| 【発明の名称】 |
インクジェットヘッドの製造方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】平野 肇志
【住所又は居所】東京都日野市さくら町１番地 コニカ株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】接着剤を用いてノズルプレートを基板に貼着する場合に、余剰の接着剤がノズル穴の内部に浸入することにより発生するトラブルを防止することの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。
【解決手段】インクチャネル１３が形成された基板１の前面に、インクチャネル１３に対応するノズル穴２１が形成されたノズルプレート２を接着剤を用いて貼着するインクジェットヘッドの製造方法において、ノズルプレート２を接着剤と接触させる前に、該ノズルプレート２に対する接着剤の前進接触角が１０度以上９０度以下となるように、該ノズルプレート２の表面張力を高める処理を施す。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】インクチャネルが形成された基板の前面に、インクチャネルに対応するノズル穴が形成されたノズルプレートを接着剤を用いて貼着するインクジェットヘッドの製造方法において、ノズルプレートを接着剤と接触させる前に、該ノズルプレートに対する接着剤の前進接触角が１０度以上９０度以下となるように、該ノズルプレートの表面張力を高める処理を施す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】ノズルプレートに対する接着剤の前進接触角が３０度以上８０度以下となるように、該ノズルプレートの表面張力を高める処理を施す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。
【請求項３】前記処理は、ノズル穴形成加工後のノズルプレートに対して行うことを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項４】基板の前面にノズルプレートを貼着した後、該ノズルプレートのインクチャネル内面に臨む面に、インクとの濡れ性を高めるための処理を施すことを特徴とする請求項１、２又は３記載のインクジェットヘッドの製造方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はインクジェットヘッドの製造方法に関し、詳しくは、接着剤を用いてノズルプレートを基板に貼着する場合に、余剰の接着剤がノズル穴の内部に浸入することにより発生するトラブルを防止することのできる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】ノズルプレートに形成された多数のノズル穴からインクを微細な液滴状に吐出することにより画像記録を行うためのインクジェットヘッドは、一般に、多数のインクチャネルが溝加工された圧電材料からなるアクチュエータ基板の前面（インクが吐出される面）に、インクチャネルに対応するノズル穴が形成されたノズルプレートが貼着される。また、アクチュエータ基板の上面にはカバー基板が貼着され、インクチャネルの上面が覆われる。
【０００３】ノズルプレートと基板との貼着の際に使用される接着剤は、グラビア印刷、スクリーン印刷、シート転写法等によって膜厚がコントロールされて貼着面に塗布される。しかし、このような塗布方法により接着剤の膜厚をコントロールしても、塗布方法自体のばらつきにより膜厚が一定せず、また、被塗布面の表面粗さのばらつき等によって接着剤量が多目になる場合がある。過剰な接着剤の塗布は、ノズルプレートと基板との間だけに留まらずに脇にはみ出すことになり、このはみ出した余剰の接着剤がノズルプレートのノズル穴内に浸入するトラブルが発生する。