JPS59106972A - インクジェット記録ヘッド用ノズルの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はインクジェット記録技術の信頼性向上に有効
なノズルおよびその製造方法に関し、特にめっき技術を
応用したノズルおよびその製造方法に関する。

インクを微細なノズルから記録媒体に向けて噴射し記録
を行うインクジェット記録技術は長年に亘って実用化へ
の試みが種々行なわれてきたが、信頼性の点で今−歩真
の実用化を達成する迄に至っていない。この主な要因は
、インクジェット記録技術では、インク噴射用ノズルの
構造や加工精（２） 度が噴射特性に大きな影響を及ぼす点にあった。

第１図に示すように、平板状部材１０１に微細孔１０２
を貫通したインク噴射用ノズルでは、ノズル端面１０３
は外部からのほこりやノズル内部からのインク等が付着
して汚れやすく、このような汚れ部分１０４には常にイ
ンクが溜るようになる。その結果インク滴を噴射する場
合、特に噴射エネルギーが小さくなってくると、第２図
（ａ）に示すように噴射方向１０５が汚れ１０４の方向
に曲げられたり、第２図（ｂ）に示すようにインク滴１
０６がノズルより分離する際に尾１０７が汚れ１０４の
方向に引きずられ、結局いずれの場合も噴射方向１０５
が汚れ１０４の方向きに曲げられるという問題があった
。このようなノズル端の汚れによる影響は噴射エネルギ
ーを高くするにつれて小さくなるのであるが、圧電素子
の変形を利用して所要時にのみインク噴射を行ういわゆ
るインクオンディマント型インクジェット方式において
はノズル端の汚れの影響が無視できる程噴射エネルギ、
−を高めることは一般に困難であった。

（３） 微細なノズルの製造方法については、従来機械加工法、
フォトエツチング法、めっき法等による棟々の方法が広
く知られているが、信頼性が高くてかつ高精度のノズル
を安価にかつ大量に生産するための技術が十分に確立さ
れる迄には至っていない。

この発明の目的は、従来技術によるノズルおよびその製
造方法に見られた前記諸問題を解決した新規ノズルおよ
びその製造方法を提供することにある。

この発明によれば、インクをノズルより記録媒体に向け
て噴射し記録を行うインクジェット記録ヘッド用ノズル
において、噴射口を有するノズル先端部分を直管状に形
成し、かつ前記噴射口周囲の壁部のインク噴射方向に垂
直な面による断面積が、前記噴射口面積を越えないよう
に前記噴射口周囲の壁部の肉厚を薄くしたことを特徴と
したインクジェット記録ベッド用ノズルが得られる。

更にこの発明によれば、平板部材に垂直に貫通し、かつ
断面積が表面から裏面に向って漸減した（４） 後裏面の開口部およびその近傍で最小となるようζこ形
成された微小孔を有する導電性の前記平板部材を雌型母
型として使用し、かつ前記母型の裏面をめっき液から分
離すると共に前記貫通孔の裏面開口を遅閉するための遮
断層を形成する工程と、前記母型の表面の不要部分にめ
っき層の形成を防止するための絶縁層を形成する工程と
、前記母型表面の前記貫通孔の開口部分を中心とした所
要部分および前記貫通孔内面にめっき層を形成する工程
と、前記遮断層および前記絶縁層を除去する工程と、前
記めっき層を剥離する工程とからなることを特徴とした
インクジェット記録用ノズルの製造方法が得られる。

以下に、この発明について図面を参照しながら詳細な説
明を行う。

第３図を参照すると、この発明によるインクジェット記
録ヘッド用ノズルの一実施例は、外形がノズルの先端２
０１＃こ向って絞られた円錐部分２０２と、ノズル先端
の円筒部分２０３とから成っている。

