JPH0450471B2 - - Google Patents

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JPH0450471B2
JPH0450471B2 JP22059382A JP22059382A JPH0450471B2 JP H0450471 B2 JPH0450471 B2 JP H0450471B2 JP 22059382 A JP22059382 A JP 22059382A JP 22059382 A JP22059382 A JP 22059382A JP H0450471 B2 JPH0450471 B2 JP H0450471B2
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は微細な機械式弁およびその製造法に
関し、特に電気機械変換手段と弁との相互作用に
よつて引き起されるポンプ作用によりインク滴の
噴射およびインクの補給を行なうインクジエツト
ヘツドに適した弁素子およびその製造法に関す
る。
インクジエツトヘツド用の弁素子としては、特
開昭55−81184に示されたものが知られている。
同出願明細書には異なつた構造の弁素子がいくつ
か示されているが、その中の代表的なものについ
て構造概略を示すと第１図ａ，ｂ，ｃのようであ
る。すなわち、第１図ａに示すように中心に円筒
状のインク通路１０１を有する円板状の弁座１０
２と、中心に配された円板状の弁１０３を周囲の
腕１０４と円環状固定部分１０５とにより支えて
いる弁部品１０６とを重ね合せることにより構成
され、通状インク通路１０１は弁１０３により遮
断されている。弁座１０２と弁部品１０６とは、
弁部品周囲の円環状の固定部分１０５でのみ密着
固定されており、第１図ｂに示すように、インク
通路１０１側から圧力が作用すると弁１０３が押
し上げられ、弁１０３と弁座１０２の間〓を通つ
てインクが流出するが、第１図ｃに示すように圧
力が逆方向に作用すると弁１０３は弁座１０２に
押し付けられるためインクの流れは遮断される。
弁１０３の直径はインク通路１０１の直径より大
きくとられるが、二つの直径の差は、順方向の流
れを容易にするために、できるだけ小さいことが
望ましい。その結果、弁座１０２と弁部品１０６
との極めて高い重ね合せ精度が要求されるため、
弁素子の組立は困難であり、しかも組立てられた
弁素子の良品率が低かつたり、特性のばらつきが
大きい等の問題があつた。また、弁座１０２と弁
部品１０６とを組立て、重ね合わせ固定するには
第１図において図示していないが、弁座と弁部品
とを上下よりはさみ合わせるような部材を用いる
必要があつた。しかし、このはさんで押える圧力
が小さいと弁座と弁部品との重なりにすき間が生
じてしまい、整流特性が悪化するという問題があ
つた。逆に大きすぎても弁座や弁部品が変形して
しまい、この場合も弁座と弁部品との間にすき間
が生じてしまうという問題があつた。
また、上記方法による組立ては、弁素子を多量
にかつ安価に製造するためには不適当であつた。
この発明の目的は上記問題を解決した弁素子お
よびその製造方法を提供することにある。
この発明によれば流体が通る微細な孔を有する
弁座と、前記孔を覆う弁と、前記弁を支え流体の
圧力に応じて前記弁を変位させる支持部と、前記
支持部を前記弁座に取り付ける固定部とからなる
弁素子を製造する方法において、少なくとも表面
に導電層を有する基板上に所定の厚さのフオトレ
ジストを塗布し、さらに鍍金する部分のレジスト
を取り除くことにより微細孔を有する弁座のパタ
ーンを形成する工程と、前記レジストの無い部分
を鍍金により概略前記レジストと同じ厚さまで所
定の金属にて埋めて弁座を形成する工程と、前記
弁座の表面に前記弁および支持部と前記弁座との
間に位置し、少なくともその表面層から導電性を
有するスペーサを形成する工程と、前記スペーサ
が形成された弁座上にフオトレジストを塗布し、
前記弁座の微細孔を覆うように配置されかつ前記
微細孔より大きな所定の寸法形状を有する弁と前
記弁の支持部および固定部とからなる弁部材を鍍
金する部分のフオトレジストを取り除くことによ
り弁部材のパターンを形成する工程と、前記弁部
材のパターンに応じて所定の金属により鍍金を行
