JPH1158745A - インクジェットヘッドの微細ノズル部形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インクジェットノズルを樹脂成形で作る際、
成形金型の構造簡素化、高寿命化を図ると共に、ノズル
先端までのインク内部流路は親インク性で、かつインク
吐出面は疎インク性というインクジェットヘッドに理想
的な特性を間単な後処理で持たせるようにすることを課
題とする。 【解決手段】 樹脂成形ノズル構成部材をノズル開口を
貫通させない目止め穴形状として成形・イジェクトし、
次いで樹脂成形ノズル構成部材を圧力室側から酸素プラ
ズマドライエッチングしてノズルを貫通させるようにす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のノズル開口
のそれぞれに圧電素子を対向させて配置し、圧電素子の
変形によりノズル開口からインク滴を噴射させるインク
ジェットヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェットヘッドは、そのインク１
滴の吐出量が約30ngから100ngである。この性能を満足
するノズル部を樹脂成形する際、成形金型のノズル形成
部は直径約30μｍから50μｍと非常に微細なピン形状と
なる。

【０００３】従来は、成形型締めの際、ノズル形成用の
微細ピンを相手金型を突き当てる方式を採るか、相手金
型にノズル形成用の微細ピンと高精度で対応する穴をあ
けてインロー押し切り方式を採るかのどちらかが主流で
あった。

【０００４】

【発明の解決しようとする課題】上述したこれらの方式
は、成形金型構造が複雑になったり、高額になる可能性
が高かった。突き当てる方式またはインロー押し切り方
式のどちらを採るにしても、非常に高精度な形状公差が
要求されると共に、ノズル先端部の成形後のバリ除去等
の後工程の課題が残っていた。

【０００５】また、ノズル先端までのインク内部流路は
親インク性とし、インク吐出面は疎インク性にすること
がインクの吐出のメカニズム上極めて有効であるが、イ
ンク内部流路の非常に短い距離の間で、相反する二つの
インク特性を満足するように処理を施すのは非常に難解
な課題であった。

【０００６】そこで、本発明の目的とするところは、イ
ンクジェットノズルを樹脂成形で作る際、成形金型の構
造簡素化、高寿命化を図ることである。第２に目的とす
ることは、ノズル先端までのインク内部流路は親インク
性で、かつインク吐出面は疎インク性というインクジェ
ットヘッドに理想的な特性を間単な後処理で持たせるこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明においては、圧電振動子の振動モードを
振動部材を介して圧力室に伝達する構成であり、該圧力
室は、前記振動部材と、多数のノズル及び該ノズルに対
応する数の圧力室を有する樹脂成形ノズル構成部材とに
より形成されるインクジェットヘッドにおいて、前記樹
脂成形ノズル構成部材をノズル開口を貫通させない目止
め穴形状として成形・イジェクトし、次いで樹脂成形ノ
ズル構成部材を圧力室側から酸素プラズマドライエッチ
ングしてノズルを貫通させるようにした。

【０００８】好ましくは、成形時における前記樹脂成形
ノズル構成部材のインク吐出面の表面粗さをＲｍａｘ６
μ以下とし、樹脂成形ノズル構成部材の目止め穴形状の
目止め部の厚さを１μｍ〜２０μｍとするとよい。

【０００９】また、ノズルを貫通させる際の酸素プラズ
マドライエッチングのプラズマ加速電圧方向をノズル軸
方向とするエッチングレートが、プラズマ加速電圧方向
の垂直方向のエッチングレートの１０倍以上であるとよ
い。

【００１０】更に、酸素プラズマドライエッチングによ
り、樹脂成形ノズル構成部材の圧力室からノズル先端ま
での内部インク流路全体に小さな凹凸形状を持たせて親
インク性とするとよい。

【００１１】このように、成形金型ノズル形成微細ピン
を敢えて相手金型に当接させず、ノズル穴が部がふさが
れた状態（目止め穴形状）で成形品を成形、イジェクト
することで、ノズル形成部微細ピンにかかる負担を軽減
することができるので、成形金型寿命が増す。また、ノ
ズル形成微細ピンを突き当て又は押し切り形状する場合
にくらべて構造が簡単になるので、安価に成形金型を作
ることができる。更に、ノズル開口を形成する際に酸素
プラズマドライエッチングにより圧力室からノズル先端
までの内部インク流路の親インク性を強めることができ
るので、インクジェット記録ヘッドとしての性能を安定
させることが可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の詳細を図面に基づいて説
明する。

