JP4123904B2

JP4123904B2 - Nozzle plate manufacturing method

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Publication number: JP4123904B2
Application number: JP2002328221A
Authority: JP
Inventors: 弓子大橋; 敦伊藤; 靖功小林; 毅江口; 敏也松山
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2002-11-12
Filing date: 2002-11-12
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2022-11-12
Also published as: JP2004160786A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属プレートにインク噴射用のノズル孔を形成すると共に、その金属プレート表面に撥水膜を形成してなるノズルプレートの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、インクジェット方式のプリンタに用いられるインクジェットヘッドが知られている。インクジェットヘッドは、インク加圧室内においてインクに圧力を作用させるための圧電素子が設けられた基板に、インクを外部に導くためのインク流路形成部材が積層されたヘッド本体と、そのヘッド本体表面に固着されたインクを噴射するためのノズル孔を備えるノズルプレートと、から構成されている。
【０００３】
このような構成のインクジェットヘッドは、圧電素子にてインクに圧力を作用させ、インクをインク流路形成部材内のインク流路に押し出すことで、ノズルプレートのノズル孔から被印刷媒体に向けて微細なインク滴を高速で噴射する。
ところで、インクジェット方式のプリンタにおいて高精度の印刷を行うためには、ノズル孔内に形成されるメニスカスの形状を適切に制御する必要がある。メニスカス制御が必要であるのは、メニスカスの形状により噴射する液滴の大きさや、噴射方向が変化するからである。したがって、従来より、ノズルプレートを精密に加工して適切なメニスカスを得ることで、インクジェット方式のプリンタの性能を向上させるための技術が種々開発されている。
【０００４】
ノズル孔の形成技術としては、例えば、ノズルプレートを、細径部の先端が錐状に突出した漏斗形状のポンチで突くことで、ノズルプレート内部に孔形状を形成した後、インク噴射側のノズルプレート突出部を研磨して孔をあけ仕上げる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、ノズル孔から溢れ出たインクや、ノズルプレートに付着したインクミストは、ノズルプレート上に次第に蓄積してインク溜まりを形成し、そのインク溜まりがメニスカスに悪影響を与えてインクの噴射精度を悪化させるので、従来では、ノズルプレート表面に、撥水膜を形成するなどしている。
【０００６】
そして、この撥水膜を形成する技術としては、例えば、ノズル孔のインク噴射方向端部に位置するノズル孔細径部を除くノズル孔内部に樹脂を充填した後、めっき処理を施すことにより、ノズルプレート表面及び樹脂により充填されていないノズル孔細径部内面に、撥水膜（撥インク膜）を形成する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
この他、特許文献３には、ノズルプレートの裏面側に親水性の材料から成る親水性膜を形成した後、その親水性膜をマスクとしてノズルプレートの表面側に撥水性の材料から成る撥水性膜を形成する技術が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−２８９２１１号公報
【特許文献２】
特開２００１−１８３９８号公報
【特許文献３】
特開平９−８５９５６号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の撥水膜形成技術では、ノズル孔にレジストとしての樹脂を精度よく充填することができなかったり、マスクとしての親水性膜形成を精度よく行うことができないため、ノズル孔付近の撥水膜の形成にばらつきが生じ、その結果、各ノズル孔について所望のインク噴射特性を得ることができなかった。
【００１０】
つまり、従来では、撥水膜をノズルプレートに適切に形成することができないため、高精度にノズルプレートを製造することが困難であった。
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、撥水膜の形成を適切に制御して、高性能なノズルプレートを製造可能にすることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、金属プレートにインク噴射用のノズル孔を形成すると共に、その金属プレート表面に撥水膜を形成してなるノズルプレートの製造方法であって、金属プレートを変形させて、その金属プレート表面におけるノズル孔の形成対象位置に中空状の凸部を形成する凸部形成工程と、凸部形成工程終了後、金属プレート裏面に、絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、絶縁膜形成工程終了後、金属プレート表面の凸部を研削して、インク噴射用の上記ノズル孔を形成するノズル孔形成工程と、ノズル孔形成工程終了後、金属プレート表面に、電解めっき処理を施すことにより、撥水膜を形成する撥水膜形成工程と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
請求項１に記載のノズルプレートの製造方法によれば、金属プレート表面に形成した中空状の凸部を、金属プレート裏面に絶縁膜を形成した後に研削し、インク噴射用のノズル孔を形成するから、金属プレート表面とノズル孔内面に形成した絶縁膜の端面とを一致させて滑らかに接続することができる。つまり、このノズルプレートの製造方法によれば、金属プレートに形成された複数のノズル孔の夫々に、適切な絶縁膜を形成することができ、そのノズル孔端部に形成される絶縁膜にノズル孔毎のばらつきが生じるのを低減することができる。
【００１３】
例えば、金属プレートにノズル孔を形成した後、金属プレート裏面に絶縁膜を形成すると、金属プレート表面近傍におけるノズル孔内面に絶縁膜を精度よく形成することが困難であるため、電解めっき時に、不要な箇所に撥水膜が形成されるなどして、ノズル孔周囲に精度よく適切に撥水膜を形成することができない。したがって、各ノズル孔において所望のインク噴射特性を得ることができない。
【００１４】
一方、本発明によれば、金属プレート表面と絶縁膜が形成されたノズル孔内面とを滑らか接続することができるから、各ノズル孔周囲に撥水膜を精度よく所望の状態に形成することができ、各ノズル孔において適切なメニスカスを得ることが可能となる。したがって、本発明の製造方法にてノズルプレートを作製すれば、各ノズル孔について適切なインク噴射特性を得ることができ、高性能なノズルプレートを作製することができる。結果、本発明のノズルプレートを用いてインクジェットヘッドを形成すれば、そのインクジェットヘッドの性能を従来と比較して向上させることができる。
【００１５】
尚、凸部形成工程では、金属プレート裏面におけるノズル孔の形成対象位置をポンチで突くなどして金属プレートを変形させて、その金属プレート表面におけるノズル孔の形成対象位置に凸部を形成すればよい。このように金属プレートを変形させれば、金属プレート裏面には凹部が形成され、金属プレート表面には中空状の凸部が形成される。
【００１６】
また、請求項１に記載のノズルプレートの製造方法においては、請求項２に記載のように、絶縁膜形成工程にて形成する絶縁膜の膜厚を、撥水膜形成工程にて形成する撥水膜の膜厚と同等、若しくは、それ以上にするのが好ましい。
請求項２に記載のように、絶縁膜形成工程にて形成する絶縁膜の膜厚を、撥水膜の膜厚と同等、若しくは、それ以上にすると、絶縁膜が被覆されたノズル孔内面よりそのノズル孔軸中心方向に、撥水膜が張り出すことがない。
【００１７】
つまり、電解めっき処理時には、撥水膜を構成するめっきが等方成長していくため、形成すべき撥水膜の膜厚よりも絶縁膜の膜厚が小さいと、金属プレート表面に沿って成長するめっきが、ノズル孔内面に形成された絶縁膜よりそのノズル孔軸中心方向に突出する。突出した撥水膜は外部衝撃等により欠けやすく、撥水膜が欠けると、インクの噴射口の形状が変化することになる。したがって、撥水膜がノイズ孔内面より張り出すと、インクの噴射精度が悪化する。
【００１８】
請求項２に記載のようにすれば、ノズル孔軸中心方向に撥水膜が張り出すのを防止することができるので、張り出した撥水膜が欠けることによってインクの噴射精度が悪化するのを防止することができ、結果としてインクジェットヘッドの性能を向上させることができる。
【００１９】
