JPH11207974A - インクジェットヘッド部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高密度で高印字品質のインクジェットヘッド
部品の製造方法を提供する。 【解決手段】 不透明導電性層と感光不溶性材料からな
る液室型が形成された透明基板上に、メッキ法によって
犠牲層を形成し、さらにその上に電鋳法によってインク
ジェットヘッド部品を形成する。

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を構成するインク
ジェットヘッド部品の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の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駆動素子と、インク
流路で、かつ駆動素子で発生した駆動力によりインクを
加圧する加圧室でもある液室を備えた液室部品と、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。）を備えたノズル板とで構成される。
一般に、駆動素子として発熱素子を使用したものを発熱
式インクジェットヘッド、圧電素子を使用したものを圧
電式インクジェットヘッドと呼んでいる。

【０００３】図６に最も一般的な圧電式インクジェット
ヘッドの一例を示す。圧電式インクジェットヘッドは、
ノズル板２１、液室部品１００、ダイアフラム３０、圧
電素子４０及び基台５０で主に構成される。ノズル板２
１にはインク吐出孔である複数個のノズル２１が所定の
間隔であけられている。また、液室部品１００には所定
の間隔で液室側壁１１が設けられており、液室側壁１１
によってインク室となる液室１２が構成されている。ノ
ズル板２０と液室部品１００とは接着剤によって接合さ
れる。

【０００４】また、液室部品１００の液室側壁１１が形
成されている面には薄板形状をなしたダイアフラム３０
が接合され、且つ、図におけるその下には駆動素子であ
る圧電素子４０が配設される。このような構造にするこ
とにより、圧電素子４０で発生した歪みをダイアフラム
３０が振動することによって液室１２に伝えるのであ
る。これらの部品もまた接着剤によって各々接合されて
いる。

【０００５】圧電素子４００は剛性の高い基台５００に
接着剤で固定されており、圧電素子４００に電圧を加え
たときに発生する歪みはダイアフラム３０側に伝わるよ
うになっている。

【０００６】上記でも述べたように圧電素子４００で発
生した歪みはダイアフラム３０を振動させる。その結
果、液室１２の容積変化が起こるのである。この容積変
化により液室１２内のインクが加圧され、ノズル２１よ
りインクを吐出させることとなる。

【０００７】以下に上記各部品の構造について説明す
る。液室部品１００に設けられた複数の液室１２はイン
ク流路とインク加圧室をかねている。そのそれぞれの液
室１２は液室側壁１１によって一定の間隔で形成されて
おり、この間隔が狭いほど印字の密度を狭くすることが
でき、その結果高い印字品質を得られることになる。そ
のため近年のインクジェットヘッドの開発では、この液
室間隔の狭ピッチ化が重要な開発課題となっている。

【０００８】ノズル板２０には複数のノズル２１が孔あ
けされており、一つのノズル２１が一つの液室１２に対
応するように配置される。上記のような理由により液室
１２の間隔を狭くすると当然ノズル２１の間隔も狭くす
る必要がある。

【０００９】ダイアフラム３０は通常３〜５μｍ程度の
薄板形状の部品である。このダイアフラム３０は圧電素
子４０が電歪効果により伸縮したときにその歪みを液室
１２に伝えるためのものであり、剛性は低くなくてはな
らない。なお、発熱式インクジェットヘッドの場合には
このダイアフラム３０は存在しない。

【００１０】駆動素子である圧電素子４０はそれ自身の
電歪効果により歪みを発生させ、その歪みによって液室
１２内のインクを加圧し、それに対応したノズル２１か
らインクを吐出させる。そのため、各圧電素子４０は各
液室１２とそれぞれが対応しており、一つの液室１２が
加圧されている場合に他の液室１２に影響を与えないよ
うに分離された状態になっている。

【００１１】これら分離された圧電素子４０は基台５０
上で固定されている。圧電素子４０を基台５０に固定す
る方法として、一般的には、最初分離していない圧電素
子４０を、基台５０に接着剤で接合し、その後切削加工
により圧電素子４０のみを分離する工程がとられてい
る。圧電素子４０が基台５０に固定された後にダイアフ
ラムとの接合がなされる。この接合に関しても接着剤に
よる接合が一般的である。

【００１２】次に、上記液室部品の従来の一般的な製造
方法について述べる。まず、従来の液室部品１００の形
成方法としては、樹脂材料を射出成形法によって成形す
る方法が一般的である。この場合、必ず射出成形型を必
要とする。この射出成形型によって液室部品１００の形
状、および寸法は決定されるため、この成形型を精密に
形成する必要がある。

