JPS6027549A - インクジエツト記録ヘツドおよびその製造方法 - 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】 この発ツｊは電気機械変換手段を用いて電気信号に応じ
てインクに圧力を作用させ、インクをノズルから噴射す
るいわゆるオンディマント型インクジェットヘッドに関
し、特に圧力室の前後に整流性微小弁を組み込んだヘッ
ドおよびその製造方法に関する。

従来、インク流れに対して整流性を示す微小弁と電気機
械変換手段とを用いて微小なポンプを構成し、安定かつ
高速のインク滴噴射を実現したインクジェット記録装置
が特開昭５７−６７７７にて開示されている。上記の微
小ポンプを同一ヘッド内に多数集積化して、いわゆるマ
ルチノズルヘッドを構成すれば、高速かつ高品質の記録
が容易に実現できると期待される。

しかし、これまで検討されできたマルチノズルヘッドで
は高いノズル集積密度が要求されていたにもかかわらず
加工精良が十分高くないためヘッド性能が一定せず、歩
留りが低いことから製造コストが高くなるという問題が
あった。その上さらにより高い加工精度が心壁な微小弁
も合せて集積化することは極めて実現が困難であった。

この発明の目的は整流性微小弁を一体的に組み込んだ新
規なインクジェットヘッドおよびその製造方法を提供す
ることにおる。

この発明によれば、補給口から圧力室を通ってノズルに
迄インクを補給するインク通路と、前記圧力室と前記ノ
ズルおよび前記圧力室と前記補給口とを連通ずる各イン
ク通路に１個ずつそれぞれ１１＠方向の流れがノズルに
向うように配置された第１および第２の微小弁と前記圧
力室のインクに電気信号に応じて圧力を作用させるため
の電気機械変換手段とを有し、前記電気信号に応じて前
記ノズルよシインクを噴射するインクジェット記録ヘッ
ドにおいて、前記微小弁が、第１の平板部材の表面に撰
択的に形成された第１のめっき層と、前記第１のめっき
層に積層して選択的に形成された第２のめっき層とから
構成され、かつ前記インク通路が、前記第１の平板部材
と、前記第１および第２のめっき層と、前記第２のめっ
き層に重ねて積層されかつその積層面には溝が形成され
た第２の平板部材とからなる４層で構成されることを特
徴とするインクジェット記録ヘッドが得られる。

さらにこの発明によれは、導電性の第１の平板部材の裏
面全体と表面の所定の部分とにめっき層の形成を防止す
るための第１の絶縁層を形成する工程と、前記第１の平
板部材の表面の前記絶縁層がない部分に前記絶縁層とは
ｙ同じ厚みの第１のめっき層を形成する工程と、前記絶
縁層および前記第１のめっき層から成る面の所定の部分
に分離層を形成する工程と、前記第１のめつき層と電気
的に接続する導電層を少なくとも前記絶縁層およ　′び
前記分離層の表面に形成する工程と、前記導電層および
前記第１のめつき層の表面に所定のパターンをもった第
２の絶縁層を形成する工程と、前記第１のめっき層およ
び前記導電層の表面の前記第２の絶縁層がない部分に第
２のめつき層を形成する工程と、第２の平板部材をその
所定の部分に溝が形成されている表面を前記第２のめつ
き層の所定の位置に重ね合せて仮固定し、前記第１およ
び第２の平板部材とその間にはさまれた前記第１および
第２のめっき層および前記第１および第２の絶縁層をノ
ズルが形成されるべき所定の部分において前記第１およ
び第２の平板部材の平面に垂直に切断してノズル端面を
形成する工程と、前記第２の絶縁層、前記導電層、前記
分離層および前記第１の絶縁層を除去する工程と、前記
第２のめっき層に前記第２の平板部材の前記表面を前記
所定の位置に再び重ね合せて接合する工程とから成るこ
とを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法が
得られる。

以下に、この発明について図面を用いて詳細な説明を行
なう。

１０珪にインク通路１０２、圧力室１０３、補給通路１
０４、および微小弁の流入路１０５　および１０６の各
部分を残して積層されためつき層１０７　と、めっき層
１０７　に積層して形成され微小弁１０８および１０９
を構成するめつき層１１０　と、めっき層１１０　に重
ねて接合された第２の平板部材び１０９ａと、インク通
路１０２ａと、ノズル１１２ａとがインク噴射機能をも
った単位ヘッドを構成しており、インク補給口１１３　
はインク溜ｐＨ４を介して全ての単位ヘッドに対して共
通になっている。本実施例では５個の単位ヘッドをもっ
たマルチノズルヘッドの例を示している。

