(57)【要約】【課題】  インクジェットヘッドにおいて、金属からなるオリフィスプレートにおいて、インクとの反応を防止し、長期間安定に吐出可能なインクジェットヘッドの提供。【解決手段】  金属より形成された液体を吐出するノズルを備えたオリフィスプレートを具備するインクジェットヘッドにおいて、前記オリフィスプレートの表面側には撥水層が形成され、かつオリフィスプレートのノズル内部最表面と前記オリフィスプレート裏面側のインク接液部最表面と前記オリフィスプレート本体と前記インクジェットヘッド本体とを接着剤を介して接着接合する接合部最表面に無機絶縁層を形成したインクジェットヘッド。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属より形成された液体を吐出するノズルを備えたオリフィスプレートを具備するインクジェットヘッドにおいて、
前記オリフィスプレートの表面側には撥水層が形成され、かつオリフィスプレートのノズル内部最表面と前記オリフィスプレート裏面側のインク接液部最表面と前記オリフィスプレート本体と前記インクジェットヘッド本体とを接着剤を介して接着接合する接合部最表面に無機絶縁層を形成したことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
金属より形成された液体を吐出するノズルを備えたオリフィスプレートを具備するインクジェットヘッドにおいて、
前記オリフィスプレートの表面側及びオリフィスプレートのノズル内の一部には撥水層が形成され、かつオリフィスプレートのノズル内部のうち撥水層を除く最表面と前記オリフィスプレート裏面側のインク接液部最表面と前記オリフィスプレート本体と前記インクジェットヘッド本体とを接着剤を介して接着接合する接合部最表面に無機絶縁層を形成したことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項３】
請求項１および請求項２記載のオリフィスプレートの材質がニッケルであることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項４】
請求項１および請求項２記載の撥水膜の材質がニッケルとフッ素系の混合材質であることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項５】
請求項１および請求項２記載の無機絶縁層は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ニッケル、酸化チタン、窒化チタン、酸化タンタル、窒化タンタル、酸化ジルコニウムからなることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項６】
請求項１および請求項２記載の無機絶縁層の膜厚が50nm以上であることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項７】
請求項１および請求項２記載の無機絶縁層が請求項４記載の材料からなる２つ以上の層から形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項８】
請求項１、および請求項２および請求項３記載のオリフィスプレートと無機絶縁層の間に密着層として金属層もしくはオリフィスプレートの材質からなる酸化物層を形成したことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項９】
請求項１、請求項２及び請求項３において、無機絶縁層が撥水膜上に形成されていないことを特徴とするインクジェット。
【請求項１０】
請求項８において、無機絶縁層が撥水膜の下地層として形成されていることを特徴とするインクジェット。
【請求項１１】
金属より形成された液体を吐出するノズルを備えたオリフィスプレートを具備するインクジェットヘッドの製造方法において、
前記ノズルが形成されているオリフィスプレートの表面側に撥水層を形成し、次いでオリフィスプレートのノズル内部最表面と前記オリフィスプレート裏面側のインク接液部最表面と前記オリフィスプレート本体と前記インクジェットヘッド本体とを接着剤を介して接着接合する接合部最表面に無機絶縁層を形成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。
【請求項１２】
金属より形成された液体を吐出するノズルを備えたオリフィスプレートを具備するインクジェットヘッドの製造方法において、
