JPH08104003A - インクジェットヘッドのインク流路板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属殻インク流路部と剛性板とを結合して高
剛性のインク流路板を構成し、もって、エネルギーロス
が少なく、高速印字対応のインク流路板を提供する。 【構成】 一端が共通インク室に通じ、他端がインク吐
出口に通じているインク流路溝を有し、該インク流路溝
内のインクを加圧して前記インク吐出口からインクを吐
出するインク流路板の製造方法である。インク流路溝と
反転一致した形状のスタンパ１０を準備し（図１
（ａ））、該スタンパ１０を熱可塑性シート１１に押し
つけて（図１（ｂ））、前記インク流路溝を一体的に転
写する。熱可塑性シート１１の形状転写面１１ａに、め
っき法などにより一定厚さの金属殻層１３を形成し（図
１（ｄ））、その上に、接着剤１４により剛体基板１５
を接着し、その後、熱可塑性シート１１を分離する（図
１（ｆ））。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェット記録装
置におけるインクジェットのインク流路板の製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、本発明によるインク流路板が使
用されるインクジェットヘッドの一例を説明するための
概略断面構成図で、図中、１は電歪素子、２はインク流
路上面板、３はインク流路板、４はインク流路、５は該
インク流路４内のインク、６はインク吐出口、７はイン
ク供給口で、周知のように、印写信号に応じて電歪素子
１をパルス駆動すると、その電圧レベルに応じて電歪素
子１が変位する。電歪素子１とインク流路上面板２とは
一体的に接合固定されているので、電歪素子１の変位が
インク流路上面板２に伝わり、電歪素子１の変位に応じ
て、流路上面板２がたわむと、インク流路４の体積が収
縮し、該インク流路４内のインク５に圧力を印加し、イ
ンク流路４に充填されたインク５は、ノズル６から外に
噴射し、図示しない記録紙に印写される。本発明による
インク流路板３は、上述のごとき電歪素子駆動方式のイ
ンクジェット記録ヘッドに用いて好適なものである。

【０００３】上述のごときインク流路板の製造方法とし
て、従来、フォトリソプロセスによる方法が提案されて
いるが、この方法は、写真製版技術と化学的に腐食溶解
するフォトエッチング法によりインク流路溝を形成する
微細加工法で、すでに、インクジェットヘッド用の流路
溝の加工法として用いられている。中でも、結晶化ガラ
スの一つである感光性ガラスを用いれば、ほぼ、矩形断
面形状の流路溝を形成できる。しかし、この方法は、工
程が長いことと生産ロットの制約から現状では材料が高
価であり、低価格記録ヘッド製造の上では障害となって
いる。ＳＵＳ基板や一般のガラス板にフォトエッチング
法により流路溝を形成する方法もあるが、この方法は、
等方性エッチングの性質上、流路溝の断面形状が曲面に
なるなど形状制御性で劣る。さらに、Ｓｉ単結晶板を用
いた異方性エッチング法も提案されており、この方法に
よれば、寸法・形状精度面で優れているが、その反面、
大型サイズの流路板では、一枚のＳｉ基板からの取り数
が少なくコスト高になる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】また、流路基板のスタ
ンパ（金型）を用いて、プラスチックを射出成形してイ
ンク流路板を製作する方法も提案されているが、プラス
チック材料は、一般に機械特性の選択範囲が狭く使用す
る材料によりほぼ決まってしまう。電歪素子を用いたイ
ンクジェット記録ヘッドの駆動において、電歪素子の変
位による流路部の体積変化に伴ってインクを吐出させる
インクジェット記録方式に用いる流路板では、流路部材
のヤング率が小さいと圧力損失が大きく、結果として、
インクの滴速度が遅くなり、高速印字の障害となる。プ
ラスチック流路基板のヤング率向上策として、ガラス，
カーボン繊維，無機粉末などのフィラーを充填する方法
もあるが、流路基板のように数十ミクロンレベルの溝形
状転写では、形状転写性の点から充填比率に限界があ
る。

