JPH021323A - ノズルプレートおよびその製造方法 - Google Patents

ノズルプレートおよびその製造方法

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JPH021323A
JPH021323A JP14300088A JP14300088A JPH021323A JP H021323 A JPH021323 A JP H021323A JP 14300088 A JP14300088 A JP 14300088A JP 14300088 A JP14300088 A JP 14300088A JP H021323 A JPH021323 A JP H021323A
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JP
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nozzle
meniscus
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hole
nozzle plate
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JP14300088A
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Inventor
Mitsuo Tsuzuki
都築 光雄
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NEC Corp
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/1433Structure of nozzle plates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B41J2002/14475Structure thereof only for on-demand ink jet heads characterised by nozzle shapes or number of orifices per chamber

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、インクを記録媒体に飛翔させて記録を行なう
インクジェット記録ヘッドに関する。
〔従来の技術〕
従来、直径50μm前後の微小ノズルよりインク滴を噴
射させて印字を行なう記録技術としてインクジェット方
式が知られている。第6図にその一例を示す。このイン
クジェットヘッドは、ノズルプレート61.基板62及
び発熱素子63などを含み、発熱素子の両側には壁64
が形成されている。この記録ヘッドでは、所望のタイミ
ングで発熱素子63にパルス状の電圧を印加してインク
を急激に加熱し、第6図(a)に示す如く蒸気バプル6
5を形成する。すると蒸気バブルが成長する時に周囲の
インク66に圧力を及ぼし、ノズル67からインク滴6
8を形成する。成長した蒸気バブルは、周囲に熱を奪わ
れ縮小し消滅する。この時第6図(b)に示すようにノ
ズル内のメニスカス69は圧力室に引き込まれる。その
後メニスカス表面張力の作用でインク供給口(図示して
いない)よりインクを吸入しメニスカスはノズル端部ま
で復帰する0以上で1回のインク噴射動作が完了する。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、前述の従来技術におけるインクジェット
ヘッドでは、ノズル内部までメニスカスが引き込まれる
ことにより次のような問題が生じる。まず、引き込まれ
たメニスカスが元に戻るまでに時間がかかり、記録スピ
ードを高くできないとか、ノズル内部までメニスカスが
引き込まれるため気泡を取り込み噴射不良を生じやすい
等の問題である。
また、ノズル径が50μm前後のためメニスカスが保持
できる圧力は、0.1気圧以下と小さく、外部からの衝
撃によりノズルから気泡を吸い込んだりする問題があっ
た。そこで本発明の第1の目的は、ノズル内部へのメニ
スカスの引き込みの無いノズルを提供する事にある。ま
た第2の目的は、前記ヘッドの製造法を提供することに
ある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の要旨は、インクに圧力を作用させて微小ノズル
からインク滴を噴射させて記録を行なうインクジェット
ヘッドに用いるノズルプレートにおいて、前記ノズルプ
レートがインク噴射を行なうノズル孔と、前記ノズル孔
流路内に配置され前記ノズル孔より小さな多数の孔から
なる流路とからなることを特徴とするノズルプレートで
ある。
本発明の他の要旨は、表面が導電性の基板上に感光性絶
縁材料を塗布し、微小孔パターンの露光。
現像を行ない絶縁体による多数の微小孔のパターンを形
成する工程と、前記パターンを形成した基板に電気メッ
キを行なう工程と、前記メッキされた基板上に感光性絶
縁材料を塗布し、ノズル孔パターンの露光、現像を行な
い絶縁体によるノズル孔のパターンを形成する工程と、
前記パターンを形成した基板に電気メッキを行なう工程
と、前記メッキ部分を基板より剥離し、前記メッキ部分
から絶縁部材を取り除く工程とからなることを特徴とす
るノズルプレート製造方法である。
〔作用〕
表面張力Tの液体が、曲率半径rのメニスカスを形成し
ている場合、このメニスカスは(1)式で示すような圧
力をインクに及ぼしている。
ノズル内インクに圧力を印加すると、圧力の増加にとも
ないメニスカスの曲率が小さくなる0曲率半径がノズル
半径よりも大きい間はメニスカスはノズル先端に保持さ
れているが、曲率半径がノズル半径より小さくなる圧力
が作用すると、ノズル内にメニスカスが引き込まれてし
まう、先の(1)式よりノズル孔が小さい程、メニスカ
スが保持できる圧力が高くなることがわかる。
本発明のノズルプレートはインク滴噴射のためのノズル
孔の内部にノズル孔よりも小さな孔を享有する流路を形
成してなる。よってインクメニスカスをノズル内に引き
込むような圧力が作用した場合でも、始めメニスカスは
ノズル内に後退するが、小孔まで達すると、小孔による
保持圧力により、それ以上の後退を阻止することができ
る。この結果、メニスカスがインク室内部まで引き込ま
れることはなくなる。
〔実施例〕
以下図面を用いて本発明の詳細な説明を行なう。
第1図は本発明によるノズルプレートの第1の実施例を