前記オリフィスプレートの表面側に撥水層が形成されているオリフィスプレートに前記ノズルを形成し、次いで前記オリフィスプレートのノズル内部最表面と前記オリフィスプレート裏面側のインク接液部最表面と前記オリフィスプレート本体と前記インクジェットヘッド本体とを接着剤を介して接着接合する接合部最表面に無機絶縁層を形成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。
【請求項１３】
金属より形成された液体を吐出するノズルを備えたオリフィスプレートを具備するインクジェットヘッドの製造方法において、
少なくとも前記ノズルが形成されているオリフィスプレートの表面側とオリフィスプレートのノズル内部最表面と前記オリフィスプレート裏面側のインク接液部最表面と前記オリフィスプレート本体と前記インクジェットヘッド本体とを接着剤を介して接着接合する接合部最表面に無機絶縁層を形成し、次いで撥水層を形成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。
【請求項１４】
請求項１０、請求項１１及び請求項１２において、
前記オリフィスプレートが電気めっき法により形成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。
【請求項１５】
請求項１１、請求項１２及び請求項１３において、
前記撥水層が電気めっき法あるいは無電解めっき法により形成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。
【請求項１６】
請求項１１、請求項１２及び請求項１３において、
前記無機絶縁層が真空蒸着法、スパッタ法、プラズマCVD法あるいは無電解めっき法もしくは陽極酸化法により形成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。
【請求項１７】
請求項１１、請求項１２及び請求項１３において、
前記無機絶縁層が真空蒸着法、スパッタ法、プラズマCVD法あるいは無電解めっき法もしくは陽極酸化法により形成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。
【請求項１８】
請求項１１、請求項１２及び請求項１３において、
無機絶縁層の密着層を酸素中での３００℃以上の熱処理によって形成することを特徴とするインクジェットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットヘッド及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットヘッドは、少なくともインクに圧力を印加する圧力とその圧力室に連通したノズルを持つオリフィスプレートとを持つ構造を持っている。圧力発生方法としては、抵抗体に通電することにより熱エネルギーをインクに与えることで、インクに急激な体積変化(気泡の発生)を伴う状態変化を生じさせることによる作用力を利用するバブルジェット（登録商標）方式や圧電セラミックに電圧を印加し機械的振動を発生させる圧電方式等が一般的である。
【０００３】
これらのインクジェットにおいては、インクの吐出性能を大きく左右するものとして、ノズルを備えたオリフィスプレートの最適化が重要である。
【０００４】
ここで、インクが吐出されるノズルはオリフィスプレートに形成されているが、オリフィスプレートは通常、ノズルが形成された後、インクに圧力を印可する圧力室を備えたヘッド本体と接着剤等で接着される。
【０００５】
以下に、オリフィスプレートの製造方法について詳細に説明する。図２は従来のオリフィスプレートの製造方法の一例を説明するための工程図である。
【０００６】
導電性基板上(１００)にフォトレジスト(１０１)を塗布した後［図２（a）参照］、ノズル部をパターニングしたフォトマスク１０２）を介して紫外線（１１０）を照射する［図２（ｂ）参照］。次いで、現像処理を行い不必要フォトレジストを除去した後、焼成（ベーク）行って安定させると、導電性基板１００上にレジストパターン１０３が形成される［図２（ｃ）参照］。このレジストパターン（１０３）が形成された導電性基板（１００）上に、電気めっき法によりこの導電性基板（１００）上に必要量のＮｉからなるめっき膜（１０４）を５０μｍ形成し、さらに無電解めっきにてＮｉとテフロン（登録商標）を２μｍ共析めっきし、撥水層（１０５）を形成する［図２（ｄ）参照］。その後、電気めっき膜（１０４）を導電性基板（１００）から剥離すれば、オリフィスプレートが製造される［図２（ｅ）、図３（ａ）参照］。
【０００７】
