JP2003063017A

JP2003063017A - インクジェットプリントヘッド及びその製造方法

Info

Publication number: JP2003063017A
Application number: JP2001255003A
Authority: JP
Inventors: Toyoji Shioda; 豊司潮田
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2001-08-24
Filing date: 2001-08-24
Publication date: 2003-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】インクジェットプリントヘッドの製造歩留り及
び品質の向上を図る。【解決手段】積層して１つのインク流路を形成するイン
ク流通開口を各々有した複数のプレートからなるインク
ジェットプリントヘッドにおいて、複数のプレートは表
面を親水化処理し、その表面に所定の膜厚でガラス薄膜
を形成し、複数のプレートの各々のインク流通開口が部
分的に一致するように積層して加圧加熱処理を施すと、
複数のプレートの間のガラスが軟化、接合される。その
結果、金属接合法に比べて低い温度で接合でき、また接
着剤のはみ出しによるインク流路の目詰まりがないの
で、製造歩留まりが高い。インク流路の内壁面はガラス
薄膜による親水化された面、もしくは親水化処理された
素材表面であるので、インクの充填、気泡の排出が容易
になり、信頼性の高いインクジェットプリントヘッドが
得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はインクジェットプリ
ントヘッド及びその製造方法に関し、特に製造時におけ
る微細流路の詰り防止に適したインクジェットプリント
ヘッド及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェットプリントヘッドは、たと
えば圧電素子の圧力の変位によって圧力室内のインクを
選択的に噴射し、記録媒体に記録を行うものである。

【０００３】このようなインクジェットプリントヘッド
は、図４（ａ）、（ｂ）の断面図に示すように、ノズル
プレート２、プールプレート３、チャンバプレート４、
供給プレート５、振動プレート６及びテンプレート７を
積層した流路プレート１を備えている。

【０００４】流路プレート１の各プレート２〜７は、ガ
ラス、金属板、シリコン、あるいはプラスチック材料
に、エッチング、金型成形、機械加工などの方法で、図
４（ｂ）に示すようにノズルプレート２にはノズル１
５、プールプレート３にはプール１１とノズル連通口１
４、チャンバプレート４には圧力室１３とプール１１、
供給プレート５には圧力室１３と圧力室１３に連通した
インク供給路１２そしてプール１１の一部、振動プレー
ト６には圧力室１３とは反対側の面の圧力室１３に対応
する位置、すなわち図４（ａ）の点線１７に示す位置に
圧電素子８が貼り付けられ、テンプレート７には振動プ
レート６上の圧電素子８の貼り付け位置を決めるための
開口部１６がそれぞれ形成されている。

【０００５】これらのプレートを積層すると、図４
（ａ）のＡ−Ａ断面図に示すように、１つのプール１１
から複数のインク供給路１２、圧力室１３、ノズル連通
口１４、ノズル１５へ連通したインク流路を有する流路
プレート１が形成される。そして、外部に設けられたイ
ンクタンク（図示せず）からプール１１に供給されたイ
ンクは、図４（ｂ）に示すように供給プレート５のイン
ク供給路１２を通って圧力室１３へ流れ込む。さらに、
圧力室１３内のインクは、ノズル連通口１４からノズル
１５まで流れ込む。

【０００６】このような構造において、圧電素子８にパ
ルス電圧を印加すると、振動プレート６の圧力室１３に
対応する部分が変形して圧力室１３のインクが急激に圧
縮され、それが圧力波（音響波）となってノズル連通口
１４を通ってノズル１５に伝播し、ノズル１５からイン
ク滴を吐出する。

【０００７】従来の製造技術において、これらのプレー
トを積層接合させるためには、エポキシ樹脂系接着剤な
どの接着剤を各プレートの表面に塗布して接着する方法
が最も単純である。この接着剤による接合は常温硬化
性、熱硬化性、熱可塑性、嫌気性、二液性及びフィルム
状等の有機系接着剤が用いられる。そのうち、信頼性
（耐インク性、気密性及び強度等）、作業性、コスト、
設備の規模縮小等の観点から、熱硬化型接着剤の選択が
一般的となっている。ところが、上述した熱硬化型接着
剤は、加熱硬化時に粘度が低下するという性質を有して
いる。このため、各プレートに塗布された熱硬化型接着
剤が加熱時に流れ出してしまい、ノズル１５やノズル連
通口１４、インク供給路１２のような１０〜１００μｍ
の寸法オーダーの狭小流路部分に流れ込んで、流路の断
面形状を大幅に変えたり、各狭小流路を塞いてしまうこ
とが多く、ヘッド性能特性の悪化、製造歩留まりを低下
を招いている。

