JPH0872251A - インクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 印字品質に優れ、大量生産性に優れたインク
ジェットヘッドの製造方法を提示すること。 【構成】 テーパ部が形成され、オリフィス部が貫通し
ていない状態のプレートを、樹脂材料であるポリサルホ
ンで射出成形により形成する。山部１０３はテーパ部に
対応し、超硬合金製の金型コア１１０に形成されてい
る。超硬合金製の金型コア１１０の面粗度は小さいの
で、射出成形品の離型時の離型抵抗が小さく、プレート
を変形させることなく離型することができる。次に、プ
レートのテーパ部の底部にエキシマレーザビームを照射
してオリフィス部を穴開け加工することによりノズルプ
レートが作製される。このノズルプレートは、変形して
いないので、良好に接着することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インク噴出口が形成さ
れたノズルプレートを有するインクジェットヘッドの製
造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、インクジェットヘッドのインクを
吐出させるためのノズルが形成されたノズルプレートの
形成方法として、シート状のプレートにプレス加工、ド
リル加工などにより穴開け加工を施す方法のほか、特開
昭６１−３２７６１号公報に開示されているようなフィ
ルム状のプレートに、高エネルギービーム（例えばエキ
シマレーザビーム）によりノズルを形成する方法が提案
されている。この方法により作製したインクジェットヘ
ッドのノズルプレートの断面の概略図を図１０に示す。
カバープレート３と圧電セラミックスプレート２とを張
り合わせることによりインク流路１２が形成され、その
インク流路１２の位置にノズル３２が対応するようにノ
ズルプレート３１が張り合わされ、インクジェットヘッ
ドが形成される。

【０００３】また、特開平１−１０８０５６号公報には
エキシマレーザを用い、エキシマレーザビームとノズル
プレートの素材となる板とを相対的に揺動運動させるこ
とにより、テーパ状のノズルを形成する方法が開示され
ている。

【０００４】また、特開平３−２９７６５１号公報に
は、ニッケル電鋳や射出成形によるノズルプレートの形
成方法が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
特開昭６１−３２７６１号公報に開示されているよう
な、フィルム状のプレートにエキシマレーザビームによ
り穴開け加工する方法では、図１０に示すように、ノズ
ル３２内の体積が小さいため、ノズル３２内にエアーが
侵入し、良好なインク噴射が行えず、印字品質が低下す
るという問題があった。

【０００６】また、特開平１−１０８０５６号公報に開
示されているエキシマレーザを用い、エキシマレーザビ
ームとノズルプレートの素材となる板とを相対的な揺動
運動させる方法においては、テーパ状のノズルを形成す
ることができるので、ノズル内の体積を大きくすること
はできるものの、レーザ光の照射時間が長く、高コスト
で、大量生産性に劣るという問題があった。

【０００７】また、特開平３−２９７６５１号公報に開
示されているニッケル電鋳による方法では製造コストが
高く、大量生産性に劣るという問題があった。

【０００８】これに対し、射出成形法によりノズルプレ
ートを形成する方法では、ノズル形状の自由度が大きい
ためノズル内の体積を大きくできるが、ノズルを形成す
る金型部材の面粗度が悪いと、この種のインクジェット
ヘッドのノズルは高集積度のため、成形品を射出成形後
金型から離型する際の離型抵抗が大きくなって、変形し
たり、場合によっては破壊したりするという問題があっ
た。

【０００９】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、印字品質に優れ、大量生産性に
優れたインクジェットヘッドの製造方法を提示すること
を目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の請求項１では、インク噴出口が形成されたノ
ズルプレートを有するインクジェットヘッドの製造方法
であって、前記インク噴射口を形成する凸部を有する金
型部材に超硬合金を用いた射出成形法により前記ノズル
プレートを成形することを特徴とする。

【００１１】請求項２では、前記インク噴射口は、イン
クが噴射されるオリフィス部と、オリフィス部とインク
流路とを連通するテーパ部とからなることを特徴とす
る。

【００１２】請求項３では、前記金型部材の前記凸部
は、粒度が約１０／２０μｍより大きく約４１／７５μ
ｍより小さいダイヤモンド砥粒の切削手段により形成さ
れることを特徴とする。

【００１３】請求項４では、前記切削手段は、メタル系
のボンド剤を用いることを特徴とする。

【００１４】

【作用】上記の構成を有する本発明のインクジェットヘ
ッドの製造方法では、前記インク噴射口を形成する凸部
を有する金型部材に超硬合金を用いることによって、金
型部材の面粗度が小さくなり、成形品を射出成形後金型
から離型する際の離型抵抗が小さくなり、成形品が変形
する事なく金型から離型される。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。なお都合上、従来例と同一部位、及び均等部位に
は同一符号をつけ、その説明を省略する。

