JPS62242545A

JPS62242545A - インクジエツトヘツドの製造方法

Info

Publication number: JPS62242545A
Application number: JP8756786A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Ueishi; 上石　幸拓
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1986-04-16
Filing date: 1986-04-16
Publication date: 1987-10-23

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】挟亙公更本発明は、荷電制御インクジェットプリンタにおけるイ
ンクジェットヘッドの製造方法に関する。

盪米挟五インクジェット記録装置においては、周知のように、イ
ンク滴を噴射するためのインクジェットノズルを使用す
るが、このノズルの製造には、極めて高い精度が要求さ
れ、そのため実に多くの方法（材料、加工）が試され、
提案されてきた。中でもノズル基板とヘッド本体（液室
）とを接合する仕方が信頼性を確保する上で大きな技術
課題であった。

」−述のごとき実情に鑑みて１本出願人は、先に、イン
ク滴を噴射する板状ノズルをインク液室側へ固定接合す
る方法及びその構造体について提案した（特願昭５９−
２１５７９１号）。

第７図は、本出願人が先に提案したインクジェットヘッ
ド製造方法の一例を説明するための図で。

図中、３１はノズル基板として使用される薄板で。

この薄板３１としては、その加工性と取り扱い性（ハン
ドリング性）のためにベリリウム鋼合金のミルハードン
材が使用される。３２はオリフィス形状をつくるための
ニッケルメッキ層、３３はオリフィス形状をつくるとと
もに、部材３１がインク液に直接触れて腐食しないよう
にするためのニッケルメッキ層、３４はフォトエツチン
グ及びニッケルメッキによって形成されるカップ状の凹
み状部（カップ部）、３５はフォトエツチング加工によ
って形成されるカップ形状、３６はオリフィスであり、
その直径をφＤＯで表わしている。

上記ノズル基板を形成するには、先づ、析出硬化処理済
みのベリリウム銅合金（板厚０．１〜０．３＋ａｍの範
囲の適当なもの１例えば０．２ｍ■）を用意し、両面を
０．１μｖｓ　Ｒｍａｘ程度の鏡面加工を行うが、これ
は例えば、１μ園以下のアルミナ粉でポリッシングすれ
ば、容易に得られる。ポリッシングを終ったベリリウム
鋼合金は、後のフォトリソグラフィ技術を用いる工程の
基板（サブストレート）となる、基板３１は洗浄後、フ
ォトレジストを塗布され、プリベーキングの後、フォト
マスクを用いて、露光、現象、リンス、ポストベーキン
グすることによって、第８図に示すように、凸状の丸パ
ターン３８が該基板３１の上に形成する。オリフィスは
、その画ｔｔに由来する厳しいインク噴射方向精度のた
めに真円に近い形状が最適である。上述のごとくして丸
パターン３８が形成された面に第９図に示すようにニッ
ケルメッキ３２を処す、このニッケルメッキは、いわゆ
る電解ニッケルであり。

それ故、フォトレジストが非導電体であることから、第
９図に示す特徴的形状を形成することができる。このニ
ッケルメッキによって形成される丸い形状の直径φＤ、
は、フォトレジストパターン３８の直径よりも小さく、
最終的に形成されるオリフィスの直径よりも大きい。

次にメッキと反対側の面にフォトエツチングのための丸
パターンを形成する。第１０図は、フォトレジスト塗布
、プリベーク、フォトマスクを用いての露光、現象、リ
ンス、ボストベーキングの工程を終えた段階を示してい
る。３９はエツチング加工の際、腐食液（エッチャント
）に曝されても、基板３１の加工の必要部分のみ腐食が
進行するように基板を保護する。ベリリウム鋼合金には
塩化第二鉄水溶液が反応速度も比較的速く適しており、
塩化第二鉄水溶液をフォトエツチング加工の腐食液とし
て用いるとき、ベリリウム銅合金には圧倒的にアタック
するが、ニッケルに対しても、少しく反応するので、３
２．３８の面はフォトレジストや、シールビール（商品
名）等有機的な後の剥離の容易な保護膜が必要である。