【０００８】また、加熱時の熱硬化型接着剤の流れ出し
を抑えるために、加圧力や硬化温度を下げる等をした場
合、各プレートの接合強度が不足したりする。すると各
プレート間の気密性が損なわれてしまい、インク漏れ等
の不具合が発生してしまうという問題もある。このよう
に、各プレートの接合強度が不足したり、インク漏れ等
の不具合が発生したりすると、品質の低下を招いてしま
う。

【０００９】また、インクジェットプリントヘッドに使
われるインクはアルカリ性のものが使われることが多
い。そのためこれらの有機系接着剤では信頼性に問題が
ある。また、各プレートの材料、例えばステンレス材料
を用いた場合、ステンレス材料自身は若干の撥水性を有
するため、流路に気泡が混入したとき、この気泡はポン
プ手段によってノズル１５からインクを吸引する、いわ
ゆるポンピング処理を行っても、なかなか除去できな
い。特に各プレート間にある接着層との境界において気
泡が強固に付着され、なかなか除去できない。

【００１０】これらの問題を解決するために、各プレー
トが、例えば感光性ガラスなどのガラス材料同士、単結
晶シリコン材料同士、またはそれらの組み合わせの場合
は、熱融着法（特公昭５４−３５９３７号公報）、静電
接合法（特開昭５４−１４６６３３号公報）及び常温接
合法（特開平１０−９２７０２号公報、特開平９−２２
６１３５号公報）のような接合方法が、また、ステンレ
ス、ニッケルなどの金属材料、アルミナなどのセラミッ
ク材料の場合は拡散接合法（固相接合法）（特開昭５５
−６３２８０号公報、特開昭５８−１８２７４号公報）
のような接着剤を使わない接合方法が開示され、公示の
ものとなっている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの接合
方法は接合時に４００〜１０００℃の加熱（常温接合法
を除く）を要し、静電接合法の場合はさらに約１ｋＶの
高電圧をかける必要があり、また各プレート材料自身が
非常に面精度の高い表面状態が要求される。また、拡散
接合法は金属材料の酸化を防止するために接合時の高温
時には真空または不活性ガスの雰囲気が要求され、常温
接合法は接合前に不活性ガスイオン／原子ビームを材料
の接合面に照射してスパッタエッチングを行うため、そ
の雰囲気が真空でなければならず、いずれの方法も大型
で高価な真空チャンバ装置を必要とする。

【００１２】本発明の目的は、熱融着、静電接合、常温
接合や拡散接合のように材料の面状態、雰囲気に対する
制限がなく、大型で高価な装置を必要とせず、歩留り及
び品質の向上を図ることができるインクジェットプリン
トヘッド及びその製造方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
プリントヘッドは、積層して１つのインク流路を形成す
るインク流通開口を各々有したプレートを積層してなる
インクジェットプリントヘッドであって、複数のプレー
トは、それぞれのインク流通開口が部分的に一致するよ
うに積層されるとともに、各プレートは予め親水化処理
された表面に所定の膜厚で塗布されたガラス薄膜を有す
る複数のプレートを加圧し、さらに加熱により複数のプ
レートの間のガラスが軟化、接合される。その結果、接
着剤のはみ出しによるインク流路の目詰まりがなく、ま
たインク流路の内壁面は親水化処理された素材表面、も
しくはガラス薄膜による親水化された面になるので、イ
ンクの充填、気泡の排出が容易になる。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００１５】図１は本発明の一実施の形態のインクジェ
ットプリントヘッドの断面構成を示す断面図、図２はこ
の実施の形態のインクジェットプリントヘッドの積層接
合前の状態を示す断面図、図３はこの実施の形態のイン
クジェットプリントヘッドの構成を示す分解図である。

【００１６】図１，図２及び図３を参照すると、本発明
の一実施の形態であるインクジェットプリントヘッド
は、複数のインク流通開口を各々有する複数のプレート
を積層してそれぞれ１つのインク流路を形成してなるイ
ンクジェットプリントヘッドであって、複数のプレート
は、それぞれのインク流通開口が部分的に一致するよう
に積層されるとともに、各プレートは予め親水化処理さ
れた表面にガラス薄膜を形成した複数のプレートを加圧
加熱することにより複数のプレート間のガラス薄膜１８
が軟化、接合されてなることを特徴とする。