このノズルの中心軸を通る平面による断面を第４（５） 図に示す。同図に示すように円錐部分２０２の肉厚はノ
ズル先端２０１に向って小さくなっており、先端の円筒
部分２０３では壁の厚みははシ一定となっている。本実
施例では先端の円筒部分２０３の肉厚が非常に薄く形成
されている。代表的な寸法例を示すとノズル２００の全
長１．５　ｍｍ　１人口部２０４の開ロ径１ｉ＋ｇ、先
端部２０１の開口径５０μｍ１先端部２０１の外径７０
μｍであった。従って、この寸法例について先端の円筒
部分２０３の肉厚は１０μｍであった。このノズルを用
いてインク噴射実験を行なったところ、６ケ月以上の室
内放置後でも方向安定性が良好なインク噴射が可能なこ
とを確認した。

これに対して、先に従来技術として第１図に示したよう
な平板に形成したノズルの場合はノズル端面の汚れの影
響を受けやすく、放置状態においてインク噴射の方向安
定性を２日以上保持することは困難であった。劣化した
方向安定性を回復するためにはノズル端面の汚れを機械
的に除去する必要があった。前記実施例によるノズルで
はノズル端面が小さく形成されているので端面の汚れの
影（６） 響を受けに＜＜、従って長時間の使用においても、ノズ
ル端面の・殴械的な清浄を行うことは全く不要であるこ
とが確認された。

前記寸法側以外に、ノズル先端の肉厚や先端部開口径を
種々変化させインク噴射実験を行なった結果、ノズルの
噴射口周囲の壁部のインク噴射方向に垂直な面による断
面積が、前記噴射口面積を越えない範囲であれば、実用
的に十分方向安定なインク噴射か実現できることを見出
した。従って、例えばノズル先端の噴射口面積が大きい
ノズルは噴射方向の安定性が高いため、壁部の肉厚をよ
り大きくすることが可能となるが、噴射口面積が小さい
場合は、壁部の肉厚はより小さい範囲に限定されなくて
はならない。

前記実施例におけるノズル先端部の外形が直管状である
点は先端部の寸法を精度よく形成する上で重要である。

すなわち、円錐部分のみでは円錐頂部の切断位置によっ
て開口面積が変化してしまうという問題が直管部分を設
けることによって解決できるのである。さらに、直管部
分ではインク（７） 流が常に軸方向に揃えられるので、インク噴射の方向安
定性の向上のためにも重要である。

前記ノズル先端部分の直管部分は、その長さが長（なる
とインク噴射動作の応答特性を劣下させるので、長さを
できるだけ短かくすることが望ましい。前記実施例にお
いては円筒状の直管部分の長さを１０μｍ程度にするこ
とが可能であった。

第３図および第４図に示した実施例では、ノズルの入口
側にはフランジ２０５が形成されている。

これはノズルの取扱い安さを向上するとともにノズルを
固定するために利用される。

なお、以上の実施例はノズル断面が円形の場合を示した
が、これは本発明を限定するものではない。例えば第５
図に示したように、断面が多角形の場合等も含んでいる
。

次に第６図（ａｌ〜（ｆ）を参照すると、第３図〜第５
図に示したこの発明によるノズルは次のような製造プロ
セスによって作られる。すなわち、第６図（ａ）に示し
たようにノズルの外形に対して丁度雌型となるような孔
６０１を有する導電性の平板部材（８） ６０２を母型としてめっき法によってノズルを形成する
。孔６０１は平板部材６０２の表面６０３より裏面６０
４に貫通しており、その断面積は表面より裏面に向って
漸減していき、裏面の近傍では一定かつ最小値となって
いる。前記平板部材６０２はめっき母型としてくり返し
使用するため、めっきを行なう前に予め、母型表面には
く離皮膜を形成する。