【００１３】微細形状を形成するのに向いている加工法
としては、エッチング法が挙げられる。エッチング法を
使うことにより数百μｍ程度の厚い金属板を溝形状にパ
ターニングすることは容易に可能である。ただし一般的
な金属板（ＳＵＳ、Ｃｕ等）を用いた場合、エッチング
法により形成できる溝幅は板厚と同程度の寸法になって
しまう。これはエッチングがすべての方向に等方的に行
われるためである。そのため高密度化を目的として液室
１２の加工をしようとすると、液室１２の深さも浅くな
ってしまい十分な液室容積が得られないと言った問題が
生じる。

【００１４】さらには、Ｓｉの異方性エッチングを利用
したＳｉエッチング法を用いて、溝幅を狭く、かつ溝深
さを深く、液室を形成する方法が考えられた。しかし、
Ｓｉの異方性は、Ｓｉの分子配列に対して厳密に行われ
るため、Ｓｉの分子配列方向を十分に考慮した液室設計
が必要であり、そのために液室設計の自由度はかなり限
られてしまう。また、Ｓｉの分子配列に合わせるといっ
た高度なパターニング精度が要求され、そのためにはＬ
ＳＩ分野で用いられるような高価な装置が必要となる。

【００１５】液室２１の高密度化を達成できる加工法と
して、フォトリソグラフィー法と電鋳法を組み合わせた
加工法が挙げられる。この方法は、ＬＳＩ分野で広く使
われているフォトリソグラフィー法を用いて、微細で精
度の高い元型を形成し、その元型形状を電鋳法によって
転写成形する方法である。この加工法は、液室１２の溝
幅を狭く、液室深さを深く形成できるため、液室部品１
００の製造方法として有効な方法である。この製造方法
については、ＰＣＴ／ＪＰ９６／０３２０６に開示され
ている。

【００１６】

【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
密度化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。１８
０ｄｐｉ相当の間隔とは、すなわち１４１μｍの間隔で
液室及びノズルが形成されることを意味する。さらに、
液室部品関して言えば、１４１μｍの間に液室と液室側
壁とが形成されることを意味する。仮に、液室の溝幅
（以降、液室幅と記す。）と液室側壁の厚みが１対１の
割合の場合、液室幅が７０．５μｍ、液室側壁の厚みが
７０．５μｍと言うことになる。

【００１７】一方、高密度化が進み液室幅が狭くなるに
つれて、液室内の体積が小さくなってしまうという課題
が発生してくる。この体積の少量化はインク吐出量を少
なくするため、印字品質を劣化させる原因の一つとな
る。

【００１８】以上のような理由から、幅が狭く、且つ深
さの深い液室形状が要求されている。この要求に応えう
る液室部品の製造方法は限られる。上記に挙げた製造方
法の中では、ＰＣＴ／ＪＰ９６／０３２０６に開示され
ている電鋳法を用いた製造方法が最も適しているといえ
る。しかしながら、この製造方法を用いた場合、液室深
さを深くしようとすると特異な液室断面形状になる。

【００１９】図７は従来の製造方法による元型と液室部
品の断面図である。また図５は従来の製造方法によって
形成された液室部品の断面図である。元型は透明基板１
０４、不透明導電性層１０３及び感光不溶性材料からな
る液室型１０１から構成されている。この元型を元に電
鋳することによって液室部品１００が形成される。図５
に示すように従来の製造方法によって液室深さの深い液
室部品を製造すると液室部品１００の液室１２は、開口
部側が狭まった特異な液室断面形状をもつこととなる。

【００２０】このような特異な液室断面形状は発熱式イ
ンクジェットヘッドではそれほど問題にならないが、圧
電式インクジェットヘッドでは重要な問題点となる。な
ぜならダイアフラムが液室開口部に接合され、圧電素子
で発生した振動を液室に伝える圧電式インクジェットヘ
ッドにおいて、このような液室開口部が狭まった形状で
は、液室に十分な振動を伝えることができないからであ
る。その結果インク吐出性能をうまく引き出すことがで
きず印字品質の劣化を招くのである。

【００２１】本発明の製造方法は、上記の課題を解決
し、印字品質に優れたインクジェットヘッド部品を提供
することを目的としている。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のインクジェットヘッド部品の製造方法は、
液室側壁を形成するための所望の形状が施された不透明
導電性層が形成されている透明基板上に、感光不溶性材
料層を塗被し、その後前記透明基板側から露光する事に
よってパターン化する工程と、前記不透明導電性層上に
メッキ処理を行い所望の厚みの犠牲層を形成する工程
と、前記犠牲層上に、電鋳メッキ処理を行うことによっ
て、前記液室側壁および前記底板を形成する工程と、前
記犠牲層及び前記感光不溶性材料層を溶解せしめること
により、前記液室側壁及び底板から前記透明基板及び不
透明導電性層を除去する工程とを有していることを特徴
とする

