JPH08230195A - インクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 射出精度の高いインクジェットヘッドを安価
に製造する。 【構成】 流路基板３の板厚方向に複数のノズル孔６が
設けてある。流路基板は入り口側３１をメッキ不能なプ
ラスチック材とし、射出口側３２をメッキ可能なプラス
チック材とする２色成形によって成形する。流路基板３
を脱脂、エッチング、キャタライザー、アクセレーター
の順に処理してから無電解メッキ処理を施して射出口部
６ｂにのみメッキ層９を形成する。このとき、入り口部
６ａのノズル孔の内面は一連の処理によって活性化さ
れ、親水性が高くなっているため、インク滴射出の際の
インクの導入を促進する。メッキ処理終了後にこれを洗
浄し、フッ素系電着塗装によってメッキ層９の表面に撥
水性物質層１０を形成する。これにより、射出口側３２
のノズル孔は撥水性が高くなっているので、インク滴射
出の際のインクの分離が容易となるのでインク滴の直進
性を高くすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットヘッド
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェットヘッドには、オン・デマ
ンド型を初め各種のタイプのものがあるが、いずれも、
ノズルプレートまたは流路基板に設けられたノズル孔か
らインク滴を記録媒体に向けて射出するものである。

【０００３】ところで、印字品質を高くするためには、
ノズル孔から射出されるインク滴は大きさが等しく直進
性（トラジェクトリ）があり、かつインク滴の周囲に飛
散する小滴からなるいわゆるサテライトを伴うことが少
ないものが望まれる。このためには、第１にノズル孔の
形状や径を均一かつ高精度に形成してあること、第２に
インク滴がノズル孔内のインクからのスムーズな分離が
行われる条件としてノズル孔の内面の撥水性が高いもの
であることが要求される。

【０００４】インクジェットヘッドのノズル部の構成例
として、流路基板に設けられたインク流路の開口端側
に、その開口部と対向するようにノズルプレートにノズ
ル孔を設けるようにしたものがある（特開平４−３５８
８４１号公報）。

【０００５】そして、ノズル孔から射出されるインク滴
は、ノズル部への付着による直進性低下を伴うことが多
くあり、印字品質の低下の一因となることから、直進性
能向上を図るために、ノズル孔の内面を撥水性の高いも
のにすることが行われる。例えば、流路基板をプラスチ
ック成形品とし、ノズルプレートとしてノズル孔を設け
たステンレス鋼板を採用し、このノズル孔にはセラミッ
ク等の分散メッキを施して撥水性を向上させたものにし
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来のインク
ジェットヘッドにおいては、ノズルプレートとしてステ
ンレス鋼を用いているため、接合や加工が面倒なことか
らコストアップの原因となる問題がある。また、ノズル
孔内を撥水性を有するメッキ層を形成することにより、
サテライトの発生は防止可能である。しかしそうする
と、ノズル孔の径は数ミクロン程度の小ささであるため
に、インクがノズル入口側から内部へ入りにくくなり
（プライミング性の低下）、インク滴の射出の障害にな
る問題がある。特にインクカートリッジ交換時などに不
都合を生じる。

【０００７】またノズルプレートをステンレス製とする
場合には、ノズル孔の加工が面倒であるなど製造コスト
が高くなる問題もある。例えばレーザ加工等によってス
テンレス板などにノズル孔を設ける場合に、均一で正確
な穴あけ加工が困難であるために高い印字品質が得にく
い問題などが生じる。

【０００８】そこで本発明の目的は、インク滴の直進性
能低下を防止するとともに、プライミング性を向上させ
ることにより、印字品質の高い印字が可能なインクジェ
ットヘッドを低コストで製造可能にすることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、板厚方向に貫通する複数のノズル孔を
有する流路基板を二色成形によって成形してなるインク
ジェットヘッドの製造方法であり、二色成形は、ノズル
孔の射出口側をメッキ可能なプラスチック材とし、入り
口側をメッキ不能なプラスチック材とする組み合わせに
よって行われ、ノズル孔の内面に親水性付与処理を施し
た後に、射出口側のノズル孔の内面にのみ撥水性物質層
を形成する工程を含むようにしたところに特徴がある。