【００１７】この複数のプレートは、インクを吐出する
ための複数のノズル１５を有するノズルプレート２と、
インクをヘッド内に溜めておくプール１１を有するプー
ルプレート３と、圧力室１３を有しインクの吐出のため
の圧力波を発生するチャンバプレート４と、インク供給
路１２を有しプールプレート３のプール１１から個々の
圧力室１３へインクを供給する供給プレート５と、圧力
の発生源からの圧力を圧力室１３に伝える振動プレート
６とであり、複数のインク流通開口は、ノズル１５、プ
ール１１、インク供給路１２、圧力室１３である。

【００１８】また、この実施の形態のインクジェットプ
リントヘッドの製造方法は、インク流通開口を有する複
数のプレートを積層接合して１つの流路板を形成してな
るインクジェットプリントヘッドの製造方法であって、
複数のプレートの表面を親水化処理させる第１の工程
と、親水化処理させたこの複数のプレートに液体ガラス
を塗布、仮焼成させて、プレート表面にガラス薄膜層を
形成させる第２の工程と、この複数のプレートを積層、
加圧加熱させて各プレート間表面のガラス薄膜を焼結固
着させて、各プレートを接合させる第３の工程と、を備
える。

【００１９】複数のプレートの表面を親水化処理させる
第１の工程として、フッ素化剤含有水溶液中に複数のプ
レートを浸漬処理させる方法、リン酸水溶液中に複数の
プレートを浸漬処理させる方法、複数のプレートを加熱
させ表面に酸化膜を形成させる方法、がある。

【００２０】親水化処理させたこの複数のプレートにガ
ラス薄膜層を形成させる第２の工程として、珪酸ソーダ
水溶液中に複数のプレートを浸漬処理する方法、ガラス
ペーストをスクリーン印刷法によって複数のプレートの
表面にガラス薄膜１８を被膜させる方法、ガラスペース
トをドクターブレード法によってガラス薄膜を被膜させ
る方法、ガラスペーストのスラリーをフォトスピン法に
よって複数のプレートの表面にガラス薄膜を被膜させる
方法、粉末ガラス懸濁液中に複数のプレートと対電極を
浸漬させ電気泳動付着法によって複数のプレートの表面
にガラス薄膜を被膜させる方法、ガラスペーストを浸漬
法によって複数のプレートの表面にガラス薄膜を被膜さ
せる方法、がある。

【００２１】また、各プレートを接合させる第３の工程
の後、珪酸ソーダによって積層接合して形成されたイン
クジェットプリントヘッド内の流路に水を充填させると
ともに、インクジェットプリントヘッド全体を水中に浸
漬処理し、珪酸ソーダ中のナトリウムを溶出させる第４
の工程とを含ませることもできる。

【００２２】以下、この実施の形態のインクジェットプ
リントヘッドの製造方法について、さらに詳細に説明す
る。

【００２３】ノズルプレート２はプレス、エッチングや
エレクトロフォーミング（電鋳法）などの方法で、直径
１０〜５０μｍのノズルを形成されている。そして、ノ
ズルプレート２の吐出側面（図３の裏面側）に撥水膜を
形成する。これは、インクジェットプリントヘッドのイ
ンク滴吐出において、ノズル１５の周囲にインクが不均
一に付着していると、そのインクの表面張力によってイ
ンク滴の飛翔方向が不整になったり、ノズルより圧力室
側へ気泡を巻き込んでしまうため圧力波の伝播が正常に
行われることができなくなったりする原因となる。その
ため、吐出側面の少なくともノズル１５の周囲は、イン
クを均一な薄膜状に濡らすように親水性を有する面にす
るか、インクを濡らさないように撥水性を有する面にす
ることが望ましい。親水性を有する面の場合、そのイン
クの表面張力のためにインク滴を吐出させるのに撥水性
の面に比べて、その表面張力エネルギーの分だけ吐出エ
ネルギーを要する。従って、ノズルプレート２の吐出側
面は撥水性であることが望ましい。その撥水面を形成す
る手段として、特許第２８９６６１３号公報に開示され
ているように、分子量１００００以下のポリテトラフル
オロエチレンオリゴマー粒子を分散させた複合ニッケル
めっき溶液を使って、ノズルプレートの吐出側面のみに
めっきを行い、ポリテトラフルオロエチレンオリゴマー
粒子が共析分散したニッケルめっき被膜を形成する。必
要であれば、さらにフッ素ガス雰囲気中でフッ素化処理
を施しておく。すると、水に対して接触角が１８０°に
近い顕著な撥水性を有する堅牢な撥水膜が得られる。

【００２４】次の工程として、撥水化表面処理されたノ
ズルプレート２の他、プールプレート３、チャンバプレ
ート４、供給プレート５、振動プレート６、テンプレー
ト７の各プレートの表面に親水化表面処理を行う。

