JPH02107450A - 拡散接合及びろう付けによるインクジェット・ヘッドの製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、インクジェットヘッドを構成する合金部材同
士を、拡散接合及びろう付けによって接合して、インク
ジェットヘッドを製造するインクジェットヘッドの製造
方法に関する。

〔従来の技術〕

現在までインクジェット・ヘッドの様々なものが製造さ
れており、これらには、空気流の助けを借りるものと借
りないものの、ドロップ−オン−デマンド及び連続的な
インクジェット・ヘッドが含まれている。ボンらによる
米国特許第４６８５１８５号及びり−らによる米国特許
第４７２８９６９号のインクジェット・ヘッドに例示さ
れているように、インクジェットヘッドは、しばしば互
いに密着した複数の層状部材から成っている。

これらのインクジェット・ヘッドは、典型的には、通常
１つ以上のインク室を形成する層と層との間にインクの
供給路を有する。さらに、空気の助けを借りるインクジ
ェット・ヘッドの場合は、層の間に空気流のための通路
が設けられている。

上述のり−らによる特許の中に示されているように、い
くつかのインクジェット・ヘッドは、パージング（ノズ
ルのつまりなどを吹き散らすこと）のための通路を持っ
ていてもよい。更に、これらのインクジェット・ヘッド
は、例えば直径が３０から８０ミクロンのインク滴をオ
リフィスから噴出させるためのインク滴噴出板を、典型
的には有している。空気の助けを借りたインクジェット
・ヘッドにおいては、これらのインク滴は、典型的には
、空気室を通過し、空気室からの空気流の助けを得て、
空気室板にある外部オリフィスから噴出する。

製造中、インクジェット・ヘッドの様々なオリフィス及
び通路は、塞がれてしまってはならない。

整列したインクジェット・ヘッドの場合の、より高度な
要求は、通路がたとえ部分的にでも閉塞されると、動作
特性が変わってしまうので、塞がれるようなことがあっ
てはならないということである。空気の助けを借りるイ
ンクジェットヘッドでは、インク滴形成用のオリフィス
及び外部オリフィスが、典型的に３ミクロン以内に同心
的であり、正確なインク的噴出ができることが重要であ
る。

更に、空気の助けを借りるインクジェット・ヘッドの場
合、インク滴噴出板及び空気室板が曲がったり、変形し
たり、歪んだりすると、インクジェット・ヘッドからの
インク滴の噴出方向に狂いがでることもある。空気の助
けを借りるインクジェット・ヘッドの場合、インクジェ
ット・ヘッドのその他の部品に対して、あるいは空気室
板に対して、噴出板が回転すると、インクジェット・ヘ
ッドの列の性能は、悪影響を受ける。同様に、製造工程
を通じて、インクジェット・ヘッドを形成している板の
相対的な回転は、インクシェフ）・ヘッドのオリフィス
及び通路の位置決めミスを招きうる。　空気の助けを借
りるインクジェットヘッドにおける、インクジェット・
ヘッドの一般的な製造技術では、インクジェット・ヘッ
ドを形成する様々な層状部品の接合は、インクジェット
・ヘッドが組み立てられるに伴って、作業者が様々なオ
リフィスの位置決めを顕微鏡を用いて行っている。イン
クジェット・ヘッドの様々な部品の位置決めを、これら
の組立のときに保つことは困難であることが判っている
。従って、このような技術から作られる満足なインクジ
ェット・ヘッドの歩留まりは、改善される必要がある。

ボンらによる特許では、オリフィスを含む板や層状部材
を所定の位置に取り付けた後、例えば、角状コンパート
メントとインクコンパートメントとの間にあるインクオ
リフィスの出口やオリフィスのような多数の孔を設ける
ことによってこの問題の解決を試みている。更に、空気
の助けを借りるインクジェット・ヘッドにおいて、ボッ
らは、空気室板を所定の位置に取り付けるに先立って、
外部オリフィスを選択的に設けている。

このボッらによる特許公報の第８列の第４６行から第６
３行にかけて、様々なインクジェット・ヘッドの部品の
取付けが、ろう付は工程によってなされていることが開
示されている。ニッケルと金の合金のろう付はリングに
も言及している。これらのろう付はリングを溶融してい
る間、ボンらは、インクジェット・ヘッドの隣接するス
テンレススチール部品に金とニッケルとがある程度拡散
していくことを述べている。この拡散によって、合金成
分の構成比が変化し、再溶融点温度が上昇する。従って
、後続するろう付は工程では、以前のろう付けされた接
合部分においては、接合温度が再溶融点温度よりも低い
ことになるために、溶融が起こらない。ボンらは、最終
的には、既に述べたインクジェット・ヘッドの中で用い
られているスペーサーに、銀のろう付は材料の層を電鋳
し、あるいは電気メッキすることを提案している。

各層状部品のためのボンらによって用いられているろう
付はリングは、厚さが２５ミクロンから７５ミクロンで
ある。更に、ボンらのろう付は工程では、インクジェッ
トヘッドプリントヘッドの様々な部品の面に対して垂直
な方向に、単位平方インチあたり約８０ボンドの圧力を
加えることによって達成されている。ボンらのインクジ
ェット・ヘッドの構造は、１年以上にわたって用いられ
てきた。

このボンらの試みは、用いられているろう付は材料の盪
のため、また様々なインクジェット・ヘッドの部品を取
り付けるための開口を設ける必要性のため、比較的時間
と費用がかかる。ボンらの試みでは、もし、インクジェ
ットオリフィスがろう付けに先立って設けられているな
ら、このろう付は材料は、たやすく小さな開口の上に積
み重なってこれを塞いでしまうであろう。