【０００５】更に、金属スタンパに直接電鋳して金属流
路を複製（直接転写）する方法もあるが、 ・溝の深さが数十ミクロンから数百ミクロンであり、し
かも、溝が複数本であり、離型が困難である。 ・リジッドスタンパであると離型が困難であり、フレキ
シビリティのある金属スタンパによれば、離型はできる
が変形してしまい、高価なスタンパを多数回使用できな
い。 等の欠点がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、（１）一端が共通インク室に通じ、他端
がインク吐出口に通じているインク流路溝を有し、該イ
ンク流路溝内のインクを加圧して前記インク吐出口から
インクを吐出するインク流路板の製造方法において、前
記インク流路溝と反転一致した形状のスタンパ（金型）
を準備し、該スタンパを熱可塑性シートに押しつけて、
前記インク流路溝を一体的に転写した後、前記熱可塑性
シートの形状転写面に、めっき法などにより一定厚さの
金属殻層を形成し、前記熱可塑性シートと金属殻層を分
離することにより、前記インク流路溝を転写した金属殻
を製作することを特徴としたものであり、更には、
（２）前記金属殻インク流路板とセラミックス，金属板
などの剛体基板とを接合一体化すること、或いは、
（３）熱可塑性シートマスター（複製母型）を射出成形
法，注型法，加熱圧縮成形法，光硬化樹脂法などの方法
によって製作すること、或いは、（４）前記金属インク
流路溝部材として、ニッケル，ニッケル−コバルト合
金，ニッケル−鉄，ニッケル−マンガン，ニッケル−
燐，ニッケル−硼素などの金属からなり、電気めっき，
無電解めっき法などにより、前記金属殻を形成すること
を特徴としたものである。

【０００７】

【作用】金属殻インク流路部と剛性板とを結合（複合
化）して高剛性のインク流路板を構成し、もって、エネ
ルギーロスが少なく、高速印字対応のインク流路板を提
供する。

【０００８】

【実施例】図１は、本発明によるインク流路板の製造方
法の一実施例を説明するための図で、同図は、加熱圧縮
成形法による高分子材料の複製品とニッケル金属殻での
実施例を示し、本発明の金属流路板の製造方法によれ
ば、使い捨て可能なほど安価な熱可塑性シート母型を用
いることにより、間接的に金属流路板を製造することが
できる。

【０００９】・工程１（図１（ａ）） 所望のインク流路板と一致した形状のスタンパ（型）１
０を用意する。 ・工程２（図１（ｂ）） スタンパ１０と高分子材料１１（以下、熱可塑性シー
ト）を重ね合わせ、加熱圧縮成形装置（以下、熱プレス
と略記）の上下の熱板２１，２２の間におく。使用する
熱可塑性シートのガラス転移点温度近傍まで前記熱板２
１，２２で熱可塑性シートを加熱加圧する。一定時間保
圧したら冷却し、ガラス転移点温度以下になったら加圧
を解除する。スタンパ１０と形状転写した熱可塑性シー
ト１１を分離する。 ・工程３（図１（ｃ）） 工程２で得られた熱可塑性シート１１の形状転写面１１
ａに蒸着法やスパッタリング法で、Ｎｉ，Ｃｒなどの金
属薄膜１２を付与して導体化する。 ・工程４（図１（ｄ）） 工程３で得られた熱可塑性シート１１に所望の厚さまで
ニッケルめっき１３を施こす。 ・工程５（図１（ｅ）） 工程４で得られた熱可塑性シート１１，金属薄膜１２，
及びニッケル１３との複合材料のニッケル析出面側に接
着剤１４を塗布し、予め用意したセラミックス板あるい
は金属基板１５とを重ね合わせ一体的に積層固定する。 ・工程６（図１（ｆ）） 接合部１４が完全に固化したら、工程５の前記複合構造
体より熱可塑性シート部１１のみを強制的に剥離する。
この工程６により、前記高分子材料複製品（金属殻流路
製作の母型）の溝形状を反転転写しためっき金属殻と剛
体基板を接合一体化した金属−剛体基板複合インク流路
板が得られる。

【００１０】図２は、上述のごとくして製作されたイン
ク流路板をインク流路４側を上にして示した斜視図、図
３は、前述の工程２において使用する熱プレスの概要を
示す図で、熱プレス２０は、前述のごとき熱板２１，２
２を有し、これら熱板２１，２２の間に、工程２におい
て示したようにして、スタンパ１０と高分子材料の熱可
塑性シート１１を重ねて配置し、図示例の場合、下側の
熱板２２を上昇させて、熱板２１と２２とで前記スタン
パ１０と熱可塑性シート１１を押圧し、該熱可塑性シー
ト１１にスタンパ１０の形状を転写する。

【００１１】（スタンパの製作法）前記スタンパ１０
は、フォトリソグラフィ，放電加工，超精密切削加工法
などの各種微細加工法により、所望のインク流路板と反
転一致した寸法形状の流路溝を刻んだ原盤（母型，マス
ター）を製作する。前述のように、原盤加工法としては
種々の方法があるが、具体的には、感光性ガラスエッチ
ング法，Ｓｉ単結晶を用いた異方性エッチング法などが
ある。本実施例では、Ｓｉ単結晶を用いた異方性エッチ
ング法により原盤を作製し、この原盤を基にニッケル電
鋳によりスタンパを製作した。

