JPH06305142A - インクジェットヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高密度なノズル配置により圧力室壁の高さが
高くなる場合でも容易に、精度良く形成し、圧力室壁の
振動によるクロストークやインク吐出特性の悪化がない
インクジェットヘッドを提供する。 【構成】 １に示すように、インク流路形成部材の一部
が第一の基板と一体である。インク流路形成部材の一部
と第一の基板を一体にする工程は電鋳法を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインク滴を吐出させ記録
紙等の媒体上にインク像を形成するプリンタ等の装置に
用いられるインクジェットヘッドおよびインクジェット
ヘッドの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、インクジェットヘッドは高精細、
高品位な印字ができることが要求されている。そのため
の手段として、インク吐出ノズルを高密度に配置する方
法がある。高密度なノズル配置の場合、圧力室の間隔が
狭くなるため、必要な圧力室容積を得るためには圧力室
高さを高くすることが必要である。もし圧力室容積が不
充分であると、インク吐出時のインク量が少なくなるた
め、記録媒体上で１記録ドット当りの面積が小さくなり
必要な面積を得るためには重ね打ちなどをしなければな
らず印字速度が遅くなる、また、圧力室へのインクの供
給が不安定となりインク吐出特性が不安定となる、等の
課題を生じる。

【０００３】インクジェットヘッドのインク流路の形成
方法の一つに、金属板をエッチングして形成する方法が
ある。図１４を用いてその説明をする。ステンレス板１
４１上に公知の方法でフォトレジスト１４２を塗布し、
露光、現像を行ってインク流路パターンのステンレスを
露出させる（図１４（ａ））。そして、公知のエッチン
グ液でエッチングを行う（図１４（ｂ））。裏面も同様
の処理を行い（図１４（ｃ）、（ｄ））、貫通した形状
にする。そして第一の基板１４３、第二の基板１４４、
エネルギー発生体としての圧電素子１３を接合し（図１
４（ｅ））、インクジェットヘッドを得る。

【０００４】しかしこの方法は、エッチング時にレジス
トの下の部分もエッチングされる、いわゆるサイドエッ
チング現象が発生する（図１４（ｂ）参照）。また、エ
ッチングする部分の幅はインク吐出ノズルの配置密度に
よりおのずと決定される。例えば１８０ドット毎インチ
（ｄｐｉと略す。以下同じ）の場合、ノズルが１４１μ
ｍおきに配置される。ここで、ステンレス板の厚さを１
５０μｍ、求める圧力室幅を１００μｍ、求める圧力室
の壁の幅を４１μｍとし、レジストを４１μｍ幅で塗布
してエッチングすると、ステンレス板を貫通する前にサ
イドエッチングにより圧力室壁がエッチングされ、隣の
圧力室とつながってしまう、という課題を有している。
また、サイドエッチングされる量を見込んでレジストを
幅広く塗布しても、４１μｍ〜７１μｍではサイドエッ
チングにより圧力室壁が先につながり、７１μｍを超え
るとレジスト未塗布部分が狭くなるため深さ方向のエッ
チングが困難になり、やはりサイドエッチングにより圧
力室壁がつながる、という課題を有している。また、両
面エッチングの貫通箇所でバリが残り、これがインクの
流動抵抗の増大や気泡を滞留させる原因となり、インク
の吐出特性の悪化を引き起こす、という課題を有してい
る。

【０００５】これらの課題に対する発明として、特開平
４−３４１８５９号公報が開示されている。この発明を
図１５を用いて説明する。これは、電鋳によって母型１
５１上に第一の基板１４３とインク流路１５２を形成し
（図１５（ａ））、ついで第二の基板１４４、圧電素子
１３を接合し（図１５（ｂ））、インクジェットヘッド
を得るものである。

