JPH0427553A - インクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

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、インク滴を飛翔させ記録紙等の記録媒体上に
インク像を形成するプリンタ等に使用するインクジェッ
トヘッド、特にノズル形成部材の製造方法に関する。

［従来の技術］ 特公昭６０−８９５３号公報に開示されている従来のイ
ンクジェットヘッドの構造例を第６図に示す、、上記構
造は、複数のノズル１０３を有するノズル形成部材１０
２と、その背後に配置され記録インク１０９と直接接触
する圧電変換器１０１を有するものである。圧電変換器
１０１は、棒状金属部材１０５と棒状圧電セラミック部
材１０４とが接合されて成り、スペーサ１０７を介して
取り付はネジ１０８によってノズル形成部材１０２に固
定される。この構造例では、圧電変換器１０１の衝撃特
性の改良のために金属からなる衝撃棒片１０６を有する
。圧電変換器１０１は、ノズル形成部材１０２と概ね直
交する方向に変位するごとく振動する。ノズル１０３の
形状は、インク１０９の吐出開口部に近づくにしたがい
、断面積が縮小するように円錐形に形成されている。

従来、ノズル形成部材１０２の製造方法としては、電鋳
法、エツチング法、ワイヤー放電法等が提案されていた
。電鋳法においては、導体板上に選択的にレジストを施
した後、板状部材を形成するフォト電鋳法と、マスク形
状を作成した後、その形状を転写して形成するマスタ電
鋳法とがある。しかしながら、上記いずれの製法により
形成されても、すべて単一の金属部材により形成されて
いた。

［発明が解決しようとする課題］ 前述の従来技術において、フォト電鋳法あるいはエツチ
ング法では、ノズル開口部の表側と裏側の形状が相似形
状になるため、ノズル間隔を細密に配列することが困難
であった。また、ノズルを円錐形に形成できなかった。

マスタ電鋳法においては、マスクの製造に膨大な費用を
要し、さらにマスクが短寿命である等、生産性が低いた
め非常に高価になってしまう。ワイヤー放電法で製造し
たものも製造時間が非常に長くなるため、高価な物にな
ってしまうと言う欠点があった。

［課題を解決するための手段］ 本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、複数の突
起を形成した基板上に樹脂膜を形成する工程と、 樹脂膜を基板から剥離する工程と、 樹脂膜の開口部より孔径が大きい開口部を有する板状部
材に、前記樹脂膜を貼付してノズル形成部材とする工程
と、を有することを特徴とする。

［実　施　例］ 次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、本発明によるインクジェットヘッドを用いた
プリンタの斜視図で、図中符号ｌは記録媒体でプラテン
４に巻き付けられ送りローラ２．３によって押圧される
。ガイド軸６．７に案内されプラテン軸と平行方向１０
に移動可能なキャリッジ８上にインクジェットヘッド９
が搭載されて構成される。インクジェットヘッド９は外
部からの駆動電圧を印加することによって独立にインク
滴を吐出制御可能な複数のノズル開口を有している。イ
ンクジェットヘッド９は、プラテン軸方向１０に走査さ
れ、ノズル開口から選択的にインク滴を吐出し、記録媒
体１上にインク像を形成する。記録媒体１は、プラテン
４、送りローラ２．３の回転により走査方向と直交する
副走査方向５に搬送され、記録媒体１上への印字が行な
われる。

第２図は本発明によるインクジェットヘッドの一実施例
を示す断面図である。第３図は同じく要部断面斜視図で
ある。しかし、本発明はこれに限定されるものではない
、フレーム２０には、ベース材２５を介して圧電変換器
２１とノズル形成部材２２とが積層され固定されている
。圧電変換器２１は圧電セラミックより成る圧電材３２
の片面に少なくとも全薄層より成る電極層３３と、その
反対面に鉄とニッケルの合金より成る金属層３１を有す
る多層構造である０本実施例では、前記圧電材３２にチ
タン酸ジルコン酸釦（ＰｂＴｉＯｘ　−ＰｂＺｒ０１系
固溶体）薄板を使用しているが、この他にチタン酸バリ
ウム（ＢａＴｉＯａ）　、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂ
Ｏｓ）　、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）等を使
用してもよい。前言己電極層３３は蒸着、スパッタリン
グ、及びメツキ等の方法で形成する。本実施例での構成
を示すと、圧電材３２上にクロムＯ１μｍ、ニッケル○
　ｌｕｍ、金０．１ＬＬｍの順に蒸着により形成した。