はく離皮膜処理の方法としては電鋳法と呼ばれる部品加
工技術の中で広く使用されている種々の方法が利用でき
る。例えば、銅、ニッケルの母型では、硫化すｌ−ＩＪ
ウムにより表面に硫化物の皮膜を形成させたり、重クロ
ム酸カリウム溶液に浸せきしてクロム酸塩の皮膜にした
り、そのほか水酸化ナトリウム溶液中での陽極電解処理
や過酸化水素溶液浸せきにより酸化皮膜処理を行なう等
の方法が広く利用されている。また、母型材料として、
例えばステンレス鋼のような材料表面に安定な不動態膜
を形成する材料を使用すると、前記のようなはく離皮膜
処理を特に施さなくてもめっき母型としてくり返し使用
することが可能である。

（９） 次に、第６図（ｂ）に示すように、母型６０２の裏面６
０４をめっき液から分離するとともに貫通孔６０１の裏
面開口６０６を遅閉するための遮断層６０８を形成する
。遮断層６０８の材料としてはフィルム状に形成された
種々の肩機材料が使用できるが、好ましい例としてはド
ライフィルム状フォトレジスト材料があげられる。これ
は、例えば米国、ダイナケム社製うミナーＡＸ等の商品
名で入手できる。

次に、第６図（Ｃ）に示すように、母型６０２の表面６
０３に選択的にめっきを施こすために、表面６０３に絶
縁層６０７による所定のパターンを形成する。

絶縁層６０７の材料としては種々のフォトレジスト材料
が使用できるが、前記ドライフィルム状フォトレジスト
材料は最も好ましい例としてあげられる。例えば、米国
、ダイナケム社製ラミナーＡＸを使用する場合、まず９
３〜１１０℃の温度で母型表面にフィルム状のフォトレ
ジスト材料を張り付ける。次に、予め所要のパターンを
形成しであるフォトマスクを用い、高圧又は超高圧の水
銀灯を光源とする露光装置を使って、フォトマスクパタ
ー（１０） ンをフィルムレジスト層に焼き付ける。次に弱アルカリ
性の所定の現像液中で現像することによって、非露光部
のレジスト層を溶解除去し、絶縁層による所定のパター
ンを形成する。このパターンは、絶縁層６０７が貫通孔
６０１の表面開口６０５を中心とした表面６０３を囲む
ように形成されている。

次に、第６図（ｄ）に示すように母型表面６０３の絶縁
層がない部分および貫通孔６０１の内面にめっき技術に
よって金属層６０９を形成する。めっき技術としては電
気めっきや無電解めっき等広く用いられている技術が利
用できる。めっき材料としては使用するインクに対して
十分な耐蝕性を有するものなら伺でもよく、例えば金等
の貴金属材料やニッケル等の耐蝕性材料等が使用できる
。これらのめっき技術の一例として、第７図にニッケル
の電気めっきによる一実施例を示す。めっき浴の好まし
い実施例は、成牛されためっき層の内部応力が小さく、
低温でも高電流密度が使用できるスルファミン酸ニッケ
ル浴である。第７図において浴槽７０１には下記のよう
な組成のスルファミン酸ニッ（１１） ケル浴７０２が２０７入れられている。

すなわち、 スルファミン酸ニッケル　２７０〜３３０ｇｒ／Ａ’塩
化ニッケル　　　　　　　　　３０ｇｒ／１３ホウ酸　
　　　　　　　　　　４０ビｒ≠第６図（Ｃ１迄の工程
が完了した母型６０２は、第７図に示すように浴７０２
中に支持される。浴温をヒーター７０３にて約５０℃に
保持するとともに、配管７０４にて空気を送り込むこと
によって浴の撹拌を行う。母型６０２を電源７０５の陰
極に接続し、陽極のニッケル電極７０６との間で３Ａ７
’ｄｍ２の電流密度の電流を１００分間流してめっきを
完了した。

めっき工程が完了した後は、第６図（ｅ）に示すように
、母型の表面６０３および裏面６０４よりそれぞれ絶縁
層および遮断層を除去する。これらの層として、例えば
先に述べたドライフィルム状フォトレジストのラミナー
ＡＸを使用した場合は、苛性ソーダ溶液中に３（）分間
浸漬することにより完全に除去できる。

