JPS63307959A - 弁素子及びその製造方法 - Google Patents

弁素子及びその製造方法

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JPS63307959A
JPS63307959A JP62058507A JP5850787A JPS63307959A JP S63307959 A JPS63307959 A JP S63307959A JP 62058507 A JP62058507 A JP 62058507A JP 5850787 A JP5850787 A JP 5850787A JP S63307959 A JPS63307959 A JP S63307959A
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insulating layer
valve
electrode plate
plate
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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】 産業上の利用分野 この発明は、流体の流通を制御する弁素子及びその製造
方法に関する。
従来の技術 特開昭６１−１４４３６１号公報に記載されているよう
に、複数の流出口が形成されたベースとカバーとを対向
することにより形成されたインク室に、複数対の条片の
内方端を結合材により結合し外方端を絶縁層により絶縁
してなる導体ループを設け、カバーの外側面に磁石機構
を設け、磁石機構から出る磁束を導体ループへの通電に
より変化させ、これにより、条片の内方端を流出口側に
変位させてインク室内のインクを流出口から押し出すよ
うにした弁素子が存する。
また、特開昭５９−１１０９６７号公報に記載されてい
るように、基板の表面に導電層を形成し、この導電層の
表面にフォトレジスト層を形成し、このフォトレジスト
層を弁座のパターンをもって露光し、現像により弁座の
形状に導電層が露出したパターンを形成し、次いで、フ
ォトレジスト層が形成されていない部分にニッケルメッ
キを施して弁座を形成し、この弁座の中心部にフォトレ
ジストによるスペーサを形成し、このスペーサを含んで
弁座の表面にニッケル等の導電層を形成し、この導電層
の表面にフォトレジストにより弁部材のパターンを形成
し、このパターンに基づき導電層の表面にニッケルメッ
キを施して弁座を形成し、最終工程で不要な導電層とフ
ォトレジスト層とスペーサとを溶解することにより弁素
子を形成する製造方法が存する。
発明が解決しようとする問題点 しかし、特開昭６１−１４４３６１号公報に記載された
ものは、磁石機構を必要とするため構造が複雑である。
しかも、部品点数が多いため組立工数が増大するととも
に、組立精度が低下する。
また、磁石機構を使用しているため、ベースに強磁性体
のニッケルを使用すると、磁石機構から流れる磁束がベ
ースに集中し、導体ループの周囲の磁束密度が薄くなり
、通電電流の変化に応じた導体ループの動作が困難にな
る。さらに、導体ループの条片にニッケルを使用すると
、条片は磁石機構に吸引され、条片の電気抵抗も高いの
で消費電力が増大する。このような理由でニッケルによ
るエレクトロフォーミングを採用することができず、耐
蝕性が低下し、長期に渡り高い寸法精度を維持すること
ができない。
また、特開昭５９−１１０９６７号公報に記載されたも
のは、メッキにより弁座及び弁部材を形成するものであ
るが、これは逆止弁であり、流量を制御したり流路を全
閉全開する２値化制御用の弁素子の製造方法としては不
向きである。
問題点を解決するための手段 流体が通過するノズルが形成されたノズルプレートと、
電極板と、この電極板を被覆する絶縁層と、前記ノズル
を開閉するバルブが屈撓部分に一体的に形成されている
可撓性のバルブビームからなり、前記電極板とこの電極
板を被覆する絶縁層は前記ノズルプレートに積層配置さ