このフォトエツチングにより第１１図の如きカップ形状
３５が形成できる。このフォトエツチング加工中にベリ
リウム銅合金は等方向にエツチングされるので。

実際に形成されるカップ状の直径φＤＩＥＡは、フォト
レジスタパターン径φＤＥよりも大きくなる。

この大きくなる分のフォトレジストは４０で示され、エ
ツチング加工中に脱落する。４１はエツチング加工中次
第に露出してくるニッケルメッキ層３２のニッケル面で
あるが、エツチングの腐食液と反応するので少しく侵食
されるが、３８のフオトレジス１−が残っているので、
φＤ、の精度には影響しない。

第１１図の形状が得られた後に、腐食液の保護膜、及び
、３８．３９のフォトレジストを剥離し。

再度のニッケル電解メッキを処せば、第７図の形状が得
られる。

上述のごとくして得られたノズル基板は周知のようにイ
ンク液室部材に接合されて使用されるが。

その場合、インク液室部材はインク液に直接浸るので、
インク液に侵されないようオーステナイト系のステンレ
ス鋼１例えば、５ＵＳ３０４，５ＵＳ３０４Ｌあるいは
ＳＵＳ　３０３が最適である。

このオーステナイト系ステンレス鋼はその最表面にクロ
ム酸化物を主体として緻密な不動態膜を有する為、極め
て秀れた耐食性を有することは衆知である。しかし、逆
にこの不動態は、精密な接合を形成するには邪魔となる
。そこで、インク液室部材のノズル基板に接合すべき面
をポリッシングして鏡面加工（少なくとも、０．１μ■
Ｒ■ａｘ）とする。

このようにしてポリッシングした平面をアルゴンガス雰
囲気で、逆スパツタリングすることによって、酸化膜を
破壊、除去し、例えばニッケルのスパッタリングによる
膜形成を少なくとも５００Å以上形成する。こうして得
られたインク液室部材３０は第１２図に示すように、電
極４３の上にセットされる。

第１２図は、上記ノズル基板とインク液室部材とを接合
するための一例を示す図で、図中、３０はインク液室部
材、４２はノズル基板、４３．４４は電極、４５は例え
ば、タングステンの如き電気抵抗率の高い部材で（２０
℃、　５．５μΩ、ｅｌｆ）　ｅ逆に、ｍ極４３，４４
は、［気低抗率の低い例えば銅を主体とした銅−クロム
合金、銅−タングステン合金が用いられる。

インク液室部材３０の上にノズル部材４２を正しく置き
、４４．４５及び４３の間にはさまったインク液室部材
３０及びノズル部材４２をしめっけるように加圧したあ
と通電することによって、主に部材３０と、電極４５に
ジュール熱を発生させ、４６の接合界面を得る。

而して、この場合、ノズル部材４２の最表面はニッケル
であり、また、インク液室部材３０の最表面もスパッタ
リングしたニッケルであるため、強固な圧接状態が形成
できる。

■−−煎本発明は、上記インクジェットヘッドの製造方法を改良
して製作精度を更に向上させるとともに。

製造方法において簡略化（工程短縮）を狙い、低コスト
化を図ることを目的としてなされたものである。

購ニー」叉本発明は、上記目的を達成するために、１乃至多数個の
インク液噴出オリフィスを有するノズル基板を板状の平
滑板として形成する第１の工程と、前記ノズル基板をキ
ャビティ基板又はインク流路を含むインク液室を構成す
るインク液室基板に接合する第２の工程とを含み、前記
第１の工程において前記ノズル基板を形成するにあたっ
て、研摩ガラス上に金属クロムをスパッタリングによっ
て８００Å〜２０００人の膜厚で形成し、該金属クロム
膜の上にフォトレジストの円形パターンを形成し、ニッ
ケルを主成分とする電析膜を１０μ〜５０μｍの範囲で
析出させ、その後に、前記金属クロム膜との界面で剥離
する工程を含むことを特徴としたものである。以下１本
発明の実施例に基づいて説明する。

第１図は１本発明によって製作されたインクジェットヘ
ッドの一例を説明するための斜視図で。

図中、１は後述するようにして製作されるオリフィスプ
レート、５はキャビティプレート、６はインク流路ベー
スプレート（感光性ガラス）、７はステンレス箔、８は
ハウジング、９は固体振動伝達媒体、１０は電歪振動子
（ＰＺＴ）、１１は電歪振動子１０の電極膜、１２はカ
バー、１３はインク流路で、ステンレス箔７乃至カバー
１２の構成は既に周知であり、電歪振動子１０の振動を
固体振動伝達媒体９及びステンレス箔７を介してインク
流路１３内のインクに伝達し、該インク流路１３内のイ
ンクをオリフィスプレートｌに設けられたノズル穴１４
より噴射させる。なお、７は必ずしもステンレス箔であ
る必要はなく１例えば、ポリエチレン膜のような化学合
成材料によるものでもよく、要は、インクと化学反応し
たり、劣化しないものなら何でもよい、また、９はＰＺ
ＴＩＯで発生した機械的振動を効率よくインクに与える
ものであればよく、該固体振動伝達媒体９としては例え
ばゴム質のものが考えられる。

