JPH1016215A

JPH1016215A - インクジェットヘッド及びその製造方法

Info

Publication number: JPH1016215A
Application number: JP17462296A
Authority: JP
Inventors: Tomoo Ikeda; 池田　　智夫
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1996-07-04
Filing date: 1996-07-04
Publication date: 1998-01-20

Abstract

(57)【要約】【課題】１８０ｄｐｉ以上の高密度のインクジェット
ヘッドにおいてノズル板と液室部材との接着による接合
は非常に困難である。そこで、液室部材とノズル板とを
一体で形成する方法を提供する。【解決手段】まずエキシマレーザーによるアブレーシ
ョン加工を段階的に行なうことにより、三次元的にノズ
ルと液室の形状をもつ電鋳型を形成する。その後電鋳法
を用い、前記電鋳型を転写成形し、液室部材とノズル板
とを一体で成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の圧電式インクジェットヘッドはイ
ンクを吐出させる為の駆動力を発生させる圧電素子と、
インク流路とインク吐出の為の加圧室を兼ねる液室を備
える液室部材と、圧電素子で発生した駆動力を液室に伝
えるダイアフラムと、液室で加圧されたインクが吐出す
る為のインク吐出孔（以下ノズルと称する。）を備えた
ノズル板からなる。圧電素子で発生した駆動力はダイア
フラムを介して液室に伝わり、液室内のインクをノズル
から吐出させる。このときダイアフラムの面に対して垂
直にインクが吐出されるようにノズルが配設されている
構造のインクジェットヘッドを、面吐出型のインクジェ
ットヘッドと一般に呼んでいる。

【０００３】図３に従来の面吐出型の圧電式インクジェ
ットヘッドの一例を示す。インクを吐出する為のノズル
１１ａを備えたノズル板１１は、通常プレス加工法や電
鋳法によって加工される。プレス加工法の場合、ノズル
板の材料として一般にＳＵＳを用い、プレス型によって
ノズル１１ａを形成する。この方法の場合、加工時間が
短く安価に加工することができるがノズル１１ａの寸法
精度はそれほど得られない。一方、電鋳法の場合には、
ミクロン単位レベルの寸法精度を得ることができるが、
プレス加工法に比べて加工時間は長く高価である。

【０００４】液室部材１２はインク流路とインク加圧室
をかねる溝形状に形成された複数の液室１２ａと、イン
ク吐出後に液室１２ａにインクを補充する為にインクを
蓄えておくマニホールド１２ｂと、インクをマニホール
ド１２ｂに供給する為のインク供給口１２ｃからなって
いる。液室１２ａ、マニホールド１２ｂ、インク供給口
１２ｃはそれぞれ板状の液室部材１２を貫通した状態で
形成されている。

【０００５】液室部材１２は剛性の高い材料で形成され
るのが望ましい。インクを吐出するときに液室１２ａに
は高い圧力がかかる。このとき、剛性の低い材料ではそ
の圧力に耐えきれず歪んでしまい、圧力をインク吐出力
にうまく変換することができなくなってしまうからであ
る。そのため、液室部材１２には金属材料が一般に用い
られる。液室部材１２の加工方法としては、金属板をエ
ッチングして形成する方法が広く用いられている。これ
はエッチング法が微細で複雑な形状を形成することがで
きるとともに高精度に加工できるという特徴を持ってい
るからである。近年、インクジェットヘッドは高密度印
字が要求されており、そのため液室部材１２も、より微
細で、かつ高精度の形状が必要とされる。このような状
況から、エッチング法で液室部材１２を形成するのが一
般化したものと考えられる。

【０００６】各々の液室１２ａはノズル板１１に空けら
れたノズル１１ａと対応しており、一つの液室１２ａ上
に一つのノズル１１ａが配置するように接合される。
尚、ノズル板１１と液室部材１２は通常接着剤で接合さ
れる。