れ、前記バルブビームの屈撓部分を前記電極板上の絶縁
層に対して所定の間隔を保持させ、前記バルブビームの
屈撓により前記バルブが前記ノズルを開閉するように前
記バルブビームを設ける。
また、基板の表面にノズルに対応するフォトレジスト層
を形成するノズルパターン形成工程と、前記基板の表面
に金属膜を形成し前記フォトレジスト層を除去して前記
ノズルを有するノズルプレートを形成するノズルプレー
ト形成工程と、前記ノズルに対向する部分及び他の部分
に開口が形成されるように前記ノズルプレートの表面に
第一の絶縁層を形成する第一の絶縁層形成工程と、前記
ノズルに対向する部分の周辺において前記第一の絶縁層
の表面にフォトレジスト層を形成する電極パターン形成
工程と、前記第一の絶縁層の表面に金属膜を形成し前記
フォトレジスト層を除去して電極板を形成する電極板形
成工程と、前記第一の絶縁層の表面にその開口と対応す
る開口が形成されるように前記電極板を覆う第二の絶縁
層を形成する第二の絶縁層形成工程と、前記ノズルに対
向する部分及びその周辺を含んで前記第二の絶縁層の表
面に前記ノズルプレートと異なる材料のスペーサを形成
するスペーサ形成工程と、前記ノズルに対向する部分及
び前記スペーサの周辺に対向する部分以外の部分におい
て前記スペーサの表面にフォトレジスト層を形成するバ
ルブビームパターン形成工程と、前記スペーサの表面に
金属膜を形成して端部が前記開口を介して前記ノズルプ
レートに連続し屈撓部分にバルブを有するバルブビーム
を形成し前記フォトレジストを除去するバルブビーム形
成工程と、前記スペーサの前記ノズルに対向する部分を
含む中央部を除去し前記ノズルプレートから前記基板を
剥離する分離工程とにより、弁素子を製造する。
作用 したがって、電極板とバルブビームとに通電することに
より、バルブビームを屈撓させてバルブによりノズルを
閉止する。或いは、電極板とバルブビームとに印加する
電圧を制御することにより、ノズルの開放量を調整して
流量制御を行うことも可能である。
さらに、ノズルパターン形成工程と、ノズルプレート形
成工程と、第一の絶縁層形成工程と、電極パターン形成
工程と、電極板形成工程と、第二の絶縁層を形成する第
二の絶縁層形成工程と、スペーサ形成工程と、バルブビ
ームパターン形成工程と、バルブビーム形成工程と、分
離工程とを編成することにより、ノズルプレート、第一
の絶縁層、電極板、第二の絶縁層、スペーサ、バルブビ
ーム等を組立作業に依存することなく順次積層して形成
することができ、しかも、ノズルプレート、電極板、バ
ルブビームのパターンをフォトレジスト層により形成し
てメッキや薄膜技術等により容易に形成することが可能
となる。
実施例 この発明の第一の実施例を第１図ないし第２４図に基づ
いて説明する。まず、第３図及び第４図に示すように基
板１を設ける。この基板１は例えば、ステンレス鋼板の
金属板の表面を研磨して鏡面仕上げしたもの、或いはガ
ラス板の表面に金属膜を蒸着法等の手段により形成した
もので、表面はニッケルに対する密着性が低い金属が適
している。この点に関しステンレス鋼板は適している。
第５図及び第６図はノズルパターン形成工程を経た状態
で、この工程では、基板１の表面にフォトレジスト層２
を形成し、これを露光し現像してノズルに対応するパタ
ーンを形成する。フォトレジスト層２の直径はＤｌであ
る。
第７図及び第８図は第一のノズルプレート成形工程を経
た状態で、この工程では、基板ｌの表面に金属膜３を形
成しフォトレジスト層２を除去することにより、ノズル
４を有するノズルプレート５を形成する。この時、フォ
トレジスト層２の周囲を金属膜３が覆うため、ノズル４
は表面に向かうに従い直径が次第に大きくなるラッパの
ような形状を呈し、その最小部の直径り、はＤｌより小
さく、略１０μｍ程度である。ノズル４はフォトレジス
ト層２を除去した部分に相当することは言うまでもない
。金属膜３はスルファミン酸ニッケル浴を用いてニッケ
ルメッキを施すことにより形成されている。
第９図及び第１０図は第一の絶縁層形成工程を経た状態