【０００６】また、特公昭６２−５９６７２号公報、特
公平２−４２６７０号公報には、感光性樹脂によってイ
ンク流路を形成する方法が開示されている。この発明
を、特公昭６２−５９６７２号公報は図１６を用いて、
特公平２−４２６７０号公報は図１７を用いて説明す
る。これは、エネルギー発生体としての発熱素子１６１
を備えた第一の基板１４３上に（図１７（ａ））、感光
性樹脂１６３をもちいてインク流路１６２を形成し（図
１７（ｂ））、ついで第二の基板１４４を接合し（図１
７（ｃ））、インクジェットヘッドを得るものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平４−３
４１８５９号公報に開示されている方法で圧力室高さの
高いインク流路と第一の基板を形成する場合、例えば圧
力室高さが１５０μｍ、圧力室幅が１００μｍ、圧力室
の壁の幅が４１μｍの１８０ｄｐｉ相当のインク流路を
形成しようとした時、電鋳Ｎｉを厚く成長させる部分と
薄く成長させる部分の成長速度の差の制御は母型の誘電
体の厚さ（電極からの距離）で行うため極めて不正確で
あり、この場合のように成長させる高さの差が１５０μ
ｍの場合は電鋳Ｎｉを厚く成長させる部分が充分成長せ
ずインク流路が形成できない、という課題が生じること
がわかった。

【０００８】また、特公昭６２−５９６７２号公報、特
公平２−４２６７０号公報に開示されている方法で圧力
室高さの高いインク流路を形成した場合、例えば圧力室
高さが１５０μｍ、圧力室幅が１００μｍ、圧力室の壁
の幅が４１μｍの１８０ｄｐｉ相当のインク流路を形成
した時、形成された圧力室壁は高さに比べて幅が狭く、
また感光性樹脂は比較的柔らかい材質であるため、イン
ク吐出時の圧力によって圧力室壁が振動し、この振動で
となりの圧力室のインクが加圧され本来吐出してはなら
ないノズルからインクが吐出する、いわゆるクロストー
ク現象が発生する、という課題が生じることがわかっ
た。また、この方法では、第一の基板、感光性樹脂層、
第二の基板の接合時に圧力を加え、場合によっては熱も
加えるが、このとき、感光性樹脂は比較的柔らかい材質
であるため、インク供給口が変形し、寸法精度が悪くな
る。インク供給口の寸法は、インク吐出特性を決定する
主要な要素である。しかし従来技術ではこのインク供給
口の寸法精度が悪くなるため、ノズルごと、あるいはヘ
ッドごとのインク吐出特性のばらつきが大きい、という
課題を有している。また、この方法では、厚い感光性樹
脂層を露光することを必要とするが、その時、感光性樹
脂層内で光が散乱、または減衰するため圧力室壁が上面
から底面まで精度良く形成できないため、設計に忠実な
インク流路形状及び圧力室形状が得られず、インク吐出
特性が悪化する、という課題を有している。

【０００９】本発明はこれらの課題を解決するものであ
り、その目的とするところは、高密度なノズル配置を行
った場合でも必要な圧力室容積が得られるように圧力室
の高さを容易に高くできるインクジェットヘッドの製造
方法を提供することであり、また、その製造方法を用い
て製造されたインクジェットヘッドを提供することであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
ヘッドは、ノズル開口部からインクを吐出するためのエ
ネルギー発生体が配設される第一の基板と、該第一の基
板に対向して配設される第二の基板と、第一の基板と第
二の基板との中間に位置し第一の基板および第二の基板
と共にインク流路を形成するインク流路形成部材と、か
らなるインクジェットヘッドに於て、インク流路形成部
材の一部が第一の基板と一体であることを特徴とする。

【００１１】また、本発明のインクジェットヘッドの製
造方法は、第一の基板とインク流路形成部材の一部を一
体に形成する工程ののちに、インク流路形成部材の残部
や第二の基板等を接合する工程を有することを特徴と
し、第一の基板とインク流路形成部材の一部を一体に形
成する工程が、電鋳法を含む工程であること、または、
エッチング法を含む工程であることを特徴とする。