従って、これら従来例がかかえている欠点を解決するこ
とを志向する、改良されたインクジェット・ヘッドの製
造方法が必要である。

そこで本発明の目的は、２つ以上の相互に接合した部品
を有するインクジェット・ヘッドの改良された製造方法
を提供することにある。

本発明の他の目的は、製造工程を通じて、オリフィス、
室、または通路を塞いでしまう可能性を最小限に留め、
特に微小な断面寸法となっているオリフィスを塞いでし
まう可能性を最小限に留めることのできる、インクジェ
ット・ヘッドの製造方法を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、隣接しているが、分離してい
る室間で流体の漏れがなく、また外部環境との間にも流
体の漏れがないようなインクジェット・ヘッドの製造方
法を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、インクジェット・ヘッドを形
成している相互接合部品または層状部品の間に泡を捕捉
する潜在的な割れ目が残る可能性を最小限に留めるイン
クジェット・ヘッドの製造方法を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、製造に必要な時間、工程数、
及び材料費を最小にすることのできるインクジェット・
ヘッドの製造方法を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、複数の部品からなるが、強靭
で耐久性のあるインクジェット・ヘッドの製造方法を提
供することにある。

本発明の更に他の目的は、インクジェット・ヘッドに含
まれる金属部品の変形を最小限に留め、極めて厳密な許
容範囲内にて部品の位置決めと間隔とを制御することの
できるインクジェット・ヘッドの製造方法を提供するこ
とにある。

本発明の更に他の目的は、インクジェット・ヘッドを形
成している複雑な位置関係を持つ部品を接合し、通常の
機械加工の必要性を最小限に留めるインクジェット・ヘ
ッドの製造方法を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、インクジェットの列を含む比
較的大きなインクジェット・ヘッドを含む様々なインク
ジェット・ヘッドを製造する方法を提供することにある
。

〔課題を解決するための手段及び作用〕本発明の要旨に
従うと、インクジェット・ヘッドの第１の金属部品の第
１面が、このインクジエγト・ヘッドの第２の金属部品
の第２面に接合する。この第１面と第２面の材料の熱膨
張係数は、等しいかまたは近い。これらの表面の少なく
とも一つに、電気メッキまたはその他の方法で充填材料
の層を設ける。この充填材料の層の溶融点は、第１及び
第２の部品の溶融点温度よりも低く、面が合わさったと
きの充填材料の全厚さは、約１６分の１ミクロンから約
５ミクロンであり、８分の１ミクロンから２ミクロンが
好適な範囲である。

これらの面が互いに合わさり、充填材料を溶融すること
なく熱と圧力を加えて拡散接合させる。この拡散接合は
、一つのやり方としては、面と面との間で、約１ミクロ
ンにすぎない拡散が起こっていない充填材料部分が残る
ように行われる。もし２ミクロンを超える充填材料を用
いるのなら、約１ミクロンの充填材料を拡散させるのに
かなり余計に時間がかかるかもしれない。この１ミクロ
ン程度の拡散によって、部品間の位置決めミスが防止で
き、オリフィスや通路が後続するろう付は工程で、余っ
た充填材料によって塞がれてしまうことを防止する。こ
の後、この充填材料は、第１及び第２の部品を溶融して
しまうことなく溶融し、これによって第１及び第２の部
品を相互にろう付けする。

たった１枚の極めて薄い充填材料の層を用いているため
、ろう付は工程の後は、実質的な接合部分には、純然た
るろう付は金属または合金の部分は存在しなくなる。む
しろ、このろう付は材料は、基材となっている金属の中
に拡散していき、あるいはともに合金となって、接合部
の接合状態は、断面を顕微鏡で観察しても、周囲の基材
と区別がつかない。もし、部品がろう付は温度に保持さ
れている時間が充分に長く、ろう付は材料の基材に対す
る拡散係数が充分に高いのであれば、純然たるろう付は
材料部分は残存せず、接合部は、周囲の基材と同様の観
を呈するであろう。

本発明のもう１つの要旨によれば、充填材料には、金、
銅、銀、ニッケル、及びこれらの材料のうちの２種か３
種の組合わせの中から選択される。

これらの材料お°よびこれらの材料と他の材料との２種
類あるいは３種類との組合わせ、例えばニッケル燐（ｎ
ｉｃｋｅｌ　　ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ）は、好適な充
填材料である。もし、この充填材料が、部品に用いられ
ている特定の基板材料には拡散しない材料であったり、
あるいはそのような材料を含んでいると、この充填材料
には、約１ミクロンを超えない拡散性の低い材料が含ま
れることになる。例えば、充填材料を含む銀は、ステン
レススチールの部品の接合に用いられ、銀の部分が約１
ミクロンを超えない充填材料が、第１及び第２の面の接
合部に設けられる。つけくわうるに、本発明の試みによ
れば、用いられている充填材料の厚みが、全体で約８分
の１ミクロンから２分の１ミクロンのとき、強靭な接合
状態となった。これらの接合状態は、接合されている第
１及び第２部品の基板材料の引っ張り強さに近い。

腐食がおこりやすい環境、例えばインクジェット・ヘッ
ドの部品が、なんらかのインクと接触している場合にお
いては、インクジェット・ヘッドの部品は、しばしばス
テンレススチールによってつくられる。この場合、拡散
接合の工程に先立って、ステンレススチールから酸化物
を除去する。

本発明のその他の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な
説明と図面とによって明らかになろう。

〔実施例〕

第１図は、本発明の方法によって製造されたインクジェ
ット・ヘッド垂直断面図である。簡便のために、本発明
の方法は、第１図に示すインクジェット・ヘッドの、更
に詳しくは、リーらによる米国特許第４７２８９６９号
公報に開示されているものの、製造方法に関連付けて説
明する。この方法は、この特定のインクジェット・ヘッ
ドの製造に限定されるものではないことを理解されたい
。

それどころかこの方法は、一般に２つ以上の部品を接合
して作られるインクジェット・ヘッドに対しては、広い
応用範囲を有する。この方法は、室温にふいて液体であ
るようなインクを噴出するインクジェット・ヘッドのみ
ならず、室温では固体であるが、噴出させるとき溶融さ
せる熱によって溶融するインク、すなわち相変化インク
を用いるインクジェット・ヘッドに対しても適用できる
。

