JP2003001733A - 微細空隙内蔵体とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 貫通孔のある薄板を比較的低温で熱圧着でき
るようにして素材の選択や製作を容易にし、配管内摩擦
抵抗の少ない微細空隙を作る。 【解決手段】 微細空隙（Ａ）を構成する貫通孔１ａ、
２ａ、３ａのある極薄板状の複数の積層板１、２、３
と、積層板１、２、３の間に形成され、それらの積層板
１、２、３より低い融点を有する接合材層４，５とを備
える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、極小の配管などの
微細空隙を内蔵する微細空隙内蔵体とその製造方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、インクジェット印刷装置は、そ
の印刷密度を向上させるために、微小ノズルが微小間隔
で配置されたノズル部に、微量のインキを送り込む配管
を形成した配管部が必要である。しかし、このような極
小の配管部は、パイプにより作製したのでは極小化に限
度があり、また、他に適当な方法がなかった。したがっ
て、この配管部が装置全体の小型化の妨げとなるだけで
なく、印刷密度のさらなる向上を妨げていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の配管部
は、その小型化を一層押し進めるために適当な手法がな
いために、各種装置の性能向上を妨げているが、この問
題を打開するために、熱圧着の手法を採用することが考
えられる。例えば、前述したような微量インキ供給のた
めの配管構造を微小化するためには、インキ流路などを
構成する部分を除去した薄板を積層し、熱圧着により融
着してマニフォールド化することが効果的であると考え
られる。

【０００４】しかし、この方法は、薄板を密着させるた
めに、金属の溶融温度まで加熱する必要がある。しか
も、接合すべき金属同士の溶融温度が異なっている場合
には、双方の金属の接合面が融ける前に、溶融温度の低
い方の薄板が変形してしまうので、接合すべき金属同士
は、同一の溶融温度のものでなければならない。また、
薄板の加工による孔の断面形状の粗さがそのまま配管内
面の粗さになり、インキなどの流路の摩擦抵抗を大きく
する可能性がある。

【０００５】本発明の課題は、材料の選択や製作が容易
で、配管内摩擦抵抗などによる内蔵微細空隙の性能の劣
化がなく、従来の製品に比べ遙に小型化が可能な、微細
空隙内蔵体とその製造方法を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１の発明は、積層することにより各層の所定
部分に形成された微細空隙を連通して所定の三次元形状
の微細空隙を形成する複数の積層部材と、前記各積層部
材同士を接合する接合層と、を備える微細空隙内蔵体で
ある。

【０００７】請求項２の発明は、請求項１に記載の微細
空隙内蔵体において、前記接合層は、前記積層部材の接
合面に形成され、前記積層部材よりも融点が低いことを
特徴とする微細空隙内蔵体である。

【０００８】請求項３の発明は、複数枚の薄板状の積層
部材の所定部分に微細空隙を形成する微細空隙形成工程
と、前記各積層部材の接合面に接合材による層を形成す
る接合層形成工程と、前記各積層部材を積層することに
より前記微細空隙を連通させて所定の三次元形状の微細
空隙を形成する積層工程と、前記接合層を熱圧着する熱
圧着工程と、を備えた微細空隙内蔵体の製造方法であ
る。

【０００９】請求項４の発明は、複数枚の薄板状の積層
部材の接合面に接合材による層を形成する接合層形成工
程と、前記各積層部材の所定部分に微細空隙を形成する
微細空隙形成工程と、前記各積層部材を積層することに
より前記微細空隙を連通させて所定の三次元形状の微細
空隙を形成する積層工程と、前記接合層を熱圧着する熱
圧着工程と、を備えた微細空隙内蔵体の製造方法であ
る。

【００１０】請求項５の発明は、請求項３又は請求項４
に記載の微細空隙内蔵体の製造方法において、前記接合
層形成工程は、前記積層部材より低い融点の接合材を用
いること、を特徴とする微細空隙内蔵体の製造方法であ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面などを参照しながら、
本発明の実施の形態をあげて、さらに詳しく説明する。
図１は、本発明による微細空隙内蔵体の実施形態を示す
斜視図である。この実施形態の微細空隙内蔵体は、微細
配管の集合体であるマニフォールドを例にしたものであ
り、図中左下の楕円形で囲んだ部分は、マニフォールド
の一部を拡大したもので、全体の斜視図の楕円形の点線
で囲んだ部分に相当する。