また、請求項１又は請求項２に記載のノズルプレートの製造方法における絶縁膜形成工程では、絶縁膜として、例えば、二酸化ケイ素の薄膜を形成すると良い。尚、絶縁膜形成の際には、不純物の含まれない純度の高い二酸化ケイ素の薄膜を形成してもよいが、請求項３に記載のようにするのが、一層好ましい。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のノズルプレートの製造方法において、絶縁膜形成工程で、絶縁膜として、炭素を含有する二酸化ケイ素の薄膜を形成することを特徴とする。
二酸化ケイ素は、ノズルプレート裏面を被覆する際に、よく用いられるものであるが、純度の高い二酸化ケイ素の薄膜は、脆いといった性質を有することから、ノズル孔を研削により形成する際に剥離する可能性がある。そのような剥離が発生すると、各ノズル孔において、所望のインク噴射特性が得られなくなり、インクジェットヘッドの性能を効果的に向上させることができなくなる可能性がある。
【００２１】
一方、低温（例えば、１５０℃）でＣＶＤ法を用いて絶縁膜形成を行うなどして、請求項３に記載のように、炭素を含有する二酸化ケイ素の薄膜を形成すれば、その絶縁膜の応力を小さくすることができて、ノズル孔形成時に絶縁膜が剥離するのを抑制することができる。したがって、請求項３に記載のノズルプレートの製造方法によれば、インクジェットヘッドの性能を効果的に向上させることができる。
【００２２】
ところで、請求項１に記載のノズルプレートの製造方法によらなくとも、請求項４に記載のようにノズルプレートを製造すれば、請求項１に記載の発明と同様の効果を得ることが可能である。
請求項４に記載の発明は、金属プレートにインク噴射用のノズル孔を形成すると共に、その金属プレート表面に撥水膜を形成してなるノズルプレートの製造方法であって、金属プレートを変形させて、その金属プレート表面におけるノズル孔の形成対象位置に中空状の凸部を形成する凸部形成工程と、凸部形成工程終了後、金属プレート裏面に、その金属プレートとは酸化条件の異なる金属膜を形成する金属膜形成工程と、金属膜形成工程終了後、金属プレート表面の凸部を研削して、インク噴射用のノズル孔を形成するノズル孔形成工程と、ノズル孔形成工程終了後、金属プレート裏面に形成された金属膜を酸化させて、酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、酸化膜形成工程終了後、金属プレート表面に、電解めっき処理を施すことにより、撥水膜を形成する撥水膜形成工程と、を含むことを特徴とする。
【００２３】
請求項４に記載のノズルプレートの製造方法によれば、凸部形成工程終了後、金属プレート裏面に、その金属プレートとは酸化条件の異なる金属膜を形成し、ノズル孔形成工程終了後、その金属プレート裏面に形成した金属膜を酸化させることにより、絶縁性を有する酸化膜を形成するので、撥水膜形成工程直前においては、請求項１に記載のノズルプレートの製造方法と同様に、金属プレート表面とノズル孔内面に形成した絶縁性の酸化膜の端面とを一致させて滑らかに接続することができる。つまり、このノズルプレートの製造方法によれば、金属プレートに形成された複数のノズル孔の夫々に、適切な絶縁膜を形成することができる。
【００２４】
したがって、本発明によれば、各ノズル孔周囲に撥水膜を精度よく形成することができ、各ノズル孔において適切なインク噴射特性を得ることができる。結果、本発明によれば、高性能なノズルプレートを作製することができ、このノズルプレートを用いてインクジェットヘッドを形成すれば、インクジェットヘッドの性能を向上させることができる。
【００２５】
尚、凸部形成工程では、金属プレート裏面におけるノズル孔の形成対象位置をポンチで突くなどして金属プレートを変形させて、その金属プレート表面におけるノズル孔の形成対象位置に凸部を形成すればよい。このように金属プレートを変形させれば、金属プレート裏面には凹部が形成され、金属プレート表面には中空状の凸部が形成される。
【００２６】
また、請求項４に記載のノズルプレートの製造方法においては、請求項５に記載のように、金属膜形成工程にて形成する金属膜の膜厚を、撥水膜形成工程にて形成する撥水膜の膜厚と同等、若しくは、それ以上にするのが好ましい。
請求項５に記載のように、金属膜形成工程にて形成する金属膜の膜厚を、撥水膜の膜厚と同等以上にすると、撥水膜形成工程時に、酸化された金属膜（即ち、酸化膜）が被覆されたノズル孔内面よりそのノズル孔軸中心方向に、撥水膜が張り出すことがない。
【００２７】
電解めっき処理時には、撥水膜を構成するめっきが等方成長していくため、形成すべき撥水膜の膜厚よりも金属膜の膜厚が小さいと、金属プレート表面に沿って成長するめっきが、ノズル孔内面に形成された酸化膜よりそのノズル孔軸中心方向に突出する。突出した撥水膜は外部衝撃等により欠けやすく、撥水膜が欠けると、インクの噴射口の形状が変化することになる。
【００２８】
請求項５に記載のノズルプレートの製造方法によれば、撥水膜が突出しないので、撥水膜が欠けることによってインクの噴射精度が悪化するのを防止することができ、結果としてインクジェットヘッドの性能を向上させることができる。
この他、請求項４又は請求項５に記載のノズルプレートの製造方法においては、請求項６に記載のように、金属プレートをステンレス製にし、金属膜形成工程で、上記金属膜として、タンタル膜若しくは銅膜を形成するのが良い。
【００２９】
金属プレートとして耐腐食性のあるステンレスを用いれば、大気中で上記金属膜としてのタンタル膜若しくは銅膜を加熱する程度で、金属プレートに悪影響を与えることなく、その金属膜を選択的に酸化させて、金属膜に絶縁性を付与することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例として、プリンタ等に用いられるインクジェットヘッド１のヘッド本体３表面に装着されるノズルプレート１０の構成及びその製造方法を、図面とともに説明する。尚、図１は、第一実施例のノズルプレート１０の断面構成を概略的に表す概略断面図である。また、図２は、ノズルプレート１０の概略正面図である。
【００３１】
図１及び図２に示すように、本実施例のノズルプレート１０は、ステンレス製の基板１１に、インク噴射用のノズル孔１３が複数個形成された構成にされている。ノズル孔１３は、ヘッド本体３のインク流路４に対応する位置に形成されており、ノズルプレート１０の裏面は、ヘッド本体３のインク流路４とノズル孔１３とが連通するようにして、ヘッド本体３に接着剤５にて接着されている。尚、ヘッド本体３は、インク加圧室からノズル孔１３までのインク流路４を形成するインク流路形成部材とインクを加圧するための圧電素子（図示せず）とを備える周知の構成であるため、ここでは、その具体的な構成に関する説明を省略することにする。
【００３２】
図１に示すように、ノズルプレート１０の裏面には、絶縁膜１５として、親水性を示す二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）の薄膜がノズル孔１３内面を含むノズルプレート１０の裏面全体に形成されている。具体的に、本実施例におけるノズルプレート１０では、厚さ５０〜７５μｍの基板１１に対して、膜厚０．３〜５μｍ程度の絶縁膜１５が形成されている。また、ノズルプレート１０の表面には、撥水膜１７として、フッ素を含有する共析めっき膜が、上記絶縁膜１５と等しい膜厚で形成されている。
【００３３】
このような構成のノズルプレート１０は、ヘッド本体３が備える圧電素子の振動により、ヘッド本体３のインク流路４から押し出されてくるインクを、ノズル孔１３の内部に取り込み、それをノズル孔１３先端の噴射口１４からノズルプレート１０の表面より外側に噴射する。この噴射により、被印刷媒体には、インクによる画像が形成される。
【００３４】
ところで、このノズルプレート１０は、図３に示すように、凸部形成工程、絶縁膜形成工程、ノズル孔形成工程、撥水膜形成工程、などを経て作製される。尚、図３は、第一実施例のノズルプレート１０の製造方法を示す説明図である。具体的に、図３（ａ）は、凸部形成工程終了後の基板１１周囲の断面構成を表す概略断面図であり、図３（ｂ）は、絶縁膜形成工程終了後の基板１１周囲の断面構成を表す概略断面図である。また、図３（ｃ）は、ノズル孔形成工程終了後の基板１１周囲の断面構成を表す概略断面図であり、図３（ｄ）は、撥水膜形成工程終了後の基板１１周囲の断面構成を表す概略断面図である。
【００３５】
ノズルプレート１０の製造には、導電性皮膜を形成しなくても電解めっきが形成可能なステンレス製で平板状の金属プレートを基板１１として用いる。そして、まず最初に、基板１１裏面におけるノズル孔１３の形成対象位置をポンチで突いて、基板１１を変形させることにより、基板１１裏面に、非貫通のノズル孔１３としての凹部２１ｂを形成し、それに対応する基板１１表面のノズル孔形成対象位置に、中空状の凸部２１ａを形成する（凸部形成工程）。
【００３６】