このオリフィスプレートを３５０℃にて大気中で焼成することにより、オリフィスプレートの表面側にテフロン（登録商標）層（３０１）が形成される［図３（ｂ）参照］。
【０００８】
オリフィスプレートにニッケル等の金属材料を用いることはオリフィスプレートの耐摩耗性および耐久性を向上させる観点からは好ましいことである。
【０００９】
しかし、インク成分中の金属イオンや他のイオンが存在している場合においては、インク中にニッケル等の金属成分が溶け出し、逆にインク成分中の金属イオンや他のイオンがオリフィスプレートに析出してしまう等の現象が発生してしまう。それによって、インク成分の改質やオリフィスプレートの長期安定性が損なわれてしまう問題が生じてしまう。
【００１０】
そこで、特開平１１−１２９４８３号に吐出側にニッケルよりも耐食性の高い保護膜を設けることが開示されている。さらに、保護層としては、酸化シリコン、酸化タンタル、酸化ニッケル、酸化アルミ、窒化シリコン等の、無機酸化物、金属窒化物、または無機窒化物もしくは、ニッケル・コバルト合金、ニッケル・パラジウム合金、金、パラジウム、白金、クロム等の金属についても開示されている。
【特許文献１】特開平１１−１２９４８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、この場合においてはオリフィスプレートの表面側はニッケル等の金属部が露出していることになる。この露出してしまった部分が長期的にインク成分等との反応により変質してしまう。特に問題になってしまうのは、ノズルのエッジ部である。このエッジ部分の形状や化学的性質により特に吐出安定性を左右する要因となってします。
【００１２】
本発明は、オリフィスプレートの材質が金属等においても、安定した液滴の吐出を極めて長時間高精度に吐出可能なインクジェットヘッドあるいはその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的を達成するために本発明では、金属より形成された液体を吐出するノズルを備えたオリフィスプレートを具備するインクジェットヘッドにおいて、
前記オリフィスプレートの表面側には撥水層が形成され、かつオリフィスプレートのノズル内部最表面と前記オリフィスプレート裏面側のインク接液部最表面と前記オリフィスプレート本体と前記インクジェットヘッド本体とを接着剤を介して接着接合する接合部最表面に無機絶縁層を形成したことを特徴とする。
【００１４】
また、金属より形成された液体を吐出するノズルを備えたオリフィスプレートを具備するインクジェットヘッドにおいて、
前記オリフィスプレートの表面側及びオリフィスプレートのノズル内の一部には撥水層が形成され、かつオリフィスプレートのノズル内部のうち撥水層を除く最表面と前記オリフィスプレート裏面側のインク接液部最表面と前記オリフィスプレート本体と前記インクジェットヘッド本体とを接着剤を介して接着接合する接合部最表面に無機絶縁層を形成したことを特徴とする。
【００１５】
さらに、前記のオリフィスプレートの材質がニッケルであることを特徴とする。
【００１６】
さらに、前記の撥水膜の材質がニッケルとフッ素系の混合材質であることを特徴とする。
【００１７】
さらに、前記の無機絶縁層は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ニッケル、酸化チタン、窒化チタン、酸化タンタル、窒化タンタル、酸化ジルコニウムからなることを特徴とする。
【００１８】
さらに、前記の無機絶縁層の膜厚が50nm以上であることを特徴とする。
【００１９】
さらに、前記の無機絶縁層が請求項４記載の材料からなる２つ以上の層から形成されていることを特徴とする。
【００２０】
さらに、前記のオリフィスプレートと前記の無機絶縁層の間に密着層として金属層もしくはオリフィスプレートの材質からなる酸化物層を形成したことを特徴とする。
【００２１】
さらに、前記の無機絶縁層が撥水膜上に形成されていないことを特徴とする。
【００２２】
さらに、前記の無機絶縁層が撥水膜の下地層として形成されていることを特徴とする。
【００２３】
また、金属より形成された液体を吐出するノズルを備えたオリフィスプレートを具備するインクジェットヘッドの製造方法において、
前記ノズルが形成されているオリフィスプレートの表面側に撥水層を形成し、次いでオリフィスプレートのノズル内部最表面と前記オリフィスプレート裏面側のインク接液部最表面と前記オリフィスプレート本体と前記インクジェットヘッド本体とを接着剤を介して接着接合する接合部最表面に無機絶縁層を形成することを特徴とする。
【００２４】