例えば、本発明の方法は、インク滴噴出オリフィスの列
を具えた比較的大きなインクジェット・ヘッドの製造に
も用いられてきた。特定の物を例示すると、幅が３．３
センチメートル、長さが９．６センチメードルで、イン
ク滴噴出オリフィスが９６個あるインクジェット・ヘッ
ドが本発明に基づいて作られており、更に大きなインク
ジェット・ヘッドの製造も可能である。

第１図を参照すると、インクジェット・ヘッド（１０）
は、本体（１２）があって、これに単一コンパートメン
トのインク室（１４）と、空気室（１６）が設けられて
いる。このインク室（１４）は、インク室壁（１８）に
よって空気室（１６）から分は隔たれている。同様に、
空気室（１６）の側部は、空気室用のスペーサ板（１９
）が接合されていて、空気室（１６）は、空気室壁（２
０）と接している。インク室（１４）は、内側インクオ
リフィスである通路、すなわち開口（２２）を介して空
気室（１６）と通じている。この開口（２２）は、イン
ク室壁（１８）を貫通して設けられている。インクオリ
フィスの通路（２２）は、典型的には大変小さく、例え
ば直径的３０から８０ミクロンである。インクオリフィ
ス通路（２２）は、空気室（１６）に開き、内側のイン
ク滴形成のためのオリフィスの出口（２３）に至ってい
る。外側のインクジェットオリフィスである開口（２４
）は、空気室からインクジェット・ヘッド（１０）の外
側に至っている。外側オリフィス（２４）も、大変小さ
く、例えば直径約１１０ミクロンから２６０ミクロンで
ある。さらに、板（１８）と（２０）との距離は、空気
室（１６）の幅に相当するが、典型的には、約５０から
１２０ミクロンである。インクジェットオリフィス（２
４）は、インクオリフィス通路（２２）及びオリフィス
出口（２３）とは、軸（２５）で示す軸上に位置合わせ
され、約３ミクロンの範囲内で同心的である。

第１図で示す形態のインクジェット・ヘッドでは、イン
ク室（１４）は、その断面が一般に円形である２つの部
分（２６）及び（２８）から成り立っている。インク室
の部分（２６）及び（２８）は、各層状部品（３０）、
（３２）、（３４）、（３６）にインク室用の開口を設
け、これらの部品を、インク室の部分を接合するように
部品を接合することによって形成されている。このイン
ク室の部分（２８）は、！　（１８）及びインクオリフ
ィス通路（２２）に接するように配置される。

インク室の部分（２６）の直径は、部分（２８）の直径
よりも大きく、インクオリフィス通路（２２）のインク
室をはさんで反対側にある層状部品（３０）に取り付け
られている可撓性隔膜（４０）と接している。

インクは、インクの流入路（４６）から供給され、イン
クの通路である開口（４８〉を通じて流れ、インクジェ
ット・ヘッド内のインク室（１４）を満たす。

選択的に採られる形態として、第１図に示すインクジェ
ット・ヘッドは、パージングのだめの流出路（５１）を
具え、パージング用の通路である開口（５０）を通じて
インク室の部分（２８）とつながっている。このパージ
ング用通路は、通常閉じられているが、インク室に存在
しうる泡や不純物を除去するために、このパージング用
通路を通じてインク室（１４）からインクが流れ出るこ
とができるよう、選択的に開く。このパージング用通路
は、層状部品（４０）、（３０）、（３２）、（３４）
、（３６）に設けた孔を位置あわせすることによって形
つくられる。

両面が金属によってメッキされ、隔膜（４０）に接合さ
れた圧電セラミック素子（５４）は、圧力パルス発生器
の一形態となっている。第１図にｖＯで示したような電
気パルスに応じて、隔膜（４０）は、インク室（２６）
に向かって僅かに変形し、圧力パルスが隔膜（４０）か
らインク室（１４）を伝わる。このためインク滴形成の
ための出口オリフィス（２３）から外側オリフィス（２
４）に向かって、インク滴を噴出させることになる。

第１図に示すインクジェット・ヘッドは、空気の助けを
借りる形式のインクジェット・ヘッドであるため、加圧
空気が、インクジェット・ヘッド（１０）の空気流入路
（６１）から供給される。

この加圧空気は、空気供給のための通路である開口（６
０）を通って、空気室（１６）に流れる。

インク室の壁（１８）の外側と空気室の壁（２０）の内
側との間のインクジェット・ヘッドの外周の周りに満た
される。いっそう詳しくいうと、空気流は、空気室（１
６）を通じてあらゆる方向からインクジェット・ヘッド
の中心に向かって内側に流れる。空気がインクジェット
・ヘッドの中心部に近づくにつれ、空気流はその方向を
変え、外側オリフィス（２４）を通って外部に流出する
。この空気流によって、インク滴形成のための内側オリ
フィス（２３）において形成されたインク滴が、圧力パ
ルスに応じて加速され、インクジェット・ヘッドから外
側にインク滴を運ぶ助けをする。その結果、均一で対称
なインク滴がインクジェット・ヘッドから発生する。こ
れらのインク滴は、外側オリフィス（２４）を通って印
刷媒体（図示せず）に向かって飛行する。この種のイン
クジェット・ヘッドは、非常に小さく、典型的には非常
に薄い場合もある層状部品を用いて作られる通路を有し
ている。例えば、既に述べた寸法に加えて、通路（４８
）及び（５０）は、典型的には、断面で２５０ミクロン
あたり約１００から１５０ミクロンであり、隔膜（４０
）は、典型的には、約１００から１２５ミクロンの厚み
である。また、インク室の壁（１８）は、典型的には、
約５０から１３０ミクロンの厚みであり、外部空気室の
壁は、典型的には、約１００から２００ミクロンの厚み
である。さらに、層状部材（４０）と（３４）との距離
は、１００ミクロンから２５０ミクロンである。

