JP3231544B2 - インクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

インクジェットヘッドの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットヘッド
の製造方法に関し、より詳細には、インクジェットヘッ
ドの振動板の製造方法に関する。例えば、ダイヤフラム
を構成する部品(水量、ガス流量等の測定器)に適用さ
れるものである。
【0002】
【従来の技術】インクジェットヘッドにおけるインクの
吐出方法には、熱による気泡の発生を利用して吐出する
ものや、記録用ヘッドにポンプでインクを供給してイン
ク滴を圧電圧料で吐出させ、吐出したインク滴を荷電し
て偏向させるもの、電界吸引力を利用してインクを吐出
するもの、単に圧電素子をアクチュエータにしてインク
を吐出するもの等がある。
【0003】圧電素子をアクチュエータとして用いたイ
ンクジェットヘッドは、ノズル板及びインク液室、振動
板、圧電型アクチュエータ等から構成され、圧電型アク
チュエータによりノズルからインクを吐出して画像を形
成する。この圧電型アクチュエータは、圧電素子に電界
をかけると歪みを生じるという現象、つまり、圧電材料
の逆圧電効果を利用したものである。
【0004】また、近年、高集積ノズルのオンデマンド
型インクジェットの実用化が進んでいるが、特に高画質
を達成するためには、吐出効果が良いことが要求され
る。液室ユニットとアクチュエータユニットの接合でア
クチュエータである圧電素子と振動板のダイヤフラム部
との密着性や、該ダイヤフラム部の薄膜にピンホールや
亀裂が発生しないようにすることは吐出効果の向上に大
きくかかわってくる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来のインクジェット
ヘッドの製造方法は、電鋳法や薄状金属板で振動板やダ
イヤフラムを構成している。しかし、ピンホールや加工
時の亀裂、金属板表面の撥水性の問題がある。さらに、
腐蝕が発生し、錆やピンホールの発生が伴い、機能上ダ
メージを与えることがある(インク中のイオンや錆体に
よる腐蝕反応や局部電池の発生)。また、ドライフィル
ムを直接振動板にラミネートして流路形成するものもあ
るが、その接合力は弱く、バネや押え板等で補強してい
るものの、特性劣化が発生している。また、従来、薄状
金属板の加工品や電鋳による部品等のこれらの製品は、
製法上、ピンホールや亀裂、撥水性、さらに他との部品
の接合時に接着し難い等の問題が発生している。
【0006】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たもので、ピンホールの遮蔽や亀裂巾の埋設化、インク
濡れ性の均一化を図ること、また、部品や他の部品(材
料が異なる)と接合する場合の接着剤の接合力を高める
ようにしたインクジェットヘッドの製造方法を提供する
ことを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、インクジェットの加圧駆動部である振動
板に(1)ポリイミド、ポリアミド系の有機膜を形成す
る方法、或いは、(2)シランカップリング剤の有機膜
を形成する方法を特徴としたものである。
【0008】
【作用】本発明によるインクジェットヘッドの製造方法
、インクジェットヘッドの加圧駆動部として振動板に
用いられるもので、該振動板は2層以上の異種金属板で
形成されているので、単一金属、異種金属ともに湿式、
乾式を問わずにピンホールや亀裂の防止が実現できる。
また、前記振動板に有機膜を形成するので、ピンホール
の発生を防止することができる。また、前記有機膜がポ
リイミド、ポリアミド系の材料、または、光感応機能を
含むポリイミド、ポリアミド系の機料であるので、耐イ
ンク性や高ヤング率の接着力の向上を図ることができ
る。また、前記有機膜がシランカップリング剤であるの
で、金属表面の接着力が弱いものでもシランカップリン
グ剤による反応のため、接着力が大きく、ピンホールの