【００１３】図１は本発明のインクジェットヘッドのノ
ズル部樹脂成形型締め状態のノズル付近の断面を示すも
のである。

【００１４】図において、１１は金型であって、ノズル
１を形成するノズル形成微細ピン１ａと、各ノズルに対
応する圧力室３を形成する圧力室形成駒３ａとを有す
る。また、１２は金型１１に対向する金型であって、イ
ンク吐出面２を形成するインク吐出面形成駒２ａを有す
る。これらの金型１１および１２の間にノズル部樹脂成
形品が挟まれている。ここで金型１１および１２は、型
締めの際、金型１１のノズル形成微細ピン１ａが金型１
２に突き当らず、ノズル形成微細ピン１ａとインク吐出
面形成駒２ａとの間に樹脂が流れるように、設計・製作
されている。よって、ノズル１が目止め穴の状態（ノズ
ル開口が蓋をされた状態）で成形、イジェクトされるこ
とになる。

【００１５】なお、前記金型１１及び１２は、完成した
ノズル目止め穴部１'が約１μｍから２０μｍの厚みを
持つようになっている。また、インク吐出面２を形成す
るインク吐出面形成駒２ａは、鏡面仕上げRmax6μｍ以
下としておくことで、後工程でノズルが貫通してヘッド
として組上がった際に、インクを吐出させるために有効
な疎インク性を持たせる重要な役割を果たすことができ
る。

【００１６】図２は図１のような型締め状態で成形、イ
ジェクトさせた樹脂形成ノズル構成部材（以下ノズル成
形品という）６を、インク吐出面２と反対側、つまり、
ノズル１、圧力室３、個別インク供給路４および共通イ
ンク流路５側からノズル１の軸方向に強いエッチング指
向性を持つ酸素プラズマ１３でエッチングして、樹脂を
削り彫っている工程を簡単に示す図である。

【００１７】前述したように、ノズル目止め穴部１'は
成形で約１μｍから２０μｍの厚みを持っているので、
図２のようにノズル１、圧力室３、個別インク供給路
４、共通インク流路５及び圧力室間隔壁１４全体を酸素
プラズマ１３でエッチングすると、ノズル１先端までの
内部インク流路は酸素プラズマ効果で微細な凹凸ができ
て、インクとの接触角が低下、すなわち親インク性を呈
するようになる。そして、ノズル目止め穴部１'にはノ
ズル１が開けられることとなる。

【００１８】なお、前記酸素プラズマドライエッチング
は指向性の高いものとし、ノズル穴を加工する際、プラ
ズマ加速電圧方向をノズル軸方向としたエッチンググレ
ードがプラズマ加速電圧垂直方向のエッチンググレード
の１０倍以上となるようにするとよい。

【００１９】また、酸素プラズマ１３により、圧力室
３、個別インク供給路４および共通インク流路５及び圧
力室間隔壁１４もノズル１同様にエッチングされ、削ら
れてしまうので、インクジェット理論計算により算出さ
れたノズル１、圧力室３、個別インク供給路４および共
通インク流路５及び圧力室間隔壁１４の各寸法のうち、
酸素プラズマ１３によるエッチング方向である各厚さ方
向寸法にノズル目止め部１'の厚さ分を加えたノズル成
形品６ができるように金型を設計しておく必要がある。
但し、ノズル１の軸方向に強いエッチング指向性を持つ
イオン加速電圧型のドライエッチング装置を用いてエッ
チングする場合には、ノズル成形品6のノズル軸垂直方
向のエッチングによる寸法変化は、ほとんど無視して良
い。

【００２０】図３は、図２で示されるように酸素プラズ
マ13でエッチングされノズル１が貫通した状態のノズル
成形品６を示すものである。ここで注目すべきは、イン
ク吐出面２は疎インク性、ノズル１、圧力室３、個別イ
ンク供給路４、共通インク流路５及び圧力室間隔壁１４
は親インク性となり、これらの境界線はノズル輪郭線１
６に相当することである。