上述のような比較的小さな寸法にあっては、あるいは、
その他のタイプのインクジェット・ヘッドに典型的に見
られるように、このような様々なインクジェット・ヘッ
ドのオリフィスと通路とを塞いでしまう、あるいは部分
的にでも邪魔をしてしまう可能性を最小限にすることを
念頭に入れて製造工程が設計されねばならない。さらに
、インクジェット・ヘッドのその他の部品と同様、層状
部材（１８）、（２０）、（４０）の位置決めのミス、
たわみ、回転及び変形は、インクジェット・ヘッドの適
切な作動の障害となる。例えば、通路を形成している様
々な層状部材の位置決めミスは、特にオリフィス（２２
）とオリフィス（２４）の間においては、インクジェッ
ト・ヘッドが機能しない結果をもたらす。同様に、空気
の助けを借りるインクジェット・ヘッドの場合、層状部
材（２０）と同様（１８）のたわみと変形は、インクジ
エ’７トオリフイス（２２）から噴出するインク滴の方
向を変えてしまい、インクジェット・ヘッドの性能を劣
化させる。さらに、層状部材（１８）、（２０）、（４
０）のいずれかの変形が重大である場合、これらの部材
が相互に接触し、あるいは空気室（１６）を完全にまた
は部分的に塞いでしまう。もう−度強調するが、インク
ジェット・ヘッドの製造工程は、様々な部品の変形と、
開口の位置決めミスを最小限に留めなければならない。

［インクジェット・ヘッドの部品の前処理］本発明の方
法に基づく金属部品の接合は、熱膨張係数が殆ど同じに
なるように（材料を）選定し、これらが接合されるとき
、相対的な変形をきたさないようにする。インクジェッ
ト・ヘッドを使用していると、しばしば腐食がおこりや
すくなるが、ある種のインクの場合、腐食を触発しやす
いので、インクジェット・ヘッドの材料としては、ステ
ンレススチールが好ましい。腐食が重大な問題でないと
き、例えば腐食性が高くないインクを用いているときは
、基板や部品として銅、ニッケル、及びその他の材料を
用いてもよい。

第２図は、本発明の製造方法によるインクジェット・ヘ
ッドの構成部品に加圧しているさまを描いた断面図であ
る。第２図に示すような、インクジェット・ヘッドの各
構成部品（１８）、（１９）、（２０）、（３０）〜（
３６）、及び（４０）は、あらかじめ通常の方法により
、オリフィスや通路（２２）　、　（２４）、　（４８
）、　（５０）　、（６０）及び室（２６）、（２８）
が形成されるように処理しておく。要求されているわけ
ではないのだが、これらのオリフィス、通路、及び室は
、典型的には、化学的切削加工、打ち抜き、ブランキン
グ、放電加工、その他の工程を経て前処理される。特定
の部品に関しては、層状である必要はないのであるが、
部品の接合面が平面であれば、接合状態は特に良いもの
になる。このことは、接合される面がどこであろうと、
面同士の圧着がやりやす（なる。

接合されるべき面は、典型的には滑らかである。

例えば、加工部品用として、表面が１６マイクロインチ
の仕上げかそれよりよいもの、またステンレススチール
鋼板では、２Ｂ仕上げのものが通常用いられる。一般に
、材料の素材の段階で、表面の滑らかさがこの程度に仕
上がっていれば、高い強度で気密な接合が常に達成でき
る。

インクジェット・ヘッドの部品の汚れや油分を除去する
ために、通常の清浄化技術を使用する。

例えば、部品をアセトン、トリクロロエチレン、あるい
は石鹸、アンモニア、水の混合物の中で濯ぎ、しかる後
に、清浄な水の中で濯ぐ。その後、部品をフレオンの中
にて蒸気脱脂してもよい。いったん部品が完全に脱脂さ
れると、その表面は、充填材料の層を被着させるために
準備される。

ステンレススチール部品の場合で、上述の清浄化処理を
終えたあと、部品を若干陽極に偏倚させながら清浄化さ
せるために、シプリーの電子清浄剤（Ｅｌｅｃｔｒｏｃ
ｌｅａｎ−ｍａｔｅｒｉａｌ）を用いてもよい。部品を
非イオン化した水の中で濯いだ後、ステンレススチール
部品を、非常にＰＨ値が小さい金属のストライク溶液に
直接浸してもよい。金またはニッケルのストライクは、
いずれも好適な例である。良く機能する金のストライク
は、二ニージャージ州ナツトレッグ（Ｎｕｔｌｅｇ）の
セルレックス社（Ｓｅ　ｌ　　Ｒｅｘ　　Ｃｏｍｐａｎ
ｙ）製のＡｕｒｏＢｏｎｄ　　ＴＣＬである。典型的に
は、ストライク材料は、１０分の１から８分の１ミクロ
ンの厚さである。これらの工程で、表面の酸化物を充分
に除くことができるので、ストライク金属は、部品を良
好に接合する。部品は、以下に説明するように、後続す
る充填材料の設置のために、非イオン化した水によって
濯ぐ。

ステンレススチールは、空気にさらされると、その表面
に粘り強い酸化物を形成する。この酸化物は、以下に説
明する拡散接合工程に先立って実質的に除去される。す
でに述べた清浄化と金属ストライクの適用の結果として
、部品からこの酸化物が充分に除去される。上述の清浄
化及びストライクの試みによって、様々な部品を組立前
に水素雲囲気中にて熱処理する工程を省くことができる
。

同様に、充填材料を部品にサブミクロンの厚さで被着さ
せておくといっそう良好な接合ができる。

ストライク金属の適用は、ステンレススチール上の酸化
物の変質を効果的に防止するが、このストライク材料は
、必ずしも必要不可欠なものではないことに注意された
い。さらに、酸化部物の除去のためのその他の方法は、
当業者にとっては明かなものであろう。例えば、いっそ
う望ましいものではないが、部品に充填材料を設けた後
に、ステンレススチールの部品から酸化物を除去しても
よい。この方法は、部品を、酸化物を還元するために水
素の雰囲気の炉のなかにおいて、充填材料の溶融点温度
未満にて熱処理すると達成できる。