【００１２】薄板１には、表裏に貫通する貫通孔１ａ、
１ａ・・・１ａが開けられている。同様に、薄板２、３
にも、別の形状の貫通孔２ａ，３ａが開けられている。
薄板１、２、３は、積層状態に熱圧着されるまえに、銀
鍍金やニッケル鍍金などの鍍金、又は、イミド前駆体な
どの樹脂でコーティングされる。この鍍金又はコーティ
ングされたものが熱圧着されることによって接合材層
４、５となる。各薄板の貫通孔１ａ、２ａ・・・３ａな
どがつながって、インクなどを通す微細空隙Ａを形成す
る。

【００１３】図２は、図１とは別のマニフォールドを構
成する単位配管部品の一つを示した説明図（斜視図）で
ある。図２の微細空隙Ｂは、インクジェット機構の駆動
部にインクを供給するための配管部品の例である。他の
同種の部品又は他の類似部品とを組み合わせた集合体と
して使用するのが一般的である。図２では、配管となる
空隙を点線で示し、これに接続されるべき外部の配管の
位置を２点鎖線で示してある。

【００１４】図２の例では、薄板１１、１２、１３の３
枚を重ねて熱圧着してある。それぞれの素材となる薄板
１１、１２、１３の厚みは、８０μｍ〜０．２ｍｍ程度
で、微細空隙Ｂを構成すべき所定の箇所に、それぞれ表
裏に貫通する孔１１ｂ、１２ｂ、１３ｂが設けてある。
薄板１１は最上段に、薄板１２は中段に、薄板１３は最
下段になるよう積み重ねられている。

【００１５】図３、図４、図５は、それぞれ薄板１１、
薄板１２、薄板１３を示す斜視図である。薄板１１、１
２、１３は、互いに相対する面に、銅鍍金（又は、ニッ
ケル鍍金、金鍍金など）による表面処理を行った後に、
これらを積層し、加熱しながら圧着したときに、貫通孔
１１ｂ、１２ｂ、１３ｂは相互につながって３次元形状
のインク供給のための配管部（微細空隙）Ｂを形成す
る。

【００１６】次に、最も単純な微細空隙Ｃの場合を例と
して、貫通孔の製作方法と、微細空隙による流路の配管
内摩擦抵抗について述べる。図６は、このような微細空
隙Ｃを有する配管の一部を示す斜視図である。この場合
に、微細空隙Ｃは、薄板２１、２２、２３によって構成
される層を真っ直ぐ上下に貫通している。微細空隙Ｃ
は、薄板２１、２２、２３に設けられた貫通孔２１ｃ、
２２ｃ、２３ｃがつながって形成される。

【００１７】図７〜図１０は、図６の配管を作る途中過
程の一部を示す説明図（図６の流路の中心線を含む面で
切断した断面図）である。ただし、図７、図８は、薄板
のうちの一枚のみを示し、薄板２１、２２、２３は、イ
ンクジェット印刷装置の構造部材とする。各薄板２１、
２２、２３の素材は、ＳＵＳ３０４又はＳＵＳ４３０な
どが好適に用いられる。以下に、微細空隙内蔵体の製造
方法の手順を説明する。

【００１８】先ず、希望するインク流路Ｃの３次元形状
の断面形状を設計する。ついで、その断面形状にしたが
って、非腐食箇所を保護する皮膜Ｐを、薄板２１、２
２、２３のそれぞれの表裏の所定の位置に印刷等によっ
て作製する。図７は、薄板２１の表裏面に皮膜Ｐを設け
た状態である。

