JPH081950A

JPH081950A - インクジェットヘッドの製造方法

Info

Publication number: JPH081950A
Application number: JP13993694A
Authority: JP
Inventors: Yoichiro Miyaguchi; 耀一郎宮口; Osamu Naruse; 修成瀬; Shinichi Tsunoda; 慎一角田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1994-06-22
Filing date: 1994-06-22
Publication date: 1996-01-09
Anticipated expiration: 2016-11-26
Also published as: JP3231544B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ピンホールの遮蔽や亀裂巾の埋設化、インク
濡性の均一化を図るとともに、接合力を高める。【構成】基板１に耐薬品性のＡｕ層２をスパッタによ
り０.５μｍの厚さに形成し、ピンホール防止用のＮｉ
層３をスパッタにより３μｍの厚さで形成する。次に、
レジストパターン４をホトリソグラフィ法で形成し、Ｎ
ｉ層５ａをスパッタにより１０〜１５μｍの厚さで形成
する。レジストを剥離すると、基板１上にＡｕ層２とＮ
ｉ層５ａを基板１から剥離する。Ａｕ層２の側がインク
液室側であり、Ｎｉ層５ａの側が圧電素子接合部とな
る。Ａｕ層２の上にはインク流路形成部材８によりイン
ク流路が形成され、該インク流路の上面にノズルプレー
ト７を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットヘッド
の製造方法に関し、より詳細には、インクジェットヘッ
ドの振動板の製造方法に関する。例えば、ダイヤフラム
を構成する部品（水量、ガス流量等の測定器）に適用さ
れるものである。

【０００２】

【従来の技術】インクジェットヘッドにおけるインクの
吐出方法には、熱による気泡の発生を利用して吐出する
ものや、記録用ヘッドにポンプでインクを供給してイン
ク滴を圧電圧料で吐出させ、吐出したインク滴を荷電し
て偏向させるもの、電界吸引力を利用してインクを吐出
するもの、単に圧電素子をアクチュエータにしてインク
を吐出するもの等がある。

【０００３】圧電素子をアクチュエータとして用いたイ
ンクジェットヘッドは、ノズル板及びインク液室、振動
板、圧電型アクチュエータ等から構成され、圧電型アク
チュエータによりノズルからインクを吐出して画像を形
成する。この圧電型アクチュエータは、圧電素子に電界
をかけると歪みを生じるという現象、つまり、圧電材料
の逆圧電効果を利用したものである。

【０００４】また、近年、高集積ノズルのオンデマンド
型インクジェットの実用化が進んでいるが、特に高画質
を達成するためには、吐出効果が良いことが要求され
る。液室ユニットとアクチュエータユニットの接合でア
クチュエータである圧電素子と振動板のダイヤフラム部
との密着性や、該ダイヤフラム部の薄膜にピンホールや
亀裂が発生しないようにすることは吐出効果の向上に大
きくかかわってくる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のインクジェット
ヘッドの製造方法は、電鋳法や薄状金属板で振動板やダ
イヤフラムを構成している。しかし、ピンホールや加工
時の亀裂、金属板表面の撥水性の問題がある。さらに、
腐蝕が発生し、錆やピンホールの発生が伴い、機能上ダ
メージを与えることがある（インク中のイオンや錆体に
よる腐蝕反応や局部電池の発生）。また、ドライフィル
ムを直接振動板にラミネートして流路形成するものもあ
るが、その接合力は弱く、バネや押え板等で補強してい
るものの、特性劣化が発生している。また、従来、薄状
金属板の加工品や電鋳による部品等のこれらの製品は、
製法上、ピンホールや亀裂、撥水性、さらに他との部品
の接合時に接着し難い等の問題が発生している。

【０００６】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たもので、ピンホールの遮蔽や亀裂巾の埋設化、インク
濡れ性の均一化を図ること、また、部品や他の部品（材
料が異なる）と接合する場合の接着剤の接合力を高める
ようにしたインクジェットヘッドの製造方法を提供する
ことを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、（１）インクジェットの加圧駆動部であ
る振動板が、２層以上の異種金属膜で形成されること、
或いは、（２）インクジェットの加圧駆動部である振動
板に有機膜を形成すること、或いは、（３）前記（２）
において、前記有機膜がポリイミド、ポリアミド系の材
料、または光感応機能を含むポリイミド、ポリアミド系
の材料であること、更には、（４）前記（２）におい
て、前記有機膜がエポキシ樹脂系材料であること、更に
は、（５）前記（２）において、前記有機膜がシランカ
ップリング剤であること、更には、（６）前記（２）に
おいて、前記有機膜が接着機能を有することを特徴とし
たものである。