【００２３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明によるインクジェ
ットヘッド部品とその元型の要部断面図である。本実施
の形態では０．４ｍｍ厚のガラス基板からなる透明基板
１０４上に金（Ａｕ）からなる不透明導電性層１０３が
所望の形状で形成されている。

【００２４】不透明導電性層１０３に覆われていない透
明基板１０４上には感光不溶性材料からなる液室型１０
１がフォトリソグラフィー法の手法を用いてパターン化
されているが、液室１０１の断面形状は図に示されるよ
うに基板側に膨らみをもつ形状をしている。この膨らみ
はフォトリソグラフィー工程における露光時に光の回折
が生じるために発生するということはわかっている。不
透明導電性層１０３の表面から膨らみ頂上部までの高さ
ｈはｈ＝５〜２５μｍであることが実験的に明らかにな
っている。

【００２５】不透明導電性層１０３上には、銅（Ｃｕ）
からなる犠牲層１０２がメッキ法により形成される。犠
牲層１０２は液室１０１の膨らみの高さｈまで成膜され
ることが本発明の特徴である。すなわち犠牲層の厚みは
５〜２５μｍ程度の厚みを有することとなる。

【００２６】さらに、犠牲層１０２上には、メッキ法の
一種である電鋳法によって、ニッケル（Ｎｉ）からなる
液室部品１０が形成される。この液室部品１０は、多数
の液室の側壁と前記液室の各々を底部で連結する底板と
から構成されている。最終的には、犠牲層１０２、及び
液室型１０１を溶解し除去する事によって、液室部品１
０が完成する。本実施の形態では化学的に溶解しやすい
Ｃｕを犠牲層１０２に用い、溶解しにくいＮｉを液室部
品の材質として用いている。以上により製造される液室
部品１０では液室開口部が狭くなることはない。

【００２７】ここで液室型に生じる膨らみについて詳し
く説明する。図３は液室型の形成過程で液室型に膨らみ
が発生する原理を示した図である。透明基板１０４上に
は、所望の形状で不透明導電性層１０３が形成されてい
る。透明基板１０４の不透明導電性層１０３が形成され
ている面側には、感光不溶性材料層１０５が全面に塗布
されている。

【００２８】感光不溶性材料層１０５は透明基板１０４
を介して露光される。そのとき、不透明導電性層１０３
が露光マスクの役目をし、感光不溶性材料層１０５に露
光部と未露光部が生じるのである。このような露光法を
バック露光法と一般には呼んでいる。

【００２９】この露光の時、図３に示すような不透明導
電性層１０３の縁部での紫外光の回折が起こる。この回
折現象は、感光不溶性材料層１０５の厚みが２〜３μｍ
程度に薄い場合には問題視されないが、１００μｍ以上
の厚みの場合では現像後に形として現れることになる。
なぜなら感光不溶性材料層１０５の厚みが厚いとそれだ
け多くの露光量が必要となり、回折する紫外光の量が多
くなるからである。

【００３０】以上のように、感光不溶性材料層１０５の
透明基板１０４付近では、回折光による露光がなされる
ため、その結果として現像後に基板付近に膨らみ形状を
もつ液室型が形成されるのである。

【００３１】次に、第１の実施の形態の製造方法を説明
する。図２は第１の実施の形態の製造方法を示した図で
ある。図２（ａ）は電鋳工程前の感光不溶性材料をフォ
トリソグラフィー法によってパターン化して形成された
電鋳型の状態である。透明基板１０４上に不透明導電性
層１０３が所望の形状で形成されており、さらには、感
光不溶性材料からなる液室型１０１がバック露光法を利
用したフォトリソグラフィー法で形成されている。液室
型１０１の透明基板１０３付近では膨らみが生じてお
り、その膨らみの頂上部の位置は不透明導電性層１０３
表面から１０μｍの高さの位置に発生していた。

【００３２】本実施の形態では、透明基板１０４として
厚さ０．４ｍｍのガラス基板を用い、不透明導電性層１
０３は、スパッタリング法によって成膜された厚さ０．
２μｍの金（Ａｕ）膜をエッチング法でパターン化する
ことによって形成されている。

