JPH04366640A - インクジェットプリンタヘッド - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットプリン
タヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、インク供給部に接続されて並設さ
れた多数の圧力室の先端にインク吐出孔を有するノズル
板を固定し、圧力室のインク圧を高めてインク吐出孔か
らインクを飛翔させるようにしたインクジェットプリン
タヘッドがある。圧力室のインク圧を高める方法として
は、圧力室の両側に配列された側壁の少なくとも一部を
を電歪部材により形成し、その側壁の側面に電極を設け
、電極に電圧を印加して側壁を変形させ、この時の印加
電圧の極性により側壁の変形方向を変えることにより、
圧力室を拡張してインク供給部からインクを吸引し、或
いは、圧力室を圧縮して内部のインクをインク吐出孔か
ら吐出させる方法がある。このように、圧力室に隣接さ
れた側壁を変形させて圧力室内のインクを吐出させる形
式のインクジェットプリンタヘッドにおいては、電極と
ノズル板とが接近するため、圧力室の先端に位置するノ
ズル板は絶縁材料である合成樹脂により形成されている
。

【０００３】しかし、合成樹脂製のノズル板は温度変化
により寸法が変化するので、微小なインク吐出孔を一定
のピッチをもって形成することは困難である。そこで、
図１１に示すように、特開平１−１０８０５６号公報に
記載された発明がある。この発明は、濡れ性の良い合成
樹脂により形成されるとともに外表面にはフルオロポリ
マー等の撥水性の高いフィルム層が被覆されたノズル板
２１をインクジェットプリンタヘッド２０の先端に接合
し、さらに、圧力室のピッチに合った開口が形成された
マスク２２をノズル板２１の外表面に固着し、真空中に
おいてエキシマレーザーからなる源から紫外線の平行ビ
ームをマスク２２の開口を通してノズル板２１の上に照
射し、この時に、ノズル板２１をＸ軸を中心に±θなる
角度をもって振動させるとともにＹ軸を中心に±φなる
角度をもって振動させることにより、ノズル板２１にテ
ーパーのついたインク吐出孔を形成するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】特開平１−１０８０５
６号公報に記載された発明は、合成樹脂製のノズル板に
インク吐出孔を正確に形成することができるが、真空中
において特殊な装置を用いてノズル板にインク吐出孔を
形成しなければならず、製造コストが高くなる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、頂部が開口さ
れた複数の溝と複数の側壁とが交互に平行に配列され少
なくとも前記側壁の一部が電歪部材により形成された基
板と、前記側壁の側面に設けられて前記電歪部材に電圧
を供給する電極と、前記溝の頂部の開口面を閉塞して圧
力室を形成する天板と、前記圧力室の先端の開口面に対
向する複数のインク吐出孔と前記圧力室側の内面に形成
された絶縁性の親水性膜と外面に形成された撥水性膜と
を有して前記圧力室の先端の開口面に接合された金属製
のノズル板とにより構成した。

【０００６】

【作用】ノズル板の内面には絶縁性の親水性膜が形成さ
れているため、インク吐出孔へのインクの浸透性を高め
ることができる。また、ノズル板の外面には撥水性膜が
形成されているため、ノズル板の外面にインクが洩れた
としてもこのインクを撥いて周囲に滴下させることがで
き、これにより、洩れたインク滴が記録紙に付着するこ
とを防止することができ、さらに、ノズル板は金属材に
より形成されているため温度変化に基づく寸法変化が極
めて小さく、製作時における寸法のバラツキも小さいた
め、圧力室の先端の開口面に接合する前の状態でノズル
板にインク吐出孔を正確な寸法をもって容易に形成する
ことができる。

【０００７】

【実施例】本発明の一実施例を図１ないし図１０に基づ
いて製作行程順に説明する。図２に示すように、例えば
、ポリカーボネート系の合成樹脂のように、非導電性で
あるとともにメッキ処理や機械加工が可能で、かつ、剛
性の低い板状の底板１ａを設け、板厚方向に分極された
ピエゾ等のような電歪部材２を底板１ａに重ね、図３に
示すように、これらの底板１ａと電歪部材（セラミック
）２とを接着等の手段により結合して基板１を形成する
。なお、合成樹脂製の底板１ａを用いずに電歪部材のみ
で基板１を形成してもよいものである。

【０００８】次に、図４に示すように、電歪部材２の表
面から底板１ａの内部に達する深さをもって頂部が開放
されたコの字形の複数の溝３を一定のピッチをもって基
板１に形成する。これにより、各溝３の両側には側壁５
が形成される。これらの溝３は、その頂部の開口面を後
述する天板で覆うことにより圧力室４を形成するための
もので、側壁５の上部は電歪部材２によって形成される
。なお、前記溝３の加工は、例えばＩＣウエハを切断す
る場合のように、ダイシングソーを用いダイヤモンドホ
イールによって切削される。次に、溝３の両側と底部と
に電極を無電解メッキにより形成するための前処理を行
う。すなわち、基板１を脱脂し、その後に触媒の吸着性
を向上させるためにカチオン界面活性剤を用いてクリー
ナーコンデショニングを行う。続いて水洗し、その後に
ＮａＣｌのような中性塩にＰｄとＳｎとを含ませたキャ
タリスト浴に基板１を浸漬し、その後に弱酸又は弱アル
カリによってアクセレータ処理を行い、表面にＰｄのみ
を残すことによって触媒とし、前処理を終了する。