第２図は、本発明によって形成されたノズルプレートの
一例を示す断面図、第３図は、第２図に示したノズルプ
レートを形成する方法の一例を説明するための図で、図
中、■はオリフィスプレー１−１２はガラス」ｋ板、３
はスパッタ膜、４は円形突起形状部（ペグ）である、而
して、本発明は。

高品位高画質を狙ったインクジェットヘッドを構成する
にあたって、フォトリソグラフィと電析ニッケルの技術
を組合せて製作する電析ニッケル膜を使用する点にあり
、第１図に１５で示したオリフィスエツジが鋭角に成形
できることを特徴とする。その原理は、第３図に示した
ように、基板に十分な平面度を持つ研磨ガラス２を使用
し、これに電析ニッケルが後に容易に剥離できるように
、純金属クロムのスパッタ膜３を形成（８００Å〜３０
００人）し、この面にスピンコードした市販のポジティ
ブフォトレジスト膜を形成し、プリベーク後、予め用意
したフォトマスクを用いて露光し、現象、ポストベーク
によって円形凸起形状部（ペグ）４をスパッタ膜３上に
形成する。スパッタ膜３は導電膜であるから、このまま
電析槽にッケルメッキ槽）に投入し、第３図のオリフィ
スプレート１の形状をもつニッケル電析膜を得る。

第４図は、キャビティプレート５の断面図で。

該キャビティプレート５は５ＵＳ３０４の冷間圧延板を
片側フォトエツチングすることによって容易に得られる
。

第５図は、インク流路ベースプレート６を示す図で、（
ａ）は斜視図、（ｂ）は下面図、（Ｃ）゛は側面図、（
ｄ）は上面図、（ｅ）は（ｄ）図のＥ−Ｅ線断面図で、
該インク流路ベースプレート６は、例えば、ＨＯＹＡ　
Ｃ株）の感光性ガラスＤＥ０３Ｇを用いて加工ができる
が、溝１７はフォトエツチングで必要な精度が確保でき
る。また、インク流路を形成する溝１３は機械研削によ
って加工が容易にできる。

本発明は、上述のごときオリフィスプレート１゜キャビ
ティプレート５．及び、インク流路プレート６、ステン
レス箔７．ハウジング８等を第１図に示したように組立
てたものであるが、この組立を界面へに耐インク性のエ
ポキシ系の接着剤を毛細管現象を利用して注入して行う
ようにし、これによって、電析膜の平滑性を維持するよ
うにしている。また、組立は、以下の手順によって行う
が、組立手順を以下のようにすることによって、最重要
品質であるノズル（オリフィス）の噴射方向精度を一段
と高めることができた。

■、第３図の状態のオリフィスプレート１にキャビティ
プレート５を接着する。

■、感光性ガラスのベースプレート６を前記の工程で得
たものに接着する。接着は５０℃〜８０℃の温度で８時
間以上のキユアリングを行なう。

■、ステンレス箔７にハウジング８を接着する。

■、専用治具にささえたＰＺＴＩＯをハウジング８の空
胴にセットし、振動伝達媒体９を注型する。

■、ステンレス箔７とハウジング８を接着する。

■、この後に始めて、研摩ガラス２をスパッタ３の膜面
で剥離し、第１図の形状を得る。剥離は機械的振動を与
えることによって、完全にかつ容易に実施できる。

而して１本発明によれば、オリフィス１４のエツジ１５
のある面１８が極めて秀れた平面度に維持することがで
き、その結果、複数個のオリフィス１４から噴射される
インク滴は互いに平行で極めて精度の高いものとなる。