更に、銅、ニッケルのような金属を基板材料に用いたと
きは、酸化物の形成は、ステンレススチールの場合と異
なってそれほど重大な問題とはならない。

［充填材料］ 本発明の方法によれば、充填材料の層を、（部品の）少
なくとも１面に設ける。サブミクロンの厚さの充填材料
の層を用いるときは、（部品の）片面だけに充填材料を
被覆させればよいのであるが、必要に応じて両面を被覆
してもよい。充填材料は、スパッタリング、真空蒸着、
電気メッキ、その他を含む様々な方法によって、表面に
設けてよい。更に、２ミクロン程度の極めて薄い金の箔
を接合面の間に設けてもよい。しかしながら、好適なや
り方は、電気メッキであって、特にステンレススチール
の処理したものを用いるときにそうである。接合面の少
なくとも一方に強力に被着した充填材料の層を設けるこ
とができる。

さらに、この充填材料は、必ずしも必要ということでは
ないが、典型的には部品の基板材料に対して拡散しやす
い性質を持つものが選ばれる。しかしながら、この工程
は、基板に対して拡散しにくい充填材料に用いてもよい
。このような場合、拡散しにくい材料は、１ミクロン未
満に制限される。例えば、この工程は、銀がステンレス
スチールに対して拡散しやすい性質を持っているわけで
はないが、銀もしくは銀含有物（例えば、銅と銀の混合
物、または金と銀の混合物）による充填材料をステンレ
ススチールに設けることに用いても良好な結果を得た。

このような場合、充填材料の銀すなわち拡散しにくい部
分は、１ミクロンにすぎない厚さに保たれてきた。従っ
て、後続する拡散において、充填材料のわずか１ミクロ
ンが、拡散に抵抗している材料であって、これが接合す
る面の間に残っている。充填材料として約１ミクロン以
上の銀が用いられた場合は、インクジェット・ヘッドの
通路に銀が流れ込んで塞ぐといった問題に遭遇する。

以下に述べるグループに限定されるものではないが、充
填材料としては、金、銀、銅、ニッケル及びこれらのう
ちの２種または３種の組合わせのグループの中から選択
される。これらの２種または３種の組合わせの中には、
金と銀、銅と銀、金と銅と銀などの組合わせが含まれる
。更に、亜鉛燐（例えば６から１２重量パーセントの燐
を含んだニッケルと燐の混合物）などのその他の材料を
、充填材料に加えてもよく、これも先のグループの中に
含まれる。この充填材料は、合金の形態をとってもよく
、電気メッキを用いるときは、接合面の一方または両方
に、充填剤の層を典型的に設けてもよい。もし耐腐食性
の重要度が低く、また以下に説明するように、真空装置
か、極めて清浄な乾燥水素雰囲気などの拡散接合とろう
付は工程を行うだけの設備があるのであれば、金と銀量
外の充填材料を典型的には用いる。

充填材料は、接合される部品の溶融点温度を下まわる溶
融点温度を持つように選択される。例えば、銀を含む充
填材料は、銅製の部品を接合することに用いられる。こ
れとは対照的に、ニッケルとステンレススチール製の部
品の場合は、典型的には、上述の充填材料が接合に用い
られる。この応用例では、金と銅は、ステンレススチー
ル部品の中に迅速に拡散していくために、ステンレスス
チールの接合には特に適している。

後続する工程であるろう付けの最中に、小さいオリフィ
スやその他の形状を塞ぐ可能性を最小限に留めるために
、最少限度量の充填材料と、なんらかのストライク材料
の両方を用いることと、適切な充填材料を用いることが
大切である。後続する拡散工程に続き、しかもろう付は
工程に先立って、ろう付けするそのときに、面と面との
間で、約１ミクロンにすぎない拡散していない充填材料
とストライク材料とが残っていることが必要である。そ
うでないと、この充填材料が液化し、ろう付けのときに
流動すると、様々な部品が相互に移動じ、インクジェッ
ト・ヘッドの通路やオリフィスが閉塞してしまうかもし
れない。

好適には、接合される面と面との間の充填材料の全体（
の厚さ）は、約１６分の１ミクロンから約２ミクロンの
間であるべきである。この場合、ストライク材料は、充
填材料として機能していない限り、存在しているストラ
イク材料は除いて計算する。この範囲の充填材料なら、
インクジェット・ヘッドを迅速に作ることができ、接合
が強い引っ張り強度を有するインクジェット・ヘッドと
なる。しかしながら、充填材料の全厚さは、５ミクロン
まで増加させてもよい。しかしながら、もし大量の充填
材料が用いられるのなら、拡散工程には比較的長時間か
かることになる。この時間は、余分な充填材料が部品の
中に拡散し、接合される面と面との間に拡散していない
部分が約１ミクロン未満にまでなるのに必要な時間であ
る。いま−度整理していうと、もし、この充填材料が、
部品の基板材料と拡散していない材料であったり、ある
いはそれを含むものであったりすれば、銀の拡散材材と
ステンレススチールとの場合のように、拡散材料のうち
の拡散に抗する部分の量は、約１ミクロン未満に制限さ
れるべきである。

全体で約８分の１ミクロンの充填材料によって、銀と金
とがベースとなった充填材料と、ステンレススチールの
基板との間で、基板材料の引っ張り強さに近い気密な接
合が達成できる。その他の基板と充填材料との間にも同
様な接合が見込まれる。

さらに、満足のいく接合は、接合される面と面との間で
全厚さが１６分の１ミクロンとなるよう、金と銀との充
填材料を設けることによって達成された。しかしながら
、この場合の接合は、基板材料の引っ張り強さの僅か約
３分の２程度にすぎなかった。このように僅かな量の充
填材料を用いてより強固な接合を達成するには、接合時
にいっそう高い圧力をかけるとともに、（接合）面を高
度に仕上げるとよいかもしれないが、この工程はより高
価である。このように、全厚さが約１６分の１ミクロン
の充填材料が、充分な接合を達成するうえでの下限であ
る。さらに、ステンレススチール上に、銀を含む充填材
料を設けると、銀の濁りと、銀によるオリフィスの閉塞
とは、充填材料の銀の部分が２分の１ミクロンを超える
ところから増加し始める。故に、銀を含む充填材料、あ
るいはその他の抗拡散充填材料を、基板材料に対して１
ミクロンにすぎない厚さに保つことが望ましい。