【００１０】好ましくは、撥水性物質層を形成するため
の前工程として、射出口側のノズル孔の内面にのみ無電
解メッキ処理を施してメッキ層を形成し、このメッキ層
上に撥水性物質層が形成される。

【００１１】さらに好ましくは、撥水性物質形成工程で
は電着塗装可能な物質中にフッ素樹脂を混入したものが
使用される。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。初めに本発明によって製造されるインク
ジェットヘッドの構成の概要について説明する。図２，
３に示すように、インクジェットヘッドの組立体は、イ
ンクプール基板１、中板２及び流路基板３からなるプラ
スチック成形品を積層して組み立てたものからなる。イ
ンクプール基板１は、円板の前面にインクプール用の凹
部１ａが形成してあり、背面中央部にはインク供給部１
ｂが突設してある。中板２は、インクプール基板１と同
一平面形状の円板からなり、インクプール基板の前面に
重ね合わせることにより、両者間にインクプール４を区
画形成している。中板２には、後述のインク流路の外端
部と対向する位置にインク供給用のリストリクション５
が穿設してある。流路基板３は、大円板状の入り口側３
１と小円板状の射出口側３２とを一体に成形したものか
らなる。射出口側３２の中央部には複数のノズル孔６の
射出口部６ｂ…が配設してある。流路基板３の素材は、
入り口側３１は、ＰＳＦ（ポリサルホン）材などメッキ
不能なプラスチック材であり、射出口側３２は、ＡＢＳ
（アクリロニトリルブタジエンスチレン）などのメッキ
可能なプラスチック材からなり、両者は二色成形によっ
て一体に成形してある。

【００１３】図４に示すように、流路基板３の背面に
は、所定数のインク流路溝３ａが放射状に刻設してあ
り、各インク流路溝の外端部寄りの位置には、それぞれ
加圧室部３ｂが形成してある。インク流路溝３ａの内端
部は中心部近傍にて行き止まりとなっており、これらの
行き止まり位置には、前方に向けて既述したノズル孔６
が設けてある。

【００１４】流路基板３の前面（図３上面）のインク流
路対向面にはそれぞれ振動板７及び圧電素子８が実装し
てある。圧電素子８は図示しない回路基板からの信号出
力の印加によって加圧室内のインクに振動エネルギーを
与えてインクをノズル孔６から射出可能である。実際に
はインク流路溝３ａと同数の振動板７及び圧電素子８が
設けられているが、図２，３では省略して示している。

【００１５】図１に示すように、各ノズル６は、入り口
側３１の部分に位置する入り口部６ａでは直管状で、射
出口側３２に位置する射出口部６ｂではテーパ孔になっ
ている。射出口部６ｂには、ニッケルなどの無電解メッ
キ処理によってメッキ層９を形成し、さらにその上に撥
水性物質層１０が形成してあり、入り口部６ａは、無電
解メッキ処理の前処理としてのエッチング処理によって
親水性が高くなっている。このため、インク流路３ｂ内
に送り出されたインクは、入り口部６ａで容易にノズル
孔６内に導入され、インク滴を射出する時には、射出口
部６ｂでノズル内のインクからインク滴が容易に分離す
るためインク付着による直進性能低下が防止され、印字
品質の高い印字を可能にしている。

【００１６】次に上記したインクジェットヘッドの製造
方法について説明する。本実施例では、インクプール基
板１及び中板２は、従来技術と同様にＰＳＦ樹脂等の射
出成形品を採用しているので、ここでは流路基板３の製
造方法について重点的に説明する。

【００１７】流路基板３は、既述したように、入り口側
３１をメッキ不能なプラスチック材であるＰＳＦ樹脂と
し、射出口側３２をメッキ可能なプラスチック材である
ＡＢＳ樹脂とする二色成形によって所定の形状に成形す
る。この成形の際にはノズル孔６は、入り口部６ａを直
管状に、そして射出口部６ｂをテーパ状に形成する。