ノズル穴内に浸入した接着剤は、ノズル穴を塞いでインク吐出不良を引き起こし、ノズル穴を塞がない場合であっても、多くの場合は吐出されるインクの直進性を損ない、吐出角度不良により画像品質を低下させる問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の課題は、接着剤を用いてノズルプレートを基板に貼着する場合に、余剰の接着剤がノズル穴の内部に浸入することにより発生するトラブルを防止することの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にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する請求項１記載の発明は、インクチャネルが形成された基板の前面に、インクチャネルに対応するノズル穴が形成されたノズルプレートを接着剤を用いて貼着するインクジェットヘッドの製造方法において、ノズルプレートを接着剤と接触させる前に、該ノズルプレートに対する接着剤の前進接触角が１０度以上９０度以下となるように、該ノズルプレートの表面張力を高める処理を施すことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法である。
【０００６】請求項２記載の発明は、ノズルプレートに対する接着剤の前進接触角が３０度以上８０度以下となるように、該ノズルプレートの表面張力を高める処理を施す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である。
【０００７】請求項３記載の発明は、前記処理は、ノズル穴形成加工後のノズルプレートに対して行うことを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェットヘッドの製造方法である。
【０００８】請求項４記載の発明は、基板の前面にノズルプレートを貼着した後、該ノズルプレートのインクチャネル内面に臨む面に、インクとの濡れ性を高めるための処理を施すことを特徴とする請求項１、２又は３記載のインクジェットヘッドの製造方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について説明するが、本明細書において、基板の前面とは、インクが吐出する側の面をいい、また、ノズルプレートの裏面とは、該ノズルプレートを基板の前面に貼着する際に、該基板と貼着される側の面をいい、ノズルプレートの表面とは、その反対側の面であり、インクが吐出する側の面をいう。
【００１０】図１は、インクジェットヘッドの一例を示す分解斜視図である。同図において、１は基板、２はノズルプレート、３はバックプレート、４はインクマニホールドである。
【００１１】本実施形態に示す基板１は、アクチュエータ基板１１と、該アクチュエータ基板１１の上面に接合されたカバー基板１２とにより構成されている。
【００１２】アクチュエータ基板１１は、電界を印加することにより変形を生じる圧電材料基板に円盤状の砥石（ダイシングブレード）等の公知の研削機を用いて所定ピッチで互いに平行な複数列の溝が加工されることにより、インクチャネル１３と隔壁１４とを交互に形成してなる。
【００１３】各隔壁１４の壁面には該隔壁１４に電界を印加するための金属電極（図示せず）が形成される。この金属電極の形成方法としては、蒸着法、スパッタ法、めっき法等の公知の手段を用いることができる。
【００１４】カバー基板１２は、アクチュエータ基板１１のインクチャネル１３が形成されている上面にエポキシ系接着剤等を用いて貼着される。このカバー基板１２には、アクチュエータ基板１１に用いられているものと同じ圧電材料基板を脱分極して使用すると、貼り合せた時にソリ、変形、熱膨張係数の差による剥離等が起こらないために好ましい。
【００１５】かかる基板１の前面に、該基板１の複数のインクチャネル１３に対応するように形成されたインク吐出用のノズル穴２１を有するノズルプレート２を接着剤を用いてそれぞれ貼着する。
【００１６】ここで、ノズルプレート２には、基板１に貼着するための接着剤と接触させる前に、該ノズルプレート２に対する接着剤の前進接触角が１０度以上９０度以下となるように、該ノズルプレート２の表面張力を高める処理を施す。
【００１７】前進接触角とは、ノズルプレート上の接着剤が移動する際に、その前進側とノズルプレート表面とがなす角である。即ち、一般に、静止した液滴が固体表面となす角度を平衡接触角（θｅ）というが（図２（ａ）参照）、この静止した液滴に外力が掛かり（例えば外部から液を加えて拡張させる場合等）、液滴が固体表面に対して移動を開始すると、平衡接触角θｅが消滅して、その進行方向に前進接触角θａが現れる（図２（ｂ）参照）。本発明におけるノズルプレート２の表面張力を高める処理は、ノズルプレート２に対する接着剤のこの前進接触角θａが上記角度範囲となるように施す。