で、この工程では、ノズル４に対向する部分と他の部分
とに開口６，７が形成されるように、ノズルプレート５
の表面に第一の絶縁層８を形成する。この第一の絶縁層
８は感光性ポリイミドを一面に形成し、開口６，７のパ
ターンを露光し現像することにより形成したものである
。
第１１図及び第１２図は電極パターン形成工程を経た状
態で、この工程では、ノズル４に対向する部分の周辺に
おいて、第一の絶縁層８の表面にフォトレジスト層９を
形成する。
第１３図及び第１４図は電極パターン形成工程を経た状
態で、この工程では、フォトレジスト層９が形成されて
いない部分に金属膜１ｏを形成し、フォトレジスト層９
を除去して電極板１１を形成する。この電極板１１の一
部には電源に接続される接続部１２が形成されている。
また、金属膜１０は第一の絶縁層８に対して密着性の良
い導電層を付与するために無電解ニッケルメッキを施し
、その上にニッケルメッキを施したものである。
第１５図及び第１６図は第二の絶縁層形成工程を経た状
態で、この工程では、第一の絶縁層８の開口６，７に対
応する開口６，７と接続部１２に対応する開口１３とが
形成されるように、第一の絶縁層８及び電極板１１の表
面に第二の絶縁層１４を形成する。この第二の絶縁層１
４は液状の感光性ポリイミドを一面に塗布し、乾燥後に
開口６゜７．１３のパターンを露光し現像することによ
り形成したもので、その後、加熱することにより第一の
絶縁層８と一体化する。
第１７図及び第１８図はスペーサ形成工程を経た状態で
、この工程では、マスキングしてノズル４と対向する部
分とその周辺を含んで第二の絶縁層１４の表面に銅をス
パッタリング法で形成することによりスペーサ１５を形
成する。したがって、スペーサ１５は第二の絶縁層１４
及び電極板１１の表面並びにノズル４及び開口６の内面
に１０ないし２０μｍの均一な厚さをもって形成され、
開口６の内面と相似形の凹部１６が形成される。
第１９図及び第２０図はバルブビームパターン形成工程
を経た状態で、この工程では、ノズル４に対向する部分
（凹部１６に対向する部分）とスペーサ１５の周辺に対
向する部分重体の部分において、スペーサ１５の表面に
フォトレジストＭ１７を形成する。
第２１図及び第２２図はバルブビーム形成工程を経た状
態で、この工程では、フォトレジスト層１７が形成され
ていない部分において、スペーサ１５の表面に金属膜２
２を形成することにより、四角形の支持枠１８とこの支
持枠１８に両端が連続するバルブビーム１９とを形成す
る。金属膜２２はニッケルメッキを施すことにより形成
されて開ロアにも充填される。したがって、バルブビー
ム１９の両端は支持枠１８を介してノズルプレート５に
連続する。また、バルブビーム１９にはその長手方向と
直交する方向に突出するクランク状の屈撓部分２ｏが形
成され、この屈撓部分２０は凹部１６に対向しているた
め凹部１６の内面に沿うバルブ２１が形成される。
第２３図及び第２４図は分離工程を経た状態で、この工
程では、スペーサ１５の中央部をエツチングにより除去
し、基板１をノズルプレート５から剥離する。スペーサ
１５のエツチングに際しては他の金属膜をもエツチング
することがないように、ＰＨ値がアルカリ側に寄ったア
ンモニアアルカリエッチャントを使用する。したがって
、スペーサ１５の中央部を除去した後において、バルブ
２１の外周面と開口６及びノズル４の内周面とのクリア
ランスを均一にすることができる。また、基板１はステ
ンレス調板で形成され、ノズルプレート５はニッケルで
形成されいるため、両者の剥離性は良い。
第１図はカバー組立工程を経た状態で、この工程では、
一部に入０２３が形成されたカバー２４を第二の絶縁層
１４の表面にシールして固定することにより、カバー２
４の内部に流体収容室２５を形成する。
このような構成において、入口２３から流体収容室２５
にインクを収容すると、第１図の状態では流体収容室２
５の内圧を高めることによりインクがノズル４から押し
出される。また、電極板１１の接続部１２とバルブビー
ム１９とに電圧を印加することにより、第２図に示すよ