【００１８】次に、電着塗装処理を行うための前処理を
行う。前処理の例として以下の処理が行われる。まず、
流路基板３を水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）に界面活性
剤を加えた水溶液に浸漬して脱脂を行う。次に、これを
硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）に無水クロム酸（ＣｒＯ₃）を加えた
水溶液に浸漬してエッチング処理を行う。このエッチン
グにより射出口側３２であるＡＢＳ中のブタジエン成分
が溶解して表面に凹痕ができる。次に錫（Ｓｎ），パラ
ジウム（Ｐｄ）の触媒付与（キャタライザー）処理を行
う。これによりＡＢＳ材の表面及び凹痕にＳｎやＰｄの
分子を付着させ、メッキされ易い状態を作る。続いて塩
酸（ＨＣｌ）または硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）によってアクセレ
ーター（活性化）処理を行う。最後に無電界メッキを行
い、ＡＢＳ材の表面にＮｉ−Ｐの合金メッキ層を形成さ
せる。

【００１９】以上説明したように、ＡＢＳ材とＰＳＦ材
で構成された流路基板３に対し、ＡＢＳ樹脂に対するメ
ッキ処理工程で処理すると、エッチング液であるクロム
酸−硫酸浴によって、入り口側３１を構成するＰＳＦ樹
脂の親水性が向上する。ただし、ＡＢＳのブタジエン成
分のように、特異的にエッチング作用が働くことはな
い。そして後に続くＳｎ−Ｐｄコロイドから成る触媒付
与（キャタライザー）や、その活性化処理のアクセレー
ター（例えば、希塩酸）処理を行っても、無電解メッキ
層がＰＳＦ材上に析出形成されることはない。このよう
にして、無電解メッキ層はＡＢＳ材からなる射出口側３
２にのみ選択的に析出し、メッキ層９が形成される。

【００２０】このメッキ層９は、無電解ニッケルでも無
電解銅メッキでもよく、必要に応じて同種もしくは異種
組成から成る複数のメッキ層で構成してもよい。因みに
無電解メッキにより３〜１０μｍ程度の厚さにメッキ層
を形成すると、析出被膜の厚さは、±１μｍ以内の高寸
法精度の被膜が形成される。

【００２１】さらに、メッキ処理後、充分な水洗を行っ
た後、濡れたままの状態で連続してアニオンタイプのフ
ッ素系樹脂の電着塗装処理を行う。これによって形成さ
れる被膜は、非導電性であるため、電圧をかけて処理し
ていくと、この被膜が形成されるに従って、電気抵抗が
高くなり、一定の処理時間後には、均一なフッ素被膜か
らなる撥水性物質層１０が形成される。膜厚としては、
約１０μｍ施すと±１μｍ以内の高精度の膜厚の被膜が
得られ、優れた撥水性が付与される。このようにして、
電着塗装では、電圧と処理時間との加減により正確な仕
上げ精度が得られるので、この撥水性物質層１０の厚さ
を調整することによって所望の寸法のノズル孔が得られ
る。

【００２２】従来技術では、電着塗装後に、プライミン
グ性向上のために親水性付与処理として、クロム酸−硫
酸や硫酸あるいは有機溶剤であるジメチルフォルムアミ
ド（ＤＭＦ）などにより処理することが一般的であっ
た。しかし、本実施例では既にＡＢＳ樹脂へのエッチン
グ処理の際に、同時にＰＳＦ樹脂に対しクロム酸−硫酸
処理がされており、充分に親水性が向上したものになっ
ているので、その処理工程を省くことが可能である。仮
に、これだけでは親水性が不充分な場合であるとして、
前記したような処理液で改めて処理する際にも、フッ素
樹脂被膜はこれらの処理液に十分な耐性があるので射出
口側３２には親水性を持たせず、ＰＳＦ材からなる入り
口部３１のみに対する親水性の付与が可能である。

【００２３】この後、この流路基板３を乾燥させ、これ
と中板２とをフィルム状接着剤（図示略）を介して接合
し、既述の圧電素子等の周辺部品を実装してインクジェ
ットヘッド組立体とする。