ない弁部材を形成する工程と、前記基板、前記弁
パターンを形成したフオトレジスト、前記弁部材
パターンを形成したフオトレジストおよび前記ス
ペーサを取り除く工程とからなることを特徴とす
る弁素子の製造方法が得られる。
以上の製造方法では、弁座と弁部品との位置合
せ精度は、弁部材のパターンを形成する工程での
マスク目合せにより決まる。このため、弁座と弁
部材とを個別に作り重ねる従来の方法に比べ、目
合せ精度が格段に向上する。
以下この発明について図面を参照しながら詳細
に説明する。
第２図ａ，ｂは、この発明による弁素子の概略
断面図および平面図である。弁座２０２は、中央
部にその横断面が円の流路２０１を有する。弁部
材２０６は、流路２０１を遮蔽するように配置さ
れた弁２０３と、弁２０３をささえる支持部とし
ての腕２０４と、固定部２０５とからなる。弁部
材２０６は弁座２０２と、固定部２０５において
一体化された構造となつている。一方、弁２０３
と腕２０４は弁座２０２と分離している。弁部材
２０６の平面形状は任意の形状にすることが可能
であるが、代表的な一例としては第２図ｂに示す
ように円環状の固定部２０５の中心部に同心円状
に弁２０３が形成され、弁２０３を支持する腕２
０４は十字状に４本設けられた形状にすることが
できる。弁２０３の直径は流路２０１のそれより
大きい。弁座２０２および弁部材２０６はフオト
レジストによるパターニングと鍍金技術とによる
フオトエレクトロフオーミングにより形成され金
属材料としてはニツケル、金、クロム等の耐蝕性
材料が適している。また、弁座２０２上に弁部材
２０６を同一材料にてフオトエレクトロフオーミ
ングにて形成することにより弁座と弁部材とが一
体構造物となる。但し、弁座２０２と弁部材２０
６とを異なる材料により形成した場合でも、接合
力の大きい材料の組み合せを用いれば、固定部２
０５と弁座２０２は実質一体構造物と見なせ、弁
座と弁部材とが分離してしまうことはない。本実
施例においてインクジエツトヘツド用に適した弁
素子の寸法の一例を示す流通路２０１の直径は
180μmであり、弁部材をニツケルで形成したとき
弁２０３の直径は200μm、支持腕２０４の巾およ
び長さはそれぞれ50μmおよび400μmであり、弁
部材２０６の厚みは約10μmであつた。
次に第３図ａ〜ｇを参照して、この弁素子の製
造プロセスの一例を説明する。第３図ａに示すよ
うに基板３０１はガラス板３０２の片面に導電層
３０３を蒸着法にて形成したものである。導電層
は、弁素子を形成する材料を腐食せず、導電層を
形成する材料を選択的にエツチングすることが可
能な材料で作られる。ここでは弁素子をニツケル
で形成しているので、導電層の材料としてはアル
ミニウムを用いた。このアルミニウム層の厚さは
数百〓〜数千〓であれば特に制限はないが、最終
工程においてこの導電層を溶解して弁をガラス基
板より分離するため、溶解時間短縮のため厚い方
が望ましい。また、この後工程においてニツケル
鍍金を行なう場合、アルミニウムが犯される場合
があるが、この時にはアルミニウム層の表面を、
弁素子を構成する材料と同じニツケルの薄層で保
護することにより良好な鍍金が行なえる。
またニツケル層は、数十〜数百〓程度で、アル
ミニウム層を保護できる範囲で薄いことが望まし
い。
このような基板３０１上にフオトレジスト層３
０４を形成し、弁座のパターンを露光し、現像に
より弁座の形状に導電層３０３が露出したパター
ンを形成する。フオトレジスト層の厚さは形成す
る弁座の厚さと等しく、本実施例では、フイルム
レジストの厚さ20〜60μm程度のものを使用した。
このようにフオトレジストによりパターニングさ
れた基板は第３図ｂに示されるように電鋳により
レジストの無い部分が鍍金され、弁座３０５が形
成される。ここでは、高い精度とめつき応力が小
さく、変形が生じにくいめつき方法として知られ
ているスルフアミン酸ニツケル浴を用いてニツケ
ルを鍍金した。スルフアミン酸ニツケル浴の組
成・作業条件としては例えば次のように調製する
ことができる。
溶組成 スルフアミン酸ニツケル濃厚液 330g／ｌ 塩化ニツケル 30g／ｌ 硼酸 30g／ｌ 応力減少剤 7.5g／ｌ ピツト防止剤 0.5g／ｌ 作業条件 温度 25〜70℃ 電流密度 ２〜14A／dm2 PH 3.5〜4.5 鍍金厚は、レジスト層３０４とほぼ等しくする