うに、静電気に基づく吸引力によって電極板１１がバル
ブビーム１９を吸引し、バルブ２１がノズル４を閉止す
る。したがって、ノズル４を全開し或いは全閉する使い
方、すなわち２値化制御をすることができる。また、バ
ルブビーム１９の弾性に応じて印加電圧を制御すること
により、バルブビーム１９の屈撓動作量を変化させ、こ
れにより、インクの流出景を無段階的に変えることもで
きる。この場合、バルブビーム１９はその長手方向に対
して直交する方向に突出する屈撓部分２０を有している
ため、屈撓部分２０の屈撓動作を促進することができる
。
このため、僅かの印加電圧でバルブビーム１９を屈撓さ
せることができ、これにともない消費電力を節電するこ
とができる。さらに、流体収容室２５内のバルブビーム
１９はノズルプレート５に連続しているため、電源への
接続も容易である。
さらに、電極板１１とバルブビーム１９との間に発生す
る静電気に基づく吸引力によりノズル４を閉止すること
により、磁石機構を省略して構造を簡略化するとともに
、ノズルプレート５及びバルブビーム１９並びに電極板
１１にニッケルを使用することができ、したがって、耐
蝕性を向上し、長期にわたりノズル４やバルブ２１等の
寸法の変化を防止することができる。
また、ノズル４の断面は上向きに円弧状になっている。
この形状はバルブビーム１９側から流体がノズル４を通
過する時にそのノズル４での流体抵抗を少なくしている
。同様にバルブビーム１９の断面も円弧状になっている
ので、流体抵抗を少なくしている。さらに、電圧印加時
にノズル４を全閉としている時には、前述の円弧状の形
状によりノズル４とバルブビーム１９との密着を確実に
している。
さらに、ノズルプレート５、第一の絶縁層８、電極板１
１、第二の絶縁層１４、スペーサ１５、バルブビーム１
９等を組立作業に依存することなく順次積層することが
でき、しかも、ノズルプレート５、電極板１１、バルブ
ビーム１９のパターンをフォトレジスト層により形成し
てメッキや薄膜技術等により容易にかつ高い寸法精度を
もって形成することができる。このように、ノズルプレ
ート５やバルブビーム１９はエレクトロニクスホーミン
グ法により形成されるため、所望の厚さを得ることが容
易である。
さらに、ニッケルメッキをする場合、光沢剤を使用しな
い無光沢スルファミン酸ニッケル浴によりメッキを施し
て電着ニッケルの純度を高めることにより、バルブビー
ム１９の弾性率を低くし同−歪に対する応力を減少する
ことができ、バルブビーム１９の耐久性を向上できる。
また、これにより、弁素子をインクプリンタに利用する
場合に、流体収容室２５に高熱の熱溶融インクや染料蒸
気を収容したとしても、バルブビーム１９の耐熱性も向
上することができる。
さらに、第２５図に示すように、第二の絶縁層１４の表
面に、ＳｉＯ，、ＡＱヨ○、、Ｓｉ、Ｎ４或いはこれら
の複合物に代表されるセラミックをスパッタリング法等
により形成して保護膜２６を形成することにより、弁素
子をインクプリンタに利用する場合に、ポリイミド類の
絶縁層８，１４をインクや他の染料から保護することが
できる。
次いで、この発明の第二の実施例を第２６図に基づいて
説明する。前記実施例と同一部分は同一符号を用い説明
も省略する。この実施例は、インクプリンタに適合する
ように、ノズルプレート５に複数のノズル４を形成し、
第一、第二の絶縁層８．１４にノズル４に対応する複数
の開口６を形成し、それぞれノズル４に対応するバルブ
２１を有する複数のバルブビーム１９を大きな支持枠１
８の両端に連続して形成したものである。したがって、
バルブ２１の配列方向と直交する方向に記録紙を相対的
に移動させながら印字を行う。
次に、第２７図に基づいて本発明の第三の実施例を説明
する。本実施例におけるノズルプレート１９は感光性ガ
ラスもしくは感光性樹脂フィルムにより形成したもので
あり、このノズルプレート１９上に電極板１１が直接形
成されている。
しかして、ノズルプレート１９が感光性を有するもので
あるので、光を使用して加工する場合に、ノズル４の微
