JPH09300628A - インクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １８０ｄｐｉ以上の高密度の圧電式インクジ
ェットヘッドにおいて液室部品とダイアフラムとを一体
で形成する方法を提供する。 【解決手段】 ダイアフラム上にコーティングもしくは
接合された、加熱分解しやすく、且つ、エキシマレーザ
ーアブレーションされやすい有機材料を、エキシマレー
ザーアブレーション加工により、液室と反転のパターニ
ング加工をする。その後、パターニングされた有機材料
を型として電鋳を行い、最後に有機材料を加熱分解によ
って消失させる。よって、ダイアフラムを電極として電
鋳により液室部品を形成するため、微細な液室形状が達
成でき、且つ、接着剤を使用することなくダイアフラム
と液室部品とを非常に強い接合強度で接合できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電鋳法により、複雑
で且つ微細な形状を形成する加工方法に関し、特に、イ
ンク滴を吐出させ記録紙等の媒体上にインク像を形成す
るプリンタ等の装置に用いられるインクジェットヘッド
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の圧電式インクジェットヘッドはイ
ンクを吐出させる為の駆動力を発生させる圧電素子と、
インク流路とインク吐出の為の加圧室を兼ねる液室を備
える液室部品と、圧電素子で発生した駆動力を液室に伝
えるダイアフラムと、液室で加圧されたインクが吐出す
る為のインク吐出孔（以下ノズルと称する。）を備えた
ノズル板からなる。

【０００３】図１に従来の圧電式インクジェットヘッド
の一例を示す。液室部品２はインク流路とインク加圧室
をかねる深溝状の液室２ａを多数本有している。各々の
液室２ａはノズル板１に空けられたノズル１ａと対応し
ており、一つの液室２ａに一つのノズル１ａが配置する
ように構成される。そのためインクジェットヘッドを高
解像度にするには、液室部品２に形成されるこれらの液
室２ａのそれぞれの間隔を狭くする必要がある。尚、ノ
ズル板１と液室部品２は通常接着剤で接合される。

【０００４】ダイアフラム３は通常３〜５μｍ程度の薄
板にアイランド３ａと呼ばれる２０μｍ程度出っ張った
凸上の溝が形成されている。このアイランドは圧電素子
４が電歪効果により伸縮したときにその歪みを液室２ａ
に確実に伝えるためのものである。そのためこのアイラ
ンド３ａはそれぞれに対応する液室２ａ及び圧電素子４
と重なるように配置される。液室部品２とダイアフラム
３の間は接着剤で接合される。

【０００５】圧電素子４は液室部品２のそれぞれの液室
２ａに対応し、他の液室２ａに影響を与えないように分
離された状態になっている。これらの分離された圧電素
子４は基台５上で固定されている。一般的には製造上の
理由から、最初は分離していない圧電素子４を基台５に
接着剤で接合してから切削加工により圧電素子４のみを
分離する工程をとっている。これら圧電素子４と基台５
が接合された状態で、圧電素子４とそれに対応したダイ
アフラム３に形成されたアイランド３ａとを接着剤で接
合する。

【０００６】従来の圧電式インクジェットヘッドの液室
部品は、エポックスなど有機材料を射出成形法によって
成形しているものが一般的であった。しかし有機材料で
は剛性が柔く加圧時にインクに十分な圧力がかかりにく
いなどの欠点があった。そこで有機材料の代わりにＺｒ
Ｏ₂ 等の酸化物を射出成形で成形する粉末射出成形法と
よばれる加工法を用いて成形したものもある。これらの
成型法は必ず成形型を必要とする。しかし、成形型に材
料を注入するときに非常に大きな圧力がかかるため、成
形型を微細形状にすることは難しく、これらの方法は微
細形状のものには向いていない。

【０００７】微細形状を形成するのに向いている加工法
としてはエッチングが挙げられる。エッチングを使うこ
とにより数百μｍ程度の厚い金属板を溝形状にパターニ
ングすることは容易に可能である。しかし、この方法に
おいても高密度化という点に関して言えば膜厚と同等程
度の溝幅が限界であり、それほど有効とはいえない。ま
たエッチングの場合溝は貫通してしまうので、液室部品
として使用するには金属板の面のどちらかに板状のもの
を張り合わせなくてはならず、行程が複雑になってしま
う。