【００１２】（熱可塑性シートの複製品の製造方法）上
述のようにしてスタンパを製作したら、このスタンパと
熱可塑性シートを用い、図２に示したような、使い捨て
可能な程安価な熱可塑性シート母型を作る。上記実施例
では、この熱可塑性シート母型の製法として、熱プレス
を用いた加熱圧縮成形法を用いた。熱可塑性シートとし
ては、塩化ビニル樹脂，ポリカーボネート樹脂，ポリブ
チレンテレフタレート樹脂，ポリエチレンテレフタレー
ト樹脂，ポリエステル樹脂，ポリメチルメタクリレート
樹脂，ポリエーテルエーテルケトン樹脂，ポリアリレー
ト樹脂，ＡＳ樹脂，ＡＢＳ樹脂，ポリフェニレンサルフ
ァイド樹脂，ポリエーテルスルホン樹脂，ポリスルフォ
ン樹脂，ポリアミド樹脂などである。熱硬化性樹脂とし
ては、エポキシ樹脂，不飽和ポリエステルなどの粉末
状，液状樹脂である。液状樹脂を用いれば、注型法でも
成形可能である。

【００１３】（流路基板，剛体基板の材料）本発明の流
路基板は、金属溝転写層，接合層，剛体基板の３層構成
よりなり、剛体基板としては、金属，ガラス板，セラミ
ックス板などである。上記実施例では、剛体基板として
リン酸塩処理をした鋼板（ｔ＝１.０mm）を用いた。

【００１４】（加熱圧縮成形・形状転写）熱可塑性シー
トとスタンパを重ね合わせて熱プレス装置の上下の加圧
盤の間に置き、加熱・加圧する。使用する熱可塑性シー
トのガラス転移温度以上まで加熱し、一定圧力で加圧す
る。本実施例では、熱可塑性樹脂材料としてポリカーボ
ネイト、接合層としては液状有機接着材、剛体基板とし
てはリン酸塩処理鋼板（ｔ＝１.０mm）を用いた。転写
温度は１７５℃、加圧時間は３分、荷重は２０〜３０kg
ｆ／cm²とした。一定時間保圧後、上下加圧盤を樹脂の
ガラス転移温度以下まで強制冷却した後加圧解除し、ス
タンパと転写構造体とを分離すると、熱可塑性樹脂層に
はスタンパの形状が転写された転写構造体が得られる。

【００１５】（熱可塑性シートと剛体基板との積層）上
述のように、本発明においては、熱可塑性シートと剛体
基板とを接着剤により一体的に接合するが、その場合、
シート材料，接着剤，剛体基板の熱膨張係数の調整など
も必要であり、熱膨張係数が異なっていると、これらが
分離してしまうおそれがある。

【００１６】（インクの流路板の閉塞中空化）以上の工
程で成形したインク流路板に均一に接着剤を塗布した金
属，セラミックスの薄板（図４のインク流路上面板２を
参照）を積層すると、図４に示したように、閉塞中空状
のインクの流路板ができる。