【００２５】第１の親水化表面処理方法は、特開２００
０−３２８２６２号公報に開示されているように、まず
フッ素化剤含有水溶液中に、表面処理すべきプレートを
浸漬処理することにより、その表面に金属フッ化物被膜
を形成させる。フッ素化剤含有水溶液としては、通常、
フッ素イオンとアルカリイオンを含む水溶液が用いら
れ、その水溶液の例として、フッ化ナトリウム、フッ化
カリウム、フッ化アンモニウムなど、水に対して易溶性
のあるフッ化アルカリを０.２〜２０重量％程度の濃度
で含有させた水溶液に、フッ化水素を加えて、ｐＨを
２.０〜６.５程度に調整した水溶液が用いられる。この
水溶液に各プレートを浸漬処理する時、通常、常圧下で
０〜８０℃程度、好ましくは３０〜６０℃の範囲の温度
のフッ素化剤含有水溶液中にプレートの各々を浸漬させ
て、１〜６０分間保持する。すると、各プレートの表面
に十分な厚さ、０．０１〜１μｍ程度の金属フッ化物被
膜が形成される。

【００２６】第２の親水化表面処理方法は、各プレート
がステンレス薄板で形成されているときは、特開平１０
−８８３９１号公報に開示されているように、クロム−
鉄合金を陽極として、アルカリ水溶液中で電解処理する
ことにより、合金中の鉄及びクロムを溶出させて、酸化
鉄イオン及び酸化クロムイオンを含有させるように調製
したアルカリ水溶液に、２０〜６０℃の範囲の温度条件
でかつ３０分間ないし３時間程度の処理時間で、プレー
トの各々を浸漬させて、表面に酸化鉄被膜を形成させる
方法である。ここで各イオンを含むアルカリ水溶液を調
製するときに必要な陽極材料であるクロム−鉄合金は、
ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４０５、ＳＵＳ４４４などのフェ
ライト系ステンレス鋼、またはＳＵＳ４１０Ｊ、ＳＵＳ
４０３、ＳＵＳ４１０などのマルテンサイト系ステンレ
ス鋼などのニッケル含有量の少ない合金を使う。一方、
陰極材料については制限はなく、陽極材料と同じもの
か、他の耐アルカリ性を有する導電性の材料が用いられ
る。また、アルカリ水溶液は、例えば水酸化ナトリウ
ム、水酸化カリウム、水酸化リチウムなどのアルカリ金
属の水酸化物１〜１０モル／リットル程度含有するもの
が用いられる。このような処理により、処理液中の酸化
鉄イオン（ＦｅＯ₄ ^2-）がステンレス薄板表面と化学的
に反応して、親水性のあるＦｅ₂Ｏ₃層を形成する。とこ
ろがノズルプレート２の場合、吐出側面に形成されたニ
ッケルめっき被膜は化学反応が起こらないので、ノズル
プレート２の吐出側面は酸化鉄被膜は形成されず撥水処
理面のままとなる。従ってノズルプレート２を、後の工
程で説明する珪酸ソーダいわゆる水ガラスを希釈した水
溶液に浸漬してノズルプレート２の表面にガラス層を形
成する時に、その吐出側面は水を溶剤とする珪酸ソーダ
水溶液が付着せず、一方ノズルプレート２の反対側の接
合面は親水性なので珪酸ソーダ水溶液との親和性が高く
なり、薄くかつ強固な付着性を持つガラス層を形成でき
る、という製造上の大きな利点が得られる。

【００２７】上記の２つの親水化表面処理方法によって
各プレートの表面に形成された金属フッ化物被膜、また
は酸化鉄被膜は、液体に対して親和性を持ち、表面に付
着したとき液体の分散、蒸発を促進させるので、ガラス
材料の塗膜密着性を向上させることができる。

【００２８】次の工程において、各プレートの親水化処
理された表面に、１〜５ミクロンのガラス層を被膜させ
る。そのガラス層の被膜方法は、浸漬法、スクリーン印
刷法、ドクターブレード法、フォトスピン法、電気泳動
付着法などの方法を選択して行われる。

【００２９】浸漬法は、濃度５〜１５重量％の珪酸ソー
ダ、いわゆる水ガラスの水溶液に１０分ないし１０時間
浸漬し、１００〜１５０℃で１０〜１５分間乾燥させて
ガラス薄膜を形成させる方法である。

