JPH047305B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はインクジエツト記録技術の信頼性向
上に有効なノズルの製造方法に関し、特にめつき
技術を応用したノズルおよびその製造方法に関す
る。

インクを微細なノズルから記録媒体に向けて噴
射し記録を行うインクジエツト記録技術は長年に
亘つて実用化への試みが種々行なわれてきたが、
信頼性の点で今一歩真の実用化を達成する迄に至
つていない。この主な要因は、インクジエツト記
録技術では、インク噴射用ノズルの構造や加工精
度が噴射特性に大きな影響を及ぼす点にあつた。
第１図に示すように、平板状部材１０１に微細孔
１０２を貫通したインク噴射用ノズルでは、ノズ
ル端面１０３は外部からのほこりやノズル内部か
らのインク等が付着して汚れやすく、このような
汚れ部分１０４には常にインクが溜るようにな
る。その結果インク滴を噴射する場合、特に噴射
エネルギーが小さくなつていると、第２図ａに示
すように噴射方向１０５が汚れ１０４の方向に曲
げられたり、第２図ｂに示すようにインク滴１０
６がノズルより分離する際に尾１０７が汚れ１０
４の方向に引きずられ、結局いずれの場合も噴射
方向１０５が汚れ１０４の方向きに曲げられると
いう問題があつた。このようなノズル端の汚れに
よる影響は噴射エネルギーを高くするにつれて小
さくなるのであるが、圧電素子の変形を利用して
所要時にのみインク噴射を行ういわゆるインクオ
ンデイマンド型インクジエツト方式においてはノ
ズル端の汚れの影響が無視できる程噴射エネルギ
ーを高めることは一般に困難であつた。

微細なノズルの製造方法については、従来機械
加工法、フオトエツチング法、めつき法等による
種々の方法が広く知られているが、信頼性が高く
てかつ高精度のノズルを安価にかつ大量に生産す
るための技術が十分に確立される迄には至つてい
ない。

この発明の目的は、従来技術によるノズルおよ
びその製造方法に見られた前記諸問題を解決した
新規ノズルの製造方法を提供することにある。

更にこの発明によれば、平板部材に垂直に貫通
し、かつ断面積が表面から裏面に向つて漸減した
後裏面の開口およびその近傍で最小となるように
形成された微小孔を有する導電性の前記平板部材
を雌型母型として使用し、かつ前記母型の裏面を
めつき液から分離すると共に前記貫通孔の裏面開
口を遮閉するための遮断層を形成する工程と、前
記母型の表面の不要部分にめつき層の形成を防止
するための絶縁層を形成する工程と、前記母型表
面の前記貫通孔の開口部分を中心とした所要部分
および前記貫通孔内面にめつき層を形成する工程
と、前記遮断層および前記絶縁層を除去する工程
と、前記めつき層を剥離する工程とからなること
を特徴としたインクジエツト記録用ノズルの製造
方法が得られる。

以下に、この発明について図面を参照しながら
詳細な説明を行う。

第３図を参照すると、この発明によるインクジ
エツト記録ヘツド用ノズルの一実施例は、外形が
ノズルの先端２０１に向つて絞られた円錐部分２
０２と、ノズル先端の円筒部分２０３とから成つ
ている。このノズルの中心軸を通る平面による断
面を第４図に示す。同図に示すように円錐部分２
０２の肉厚はノズル先端２０１に向つて小さくな
つており、先端の円筒部分２０３では壁の厚みは
ほゞ一定となつている。本実施例では先端の円筒
部分２０３の肉厚が非常に薄く形成されている。
代表的な寸法例を示すとノズル２００の全長1.5
mm、入口部２０４の開口径１mm、先端部２０１の
開口径50μｍ、先端部２０１の外径70μｍであつ
た。従つて、この寸法例について先端の円筒部分
２０３の肉厚は10μｍであつた。このノズルを用
いてインク噴射実験を行なつたところ、６ケ月以
上の室内放置後でも方向安定性が良好なインク噴
射が可能なことを確認した。これに対して、先に
従来技術として第１図に示したような平板に形成
したノズルの場合はノズル端面の汚れの影響を受
けやすく、放放置状態においてインク噴射の方向
安定性を２日以上保持することは困難であつた。
劣化した方向安定性を回復するためにはノズル端
面の汚れを機械的に除去する必要があつた。前記
実施例によるノズルではノズル端面が小さく形成
されているので端面の汚れの影響を受けにくく、
従つて長時間の使用においても、ノズル端面の機
械的な清浄を行うことは全く不要であることが確
認された。