細化、高精度化は達成することができる。その他の工程
は、前述の第一の実施例と同様である。
つぎに、第２８図及び第２９図に基づいて本発明の第四
の実施例を説明する。まず、バルブビーム１９自体の実
施可能な形状について考察すれば、第３０図及び第３１
図に示すように、バルブビーム１９を片持梁により形成
することができる。しかしながら、この場合には複数の
バルブビーム１９を１列に並べた時、バルブビーム１９
の幅に対して長さが長くなるので、バルブ２１が形成さ
れている自由端が振れ回り易くなり、加工上も動作上も
バルブビーム１９が安定せず、変形し易い。
また、第３２図及び第３３図に示すように、バルブビー
ム１９の形状を両持梁形状にすることも可能である。こ
の場合には、バルブビーム１９自体は安定しているが、
屈撓しにくいので比較的高い電圧を必要とするものであ
る。
二のようなことから、本実施例においては、バルブビー
ム１９の形状を両持梁形状ではあってもその中央部にそ
のバルブビーム１９の長手方向と直交する方向へ支持部
３１を介して突出する屈撓部分を形成したものである。
この形状によれば、バルブビーム１９の安定性と屈撓性
とを満足させることができるものである。
また、支持部３１の幅を細くすることにより弾性力を得
ているため、より低い電圧で屈撓させることができる。
さらに、複数のバルブビーム１９を効率良く並べるため
に、バルブビーム１９の突出部において、斜め方向に伸
びる部分が設けられている。
ついで、第３４図に基づいて本発明の第五の実施例を説
明する。本実施例はバルブビーム１９のノズルプレート
５の対する固定方法を示すもので、前記第一の実施例の
ように開ロアを通してノズルプレート５とバルブビーム
１９とをメッキによす一体化する他に、スペーサ１５を
介してそのノズルプレート５を絶縁層１４の上に固定し
たものである。この場合、スペーサ１５と絶縁層１４と
の組合せ、およびスペーサ１５とバルブビーム１９との
組合せがともに密着性の良い材料が選択される。
さらに、第３５図に基づいて本発明の第六の実施例を説
明する。本実施例はスペーサ１５を介さずにバルブビー
ム］９を直接絶縁層１４に密着固定したものである。こ
の場合、例えば前縁層１４としてポリイミド、バルブビ
ーム１９としてニッケルが使用され、この場合には、絶
縁層１４の表面に密着性のよい無電解ニッケルメッキを
施す必要がある。
発明の効果 この発明は上述のように構成したので、電極板とバルブ
ビームとに通電することにより、バルブビームを屈撓さ
せてバルブによりノズルを閉止することができ、これに
より、ノズルを全開又は全閉して２値化制御をすること
ができ、或いは、電極板とバルブビームとに印加する電
圧を制御することにより、ノズルの開放量を調整して流
量制御を行うことができ、さらに、磁石機構を省略して
構造を簡略化するとともに、ノズルプレート、第一の絶
縁層、電極板、第二の絶縁層、スペーサ、バルブビーム
等を組立作業に依存することなく順次積層して容易に形
成することができ、しかも、ノズルプレート、電極板、
バルブビームのパターンをフォトレジスト層により形成
してメッキや薄膜技術等により容易に形成することがで
き、調整作業を省略することができる等の効果を有する
。
【図面の簡単な説明】
第１図ないし第２４図はこの発明の第一の実施例を示す
もので、第１図はカバー組立工程を示す縦断側面図、第
２図はそのノズルを閉止した状態を示す縦断側面図、第
３図は基板の斜視図、第４図はその側面図、第５図はノ
ズルパターン形成工程を示す斜視図、第６図はその側面
図、第７図はノズルプレート形成工程を示す斜視図、第
８図はその縦断側面図、第９図は第一の絶縁層形成工程
を示す斜視図、第１０図はその縦断側面図、第１１図は
電極パターン形成工程を示す斜視図、第１２図はその縦
断側面図、第１３図は電極板形成工程を示す斜視図、第
１４図はその縦断側面図、第１５図は第二の絶縁層形成
工程を示す斜視図、第１６図はその縦断側面図、第１７
図はスペーサ形成工程を示す斜視図、第１８図はその縦
断側面図、第１９図はバルブビームパターン形成工程を