【００１２】

【実施例】図１は本発明を適用した実施例の構成を示す
斜視図であり、図２はその断面図である。

【００１３】これらの図において、１は第一の基板とイ
ンク流路形成部材の一部の一体部品、２は第二の基板、
３はインク流路形成部材の残部である。第一の基板とイ
ンク流路形成部材の一部の一体部品１、インク流路形成
部材の残部３、第二の基板２によって共通インク室４、
インク供給口５、圧力室６が形成される。また、第二の
基板２にはノズル７が設けられている。第一の基板とイ
ンク流路形成部材の一部の一体部品１にはインク連絡穴
８が設けられている。第一の基板とインク流路形成部材
の一部の一体部品１、インク流路形成部材の残部３、第
二の基板２はフレーム１１に密着接合されている。

【００１４】インク吐出のためのエネルギー発生体とし
ての圧電素子１３は、その長手方向の約半分の一面を固
定基板１４に固着され、固着されない側の先端を第一の
基板とインク流路形成部材の一部の一体部品１と接合し
ている。固定基板１４には配線パターン１５が施され、
リードフレーム１６を介して制御回路基板１７により制
御された電界を圧電素子１３に与える。

【００１５】２１は図示していないインク溜部からイン
クを供給するインク供給管である。インク供給管２１は
フレーム１１に圧入接着されている。インク供給管から
のインクはインク連絡穴８から共通インク室４に入り、
インク供給口５を経て各圧力室６に入る。

【００１６】インク滴吐出動作は、印字信号に応じて制
御回路基板１７からリードフレーム１６、配線パターン
１５を通じて圧電素子１３の正電極２２と負電極２３と
に電界を印加する。電界を印加された圧電素子１３は長
手方向（図１のＺ軸方向）に収縮しようとする。このと
き、圧電素子１３の下半分は固定基板１４に固着されて
おり、収縮変位できない。一方、圧電素子１３の上半分
は他の拘束を受けることなく収縮変位して、その収縮力
により第一の基板とインク流路形成部材の一部の一体部
品１の薄肉部を引っ張る。圧電素子１３に引っ張られた
インク流路形成部材の一部の一体部品１の薄肉部は下方
にたわみ、その結果圧力室６の体積が膨張する。圧力室
６の体積が膨張すると共通インク室４からインク供給口
５を通じてインクが流入する。ついで、圧電素子１３の
電界を解除すると、圧電素子１３は元の長さに伸長して
圧力室６を圧縮する。この圧力でノズル７からインクを
吐出する。

【００１７】［実施例１］図３から図９を用いて本発明
の実施例の工程を説明する。なお、説明のため３ノズル
配置の例を用いて説明するが、同様の工程で４ノズル以
上の配置が可能である。

【００１８】まず、第一の基板とインク流路形成部材の
一部を電鋳により一体に形成する。図３に示すように、
導電性のある平滑な型板３２上に電鋳によってＮｉを堆
積させる。電鋳の方法は、電極３３上に型板３２を取り
付け、電鋳浴中に浸漬し、電極３３と電鋳浴との間に直
流電圧を印加することにより、Ｎｉを型板３２上に析出
させる。Ｎｉ電鋳浴の種類は、公知のものであれば特に
限定されるものではない。本実施例では、スルファミン
酸ニッケル３００ｇ／ｌ、塩化ニッケル５ｇ／ｌ、ホウ
酸４０ｇ／ｌ、の組成の電鋳浴を用いた。堆積させるＮ
ｉの厚さは配設されるエネルギー発生体の発生力や、要
求されるインク吐出特性にもよるがおよそ２〜４μｍで
ある。本実施例では３μｍ堆積させた。

【００１９】次に図４に示すように、電鋳Ｎｉ３１上に
フォトレジスト４１を塗布し、露光、現像を行ってイン
ク流路壁にあたる部分の電鋳Ｎｉ３１を露出させ、その
部分に電鋳によってＮｉを堆積させる。塗布するレジス
トの種類は、電鋳浴に耐える公知のレジストであれば特
に限定されるものではないが、レジスト厚さの均一性や
比較的厚いレジスト膜形成が容易に行える点から、ドラ
イフィルムフォトレジストが好ましい。本実施例では、
三菱レイヨン製ダイヤロンＦＲＡ−３０５−８０ドライ
フィルムフォトレジストを用い、圧力室幅１００μｍ、
圧力室の壁の幅４１μｍ、インク供給口幅４０μｍ、圧
力室高さ及びインク供給口高さ８０μｍに成長させた。

