、アクチベイターの順に浸す。その後、硫酸ニッケルのメッキ浴に浸すと、Ｎｉ膜９２が全面に密着良く析出してくる。
【００３５】次に、前記Ｎｉ膜９２上に、ポジ型感光レジスト４６をスプレー塗布により、１μｍ程形成する（図４ｂ）。尚、レジスト４６が本発明の感光性樹脂に相当する。
【００３６】続いて、前記レジスト４６付き素子をノズル３２に対応するように開口部パターン７６を形成した硝子マスク７４を介して波長４００ｎｍ近辺の光８０を照射し（図４ｃ）、専用の現像液により現像する。すると、光８０が照射された所は現像液に溶解し除去されて、ノズル３２以外の部分のレジスト４６が残り、ノズルパターン４６ａが形成される（図４ｄ）。
【００３７】前記ノズルパターン４６ａ付き素子を塩化第二鉄溶液に浸しウェットエッチングを行う。すると、溶液が前記ノズルパターン４６ａを通してＮｉ膜に浸食し、レジスト被覆部を残してＮｉ膜９０がエッチング除去される（図４ｅ）。
【００３８】最後に、層４１ａのレジスト４０及びレジスト４６を除去することでノズル３２とノズルプレート３が形成される（図４ｆ）。
【００３９】以上説明したように、第二の実施例においても、ノズル３２と共にノズルプレート３を接着剤を用いることなくアクチュエータープレート１上に作製できるので、余剰接着剤がノズル３２の径や形状を変えることはない。従って、液滴の噴射方向や液滴量を安定させることができる。また、レジスト４６のパターニングおよび、エッチング精度も良好で最終的に形成されるノズル径のばらつきは±２％で歩留まりはほぼ１００％であった。そして、これらの一連のパターニング装置、メッキ装置のコストはエキシマレーザーに比べると安価である。また、第一の実施例と同様に、前記ヘッドにインクを供給し印字を行ったところ、噴射液滴方向や液滴量が安定しており、印字品質が良好であった。即ち、優れたヘッドを歩留まり良く低コストで作製することができた。
【００４０】尚、上記実施例のノズルプレート３の材質としてＮｉ膜を用いたが、その他の金属、チタン（Ｔｉ）、ステンレスでもよく、また、堆積方法としてはイオンプレーティング，スパッタリング，真空蒸着，気相成長，ガスソースＭＢＥ，プラズマＣＶＤ等の真空製膜法でもよい。さらに、ノズルプレート３の材質はテフロン等の樹脂でもよく、堆積方法としてプラズマ重合等を用いてもよい。
【００４１】尚、ノズルプレート３の下地としてレジストを用いたが、その他に紫外線硬化樹脂など、硬化，除去が簡単な液体であれば何でもよい。レジストもネガ型でもよい。
【００４２】また、上記実施例では、せん断モード型のインクジェットヘッドにノズルプレート３形成を行っていたが、特公昭５３ー１２１３８号公報に開示されているカイザー型や、特公昭６１ー５９９１４号公報に開示されているサーマルジェット型のインクジェットヘッドに、上記実施例と同様な手法を用いてノズルプレートの形成を行ったところ、歩留まりの良い製造が行われ、また、印字を行った結果も、噴射液滴方向や液滴量が安定し、同様の効果が得られた。
【００４３】また、上記実施例では、アクチュエータープレート１上に直接ノズルプレート３を形成していたが、まず、ノズル３２より大きな穴のあいた部材をアクチュエータープレート１上に接着し、その後に、ノズルプレート３をその部材上に各種堆積方法を用いて形成してもよい。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本発明のノズルプレートの製造方法によれば、ノズルとともにノズルプレートがアクチュエーター部材に直接形成される。即ち接着剤を用いることなくノズルプレートが作製できるので、余剰接着剤がノズルの径や形状を変えることはない。このようにして形成したインクジェットヘッドは液滴の噴射方向や液滴量が安定し、印字品質が良好である。
【００４５】さらに、本発明のノズル及びノズルプレート形成の工程は、高価なエキシマレーザーを用いず、また歩留まりの悪い、接着剤による貼合わせ工程もなく、安価で、歩留まりの良い、パターニング装置及びメッキ装置による工程となるため、低コストでヘッドを製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アクチュエータープレートの構造を示す斜視図である。
【図２】インク室にレジストを充填する工程を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施例に係る各工程を示すインクジェットヘッドの断面図である。
【図４】本発明の第二の実施例に係る各工程を示すインクジェットヘッドの断面図である。
【図５】従来のインクジェットヘッドの組立の様子を示す断面図である。
【符号の説明】
１ アクチュエータープレート
３ ノズルプレート
１２ インク室
３２ ノズル
４０ａ，４４ａ 層
４２，４６ レジスト
４２ａ レジストパターン
４６ａ ノズルパターン
６２ 端面
７０，７４ 硝子マスク
【特許請求の範囲】
【請求項１】 インク室が形成されたアクチュエーター部材に対して、前記インク室内のインクを噴射させるノズルを備えたノズルプレートを形成するインクジェットヘッドの製造方法において、前記アクチュエーター部材に犠牲層を設けてインク室を埋めた後に、前記ノズルプレートを堆積法にて前記アクチュエーター部材上に形成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。