前記寸法以外に、ノズル先端の肉厚や先端部開
口径を種々変化させインク噴射実験を行なつた結
果、ノズルの噴射口周囲の壁部のインク噴射方向
に垂直な面による断面積が、前記噴射口面積を越
えない範囲であれば、実用的に十分方向安定なイ
ンク噴射が実現できることを見出した。従つて、
例えばノズル先端の噴射口面積が大きいノズルは
噴射方向の安定性が高いため、壁部の肉厚をより
大きくすることが可能となるが、噴射口面積が小
さい場合は、壁部の肉厚はより小さい範囲に限定
されなくてはならない。

前記実施例におけるノズル先端部の外形が直管
状である点は先端部の寸法を精度よく形成する上
で重要である。すなわち、円錐部分のみでは円錐
頂部の切断位置によつて開口面積が変化してしま
うという問題が直管部分を設けることによつて解
決できるのである。さらに、直管部分ではインク
流が常に軸方向に揃えられるので、インク噴射の
方向安定性の向上のためにも重要である。

前記ノズル先端部分の直管部分は、その長さが
長くなるとインク噴射動作の応答特性を劣下させ
るので、長さをできるだけ短かくすることが望ま
しい。前記実施例においては円筒状の直管部分の
長さを10μｍ程度にすることが可能であつた。

第３図および第４図に示した実施例では、ノズ
ルの入口側にはフランジ２０５が形成されてい
る。これはノズルの取扱い安さを向上するととも
にノズルを固定するために利用される。

なお、以上の実施例はノズル断面が円形の場合
を示したが、これは本発明を限定するものではな
い。例えば第５図に示したように、断面が多角形
の場合等も含んでいる。

次に第６図ａ〜ｆを参照すると、第３図〜第５
図に示したこの発明によるノズルは次のような製
造プロセスによつて作られる。すなわち、第６図
ａに示したようにノズルの外形に対して丁度雌型
となるような孔６０１を有する導電性の平板部材
６０２を母型としてめつき法によつてノズルを形
成する。孔６０１は平板部材６０２の表面６０３
より裏面６０４に貫通しており、その断面積は表
面より裏面に向つて漸減していき、裏面の近傍で
は一定かつ最小値となつている。前記平板部材６
０２はめつき母型としてくり返し使用するため、
めつきを行なう前に予め、母型表面にはく離皮膜
を形成する。はく離皮膜処理の方法としては電鋳
法と呼ばれる部品加工技術の中で広く使用されて
いる種々の方法が利用できる。例えば、銅、ニツ
ケルの母型では、硫化ナトリウムにより表面に硫
化物の皮膜を形成させたり、重クロム酸カリウム
溶液に浸せきしてクロム酸塩の皮膜にしたり、そ
のほか水酸化ナトリウム溶液中での陽極電解処理
や過酸化水素溶液浸せきにより酸化皮膜処理を行
なう等の方法が広く利用されている。また、母型
材料として、例えばステンレス鋼のような材料表
面に安定な不動態膜を形成する材料を使用する
と、前記のようなはく離皮膜処理を特に施さなく
てもめつき母型としてくり返し使用することが可
能である。

次に、第６図ｂに示すように、母型６０２の裏
面６０４をめつき液から分離するとともに貫通孔
６０１の裏面開口６０６を遮閉するための遮断層
６０８を形成する。遮断層６０８の材料としては
フイルム状に形成された種々の有機材料が使用で
きるが、好ましい例としてはドライフイルム状フ
オトレジスト材料があげられる。これは、例えば
米国、ダイナケム社製ラミナーAX等の商品名で
入手できる。

次に、第６図ｃに示すように、母型６０２の表
面６０３に選択的にめつきを施こすために、表面
６０３に絶縁層６０７による所定のパターンを形
成する。絶縁層６０７の材料としては種々のフオ
トレジスト材料が使用できるが、前記ドライフイ
ルム状フオトレジスト材料は最も好ましい例とし
てあげられる。例えば、米国、ダイナケム社製ラ
ミナーAXを使用する場合、まず93〜110℃の温
度で母型表面にフイルム状のフオトレジスト材料
を張り付ける。次に、予め所要のパターンを形成
してあるフオトマスクを用い、高圧又は超高圧の
水銀灯を光源とする露光装置を使つて、フオトマ
スクパターンをフイルムレジスト層に焼き付け
る。次に弱アルカリ性の所定の現像液中で現像す
ることによつて、非露光部のレジスト層を溶解除
去し、絶縁層による所定のパターンを形成する。
このパターンは、絶縁層６０７が貫通孔６０１の
表面開口６０５を中心とした表面６０３を囲むよ
うに形成されている。