埋穴での充填と固定を良好にする
【0009】
【実施例】実施例について、図面を参照して以下に説明
する。図1(a)〜(h)は、本発明によるインクジェ
ットヘッドの製造方法の一実施例を説明するための工程
図で、乾式法(Dry Method)による工程図である。図
中、1は基板、2はAu層、3はNi層、4はレジスト
パターン、5aはNi層、6はノズル、7はノズルプレ
ート、8はインク流路形成部材、9は接着剤、10はP
ZT(圧電素子)である。
【0010】図1(a)に示すような基板1に、図1
(b)に示すように、耐薬品性のAu層2をスパッタに
より0.5μmの厚さに形成し、次に、図1(c)に示
すように、ピンホール防止用のNi層3をスパッタによ
り3μmの厚さに形成する。次に、図1(d)に示すよ
うに、レジストパターン4をホトリソグラフィ法で形成
し、図1(e)に示すように、Ni層5aをスパッタに
より10〜15μmの厚に形成する。このようにして、
図1(f)に示すように、レジストを剥離すると、基板
1上にAu層2とNi層5aとが形成される。
【0011】図1(g)に示すように、Au層2とNi
層5aを基板1から剥離する。Au層2の側がインク液
室側であり、Ni層5aの側が圧電素子接合部となる。
図1(h)に示すように、Au層2の上には、インク流
路形成部材8によりインク流路が形成され、該インク流
路の上面にノズルプレート7を設ける。該ノズルプレー
ト7にはノズル6が設けられ、該ノズル6よりインクが
突出される。また、Ni層5aの側の圧電素子接合部に
は接着剤9を介して圧電素子(PZT)10が設けられ
る。
【0012】図2(a)〜(h)は、本発明によるイン
クジェットヘッドの製造方法の一実施例を説明するため
の工程図で、湿式法(Wet Method)による工程図であ
る。図中、5bはNi層で、その他、図1と同じ作用を
する部分は同一の符号を付してある。図2(a)〜
(d)までは図1(a)〜(d)の場合と同じである。
図2(e)において、Ni層5bを電鋳法により形成す
る点が、図1(e)のスパッタ法でNi層5aを形成す
るのと異なっている。図2(f)において、レジスト剥
離によりNi層5bが形成され、図2(g)に示すよう
に、基板1を剥離すると、Au層2がダイヤフラムとし
て形成される。このあとは、図2(h)において、図1
(h)と同様に振動板5bの側にPZT10が設けら
れ、ダイヤフラム2の側にインク流路形成部材8とノズ
ルプレート7が設けられる。
【0013】 インクジェットヘッド用振動板は、アクチ
ュエータである圧電素子との接合点とダイヤフラムを形
成し、さらに支持体で周辺部(ダイヤフラム面積の決
定)を形成する。この時に、ダイヤフラム部が薄膜であ
るが故にピンホールや亀裂(マイクロクラック)が発生
する。そこで、図1(b),(c)に示す工程で、Au
層2とNi層3を形成し、ピンホール等の防止や耐イン
ク性、および接着力向上を図る。
【0014】本実施例では、0.5μの厚さのAu層の
上に3μの厚さのNi層を形成したが、多層蒸着や電鋳
でピンホールや亀裂は極端に減少する。また、同一金属
層でも、電鋳条件を途中で変化させて連続電鋳すること
でピンホールやマイクロクラックは減る。しかし、ダス
ト付着やピット汚れによるピンホール等は防止できな
い。
【0015】インクジェットヘッド用の振動板を薄膜部
2〜10μ厚さのダイヤフラム部と、さらにダイヤフラ
ム面積を決定する支柱または周辺部をさらに同一金属や
異種金属材料で2層に形成させる。ダイヤフラム層は、
インクジェット用のインク液室側に、耐薬品性の高材
料、例えば、Pt,Au,Ru,Pd等の金属材料を
0.5〜2μm厚さに形成し、さらに駆動側に、Ni,
Cu,Co,Crやこれらの合金を形成する。形成法は
蒸着法、スパッタ法、CVDや、湿式法では電鋳法があ
る。
【0016】もちろん、乾式法でも、湿式法でも単一金
属膜で、ピンホールや亀裂が発生しない場合、また、耐
インク性がある場合は2種金属を選択する必要は無い。
第2層のダイヤフラム面積の決定や駆動素子との接点の