【００２０】この工程を行うことにより、電鋳Ｎｉによ
ってインク流路壁が形成され、図３で形成された部分は
振動部として機能する。型板も電鋳Ｎｉも導電性がある
ため、成長面での電荷の状態はどの場所も一様であり、
狭くて深い成長部分でも圧力室壁は均一に成長する。

【００２１】次に図５に示すように、一旦型板から電鋳
Ｎｉ３１とフォトレジスト４１をはずし、電鋳Ｎｉ３１
の裏面にフォトレジスト４１を塗布し、露光、現像を行
って圧電素子取り付け部に当たる部分の電鋳Ｎｉ３１を
露出させ、再び型板に取り付け、その部分に電鋳によっ
てＮｉを堆積させる。本実施例では、三菱レイヨン製ダ
イヤロンＦＲＡ−３０５−２５ドライフィルムフォトレ
ジストを用い、圧電素子取り付け部を幅２０μｍ、高さ
２５μｍに成長させた。

【００２２】この工程を行うことにより、圧電素子がず
れて取り付けられても振動の中心は最も効率の良い圧力
室の中心部に存在する。型板も電鋳Ｎｉも導電性がある
ため、成長面での電荷の状態はどの場所も一様であり圧
電素子取り付け部は均一に成長する。

【００２３】次に、レジストを剥離して第一の基板とイ
ンク流路形成部材の一部の一体部品１が形成される。図
６は第一の基板とインク流路形成部材の一部の一体部品
１を圧電素子取り付け部側からみた平面図、図７は図６
のＡ−Ａ断面図である。

【００２４】次いで、第二の基板上にインク流路形成部
材の残部を形成する。図８に示すように、ノズル７が設
けられた第二の基板２を洗浄、乾燥したのち、公知の方
法によってドライフィルムフォトレジスト層８１を形成
し、露光、現像を行って、インク流路壁を形成する。本
実施例では、東京応化製オーディルＰＲ１５５ドライフ
ィルムフォトレジストを用い、圧力室幅１００μｍ、圧
力室の壁の幅４１μｍ、圧力室高さ５３μｍに形成し
た。

【００２５】次に、第一の基板１側のインク流路壁と、
第二の基板２上に形成されたドライフィルムフォトレジ
スト層のインク流路壁６３を公知の方法によって接合
し、第一の基板１に圧電素子１３を接合してインクジェ
ットヘッドを得る。図９は本実施例によって得られたイ
ンクジェットヘッドの模式的斜視図である。共通インク
室４はドライフィルムフォトレジスト層８１側に設けら
れ、インク供給口５は第一の基板とインク流路形成部材
の一部の一体部品１側に設けられている。

【００２６】このような手法を用いて１列２４ノズル配
置のインクジェットヘッドを作成し、得られたインクジ
ェットヘッドは純水：エタノール：グリセリン：染料＝
９０：４：４：２（重量比）からなるインクジェットイ
ンクを用いて印字を行ったところ、インク吐出速度＝７
〜９ｍ／秒、１ドットあたりのインク重量＝０．１０〜
０．１２μｇであり高速で高濃度な印字が全２４ノズル
にわたって安定して行うことができた。また、２４ノズ
ルの１本おきに圧電素子を駆動させたとき、圧電素子を
駆動しなかったノズルからはインクは吐出せず、いわゆ
るクロストーク現象はみられなかった。また、得られた
インクジェットヘッドの圧力室高さは約１３０μｍ、イ
ンク供給口の幅は４０μｍ、インク供給口高さは７８〜
８０μｍであった。これらの評価結果を表１に示す。

【００２７】［実施例２］実施例１では、第二の基板２
にノズル７が設けられているが、このノズルを第一の基
板とインク流路形成部材の一部の一体部品１に設けるこ
とも可能である。この場合、インク流路側の電鋳を２回
に分けることで、より最適なノズル形状を形成すること
も可能である。