閉塞を起こすことがなく、特に強固で気密な接合は、充
填材料が、８分の１ミクロンから２分の１ミクロンのと
きに達成された。さらに、金を充填材料として用いた場
合、約２ミクロンの厚さまでは、閉塞が問題として顕在
化しなかった。さらに、金は、比較的迅速にステンレス
スチールの中に拡散し、比較的不活性なので、充填材料
の分量がいくらか増加しても、金をもちいることによっ
て迅速に形成され、気密で、強靭な接合を達成しつる。

用いられている充填材料の量が大変少量なので、インク
ジェット・ヘッドの製造工程中に用いられる充填材料の
費用は、たとえ金を材料として選択しても、ヘッドの費
用の中の僅かでしかない。充填材料として金を用い、全
メッキ厚さを僅か２分の１ミクロンにすることによって
、１００倍に拡大しても、オリフィスにおける金の隅肉
は、典型的には殆ど検出できない。もう−度いうと、銀
は、ステンレススチールを接合するにあたり、金よりも
混合され易く、このため、サブミクロンの量で用いられ
るのでないなら、小さな通路を全体的または部分的に塞
いでしまいがちである。製造工程中鎖の充填材料を用い
ることは、部品あたり、かろうじてより安価であり、強
固な拡散接合を形成し、金と比較して１００℃はど低い
温度にてろう付けが可能で、従っていくつかの利点があ
る。あらゆる点で、金と銀との間にあるものは、金と銀
との様々な比による混成物の充填材料である。最後に、
要求によっては、その他の充填材料を用いてもよい。

第２図は、各層状部材の対（１９）と（２０）、（１８
）と（１９）　、（３６）と（１８）　、（３４）と（
３６）、（３２）と（３４）、（３０）と（３２）、（
４０）と（３０）の間に位置している充填材料の層（７
０）から（８２）（図中では誇張して描いである）と共
に、第１図のインクジェット・ヘッドの製造段階を示し
ている。

拡散接合の工程中では、圧力をかけられることのないイ
ンク室（２８）の壁を形成している隔膜（４０）の中央
部分では、充填材料の層（８２）は、集まり、または混
合される傾向がある。様々な場合において、この混合は
、重大な問題を呈さないが、インクジェット・ヘッドの
使用するうえで、障害となる。隔膜上で充填材料が集ま
ってしまうことは、充填材料を約８分の１ミクロンに制
限したときに最少にすることができる。あるいは、もし
充填材料が隔膜の層上から完全に除去され、この層の上
にストライク材料だけが用いられ、充填材料は隣接する
部品（３０）の表面上に存在していれば、やはり、隔膜
上で充填材料が集まってしまうことを最少にできる。

［拡散接合工程］ 拡散接合工程中、接合されるべき面は、ともに向かい合
わせにされる。この面は、互いに向かい合わせになるに
先立って、蒸気により油脂成分を除去する最終的な仕上
げを面に対して行う。向かい合わせにされる面は、少な
くとも拡散接合工程の最初の部分の間中圧力がかけられ
る。さらに、部品に熱がかけられ、充填材料の溶融点温
度を下まわる温度にて面を互いに拡散接合する。典型的
には、拡散接合は、水素雰囲気中か、または真空中にて
行われ、もし金を充填材料として用いているなら、窒素
雰囲気中であってもよい。

第２図に示すように、接合されるべき層状部材が互いに
積み重ねられ、所望の精度で位置決めされる。第２図に
示す堆積物は、第１及び第２のプラテン〈８４）、（８
６）からなる加圧装置（８５）によってはさむ。これら
のプラテンは、接合される面をとおり、一般的にはこれ
らの面に対して垂直な矢印（８８）、（８９）によって
示される方向の力を加えるために用いられる。一般的に
言って、部品を加熱して拡散接合の温度にまで引き上げ
、拡散接合中圧力をかけている間、熱膨張の不整合から
部品を変形させることのない加圧装置ならなんでも使用
可能である。拡散接合またはろう付けに位置決め治具を
典型的に用いてもよい。

これらの部品は、加圧装置（８５）内に位置決めされて
いるあいだ、所定の位置に保持するために縁とかその他
の部分を一時的に仮付は溶接してもよい。加圧装置（８
５）は、図示しない位置決めピンを含んでもよく、部品
は、拡散接合に先立ってこのピンによって位置決めされ
る。

加圧装置（８５）のプラテン（８４）、（８６）は、接
合される部品の熱膨張係数と同じかまたは近い熱膨張係
数をもつようにしてもよい。例えば、プラテン（８４）
、（８６）は、接合する部品がステンレススチールなら
ば、ステンレススチールであってもよい。このような場
合、部品はプラテンによって加圧され、装置全体は、拡
散接合温度にまで加熱される。加圧装置と部品とが加熱
されるにあたり、プラテン（８４）及び（８６）は、部
品と同じ比率で膨張するので、変形は、実質的に回避さ
れる。さもなければ、なんらかの圧力を加えるに先立っ
て、プラテン及び接合する部品をまず拡散接合温度にま
で加熱しておき、しかるのちに圧力を加えてもよい。部
品を冷却するに先立ち、圧力を除去する。後者のやり方
の場合、プラテン（８４）、（８６）の熱膨張率は、イ
ンクジェット・ヘッドの部品の熱膨張率と同一である必
要はない。プラテンと部品との間で熱膨張率が異なって
いても、圧力を加えているあいだプラテンと部品との温
度が変化しないので、問題とはならない。