【０００９】次に、図５に示すように、電極を形成する
部分以外の部分に無電解メッキの触媒とならない物質（
樹脂）によってマスク６をかける。この処理は印刷法又
は写真方により行う。

【００１０】次に、基板１をメッキ浴に浸漬して無電解
メッキを行うことにより、図６に示すように、圧力室４
の両側壁と底部と電歪部材２の一部の上面とに電極７を
形成する。ここで、無電解メッキには、銅、金、ニッケ
ル等が適している。メッキ浴は金属塩と還元剤からなる
主成分と、ｐＨ調整剤、緩衝剤、錯化剤、促進剤、安定
剤、改良剤よりなる補助成分とによって形成される。こ
のメッキ浴はメッキする金属によって異なることは言う
までもない。また、無電解メッキは電気メッキと異なり
化学メッキであり、メッキ浴のｐＨ、温度、成分濃度に
よって析出挙動が決定されるため、このｐＨ、温度、成
分濃度を管理するだけである。メッキ浴に浸漬された被
メッキ物は、マスク６がかけられた以外の部分に存在す
るＰｄ触媒によってマスク６以外の部分にメッキ金属が
析出される。Ｐｄ触媒がメッキ金属で覆われた後は析出
した金属が自己触媒となって反応が継続し、所望の膜厚
をもってメッキを終了させることによって、複数の電極
７を一度に形成することができる。電解メッキ処理後は
洗浄及び乾燥を行う。

【００１１】最後に、図１に示すように、電歪部材２の
上面の一部に前記溝３の頂部の開口面を覆う天板８を接
着するとともに、基板１の先端面に前記溝３の先端の開
口面を閉塞するノズル板９を位置合わせして接合するこ
とにより、密閉された複数の圧力室４が形成される（図
９参照）。そして、インク供給部に接続されるパイプ１
０を各圧力室４に接続することによりインクジェットプ
リンタヘッドが完成される。金属製のノズル板９には各
圧力室４に対向する複数のインク吐出孔１１が形成され
、このノズル板９の圧力室４側の内面には絶縁性の親水
性膜１２が形成され、外面には撥水性膜１３が形成され
ている。

【００１２】ここで、ノズル板９の構造をその製造行程
を含めて図７及び図８に基づいて説明する。まず、図８
（ａ）に示すように、導電性の母材１４の表面に圧力室
４の配列間隔と等しい間隔をもって複数の絶縁物１５を
フォトレジスト成形方法等によって形成する。続いて、
母材１４を電鋳浴に浸漬して電鋳処理を開始すると、図
８（ｂ）に示すように、電鋳金属１６が次第に成長して
形成される。電鋳金属１６は絶縁物１５の部分では離反
するが他の部分では連続するため、各絶縁物１５の真上
に位置するインク吐出孔１１を有する一枚の金属製のノ
ズル板９が形成されることになる。図７は一つの母材１
４上に複数のノズル板９を形成した状態を示す斜視図で
ある。続いて、図８（ｃ）に示すように、母材１４から
分離されたノズル板９の内面に、例えばシリコンナイト
ライド膜等の絶縁性の親水性膜１２をＣＶＤ法等の方法
で形成し、図８（ｄ）に示すように、ノズル板９の外面
に例えば窒化アルミニュウムのように水との接触角が９
０度以上ある撥水性膜１３をスパッタリング法等の方法
で形成する。

【００１３】このような構成において、図９及び図１０
を参照してインクを吐出させる動作を説明する。図９は
三つの圧力室４を示す縦断正面図で、ここでは中央の圧
力室４からのインクの吐出動作について説明する。各圧
力室４にはパイプ１０によりインクが供給されている。 中央の圧力室４の電極７と両側の圧力室４の電極７との
間にそれぞれＡ，Ｂの電圧を印加すると、電歪部材２の
側壁５は板厚方向と直交する方向（矢印方向）に剪断歪
を起こすが、Ａ，Ｂの電圧の極性が異なるので中央の圧
力室４の両側の側壁５は互いに逆方向に歪む。これによ
り、中央の圧力室４の容積が増大する時に両隣の圧力室
４の容積が減少する。すなわち、中央の圧力室４は負圧
によりインク吐出孔１１のメニスカスを若干後退させる
とともにインク供給部からインクを吸い込む。この時、
図１０の期間ａ−ｂ−ｃの変化で分かるように印加電圧
が緩やかに高められるため、両隣の圧力室４は容積が減
少しても圧力の変化が緩やかであるためインクが吐出す
ることはない。続いて、図１０のｃの時点において、こ
れまで印加された電圧とは極性の異なる電圧を電極７に
印加すると、電歪部材２の側壁５の歪方向も逆になり、
中央の圧力室４の容積が急激に減少し両隣の圧力室４の
容積が増大する。これにより、中央の圧力室４は急激に
高まる圧力によってインク吐出孔１１からインクを吐出
し始める。ここでの電歪部材２の剪断歪は、電圧の極性
を反転することにより大きなものとなり効率が高くなる
。極性が反転された印加電圧は、図１０に示すように一
定期間ｃ−ｄ−ｅ維持されるためインク滴の飛翔力が一
定期間維持され、インク吐出孔１１から飛翔するインク
滴は先頭から尾部まで分離することはない。さらに、図
１０におけるｅの時点で電圧の印加が急激に断たれ中央
の圧力室４の圧力が急激に下がるため、インク吐出孔１
１付近のインク滴は圧力室４側に吸引される。すなわち
、飛翔するインク滴の尾部は短時間の内に分離される。 これにより、インク滴は先頭から尾部に至るまで連続し
た状態で一定の方向に飛翔する。さらに、図１０のｅの
時点では中央のインク吐出孔１１においてインク滴切断
以外に不要な圧力を発生させる電圧が持続しないため、
メニスカスも速やかに安定する。