【００２８】まず、図１０に示すように（型板から下は
図示していない）、電鋳Ｎｉを薄く堆積させた上に、実
施例１より薄いフォトレジスト層４１を形成し、インク
供給口５と圧力室６を電鋳Ｎｉで形成する。（例えば、
三菱レイヨン製ダイヤロンＦＲＡ−３０５−５０ドライ
フィルムフォトレジストを用い、インク流路壁部分を５
０μｍまで成長させる。）次に、図１１に示すように、
上にさらにフォトレジスト層４１を形成し、インク供給
口５と圧力室６とノズル７を形成する。（例えば、三菱
レイヨン製ダイヤロンＦＲＡ−３０５−３０ドライフィ
ルムフォトレジストを用い、ノズルを含むインク流路壁
部分を３０μｍまで成長させる。）以下、実施例１に示
す工程で第一の基板とノズルを含むインク流路形成部材
の一部の一体部品１を形成する。以下、実施例１と同様
の工程でインクジェットヘッドを得ることができるが、
実施例１と異なる点は、第二の基板上にはノズルはない
点である。図１２は本実施例によって得られたインクジ
ェットヘッドの模式的斜視図である。

【００２９】このような手法を用いて１列２４ノズル配
置のインクジェットヘッドを作成し、得られたインクジ
ェットヘッドを評価した結果、実施例１と同様優れた結
果を示した。これらの結果も表１に併せて示す。

【００３０】［実施例３］実施例２では、第一の基板と
インク流路形成部材の一部の一体部品１にノズル７を設
けているが、このノズルをドライフィルムフォトレジス
ト層８１側に設けることも可能である。図１３はドライ
フィルムフォトレジスト層８１にノズルを設けた場合の
インクジェットヘッドの模式的斜視図である。ドライフ
ィルムフォトレジスト層８１の形成、露光、現像条件
は、実施例１と同様である。また、その他の工程も実施
例１、２と同様である。

【００３１】このような手法を用いて１列２４ノズル配
置のインクジェットヘッドを作成し、得られたインクジ
ェットヘッドを評価した結果、実施例１と同様優れた結
果を示した。これらの結果も表１に併せて示す。

【００３２】［比較例］第一の基板は圧電素子取り付け
部を電鋳により形成するが、インク流路は形成せず平滑
面とし、その平滑面上に第二の基板と同様に東京応化製
オーディルＰＲ１５５およびオーディルＰＲ１３７ドラ
イフィルムフォトレジストを用い、圧力室幅１００μ
ｍ、圧力室の壁の幅４１μｍ、インク供給口幅４０μ
ｍ、圧力室高さ及びインク供給口高さ８５μｍに形成し
た。以下、実施例１と同様に第二の基板上に東京応化製
オーディルＰＲ１５５ドライフィルムフォトレジストを
用い、圧力室幅１００μｍ、圧力室の壁の幅４１μｍ、
圧力室高さ５５μｍに形成し、第一の基板側のドライフ
ィルムフォトレジスト層と第二の基板側のドライフィル
ムフォトレジスト層を接合してインクジェットヘッドを
得る。

【００３３】このような手法を用いて１列２４ノズル配
置のインクジェットヘッドを作成し、得られたインクジ
ェットヘッドを評価した結果、インク吐出速度＝４〜９
ｍ／秒、１ドットあたりのインク重量＝０．０４〜０．
１０μｇであり、ノズル間のばらつきが大きく悪い方向
にばらついている。また、２４ノズルの１本おきに圧電
素子を駆動させたとき、圧電素子を駆動しなかったノズ
ルからインクするクロストーク現象がみられた。また、
得られたインクジェットヘッドの圧力室高さは約１２５
μｍ、インク供給口の幅は３５〜３８μｍ、インク供給
口高さは７３〜８１μｍであり、特にインク供給口高さ
のばらつきが目立つ。これらの評価結果も表１に併せて
示す。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明のインクジェ
ツトヘッドは、インク流路形成部材の一部が第一の基板
と一体となっている。また、本発明のインクジェットヘ
ッドの製造方法は、電鋳法を含む工程によって第一の基
板とインク流路形成部材の一部を一体に形成し、そのの
ちにインク流路形成部材の残部や第二の基板を接合する
工程を有している。そのため、高密度なノズル配置を行
っても必要な圧力室容積を得るために圧力室高さを高く
することが容易であり、必要なインク吐出速度、インク
重量が容易に得られる。また、剛性の高い金属で流路壁
を構成しているため、感光性樹脂のみの流路壁にくらべ
てクロストークが発生しにくい。また、感光性樹脂のみ
の流路壁にくらべてインク供給口が変形しにくいため、
全ノズルにわたってインク吐出特性が安定している。さ
らに、第一の基板とインク流路形成部材の一部を一体に
形成しているため、第一の基板とインク流路形成部材が
別体の場合、例えば接着剤を介して接合した場合に振動
部に接着剤が流れ出ることにより振動範囲が狭くなりイ
ンク吐出特性が悪化する、といった問題がなくなるとい
う、格別の効果も有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示す模式的斜視図で
ある。