ノズル形成部材２２は、複数のノズル２３を有する金属
薄板から構成されている。インク２８は、圧電変換器２
１とノズル２３の近傍まで供給される。圧電変換器２１
は、フレキシブル基板２７より印加される駆動電圧によ
り変位し、ノズル開口部近傍の記録インクの圧力を高め
てノズル２３よりインク滴を吐出させる。

第４図は本実施例によるノズル形成部材２２の断面図を
示すものである。第１の開口部４８を有する板状部材４
７と、第１の開口部４８より孔径が小さい第２の開口部
２３（ノズル２３）を有する樹脂１ｉ４５とが積層形成
されて成る。インクはノズル形成部材２２の板状部材４
７側から供給され、樹脂膜４５側から吐出される。従来
インクが吐出される面の開口部孔径は、印字品質に大き
く影響するため高精度な寸法を要求される。そのために
は、ノズル形成部材をできるだけ薄くして、開口部孔径
な精度良く形成する必要がある。

方、インク吐出時には、インク圧力によるノズル形成部
材の振動、変形、ノズル形成部材接合時の変形、あるい
は紙との接触等の外力による変形を受けるおそれがある
。これを防止するためには、ノズル形成部材を厚（しな
けければならない、従来の製造方法では、開口部孔径の
寸法精度を犠牲にしてノズル形成部材を厚くして、機械
的強度を高めていた。本実施例では、機械的強度が高い
板状部材と、開口部孔径寸法よりも膜厚が薄い樹脂膜と
を積層形成した。このためノズル形成部材２２の機械的
強度と開口部２３の孔径寸法精度とを同時に満足させる
ことが可能となった。また、樹脂膜４５の開口部２３の
形状をインク供給側から徐々に小さくすると共に、イン
ク供給側の板状部材の開口部４８の孔径をインク吐出側
よりも大きくした。これによって、圧電変換器によりイ
ンクに加えられた圧力が、効率良く速度に変換できる。

したがって、印字品位を高めることができた。さらに、
ノズル開口部２３の形状を記録インク吐出側（記録媒体
側）に突出させた。このため、ノズル開口周辺にインク
が付着滞積し、付着したインクの表面張力によってイン
ク滴吐出方向が径時的に変化するということがない。

本発明によるインクジェットヘッドの製造方法な略製造
工程を示す第５図（ａ）〜（ｈ）により工程順に説明す
る。

（ａ）図中符号４１は母型基板であり、ノズル開口部相
当箇所にレジスト４２を形成する。母型基板４１は、導
電性を有するもので、本実施例ではガラス板にニッケル
メッキを施したものを用いた。レジスト４２は非導電性
である。

（ｂ）基板４１上に電鋳法によって第一マスタ基板４３
を電着形成する。このときレジスト４２直上の第一マス
タ基板形状４３は、電界強度分布によって円弧状を成す
。この円弧形状がノズル２３のインク供給側形状となる
。本実施例では電着金属をニッケルとし、電鋳浴には電
着金属内部応力がワット浴等より小さいスルファミン酸
ニッケル浴を用いたが、これに限定されるものではない
。

（Ｃ）水酸化ナトリウム溶液中で電界することによって
第一マスタ基板表面に酸化物皮膜を形成し、剥離皮膜と
する。または、第一マスタ基板４３を電鋳浴から引き出
した後、空気中でその責面に酸化物を形成し、剥離皮膜
としてもよい、その後、第一マスタ基板４３上に第二マ
スタ基板４４を電着形成する。

（ｄ）第一マスク基板から第二マスク基板を剥離して、
最終的なマスク基板４４とする。

（ｅ）前記マスク基板４４上に液状樹脂を塗布する。ノ
ズル形成部材は、記録インクに直接接触するため、樹脂
には耐薬品性が要求される。さらに、インクを加熱して
用いる場合では耐熱性も同時に要求される。そこで、液
状樹脂として本実施例では、ジメチルアセトアミドやＮ
−メチルピロリドン等の極性溶媒中で芳香族ジアミンと
テトラカルボン酸二無水物を開環重付加反応によりポリ
アミド酸溶液としたものを用いた。最終硬化物としてポ
リイミド樹脂を得るが、これに限定されるものではない
、ポリアミド酸溶液をマスク基板４４上に滴下し、高速
回転により膜化させる。さらに、１８０〜３５０℃に加
熱して脱溶剤、環化脱水縮合反応によって硬化しポリイ
ミド樹脂１！（樹脂膜４．５）とする。樹脂膜４５の膜
厚は、５〜３０μｍの物を試作した。このとき、液状樹
脂の硬化時体積減少等によって、マスク基板４４の突起
部分の樹脂膜４５が他の平面部よりも突出した形状にな
る。