また、金属より形成された液体を吐出するノズルを備えたオリフィスプレートを具備するインクジェットヘッドの製造方法において、
前記オリフィスプレートの表面側に撥水層が形成されているオリフィスプレートに前記ノズルを形成し、次いで前記オリフィスプレートのノズル内部最表面と前記オリフィスプレート裏面側のインク接液部最表面と前記オリフィスプレート本体と前記インクジェットヘッド本体とを接着剤を介して接着接合する接合部最表面に無機絶縁層を形成することを特徴とする。
【００２５】
また、金属より形成された液体を吐出するノズルを備えたオリフィスプレートを具備するインクジェットヘッドの製造方法において、
少なくとも前記ノズルが形成されているオリフィスプレートの表面側とオリフィスプレートのノズル内部最表面と前記オリフィスプレート裏面側のインク接液部最表面と前記オリフィスプレート本体と前記インクジェットヘッド本体とを接着剤を介して接着接合する接合部最表面に無機絶縁層を形成し、次いで撥水層を形成することを特徴とする。
【００２６】
さらに、前記オリフィスプレートが電気めっき法により形成することを特徴とする。
【００２７】
さらに、前記撥水層が電気めっき法あるいは無電解めっき法により形成することを特徴とする。
【００２８】
さらに、前記無機絶縁層が真空蒸着法、スパッタ法、プラズマCVD法あるいは無電解めっき法もしくは陽極酸化法により形成することを特徴とする。
【００２９】
さらに、前記無機絶縁層が真空蒸着法、スパッタ法、プラズマCVD法あるいは無電解めっき法もしくは陽極酸化法により形成することを特徴とする。
【００３０】
さらに、無機絶縁層の密着層を酸素中での３００℃以上の熱処理によって形成することを特徴とする。
【００３１】
（作用）
上記のように構成された本発明においては、オリフィスプレートのノズル内部や裏面側のインク接液部は無機絶縁膜によりインクとの反応を防止でき、かつオリフィスプレートの表面側には撥水膜が形成され、ニッケル等の金属部がインクに露出することはない。これによって、金属部がインクに露出する部分がなくなり、長期的にもインク成分等との反応を無くすことが可能となる。したがって、吐出の安定性を左右するノズルのエッジ部の形状や化学的安定性を長時間確保することが可能となる。
【００３２】
また、ノズルエッジ部には撥水膜が形成されているため初期段階からインクに対する撥水性が良好であるため安定吐出が可能となる。さらに、長期的にも撥水膜の密着性は劣化することないため撥水性を保持することが可能となる。
【００３３】
さらに、インクに対する保護膜として形成されている無機絶縁膜はオリフィスプレートとインクに圧力を印加するヘッド本体と接着する必要があり、一般に接着剤を介してアライメント後接着固定される。金属部材から構成されているオリフィスプレートとヘッド本体を直接接着する場合には、一般に密着力が低く、その後のヘッド組み立て工程中でのオリフィスプレートがヘッド本体から剥離する不良が生じていた。しかし、無機絶縁膜を下地層として接着剤による接着固定では、密着力が増しヘッド組み立て時のオリフィスプレートの剥離不良を改善することが可能となる。
【００３４】
また、ヘッド本体の圧力印加に対し、電気的にオリフィスプレートを絶縁したい場合がある。その場合には、本形態の無機絶縁膜と撥水膜を形成することによりヘッド本体と完全に電気的に絶縁することが可能となり、電気的短絡等の不良の発生を抑制することも可能となる。
【発明の効果】
【００３５】
上述したように、オリフィスプレート基体が金属からなり、オリフィスプレートの表面側には撥水層が形成されたインクジェットヘッドにおいて、オリフィスプレートのノズル内部最表面とオリフィスプレート裏面側のインク接液部最表面と前記オリフィスプレート本体とインクジェットヘッド本体とを接着剤を介して接着接合する接合部最表面に無機絶縁層を形成することにより、オリフィスプレートのノズル内部や裏面側のインク接液部は無機絶縁膜によりインクとの反応を防止することが可能であることが可能である。長期的にもインク成分等との反応を低減することが可能となる。したがって、吐出の安定性を左右するノズルのエッジ部の形状や化学的安定性を長時間確保することが可能となる。
【００３６】
さらに、インクジェット本体とオリフィスプレートの密着力にても無機絶縁膜を下地層として接着剤による接着固定では、密着力が増しヘッド組み立て時のオリフィスプレートの剥離不良を改善することが可能となる。
【００３７】