【図２】本発明の一実施例の構成を示す模式的断面図で
ある。

【図３】本発明の一実施例において、電鋳により第一の
基板が形成される工程の説明図である。

【図４】図３に続く工程で、電鋳によりインク流路壁が
形成される工程の説明図である。

【図５】図４に続く工程で、電鋳によりエネルギー発生
体取り付け部が形成される工程の説明図である。

【図６】第一の基板とインク流路形成部材の一部の一体
部品をエネルギー発生体側からみた平面図である。

【図７】図６のＡ−Ａ断面図である。

【図８】ドライフィルムフォトレジスト層によるインク
流路壁が形成された第二の基板の模式的斜視図である。

【図９】本発明のインクジェットヘッドの一実施例の模
式的斜視図である。

【図１０】本発明の他の実施例において、電鋳によりイ
ンク流路壁が形成される工程の説明図である。

【図１１】図１０に続く工程で、電鋳によりインク流路
壁とノズル等が形成される工程の説明図である。

【図１２】本発明のインクジェットヘッドの他の実施例
の模式的斜視図である。

【図１３】本発明のインクジェットヘッドの他の実施例
の模式的斜視図である。

【図１４】従来の技術によるインクジェットヘッドの製
造方法の模式的断面図である。

【図１５】他の従来の技術によるインクジェットヘッド
の製造方法の模式的断面図である。

【図１６】他の従来の技術によるインクジェットヘッド
の製造方法の模式的断面図である。

【図１７】他の従来の技術によるインクジェットヘッド
の製造方法の模式的断面図である。

【符号の説明】

１ 第一の基板とインク流路形成部材の一部の一体部品 ２ 第二の基板 ３ インク流路形成部材の残部 ４ 共通インク室 ５ インク供給口 ６ 圧力室 ７ ノズル １１ フレーム １３ エネルギー発生体としての圧電素子 １４ 固定基板 １６ リードフレーム ２１ インク供給管 ３２ 型板 ３３ 電極 ４１ フォトレジスト ８１ ドライフィルムフォトレジスト層によるインク流
路形成部材の残部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズル開口部からインクを吐出するため
   のエネルギー発生体が配設される第一の基板と、該第一
   の基板に対向して配設される第二の基板と、第一の基板
   と第二の基板との中間に位置し第一の基板および第二の
   基板と共にインク流路を形成するインク流路形成部材
   と、からなるインクジェットヘッドであって、インク流
   路形成部材の一部が第一の基板と一体であることを特徴
   とするインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】 ノズル開口部からインクを吐出するため
   のエネルギー発生体が配設される第一の基板と、該第一
   の基板に対向して配設される第二の基板と、第一の基板
   と第二の基板との中間に位置し第一の基板および第二の
   基板と共にインク流路を形成するインク流路形成部材
   と、からなるインクジェットヘッドの製造方法であっ
   て、第一の基板とインク流路形成部材の一部を一体に形
   成する工程ののちに、インク流路形成部材の残部や第二
   の基板等を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。
3. 【請求項３】 第一の基板とインク流路形成部材の一部
   を一体に形成する工程が、電鋳法を含む工程であること
   を特徴とする請求項２記載のインクジェットヘッドの製
   造方法。