（ｆ）樹脂膜４５を形成したマスク基板４４を熱水中で
煮沸することにより、樹脂ｉ！４５をマスタ基板４４か
ら剥離して、樹脂膜単品を得る。この状態では開口部に
薄膜４６が形成されることがあり、ノズル形成部材とし
ては使用できない。

（ｇ）ノズル開口部の薄膜４６を除去するために、水酸
化カリウム等を用いてポリイミド樹脂膜４５をエツチン
グして、ノズル開口部２３を貫通させる。前記水酸化カ
リウムの代わりにヒドラジン等を用いることも可能であ
るが、高反応性で人体に有害であるため望ましくは使用
しない方がよい。

（ｈ）開口部４８を有する板状部材４７に、前記樹脂膜
４５を前述の液状樹脂によって貼付接合し、ノズル形成
部材２２を得る。このとき、開口部４８と、樹脂膜４５
のノズル開口部２３と、は略同心どなるように貼付接合
する１本実施例では板状部材４７に鉄とニッケルの合金
を用いたが、他の金属やセラミック等任意に選択するこ
とができる。開口部４８の形成方法はプレス加工、ドリ
ル加工、レーザー加工等によって行うことができる。

上記のように、第二マスタ基板４４の形状を樹脂膜４５
に転写してノズル形状を形成するので、大量かつ容易に
ノズル形成部材２２を得られる。

このため、従来の方法に比べて安価にノズル形成部材２
２を得ることができるという効果を有する。

以上の方法によって形成したノズル形成部材を、ベース
材２５に整列配置した複数の圧電変換器２１へ、接合材
２４により接合する。接合材２４の厚みは、記録インク
滴の吐出特性を決定する一因であるため、精密に圧電変
換器２１とノズル開口２３の間隔を規定しなければなら
ない。そのため本実施例においては、接合材２４中に大
きさの揃ったガラス、金属等の球状、長球状、繊維状の
間隔規制部材を混入することによって実現している。

［発明の効果］ 本発明によれば、ノズル形成部材を二部材によって積層
形成し、インク吐出側の樹脂膜は、開口部に対して薄い
ため開口部孔径を高精度に形成できる。剛性の高い金属
板等の板状部材表面に、ノズルを有する樹脂膜を形成し
たため、吐出時のインクの圧力によるノズル形成部材の
振動、変形、ノズルプレート接合時の変形、あるいは紙
との接触等の外力による変形が生じなくなった。また、
インク吐出側開口部の孔径よりも大きな孔径の開口部を
記録インク供給側に設けて構成した事により、圧電変換
器により加えられる圧力を効率良くインク滴速度に変換
できる。さらに、ノズル開口の形状をインク吐出側（記
録媒体側）に突出させたため、ノズル周辺にインクが付
着滞積してインク滴吐出方向をばらつかせることがなく
なる等、印字品質の優れたインクジェットヘッドを提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のインクジェットヘッドを搭載した記録
装置の一実施例を示す斜視図である。 第２図は本実施例のインクジェットヘッドの断面図であ
る。 第３図は同じく要部断面斜視図である。 第４図は本実施例によるノズル形成部材の断面図である
。 第５図は本実施例による略製造工程を示す工程図である
。 第６図は従来のインクジェットヘッドの平面図及び断面
図である。 ・記録媒体 ・プラテン ・インクジェットヘッド ・圧電変換器 ノズル形成部材 ノズル開口 ・ベース材 ・記録インク ・金属層 ・圧電材 ・第二マスタ基板 ・樹脂膜 ・板状部材 ｌ’１ 第２図 第３ｒｌｌｉ 第４０ （Ｑ） （ｄ） （ｆ） 第５ｆ” （Ｑ） 第 （ｂ） ６１ツ１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 記録媒体に対向するよう配置される複数のノズル開口を
   有するノズル形成部材と圧電変換器を備え、前記ノズル
   形成部材と前記圧電変換器との間にインクが充されるご
   とく構成されたインクジェットヘッドの製造方法であっ
   て、 複数の突起を形成した基板上に樹脂膜を形成する工程と
   、 前記樹脂膜を前記基板から剥離する工程と、前記樹脂膜
   の第１の開口部より孔径が大きい第２の開口部を有する
   板状部材に、前記樹脂膜を貼付してノズル形成部材とす
   る工程と、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。