【０００７】ダイアフラム２は通常３〜５μｍ程度の薄
板状の形状をしている。後述する圧電素子３が電歪効果
によって伸縮すると、ダイアフラム２はたわみ、それに
よって液室１２ａ内の体積変化が起こる。液室１２ａ内
の体積が小さくなると液室１２ａ内のインクは加圧さ
れ、ノズル１１ａからインクが吐出するのである。液室
部材１２とダイアフラム２の間は接着剤で接合される。
そのとき接着剤は極力液室からはみ出してはならない。
また、接着剤は隣り合った液室１２ａ間を封止する役目
もするので、接着剤は少なすぎてもいけない。

【０００８】圧電素子３は液室部材１２のそれぞれの液
室１２ａに対応し、他の液室１２ａに影響を与えないよ
うに分離された状態になっている。これらの分離された
圧電素子３は基台４上で固定されている。一般的には製
造上の理由から、最初は分離していない圧電素子３を基
台４に接着剤で接合してから切削加工により圧電素子３
のみを分離する工程をとっている。これら圧電素子３と
基台４が接合された状態で、圧電素子３とダイアフラム
２とを接着剤で接合する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】近年、１インチ当たり
１８０ドット（以降１８０ｄｐｉと記す。）以上の高密
度の印字が要求されつつある。当然、液室間距離及びノ
ズル間距離も１８０ｄｐｉ相当の間隔が要求される。１
８０ｄｐｉ相当の間隔とは、すなわち１４０μｍの間隔
で液室及びノズルが形成されることを意味する。液室に
おいては、１４０μｍの間に液室と液室間を仕切る壁が
形成されることを意味する。液室幅と壁の厚さが１対１
の割合の場合、液室幅が７０μｍ壁の厚さが７０μｍと
言うことになる。このように高密度化が進むに従い液室
幅は狭くなる。しかし高密度化がされたからといって記
録媒体（一般には記録紙である。）に印字されたドット
が小さすぎては良好な印字品質は得られない。印字品質
のを損なわせないためには、十分な量のインクを吐出さ
せる必要がある。そのためには液室の容積は大きい方が
よく、液室高さの高い液室形状が要求される。

【００１０】エッチングによる方法では、平面形状を微
細に加工することは容易であり、１８０ｄｐｉ程度のパ
ターニングは十分可能である。しかしながら、一般にエ
ッチングでは、パターニングできる幅はエッチング使用
とする部材の厚さに影響される。たとえば、１８０ｄｐ
ｉ相当の、液室幅７０μｍ、液室間を仕切る壁の幅７０
μｍといった液室を形成する場合、エッチングする部材
の厚さは７０μｍ以下でなくてはパターニングはできな
い。これは高密度になるほど液室高さを高くできないと
言うことにつながる。

【００１１】また、従来の面吐出型のインクジェットヘ
ッドでは前述の通り液室部材とノズル板は別体で成形さ
れ、液室部材の液室を仕切る壁の上面に接着剤を塗り、
ノズル板との接合を行っていた。しかしながら、インク
ジェットヘッドの高密度化が進むに従い接着剤の接合が
難しくなり、１８０ｄｐｉを越えると安定して接着剤を
塗ることは不可能に近い。もし塗れたとしても接合強度
という面で非常に弱くなってしまう。

【００１２】また、液室部材とノズル板との接合時に、
液室とノズルの位置合わせをしなくてはならないが高密
度化されればされるほど、この位置合わせが困難にな
る。もし、この位置合わせがうまくいかず位置ずれが発
生した場合、インク吐出方向にずれが生じ、きれいな印
字ができなくなってしまう。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明では、まずエキシ
マレーザーによるアブレーション加工を段階的に行なう
ことにより、三次元的にノズルと液室の形状をもつ電鋳
型を形成した。その後電鋳法を用い、前記電鋳型を転写
成形し、液室部材とノズル板とを一体で成形した。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は本発明のインクジェットヘ
ッドの部品構成を示す図である。電鋳法により形成され
たノズル１ａを備える液室部材１と薄板状のダイアフラ
ム２とダイアフラム２を歪ませる為の圧電素子３及び分
離した圧電素子３を固定する基台４からなる。

【００１５】液室部材１には、インクを吐出させる為の
ノズル１ａと、インク流路及びインク加圧室をかねる溝
形状の複数の液室１ｂと、インク吐出後に液室にインク
を補充する為にインクを蓄えておくマニホールドと、イ
ンクをマニホールドに供給する為のインク供給口からな
っている。図１では本発明を分かり易くするためにマニ
ホールドとインク供給口は描かれていない。