【００２１】図４は、図１、図２及び図３で示した工程
で形成されたノズル成形品６をインクジェットヘッドに
搭載した様子を示す断面図である。

【００２２】薄肉振動部９と圧電振動子当節部８とを有
する振動部材７と、ノズル成形品６とを接合させて内部
インク流路を形成する。更に、圧電振動子１０と圧電振
動子当節部８と接合させることで、圧電振動子１０の高
周波振動を圧力室３内に伝達し、内部インク圧力変動に
よりノズル１からインクを吐出させる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、インクの吐出口であるノズルを樹脂成形で形成する
際、ノズルを敢えて目止め穴形状になるように金型設計
・製作する。これによって、ノズルを形成する微細ピン
は相手金型に接触することがないので、金型構造を簡素
化でき、金型の低価格化を実現できる。

【００２４】また、目止め穴形状で成形、イジェクトさ
れた成形品を、加速電圧によって酸素プラズマに指向性
を与え、ほぼ加速電圧方向だけエッチング能力を持つ酸
素プラズマドライエッチング装置を用いて、ノズル成形
品の圧力室側からドライエッチングしてノズル穴あける
と同時に、酸素プラズマにより内部インク流路の表面に
小さな凹凸を生じさせることにより、インク流路内の接
触角を低下させて親インク性とすることができる。

【００２５】このように、ノズルの穴あけ処理と内部イ
ンク流路の親インク処理を同一の工程で行うことが可能
となったので、製造工程の簡素化と、インク吐出面は疎
インク性、内部インク流路は親インク性というインクジ
ェット記録ヘッドとしての性能の安定化を実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のインクジェットノズル成形用金型の
断面図。

【図２】 本発明のインクジェットノズルのエッチング
状態を示す斜視図。

【図３】 本発明のインクジェットノズルの完成状態を
示す斜視図。

【図４】 本発明のインクジェットヘッドの概略図。

【符号の説明】

１はノズル、１'はノズル目止め部、１ａはノズル形成
微細ピン、２はインク吐出面、２ａはインク吐出面形成
駒、３は圧力室、３ａは圧力室形成駒、４は個別インク
供給路、５は共通インク流路、６は樹脂形成ノズル構成
部材、７は振動部材、８は圧電振動子当接部、９は薄肉
振動部、１０は圧電振動子、１１および１２は金型、１
３は酸素プラズマ、１４は圧力室間隔壁、１５は薄肉振
動部間隔壁、１６はノズル輪郭線である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電振動子の振動モードを振動部材を介
   して圧力室に伝達する構成であり、該圧力室は、前記振
   動部材と、多数のノズル及び該ノズルに対応する数の圧
   力室を有する樹脂成形ノズル構成部材とにより形成され
   るインクジェットヘッドにおいて、 前記樹脂成形ノズル構成部材をノズル開口を貫通させな
   い目止め穴形状として成形・イジェクトし、次いで樹脂
   成形ノズル構成部材を圧力室側から酸素プラズマドライ
   エッチングしてノズルを貫通させるようにしたことを特
   徴とするインクジェットヘッドの微細ノズル部形成方
   法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のインクジェットヘッドの
   微細ノズル部形成方法であって、 成形時における前記樹脂成形ノズル構成部材のインク吐
   出面の表面粗さをRmax６μｍ以下とすることを特徴とす
   るインクジェットヘッドの微細ノズル部形成方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載のインクジェットヘッドの
   微細ノズル部形成方法であって、 ノズルを貫通させる際の酸素プラズマドライエッチング
   のプラズマ加速電圧方向をノズル軸方向とするエッチン
   グレートが、プラズマ加速電圧方向の垂直方向のエッチ
   ングレートの１０倍以上であることを特徴とするインク
   ジェットヘッドの微細ノズル部形成方法。
4. 【請求項４】 請求項１記載のインクジェットヘッドの
   微細ノズル部形成方法であって、 酸素プラズマドライエッチングにより、樹脂成形ノズル
   構成部材の圧力室からノズル先端までの内部インク流路
   全体に小さな凹凸形状を持たせて親インク性としたこと
   を特徴とするインクジェットヘッドの微細ノズル部形成
   方法。
5. 【請求項５】 請求項１記載のインクジェットヘッドの
   微細ノズル部形成方法であって、 前記樹脂成形ノズル構成部材の目止め穴形状の目止め部
   の厚さを１μｍ〜２０μｍとすることを特徴とするイン
   クジェットヘッドの微細ノズル部形成方法。