【００３０】ドクターブレード法は、まずガラスペース
トを得るために、ブチルカルビトール（ジエチレングリ
コール−モノｎブチルエーテル）とエチルセルロース
（１０ｃＰ）を約９：１の重量比で混合し、約８０℃に
加熱しエチルセルロースを溶解させて、ビークルを作製
する。そしてガラス粉末とビークルを約２．５：１の重
量比で調合し、ボールミル、ライカイキ、ロールミル等
で混練して、ガラスペーストを作製する。このように作
製されたガラスペーストをスキージ、カミソリ刃等で各
プレート表面に塗布した後、５〜１０分間放置してレベ
リングを行い、１００〜１５０℃で１０〜１５分間乾燥
させてガラス薄膜を形成させる方法である。

【００３１】フォトスピン法は、ガラスペーストでスラ
リーを作製し、そのスラリーを各プレートに適量滴下
し、スピナーで５００〜２０００ｒｐｍの回転にて約２
０秒塗布し、１００〜１５０℃で１０〜１５分間乾燥さ
せてガラス薄膜１８を形成させる方法である。

【００３２】スクリーン印刷法は、まず粉末ガラスに、
低分子量のアクリル樹脂をα−テルピネオールに３〜５
％溶解させたビークルを加え、十分に混練したガラスペ
ーストを作製する。そして、１００〜２００メッシュの
ステンレス製の印刷用スクリーンに各プレートの接合面
をパターニングしたものを使って、各プレート表面の接
合部分に印刷塗布した後、５〜１０分間放置してレベリ
ングを行い、そして１００〜１５０℃で１０〜２０分間
乾燥させる。次に、印刷されたガラスペースト膜中のア
クリル樹脂を除去させるために、空気中または酸素中で
仮焼成を行う。この仮焼成は、まず５〜１０℃／分の昇
温速度で３００〜３５０℃まで、次に４℃／分で３８０
〜４５０℃まで昇温させて、その温度で約１０分間保持
させる。その後は５〜５０℃／分の冷却速度で常温に戻
すことによって、アクリル樹脂の分解・燃焼を行って、
ガラス薄膜１８を形成させる方法である。

【００３３】電気泳動付着法は、イソプロピルアルコー
ルと酢酸エチルを、容量比で約１：１に混合したものを
溶媒とし、溶媒１００ccあたり２〜４ｇのガラス粉末を
加え、超音波にて４〜５分間攪拌して懸濁液を作製す
る。そして懸濁液１００ccあたり０．２〜０．３ccのア
ンモニア水（２８％）を加え、超音波攪拌を４分間実施
した後、プレートと対電極を懸濁液中に間隔２ｃｍの距
離を保ったまま浸漬させ、２〜４分間停止させた後、直
流電圧５０〜１００Ｖ／２ｃｍの電圧勾配で３〜５分間
印加させて、プレート表面にガラスを電気吸着させてガ
ラス薄膜１８を形成させる方法である。

【００３４】その他のガラス層の成膜法として、電子ビ
ーム蒸着法、蒸着法、スパッタ法も適用することは可能
である。

【００３５】以上の工法を選択することによって表面に
ガラス層を成膜した各プレートを、重ね合わせて積層
し、温度と時間と荷重とをパラメータにして加熱加圧す
ると、各プレートの表面のガラス層が軟化して融合さ
れ、強固に接合することができる。また有機接着剤のよ
うに接合工程時に微細な流路を埋めて潰すようなことも
ない。常温ではインク流路内壁面が硬いガラス質で覆わ
れているため、有機系接着剤で接合したヘッドに比べて
流路内のインクを伝わる圧力波の伝播のロスが少なく、
またガラスはインクとの親和性が良いので気泡が排出し
やすくなる。

【００３６】次に、本発明のインクジェットプリントヘ
ッドの製造方法の実施の形態について説明する。この実
施の形態は、上記の工法に従って、各プレート２〜７に
ガラス層を成膜するが、従来の技術による有機接着剤に
よる工法と異なる点は、ノズルプレート２を除く各プレ
ート３〜７の表裏面、側面に至るまでガラス薄膜１８が
成膜されることである。