【００１９】次に、図８に示すように、エッチングを行
う。ただし、図８では、エッチング途中の状態を示して
いるので、表裏を貫通させるための孔２１ｃは、未貫通
であり、薄くなった部分２１ｆが残っている。エッチン
グによる腐食は、時間経過とともに進み、最後には表裏
からの腐食が繋がって貫通孔となるが、その内側面は、
表裏面より離るほど内側に向かって突出する凹凸が残
る。さらに、薄板２１、２２、２３の表面処理を行う。
表面処理は、銅鍍金やニッケル鍍金又は金鍍金などでも
よいが、本実施形態ではニッケル鍍金を行った。

【００２０】図９は、薄板２１、２２、２３の表面処理
状態を、上下に積層順に並べて示した説明図（断面図）
である。図９において、２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５
ｂは、接合材層２４、２５を形成すべきニッケル鍍金皮
膜である。

【００２１】次に、表面処理を行った薄板を図示しない
位置決めピンよって位置決めし、アーク溶接などによっ
て仮止めを行う。最後に、仮止めされた薄板を炉に入
れ、鍍金溶融温度に加熱し圧力を加えて積層された薄板
同士の溶着（接合）を行う。

【００２２】図１０は、薄板接合後の状態を示す図であ
る。図１０の状態では、熱圧着時に融けて薄板と薄板の
間から内側にはみ出したニッケル鍍金皮膜が、貫通孔２
１ｃ、２２ｃ、２３ｃの同一内側面の凹凸を埋めて微細
空隙Ｃの内側面を平滑にする。図１１図は、本発明の場
合と比較するため、仮にニッケル鍍金皮膜などの接合材
を使用しないで、薄板同士を直接熱圧着した場合の微細
空隙（流路）の内側面の状態を示す説明図（断面図）で
ある。その内側面には、凸部ｔ、ｔ・・・ｔがあり、配
管内の摩擦抵抗を大きくしている。

【００２３】例えば、インクジェット印刷装置は、微細
配管を必要とする装置の小型化の場合、インキ供給用の
配管構造として、インキ流路の一部となる微細空隙を作
りこんだ積層板（薄板）を積み重ね、熱圧着により融着
したマニフォールドを使用することができる。しかし、
この方法では、前述したように、薄板同士の密着接合の
ために薄板の素材である金属の融点付近まで加熱する必
要がある。素材に与える影響を少なくするためと、加工
装置の簡単化、省エネルギー化を図るために、薄板接合
時の加熱温度はできるだけ低い方がよい。そこで、本実
施形態では、より低い温度で加工ができるように、各薄
板に融点の低い物性を持つ接合材をコーティングする方
法を採用した。

【００２４】また、前記薄板のインキ流路の形成のた
め、流路となる所定部分をエッチングにより表裏から腐
食させると、できた貫通孔の内壁面に必ず凹凸を生じ
る。このようにしてできた薄板の個々の断面形状の粗さ
が、積層された場合に配管内面の粗さとなってインキ流
路などの摩擦抵抗を大きくする。しかし、各薄板を融点
の低い素材でコーティングする場合は、熱圧着時にコー
ティング材が微細配管内に染み出し、積層時の位置ずれ
やエッチングによる凹凸などを吸収して配管内面を滑ら
かにするので、配管内流路の摩擦抵抗を減らすことがで
きる。

【００２５】（他の実施形態）本発明は、以上説明した
実施形態に限定するものではなく、種々の変形又は変更
が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内であ
る。例えば、薄板の表裏を貫通する貫通孔は、上述した
説明では、エッチング法により作製しているが、他の穿
孔方法によっても行なってもよい。その方法によって
は、薄板の表面処理を行った後に、貫通孔を作るための
加工を行ってもよい場合もある。

【００２６】これらの貫通孔によって構成される空隙
は、上述した説明では、一つの入り口に対して、複数の
出口のあるマニホールドなどの配管類について述べた
が、外部に通じる開放口が一つだけもよく、さらに、熱
交換のヒートパイプに使用される部品のように、外部に
通じる場所がなく、微細空隙内蔵体の内部に空隙が密封
されているものであってもよい。なお、微細空隙の形状
が異なるものであっても、本発明の趣旨に沿うものであ
れば、そのいずれもが本発明に含まれる。