【００１６】液室部材１の下にダイアフラム２が配設さ
れる。ダイアフラム２と液室部材１とは接着剤によって
接合される。

【００１７】圧電素子３は液室部材１のそれぞれの液室
１ａに対応するようにダイアフラム２を挟んで配設され
る。本発明のインクジェットヘッドにおいても圧電素子
３は他の液室１ａに影響を与えないように分離された状
態になっている。分離された個々の圧電素子３は基台４
によって固定されている。

【００１８】以下に本発明による実施例とともに、本発
明のインクジェットヘッドの製造方法を説明する。図２
は本発明のインクジェットヘッドの製造方法を示した図
である。まず、図２（ａ）に示すようにＰＳＦからなる
厚さ４００μｍの基板２１を第１のマスク２２を介して
エキシマレーザーアブレーション加工する。

【００１９】ここで用いたＰＳＦという材料は、エキシ
マレーザーによりアブレーションされやすい材料であ
り、そのためアブレーション加工後の加工精度をよくす
ることができる材料である。

【００２０】また、第１のマスク２２は石英ガラス上に
所望の形状で光学膜が描画された、一般に誘電体マスク
と呼ばれるエキシマレーザーアブレーション加工用のマ
スクである。この誘電体マスクは、一般にＬＳＩ分野で
用いられるフォトリソグラフィー技術に使われる露光用
マスクと同様のもので、このマスクに描画されている形
状はサブミクロンレベルの精度で描かれている。本実施
例で使用した第１のマスク２２には液室、マニホール
ド、インク供給口の形状を加工するためのパターンが施
されている。

【００２１】本実施例ではエキシマレーザーとしてＫｒ
Ｆレーザーを使用した。ＫｒＦレーザーを第１のマスク
２２を介して、レーザーエネルギー密度を基板２１上で
１Ｊ／ｃｍ²になるように設定して、９００ショット照
射した。その結果、基板２１は所望の形状に２００μｍ
の深さで加工された。なお本実施例において、最終的に
液室の壁となる部分の幅、すなわち加工された溝の幅は
７０μｍ、溝と溝との間隔は１４０μｍで加工を行っ
た。これは１８０ｄｐｉのインクジェットヘッドに相当
するサイズである。このように、エキシマレーザーアブ
レーション加工によって幅７０μｍ、深さ２００μｍの
加工ができた。これは、これまで行なわれてきたＳＵＳ
板のエッチングでは得られなかった形状である。このよ
うにエキシマレーザーアブレーション加工を使うことに
よって微細でかつ深い加工が可能となる。

【００２２】次に図２（ｂ）のようにマスクを第２のマ
スク２３に交換して、再びエキシマレーザーアブレーシ
ョン加工を行なう。このとき加工しようとする部分にマ
スクを合わせるマスク合わせという作業が必要である
が、これも一般にフォトリソグラフィー技術の中で行わ
れている方法（たとえば拡大鏡を用いる方法や画像処理
を用いる方法）を用いることによって容易に精度よく位
置合わせが可能である。

【００２３】図２（ｂ）の行程において、第２のマスク
２３は第１のマスク２２と同様に誘電体マスクとした。
なお、本第２のマスク２３にはノズルの形状を加工する
ためのパターンが施されている。

【００２４】また、この工程では前工程と同様に基板上
で１Ｊ／ｃｍ²のレーザーエネルギー密度となるＫｒＦ
レーザーを２２５ショット照射した。その結果、基板２
１はこの工程では５０μｍの深さで加工された。ここで
はノズル径が直径４０μｍになるように加工されてい
る。

【００２５】以上により基板２１には、液室、マニホー
ルド、インク供給口、及びノズルの各形状が三次元的に
形成される。このレーザーアブレーション加工によって
加工されたＰＳＦの基板２１を電鋳型として、図２
（ｃ）のごとく電鋳を行なった。電鋳法は非常に転写性
の優れた加工法であり、本実施例のようにエキシマレー
ザーアブレーション加工法によって造られた微細形状の
電鋳型を転写するするのにもっとも適した加工法であ
る。本実施例では電鋳材料の中ではもっとも一般的なＮ
ｉで電鋳を行なった。