尚、図３（ａ）示すように、本実施例では、凹部２１ｂ内径が、凸部２１ａ先端側の細径部２２から反対側の端部に向けて大径となるように、基板１１裏面を変形させて、基板１１表面に凸部２１ａを形成している。また、凸部形成工程の最後には、基板１１全面を超音波等で洗浄する。
【００３７】
このようにして基板１１表面に凸部２１ａを形成した後には、凸部２１ａ裏面である凹部２１ｂ内面を含む基板１１裏面の全体に、炭素を含有する二酸化ケイ素の薄膜からなる絶縁膜１５を形成する（絶縁膜形成工程）。尚、絶縁膜１５は、周知のＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法，ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いたドライ成膜、あるいはウェット成膜にて形成することが可能である。
【００３８】
尚具体的にＣＶＤ法を採用する場合には、原料ガスとなるテトラエトキシオルソシリケート（化学式はＳｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₄である。以下「ＴＥＯＳ」と記す。）と、アルゴン（Ａｒ）との混合ガス雰囲気で、低温（本実施例では１５０度）にて膜形成を行うことにより、絶縁膜１５として、炭素を含有する二酸化ケイ素の薄膜を基板１１裏面に形成することが可能である。
【００３９】
このような絶縁膜を形成する際には、一般的に、ＴＥＯＳ及び酸素ガスを用いて高温環境下（例えば３００度）で膜形成を行うが、高温で膜形成を行うと、絶縁耐性は高いが膜応力の高い二酸化ケイ素膜が形成されてしまう。本実施例では、上述のように低温で処理することにより、膜応力の小さい二酸化ケイ素の薄膜を絶縁膜１５として形成し、これによりノズル孔形成工程時に絶縁膜１５が剥離しないようにしている。尚、このように低温で絶縁膜１５を形成した場合の絶縁耐性は、２〜３ＭＶ/ｃｍ程度である。
【００４０】
この絶縁膜形成工程終了後には、基板１１表面に突出させた凸部２１ａを、周知の技法で機械的に研削してノズル孔１３を形成する（ノズル孔形成工程）。そして、このノズル孔形成工程終了後には、フッ素樹脂の微粒子を含む電解めっき液に基板１１を浸しつつ、基板１１を電極として、電解めっき処理を施すことにより、基板１１の表面に、フッ素含有の共析めっき膜を、撥水膜１７として形成する（撥水膜形成工程）。
【００４１】
尚、このような撥水膜１７は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）の分子が分散された電解めっき液としてのニッケルめっき液にノズル孔１３を形成した基板１１を浸し、上記絶縁膜１５としての二酸化ケイ素の薄膜をマスクとして電解めっき処理を行うことにより、基板１１表面に選択的に形成することが可能である。
【００４２】
また、共析めっき膜からなる撥水膜１７は等方成長することから、本実施例では、この撥水膜形成工程時に、上記絶縁膜形成工程で凸部２１ａ裏面（即ち、凹部２１ｂ内面）に形成した絶縁膜１５と同等の膜厚の撥水膜１７を形成している。本実施例では、このように撥水膜１７の膜厚を調整することで、撥水膜１７がノズル孔１３内面よりノズル孔軸中心方向に張り出さない（オーハーハングしない）ようにしている。
【００４３】
この撥水膜形成工程が完了すると、ノズルプレート１０は完成する。また完成したノズルプレート１０は、ヘッド本体３表面に接着剤５（エポキシ系接着剤など）で固定される。
以上、第一実施例のノズルプレート１０の構成及びノズルプレート１０の製造方法について説明したが、第一実施例のノズルプレート１０の製造方法によれば、金属プレートとしての基板１１表面に形成した中空状の凸部２１ａを、基板１１裏面に絶縁膜１５を形成した後に研削して、インク噴射用のノズル孔１３を形成するから、基板１１表面とノズル孔１３内面に形成した絶縁膜１５の端面とを一致させて滑らかに接続することができる。つまり、撥水膜１７の形成時にマスクとして機能する絶縁膜１５を精度よくノズル孔１３の内面に形成することができる。
【００４４】
したがって、第一実施例のノズルプレート１０の製造方法によれば、撥水膜形成工程時に、撥水膜１７としての共析めっき膜が不要な箇所に形成されるのを防止することができ、ノズルプレート１０に形成した複数のノズル孔１３の夫々に対して適切な撥水膜１７を形成することができる。
【００４５】
この結果、各ノズル孔１３について、所望のインク噴射特性を得ることができ、各ノズル孔１３に対する撥水膜１７の形成にばらつきが生じることによりノズル孔１３のインク噴射特性が、不均一になるのを抑制することができる。よって、本実施例によれば、高性能なノズルプレート１０を作製することができ、ノズルプレート１０を用いてインクジェットヘッド１を形成すれば、そのインクジェットヘッド１の性能を向上させることができる。
【００４６】
また、従来のように、撥水膜形成工程前にノズル孔を樹脂で充填してレジスト形成を行わなくとも、簡単に精度よく撥水膜１７を形成することができるから、少ない工程で安価且つ高精度にノズルプレート１０を作製することができて、安価で高性能なインクジェットヘッド１を提供することができる。
【００４７】
その他、第一実施例においては、絶縁膜形成工程にて形成する絶縁膜１５の膜厚を、撥水膜形成工程にて形成する撥水膜１７の膜厚と同一にしているから、絶縁膜１５が被覆されたノズル孔１３内面よりそのノズル孔軸中心方向に、撥水膜１７が張り出すことがない。したがって本実施例によれば、張り出した撥水膜１７が外部衝撃等により欠けるといった問題が発生しにくく、撥水膜１７が欠けることにより、インクの噴射口１４の形状が変化し、インクの噴射精度が悪化するのを防止することができる。
【００４８】
また本実施例では、絶縁膜１５として、炭素を含有する二酸化ケイ素の薄膜を形成しているので、純度の高い二酸化ケイ素の薄膜を形成する場合よりも、膜応力を小さくすることができ、結果、ノズル孔１３を研削により形成する際に絶縁膜１５が剥離するのを効果的に抑制することができる。
【００４９】
また、ヘッド本体３側のインク流路形成部材は、腐食しにくいステンレス材で構成されていることが多く、従来では接着剤５にてノズルプレート１０の裏面とヘッド本体３とを接着するとステンレス材同士の接着のため十分な接着強度が得られないといった問題があったが、本実施例によれば、ノズルプレート１０の裏面に二酸化ケイ素の薄膜が絶縁膜１５として形成されているので、ノズルプレート１０の裏面と、ヘッド本体３とを接着する際に、良好な接着強度が得られ、インクジェットヘッド１の耐久性を効果的に向上させることができる。
【００５０】
尚、第一実施例では、絶縁膜形成工程にて形成する絶縁膜１５の膜厚を、撥水膜形成工程にて形成する撥水膜１７の膜厚以上にしても構わない。このようにしても、撥水膜１７がノズル孔１３内面からノズル孔軸方向中心に張り出すのを防止することができる。また、絶縁膜１５は、必ずしも二酸化ケイ素の薄膜で構成する必要はなく、例えば、金属膜を酸化させて絶縁膜を基板裏面に形成してもよい。
【００５１】
以下、金属膜３１を酸化させて絶縁膜３３を形成する第二実施例のノズルプレート３０の製造方法について説明する。尚、図４は、第二実施例のノズルプレート３０の製造方法を表す説明図である。第二実施例で製造されるノズルプレート３０は、基板１１裏面の絶縁膜３３が、金属膜３１を酸化させた酸化膜であることを除けば、概ね第一実施例のノズルプレート１０の構成と同一である。したがって、第二実施例については、ノズルプレート３０の構成に関する詳細な説明を省略することにし、その製造方法のみを図４を用いて説明することにする。
【００５２】
図４に示すように、第二実施例では、凸部形成工程と、金属膜形成工程と、ノズル孔形成工程と、酸化膜形成工程と、撥水膜形成工程と、を経て、ノズルプレート３０を作製している。尚、図４（ａ）は、凸部形成工程終了後の基板１１周囲の断面構成を表す概略断面図であり、図４（ｂ）は、金属膜形成工程終了後の基板１１周囲の断面構成を表す概略断面図である。また、図４（ｃ）は、ノズル孔形成工程終了後の基板１１周囲の断面構成を表す概略断面図であり、図４（ｄ）は、酸化膜形成工程終了後の基板１１周囲の断面構成を表す概略断面図であり、図４（ｅ）は、撥水膜形成工程終了後の基板１１周囲の断面構成を表す概略断面図である。
【００５３】
第二実施例では、第一実施例と同様に、ステンレス製の金属プレートを基板１１として用い、その基板１１裏面におけるノズル孔１３の形成対象位置をポンチで突いて、基板１１を変形させることにより、基板１１裏面に、非貫通のノズル孔１３としての凹部２１ｂを形成し、それに対応する基板１１表面のノズル孔形成対象位置に、中空状の凸部２１ａを形成する（凸部形成工程）。また、凸部形成工程の最後には、基板１１全面を超音波等で洗浄する。
【００５４】
また、この凸部形成工程終了後には、基板１１と比較して酸化しやすい金属（即ち酸化条件の緩い金属）を用い、凸部２１ａ裏面（即ち、凹部２１ｂ内面）を含む基板１１裏面の全体に、ドライ成膜処理や、電解めっき処理などのウェット成膜処理を施して、金属膜３１を形成する（金属膜形成工程）。
【００５５】