【００２４】上記した工程によって得られるインクジェ
ットヘッドのノズル孔６は、入り口部６ａでは親水性が
高く、射出口部６ｂは撥水性が高くなるという２つの相
反する性質が共存している。このため、インク流路から
ノズル孔に供給されたインクは入り口部６ａから容易に
ノズル孔内に導入される。そして、圧電素子から加圧室
にエネルギーが印加されることによってノズル孔６から
インク滴を射出する際には、射出口部６ｂにおいてノズ
ル孔内のインクとインク滴との分離が容易となるため、
インク滴の直進性能が高くなっている。

【００２５】上記した実施例では、ノズル孔の内面に金
属メッキ処理をしてから電着塗装処理をしているが、キ
ャタライザー及びアクセレーター処理によってＡＢＳの
表面が活性化されて電着塗装可能な状態になっているの
で、このメッキ処理を省略して、エッチング、キャタラ
イザー、アクセレーターの各処理に続いて直接的にＡＢ
Ｓ上に電着塗装処理を施すことも可能である。またはア
クセレーター処理後のＡＢＳ表面に直接撥水性のメッキ
層を形成し電着塗装を省略することも可能である。

【００２６】なお、本実施例では、流路基板３における
二色成形をＰＳＦ樹脂とＡＢＳ樹脂との組み合わせたも
のとして説明してあるが、このほか、以下のような樹脂
の組み合わせにしてもよい。例えば、メッキ不能なプラ
スチック材として、ＰＳＦのほかＰＣ（ポリカーボネー
ト），ＰＥＳ（ポリエーテルサルホン）をいずれかを用
いてもよい。また、メッキ可能なプラスチック材として
は、ＡＢＳのほかＰＯＭ（ポリオキシメチレン），ＰＢ
Ｔ（ポリブチレンテレフタレート），ＰＡ（ポリアミ
ド）のいずれかでもよい。これらの相反する性質を有す
るプラスチック材を適当に組み合わせることによっても
同様の効果が得られる。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、ノズル孔を親水性と撥
水性の２つの相異なる性質を備えたものにすることが可
能であるため、ノズル孔へのインクの導入が容易かつ射
出インク滴の直進性能を高めることができる。また、上
記の性質を備えたノズル孔を有する流路基板をプラスチ
ックの２色成形によって得られるので製造コストの低減
に寄与する。さらにノズル孔の射出口側へのエッチング
処理などによって、入り口側の部分に同時に親水性が付
与されるので、入り口側にとくに親水性付与の処理をし
なくても、親水性を有するものを得ることができる効果
がある。また、電着塗装によって撥水性物質層を形成す
る場合には、高い寸法精度で仕上げ可能となるので、ノ
ズル孔の径が正確になるなど、印字品質の高いインクジ
ェットヘッドが安価な製造コストで製造可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ノズル孔にメッキ層を形成し、さらにその上に
撥水性物質層を形成した状態を説明する断面図である。

【図２】インクジェットヘッドの要部の断面図である。

【図３】インクジェットヘッドの斜視図である。

【図４】流路基板の背面図である。

【符号の説明】

３ 流路基板 ３１ 入り口側 ３２ 射出口側 ６ ノズル孔 ９ メッキ層 １０ 撥水性物質層（電着塗装被膜層）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 板厚方向に貫通する複数のノズル孔を有
   する流路基板を二色成形によって成形してなるインクジ
   ェットヘッドの製造方法であり、 上記二色成形は、上記ノズル孔の射出口側をメッキ可能
   なプラスチック材とし、入り口側をメッキ不能なプラス
   チック材とする組み合わせによって行われ、 上記ノズル孔の内面に親水性付与処理を施した後に、上
   記ノズル孔の上記射出口側の内面にのみ撥水性物質層を
   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。
2. 【請求項２】 請求項１において、上記撥水性物質層を
   形成するための前工程として、上記射出口側のノズル孔
   の内面にのみ無電解メッキ処理を施してメッキ層を形成
   し、上記メッキ層上に上記撥水性物質層を形成すること
   を特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１及び請求項２において、上記撥
   水性物質形成工程は、電着塗装可能な物質中にフッ素樹
   脂を混入したものを電着塗装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。