拡散接合工程のいっそう詳しい実例どしては、圧力は、
５Ｑｐｓｉ　　（ｐｏｕｎｄ　　ｐｅｒｓｑｕａｒｅ　
　１ｎｃｈ）から８０ｋｓｉ（ｏｎｅ　　ｔｈｏｕｓａ
ｎｄ　　ｐｏｕｎｄｐｅｒ　　５ｑｕａｒｅ　　１ｎｃ
ｈ）の範囲でかけられてよい。圧力は、接合工程の初め
の部分のみ、あるいは接合工程全体を通じてかけられて
よい。

というのは、圧力は、接合温度に達した後の数分間とい
ったような、初めの部分のみに必要なのである。いづれ
の場合でも、所望の接合を達成できる。ステンレススチ
ール部品を接合するとき、カーバイドの沈殿を回避し、
これによる化学作用にたいする耐性を低下させないため
に、約５００℃から９００℃の温度にはさらしすぎない
ことが重要である。従って、ステンレススチールの拡散
接合には、４２５℃から５００℃の温度が典型的には用
いられる。一般に、２ミクロン未満の充填材料が存在す
るとき、拡散接合工程全体くの所用時間〉は、わずか１
０から１３分である。

このような温度において、銀または金の充填材料の溶融
点温度を下まわるすくなくとも４００℃には達する温度
では、接合は、加圧袋＠（８５）の圧力によって壊れて
しまうような表面の荒いものになる傾向がある。圧力が
加わらないと接合は殆どあるいは全く起こらない。でき
あがった拡散接合が弱く、インクを漏らす可能性があっ
ても、部品は、荒っぽくあつかっても位置ずれを起こす
おそれがない程度に充分良好に接合されている。

さらに、拡散接合は、接合を形成するために、充分な圧
力が加えられたか否かにかかわらず、合わさる様々な部
品の面のすべてに、緻密な接触をもたらす。

部品は、層と層の間に約１ミクロン未満の拡散していな
い部分が残る時点まで、典型的には拡散接合温度であっ
て、ろう付は温度を下まわる温度に保たれる。このよう
に、拡散接合の方法における速度の一例のように、厚さ
が全体で約１ミクロンある金の充填材料と、ステンレス
スチールの部品とによって、拡散接合の工程は、４２５
℃の温度にて約１０分間で実行される。最初の２分間の
あいだ、接合温度にて平均的４０００ｐｓｉの圧力が部
品に加えられた。この部品は、さらに８分間この接合温
度に保持された。圧力は、拡散接合の全工程にわたって
加えられる必要はない。対照的に、全部で５ミクロンの
充填材料を用いた場合は、４２５℃の拡散接合温度と、
充填材料のろう付は温度（金の場合１０５０℃）との間
で、いっそう長い時間さらすことが必要である。

拡散接合の工程は、第２図に示すインクジェット・ヘッ
ドの総ての層状部品に対して同時に行われ、以下に述べ
るろう付は工程があとにつづいてもよい。さもなければ
、部品の拡散接合を導き、またこれを含む工程が、部品
のグループごとに、（すなわち層状部品（２０）、（１
９）、（１８）でひとつのグループ、層状部品（３２）
、（３４）、（３６）で第２のグループ、層状部品（３
０）、（４０）で第３のグループ）個別に実行され、拡
散接合された部品のグループが、これに続いてろう付け
されてもよい。同様に、部品が、拡散接合の工程の部分
に持ち込み、以下に説明するようにろう付けし、さらに
部品を接合させるために拡散接合工程に持ち込み、その
後ろう付けしてもよい。

このように、複数の拡散接合工程と、ろう付は工程とを
、本発明に従って実行してもよい。もし、これらの工程
のうちの１つにて総ての充填材料が使われてしまったら
、後に続くろう付けに先立ってさらに充填材料で表面を
再メッキする必要があろう。

［ろう付は工程］ 拡散接合の後、部品を拡散接合のための装置（すなわち
加圧装置）から取り外し、ろう付は工程に送る。同様に
、部品を拡散接合のための装置から外した後、拡散接合
工程の一部である別の拡散接合工程に送り、それからろ
う付けをしてもよい。

このろう付は工程は、充填材料を、第１及び第２の部品
を溶融することなく溶融し、インクジェット・ヘッドの
部品を互いにろう付けすることが含まれている。

典型的には、拡散接合によって接合された部品は、セラ
ミックその他の耐熱性の基板の上に、固定されることな
く設置される。そこでこれらを、水素の炉または真空炉
の中に入れて、充填材料の溶融点温度よりも僅かに低い
温度に熱し、すべての部品が安定化するに充分な時間だ
けその温度に保つ。この部品は、やはりこの後者の温度
に保ち、拡散接合工程の一部としてさらに拡散させても
よい。例えば、ステンレススチールの部品及び金と銀を
含む充填材料を用いた場合、この部品は、約９００℃か
ら９５０℃に熱する。典型的なインクシェフ　）のため
には、この温度なら、熱を吸収する装置が含まれていな
いので、一般に約４分て充分部品が安定化する。それか
ら、充填材料の溶融点温度のちょうど上のところまで温
度を上昇させ、充填材料を溶融し、ろう付けを完了する
。充填材料の溶融点温度を超える温度にて２分から４分
保てば、一般に充分である。最後に部品を素早く冷却し
、炉から取り出す。ろう付けの工程中、部品は、なんの
介添えもなしに置かれているので、ろう付けされた部品
には２ミクロンを超える検出可能な外見上の変形や位置
決めのミスは、起こらない。このろう付は工程において
、ステンレススチールの部品に対して銀の充填材料とい
うような抗拡散充填材料を用いていないのなら、各接合
部の殆どは、合金化しない充填材料は存在しなくなる。