【００３７】ガラス材料の選定に当たっては、熱膨張率
を考慮にしなければならない。一般のガラスの平均的な
熱膨張係数αは、８０〜１００×１０^-7／Ｋの範囲にあ
る。一方、各プレートの材料は、インクに対する耐食性
を考えて、一般にＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ス
テンレス鋼がよく使われているが、同材料の熱膨張係数
は１６４×１０^-7／Ｋであるため、ガラス材料の選択に
注意しないと、除冷が急激な場合に熱応力によるガラス
層の割れが発生しやすい。そのため、別の実施の形態と
して、フェライト系ステンレス鋼ＳＵＳ４４６（α＝１
０５×１０^-7／Ｋ）から、ニッケルを４３％含有した鉄
−ニッケル合金（α＝５２×１０^-7／Ｋ）、ニッケル２
９％、コバルト１７％を含有した鉄−ニッケル−コバル
ト合金、商品名コバール（Ｋｏｖａｒ）（α＝４７×１
０^-7／Ｋ）など、熱膨張係数がガラスの熱膨張係数に近
く、熱に安定な材料をプレート材料に選定しても良い。
ガラスの熱膨張係数αは、例えば、焼結した水ガラス
（珪酸ソーダ：Ｎａ₂Ｏ・ｎＳｉＯ₃ｘＨ₂Ｏ）のα＝１
１０×１０^-7／Ｋから、日本電気硝子（株）製造のＰｂ
Ｏ・Ｂ₂Ｏ₃系粉末ガラス、商品名ＬＳ−１３０１のα＝
４１×１０^-7／Ｋ、ＰｂＯ・Ｂ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂系粉末ガ
ラス、商品名ＧＡ−９のα＝９０×１０^-7／Ｋ、ＭｇＯ
・Ｂ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂系結晶性粉末ガラス、商品名ＧＡ−
４４Ｍのα＝１１７×１０^-7／Ｋ、そして米国Ｃｏｒｎ
ｉｎｇＧｌａｓｓＷｏｒｋｓ社のＳｉＯ２・Ｂ２Ｏ
３系粉末ガラス、商品名７０５２のα＝４６×１０^-7／
Ｋ、ＳｉＯ₂・ＰｂＯ・Ｋ₂Ｏ系ガラス、商品名１９９１
のα＝１２８×１０^-7／Ｋなど、熱膨張係数が４０〜１
３０×１０^-7／Ｋの範囲の多種多様なガラスが他にも上
市され、プレート材質の熱膨張係数に合わせた適切なガ
ラス材料を選択することができる。

【００３８】本発明のインクジェットプリントヘッドの
製造方法の第１の実施の形態においては、まず、各プレ
ートの目的に応じて５０μｍ〜５００μｍの各種板厚の
ステンレス鋼ＳＵＳ４４６薄板（α＝１０５×１０^-7／
Ｋ）にエッチングと打ち抜きプレスによって、図３に示
すように流路、位置決め孔となる開口を形成する。そし
て、フッ化カリウム２.５重量％を含有し、かつフッ化
水素を用いてｐＨ５．０に調整した水溶液中に、このス
テンレス鋼薄板を浸漬し、４０℃の温度で１５分間保持
したのち、引き上げ、水で洗浄する。

【００３９】次に、１０重量％濃度の珪酸ソーダ（α＝
１１０×１０^-7／Ｋ）水溶液中に浸漬し、２５℃で１０
時間保持したのち、引き上げ、加熱炉により１２０℃の
温度で１５分間、ガラス塗膜を仮焼結する。すると図２
に示すように、各プレートの表面を覆うようにガラス薄
膜１８が形成される。次工程で、各プレートを位置決め
積層した後、加熱炉にて、約０.６±０.２ＭＰａの荷重
条件のもと、２３０℃で１０分間加圧加熱することによ
り、各プレートの表面のガラス被膜同士が焼結固着さ
れ、各プレートが積層接合される。最後に、前工程で積
層接合されたインクジェットプリントヘッド内の流路に
水を充填、１０分ないし３６時間程度循環させて、流路
内の壁面のガラス層の構成成分であるナトリウムを溶出
させる。

【００４０】本発明のインクジェットプリントヘッドの
製造方法の第２の実施の形態においては、各プレートの
材料にステンレス鋼ＳＵＳ４４６（α＝１０５×１０^-7
／Ｋ）を選定し、第１の実施の形態（図１）と同様に各
プレートの流路等をエッチング等によって開口を形成す
る。ガラス材料に旭テクノグラス（株）製造のＰｂＯ・
Ｂ２Ｏ３系粉末ガラス、商品名ＡＦ１０３（α＝１１８
×１０^-7／Ｋ、軟化点＝３４０℃）を選定し、ガラスペ
ーストを作製する。これをスクリーン印刷法によって、
接合面に数μｍ程度のガラスペースト層を形成し、１０
０〜１５０℃で１０〜１５分間乾燥を行う。

【００４１】次に、仮焼成を行う。仮焼成は、まず常温
から５〜１０℃／分の昇温速度で２９０℃まで、そして
４℃／分の昇温速度で３５０℃まで、そして１０分間保
温し、５〜５０℃／分の徐冷速度で徐冷させる。前工程
で仮焼成された各プレートを位置決め積層した後、常圧
の空気または窒素の雰囲気中の加熱炉にて、約０.６±
０.２ＭＰａの荷重条件のもと、常温から５〜５０℃／
分の昇温速度で４００℃まで昇温させて、その温度で１
０分の保持時間で加圧加熱する。そして５〜２０℃／分
の徐冷速度で、常温まで冷却させる。