次に、第２図には１つの単位ヘッドについてインクの流
路に沿った断面形状の概略を示す。めっき層１０７　お
よび１１０で構成される微小弁１０８および１０９　は
静止状態では閉じた状態になっている。動作時に順方向
にインクが流れるようにインクに圧力が作用すると、第
３図に微小弁の動作時の拡大図を示したように平板弁１
１５　はインク圧力によって押し上げられ台座１１６　
と平板弁１１５との間をインクは流れることが可能とな
る。平板部材１１１　には微小弁１０８　および１０９
　を通ったインクをそれぞれ圧力室１０３　およびイン
ク通路１０２に導くための溝１１７および１１８が形成
されている。第２図において示すように圧力室１０３の
壁１１９の外側には短冊状の圧電素子１２０が固定され
ており、電気機械変換手段１２１を構成している。

前記実施例において良好なインク噴射特性を示したヘッ
ドの寸法例を示すと、めっき層１０７の厚みは５０μ瓜
ノズル先端の開口１２２は５０μｍ×５０μｍ、ノズル
ピッチは１００μｍである。また圧電素子１２０．は２
ｍｒｓＸ　１３　ｍｍｘ　Ｏ，６ｍｍで、平板部材１１
１の厚みは０．３　ｍｍである。微小弁の平板弁１１５
（ｉＷ３図）は平面形状が２００μｍ×２００μｍ１厚
みが１０μｍである。以上の寸法のヘッドに対して、圧
電素子に振幅１２０ｖ、時間幅３０μｓの短形電圧パル
スを印加したところ、直径８０μｍで飛翔速度３ｍ／ｓ
のインク滴がくり返し動作周波数１５ＫＨｚ迄安定に噴
射されるのが観察された。

なお、以上の寸法例は代表的な数値を示したものであり
、本発明を限定するものでないことは言う迄もない。

前記実施例では５−ノズルの集積化例を示したが、ノズ
ル集積密夏を１０本／關もしくはそれ以上に高くした状
態のものとで、集積ノズル数を３０−ノズルもしくはそ
れ以上に増やすことは容易である。これは、以下に述べ
る製造方法によってめっき層１０７および１１０のパタ
ーン形成が高い精度で行なえるためである。

第４図を参照すると、この発明によるインクジから分離
するための絶縁層１２３を形成するとともに、表面に選
択的にめっきを施こすために、所定のパターンの絶縁層
１２４を形成する。この絶縁バター／は、例えば第１図
の実施例で示したインク通路１０２、圧力室１０３、補
給通路１０４、微小弁の流入路１０５および１０６の平
面形状と同一になるように作られ、この部分にはめっき
層１０７の形成が行なわれないようにする。絶縁層材料
としては種々の有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、例えは米国、ダイナケム社製ラミナーＡＸ
の商品名で人手できる。前記商品を利用する場合、ます
、９３〜１１０℃の温度で平板部材１０１０表裏両面に
張り伺ける。次に、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、裏面のフィルムレジスト層全体に
一様光を照射し、一方、表面のフィルムレジスト層には
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
て露光を行ないフォトマスクパター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
去する。その結果、裏面のレジスト層はそのま＼絶縁層
として残り、表面には所定の絶縁パターンが形成される
。この場合、パターン形成精度はｔ２μＩｎ　であった
。このような高い加工精度のためにノズルの集積密度お
よび集積ノズル数ン高めることが可能になった。

次に、第４図（ｂ）に示すように平板部材１０１の表ｍ
１の絶縁層１２４がない部分にめっき技術によって金属
層１０７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、広く用いられる波形成されためっき層
１０７は平材部材１０１との間に十分な密着性が要求さ
れるが、このために好ましい実施例は平板部制御０１と
めっき層１０７に同一金属を使用することである。例え
ば、ニッケル金属の使用は非常に実用的であり、良好な
結果をもたらした。ニッケルめっき技術の一例として第
５図に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、生成されためっき属の内部応力が小さ
く、低温でも高電流密度が使用できるスルフアミノ酸ニ
ッケル浴である。第５図において浴槽１２５には下記の
ような組成のスルフアミノ酸ニッケル浴１２６が２０１
！　入れられている。すなわち スルファミン酸ニッ’Ｉ＃　２７０〜３３０１ｒ／１塩
化ニツケル　３０ｔｉｒ／１ ホウ酸　４０１ｒ／１ 先に述べた第４図（ａ）の工程が完了した平板部材１０
１は、第５図に示すように浴１２６中に支持される。浴
温をヒーター１２７にて約５０℃に保持するとともに、
配管１２８にて空気を送り込むことによって浴の攪拌を
行なう。平板部材】０１　を電源１２９の外極に接続し
、陽極のニッケル電極１３０との間で３Ａ／ｄｍ　の電
流密度の電流を１００分間流してめっきを完了した。め
っき層１０７　の厚みが絶縁層１２４のそれとはｙ同じ
になるように、めっき時間が選はＩ′Ｌるが、上記ニッ
ケルめっきの実施例ではめっき厚が５０μ＋１１であっ
た。