形成材料は素子の接着力があり、耐環境性の高い金属材
料を乾式法や湿式法で形成する。第2層は20〜50μ
m以上の厚さを有するが、その形成は乾式法や湿式法の
組み合せでも可能である。
【0017】 金属材料で形成したダイヤフラムのインク
液室側に有機膜を形成することで、ダストやピット汚れ
によるピンホールを埋穴し、かつ、耐インク性を向上
し、Ni,Cr等のインクによる腐蝕性を持っている
が、安価でヤング率の高い材料の使用が可能となる。有
機膜は1〜5μ厚のスピンコートによる成膜で充分に機
能する。
【0018】ダイヤフラムの形成で0.5μ程度の微小
ピンホールが発生し、インク濡れによる信頼性の劣化や
素子の劣化が発生する。そこで、薄膜の有機膜を全面に
コートし、ピンホールの防止、また他の部材との接着機
能を持つ有機材料の構成とする。
【0019】次に、請求項に記載の発明について説明
する。有機膜はポリアミド、ポリイミドの材料であっ
て、光感応性を付与した材料でも可能である。金属振動
板のインク液室側にポリアミド、ポリイミドの材料をス
ピンコートし、光感応性があるものは、ホトマスクによ
り必要な部分のみ残し、パターン形成することでピンホ
ールやクラックの防止が可能である。光感応性が無いも
のは、通常のホトレジスト工程でパターン化することが
できる。これらの材料は高ヤング率であり、耐インク
性、TG(ガラス転位温度)、m.p(融点)も高く、
インクジェットヘッド用として有意な特徴がある。ま
た、この材料は、100〜150℃で一次硬化のパター
ン膜を形成して、さらに270〜300℃の2次硬化を
することで他部材との接合ができる。その様子を図3
(a)〜(f)に示す。
【0020】図3(a)に示す振動板11の上に、図3
(b)に示すように、ポリアミド12を厚さ1〜5μm
でスピンコートする。図3(c)に示すように、ホトリ
ソ工程でパターン化し、スクライブラインを形成する。
これにより120℃で1次硬化膜を形成する。次に、図
3(d)に示すように、さらに、280℃で2次硬化膜
13を形成し、ノズル13aとインク流路13bが形成
される。
【0021】その後、図3(e)に示すように、ダイシ
ングカットして図3(f)を形成し、振動板11に、P
ZT15を接着剤14により接合し、インクジェットヘ
ッドを形成する。このようにして、耐薬品、高いTG,
m.pを持ち、さらに高いヤング率材料300kg/m
2以上が期待できる。
【0022】 接着剤を均一塗布(スピンコートやスクリ
ーン印刷)し、これと他部材を接合することで、ピンホ
ールの防止や接合の向上が図れる。エポキシ樹脂は通常
のものはすべて使用可能であるが、ビスフェノール系や
脂環式系、アクリル系のエポキシ樹脂で充分である。こ
れらはT.Gも60〜150℃と高く、インクジェット
に対応できる。工法は図3と同様であるが、パターン化
が必要な時はスクリーン印刷が良い。このようにして、
耐薬品や高い接着力が得られ、高温処理(100℃以
上)を必要とせずにプロセスが決定できる。
【0023】次に、請求項に記載の発明について説明
する。コート剤としてシランカップリング剤(通常のア
ミノシラン系カップリング剤)が可能である。高粘度の
ものは、IPAやアルミアルコール等の速乾性の無いア
ルコール系で希釈し、40〜300cps程度としてス
ピンコートする。40〜80℃の予備加熱でピンホール
や亀裂は防止できる。
【0024】本硬化は150〜200℃の加熱処理で耐
インク性の高い薄膜が形成できる。接合は、エポキシ基
とアミノ基を含む有機変性シリコーンをスピンコート
し、これに他部材を接合加圧、加熱(2kg/cm2
120〜180℃)することで、硬化接合する。Ni
(Au,Pt)等の表面には接着剤を用いるが、シリコ
ーン接着剤は直接にはその接着力が弱い(0〜10kg
/cm2)ので、シランカップリング剤を介することで
ピンホールの防止と接着力の向上が図れる。これによ
り、薄膜で高い接着力が得られ、プロセスが容易とな
る。
【0025】