尚、この金属膜形成工程では、形成する金属膜３１の膜厚を、撥水膜形成工程にて形成する撥水膜１７の膜厚と同一にする。また、この金属膜形成工程では、基板１１の裏面に、金属膜３１としてのタンタル（Ｔａ）膜、銅（Ｃｕ）膜を形成することで、後に、そのタンタル膜、銅膜を選択的に酸化させることができるようにしている。
【００５６】
このようにして金属膜３１を基板１１裏面に形成した後には、基板１１表面に突出させた凸部２１ａを、周知の技法で機械的に研削してインク噴射用のノズル孔１３を形成する（ノズル孔形成工程）。そして、ノズル孔形成工程終了後には、基板１１を、４００〜５００℃の大気中で熱することにより、基板１１裏面の金属膜３１を酸化させて、絶縁膜３３としての酸化膜（酸化タンタル膜、酸化銅膜）をノズル孔１３内面を含む基板１１裏面に形成する（酸化膜形成工程）。
【００５７】
また、この酸化膜形成工程終了後には、フッ素樹脂の微粒子を含む電解めっき液に基板１１を浸しつつ、基板１１を電極として、電解めっき処理を施すことにより、基板１１表面に、フッ素含有の共析めっき膜を、撥水膜１７として形成する（撥水膜形成工程）。
【００５８】
尚、このような撥水膜１７は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）の分子が分散された電解めっき液としてのニッケルめっき液にノズル孔１３を形成した基板１１を浸し、上記絶縁膜３３としての酸化膜をマスクとして電解めっき処理を行うことにより、基板１１表面に選択的に形成することが可能である。
【００５９】
また、共析めっき膜からなる撥水膜１７は等方成長することから、この撥水膜形成工程では、上記金属膜形成工程で、凸部２１ａ裏面に形成した金属膜３１と同等の膜厚の撥水膜１７を形成している。本実施例では、このように撥水膜１７の膜厚を調整することで、撥水膜１７がノズル孔１３内面よりノズル孔軸中心方向に張り出さないようにしている。
【００６０】
この撥水膜形成工程が完了すると、ノズルプレート３０は完成する。また完成したノズルプレート３０は、ヘッド本体３に接着剤５（エポキシ系接着剤など）で固定される。
以上、第二実施例のノズルプレート３０の製造方法について説明したが、第二実施例のノズルプレート３０の製造方法によれば、凸部形成工程終了後、基板１１裏面に、基板１１とは酸化条件の異なる金属膜３１としてタンタル膜、銅膜などを形成し、ノズル孔形成工程終了後、その基板１１裏面に形成した金属膜３１を酸化させることにより、絶縁性を有する酸化膜を絶縁膜３３として形成するので、撥水膜形成工程直前においては、第一実施例のノズルプレート１０の製造方法と同様に、基板１１表面とノズル孔１３内面に形成した絶縁膜３３の端面とを一致させて滑らかに接続することができる。
【００６１】
つまり、このノズルプレート３０の製造方法によれば、基板１１に形成した複数のノズル孔１３の夫々に、適切な絶縁膜３３を形成することができる。したがって、第二実施例のノズルプレート３０の製造方法によれば、各ノズル孔１３の周囲に撥水膜１７を精度よく形成することができ、各ノズル孔１３において適切なインク噴射特性を得ることができる。
【００６２】
結果、第二実施例の製造方法でノズルプレート３０を作製すれば、高性能なノズルプレートを作製することができて、それをヘッド本体３に接着してインクジェットヘッドを形成すれば、インクジェットヘッドの性能を従来と比較して向上させることができる。
【００６３】
また、このノズルプレート３０の製造方法においては、金属膜形成工程にて形成する金属膜３１の膜厚を、撥水膜形成工程にて形成する撥水膜１７の膜厚と同一にしているから、ノズル孔１３内面に形成された絶縁膜（酸化膜）３３よりそのノズル孔軸中心方向に撥水膜１７としての共析めっき膜が張り出すことがなく、撥水膜１７が欠けることによってインクの噴射精度が悪化するのを防止することができる。
【００６４】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明のノズルプレートの製造方法は、上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
例えば、第一実施例では、二酸化ケイ素をＣＶＤ析出させる方法を示したが、絶縁膜としては、Ｓｉ₃Ｎ₄（窒化ケイ素）などの窒化物や、Ａｌ₂Ｏ₃などの酸化物でも良く、析出方法としては、蒸着や、スパッタ法でも良い。また、第二実施例では、金属膜形成工程にて形成する金属膜３１の膜厚を、撥水膜形成工程にて形成する撥水膜１７の膜厚と同一にしたが、第一実施例と同様、金属膜形成工程にて形成する金属膜３１の膜厚を、撥水膜形成工程にて形成する撥水膜１７の膜厚以上にしても構わない。
【００６５】
この他、基板１１裏面に形成する金属膜３１としてタンタル膜、銅膜を例に挙げたが、その他の酸化しやすい金属を用いて、基板１１裏面に金属膜３１を形成しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一実施例のノズルプレート１０の断面構成を概略的に表す概略断面図である。
【図２】ノズルプレート１０の概略正面図である。
【図３】第一実施例のノズルプレート１０の製造方法を表す説明図である。
【図４】第二実施例のノズルプレート３０の製造方法を表す説明図である。
【符号の説明】
１…インクジェットヘッド、３…ヘッド本体、４…インク流路、５…接着剤、１０，３０…ノズルプレート、１１…基板、１３…ノズル孔、１４…噴射口、１５，３３…絶縁膜、１７…撥水膜、２１ａ…凸部、２１ｂ…凹部、２２…細径部、３１…金属膜[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing a nozzle plate in which nozzle holes for ink ejection are formed in a metal plate and a water repellent film is formed on the surface of the metal plate.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, ink jet heads used for ink jet printers are known. An ink jet head includes a head main body in which an ink flow path forming member for guiding ink to the outside is laminated on a substrate provided with a piezoelectric element for applying pressure to ink in an ink pressurizing chamber, and a surface of the head main body And a nozzle plate having nozzle holes for ejecting the ink fixed to the nozzle plate.
[0003]
The ink jet head having such a configuration is configured such that a pressure is applied to ink by a piezoelectric element and the ink is pushed out to an ink flow path in an ink flow path forming member, thereby finely moving from the nozzle hole of the nozzle plate toward the print medium. Ink droplets at high speed.
Incidentally, in order to perform high-precision printing in an ink jet printer, it is necessary to appropriately control the shape of the meniscus formed in the nozzle hole. The reason why meniscus control is necessary is that the size of the droplets to be ejected and the ejection direction vary depending on the shape of the meniscus. Therefore, conventionally, various techniques for improving the performance of an ink jet printer have been developed by precisely processing a nozzle plate to obtain an appropriate meniscus.