実用的な高品位画質を得るには、噴射方向精度が２ミリ
ラジアン以下と考えられ１本発明によれば、これを達成
することができる。

第６図は、キャビティプレート５をインク流路ベースプ
レート６に一体的に製造するための実施例を説明するた
めの図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は
（ｂ）図のＣ部拡大図で、インク流路１６は砥石による
機械研削により長手方向に成形する。フォトマスクによ
りスルーホール２０を形成するために露光エツチングを
行う、エツチング後ダレ２３を除くために面２４を研削
により仕上げ（研削代０．１〜０．２園園）で仕上げ面
２５を得る。これによって、スルーホール２０をだれの
ないシャープエツジとすることができる。なお、ｔの長
さが薄くなると歩留りが悪くなるので、オリフィスピッ
チが狭い時は、キャビティプレート５の使用が有利であ
る。

効　　　果以上の説明から明らかなように、本発明によると、最も
噴射方向精度に影響するオリフィスのある而１８の平面
性を研摩ガラス２の精度で転写できるが、これは研摩ガ
ラスを用いること、接着構造とすること、及び、接着後
に、オリフィスプレートをクロムスパッタ膜から剥離す
ること、並びに、接着層が平面度のバラツキを吸収して
くれることなどの理由で達成でき、従来の金属基板を用
いる方法よりも、数段工程が簡単であり、従って。

コストも低減できる。また、本発明によれば、マルチノ
ズルヘッドを極めて薄型、かつ、長尺に製造することが
できる。また、第３図に示した厚いガラス２の平面度を
基準にして接着していくので接着層が緩衝層となるため
後の組立部品の接着面の平面度が多少悪くても高精度平
面のノズル六列を形成することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によって製作されたインクジェットヘ
ッドの一例を説明するための斜視図、第２図は、本発明
によって成形されたノズルプレートを示す図、第３図は
、第２図に示したノズルプレートを成形する方法の一例
を説明するための図、第４図は、キャビティプレートの
一例を示す図、第５図は、インク流路ベースプレートの
一例を説明するための図、第６図は、キャビティプレー
トとインク流路ベースプレートを一体化した場合の一例
を示す図、第７図は１本出願人が先に提案したノズルプ
レートの一例を示す図、第８図〜第１１図は、第７図に
示したノズルプレートを製作する方法の一例を説明する
ための図、第１２図は、ノズルプレートとキャビティプ
レートを接合する従来技術の一例を説明するための図で
ある。１・・・オリフィスプレート、２・・・ガラス基板、３
・・・スパッタ膜、４・・・ペグ、５・・・キャビティ
プレート。６・・・インク流路ベースプレート、７・・・ステンレ
ス済、８・・・ハウジング、９・・・振動伝達媒体、１
０・・・ＰＺＴ、１１・・・電極、１２・・・カバー。特許出願人　　　株式会社　リコー第１図第２図第３図第４図第５図第　６　　ｉ、す（ｂ）Ｉす（Ｃ）第　　７　図第８図Ｒ第９ｒｌＡ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）、１乃至多数個のインク液噴出オリフィスを有す
るノズル基板を板状の平滑板として形成する第１の工程
と、前記ノズル基板をキャビティ基板又はインク流路を
含むインク液室を構成するインク液室基板に接合する第
２の工程とを含み、前記第１の工程において前記ノズル
基板を形成するにあたって、研摩ガラス上に金属クロム
をスパッタリングによって８００Å〜２０００Åの膜厚
で形成し、該金属クロム膜の上にフォトレジストの円形
パターンを形成し、ニッケルを主成分とする電析膜を１
０μ〜５０μｍの範囲で析出させ、その後に、前記金属
クロム膜との界面で剥離する工程を含むことを特徴とす
るインクジェットヘッドの製造方法。
（２）、前記第２の工程において前記ノズル基板をキャ
ビティ基板又はインク液室基板に接合するにあたって、
接合面に耐インク性の接着剤を毛細管現象を利用して注
入して接合することを特徴とする特許請求の範囲第（１
）項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
（３）、前記電析膜の方向をオリフィスシャープエッジ
を出口側として接合することを特徴とする特許請求の範
囲第（１）項又は第（２）項に記載のインクジェットヘ
ッドの製造方法。
（４）、前記電析膜をステンレスのエッチングもしくは
感光性ガラスのエッチングによって形成し、前記ノズル
基板又はインク液室基板に接合することを特徴とする特
許請求の範囲第（１）項乃至第（３）項のいずれか１項
に記載のインクジェットヘッドの製造方法。