【請求項２】 前記堆積法は、メッキ法であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項３】 前記ノズルプレートは、前記アクチュエーター部材の端部に導電性膜を形成する工程と、前記アクチュエーター部材のインク室に導電性の充填物質を充填する工程と、前記アクチュエーター部材の端面に非導電性の感光性樹脂による膜を形成する工程と、所定のパターンが設けられたマスクを前記感光性樹脂膜上にかぶせて露光を行い、ついで現像処理を施し、ノズル位置に対応した樹脂部分のみからなる凸型を形成する工程と、電解メッキ法にて、前記凸型が形成されたアクチュエーター部材の端面にメッキ膜を形成する工程と、前記感光性樹脂及び充填物質を除去する工程とから形成されることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項４】 前記ノズルプレートは、前記アクチュエーター部材のインク室に充填物質を充填する工程と、無電解メッキ法にて、前記アクチュエーター部材の端面にメッキ膜を形成する工程と、前記メッキ膜上に感光性樹脂による膜を形成する工程と、所定のパターンが設けられたマスクを前記感光性樹脂膜上にかぶせて露光を行い、ついで現像処理を施し、ノズル位置に対応する樹脂部分を除去してノズルパターンを形成する工程と、エッチングにより、前記ノズルパターンを通してメッキ膜にノズル孔を空ける工程と、前記感光性樹脂及び充填物質を除去する工程とから形成されることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項５】 前記ノズルプレートは、真空成膜法により前記アクチュエーター部材上に形成されることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項６】 前記ノズルプレートは、樹脂材料を用いて、プラズマ重合法により前記アクチュエーター部材上に形成されることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１】 インク室が形成されたアクチュエーター部材に対して、前記インク室内のインクを噴射させるノズルを備えたノズルプレートを形成するインクジェットヘッドの製造方法において、前記アクチュエーター部材に犠牲層を設けてインク室を埋めた後に、前記ノズルプレートを堆積法にて前記アクチュエーター部材上に形成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。
【請求項２】 前記堆積法は、メッキ法であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項３】 前記ノズルプレートは、前記アクチュエーター部材の端部に導電性膜を形成する工程と、前記アクチュエーター部材のインク室に導電性の充填物質を充填する工程と、前記アクチュエーター部材の端面に非導電性の感光性樹脂による膜を形成する工程と、所定のパターンが設けられたマスクを前記感光性樹脂膜上にかぶせて露光を行い、ついで現像処理を施し、ノズル位置に対応した樹脂部分のみからなる凸型を形成する工程と、電解メッキ法にて、前記凸型が形成されたアクチュエーター部材の端面にメッキ膜を形成する工程と、前記感光性樹脂及び充填物質を除去する工程とから形成されることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項４】 前記ノズルプレートは、前記アクチュエーター部材のインク室に充填物質を充填する工程と、無電解メッキ法にて、前記アクチュエーター部材の端面にメッキ膜を形成する工程と、前記メッキ膜上に感光性樹脂による膜を形成する工程と、所定のパターンが設けられたマスクを前記感光性樹脂膜上にかぶせて露光を行い、ついで現像処理を施し、ノズル位置に対応する樹脂部分を除去してノズルパターンを形成する工程と、エッチングにより、前記ノズルパターンを通してメッキ膜にノズル孔を空ける工程と、前記感光性樹脂及び充填物質を除去する工程とから形成されることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項５】 前記ノズルプレートは、真空成膜法により前記アクチュエーター部材上に形成されることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項６】 前記ノズルプレートは、樹脂材料を用いて、プラズマ重合法により前記アクチュエーター部材上に形成されることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【図１】
【図２】
【図５】
【図３】
【図４】
【図２】
【図５】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開平８−１７４８４３
【公開日】平成８年（１９９６）７月９日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平６−３２２１１７
【出願日】平成６年（１９９４）１２月２６日
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【公開日】平成８年（１９９６）７月９日
【国際特許分類】
【出願日】平成６年（１９９４）１２月２６日
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
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