[0004]
As a technique for forming the nozzle hole, for example, the nozzle plate is formed with a funnel-shaped punch with a tip of a small-diameter portion protruding in a cone shape to form a hole shape inside the nozzle plate, and then the nozzle on the ink ejection side A technique is known in which a plate protrusion is polished to make a hole (see, for example, Patent Document 1).
[0005]
Ink overflowing from the nozzle holes and ink mist adhering to the nozzle plate gradually accumulates on the nozzle plate to form an ink reservoir, which adversely affects the meniscus and deteriorates ink ejection accuracy. Therefore, conventionally, a water-repellent film is formed on the surface of the nozzle plate.
[0006]
And, as a technique for forming this water-repellent film, for example, by filling the resin inside the nozzle hole excluding the nozzle hole narrow diameter portion located at the end of the nozzle hole in the ink ejection direction, by performing plating treatment, A technique for forming a water repellent film (ink repellent film) on the nozzle plate surface and the inner surface of the nozzle hole narrow diameter portion not filled with resin is known (for example, see Patent Document 2).
[0007]
In addition, in Patent Document 3, a hydrophilic film made of a hydrophilic material is formed on the back surface side of the nozzle plate, and then the water repellency made of a water-repellent material is formed on the surface side of the nozzle plate using the hydrophilic film as a mask. A technique for forming a film is disclosed.
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2000-289211 A
[Patent Document 2]
JP 2001-18398 A
[Patent Document 3]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-85556
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional water-repellent film forming technique cannot accurately fill the nozzle hole with a resin as a resist, or cannot accurately form a hydrophilic film as a mask. Variations in the formation of the water film occurred, and as a result, desired ink ejection characteristics could not be obtained for each nozzle hole.
[0010]
That is, conventionally, since the water-repellent film cannot be appropriately formed on the nozzle plate, it has been difficult to manufacture the nozzle plate with high accuracy.
The present invention has been made in view of these problems, and an object of the present invention is to enable production of a high-performance nozzle plate by appropriately controlling the formation of a water-repellent film.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, the invention according to claim 1 is a method of manufacturing a nozzle plate in which a nozzle hole for ink ejection is formed in a metal plate and a water repellent film is formed on the surface of the metal plate. The metal plate is deformed to form a hollow convex portion at the nozzle hole formation target position on the surface of the metal plate, and after the convex portion forming step is finished, the metal plate back surface is insulated. Insulating film forming step for forming a film, and after completion of the insulating film forming step, the convex portion of the metal plate surface is ground to form the nozzle hole for ink ejection, and after the nozzle hole forming step is completed And a water repellent film forming step of forming a water repellent film by subjecting the surface of the metal plate to electrolytic plating.
[0012]
According to the method for manufacturing a nozzle plate according to claim 1, the hollow convex portion formed on the surface of the metal plate is ground after forming the insulating film on the back surface of the metal plate to form the nozzle holes for ink ejection. Therefore, the metal plate surface and the end face of the insulating film formed on the inner surface of the nozzle hole can be matched and smoothly connected. That is, according to this nozzle plate manufacturing method, an appropriate insulating film can be formed in each of the plurality of nozzle holes formed in the metal plate, and the nozzle is formed on the insulating film formed at the end of the nozzle hole. It is possible to reduce the occurrence of variations from hole to hole.
[0013]
For example, if an insulating film is formed on the back side of the metal plate after forming a nozzle hole in the metal plate, it is difficult to accurately form the insulating film on the inner surface of the nozzle hole near the metal plate surface. A water-repellent film cannot be formed accurately and appropriately around the nozzle hole, for example, by forming a water-repellent film at such a location. Therefore, desired ink ejection characteristics cannot be obtained in each nozzle hole.
[0014]
On the other hand, according to the present invention, since the surface of the metal plate and the inner surface of the nozzle hole in which the insulating film is formed can be smoothly connected, the water-repellent film can be accurately formed in a desired state around each nozzle hole. Thus, an appropriate meniscus can be obtained in each nozzle hole. Therefore, if a nozzle plate is produced by the manufacturing method of the present invention, appropriate ink ejection characteristics can be obtained for each nozzle hole, and a high-performance nozzle plate can be produced. As a result, if the ink jet head is formed using the nozzle plate of the present invention, the performance of the ink jet head can be improved as compared with the conventional one.
[0015]
In the convex forming step, if the metal plate is deformed by punching the nozzle hole formation target position on the back surface of the metal plate, the convex part is formed at the nozzle hole forming target position on the metal plate surface. Good. When the metal plate is deformed in this way, a concave portion is formed on the back surface of the metal plate, and a hollow convex portion is formed on the metal plate surface.
[0016]
Further, in the method for manufacturing a nozzle plate according to claim 1, as described in claim 2, the film thickness of the insulating film formed in the insulating film forming step is set to be the repellent thickness formed in the water repellent film forming step. It is preferable to make it equal to or greater than the thickness of the water film.
According to claim 2, when the film thickness of the insulating film formed in the insulating film forming step is equal to or greater than the film thickness of the water repellent film, the inner surface of the nozzle hole covered with the insulating film The water-repellent film does not stick out toward the center of the nozzle hole axis.
[0017]
In other words, during the electrolytic plating process, the plating that forms the water repellent film grows isotropically, so if the insulating film thickness is smaller than the water repellent film thickness to be formed, it grows along the metal plate surface. The plating to be projected protrudes from the insulating film formed on the inner surface of the nozzle hole toward the center of the nozzle hole axis. The protruding water-repellent film is easily chipped due to external impact or the like, and if the water-repellent film is chipped, the shape of the ink ejection port changes. Therefore, when the water repellent film protrudes from the inner surface of the noise hole, the ink ejection accuracy deteriorates.
[0018]
According to the second aspect of the present invention, it is possible to prevent the water repellent film from projecting toward the center of the nozzle hole axis, so that the ink ejection accuracy deteriorates due to the lack of the projecting water repellent film. As a result, the performance of the inkjet head can be improved.
[0019]
Further, in the insulating film forming step in the nozzle plate manufacturing method according to claim 1 or 2, for example, a silicon dioxide thin film may be formed as the insulating film. In forming the insulating film, a high-purity silicon dioxide thin film that does not contain impurities may be formed. However, it is more preferable that the insulating film is formed as described in claim 3.
[0020]
According to a third aspect of the present invention, in the method for manufacturing a nozzle plate according to the first or second aspect, a thin film of silicon dioxide containing carbon is formed as the insulating film in the insulating film forming step. And
Silicon dioxide is often used when coating the back side of the nozzle plate, but the high-purity silicon dioxide thin film is brittle, so it can be peeled off when the nozzle holes are formed by grinding. There is sex. When such peeling occurs, desired ink ejection characteristics cannot be obtained in each nozzle hole, and there is a possibility that the performance of the ink jet head cannot be effectively improved.
[0021]
On the other hand, if a thin film of silicon dioxide containing carbon is formed as described in claim 3 by forming an insulating film using a CVD method at a low temperature (for example, 150 ° C.), the insulating film The stress can be reduced, and the insulating film can be prevented from peeling when the nozzle hole is formed. Therefore, according to the nozzle plate manufacturing method of the third aspect, it is possible to effectively improve the performance of the inkjet head.
[0022]
By the way, even if it is not based on the manufacturing method of the nozzle plate of Claim 1, if a nozzle plate is manufactured as described in Claim 4, it is possible to acquire the effect similar to the invention of Claim 1. is there.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a nozzle plate manufacturing method in which a nozzle hole for ink ejection is formed on a metal plate and a water repellent film is formed on the surface of the metal plate, wherein the metal plate is deformed. The metal plate surface has a convex portion forming step for forming a hollow convex portion at the position where the nozzle hole is to be formed, and after the convex portion forming step is finished, the metal plate has a back surface on which the metal plate has different oxidation conditions. After the metal film forming step for forming a film, the metal film forming step is finished, the convex portion on the surface of the metal plate is ground, the nozzle hole forming step for forming the nozzle holes for ink ejection, and after the nozzle hole forming step is finished, By oxidizing the metal film formed on the back surface of the metal plate to form an oxide film, and after the completion of the oxide film formation process, by subjecting the metal plate surface to electrolytic plating treatment It characterized in that it comprises a water-repellent film forming step of forming a water-repellent film.