【００１８】ノズルプレート２に対して表面張力を高める処理を施すことによりノズルプレート２は濡れにくくなるため、このノズルプレート２を基板１の前面に対して接着剤を用いて貼着する際に過剰な接着剤が塗布されても、はみ出した余剰な接着剤がノズルプレート２の裏面を濡れ広がるのを抑え、その結果、ノズル穴２１内への余剰の接着剤の浸入が防止される。
【００１９】前進接触角は、１０度未満であると、貼着時に余剰の接着剤がノズルプレート２の裏面を濡れ広がり易くなり、余剰の接着剤のノズル穴２１への浸入を防止する効果が十分に期待できない。また、前進接触角は高いほど余剰の接着剤のノズル穴２１内への浸入を防止する効果が高くなるが、９０度を越えるようになると、ノズルプレート２と接着剤との間の接着力が著しく低下して、ノズルプレート２の固定における信頼性が低下する問題があるために好ましくない。より好ましくは前進接触角が３０度以上８０度以下とすることである。
【００２０】このような処理の方法としては、薬剤の溶液塗布、気相処理、ガス状化合物によるプラズマ処理が挙げられる。
【００２１】薬剤の溶液塗布における薬剤としては、Ｃ8以上のハイドロカーボン側鎖を持つ化合物（例えば、ｎ−デカン酸、ラウリン酸、ステアリン酸、オレイン酸、オレイン酸アミド、ラウリン酸エチル等）；−ＣＨ２−Ｓｉ−Ｏ−構造あるいは−Ｐｈ−Ｓｉ−Ｏ−構造を持つ化合物（例えば、トリエトキシメチルシラン、ジエトキシジメチルシラン、エトキシトリメチルシラン、ジエトキシジエチルシラン、トリエトキシフェニルシラン、ジエトキシジフェニルシラン等）；フッ素を持つ化合物（例えば、ＣＦ3（ＣＦ2）10−ＣＯＯＨ、ＨＯ2Ｃ（ＣＦ2）8ＣＯ2Ｈ、フルオロアルキルシラン類、ＣＦ3ＣＨ2ＣＨ2Ｓｉ（ＯＭｅ）3、ＣＦ3（ＣＦ2）7ＣＨ2ＣＨ2Ｓｉ（ＯＥｔ）3、溶剤可溶含フッ素樹脂類等）が挙げられる。
【００２２】かかる薬剤の溶液を塗布するには、上記化合物を溶剤に溶解してディップ塗布、スプレー塗布等の適宜の方法により、ノズルプレート２に塗布し、その後溶剤を乾燥させることにより行うことができる。塗布によって薬剤をコーティングする場合、必要以上に薬剤をつけないようにすることが重要で、そのためには溶液の濃度が１％以下の溶液を使用することが好ましい。また、余分な薬剤を取るために、コーティングを行った後で溶液に使用した溶媒ですすぎを行ってもよい。
【００２３】コーティングの乾燥は常温で行う場合や加熱環境で行う場合がある。また、溶媒が揮発する際に空気中の水分が結露することを防ぐため、溶媒の沸点が高いものを使用したり、ドライエアーの環境下で乾燥することを行ってもよい。
【００２４】気相処理の場合は、ノズルプレート２と処理剤を同一容器に入れて一定時間処理するもので、加熱処理や加湿処理を併用したり、減圧下での処理を行うことにより実施することができる。
【００２５】この気相処理によって薬剤をノズルプレート２に設ける場合、薬剤にある程度の蒸気圧が必要であるが、作業性が良いという利点がある。ノズルプレート２への処理量は、処理時間や圧力、温度湿度によってコントロールする。
【００２６】プラズマ処理により使用するガス類は、フッ化炭素（例えばＣＦ4、Ｃ2Ｆ6等）やハイドロカーボン類（例えばＣＨ4、Ｃ2Ｈ6等）、シラン化合物類（例えばテトラメチルシラン等）等であり、これらのものに酸素、水素、フッ素、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ等のガスを混合して用いてもよい。
【００２７】プラズマ処理では、上記ガス環境下で高周波電源によってプラズマを発生させて、その下でノズルプレート２を処理する。プラズマ処理によって接着剤の濡れにくさをコントロールするには、処理時間のほかに圧力、高周波電源の電圧、周波数等を調整する。処理圧力は通常１０ｍＴｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒの範囲で行われるが、大気圧近傍の圧力で処理することもできる。プラズマを発生させる周波数は数十ｋＨｚのもの、１３．５６ＭＨｚ、マイクロ波の領域のものがある。