次に、上記プロセスで形成きれためっき層１０７と絶縁
層１２４　とから成る平面上にさらにめっき層を積層す
るために、第４図（Ｃ）に示すように、少なくとも絶縁
層１２４０表面にめっき層１０７　と一体の導電性を付
与する。導電性を付与する手段としては種々の方法が知
られているが、広く行なわれているものとしては、無電
解めっきや真空蒸着等によって金属薄膜を形成方法があ
げられる。

この場合、絶縁層１２４０表匍に選択的に金属薄膜を形
成すれは十分であるが、プロセスを簡単にするためには
、第４図（Ｃ）に示すように、めっき層１０７と絶縁層
１２４の表面に一様に金属薄膜１３１を形成してもよい
。めっき層１０７上の金属薄膜はめっき層表面との密着
性あるいは接着性が要求されるため、金属薄膜１３１の
材料としてはめっき層１０７　と同じものを使用するこ
とが望ましく、かつめっき層表面の汚れや酸化物を十分
に除去しておくことが重要である。真空蒸着によって金
属薄膜を形成する場合には、十分に高い真空度のもとで
行なう必要がある。薄膜の厚みは導電性が得られる範囲
で、できるだけ薄くすることが望ましく、通常０．０５
μｍないし０．１μｒｎの範囲で形成される。なおニッ
ケル金属を真空蒸着する場合は、蒸着用ヒルターの金属
材料とニッケルが共晶を形成して破損しやすいので、シ
リカ等の絶縁体を表面にコーティングした蒸着用ヒータ
ーを使う必要がある。

次に、第４図（ｄ）に示すように、めっき層１０７と絶
縁層１２４の表直にさらに選択的にめっき層を積層し、
微小弁１ｏ８および１０９　の平板弁１１５を形成する
ために、絶縁層１３２　を形成する。この絶縁層のハタ
ーンは、先に第４図（ａｌに示した工程において述べた
パターンの微小弁の流入路］、　０５および１０６の平
面形状パターンを平板弁１１５の平面形状パターンに置
き換える他に、第４図（ａｌで述べたパターンと同じも
のが使用される。積層される第２のめっき層は厚くする
必要がないので絶縁層１３２の膜厚も厚くする必要はな
い。従って絶縁層１３２の材料としてフォトリソグラフ
ィを用いる半導体加工プロセスで使用されているフォト
レジスト等が使用でき、絶縁層パターンの形成の精度を
極めて高くすることができる。

次に、第４図（ｅ）に示すように第２のめっき層１１０
の形成を行なう。めっき層の形成方法は層の厚みが異な
る点を除けは先に第４図（ｂ）に示した第１のめっき層
１０７の形成方法と全く同じものを使用してよい。めっ
き層１１０の厚みは微小弁１０８および１０９の流量特
性に重大な影響を与えるため精密な制御が必要であり、
通常５μｍないし１５μｍの範囲内で所要の流量特性が
得られるように決められる。

めっきが全て完了した平板部材１０１は、次のプロセス
に進む前に第６図に示すように第２の平材部材１１１を
積層して仮固定され、ノズルになる部分を切りそろえて
、平らなノズル端面を形成する。この切断はダイヤモン
ドカッターやワイヤーノウ等と呼ばれる切断装置を用い
て簡単に行なうことができる。従来、金属層を前記装置
を用いて切断する場合、いわゆるはりが生じ、これがノ
ズル内部につまったシ開ロ面をゆがめるなどの問題があ
った。とれに対して、本発明によれば、切断時にノズル
内部には絶縁層１２４および１３２がつまっているため
、前記ｔｌが生じてもノズル内部や先端に留まることが
なく、良好なノズル列を形成することが可能である。

ノズル端面の形成を行なった後は、二つの平板部材１０
１および１１１をいりたん離し、第４図（ｆ）に示すよ
うに絶縁層１２３，１２４および１３２を除去する。絶
縁層が例えは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である場合は苛性ソーダ溶液中に３０
分間浸漬することにより完全に除去できる。また、例え
は米国シプレー社製フォトレジストＡＺ１３５０の場合
はアセトンにて容易に除去できる。