【０００８】一方圧電素子で発生した駆動力を液室部品
に伝えるダイアフラムは液室部品とは別体で形成される
のが一般的であった。ダイアフラムの形成方法として、
電鋳法を用いる方法がもっとも一般的である。電鋳法を
使えば薄板上に微細で精度の良いアイランドを一体で形
成できるからである。

【０００９】別体で作られた液室部品とダイアフラムは
接着剤等によって接合される。この接合の行程で要求さ
れる点は接着剤層をできる限り薄くして液室部品のイン
ク流路となる液室内にはみ出さないことであり、且つ、
各々のインク流路内のインクが導通しないようにしっか
り接着されることである。これらの要求はインクジェッ
トヘッドが高密度化方向に進めば進むほど困難さを増
す。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】近年、１インチ当たり
１８０ドット（以降１８０ｄｐｉと記す。）以上の高密
度化が要求されつつある。当然、液室間距離及びノズル
間距離も１８０ｄｐｉ相当の間隔が要求される。１８０
ｄｐｉ相当の間隔とは、すなわち１４１μｍの間隔で液
室及びノズルが形成されることを意味する。液室におい
ては、１４１μｍの間に液室と液室間を仕切る壁が形成
されることを意味する。液室幅と壁の厚さが１対１の割
合の場合、液室幅が７０．５μｍ壁の厚さが７０．５μ
ｍと言うことになる。

【００１１】従来のインクジェットヘッドでは前述の通
り液室部品とダイアフラムは別体で成形され、液室部品
の液室を仕切る壁の上面に接着剤を塗り、ダイアフラム
との接合を行っていた。しかしながら、インクジェット
ヘッドの高密度化が進むに従い接着剤の接合が難しくな
り、１８０ｄｐｉを越えると安定して接着剤を塗ること
は不可能に近い。もし塗れたとしても接合強度という面
で非常に弱くなってしまう。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記の課題
を解決するために、ダイアフラム上にコーティングもし
くは接合された、加熱分解しやすく、且つ、エキシマレ
ーザーアブレーションされやすい有機材料を、エキシマ
レーザーアブレーション加工により、液室と反転のパタ
ーニング加工をする。その後、パターニングされた有機
材料を型として電鋳を行い、最後に有機材料を加熱分解
によって消失させる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明では、電鋳法により形成さ
れたＮｉからなるダイアフラム上に加熱分解温度が４６
０℃のポリプロピレンからなる２００μｍの薄板を接着
する。次に接着されたポリプロピレンをエキシマレーザ
ーアブレーション加工し液室型を形成する。その後、液
室型を元型としてＮｉ電鋳により液室部材を形成する。
最後に、液室型を４８０℃で加熱分解する。

【００１４】本発明の実施例をより詳しく以下の説明す
る。図１は本発明のインクジェットヘッドの液室部の製
造方法を示す図である。図１を用いて本発明の製造方法
を説明する。まず電鋳法によって形成したＮｉからなる
ダイアフラム３上にポリプロピレンからなる２００μｍ
の厚さの薄板８（この薄板は後に液室型７となる。）を
接着剤によって張り合わした。このとき接着剤の厚さは
３μｍとした。

【００１５】次にダイアフラム３上にポリプロピレンの
薄板８を接着したものを、エキシマレーザーアブレーシ
ョン加工を用いて、所望の形状にパターニングする。こ
こにおける所望の形状とは液室の型となる形状である。
まず図１の（１）に示すように所望のパターニングを施
したエキシマレーザーアブレーション加工用のマスク６
を介してポリプロピレンの薄板８をレーザーアブレーシ
ョン加工する。本実施例ではエキシマレーザーとして波
長２４８ｎｍのＫｒＦレーザーを使用し、照射エネルギ
ーを１Ｊ／ｃｍ² とした。ポリプロピレンは有機材料で
ありレーザーアブレーションされやすいため１Ｊ／ｃｍ
² の照射エネルギーでも容易に加工できる。そのためエ
キシマレーザーの照射された部分は短時間で消滅してし
まう。一方ポリプロピレンの下層に配置されるＮｉから
なるダイアフラム３は金属であるのでレーザーアブレー
ションされにくい。そのためポリプロピレンが消失した
後に多少の時間エキシマレーザーの照射にさらされても
ほとんど影響はない。