【0026】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によると、以下のような効果がある。 (1)請求項1に対応する効果:インクジェットヘッド
の加圧駆動部として振動板に用いられるもので、該振動
板は2層以上の異種金属板で形成されているので、単一
金属、異種金属ともに湿式、乾式を問わずに、0.5〜
30μ程度のピンホールの防止や、5〜10μの亀裂巾
の埋設化が実現できる。前記振動板にポリイミド、ポリ
アミド系の材料の有機膜を形成するので、ピンホールの
発生を防止することができる。(2) 請求項に対応する効果:前記有機膜が、シラン
カップリング剤であるので、金属表面の接着力が弱いも
のでもシランカップリング剤による反応のため、接着力
が大きく、ピンホールの埋穴での充填と固定を良好にす
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明によるインクジェットヘッドの製造方
法(乾式法)の一実施例を説明するための構成図であ
る。
【図2】 本発明によるインクジェットヘッドの製造方
法(湿式法)の一実施例を説明するための構成図であ
る。
【図3】 本発明におけるピンホール防止と硬化接合に
ついて説明する図である。
【符号の説明】
1…基板、2…Au層、3…Ni層、4…レジストパタ
ーン、5a…Ni層、5b…Ni層、6…ノズル、7…
ノズルプレート、8…インク流路形成部材、9…接着
剤、10…PZT(圧電素子)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−54567(JP,A) 特開 平6−122205(JP,A) 特開 平6−23995(JP,A) 特開 平4−269551(JP,A) 特開 昭61−255868(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/16 B41J 2/045 B41J 2/055

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧電素子を使って金属振動板を振動させ
    て、該振動板を介して前記圧電素子とは反対側にあるイ
    ンク液室内にあるインクをノズル部材に設けられたノズ
    ルから吐出させるインクジェットヘッドの製造方法にお
    いて、前記金属振動板の前記インク液室側にポリアミド
    又はポリイミド材料の有機膜を形成する工程と、前記有
    機膜を100℃から150℃で一次硬化させる工程と、
    一次硬化後270℃から300℃で前記有機膜を前記ノ
    ズル部材と2次硬化接合させる工程と、前記ノズル部材
    と前記有機膜と前記振動板をダイシングカットする工程
    と、前記圧電素子を前記振動板に接合する工程を有する
    ことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
  2. 【請求項2】 圧電素子を使って金属振動板を振動させ
    て、該振動版を介して前記圧電素子とは反対側にあるイ
    ンク液室内にあるインクをノズル部材に設けられたノズ
    ルから吐出させるインクジェットヘッドの製造方法にお
    いて、前記金属振動板の前記インク液室側にシランカッ
    プリング剤の有機膜を形成する工程と、前記有機膜を1
    50℃から200℃の加熱処理する工程と、前記加熱処
    理後前期有機膜にエポキシ基とアミノ基を含む有機変性
    シリコーンを塗布する工程と、前記有機変性シリコーン
    が塗布された有機膜に前記ノズル部材を120℃から1
    80℃で硬化接合させる工程と、前記ノズル部材と前記
    有機膜と前記振動板をダイシングカットする工程と、前
    記圧電素子を前記振動板に接合する工程を有することを
    特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
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