最後に、第２図（Ｉ）に示すように、平板部材１０１の
表部のめっき層１１０に第２の平板部材１１１を再び重
ね合せて接合する。このとき、ノズル端面にはずれが生
じないよう［２枚の平板部材を注意深く位置合ぜするこ
とが重要である。接合ににエポキシ樹脂等の有機接着剤
を用いる方法や、半田等の金属接合層を形成する方法が
使用できる。

さらに金等の熱拡散係数の大きな金属薄層を間にはさん
で重ね合せた後４００℃ないし５００６Ｃに加熱するい
わゆる拡散接合法等も実用性の高い接合法としてあげら
れる。

以上の説明であきらかなように、この発明によれは、高
集積密度の微小弁組み込み型マルチノズルヘッドを容易
に歩留シよく製造することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるインクジェット記録ヘッドの一
実施例を示す概略図、第２図はこの発明によるインクジ
ェット記録ヘッドの断面形状の概略図、第３図はこの発
明による微小弁の動作時の拡大断面図、第４図（ａｌ〜
（Ｖはこの発明によるインクジェット記録ヘッドの製造
プロセスの一実施例を説明するための概略図、第５図は
めっき工程の一実施例を説明するための概略図、第６図
はノズル端面形式プロセスを説明するための概略図であ
ｐ、それぞれ１０１・・・・・・第１の平板部材、１０
２・・・・・・インク通路、１０３・・面圧力室、１０
４・・曲補給通路、１１３・・・・・・インク補給口、
１１４・・・・・・インク溜り、１１５・・・・・・平
板弁、１１６・・・・・・台座、１１７および１１８・
・・・・・・・溝、１１９・・・・・・壁、１２０・・
・・・圧電素子、１２１・・・・・・電気機械変換手段
、１２２曲ゾズル閉口、１２３および１２４・・・・・
・絶縁層、１２５・・・・・部槽、１２６・・曲スルフ
ァミン酸ニッケル浴、１２７・・曲ヒーター、１２’８
・・・・・・配管１２９・・・・・・電源、１３０・・
・・・・ニッケル電極、１３１・・・・・・金属薄膜、
１３２・・・・・・絶縁層、を示している。 第２図 ＋２１ 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　補給口から圧力室を通ってノズルに迄インクを補給
   するインク通路と前記圧力室と前記ノズルおよび前記圧
   力室と前記補給口とを連通ずる各インク通路に１個ずつ
   それぞれ順方の流れがノズルに向うように配置された第
   １および第２の微小弁記電気信号に応じて前記ノズルよ
   りインクを噴射するインクジェット記録ヘッドにおいて
   、前記微小弁が、第１の平板部材の表面に選択的に形成
   された第１のめっき層と、前記第１のめっき層に積層し
   て選択的に形成された第２のめっき層とから構成され、
   かつ前記インク通路が、前記第１の平板部材と、前記第
   １および第２のめつき層と、前記第２のめつき層に重ね
   て積層されかつその積層面には溝が形成された第２の平
   板部材とからなる４層で構成されることを特徴とするイ
   ンクジェット記録ヘッド。 ２　導電性の第１の平板部材の裏面全体と表面の所定の
   部分とにめっき層の形成を防止するための第１の絶縁層
   を形成する工程と、前記第１の平板部材の表面の前記絶
   縁層がない部分に前記絶縁層とはマ同じ厚みの第１のめ
   っき層を形成する工程と、前記絶縁層および前記第１の
   めっき層から成る面の所定の部分に分離層を形成する工
   程と、前記第１のめっき層と電気的に接続する導電層を
   少なくとも前記絶縁層および前記分離層の表面に形成す
   る工程と、前記導電層および前記第１のめっき層の表面
   に所定のパターンをもった第２の絶縁層を形成する工程
   と、前記第１のめっき層および前記導電層の表面の前記
   第２の絶縁層がない部分に第２めっき層を形成する工程
   と、第２の平板部材をその所定の部分に溝が形成されて
   いる表面を前記＃！２のめっき層の所定の位置に重ね合
   せて仮固定し、前記第１および第２の平板部材とその間
   にはさまれた前記第１および第２のめっき層および前記
   第１および第２の絶縁層をノズルが形成されるべき所定
   の部分において前記第１および第２の平板部材の平面に
   垂直に切断してノズル端面を形成する工程と、前記第２
   の絶縁層、前記導電風前記分離層および前記第１の絶縁
   層を除去する工程と、前記第２のめっき層に前記第２の
   平板部材の前記表面を前記所定の位置に再び重ね合せて
   接合する工程とから成ることを特徴とするインクジェッ
   ト記録ヘッドの製造方法。