【００４２】本発明のインクジェットプリントヘッドの
製造方法の第３の実施の形態においては、各プレートの
材料に、ニッケル２９％、コバルト１７％を含有した鉄
−ニッケル−コバルト合金、商品名コバール（Ｋｏｖａ
ｒ）（α＝４７×１０^-7／Ｋ）、ガラス層材料に日本電
気硝子（株）製造のＰｂＯ・Ｂ２Ｏ３系粉末ガラス、商
品名ＬＳ−１３０１（α＝４１×１０^-7／Ｋ、軟化点＝
３９０℃）を選定する。まず、第１の実施の形態と同様
にコバール材の各プレートの流路等をエッチング等によ
って開口する。ガラス層形成直前に、各プレート表面の
清浄化、脱炭処理を行う。コバール材の表面の清浄化は
次の手順で行う。＜トリクレンの液相、気相による脱脂
＞→＜約８０℃の１：１の塩酸水溶液に５分前後浸し酸
洗＞→＜冷流水で充分洗浄＞→＜蒸留水で洗浄＞→＜メ
タノールに浸し脱水＞→＜温風で乾燥＞。

【００４３】次工程の脱炭処理は、常温の純水の入った
洗気ビンをくぐらせることによって水分を飽和させた湿
水素ガスの雰囲気を持った熱処理炉中で、コバール材の
部品を１１００℃で３０分加熱して脱炭することによっ
て行われる。そして脱炭処理を終えたコバール材は、熱
処理炉と連結している湿水素雰囲気中の冷却室で３００
℃以下まで冷却させる。

【００４４】次に、各プレートの表面にガラスが濡れや
すい（付着しやすい）ように酸化膜層を形成する予備酸
化処理を行う。予備酸化処理は、空気雰囲気中の炉内
で、コバール部材を約８００℃に５〜１０分間加熱して
酸化させる。酸化後のコバール部材は０.２〜０.４ｍｇ
／ｃｍ²の重量増があるのが望ましい。

【００４５】次工程は、まず選択された粉末ガラスのペ
ーストを作製し、各プレート表面にそのガラスペースト
を塗布する。ガラスペーストは前記の粉末ガラスに低分
子量のアクリル樹脂をα−テルピネオールに５％溶解さ
せたビークルを加え、十分に混練させて作る。同ガラス
ペーストをスクリーン印刷法ならびにドクターブレード
法によって、酸化膜が形成された各プレートの表面に塗
膜させ、１２０℃で１０〜２０分間乾燥させる。各プレ
ートに塗布されたガラスペースト膜を仮焼成するため
に、空気または酸素の雰囲気中で、常温から５〜１０℃
／分の昇温速度で３１０℃まで、それから４℃／分で４
００℃まで段階的に雰囲気温度を上昇させ、それを１０
分間保持した後、５〜２０℃／分の徐冷速度で徐冷させ
る。

【００４６】前工程で仮焼成されたガラス薄膜１８を有
する各プレートを位置決め積層した後、空気または窒素
の雰囲気中の加熱炉にて、約０.６±０.２ＭＰａの荷重
条件のもと、常温から５〜５０℃／分の昇温速度で４５
０℃まで昇温させて、その温度で１０分の保持時間で加
圧加熱する。そして５〜２０℃／分の徐冷速度で、常温
まで冷却させる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るイン
クジェットプリントヘッド及びその製造方法によれば、
複数のプレートを、それぞれのインク流通開口を一致さ
せるように積層して所定の圧力とガラスの軟化点付近の
温度で加圧加熱させると、複数のプレート間の所定の膜
厚で塗布されたガラス薄膜が軟化、融合されて強固に接
合される。そのガラス薄膜は軟化されても高粘度である
ため内部に流れ出るようなことはないので、ヘッド内部
の微細なインク流路を詰まらせるようなことはない。ま
た、インク流路内壁がガラス薄膜により親水化されてい
るので、ヘッドへインクを充填する時の気泡の排出が容
易になる。その結果、インクジェットプリントヘッドの
製造歩留り、及びヘッド動作時の記録品質の向上を図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態のインクジェットプリン
トヘッドの断面構成を示す断面図である。