【００１６】本実施例で使用したマスク６はＢｅＣｕか
らなる金属板をエッチングにより所望の形状にパターニ
ングされた金属マスクである。尚、より高精細の形状が
必要な時は誘電体マスクと呼ばれる石英ガラス上に多層
光学膜のパターニングを施したマスクもある。誘電体マ
スクを使用した場合ミクロンレベルの精度での加工が可
能である。これらのマスクはエキシマレーザーアブレー
ション加工の分野では一般に使用されるものである。本
実施例では、インクジェットヘッドの液室幅を７０μ
ｍ、液室間隔を１４０μｍの１８０ｄｐｉ相当の設計で
パターニングしており、このサイズの液室のパターニン
グとして使用するには金属マスクの精度で十分であり、
マスクも安価である。

【００１７】エキシマレーザーアブレーション加工によ
って、図１の（２）に示すように薄板８はこれ以降の行
程で行われる電鋳の型となる液室型７に加工される。

【００１８】次にＮｉからなるダイアフラム３を電極と
して図１の（３）のように液室部品２を電鋳法により形
成する。Ｎｉは導電性材料であり電鋳用の電極として使
用できる。本実施例ではＮｉ電鋳にて液室部材２を形成
した。本実施例ではダイアフラム３もＮｉ電鋳にて形成
したものであり、ダイアフラム３と液室部材２とは同じ
材質となる。そのためダイアフラム３と液室部材２は非
常に強固に接合される。

【００１９】最後に液室型７を加熱分解により除去し、
図１の（４）のごとく液室部材２とダイアフラム３との
一体形成品が完成する。液室型７を除去する別の方法と
して有機材料であるポリプロピレンを溶剤を用いて溶解
させる方法も試みたが、溶剤が液室内に浸透せず、十分
な溶解ができなかった。そこで、加熱分解をする事によ
って、液室型７を除去する事を試みた。本実施例で使用
したポリプロピレンは融点が１６６℃、分解温度が４６
０℃の仕様のもので、４８０℃では完全に分解が終了す
る。そこで、本実施例では、窒素雰囲気中にて４８０℃
で１時間加熱分解を行った。尚、４８０度までは１０℃
／分の昇温速度で昇温した。この加熱分解の行程時に、
Ｎｉからなる液室部材２とダイアフラム３には何の変化
もなかった。

【００２０】以上のような方法により、液室型をきれい
に除去する事ができ、且つ、接着剤による接合を使わず
に１８０ｄｐｉ相当の液室を備えた液室部品とダイアフ
ラムとを一体形成することができた。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、Ｎｉからなるダイアフ
ラム上に、直接電鋳法により、しかもダイアフラムの材
質と同じ材質で液室部品を形成していくため、１８０ｄ
ｐｉ相当の液室構造にも関わらず液室部品とダイアフラ
ムとの接着強度は非常に高い。

【００２２】また本発明によれば、接着剤を一切使うこ
とがなく、これまで１８０ｄｐｉ以上の微細な液室構造
部の接着に問題となっていた、接着剤はみ出しや接着剤
不足等の問題を一切考える必要がない。

【００２３】また本発明によれば、液室型を加熱分解温
度の低い材質で形成し、最後に加熱によって分解するこ
とできれいに除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェットヘッドの液室部の製造
方法を示す図である。

【図２】従来のインクジェットヘッドの部品構成を示す
図である。

【符号の説明】

１ ノズル板 １ａ ノズル ２ 液室部品 ２ａ 液室 ３ ダイアフラム ３ａ アイランド ４ 圧電素子 ５ 基台 ６ マスク ７ 液室型 ８ 薄板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク流路とインクを吐出させる為の加
   圧室の役目をする液室を形成する液室部材と該液室に加
   圧をするための振動板の役目をするダイアフラムを有す
   るインクジェットヘッドの製造方法において、前記ダイ
   アフラム上に有機材料をエキシマレーザーアブレーショ
   ン加工することによって液室型を形成する行程と、該液
   室型に電鋳をほどこし液室部材を形成する行程と、該液
   室型を加熱分解によって消失させる行程を有することを
   特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
2. 【請求項２】 液室型となる有機材料にレーザーアブレ
   ーションされやすく、且つ加熱分解温度の低い材料を用
   いたことを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘ
   ッドの製造方法。
3. 【請求項３】 ダイアフラム及び液室部材の材質に液室
   型の加熱分解温度より高温である材質を用いたことを特
   徴とする請求項１記載のインクジェットヘッドの製造方
   法。