【０００８】

【作用】本発明によるインクジェットヘッドの製造方法
は、（１）インクジェットヘッドの加圧駆動部として振
動板に用いられるもので、該振動板は２層以上の異種金
属板で形成されているので、単一金属、異種金属ともに
湿式、乾式を問わずにピンホールや亀裂の防止が実現で
きる。また、（２）前記振動板に有機膜を形成するの
で、ピンホールの発生を防止することができる。また、
（３）前記有機膜がポリイミド、ポリアミド系の材料、
または、光感応機能を含むポリイミド、ポリアミド系の
機料であるので、耐インク性や高ヤング率の接着力の向
上を図ることができる。また、（４）前記有機膜が、エ
ポキシ樹脂系材料であるので、耐インク性、接着力、室
温から１００℃以内のプロセス温度で完了し、熱歪みに
よる内部応力によるハガレや構造変形等が防止できる。
また、（５）前記有機膜がシランカップリング剤である
ので、金属表面の接着力が弱いものでもシランカップリ
ング剤による反応のため、接着力が大きく、ピンホール
の埋穴での充填と固定を良好にする。さらに、（６）前
記有機膜が接着機能を有し、有機材料中に接着と架橋構
造をともなう反応が期待できる官能基を有することで、
接着力と保護膜としての機能が向上する。

【０００９】

【実施例】実施例について、図面を参照して以下に説明
する。図１（ａ）〜（ｈ）は、本発明によるインクジェ
ットヘッドの製造方法の一実施例を説明するための工程
図で、乾式法（Ｄry Ｍethod）による工程図である。図
中、１は基板、２はＡｕ層、３はＮｉ層、４はレジスト
パターン、５ａはＮｉ層、６はノズル、７はノズルプレ
ート、８はインク流路形成部材、９は接着剤、１０はＰ
ＺＴ（圧電素子）である。

【００１０】図１（ａ）に示すような基板１に、図１
（ｂ）に示すように、耐薬品性のＡｕ層２をスパッタに
より０.５μｍの厚さに形成し、次に、図１（ｃ）に示
すように、ピンホール防止用のＮｉ層３をスパッタによ
り３μｍの厚さに形成する。次に、図１（ｄ）に示すよ
うに、レジストパターン４をホトリソグラフィ法で形成
し、図１（ｅ）に示すように、Ｎｉ層５ａをスパッタに
より１０〜１５μｍの厚に形成する。このようにして、
図１（ｆ）に示すように、レジストを剥離すると、基板
１上にＡｕ層２とＮｉ層５ａとが形成される。

【００１１】図１（ｇ）に示すように、Ａｕ層２とＮｉ
層５ａを基板１から剥離する。Ａｕ層２の側がインク液
室側であり、Ｎｉ層５ａの側が圧電素子接合部となる。
図１（ｈ）に示すように、Ａｕ層２の上には、インク流
路形成部材８によりインク流路が形成され、該インク流
路の上面にノズルプレート７を設ける。該ノズルプレー
ト７にはノズル６が設けられ、該ノズル６よりインクが
突出される。また、Ｎｉ層５ａの側の圧電素子接合部に
は接着剤９を介して圧電素子（ＰＺＴ）１０が設けられ
る。

【００１２】図２（ａ）〜（ｈ）は、本発明によるイン
クジェットヘッドの製造方法の一実施例を説明するため
の工程図で、湿式法（Ｗet Ｍethod）による工程図であ
る。図中、５ｂはＮｉ層で、その他、図１と同じ作用を
する部分は同一の符号を付してある。図２（ａ）〜
（ｄ）までは図１（ａ）〜（ｄ）の場合と同じである。
図２（ｅ）において、Ｎｉ層５ｂを電鋳法により形成す
る点が、図１（ｅ）のスパッタ法でＮｉ層５ａを形成す
るのと異なっている。図２（ｆ）において、レジスト剥
離によりＮｉ層５ｂが形成され、図２（ｇ）に示すよう
に、基板１を剥離すると、Ａｕ層２がダイヤフラムとし
て形成される。このあとは、図２（ｈ）において、図１
（ｈ）と同様に振動板５ｂの側にＰＺＴ１０が設けら
れ、ダイヤフラム２の側にインク流路形成部材８とノズ
ルプレート７が設けられる。

【００１３】次に、請求項１に記載の発明について説明
する。インクジェットヘッド用振動板は、アクチュエー
タである圧電素子との接合点とダイヤフラムを形成し、
さらに支持体で周辺部（ダイヤフラム面積の決定）を形
成する。この時に、ダイヤフラム部が薄膜であるが故に
ピンホールや亀裂（マイクロクラック）が発生する。そ
こで、図１（ｂ）,（ｃ）に示す工程で、Ａｕ層２とＮ
ｉ層３を形成し、ピンホール等の防止や耐インク性、お
よび接着力向上を図る。