【００１７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によると、以下のような効果がある。 （１）安価なインク流路板の製造方法を提供することが
できる。すなわち、低剛性，小型，安価な装置でインク
流路溝のような微細形状の転写ができ、装置のイニシャ
ルコストの低減が可能になり、しかも、量産性に優れた
安価なインク流路板の製造方法を提供できる。 （２）高剛性のインク流路板の製造方法を提供できる。
すなわち、エネルギーロスが少なく、プラスチック単独
のインク流路板を用いた印字ヘッドよりインク滴速度が
早く高速印字対応のインク流路板を提供できる。金属殻
インク流路部と剛性板との複合化によって、強度の高い
リジッドな高速印字ヘッド用プラスチックインク流路板
の製造方法及び流路板を提供することができる。 （３）高精度の形状転写が可能である。すなわち、簡便
な装置で数十ミクロンレベルのインク流路溝を簡単な装
置で比較的低温且つ低荷重で高精度形状転写ができ、高
精度マスターを簡便に製造できる。 （４）金属インク流路板を電鋳操作で作るには、金属ス
タンパをもとに電析で直接転写することになり、スタン
パと金属インク流路板間における分離・離型操作での変
形が問題であるが、本発明の間接転写法によれば、使い
捨て可能な程安価でフレキシブルな可撓性を持つ母型を
使用できるので、離型が容易で、しかも、剛体基板に接
合しているので、金属部の変形がない。 （５）熱可塑性シートの母型に一体的に析出させた金属
殻をその状態で剛体基板に接合できるので、取扱性に優
れている。更に、請求項１の発明によれば、前述のフォ
トファブリケーションプロセスで高精度に製作されたス
タンパ形状を比較的低温低荷重かつ簡単な装置で高忠実
転写可能な熱可塑性シートに複製することにより、前記
スタンパでの複製転写数の改善に寄与できる。さらに、
前記形状転写した熱可塑性シートにめっき，電鋳操作に
より、反転した形状（スタンパと一致した形状）の金属
殻インク流路を転写形成し、セラミックス，金属剛体基
板と接着層を介して一体化した後、前記熱可塑性シート
を一端から剥離することにより、１００μm前後の深さ
のインク流路溝を多数付与したにもかかわらず、離型操
作が容易に実施できる前記構造の金属殻インク流路と剛
体基板を一体化したインク流路板を得ることができる。
また、直接転写法に比し、本発明の間接転写法によれ
ば、高精度転写，耐インク，離型性の点で利点がある。
請求項２の発明によれば、インク流路部はめっき，電鋳
などの操作によりスタンパの形状を忠実に転写できる。
さらに、この金属殻の電析面あるいはめっき析出面の凹
部を接着剤などで充填し、かつ、この金属殻流路とセラ
ミックス，金属板などの剛体基板とを一体化したので、
形状転写性，剛性の優れた複合インク流路板を形成でき
る。請求項３の発明によれば、前記フォトファブリケー
ションプロセスで得られた高精度スタンパを種々の樹脂
転写法でサブミクロン〜ミクロンレベルでの転写でき、
かつ、薄板状の高分子複製品を安価に製造でき、めっ
き，電鋳で金属殻インク流路を形成した後は、フレキシ
ブルな薄板状高分子複製品のみをわずかな外力で一端よ
り剥離することができる。請求項４の発明によれば、最
終的にインクジェック記録ヘッドに組込まれる本発明の
インク流路板におけるインク接液部は、ニッケルを主と
した金属及びその合金より構成されているので、耐イン
ク性に優れたインク流路板を形成することができる。さ
らに、前記スタンパの製法にも用いられるように、めっ
き，電鋳法と同じプロセスにより、前記金属殻インク流
路を形成するので、形状，精度的に優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるインク流路板製造方法の一実施
例を説明するための工程図である。

【図２】 本発明によって製造されたインク流路板の一
例を示す斜視図である。

【図３】 本発明の実施に使用するプレスの一例を示す
図である。

【図４】 本発明によるインク流路板が使用されるイン
クジェットヘッドの一例を説明するための要部断面図で
ある。

【符号の説明】

１０…スタンパ、１１…高分子材料（熱可塑性シー
ト）、１２…金属薄膜、１３…めっき層、１４…接着
剤、１５…金属基板、２０…熱プレス装置、２１，２２
…熱板。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端が共通インク室に通じ、他端がイン
   ク吐出口に通じているインク流路溝を有し、該インク流
   路溝内のインクを加圧して前記インク吐出口からインク
   を吐出するインク流路板の製造方法において、前記イン
   ク流路溝と反転一致した形状のスタンパ（金型）を準備
   し、該スタンパを熱可塑性シートに押しつけて、前記イ
   ンク流路溝を一体的に転写した後、前記熱可塑性シート
   の形状転写面に、めっき法などにより一定厚さの金属殻
   層を形成し、前記熱可塑性シートと金属殻層を分離する
   ことにより、前記インク流路溝を転写した金属殻を製作
   することを特徴とするインク流路板の製造方法。
2. 【請求項２】 前記金属殻インク流路板とセラミック
   ス，金属板などの剛体基板とを接合一体化することを特
   徴とする請求項１記載のインク流路板の製造方法。
3. 【請求項３】 熱可塑性シートマスター（複製母型）を
   射出成形法，注型法，加熱圧縮成形法，光硬化樹脂法な
   どの方法によって製作することを特徴とする請求項１記
   載のインク流路板の製造方法。
4. 【請求項４】 前記金属インク流路溝部材として、ニッ
   ケル，ニッケル−コバルト合金，ニッケル−鉄，ニッケ
   ル−マンガン，ニッケル−燐，ニッケル−硼素などの金
   属からなり、電気めっき，無電解めっき法などにより、
   前記金属殻を形成することを特徴とする請求項１に記載
   のインク流路板の製造方法。