【００２７】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明によ
れば、複数の積層部材を積層することにより、各層の所
定部分に形成された微細空隙を連通して所定の三次元形
状の微細空隙を形成することができるので、極細の配管
などを容易に作製することが可能となった。このとき、
各積層部材同士を接合する接合層を形成したので、例え
ば、接合層として、積層部材よりも融点の低い接合材を
用いれば、直接熱圧着する場合に比べ、加工時の加熱温
度を低く設定することができ、簡単な加工設備で信頼性
の高い製品が容易に得られる、という効果がある。

【００２８】また、熱圧着加工時に薄板と薄板の間の接
合材が空隙内部に押し出されて、空隙の内壁の凹凸を埋
めて滑らかにするので、配管類の場合に、流路の内面を
平滑化し、配管内摩擦を減少させる、という効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施形態のマニフォールドの一例
を示す斜視図である。

【図２】図１とは別の実施形態の単位部品の一つを示し
た説明図（斜視図）である。

【図３】図２の実施形態の最上層の薄板を示す斜視図で
ある。

【図４】図２の実施形態の中間層の薄板を示す斜視図で
ある。

【図５】図２の実施形態の最下層の薄板を示す斜視図で
ある。

【図６】他の実施形態の（空隙は配管状で上下に貫通）
の一部を示す斜視図である。

【図７】図６の空隙を作る途中経過の一部（皮膜Ｐを設
ける）を示す説明図（断面図）である。

【図８】図７につづくエッチング途中の状態を示す説明
図（断面図）である。

【図９】薄板の表面処理状態を示す説明図（断面図）で
ある。

【図１０】薄板の接合後の状態を示す説明図（断面図）
である。

【図１１】図１０と比較するための接合材を不使用の場
合の微細空隙（貫通孔）の内側面の状態を示す説明図
（断面図）である。

【符号の説明】

１、２、３、１１、１２、１３、２１、２２、２３ 薄
板 １ａ、２ａ、３ａ、１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ、２１ｃ、
２２ｃ、２３ｃ 薄板 ４、５、１４、１５、２４、２５ 接合材層 ２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂ 接合材 Ａ、Ｂ、Ｃ 微細空隙（配管）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4F100 AB16A AB16B AB16C AB24A AB24B AB24C AK01A AK49A AK49B AK49C BA02 BA03 BA06 BA08 BA10B BA10C BA14 CC00A CC00B CC00C DC11A DD22 EH71A EH71B EH71C JM02A JM02B JM02C

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 積層することにより各層の所定部分に形
   成された微細空隙を連通して所定の三次元形状の微細空
   隙を形成する複数の積層部材と、 前記各積層部材同士を接合する接合層と、を備える微細
   空隙内蔵体。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の微細空隙内蔵体におい
   て、 前記接合層は、前記積層部材の接合面に形成され、前記
   積層部材よりも融点が低いことを特徴とする微細空隙内
   蔵体。
3. 【請求項３】 複数枚の薄板状の積層部材の所定部分に
   微細空隙を形成する微細空隙形成工程と、 前記各積層部材の接合面に接合材による層を形成する接
   合層形成工程と、 前記各積層部材を積層することにより前記微細空隙を連
   通させて所定の三次元形状の微細空隙を形成する積層工
   程と、 前記接合層を熱圧着する熱圧着工程と、を備えた微細空
   隙内蔵体の製造方法。
4. 【請求項４】 複数枚の薄板状の積層部材の接合面に接
   合材による層を形成する接合層形成工程と、 前記各積層部材の所定部分に微細空隙を形成する微細空
   隙形成工程と、 前記各積層部材を積層することにより前記微細空隙を連
   通させて所定の三次元形状の微細空隙を形成する積層工
   程と、 前記接合層を熱圧着する熱圧着工程と、を備えた微細空
   隙内蔵体の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項３又は請求項４に記載の微細空隙
   内蔵体の製造方法において、 前記接合層形成工程は、前記積層部材より低い融点の接
   合材を用いること、を特徴とする微細空隙内蔵体の製造
   方法。