【００３３】感光不溶性材料からなる液室型１０１に
は、ＪＳＲ社製ネガレジストＴＨＢ−３０（商品名）を
用いた。液室型１０１はＴＨＢ−３０をスピンコート法
で厚み１００μｍで塗布した後、バック露光法により５
００ｍＪ／ｃｍ２の露光量で露光し、専用現像液で現像
することによって形成されている。

【００３４】次に図２（ｂ）に示すように、不透明導電
性層１０３を電極として、その上に銅（Ｃｕ）からなる
犠牲層１０２を電解メッキ法によって形成した。本発明
では、犠牲層１０２の厚みは液室型１０１の膨らみの頂
上部に達する厚みを必要とするため、１０μｍの厚みで
形成した。

【００３５】その後図２（ｃ）に示すように、図２
（ｂ）で形成したＣｕからなる犠牲層１０２を電極とし
てニッケル（Ｎｉ）電鋳を行い、液室型の膨らみよりも
上の部分を転写した液室部品１０が形成される。

【００３６】最後に犠牲層１０２及び液室型１０１を溶
解し、液室部品１０から透明基板１０４及び不透明導電
性層１０３を除去して完成に至る（図２（ｄ））。

【００３７】本実施の形態では、Ｃｕからなる犠牲層１
０２の溶解には５％硝酸水溶液を用い、ＴＨＢ−３０か
らなる液室型の溶解にはＴＨＢ−３０専用剥離液を用い
た。

【００３８】図４は本発明による液室部品の断面を示し
た図である。図４の本発明による液室部品１０と図５の
従来の製造方法による液室部品１００とを比較すると、
その形状の違いが明らかである。本発明の液室部品１０
（図４）では、逆台形の形状をした液室側壁１１ａが液
室１２ａの一部を形成している。液室１２ａは開口部側
が広がっている台形形状の断面をしている。圧電式イン
クジェットヘッドではこの液室開口部側にダイアフラム
が接合されるため、このように開口部が広がっている形
状の場合、ダイアフラムの振動を液室１２ａに伝えやす
い。

【００３９】一方、従来の製造方法による液室部品１０
０（図５）では液室側壁１１の一部が細くなった形状を
している。その結果、液室１２は開口部が狭まった形状
になっている。このような形状の場合、ダイアフラムの
振動を伝えにくいとともに、液室側壁１１の剛性も低
い。そのため、良好なインク吐出性能を得ることは難し
い。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、液室開口部が狭まらな
い形状をした高密度の液室部品を形成できる。このため
圧電式インクジェットヘッドにおいては、ダイアフラム
の振動を効率よく液室内に伝えることができる。その結
果、インク吐出特性に優れ、印字品質が良好なインクジ
ェットヘッドを得ることができる。

【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部品及びそ
の電鋳型の要部断面図である。

【図２】本発明によるインクジェットヘッド部品の製造
方法を示した図である。

【図３】バック露光法における紫外光の回折現象を示し
た図である。

【図４】本発明によるインクジェットヘッド部品の断面
を示した図である。

【図５】従来の製造方法によるインクジェットヘッド部
品の断面を示した図である。

【図６】従来のインクジェットヘッドの構成図である。

【図７】従来のフォトリソグラフィー法と電鋳法を用い
て製造したインクジェットヘッド部品及びその電鋳型の
要部断面図である。

【符号の説明】

１０ 液室部品 １１、１１ａ 液室側壁 １２、１２ａ 液室 ２０ ノズル板 ２１ ノズル ３０ ダイアフラム ４０ 圧電素子 ５０ 基台 １００ 液室部品 １０１ 液室型 １０２ 犠牲層 １０３ 不透明導電性層 １０４ 透明基板 １０５ 感光不溶性材料層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを溜め加圧室の役目をする多数の
   液室を構成する多数の液室側壁と、前記液室側壁の各々
   を底部で連結する底板とから構成され、電鋳法によって
   製造されるインクジェットヘッド部品の製造方法であっ
   て、 前記液室側壁を形成するための所望の形状が施された不
   透明導電性層が形成されている透明基板上に、感光不溶
   性材料層を塗被し、その後前記透明基板側から露光する
   事によってパターン化する工程と、 前記不透明導電性層上にメッキ処理を行い所望の厚みの
   犠牲層を形成する工程と、 前記犠牲層上に、電鋳メッキ処理を行うことによって、
   前記液室側壁および前記底板を形成する工程と、 前記犠牲層及び前記感光不溶性材料層を溶解せしめるこ
   とにより、前記液室側壁及び底板から前記透明基板及び
   不透明導電性層を除去する工程とを有していることを特
   徴とするインクジェットヘッド部品の製造方法。