必要があり、厚さの差が±5μm以内であることが
望ましい。次に第３図ｃに示すように中央部にフ
オトレジストによりスペーサ３０６を形成する。
これは、最終工程において取り除くことにより、
第２図ａにおいて弁２０３と腕２０４とを弁座か
ら分離させるためのものである。次に第３図ｄに
示すように次の電鋳を行なうための導電層３０７
を全面に形成する。これは弁座と同じ金属が望ま
しく、ここではニツケルを蒸着して形成した。そ
の他の方法としては例えば無電解ニツケル鍍金に
よりニツケル膜が形成できる。次に第３図ｅに示
すように導電層３０７上に弁３０９、腕３１０お
よび固定部３１１とからなる弁部材のパターンを
フオトレジスト３０８により形成する。このとき
弁のパターン３０９は、弁座の孔のレジストパタ
ーン３０４ａを覆うように形成される。これは、
フオトレジストを露光するときのマスク目合せに
より行なうことができるため、目合せ精度が弁座
と弁部材とを個別に作り重ねる従来の方法より格
段に向上する。
また、弁部材のパターンの内、固定部３１１の
下にはスペーサ３０６が無い。次に第３図ｆに示
すように電鋳により弁部材３１２をニツケル鍍金
する。このときの鍍金の厚さは、レジスト層３０
８の厚さとは無関係で良く、弁の順方向の流体抵
抗値に応じて決めることができる。一例として
は、10μm前後の値が選ばれる。最後に導電層３
０３、レジスト層３０４，３０８、およびスペー
サ３０６を溶解して第３図ｇのように弁素子が得
られる。導電層３０３はアルミニユウムで形成さ
れており、水酸化ナトリウムを用いて弁素子を構
成しているニツケルを溶解せずにアルミニウムの
みを選択的に溶解することができる。またレジス
ト層もニツケルを溶解せずレジストを溶解する溶
液を使用する。またこの工程においてスペーサ３
０６の表面がニツケル導電層３０７で覆われてい
るため溶解が進まない場合には、酸等を用い導電
層３０７をエツチングし、取り除くことによりス
ペーサー３０６が表面に表われ溶解することがで
きる。
次に第４図ａ，ｂ，ｃを用いて本発による第２
の製造プロセスの実施例を説明する。同図は、第
１の製造プロセスの実施例とスペーサを形成する
方法が異なる。即ち第３図ｂ図までは同様のプロ
セスにて弁座の形成まで行なう。次にスペーサの
形成はまず第４図ａに示すようにニツケル鍍金層
３０５およびレジスト層３０４の上面にアルミニ
ウム層４０１を蒸着等により形成する。次に第４
図ｂのようにその上面にフオトレジスト４０２に
よりスペーサを形成する部分のパターンを形成す
る。
さらにエツチングによりレジストパターン４０
２の無い部分のアルミニウム層を取り除くと第４
図ｃに示すようにアルミニウムよりなるスペーサ
４０３が形成される。このスペーサは導電性があ
るため次の工程としては先の第１の製造プロセス
で第３図ｅに示した弁、腕および固定部とからな
る弁部材のパターンをフオトレジストにより形成
する工程に入ることができその後の工程も同様に
行なうことができる。この製造法では、スペーサ
がアルミニウムの蒸着膜からできているため最終
工程で、このスペーサを取り除くのは容易であり
また、厚さが薄いため取り除いた後弁や腕と弁座
との間〓はほとんど生じない。
この実施例ではアルミニウム層のみの例を示し
たが後の工程で弁部材のパターンを電鋳するとき
メツキ液により腐蝕されるときは基板の場合と同
様アルミニウム層の上面にニツケル等の保護層を
形成しても良い。
以上のように本発明によれば、弁素子を構成す
る弁座および弁部材（弁、腕および固定部）がす
べてフオトエレクトロホーミングにより形成する
ことができ、弁素子の寸法精度が向上し、さらに
弁座の微細孔と弁との位置合せを、マスク目合せ
により行なうことができるため位置精度も向上す
る。
また、以上の説明では一つと弁素子について説
明してきたが一つの基板上に同一の弁素子を多数
同時に形成することが可能で寸法や位置精度が良
いため特性のそろつた弁素子を大量に製作可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
第１図ａ，ｂ，ｃは、従来のインクジエツトヘ