次に、第６図ｄに示すように母型表面６０３の
絶縁層がない部分および貫通孔６０１の内面にめ
つき技術によつて金属層６０９を形成する。めつ
き技術としては電気めつきや無電解めつき等広く
用いられている技術が利用できる。めつき材料と
しては使用するインクに対して十分な耐蝕性を有
するものなら何でもよく、例えば金等の貴金属材
料やニツケル等の耐蝕性材料等が使用できる。こ
れらのめつき技術の一例として、第７図にニツケ
ルの電気めつきによる一実施例を示す。めつき浴
の好ましい実施例は、成生されためつき層の内部
応力が小さく、低温でも高電流密度が使用できる
スルフアミン酸ニツケル浴である。第７図におい
て浴槽７０１には下記のような組成のスルフアミ
ン酸ニツケル浴７０２が20入れられている。

すなわち、 スルフアミン酸ニツケル 270〜330ｇｒ／ 塩化ニツケル 30ｇｒ／ ホウ酸 40ｇｒ／ 第６図ｃ迄の工程が完了した母型６０２は、第
７図に示すように浴７０２中に支持される。浴温
をヒーター７０３にて約50℃に保持するととも
に、配管７０４にて空気を送り込むことによつて
浴の撹拌を行う。母型６０２を電源７０５の陰極
に接続し、陽極のニツケル電極７０６との間で
3A／dm²の電流密度の電流を100分間流してめつ
きを完了した。

めつき工程が完了した後は、第６図ｅに示すよ
うに、母型の表面６０３および裏面６０４よりそ
れぞれ絶縁層および遮断層を除去する。これらの
層として、例えば先に述べたドライフイルム状フ
オトレジストのラミナーAXを使用した場合は、
苛性ソーダ溶液中に30分間浸漬することにより完
全に除去できる。

最後に第６図ｆに示すようにめつき層６０９を
機械的にはく離する。その結果、母型の貫通孔と
全く逆の外形形状を有するノズルが得られる。

以上のプロセスで得られたノズルは、肉厚は入
口からノズル先端に向つて連続的に薄くなつてお
り、ノズル先端近傍で最も薄くなつている。この
理由は、第６図ｄのめつき工程において孔６０１
の内部に入る程めつき液の攪拌が十分に行なわれ
にくくなること、および電界分布が孔６０１の内
部程弱くなり、めつき電流が孔の内部程小さくな
るためである。先に述べためつき工程の一実施例
では、ノズル先端の肉厚が10μｍになる間にノズ
ル入口およびその周囲のフランジ部の肉厚は約
50μｍになることが確認された。

以上の説明で明らかなように、この発明によれ
ば、高頼化ノズルを容易に製造することが可能で
あり、また前記実施例に示したような貫通孔を多
数有する母型を用いれば、大量に製造することが
可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術におけるノズル端面の問題点
を説明するための概略図、第２図ａ，ｂは従来技
術におけるインク噴射時の問題点を説明するため
の概略断面図、第３図はこの発明によるノズルの
一実施例を示す概略図、第４図はこの発明による
ノズルの一実施例を示す概略断面図、第５図はこ
の発明によるノズルの他の実施例を示す概略図、
第６図ａ〜ｆはこの発明によるノズルの製造プロ
セスの一実施例を説明するための概略図、第７図
はこの発明によるノズルの製造プロセスにおける
めつき工程の一実施例を説明するための概略図で
あり、それぞれ、１０１…平板状部材、１０２…
微細孔、１０３…ノズル端面、１０４…汚れ部
分、１０５…噴射方向、１０６…インク滴、１０
７…インク滴の尾、２００…ノズル、２０１…ノ
ズル先端、２０２…円錐部分、２０３…円筒部
分、２０４…入口部、２０５…フランジ、６０１
…孔、６０２…平板部材、６０３…表面、６０４
…裏面、６０５…表面開口、、６０６…裏面開口、
６０７…絶縁層、６０８…遮断層、６０９…めつ
き層、７０１…浴槽、７０２…めつき浴、７０３
…ヒーター、７０４…配管、７０５…電源、７０
６…ニツケル電極を示している。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 平板部材に垂直に貫通し、かつ断面積が表面
   から裏面に向つて漸滅した後裏面の開口部および
   その近傍で最小となるように形成された微小孔を
   有する導電性の前記平板部材を雌型母型として使
   用し、かつ前記母型の裏面をめつき液から分離す
   るとともに前記貫通孔の裏面開口を遮閉するため
   の遮断層を形成する工程と、前記母型の表面の不
   要部分にめつき層の形成を防止するための絶縁層
   を形成する工程と前記母型表面の前記貫通孔の開
   口部分を中心とした所要部分および前記貫通孔内
   面にめつき層を形成する工程と、前記遮断層およ
   び前記絶縁層を除去する工程と、前記めつき層を
   剥離する工程とからなることを特徴としたインク
   ジエツト記録ヘツド用ノズルの製造方法。