【００２６】電鋳を行なうには電極が必要であるが、Ｐ
ＳＦは絶縁材料であるので電鋳型である基板２１の表面
に蒸着法により０．０５μｍ厚のＣｒ膜及びその上に
０．２μｍのＡｕ膜を成膜した。ここでＣｒ膜はＡｕ膜
の密着力を高めるための密着層の役目をしている。

【００２７】最後にＰＳＦからなる基板２１（電鋳型）
を溶媒にて溶解し、Ｎｉ電鋳品からなるノズルを備えた
液室部材１が完成する。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、液室部材をエキシマレ
ーザーアブレーション加工法と電鋳法という方法を用い
て形成することで、微細で寸法精度の高い液室部材を形
成できる。そのため、高密度記録用、特に１８０ｄｐｉ
以上のインクジェットヘッドの液室部材を形成する方法
として最適である。

【００２９】また本発明により、これまで別体で成形さ
れていたノズル板と液室部材とを同時に一体で形成する
ことができるため、加工工程及び部品数を削減できた。

【００３０】また、これまではノズル板と液室部材とを
接着にて接合していたために生じていた問題が本発明で
は一掃された。たとえば、接着剤不足による液室間の未
封止や接着剤過多による液室への接着剤の流れ込み等の
問題である。これらの問題は近年進みつつあるインクジ
ェットヘッドの高密度化において、大きな問題であっ
た。なぜなら、インクジェットヘッドが高密度化される
あたって、液室部材はより微細な形状が要求され、それ
に伴いノズル板との接着面積が少なくなってしまうから
である。しかしながら、本発明では接着剤を用いずに一
体化がなされているためこれらの問題は一切ない。

【００３１】また、これまでノズル板と液室部材を接合
するときにノズルと液室の位置合わせが必要であった
が、本発明では成形時に位置合わせがなされる。本発明
のインクジェットヘッドにおいて、ノズルと液室との位
置合わせはエキシマレーザー加工時のマスク精度及びマ
スク合わせ精度によって決まる。どちらも非常に高い精
度が要求されるＬＳＩ分野で使われている技術であり、
これまでの接着時の位置合わせ精度に比べて数段に高い
精度で位置合わせができる。このようにノズルと液室と
を高精度に位置合わせできるためインクの吐出方向の精
度も向上される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェットヘッドの部品構成を示
す図である。

【図２】本発明のインクジェットヘッドの製造方法を示
した図である。

【図３】従来のインクジェットヘッドの部品構成を示す
図である。

【符号の説明】

１液室部材１ａノズル１ｂ液室２ダイアフラム３圧電素子４基台１１ノズル板１１ａノズル１２液室部材１２ａ液室１２ｂマニホールド１２ｃインク供給口２１基板２２第１のマスク２３第２のマスク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インクが吐出するための吐出孔である複
数のノズルと、インク流路とインクを吐出するための加
圧室の役目をする複数の液室と、該液室の体積変化を行
うための振動板の役目をするダイアフラムと、該ダイア
フラムを歪ませるための複数の圧電素子と該複数の圧電
素子を固定するための基台とを有する面吐出型のインク
ジェットヘッドであって、前記ノズルと液室とが電鋳法によって形成された単体の
部品からなることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】インクが吐出するための吐出孔である複
数のノズルと、インク流路とインクを吐出するための加
圧室の役目をする複数の液室と、該液室の体積変化を行
うための振動板の役目をするダイアフラムと、該ダイア
フラムを歪ませるための複数の圧電素子と該複数の圧電
素子を固定するための基台とを有する面吐出型のインク
ジェットヘッドの製造方法であって、電鋳型を形成するためにエキシマレーザーアブレーショ
ン加工により液室の形状を加工する工程と、電鋳型を形
成するためにエキシマレーザーアブレーション加工によ
りノズルの形状を加工する工程と、液室形状とノズル形
状とが形成された電鋳型をもとに電鋳を行なう工程とを
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。