【００１４】さらに、ノズル板９の内面には絶縁性の親
水性膜１２が形成されているため、圧力室４の電極７と
ノズル板９との間を絶縁するとともに、インク吐出孔１
１へのインクの浸透性を高めることができる。また、ノ
ズル板９の外面には撥水性膜１３が形成されているため
、ノズル板９の外面にインクが洩れたとしてもこのイン
クを撥いて周囲に滴下させることができ、これにより、
洩れたインク滴が記録紙に付着することを防止すること
ができる。さらに、ノズル板９は金属材により形成され
ているため温度変化に基づく寸法変化が極めて小さく、
製作時における寸法のバラツキも小さいため、圧力室４
の先端に接合する前の状態でノズル板９にインク吐出孔
１１を正確な寸法をもって容易に形成することができる
。

【００１５】

【発明の効果】本発明は、頂部が開口された複数の溝と
複数の側壁とが交互に平行に配列され少なくとも前記側
壁の一部が電歪部材により形成された基板と、前記側壁
の側面に設けられて前記電歪部材に電圧を供給する電極
と、前記溝の頂部の開口面を閉塞して圧力室を形成する
天板と、前記圧力室の先端の開口面に対向する複数のイ
ンク吐出孔と前記圧力室側の内面に形成された絶縁性の
親水性膜と外面に形成された撥水性膜とを有して前記圧
力室の先端の開口面に接合された金属製のノズル板とに
より構成したので、ノズル板の内面には絶縁性の親水性
膜が形成されているため、インク吐出孔へのインクの浸
透性を高めることができ、また、ノズル板の外面には撥
水性膜が形成されているため、ノズル板の外面にインク
が洩れたとしてもこのインクを撥いて周囲に滴下させる
ことができ、これにより、洩れたインク滴が記録紙に付
着することを防止することができ、さらに、ノズル板は
金属材により形成されているため温度変化に基づく寸法
変化が極めて小さく、製作時における寸法のバラツキも
小さいため、圧力室の先端の開口面に接合する前の状態
でノズル板にインク吐出孔を正確な寸法をもって容易に
形成することができる等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す斜視図である。

【図２】そのインクジェットプリンタヘッドの製造過程
を示す斜視図である。

【図３】そのインクジェットプリンタヘッドの製造過程
を示す斜視図である。

【図４】そのインクジェットプリンタヘッドの製造過程
を示す斜視図である。

【図５】そのインクジェットプリンタヘッドの製造過程
を示す斜視図である。

【図６】そのインクジェットプリンタヘッドの製造過程
を示す斜視図である。

【図７】そのノズル板の製造過程を示す斜視図である。

【図８】そのノズル板の製造行程を示す説明図である。

【図９】そのインクジェットプリンタヘッドの縦断正面
図である。

【図１０】電極に印加される電圧と圧力室の圧力との変
化を示すタイミングチャートである。

【図１１】ノズル板にインク吐出孔を形成する従来例を
示す斜視図である。

【符号の説明】

１　　　　　　基板 ２　　　　　　電歪部材 ３　　　　　　溝 ４　　　　　　圧力室 ５　　　　　　側壁 ８　　　　　　天板 ９　　　　　　ノズル板 １１　　　　インク吐出孔 １２　　　　親水性膜 １３　　　　撥水性膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　頂部が開口された複数の溝と複数の側
   壁とが交互に平行に配列され少なくとも前記側壁の一部
   が電歪部材により形成された基板と、前記側壁の側面に
   設けられて前記電歪部材に電圧を供給する電極と、前記
   溝の頂部の開口面を閉塞して圧力室を形成する天板と、
   前記圧力室の先端の開口面に対向する複数のインク吐出
   孔と前記圧力室側の内面に形成された絶縁性の親水性膜
   と外面に形成された撥水性膜とを有して前記圧力室の先
   端の開口面に接合された金属製のノズル板とよりなるこ
   とを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。