ツド用弁素子の概略図、第２図ａ，ｂはこの発明
による弁素子の１実施例を説明するための概略
図、第３図ａ〜ｇおよび第４図ａ，ｂ，ｃは、こ
の発明による弁素子の製造法の第１および第２の
実施例を説明するための概略断面図である。 なお、図において、１０１および２０１はイン
ク通路、１０２および２０２は弁座、１０３およ
び２０３は弁、１０４および１０５は腕、１０５
および２０５は円環状固定部部分、１０６および
２０６は弁部材、３０１は基板、３０２はガラス
板、３０３は導電層、３０４はフオトレジスト
層、３０４ａは弁座の微細孔のパターン、３０５
はフオトエレクトロフオーミングで形成された弁
座、３０６はスペーサ、３０７は導電層、３０８
はフオトレジスト層、３０９，３１０および３１
１は、フオトレジストによる弁、腕および固定部
のパターン、３１２はフオトエレクトロフオーミ
ングで形成された弁部材、４０１はアルミニウム
層、４０２はフオトレジストパターン、４０３は
スペーサである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 流体が通る微細な孔を有する弁座と、前記孔
    を覆う弁と、前記弁を支え流体の圧力に応じて前
    記弁を変位させる支持部と、前記支持部を前記弁
    座に取り付ける固定部とからなる弁素子を製造す
    る方法において、少なくとも表面に導電層を有す
    る基板上に所定の厚さのフオトレジストを塗布
    し、さらに鍍金する部分のレジストを取り除くこ
    とにより微細孔を有する弁座のパターンを形成す
    る工程と、前記レジストの無い部分を鍍金により
    概略前記レジストと同じ厚さまで所定の金属にて
    埋めて弁座を形成する工程と、前記弁座の表面
    に、前記弁および支持部と前記弁座との間に位置
    し、少なくとも表面層が導電性を有するスペーサ
    を形成する工程と、前記スペーサが形成された弁
    座上にフオトレジストを塗布し、前記弁座の微細
    孔を覆うように配置されかつ前記微細孔より大き
    な所定の寸法形状を有する弁と前記弁の支持部お
    よび固定部とからなる弁部材を鍍金する部分のフ
    オトレジストを取り除くことにより弁部材のパタ
    ーンを形成する工程と、前記弁部材のパターンを
    所定の金属で鍍金し、弁部材を形成する工程と、
    前記基板、前記弁座パターンを形成したフオトレ
    ジスト、前記弁部材パターンを形成したフオトレ
    ジストおよび前記スペーサを取り除く工程とから
    なることを特徴とする弁素子の製造方法。
JP57220593A 1982-12-16 1982-12-16 弁素子の製造方法 Granted JPS59110967A (ja)

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JP57220593A JPS59110967A (ja) 1982-12-16 1982-12-16 弁素子の製造方法
EP19830307693 EP0112701B1 (en) 1982-12-16 1983-12-16 Valve element for use in an ink-jet printer head
DE8383307693T DE3376816D1 (en) 1982-12-16 1983-12-16 Valve element for use in an ink-jet printer head
US07/081,876 US4770740A (en) 1982-12-16 1987-08-05 Method of manufacturing valve element for use in an ink-jet printer head

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JPS59110967A JPS59110967A (ja) 1984-06-27
JPH0450471B2 true JPH0450471B2 (ja) 1992-08-14

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