【００１４】本実施例では、０.５μの厚さのＡｕ層の
上に３μの厚さのＮｉ層を形成したが、多層蒸着や電鋳
でピンホールや亀裂は極端に減少する。また、同一金属
層でも、電鋳条件を途中で変化させて連続電鋳すること
でピンホールやマイクロクラックは減る。しかし、ダス
ト付着やピット汚れによるピンホール等は防止できな
い。

【００１５】インクジェットヘッド用の振動板を薄膜部
２〜１０μ厚さのダイヤフラム部と、さらにダイヤフラ
ム面積を決定する支柱または周辺部をさらに同一金属や
異種金属材料で２層に形成させる。ダイヤフラム層は、
インクジェット用のインク液室側に、耐薬品性の高材
料、例えば、Ｐｔ，Ａｕ，Ｒｕ，Ｐｄ等の金属材料を
０.５〜２μｍ厚さに形成し、さらに駆動側に、Ｎｉ，
Ｃｕ，Ｃｏ，Ｃｒやこれらの合金を形成する。形成法は
蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤや、湿式法では電鋳法があ
る。

【００１６】もちろん、乾式法でも、湿式法でも単一金
属膜で、ピンホールや亀裂が発生しない場合、また、耐
インク性がある場合は２種金属を選択する必要は無い。
第２層のダイヤフラム面積の決定や駆動素子との接点の
形成材料は素子の接着力があり、耐環境性の高い金属材
料を乾式法や湿式法で形成する。第２層は２０〜５０μ
ｍ以上の厚さを有するが、その形成は乾式法や湿式法の
組み合せでも可能である。

【００１７】次に、請求項２に記載の発明について説明
する。金属材料で形成したダイヤフラムのインク液室側
に有機膜を形成することで、ダストやピット汚れによる
ピンホールを埋穴し、かつ、耐インク性を向上し、Ｎ
ｉ，Ｃｒ等のインクによる腐蝕性を持っているが、安価
でヤング率の高い材料の使用が可能となる。有機膜は１
〜５μ厚のスピンコートによる成膜で充分に機能する。

【００１８】ダイヤフラムの形成で０.５μ程度の微小
ピンホールが発生し、インク濡れによる信頼性の劣化や
素子の劣化が発生する。そこで、薄膜の有機膜を全面に
コートし、ピンホールの防止、また他の部材との接着機
能を持つ有機材料の構成とする。

【００１９】次に、請求項３に記載の発明について説明
する。有機膜はポリアミド、ポリイミドの材料であっ
て、光感応性を付与した材料でも可能である。金属振動
板のインク液室側にポリアミド、ポリイミドの材料をス
ピンコートし、光感応性があるものは、ホトマスクによ
り必要な部分のみ残し、パターン形成することでピンホ
ールやクラックの防止が可能である。光感応性が無いも
のは、通常のホトレジスト工程でパターン化することが
できる。これらの材料は高ヤング率であり、耐インク
性、ＴＧ（ガラス転位温度）、ｍ.ｐ（融点）も高く、
インクジェットヘッド用として有意な特徴がある。ま
た、この材料は、１００〜１５０℃で一次硬化のパター
ン膜を形成して、さらに２７０〜３００℃の２次硬化を
することで他部材との接合ができる。その様子を図３
（ａ）〜（ｆ）に示す。

【００２０】図３（ａ）に示す振動板１１の上に、図３
（ｂ）に示すように、ポリアミド１２を厚さ１〜５μｍ
でスピンコートする。図３（ｃ）に示すように、ホトリ
ソ工程でパターン化し、スクライブラインを形成する。
これにより１２０℃で１次硬化膜を形成する。次に、図
３（ｄ）に示すように、さらに、２８０℃で２次硬化膜
１３を形成し、ノズル１３ａとインク流路１３ｂが形成
される。

【００２１】その後、図３（ｅ）に示すように、ダイシ
ングカットして図３（ｆ）を形成し、振動板１１に、Ｐ
ＺＴ１５を接着剤１４により接合し、インクジェットヘ
ッドを形成する。このようにして、耐薬品、高いＴＧ，
ｍ.ｐを持ち、さらに高いヤング率材料３００ｋｇ／ｍ
ｍ²以上が期待できる。