最後に第６図（ｆ）に示すようにめっき層６０９を機（
１２） 械的にはく離する。その結果、母型の貫通孔と全く逆の
外形形状を有するノズルが得られる。

以上のプロセスで得られたノズルは、肉厚は入口からノ
ズル先端に同って連続的に薄くなっており、ノズル先端
近傍で最も薄くなっている。この理由は、第６図（ｄ）
のめっき工程において孔６０１の内部に入る程めっき液
の撹拌が十分に行なわれにくくなること、および電界分
布が孔６０１の内部程弱くなり、めっき電流が孔の内部
程小さくなるためである。先に述べためつき工程の一実
施例では、ノズル先端の肉厚が１０μｍになる間にノズ
ル入口およびその周囲のフランジ部の肉厚は約５０μｍ
になることが確認された。

以上の説明で明らかなように、この発明によれば、高頼
化ノズルを容易に製造することが可能であり、また前記
実施例に示したような貫通孔を多数有する母型を用いれ
ば、大量に製造することが可能である。

（１３）

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術におけるノズル端面の問題点を説明す
るための概略図、第２図（ａ）　、　（ｂ）は従来技術
におけるインク噴射時の問題点を説明するための概略断
面図、第３図はこの発明によるノズルの一実施例を示す
概略図、第４図はこの発明によるノズルの一実施例を示
す概略断面図、第５図はこの発明によるノズルの他の実
施例を示す概略図、第６図（ａ）〜（ｆ）はこの発明に
よるノズルの製造プロセスの一実施例を説明するための
概略図、第７図はこの発明によるノズルの製造プロセス
におけるめっき工程の一実施例を説明するための概略図
であり、それぞれ、１０１・・・平板状部材、１０２・
・・微細孔、１０３・・・ノズル端間、１０４・・・汚
れ部分、１０５・・・噴射方向、１０６・・・インク滴
、１０７・・・インク滴の尾、２００・・・ノイル、２
０１・・・ノズル先端、２０２・・・円錐部分、２０３
・・・円筒部分、２０４・・・入口部、２０５・・・フ
ランジ、６０１・・・孔、６０２・・・平板部材、６０
３・・・表面、６０４・・・裏面、６０５・・・表面開
口、６０６・・・裏面開口、６０７・・・絶縁層、６０
８・・・遮断層、６０９・・・めっき層、（１４） ７０１・・・浴槽、７０２・・・めっき浴、７０３・・
化−ター、７０４・・・配管、７０５・・・電源、７０
６・・・ニッケル電極を示している。 代理人弁理士　内片　　−背 （１５） 蔓　１　図 １θ４ ￥　２　図 （ａ） （ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、インクをノズルより記録媒体に向けて噴射し記録を
   行うインクジェット記録ヘッド用ノズルにおいて、噴射
   口を有するノズル先端部分を直管状に形成し、かつ前記
   噴射口周囲の壁部のインク噴射方向に垂直な面による断
   面積が、前記噴射口面積を越えないように前記噴射口周
   囲の壁部の肉厚を薄くしたことを特徴としたインクジェ
   ット記録ヘッド用ノズル。 ２、平板部材に垂直に貫通し、かつ断面積が表面から裏
   面に向って漸減した後裏面の開口部およびその近傍で最
   小となるように形成された微小孔を有する導電性の前記
   平板部材を雌型母型として使用し、かつ前記母型の裏面
   をめっき液から分離するとともに前記貫通孔の裏面開口
   を遮閉するため（１） の遮断層を形成する工程と、前記母型の表面の不要部分
   にめっき層の形成を防止するための絶縁層を形成する工
   程と前記母型表面の前記貫通孔の開口部分を中心とした
   所要部分および前記貫通孔内面にめっき層を形成する工
   程と、前記遮断層および前記絶縁層を除去する工程と、
   前記めっき層を剥離する工程とからなることを特徴とし
   たインクジェット記録用ノズルの製造方法。