もし、より長時間ろう付は温度に保てば、充填材料の総
ては、接合部から拡散してしまい、隣接する基板の接合
部にきめの細かい構造が形成される。

実験室での数年間の使用では、接合部からインクが漏れ
た形跡はなく、ヘリウムによる漏れ検出器によってすべ
ての接合部の漏れを試験したところ、気密であった。

部品になんら圧力をくわえず、なんの介添えもなく置く
やり方は、好ましい。しかしながら、拡散接合された部
品は、ろう付けの間、約１と４分の１ポンド（１０ｐｓ
ｉ）の静荷重をかけられていた。部品にこのような方法
によって荷重を加えたときも、満足のいくインクジェッ
ト・ヘッドが得られた。従って、工程中ろう付けの部分
に適用される言葉「実質的に圧力がないこと」は、なん
の介添えもなく置かれただけの状態でのろう付けのみな
らず、部品にｔｏｐｓｉにすぎない力がかけられた状態
でのろう付けをも含む。もし、「実質的に圧力がないこ
と」という言葉によって制限をうけないのなら、ろう付
けという言葉は、高圧でのろう付けを含む。さらに、低
圧という言葉は、約１ｋｓｉまでの圧力を含み、これを
超えると、ろう付けに包含される温度において、圧力を
かけることははるかに困難になる。

工程中のろう付けの工程によって、弱い拡散接合が、強
靭で気密な接合に変化する。同様に、ろう付は工程では
、拡散接合の工程では拡散接合されなかったかもしれな
い接触している総ての面の間で、強力なろう付けが形成
される。この工程に起因する強力で、きれめがなく、気
密な接合のため、泡を捕捉し、インクジェット・ヘッド
の性能に悪影響を与えることになる亀裂が、部品間に発
生することを防止するとともに、部品のはがれを防止す
る。同様に、拡散接合がなされた部品間には、比較的薄
い充填材料しか残っていないため、充填材料の溶融につ
れて部品が移動しないので、部品の位置は正しく保たれ
る。さらに、介添えのない置きがた、または実質的に圧
力を加えないろう付けによって、部品の変形またはゆが
みが起こらない。

いっそう詳しくいうと、本発明の方法によって、インク
ジェット・ヘッドが製造されてきたわけで、ここではイ
ンクジェット・ヘッドを形成する層状部品には、変形を
検出するための装置の、■から２ミクロンの検出水準で
、なんら変形は検出されなかった。例えば、０．０４ｍ
ｍの厚みの３１６ステンレススチールの板は、２．５ｍ
ｍの厚みの３（１３及び３１６ステンレススチールのブ
ロックに接合された。これらのブロックには、直径が２
．８ｍｍから５ｍｍの範囲の開口が設けられた。

０．０４ｍｍの板のこれらの孔へのゆがみは、１．５ミ
クロン未満と測定された。さらに、インクジェット・ヘ
ッドの部品におけるオリフィスの同心的な位置精度は、
これらの部品の接合に先立って呈していた位置精度に対
して、ｌから２ミクロンの検出水準において、ずれは存
在しなかった。

さらに、インクジェットプリンタヘッドの隣接する部品
間の距離は、この検出水準に保たれた。さらに、例えば
インクジェットオリフィスのような小さい開口の閉塞は
、実質的に除去された。ゆえに、本発明は、高い歩留ま
りのインクジェット・ヘッドの製造方法となっている。

〔発明の効果〕

本発明のインクジェット・ヘッドの製造方法は、インク
ジェット・ヘッドを構成する層状部品の間に、充填材料
を設け、これらを適当に加圧し、加熱することによって
まず充填材料と２層状部品との間に拡散接合を起こさせ
、次に構成部品同士をろう付けする方法となっている。

従って、ヘッドの構成部品間の位置決めが正確になり、
製造工程中、部品のゆがみ、変形が起こりにくい。しか
も、充填材料によってインクジェット・ヘッドに設けら
れるオリフィス、及びインク、空気などのための通路を
塞いでしまう可能性が殆どなく、所望のインクジェット
・ヘッドが、高い精度と高い歩留まりで安価に製造でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法により製造されるインクジェッ
ト・ヘッドの断面図、第２図は、第１図に示すインクジ
ェット・ヘッドの製造段階の断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、インクジェットヘッドの第１合金部材の第１面を、
   上記インクジェットヘッドの上記第１合金部材の熱膨張
   率と略同じ熱膨張率を有する第２合金部材の第２面に接
   合する方法において、上記第１及び第２面のうちの少な
   くとも１つの上に、第１及び第２合金部材の溶融点より
   も低い溶融点を有する充填材料の層を設け、この層の全
   厚さを、約１６分の１ミクロンから約５ミクロンの範囲
   にし、 上記第１面及び第２面を向かい合わせに配置し、 上記第１面及び第２面に、上記充填材料を溶融すること
   なく、圧力と熱とを加えて拡散接合し、 上記第１及び第２の合金材料を溶融することなく上記充
   填材料を溶融させて、上記第１及び第２合金部材をろう
   付けする拡散接合及びろう付けによるインクジェットヘ
   ッドの製造方法。 ２、少なくとも第１開口が予め設けられたインクジェッ
   ト・ヘッドの第１部品の第１面と、少なくとも第２開口
   が予め設けられたインクジェット・ヘッドの第２部品の
   第２面とを接合する方法において、 上記第１面及び第２面をストライク材料によってメッキ
   し、表面の酸化物を除去し、 上記ストライク材料によってメッキされた第１面及び第
   ２面のうち少なくとも一方に、金、銀、銅、ニッケルの
   いずれかまたはこれらのうちの任意の組合わせからなる
   充填材料をメッキし、その充填材料の全厚さを約２ミク
   ロン以下にし、 上記第１及び第２開口を位置合わせして上記第１及び第
   ２面を向かい合わせにし、 上記第１面及び第２面に、上記充填材料を溶融すること
   なく、圧力と熱とを加えて拡散接合し、 上記第１及び第２の合金材料を溶融することなく上記充
   填材料を溶融させて、上記第１及び第２合金部材をろう
   付けする拡散接合及びろう付けによるインクジェットヘ
   ッドの製造方法。