【００１６】第１実施例のインクジェットヘッド１は、
図１に示すように、圧電セラミックスプレート２、カバ
ープレート３及びノズルプレート６１から構成されてい
る。その圧電セラミックスプレート２は、分極処理され
た圧電セラミックス材料で形成されており、複数の溝
（図示せず）と、前記溝を隔てる側壁（図示せず）とを
有し、前記溝の側面の上半分に金属電極（図示せず）が
形成されている。そして、カバープレート３は、セラミ
ックスで形成されており、インク導入口２１及びマニホ
ールド（図示せず）が形成されている。ノズルプレート
６１は、樹脂で形成されており、インク噴射口としての
ノズル６４が形成されている。

【００１７】圧電セラミックスプレート２とカバープレ
ート３とがエポキシ系接着剤により接着されて、前記溝
の上面がカバープレート３よりに覆われて横方向６５に
複数のインク流路１２（図２参照）が構成される。

【００１８】そして、圧電セラミックスプレート２及び
カバープレート３の端面に、各インク流路１２の位置に
対応した位置に、インク噴射口としてのノズル６４が設
けられたノズルプレート６１を接着することによりイン
クジェットヘッド１が形成される。

【００１９】図２に第１実施例のインクジェットヘッド
１の断面図を示す。このノズルプレート６１に形成され
ているノズル６４は、テーパ部６３及びオリフィス部６
２から成る。

【００２０】ここで、ノズルプレート６１の製造方法を
説明する。まず、テーパ部６３が形成され、オリフィス
部６２が貫通していない状態のプレート７１（図３）
を、樹脂材料であるポリサルホンで射出成形により形成
する。

【００２１】この射出成形に用いられる金型構造の概略
図を図４に示す。図４中、山部１０３はノズルプレート
６１（或はプレート７１）のテーパ部６３に対応し、超
硬合金製の金型コア１１０に形成されている。

【００２２】図５（ａ）に示す金型コア１１０は以下の
ようにして作製される。図５（ｂ）に示すような、山部
１０３（図５（ａ））が連続した形状の連続山部１３を
有する金型コア素材１０を、切削加工、研削加工、ワイ
ヤカット加工などにより作製する。このように作製した
連続山部１３の面は、超硬合金であるので、面粗さが小
さい。そして、粒度３０／４０μｍのダイヤモンド砥粒
を用いたメタルボンドダイヤモンドブレードにて、連続
山部１３に溝を入れて分断する。これにより、図５
（ａ）に示すような各山部１０３が独立した金型コア１
１０が得られる。そして、金型コア１１０の各山部１０
３間の溝底の形状は、図６（ａ）に示すように、平形状
１０２である。また、超硬合金はダイヤモンドブレード
で溝入れ加工すれば、溝入れした面の面粗度は小さくな
る。よって、微細な山部１０３の溝入れ面を研磨するこ
となく、射出成形品の離型時の離型抵抗を小さくするこ
とができる。

【００２３】この種のインクジェットヘッド１に対して
は、通常略５０〜３００μｍの溝幅を金型コア１１０に
形成する。その溝幅に相当する幅のダイヤモンドブレー
ドを選定する。

【００２４】上述のような方法により形成された超硬合
金製の金型コア１１０を、図４に示すように可動側型板
１０１側に装着し、固定側型板１０４と可動側型板１０
１とを型締めする。次に、前記山部１０３が形成された
金型コア１１０と固定側型板１０４及び可動側型板１０
１に囲まれたキャビティ１２０内に対して、溶融状態の
ポリサルホンがスプル１０６を通過してゲート１００か
ら導入され、金型のキャビティ１２０内に充填され、テ
ーパ部６３が形成された図３に示すプレート７１が射出
成形される。次に、所定の冷却時間放置した後、固定側
型板１０４と可動側型板１０１とを型開きする。そし
て、エジェクトピン１０５を移動させることによりプレ
ート７１をキャビティ１２０から取り出す。このとき、
金型コア１１０の山部１０３の面粗度は小さいので、プ
レート７１を金型から離型する際の離型抵抗が小さく、
プレート７１を変形させることなく離型することがで
き、大量生産性に優れる。

【００２５】これに対して、従来の金型用合金工具鋼の
金型コアを用いた場合には、面粗度が大きいので、山部
の離型抵抗が大きく、離型時に、図１１に示すように矢
印２０の方向にエジェクトピン１０５の力が加わり、プ
レート２１が変形してしまい、ノズルプレートの圧電セ
ラミックスプレート２及びカバープレート３への接着が
良好に行われない。