【００２２】次に、請求項４に記載の発明について説明
する。接着剤を均一塗布（スピンコートやスクリーン印
刷）し、これと他部材を接合することで、ピンホールの
防止や接合の向上が図れる。エポキシ樹脂は通常のもの
はすべて使用可能であるが、ビスフェノール系や脂環式
系、アクリル系のエポキシ樹脂で充分である。これらは
Ｔ.Ｇも６０〜１５０℃と高く、インクジェットに対応
できる。工法は図３と同様であるが、パターン化が必要
な時はスクリーン印刷が良い。このようにして、耐薬品
や高い接着力が得られ、高温処理（１００℃以上）を必
要とせずにプロセスが決定できる。

【００２３】次に、請求項５に記載の発明について説明
する。コート剤としてシランカップリング剤（通常のア
ミノシラン系カップリング剤）が可能である。高粘度の
ものは、ＩＰＡやアルミアルコール等の速乾性の無いア
ルコール系で希釈し、４０〜３００ｃｐｓ程度としてス
ピンコートする。４０〜８０℃の予備加熱でピンホール
や亀裂は防止できる。

【００２４】本硬化は１５０〜２００℃の加熱処理で耐
インク性の高い薄膜が形成できる。接合は、エポキシ基
とアミノ基を含む有機変性シリコーンをスピンコート
し、これに他部材を接合加圧、加熱（２ｋｇ／ｃｍ²、
１２０〜１８０℃）することで、硬化接合する。Ｎｉ
（Ａｕ，Ｐｔ）等の表面には接着剤を用いるが、シリコ
ーン接着剤は直接にはその接着力が弱い（０〜１０ｋｇ
／ｃｍ²）ので、シランカップリング剤を介することで
ピンホールの防止と接着力の向上が図れる。これによ
り、薄膜で高い接着力が得られ、プロセスが容易とな
る。

【００２５】次に、請求項６に記載の発明について説明
する。本実施例に示す有機材料は、その材料中に接着に
関する官能基を持つことを特徴とし、エポキシ基、カル
ボン酸基、水酸基、オレフィン基を持ち、触媒として、
ラジカル触媒、カチオンを発生するルイス酸、過酸化物
等を含み、加熱することで、これら触媒により硬化、接
合することを意図する。このように、１次硬化、２次硬
化の処理で接着力を付加できるもので、接着官能基をも
つことを特徴としている。

【００２６】

【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）請求項１に対応する効果：インクジェットヘッド
の加圧駆動部として振動板に用いられるもので、該振動
板は２層以上の異種金属板で形成されているので、単一
金属、異種金属ともに湿式、乾式を問わずに、０.５〜
３０μ程度のピンホールの防止や、５〜１０μの亀裂巾
の埋設化が実現できる。（２）請求項２に対応する効果：前記振動板に有機膜を
形成するので、ピンホールの発生を防止することができ
る。（３）請求項３に対応する効果：前記有機膜はポリイミ
ド、ポリアミド系の材料である。（４）請求項４に対応する効果：光感応機能を含むポリ
イミド、ポリアミド系の機料であるので、耐インク性や
高ヤング率の接着力の向上を図ることができる。（５）請求項５に対応する効果：前記有機膜は、エポキ
シ樹脂系材料であるので、耐インク性、接着力、室温か
ら１００℃以内のプロセス温度で完了し、熱歪みによる
内部応力によるハガレや構造変形等が防止できる。ま
た、前記有機膜はシランカップリング剤であるので、金
属表面の接着力が弱いものでもシランカップリング剤に
よる反応のため、接着力が大きく、ピンホールの埋穴で
の充填と固定を良好にする。（６）請求項６に対応する効果：前記有機膜は接着機能
を有し、有機材料中に接着と架橋構造をともなう反応が
期待できる官能基を有することで、接着力と保護膜とし
ての機能が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるインクジェットヘッドの製造方
法（乾式法）の一実施例を説明するための構成図であ
る。

【図２】本発明によるインクジェットヘッドの製造方
法（湿式法）の一実施例を説明するための構成図であ
る。

【図３】本発明におけるピンホール防止と硬化接合に
ついて説明する図である。

【符号の説明】

１…基板、２…Ａｕ層、３…Ｎｉ層、４…レジストパタ
ーン、５ａ…Ｎｉ層、５ｂ…Ｎｉ層、６…ノズル、７…
ノズルプレート、８…インク流路形成部材、９…接着
剤、１０…ＰＺＴ（圧電素子）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インクジェットの加圧駆動部である振動
板が、２層以上の異種金属膜で形成されることを特徴と
するインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項２】インクジェットの加圧駆動部である振動
板に有機膜を形成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。
【請求項３】前記有機膜がポリイミド、ポリアミド系
の材料、または光感応機能を含むポリイミド、ポリアミ
ド系の材料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。
【請求項４】前記有機膜がエポキシ樹脂系材料である
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。
【請求項５】前記有機膜がシランカップリング剤であ
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。
【請求項６】前記有機膜が接着機能を有することを特
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。