示した部分断面図である。ノズルプレート1は、インク
噴射用ノズル孔2とノズル孔内部に板材3に小孔4を多
数あけた流路とからなっている。ノズル材料はインクに
対して接触角が小さくなる、即ち、漏れる材料を用いる
0例えば、水性インクに対しては旧、Au等が用いられ
る。このようなノズルプレートによるメニスカスの動き
を第2図を用いて説明する。始めインクメニスカスは、
−点鎖線5にて示すようにノズル先端に位置しており、
インクに負の圧力が生じてノズル内に引き込まれると、
従来のストレートな孔のノズルでは二点鎖線6のように
インク室内部までメニスカスが引き込まれる。しかし本
実施例ではメニスカスか小孔4に達すると小孔部で小さ
な曲率のメニスカス7を形成し大きな保持圧力を持つよ
うになり引き込みを防止する。ノズル孔の直径が50μ
m、深さ30μmの位置に厚さ4μmの板材に直径5μ
mの小孔を8μmピッチで並べたノズル板を用い、第6
図に示したヘッドに用いた結果、メニスカスの引き込み
が減少し、動作周波数が約2倍に高まった。また50μ
mφのノズルのみに比べ10倍の約064気圧までメニ
スカスを保持できるようになった。
本実施例では、小孔4の形状を円で説明したが、ノズル
の流路抵抗を小さくするため、正方形、6角形等の多角
形を用いることも可能で、形状に制限されることはない
また、多数の小孔を有する流路を形成する位置は第1の
実施例のようにノズル孔の端に限らず、第3図く第2の
実施例)に示すようにノズル孔内の中間に配置してもよ
い。
第4図は本発明によるノズルプレートの第3の実施例を
用いたインクジェットヘッドの構造を説明するための部
分断面である。本実施例は、形状としてスリット状のノ
ズル孔を用いたものである。同図に示すように基板10
上には、発熱素子アレー及び隣接する発熱素子11を分
離する壁12が形成されている。この発熱素子アレーに
対向するようにスリット状のノズル孔15を有するノズ
ルプレート14が配置されている。スリット状ノズル孔
15の内部には、多数の小孔16からなる流路が形成さ
れている。スリットの幅は50μm、小孔の形は4μm
φとした。本ヘッドでは電極13を介して発熱素子11
にパルス状の電圧を印加してインクを急激に加熱し、蒸
気バブルを形成する。この蒸気バブルが成長する時に周
囲のインクに圧力を及ぼし、小孔を通してインクが押し
出され、ノズルからインク滴が形成される。インク噴射
後蒸気バブルは、周囲に熱を放散し、収縮して消滅する
。その時ノズルよりメニスカス17が引き込まれるが、
小孔の部分で止まりそれ以上引き込まれることがない、
よってメニスカスがノズル端に戻る時間が短縮され、高
速記録が行なえるようになる。また、スリット状ノズル
では、ノズル径が大5きいため、メニスカスの保持圧力
が円形状ノズルより小さく、外部からの衝撃による気泡
の混入が問題となるが、本実施例によれば、ノズル径は
実質的には小孔ノズルで考えればよく外部からの衝撃に
対し強いヘッドが得られる。
次に本発明によるノズルプレートの製造法を第5図に示
す工程図を用いて説明する0本実施例では導電性基板と
してガラス基板21の表面に^122、Cu23の順に
蒸気やスパッタ等による薄膜を形成したものを用いる。
まず、第5図(a)に示すように、絶縁性フォトレジス
ト24を導電性基板表面に塗布し、小孔パターンのマス
ク25を用いて露光を行なう。本実施例ではポジタイプ
を示す。その後、現像を行って同図(b)のように小孔
のパターン27を得る。次に、同図(C)のようにレジ
ストパターンを形成した基板にNi等の金属の電気メッ
キ28を行なう。次に、同図(d)のように厚膜の絶縁
性フォトレジスト30を塗布し、ノズル孔のパターンの
マスク2つを用いて露光を行なう。本実施例ではネガタ
イプの場合を示した。ここで、レジストの膜厚は、ノズ
ルプレートの厚さ以上とする。次に同図(e)のように
現像を行ない、厚膜のノズル孔パターン31を得る。さ
らに同図(f)のように所望の厚さまで先の小孔形成に
用いたのと同じ材料による電気メッキ32を行なう。最
後に^1およびCuをエツチングで収り除いてメッキ部
を基板から分離し、さらに小孔およびノズル孔に埋って
いるフォトレジストを取り除くと同図(g)に示すよう
に本発明によるノズルプレート33が得られる。
なお、本実施例において小孔レジストパターンは、厚さ
3μm直径6μmで7μmピッチで2次元的に均一に配
置し、ノズル孔レジストパターンは厚さ40μm直径5
0μmとし、メッキ厚はそれぞれ4μm、35μmとし
た。これにより小孔径が4μmφ、ノズル孔径が50μ
mφのノズルプレートが得られた。さらに本発明による
ノズルプレートはノズル孔が形成されたプレートとフオ
I・リソグラフィ法により製造した微小孔が多数形成さ
れたプレートを重ね合せ、接合によって形成することも
可能である。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、負圧によるインクメニス
カスのノズル内への引き込み量を最小限にとどめること
が可能となるため、メニスカスがノズル先端まで戻る時
間が短縮され高速印字が可能となり、さらに印字動作時
、外部からの衝撃等によるノズル内への気泡取り込みを
防止できるノズルプレートが得られる。
また本発明によれば、本発明の効果が得られるような多
数の小孔を有するノズルプレートを製造する方法が得ら
れる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるノズルプレートの第1の実施例の
斜視図、第2図は同実施例の動作説明図、第3図はノズ
ルプレートの第2の実施例を示す図、第4図はノズルプ
レートの第3の実施例を用いたインクジェットヘッドの
斜視図、第5図は本発明によるノズルプレート製造工程
図、第6図は従来のインクジェットヘッドの一例を示す
図である。 1・・・ノズルプレート、2・・・ノズル孔、3・・・
板材、4・・・小孔、5,6.7・・・メニスカス、1
0・・・基板、11・・・発熱素子、12・・・壁、1
3・・・電極、14・・・ノズルプレート、15・・・
スリットノズル孔、16・・・小孔、17・・・メニス
カス、21・・・基板、22・・・A1層、23・・・
Cu層、24・・・レジスト、25・・・マスク、27
・・・小孔パターン、28・・・旧メッキ層、29・・
・マスク、30・・・厚膜レジスト、31・・・ノズル
孔パターン、32・・・Niメッキ層、33・・・ノズ
ルプレート。 第1図 第Z圀 =二二=]133・