示す斜視図、第２０図はその縦断側面図、第２１図はバ
ルブビーム形成工程を示す斜視図、第２２図はその縦断
側面図、第２３図は分離工程を示す斜視図、第２４図は
その縦断側面図、第２５図は変形例を示す縦断側面図、
第２６図はこの発明の第二の実施例を示す一部の平面図
、第２７図は本発明の第三の実施例を示す縦断側面図、
第２８図乃至第３３図は本発明の第四の実施例を示す平
面図及び縦断側面図、第３４図は本発明の第五の実施例
を示す縦断側面図、第３５図は本発明の第六の実施例を
示す縦断側面図である。 １・・・基板、２・・・フォトレジスト層、３・・・金
属膜、４・・・ノズル、５・・・ノズルプレート、６．
７・・・開口。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、流体が通過するノズルが形成されたノズルプレート
    と、電極板と、この電極板を被覆する絶縁層と、前記ノ
    ズルを開閉するバルブが屈撓部分に一体的に形成されて
    いる可撓性のバルブビームからなり、前記電極板とこの
    電極板を被覆する絶縁層は前記ノズルプレートに積層配
    置され、前記バルブビームの屈撓部分を前記電極板上の
    絶縁層に対して所定の間隔を保持させ、前記バルブビー
    ムの屈撓により前記バルブが前記ノズルを開閉するよう
    に前記バルブビームを設けたことを特徴とする弁素子。 ２、流体が通過するノズルが形成されたノズルプレート
    と、電極板と、この電極板を被覆する絶縁層と、前記ノ
    ズルを開閉するバルブが屈撓部分に一体的に形成されて
    いる可撓性のバルブビームからなり、前記電極板とこの
    電極板を被覆する絶縁層は前記ノズルプレートに積層配
    置され、前記バルブビームの屈撓部分をそのバルブビー
    ムの長手方向と直交する方向へ突出させるとともに前記
    屈撓部分を前記電極板上の絶縁層に対して所定の間隔を
    保持させ、前記バルブビームの屈撓により前記バルブが
    前記ノズルを開閉するように前記バルブビームを設けた
    ことを特徴とする弁素子。 ３、基板の表面にノズルに対応するフォトレジスト層を
    形成するノズルパターン形成工程と、前記基板の表面に
    金属膜を形成し前記フォトレジスト層を除去して前記ノ
    ズルを有するノズルプレートを形成するノズルプレート
    形成工程と、前記ノズルに対向する部分及び他の部分に
    開口が形成されるように前記ノズルプレートの表面に第
    一の絶縁層を形成する第一の絶縁層形成工程と、前記ノ
    ズルに対向する部分の周辺において前記第一の絶縁層の
    表面にフォトレジスト層を形成する電極パターン形成工
    程と、前記第一の絶縁層の表面に金属膜を形成し前記フ
    ォトレジスト層を除去して電極板を形成する電極板形成
    工程と、前記第一の絶縁層の表面にその開口と対応する
    開口が形成されるように前記電極板を覆う第二の絶縁層
    を形成する第二の絶縁層形成工程と、前記ノズルに対向
    する部分及びその周辺を含んで前記第二の絶縁層の表面
    に前記ノズルプレートと異なる材料のスペーサを形成す
    るスペーサ形成工程と、前記ノズルに対向する部分及び
    前記スペーサの周辺に対向する部分以外の部分において
    前記スペーサの表面にフォトレジスト層を形成するバル
    ブビームパターン形成工程と、前記スペーサの表面に金
    属膜を形成して端部が前記開口を介して前記ノズルプレ
    ートに連続し屈撓部分にバルブを有するバルブビームを
    形成し前記フォトレジストを除去するバルブビーム形成
    工程と、前記スペーサの前記ノズルに対向する部分を含
    む中央部を除去し前記ノズルプレートから前記基板を剥
    離する分離工程とよりなることを特徴とする弁素子の製
    造方法。
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