【００２６】次に、上記の方法で成形したプレート７１
の肉薄部７２にエキシマレーザビームを照射してオリフ
ィス部６２を穴開け加工することによりノズルプレート
６１が作製される。

【００２７】そして、上述したようにインクジェットヘ
ッドと同様に圧電セラミックスプレート２とカバープレ
ート３とを接着した後、ノズルプレート６１を接着す
る。このようにして作製されたインクジェットヘッド１
のノズルプレート６１は、変形がなく、且つ、図７
（ａ）に示すように接着部が平形状のため、良好な接着
を行うことができる。

【００２８】また、図１０に示すようなフィルム状のシ
ートにエキシマレーザビームによりノズル３２を形成し
たノズルプレート３１の場合は、ノズル３２内の体積が
小さいため、頻繁にノズル内にエアーが侵入し、インク
噴射が不良となるが、図２に示す形状のノズルプレート
６１を用いた場合は、ノズル６４の体積が大きいため
に、エアーの侵入が無く、良好なインク噴射を行うこと
ができ、印字品質が良好である。

【００２９】ここで、上述した金型コアの作製時に用い
るダイヤモンドブレードについて述べる。ダイヤモンド
ブレードのボンド剤としては、レジン系、メタル系、ビ
トリファイド系のものがある。ダイヤモンドブレードに
メタルボンドを用いると、ブレードの先端のエッジの角
度を良好に形成する事ができ、且つ硬度が硬いので加工
時に前記エッジが摩耗することがほとんどない。それに
対して、ダイヤモンドブレードにレジンボンドを用いる
と、ブレードの先端のエッジの角度を良好に形成する事
ができるが、硬度が弱いので加工時に前記エッジが摩耗
して、図６（ｂ）に示すように溝底の形状がＲ形状１２
２となる。また、ダイヤモンドブレードにビトリファイ
ドボンドを用いると、ブレードの先端のエッジの角度を
良好に形成する事が困難で、溝底の形状が平形状となら
ない。

【００３０】また、ダイヤモンド砥粒について実験を行
ったところ、粒度３２５／４００（略４１／７５μｍ）
より大きな砥粒を用いた場合は、粒が大きいのでダイヤ
モンドブレードの先端が平形状とならなく、そのために
溝底が平形状にならない。また、粒度１０／２０μｍよ
り小さな砥粒を用いた場合は、ダイヤモンドブレードが
加工時に摩耗がして、すぐに先端形状が丸みを帯びた形
状になってしまい、図６（ｂ）に示すように溝底の形状
がＲ形状１２２となる。

【００３１】このように、ボンド材としてメタルボンド
を使用し、且つ、粒度が１０／２０μｍより大きく４１
／７５μｍより小さい砥粒のダイヤモンドブレードを使
用すると、溝底の形状を平形状に形成することができ、
ノズルプレート６１を良好に接着することができる。こ
こで、例えば、図６（ｂ）に示すような溝底の形状がＲ
形状１２２の金型コア１３０を用いて射出成形した場合
には、図７（ｂ）に示すように、圧電セラミックスプレ
ート２との接着部がＲ形状のノズルプレート５１とな
り、接着が良好に行えなかったり、接着剤がノズル内に
はみ出して噴射に悪影響を与えたりする。

【００３２】次に、本発明による第２実施例を図８に示
す。図８中、ノズルプレート９１のノズル９４は、エキ
シマレーザビームにより貫通させるオリフィス部９２
と、射出成形時に形成する放物線状のテーパ部９３とか
ら成る。この放物線状のテーパ部９３により、上記実施
例の直線状のテーパ部６３よりもさらにインクの流動が
良好となる。この様な形状のノズルプレート９１は、従
来のようなエキシマレーザビームとノズルプレートの素
材となる板とを相対的に揺動運動させることにより、テ
ーパ状のノズルを形成する方法で作製することは困難で
あるが、第２実施例によれば容易に大量生産することが
できる。

【００３３】次に、本発明による第３実施例を図９に示
す。図９中、ノズルプレート８１のノズル８４は、テー
パ部８３及びオリフィス部８２とから成り、それらは射
出成形時同時に形成される。このようにすれば、レーザ
加工により穴明け加工する必要がない。

【００３４】以上説明したような第１、第２、第３実施
例によるノズルプレートの材質としては、ポリサルホン
のほか、液晶ポリマー、ポリアセタール、ポリフェニル
サルホン、ポリフタルアミド、ポリフェニレンオキサイ
ド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルイミ
ド、ポリエーテルサルホン、ポリカーボネートなどの樹
脂材料を用いることができる。