【００２８】接着剤がノズルプレート２の表面となす前進接触角は、使用される接着剤の種類によっても異なり、また、上記の各処理によって使用する材料の種類及びその量、処理の時間、処理の環境（温度湿度等）の条件によっても異なってくる。従って、上記の各処理により接着剤の前進接触角が前記角度範囲となるようにするには、処理の方法、その処理の際に使用する材料の種類及びその量、処理の時間、処理の環境の諸条件を、使用される接着剤の種類に応じて、適宜にコントロールすることによって行う。
【００２９】ノズルプレート２に対して施される以上の処理は、ノズル穴２１の形成加工を行う前と後のいずれの時期に行うようにしても良いが、ノズル穴２１の形成加工を行った後のノズルプレート２に対して行う方が、その処理による効果がノズル穴２１の内部にまで及び、余剰の接着剤のノズル穴２１内への濡れ広がりを防止する上で効果的であるために好ましい。ノズル穴２１の内側は、ノズル穴２１の形成加工の影響により表面粗さが大きく、また、その加工方法によっては表面が高活性となって接着剤に濡れ易くなっている場合があるためである。
【００３０】以上の各処理を行う面は、ノズルプレート２の表裏の両面でもよいが、少なくともノズルプレート２の裏面、即ち、接着剤と直に接触する側の面である必要がある。
【００３１】なお、上記の処理を施すことにより、ノズルプレート２の処理面はインクに対しても濡れにくくなる。通常、ノズルプレート２の表面は、インクに濡れない（インクを弾く）特性の表面処理がなされる場合とそうでない場合とがあるが、前者の場合には、ノズルプレート２の表裏両面に対して処理が施されるようにすれば、同時にノズルプレート２の表面にインクを弾く特性を付与することができる。また、後者の場合には、ノズルプレート２に対して上記の処理を施す際に、ノズルプレートの表面のみにマスキングテープ等でマスキングを行って、上記処理が表面側には施されないように事前に保護を行うようにすればよい。
【００３２】以上の方法によりノズルプレート２に表面張力を高める処理を施した後、基板１の前面にこのノズルプレート２を接着剤を用いて貼着する。ここで使用される接着剤は特に問わず、エポキシ系接着剤等の通常用いられる接着剤を使用することができる。接着剤は、基板１側又はノズルプレート２側のいずれに塗布してもよい。
【００３３】その後、ノズルプレート２を貼着した面とは反対側の基板１の後面に、インク導入孔３１を有するバックプレート３を介してチャネル１３内にインクを供給するインクマニホールド４を接着剤を用いて貼着する。
【００３４】このようにして製造されたインクジェットヘッド１００は、ノズルプレート２の裏面、即ち、各インクチャネル１３内面に臨む面が低表面エネルギーとなっているため、表面張力の高いインクを吐出する場合に濡れ性が悪くなり、気泡の排出性が悪くなることによるインク吐出不良等の問題を発生するおそれがある。従って、このような場合には、基板１にノズルプレート２を貼着した後、上記バックプレート３及びインクマニホールド４を貼着する前または貼着した後に、ノズルプレート２の各インクチャネル１３内面に臨む面に、インクとの濡れ性を高めるための処理を施すことが好ましい。
【００３５】このような処理としては、酸素プラズマ処理、オゾン処理、アルカリ処理等が挙げられる。
【００３６】酸素プラズマ処理は、１０ｍＴｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒの圧力範囲で行われる。プラズマを発生させる周波数は数十ｋＨｚのもの、１３．５６ＭＨｚ、マイクロ波の領域のものがあるが、１３．５６ＭＨｚ、マイクロ波を用いたものが好ましい。この酸素プラズマ処理では、ノズルプレート２の貼付を行ったインクジェットヘッドを１０分〜３時間程度処理することにより行う。
【００３７】オゾン処理は、オゾンを含むエアー又はオゾンを含む水によってヘッド内部の濡れ性を向上させる方法である。オゾンの濃度は、空気の場合０．０１〜２％、水の場合０．１〜３０ｐｐｍ程度の濃度で処理を行うのが有効である。オゾンは時間が経つと酸素に分解して失活するので、生成したオゾン水やオゾンエアーは強制的にヘッドの内部を流通させて処理を行うことが好ましい。
【００３８】アルカリ処理は、水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等の塩基性物質を含むｐＨ１２以上のアルカリ水溶液でヘッド内部のすすぎを行う処理である。処理に使用した薬剤が酸性物質である場合に特に有効である。処理には溶液中にヘッドを浸漬する場合と強制的にヘッド内部を流通させる方法があり、いずれでもよい。