[0023]
According to the method for manufacturing a nozzle plate according to claim 4, after completion of the convex forming process, a metal film having a different oxidation condition from that of the metal plate is formed on the rear surface of the metal plate. Since the metal film formed on the back surface of the metal plate is oxidized to form an insulating oxide film, just before the water repellent film forming step, the metal plate is formed in the same manner as in the nozzle plate manufacturing method according to claim 1. The plate surface and the end face of the insulating oxide film formed on the inner surface of the nozzle hole can be matched and smoothly connected. That is, according to this nozzle plate manufacturing method, an appropriate insulating film can be formed in each of the plurality of nozzle holes formed in the metal plate.
[0024]
Therefore, according to the present invention, a water-repellent film can be accurately formed around each nozzle hole, and appropriate ink ejection characteristics can be obtained in each nozzle hole. As a result, according to the present invention, a high-performance nozzle plate can be produced. If an ink jet head is formed using this nozzle plate, the performance of the ink jet head can be improved.
[0025]
In the convex forming step, if the metal plate is deformed by punching the nozzle hole formation target position on the back surface of the metal plate, the convex part is formed at the nozzle hole forming target position on the metal plate surface. Good. When the metal plate is deformed in this way, a concave portion is formed on the back surface of the metal plate, and a hollow convex portion is formed on the metal plate surface.
[0026]
According to a fourth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a nozzle plate, as described in the fifth aspect, the thickness of the metal film formed in the metal film forming step is set to be the same as that of the water repellent film forming step. It is preferable to make it equal to or greater than the thickness of the water film.
If the thickness of the metal film formed in the metal film forming step is equal to or greater than the thickness of the water repellent film, the oxidized metal film (that is, In other words, the water repellent film does not protrude from the inner surface of the nozzle hole coated with the oxide film toward the center of the nozzle hole axis.
[0027]
During electroplating, the plating that forms the water-repellent film grows isotropically, so if the metal film thickness is smaller than the film thickness of the water-repellent film to be formed, the plating grows along the surface of the metal plate Protrudes from the oxide film formed on the inner surface of the nozzle hole toward the center of the nozzle hole axis. The protruding water-repellent film is easily chipped due to external impact or the like, and if the water-repellent film is chipped, the shape of the ink ejection port changes.
[0028]
According to the nozzle plate manufacturing method of the fifth aspect, since the water repellent film does not protrude, it is possible to prevent the ink ejection accuracy from deteriorating due to the lack of the water repellent film. Performance can be improved.
In addition, in the manufacturing method of the nozzle plate according to claim 4 or 5, the metal plate is made of stainless steel as described in claim 6, and the tantalum film is used as the metal film in the metal film forming step. Alternatively, a copper film is preferably formed.
[0029]
If corrosion-resistant stainless steel is used as the metal plate, the metal film can be selectively oxidized without adversely affecting the metal plate by heating the tantalum film or copper film as the metal film in the atmosphere. Thus, insulation can be imparted to the metal film.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, as an embodiment of the present invention, a configuration of a nozzle plate 10 mounted on the surface of a head body 3 of an inkjet head 1 used in a printer or the like and a manufacturing method thereof will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing a cross-sectional configuration of the nozzle plate 10 of the first embodiment. FIG. 2 is a schematic front view of the nozzle plate 10.
[0031]
As shown in FIGS. 1 and 2, the nozzle plate 10 of the present embodiment has a configuration in which a plurality of nozzle holes 13 for ink ejection are formed on a stainless steel substrate 11. The nozzle hole 13 is formed at a position corresponding to the ink flow path 4 of the head main body 3, and the back surface of the nozzle plate 10 is arranged so that the ink flow path 4 of the head main body 3 and the nozzle hole 13 communicate with each other. The head body 3 is bonded with an adhesive 5. The head body 3 has a known configuration including an ink flow path forming member that forms the ink flow path 4 from the ink pressurizing chamber to the nozzle hole 13 and a piezoelectric element (not shown) for pressurizing the ink. For this reason, description of the specific configuration is omitted here.
[0032]
As shown in FIG. 1, on the back surface of the nozzle plate 10, as an insulating film 15, hydrophilic silicon dioxide (SiO 2) ₂ ) Is formed on the entire back surface of the nozzle plate 10 including the inner surface of the nozzle hole 13. Specifically, in the nozzle plate 10 in the present embodiment, the insulating film 15 having a thickness of about 0.3 to 5 μm is formed on the substrate 11 having a thickness of 50 to 75 μm. Further, on the surface of the nozzle plate 10, a eutectoid plating film containing fluorine is formed as a water repellent film 17 with a thickness equal to that of the insulating film 15.
[0033]
The nozzle plate 10 having such a configuration takes ink pushed out from the ink flow path 4 of the head main body 3 into the nozzle hole 13 by the vibration of the piezoelectric element included in the head main body 3, and supplies the ink into the nozzle hole 13. It sprays outside the surface of the nozzle plate 10 from the spray port 14 at the tip. By this ejection, an image of ink is formed on the printing medium.
[0034]
By the way, as shown in FIG. 3, the nozzle plate 10 is manufactured through a convex forming process, an insulating film forming process, a nozzle hole forming process, a water repellent film forming process, and the like. In addition, FIG. 3 is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the nozzle plate 10 of a 1st Example. Specifically, FIG. 3A is a schematic cross-sectional view showing a cross-sectional configuration around the substrate 11 after the convex portion forming process is finished, and FIG. 3B is a diagram around the substrate 11 after the insulating film forming process is finished. It is a schematic sectional drawing showing a cross-sectional structure. FIG. 3C is a schematic cross-sectional view showing a cross-sectional configuration around the substrate 11 after the nozzle hole forming step is finished, and FIG. 3D is a cross-section around the substrate 11 after the water-repellent film forming step is finished. It is a schematic sectional drawing showing a structure.
[0035]
For manufacturing the nozzle plate 10, a flat metal plate made of stainless steel that can be electroplated without forming a conductive film is used as the substrate 11. First, by punching the formation target position of the nozzle hole 13 on the back surface of the substrate 11 and deforming the substrate 11, a recess 21b as a non-penetrating nozzle hole 13 is formed on the back surface of the substrate 11, A hollow convex portion 21a is formed at a nozzle hole formation target position on the surface of the substrate 11 corresponding thereto (convex portion forming step).
[0036]
As shown in FIG. 3 (a), in this embodiment, the inner surface of the concave portion 21b is formed so that the inner diameter of the concave portion 21b increases from the small-diameter portion 22 on the distal end side of the convex portion 21a toward the opposite end portion. Is deformed to form a convex portion 21 a on the surface of the substrate 11. Further, at the end of the convex portion forming step, the entire surface of the substrate 11 is cleaned with ultrasonic waves or the like.
[0037]
After forming the convex portion 21a on the surface of the substrate 11 in this way, the insulating film 15 made of a silicon dioxide thin film containing carbon is formed on the entire back surface of the substrate 11 including the inner surface of the concave portion 21b which is the rear surface of the convex portion 21a. (Insulating film forming step). The insulating film 15 can be formed by dry film formation using a well-known PVD (Physical Vapor Deposition) method, CVD (Chemical Vapor Deposition) method, or wet film formation.
[0038]
When the CVD method is specifically employed, tetraethoxyorthosilicate (chemical formula is Si (OC ₂ H _Five ) _Four It is. Hereinafter referred to as “TEOS”. ) And argon (Ar) in a mixed gas atmosphere at a low temperature (150 degrees in this embodiment), a silicon dioxide thin film containing carbon is formed on the back surface of the substrate 11 as the insulating film 15. It is possible to form.