【００３５】また、セラミックス粉末、或いは金属粉末
の射出成形技術を用いてノズルプレート６１、８１、９
１を作製することもできる。すなわち、セラミックス粉
末、或いは金属粉末を樹脂材料などのバインダーと混合
混練し、金型に射出成形し、射出成形体を得た後、脱脂
処理し樹脂材料を射出成形体より除去し、脱脂体を得
る。さらに、脱脂体を焼結炉に挿入して焼結処理を行
う。この焼結処理により脱脂体は収縮し、金型寸法より
も約１０〜３０％程度小さくなる。このため、金型側の
ノズル寸法及びピッチは製品よりも収縮分を見込んで大
きくしておく必要がある。この種のインクジェットヘッ
ドはノズルが高集積度であるため、射出成形時の流動抵
抗は大きくなり、射出成形性上好ましくないが、セラミ
ックス或は金属の射出成形技術を用いることにより、よ
り高集積度のノズルのインクジェットヘッドに対応する
ことができる。焼結処理の後、エキシマレーザによりオ
リフィス部７２を貫通させる。セラミックス粉末及び金
属粉末は、例えば、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素、
炭化珪素、ステンレスなどを用いることができる。

【００３６】尚、本発明は上記の実施例に限定されるも
のではなく、その主旨を逸脱しない範囲での変形は可能
である。例えば、上記実施例においては、ノズル６４、
８４、９４は、それぞれ直線状のテーパ部６３、８４、
放物線状のテーパ部９３を有していたが、このテーパの
角度はエアーの侵入が防止できる角度の範囲で任意に設
定可能である。また、レーザ加工法としてエキシマレー
ザビームを用いていたが、他のレーザ加工法、例えばＹ
ＡＧレーザビームの波長を４分の１にしたものによる加
工でも実施可能である。さらに、サーマルジェットタイ
プやカイザータイプ等の様々なインクジェット方式に適
用可能である。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように本発
明のインクジェットヘッドの製造方法によれば、前記イ
ンク噴射口を形成する凸部を有する金型部材に超硬合金
を用いているので、金型部材の面粗度が小さくなる。こ
のため、成形品を射出成形後金型から離型する際の離型
抵抗が小さくなり、成形品が変形したり、破損したりす
る事なく成形品を金型から離型することができ、良好な
接着が行え、大量生産性に優れる。また、射出成形によ
り、インク噴射口内の体積を大きくすることができるの
で、インク噴射口内にエアーの侵入を防止でき、印字品
質に優れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例のインクジェットヘッドの
構成の概略を示す斜視図である。

【図２】第１実施例のインクジェットヘッドを示す断面
図である。

【図３】第１実施例のプレートを示す断面図である。

【図４】第１実施例のインクジェットヘッドのノズルプ
レート製造用射出成形金型の構成の概略を示す説明図で
ある。

【図５】第１実施例のインクジェットヘッドのノズルプ
レート射出成形用金型コアを示す説明図である。

【図６】第１実施例及び従来例のインクジェットヘッド
のノズルプレート射出成形用金型コアを示す説明図であ
る。

【図７】第１実施例及び従来例のインクジェットヘッド
を示す断面図である。

【図８】本発明の第２実施例のインクジェットヘッドを
示す断面図である。

【図９】本発明の第３実施例のインクジェットヘッドを
示す断面図である。

【図１０】従来例のインクジェットヘッドを示す断面図
である。

【図１１】従来例のプレートを示す断面図である。

【符号の説明】

２ 圧電セラミックスプレート ３ カバープレート ６１ ノズルプレート ６２ オリフィス部 ６３ テーパ部 ６４ ノズル ７１ プレート ７２ 薄肉部 ８１ ノズルプレート ８２ オリフィス部 ８３ テーパ部 ８４ ノズル部 ９１ ノズルプレート ９２ オリフィス部 ９３ テーパ部 ９４ ノズル部 １０１ 可動側型板 １０３ 山部 １０４ 固定側型板 １１０ 金型コア

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク噴出口が形成されたノズルプレー
   トを有するインクジェットヘッドの製造方法であって、 前記インク噴射口を形成する凸部を有する金型部材に超
   硬合金を用いた射出成形法により前記ノズルプレートを
   成形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。
2. 【請求項２】 前記インク噴射口は、インクが噴射され
   るオリフィス部と、オリフィス部且つインク流路に連通
   するテーパ部とからなることを特徴とする請求項１記載
   のインクジェットヘッドの製造方法。
3. 【請求項３】 前記金型部材の前記凸部は、粒度が約１
   ０／２０μｍより大きく約４１／７５μｍより小さいダ
   イヤモンド砥粒を用いた切削手段により形成されること
   を特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッドの製
   造方法。
4. 【請求項４】 前記切削手段は、メタル系のボンド剤を
   用いることを特徴とする請求項３記載のインクジェット
   ヘッドの製造方法。