【００３９】かかる処理を施すことにより、ノズルプレート２の各インクチャネル１３内面に臨む面が活性化され、インクとの濡れ性及び気泡排出性が向上する。
【００４０】なお、ここで挙げたノズルプレート２の裏面側に対する処理方法を実施するに当たって、必要に応じて、ノズルプレート２の表面を何らかの手段によってマスキングして処理を行ってもよい。
【００４１】
【実施例】（実施例１〜４）ポリイミド樹脂シート（宇部興産社製「ユーピレックス」）からなる７５μｍ厚のノズルプレートに、直径６０μｍのノズル穴を１４１μｍの等間隔で１２８個形成し、これを１２８個のインクチャネルを形成したアクチュエータ基板の上面にカバー基板を貼着してなる基板の前面に、表１に示す接着剤を用いて貼着し、インクジェットヘッドを製造した。
【００４２】なお、ノズルプレートを基板の前面に貼着する前に、ノズルプレートに表１に示す通りの処理（ａ）〜（ｃ）を施し、その後、基板の前面へ表１に示す接着剤を用いて貼着した。
【００４３】前進接触角の測定方法は、協和界面化学社製の接触角計「ＣＡ−Ｘ」を使用して、拡張法によりノズルプレートの接触面に対する接着剤の前進接触角を測定した。
【００４４】評価は、製造されたインクジェットヘッドの各インクチャネルからインク吐出を行い、吐出角度曲がりのトラブルの発生頻度を確認し、以下の評価基準により評価した。その結果を表１に示す。
【００４５】
◎：１％未満○：１％以上３％未満×：３％以上【００４６】（比較例１、２）上記実施例に示すものと同様のノズルプレートを、表１に示す接着剤を用いて基板の前面に貼着した。貼着前のノズルプレートには実施例１〜４に示す処理は行わず、製造されたインクジェットヘッドを上記同様に評価した。その結果を表１に示す。
【００４７】なお、表中の処理方法（ａ）〜（ｃ）は以下の通りである。
【００４８】処理方法（ａ）
ガラス製の器にジメチルジエトキシシラン０．１ｍｌを入れたものと処理を行うノズルプレートとを、容量が約５Ｌの蓋付きのステンレス容器に入れ、ステンレスの容器ごと１００℃の加熱炉に入れ、１時間の処理を行った。
【００４９】処理方法（ｂ）
０．１％トルエン溶液を作成し、これをノズルプレートの裏面にスプレー塗布で約５μｌ／ｃｍ2のコーティングを行い、乾燥空気中でトルエン溶媒の乾燥を行った。
【００５０】処理方法（ｃ）
アネルバ社製の真空プラズマ装置「ＤＥＭ４５１」を使用し、真空度１０Ｐａの条件で、出力２００Ｗ、１３．５６ＭＨｚの高周波電源を使用して、２分間の処理を行った。ノズルプレートの表面にはカプトンテープでマスキングして、ノズルプレートの裏面に対して上記条件でプラズマ処理を実施した。
【００５１】
【表１】
【００５２】
【発明の効果】本発明によれば、接着剤を用いてノズルプレートを基板に貼着する場合に、余剰の接着剤がノズル穴の内部に浸入することにより発生するトラブルを防止することの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ができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１２７０
【氏名又は名称】コニカミノルタホールディングス株式会社
【住所又は居所】東京都千代田区丸の内一丁目６番１号
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| 【出願日】 |
平成１４年５月２３日（２００２．５．２３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１０１３４０
【弁理士】
【氏名又は名称】丸山 英一
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| 【公開番号】 |
特開２００３−３４１０７２（Ｐ２００３−３４１０７２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年１２月３日（２００３．１２．３） |
| 【出願番号】 |
特願２００２−１４９７５８（Ｐ２００２−１４９７５８） |
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