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、インクに圧力を作用させて微小ノズルからインク滴
    を噴射させて記録を行なうインクジェットヘッドに用い
    るノズルプレートにおいて、前記ノズルプレートがイン
    ク噴射を行なうノズル孔と、前記ノズル孔内に配置され
    前記ノズル孔より小さな多数の孔からなる流路とからな
    ることを特徴とするノズルプレート。 2、表面が導電性の基板上に感光性絶縁材料を塗布し、
    微小孔パターンの露光、現像を行ない絶縁体による多数
    の微小孔のパターンを形成する工程と、前記パターンを
    形成した基板に電気メッキを行なう工程と、前記メッキ
    された基板上に感光性絶縁材料を塗布し、ノズル孔パタ
    ーンの露光、現像を行ない絶縁体によるノズル孔のパタ
    ーンを形成する工程と、前記パターンを形成した基板に
    電気メッキを行なう工程と、前記メッキ部分を基板より
    剥離し、前記メッキ部分から絶縁部材を取り除く工程と
    からなることを特徴とするノズルプレート製造方法。
JP14300088A 1988-06-09 1988-06-09 ノズルプレートおよびその製造方法 Pending JPH021323A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5650812A (en) * 1992-06-09 1997-07-22 Sharp Kabushiki Kaisha Recording head for preventive air intrusion into the common chamber
JP2008513254A (ja) * 2004-09-20 2008-05-01 フジフィルム ディマティックス,インコーポレイテッド 流体滴吐出のためのシステムおよび方法
JP2010167760A (ja) * 2009-01-21 2010-08-05 Samsung Electro-Mechanics Co Ltd インクジェットヘッド
USRE45494E1 (en) 2004-09-20 2015-04-28 Fujifilm Dimatix, Inc. System and methods for fluid drop ejection

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USRE45494E1 (en) 2004-09-20 2015-04-28 Fujifilm Dimatix, Inc. System and methods for fluid drop ejection
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