[0039]
When such an insulating film is formed, the film is generally formed in a high temperature environment (for example, 300 degrees) using TEOS and oxygen gas. However, when the film is formed at a high temperature, the insulation resistance is high. However, a silicon dioxide film having a high film stress is formed. In the present embodiment, the silicon dioxide thin film having a small film stress is formed as the insulating film 15 by processing at a low temperature as described above, thereby preventing the insulating film 15 from being peeled off during the nozzle hole forming step. The insulation resistance when the insulating film 15 is formed at such a low temperature is about 2 to 3 MV / cm.
[0040]
After the insulating film forming step is finished, the protruding portion 21a protruded from the surface of the substrate 11 is mechanically ground by a known technique to form the nozzle hole 13 (nozzle hole forming step). After the nozzle hole forming step is completed, the substrate 11 is immersed in an electrolytic plating solution containing fluororesin fine particles, and the substrate 11 is used as an electrode to perform an electrolytic plating process. A eutectoid plating film is formed as the water repellent film 17 (water repellent film forming step).
[0041]
Such a water-repellent film 17 is obtained by immersing the substrate 11 having the nozzle holes 13 in a nickel plating solution as an electrolytic plating solution in which PTFE (polytetrafluoroethylene) molecules are dispersed to form the insulating film 15. By performing an electrolytic plating process using a silicon dioxide thin film as a mask, it can be selectively formed on the surface of the substrate 11.
[0042]
Further, since the water repellent film 17 made of the eutectoid plating film isotropically grown, in this embodiment, at the time of the water repellent film forming process, the rear surface of the convex portion 21a (that is, the inner surface of the concave portion 21b) is formed in the insulating film forming step. A water repellent film 17 having a film thickness equivalent to that of the insulating film 15 formed in the above is formed. In the present embodiment, by adjusting the film thickness of the water repellent film 17 in this way, the water repellent film 17 is prevented from projecting from the inner surface of the nozzle hole 13 toward the center of the nozzle hole axis (no overhang).
[0043]
When this water repellent film forming step is completed, the nozzle plate 10 is completed. The completed nozzle plate 10 is fixed to the surface of the head body 3 with an adhesive 5 (such as an epoxy adhesive).
The configuration of the nozzle plate 10 and the manufacturing method of the nozzle plate 10 according to the first embodiment have been described above. However, according to the manufacturing method of the nozzle plate 10 according to the first embodiment, the hollow formed on the surface of the substrate 11 as a metal plate. Since the convex portion 21a is ground after forming the insulating film 15 on the back surface of the substrate 11 to form the nozzle holes 13 for ink ejection, the end surface of the insulating film 15 formed on the surface of the substrate 11 and the inner surface of the nozzle holes 13 And can be connected smoothly. That is, the insulating film 15 that functions as a mask when the water repellent film 17 is formed can be accurately formed on the inner surface of the nozzle hole 13.
[0044]
Therefore, according to the manufacturing method of the nozzle plate 10 of the first embodiment, it is possible to prevent the eutectoid plating film as the water repellent film 17 from being formed in an unnecessary portion during the water repellent film forming step. An appropriate water repellent film 17 can be formed for each of the plurality of nozzle holes 13 formed in the nozzle plate 10.
[0045]
As a result, desired ink ejection characteristics can be obtained for each nozzle hole 13, and variation occurs in the formation of the water repellent film 17 for each nozzle hole 13, resulting in non-uniform ink ejection characteristics of the nozzle holes 13. Can be suppressed. Therefore, according to the present embodiment, the high-performance nozzle plate 10 can be manufactured, and if the inkjet head 1 is formed using the nozzle plate 10, the performance of the inkjet head 1 can be improved.
[0046]
Further, as in the prior art, the water-repellent film 17 can be easily and accurately formed without filling the nozzle holes with resin before forming the water-repellent film, so that the water-repellent film 17 can be formed easily and accurately. The nozzle plate 10 can be produced with high accuracy, and an inexpensive and high-performance inkjet head 1 can be provided.
[0047]
In addition, in the first embodiment, since the film thickness of the insulating film 15 formed in the insulating film forming process is the same as the film thickness of the water repellent film 17 formed in the water repellent film forming process, the insulating film The water repellent film 17 does not protrude from the inner surface of the nozzle hole 13 covered with 15 toward the center of the nozzle hole axis. Therefore, according to the present embodiment, the problem that the protruding water repellent film 17 is missing due to an external impact or the like is less likely to occur, and the lack of the water repellent film 17 changes the shape of the ink ejection port 14 and causes the ink ejection. It is possible to prevent the accuracy from deteriorating.
[0048]
In this embodiment, since the silicon dioxide thin film containing carbon is formed as the insulating film 15, the film stress can be reduced as compared with the case of forming a high purity silicon dioxide thin film. When the nozzle hole 13 is formed by grinding, it is possible to effectively suppress the peeling of the insulating film 15.
[0049]
Further, the ink flow path forming member on the head main body 3 side is often made of a stainless material that does not easily corrode. Conventionally, if the back surface of the nozzle plate 10 and the head main body 3 are bonded to each other with the adhesive 5, the stainless steel material is used. However, according to the present embodiment, since the silicon dioxide thin film is formed as the insulating film 15 on the back surface of the nozzle plate 10, the nozzle plate When the back surface of the head 10 and the head main body 3 are bonded, good adhesive strength can be obtained, and the durability of the inkjet head 1 can be effectively improved.
[0050]
In the first embodiment, the thickness of the insulating film 15 formed in the insulating film forming step may be greater than or equal to the thickness of the water repellent film 17 formed in the water repellent film forming step. Even in this case, it is possible to prevent the water repellent film 17 from protruding from the inner surface of the nozzle hole 13 to the center in the nozzle hole axial direction. The insulating film 15 is not necessarily formed of a silicon dioxide thin film. For example, the insulating film may be formed on the back surface of the substrate by oxidizing a metal film.
[0051]
Hereinafter, a method for manufacturing the nozzle plate 30 of the second embodiment in which the metal film 31 is oxidized to form the insulating film 33 will be described. FIG. 4 is an explanatory view showing a method for manufacturing the nozzle plate 30 of the second embodiment. The nozzle plate 30 manufactured in the second embodiment is substantially the same as the configuration of the nozzle plate 10 of the first embodiment except that the insulating film 33 on the back surface of the substrate 11 is an oxide film obtained by oxidizing the metal film 31. Are the same. Therefore, in the second embodiment, detailed description regarding the configuration of the nozzle plate 30 will be omitted, and only the manufacturing method will be described with reference to FIG.
[0052]
As shown in FIG. 4, in the second embodiment, the nozzle plate 30 is subjected to a convex portion forming step, a metal film forming step, a nozzle hole forming step, an oxide film forming step, and a water repellent film forming step. Is making. 4A is a schematic cross-sectional view showing a cross-sectional configuration around the substrate 11 after completion of the convex portion forming step, and FIG. 4B is a cross-sectional configuration around the substrate 11 after completion of the metal film forming step. It is a schematic sectional drawing showing. FIG. 4C is a schematic cross-sectional view showing a cross-sectional configuration around the substrate 11 after the nozzle hole forming step is completed, and FIG. 4D is a cross-sectional configuration around the substrate 11 after the oxide film forming step is completed. FIG. 4E is a schematic cross-sectional view showing a cross-sectional configuration around the substrate 11 after the water-repellent film forming step is completed.
[0053]
In the second embodiment, similarly to the first embodiment, a stainless steel metal plate is used as the substrate 11, and the formation target position of the nozzle hole 13 on the back surface of the substrate 11 is pierced with a punch to deform the substrate 11. A concave portion 21b as a non-penetrating nozzle hole 13 is formed on the back surface of the substrate 11, and a hollow convex portion 21a is formed at a nozzle hole formation target position on the surface of the substrate 11 corresponding to the concave portion 21b (convex portion forming step). Further, at the end of the convex portion forming step, the entire surface of the substrate 11 is cleaned with ultrasonic waves or the like.
[0054]
In addition, after completion of the convex portion forming step, a metal that is more easily oxidized (that is, a metal having a mild oxidation condition) than the substrate 11 is used, and the entire rear surface of the substrate 11 including the rear surface of the convex portion 21a (that is, the inner surface of the concave portion 21b) Then, a wet film forming process such as a dry film forming process or an electrolytic plating process is performed to form the metal film 31 (metal film forming process).