【図２】この実施の形態のインクジェットプリントヘッ
ドの積層接合前の状態を示す断面図である。

【図３】この実施の形態のインクジェットプリントヘッ
ドの構成を示す分解図である。

【図４】従来のインクジェットプリントヘッドを示す断
面図である。

【符号の説明】

１流路プレート２ノズルプレート３プールプレート４チャンバプレート５供給プレート６振動プレート７テンプレート８圧電素子１１プール１２インク供給路１３圧力室１４ノズル連通口１５ノズル１６開口部１８ガラス薄膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のインク流通開口を各々有する複数
のプレートを積層してそれぞれ１つのインク流路を形成
してなるインクジェットプリントヘッドにおいて、前記
複数のプレートは、それぞれのインク流通開口が部分的
に一致するように積層されるとともに、前記各プレート
は予め親水化処理された表面にガラス薄膜を形成した前
記複数のプレートを加圧加熱することにより前記複数の
プレート間のガラス薄膜が軟化、接合されてなることを
特徴とするインクジェットプリントヘッド。
【請求項２】前記複数のプレートは、インクを吐出す
るための複数のノズルを有するノズルプレートと、イン
クをヘッド内に溜めておくプールを有するプールプレー
トと、圧力室を有しインクの吐出のための圧力波を発生
するチャンバプレートと、インク供給路を有し前記プー
ルプレートのプールから個々の前記圧力室へインクを供
給する供給プレートと、圧力の発生源からの圧力を前記
圧力室に伝える振動プレートとであり、前記複数のイン
ク流通開口は、前記ノズル、前記プール、前記インク供
給路、前記圧力室であることを特徴とする請求項１記載
のインクジェットプリントヘッド。
【請求項３】インク流通開口を有する複数のプレート
を積層接合して１つの流路板を形成してなるインクジェ
ットプリントヘッドの製造方法であって、前記複数のプ
レートの表面を親水化処理させる第１の工程と、親水化
処理させた前記複数のプレートに液体ガラスを塗布、仮
焼成させて、プレート表面にガラス薄膜層を形成させる
第２の工程と、前記複数のプレートを積層、加圧加熱さ
せて各プレート間表面のガラス薄膜を焼結固着させて、
各プレートを接合させる第３の工程と、を備えることを
特徴とするインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項４】フッ素化剤含有水溶液中に前記複数のプ
レートを浸漬処理させて、前記複数のプレートの表面を
親水化処理させる前記第１の工程を行うことを特徴とす
る請求項３記載のインクジェットプリントヘッドの製造
方法。
【請求項５】リン酸水溶液中に前記複数のプレートを
浸漬処理させて、前記複数のプレートの表面を親水化処
理させる前記第１の工程を行うことを特徴とする請求項
３記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項６】前記複数のプレートを加熱させ、表面に
酸化膜を形成させて、前記複数のプレートの表面を親水
化処理させる前記第１の工程を行うことを特徴とする請
求項３記載のインクジェットプリントヘッドの製造方
法。
【請求項７】珪酸ソーダ水溶液中に前記複数のプレー
トを浸漬処理することによって、前記複数のプレートに
ガラス薄膜を被膜させる前記第２の工程を行うことを特
徴とする請求項３記載のインクジェットプリントヘッド
の製造方法。
【請求項８】各プレートを接合させる前記第３の工程
の後、珪酸ソーダによって積層接合して形成された前記
インクジェットプリントヘッド内の流路に水を充填させ
るとともに、前記インクジェットプリントヘッド全体を
水中に浸漬処理し、珪酸ソーダ中のナトリウムを溶出さ
せる第４の工程とを含むことを特徴とする請求項３また
は７記載のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項９】ガラスペーストをスクリーン印刷法によ
って前記複数のプレートの表面にガラス薄膜を被膜させ
る前記第２の工程を行うことを特徴とする請求項３記載
のインクジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項１０】ガラスペーストをドクターブレード法
によってガラス薄膜を被膜させる前記第２の工程を行う
ことを特徴とする請求項３記載のインクジェットプリン
トヘッドの製造方法。
【請求項１１】ガラスペーストのスラリーをフォトス
ピン法によって前記複数のプレートの表面にガラス薄膜
を被膜させる前記第２の工程を行うことを特徴とする請
求項３記載のインクジェットプリントヘッドの製造方
法。
【請求項１２】粉末ガラス懸濁液中に前記複数のプレ
ートと対電極を浸漬させ、電気泳動付着法によって前記
複数のプレートの表面にガラス薄膜を被膜させる前記第
２の工程を行うことを特徴とする請求項３記載のインク
ジェットプリントヘッドの製造方法。
【請求項１３】ガラスペーストを浸漬法によって前記
複数のプレートの表面にガラス薄膜を被膜させる前記第
２の工程を行うことを特徴とする請求項３記載のインク
ジェットプリントヘッドの製造方法。