[0055]
In this metal film forming step, the film thickness of the metal film 31 to be formed is made the same as the film thickness of the water repellent film 17 formed in the water repellent film forming step. Further, in this metal film forming step, a tantalum (Ta) film and a copper (Cu) film as the metal film 31 are formed on the back surface of the substrate 11, and the tantalum film and the copper film are selectively oxidized later. It is possible to let you.
[0056]
After the metal film 31 is formed on the back surface of the substrate 11 in this way, the protruding portion 21a protruding from the surface of the substrate 11 is mechanically ground by a well-known technique to form the nozzle holes 13 for ink ejection ( Nozzle hole forming step). After the nozzle hole forming step is finished, the substrate 11 is heated in the atmosphere at 400 to 500 ° C. to oxidize the metal film 31 on the back surface of the substrate 11, thereby forming an oxide film (tantalum oxide film) as the insulating film 33. , A copper oxide film) is formed on the back surface of the substrate 11 including the inner surface of the nozzle hole 13 (oxide film forming step).
[0057]
In addition, after the oxide film forming step is completed, the substrate 11 is immersed in an electrolytic plating solution containing fluororesin fine particles, and the substrate 11 is used as an electrode to perform an electrolytic plating process. The deposited film is formed as the water repellent film 17 (water repellent film forming step).
[0058]
Such a water-repellent film 17 is obtained by immersing the substrate 11 having the nozzle holes 13 in a nickel plating solution as an electrolytic plating solution in which PTFE (polytetrafluoroethylene) molecules are dispersed to form the insulating film 33. By performing electrolytic plating using the oxide film as a mask, it can be selectively formed on the surface of the substrate 11.
[0059]
Further, since the water repellent film 17 made of the eutectoid plating film isotropically grows, in this water repellent film forming process, the film thickness equivalent to the metal film 31 formed on the back surface of the convex portion 21a in the metal film forming process. The water repellent film 17 is formed. In the present embodiment, by adjusting the film thickness of the water repellent film 17 in this way, the water repellent film 17 is prevented from protruding from the inner surface of the nozzle hole 13 toward the center of the nozzle hole axis.
[0060]
When this water repellent film forming step is completed, the nozzle plate 30 is completed. The completed nozzle plate 30 is fixed to the head body 3 with an adhesive 5 (such as an epoxy adhesive).
The manufacturing method of the nozzle plate 30 according to the second embodiment has been described above. However, according to the manufacturing method of the nozzle plate 30 according to the second embodiment, the substrate 11 is oxidized on the back surface of the substrate 11 after the convex portion forming step is completed. A tantalum film, a copper film, or the like is formed as the metal film 31 with different conditions, and after the nozzle hole forming step is completed, the metal film 31 formed on the back surface of the substrate 11 is oxidized to form an insulating oxide film 33 having an insulating property. Therefore, just before the water repellent film forming step, the surface of the substrate 11 and the end surface of the insulating film 33 formed on the inner surface of the nozzle hole 13 are made to coincide with each other in the same manner as in the manufacturing method of the nozzle plate 10 of the first embodiment. It can be connected smoothly.
[0061]
That is, according to the method for manufacturing the nozzle plate 30, an appropriate insulating film 33 can be formed in each of the plurality of nozzle holes 13 formed in the substrate 11. Therefore, according to the manufacturing method of the nozzle plate 30 of the second embodiment, the water-repellent film 17 can be accurately formed around each nozzle hole 13, and appropriate ink ejection characteristics can be obtained in each nozzle hole 13. Can do.
[0062]
As a result, if the nozzle plate 30 is manufactured by the manufacturing method of the second embodiment, a high-performance nozzle plate can be manufactured. If the nozzle plate 30 is bonded to the head body 3 to form the inkjet head, the inkjet head The performance can be improved as compared with the conventional one.
[0063]
Further, in the manufacturing method of the nozzle plate 30, the film thickness of the metal film 31 formed in the metal film forming process is the same as the film thickness of the water repellent film 17 formed in the water repellent film forming process. The eutectoid plating film as the water repellent film 17 does not protrude from the insulating film (oxide film) 33 formed on the inner surface of the nozzle hole 13 toward the center of the nozzle hole axis. It is possible to prevent the injection accuracy from deteriorating.
[0064]
As mentioned above, although the Example of this invention was described, the manufacturing method of the nozzle plate of this invention is not limited to the said Example, A various aspect can be taken.
For example, in the first embodiment, a method of depositing silicon dioxide by CVD was shown. _Three N _Four Nitride such as (silicon nitride) or Al ₂ O _Three The deposition method may be vapor deposition or sputtering. In the second embodiment, the thickness of the metal film 31 formed in the metal film forming step is the same as the thickness of the water repellent film 17 formed in the water repellent film forming step. Similarly to the above, the film thickness of the metal film 31 formed in the metal film forming process may be equal to or greater than the film thickness of the water repellent film 17 formed in the water repellent film forming process.
[0065]
In addition, although the tantalum film and the copper film have been exemplified as the metal film 31 formed on the back surface of the substrate 11, the metal film 31 may be formed on the back surface of the substrate 11 using other oxidizable metals.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view schematically showing a sectional configuration of a nozzle plate 10 of a first embodiment.
FIG. 2 is a schematic front view of a nozzle plate 10;
FIG. 3 is an explanatory view showing a method for manufacturing the nozzle plate 10 of the first embodiment.
FIG. 4 is an explanatory view showing a method for manufacturing the nozzle plate 30 of the second embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Inkjet head, 3 ... Head main body, 4 ... Ink flow path, 5 ... Adhesive, 10, 30 ... Nozzle plate, 11 ... Substrate, 13 ... Nozzle hole, 14 ... Ejection port, 15, 33 ... Insulating film, 17 ... water repellent film, 21a ... convex part, 21b ... concave part, 22 ... small diameter part, 31 ... metal film

Claims

A method for producing a nozzle plate in which a nozzle hole for ink ejection is formed in a metal plate and a water repellent film is formed on the surface of the metal plate,
A convex portion forming step of deforming the metal plate and forming a hollow convex portion at a formation target position of the nozzle hole on the surface of the metal plate;
An insulating film forming step for forming an insulating film on the back surface of the metal plate after the convex portion forming step;
A nozzle hole forming step of forming the nozzle holes for ink ejection by grinding the convex portions on the surface of the metal plate after the insulating film forming step;
A water repellent film forming step of forming the water repellent film by performing electroplating treatment on the surface of the metal plate after the nozzle hole forming step is completed;
The manufacturing method of the nozzle plate characterized by including.

The film thickness of the insulating film formed in the insulating film forming step is equal to or greater than the film thickness of the water repellent film formed in the water repellent film forming step. The manufacturing method of the nozzle plate of description.

3. The method of manufacturing a nozzle plate according to claim 1, wherein in the insulating film forming step, a thin film of silicon dioxide containing carbon is formed as the insulating film.

A method for producing a nozzle plate in which a nozzle hole for ink ejection is formed in a metal plate and a water repellent film is formed on the surface of the metal plate,
A convex portion forming step of deforming the metal plate and forming a hollow convex portion at a formation target position of the nozzle hole on the surface of the metal plate;
A metal film forming step of forming a metal film having a different oxidation condition from the metal plate on the back surface of the metal plate after the convex portion forming step is completed;
After completion of the metal film forming step, a nozzle hole forming step of grinding the convex portions on the surface of the metal plate to form the nozzle holes for ink ejection;
An oxide film forming step of forming an oxide film by oxidizing the metal film formed on the back surface of the metal plate after the nozzle hole forming step;
A water-repellent film forming step of forming the water-repellent film by performing electrolytic plating treatment on the surface of the metal plate after the oxide film forming step is completed;
The manufacturing method of the nozzle plate characterized by including.

The film thickness of the metal film formed in the metal film forming step is equal to or greater than the film thickness of the water repellent film formed in the water repellent film forming step. The manufacturing method of the nozzle plate of description.

The metal plate is made of stainless steel,
6. The method of manufacturing a nozzle plate according to claim 4, wherein in the metal film forming step, a tantalum film or a copper film is formed as the metal film.