また、ヘッド本体と金属のオリフィスプレートを完全に電気的に絶縁することが可能となり、オリフィスプレートを介しての電気的短絡不良の発生を抑制することも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３９】
図１は本発明の実施例である主要部分であるノズル近傍の断面図である。
【００４０】
本実施例のインクジェットヘッド構造は、大きく分類するとインクに圧力を印加する構造を持つインクジェット本体（ａ）とインクの吐出口であるノズルをもつオリフィスプレート（ｂ）からなる。インクジェット本体（a）はSi基板（１）上に形成された絶縁膜（１０）ＳｉＯ２Ｎ上に液体を加熱する抵抗体（９）ＴａＳｉＮが形成され、抵抗体（９）に通電させるための配線（８）アルミニウムが抵抗体（９）に接続される構造を取る。抵抗体（９）及び配線上には絶縁膜（１２）が形成されておりインクとの絶縁性を確保している。抵抗体（９）上に、抵抗体（９）の保護膜（７）としてＴａが形成されている。これらのパターニングされた基板（１）上にインク室を分離するための隔壁（２）が形成されている。これによって、インクジェト本体（ａ）が形成される。保護膜（７）は、配線（８）に通電することにより抵抗体（９）が加熱され、保護膜（７）を介し、隔壁（２）とオリフィスプレー本体（ｂ）とインクジェット本体（ａ）によって形成されたインク室（１１）中の抵抗体上のインクを加熱発泡させたバブルが消泡するときの衝撃から抵抗体（９）を保護するために形成されたものである。また、保護膜（７）はインクと抵抗体（８）の絶縁を取るための働きも持ち合わせている。オリフィスプレート本体（ｂ）はＮｉから形成されているオリフィスプレート基材（３）にノズル（５）が形成されており、さらにオリフィスプレート（ｂ）の表面側にＮｉとテフロン（登録商標）からなる撥水膜（４）が形成され、さらに撥水膜（４）上にはテフロン（登録商標）からなる絶縁撥水層（４’）が形成されている。ノズルの表面側及び裏面側は略真円形状を持っている。ノズル（５）の内部表面及び裏面側にはＳｉＯ２からなる絶縁膜（６）が形成されている。絶縁膜（６）はノズル内部の表面とオリフィスプレート（３）のインク接液部及びインクジェット本体（ａ）との接合部に形成されている。
【００４１】
次に、本実施例のインクジェットの製造方法を説明する。
【００４２】
まず、インクジェット本体（ａ）の製造方法について説明する。
【００４３】
基板（１）上にプラズマＣＶＤ法によりＳｉ基板（１）上に絶縁膜（１０）ＳｉＯ２を２μｍ形成する。この絶縁膜（１０）上にスパッタ法によりＴａＳｉＮ膜を１００ｎｍ形成した後、レジストを塗布した後フォトリソプロセス法により抵抗体（９）のみをパターニングし形成する。その後、さらにスパッタ法によりアルミニウム膜を基板上に２μｍ形成した後、再びレジストを塗布した後フォトリソプロセス法により、抵抗体（９）に通電するための配線パターンとしてパターニングし、配線（８）を形成する。さらに、基板上に絶縁膜ＳｉＮをスパッタ法により３００ｎｍ形成し、インク室（１１）内のインクと配線（８）及び抵抗体（９）との絶縁を取るための絶縁膜（１２）を形成する。最後に基板上にＴａをスパッタ法により２００ｎｍ形成した後、抵抗体（９）上の保護膜として、レジストを塗布した後抵抗体（９）を覆うようにフォトリソプロセス法によりパターニングし保護膜（７）を形成する。
【００４４】
また、隔壁（２）はプラスティック材の成型プロセスにより成型され形成された後、シリコン系接着剤により基板（１）にアライメント接着される。これによりインクジェット本体（ａ）が完成する。
【００４５】
次に、オリフィスプレート本体（ｂ）の製造方法について説明する。
【００４６】
先ず、導電性基板上（１００）にフォトレジスト（１０１）を塗布した後［図２（a）参照］、ノズル部をパターニングしたフォトマスク（１０２）を介して紫外線（１１０）を照射する［図２（ｂ）参照］。次いで、現像処理を行い不必要フォトレジストを除去した後、焼成（ベーク）行って安定させると、導電性基板（１００）上にレジストパターン（１０３）が形成される［図２（ｃ）参照］。このレジストパターン（１０３）が形成された導電性基板（１００）上に、電気めっき法によりこの導電性基板（１００）上に必要量のＮｉからなるめっき膜（１０４）を５０μｍ形成し、さらに無電解めっきにてＮｉとテフロン（登録商標）を２μｍ共析めっきし、撥水層（１０５）を形成する［図２（ｄ）参照］。その後、電気めっき膜（１０４）を導電性基板（１００）から剥離すれば、オリフィスプレートが製造される［図２（ｅ）、図３（ａ）参照］。
【００４７】
このオリフィスプレートを３５０℃にて大気中で焼成することにより、オリフィスプレートの表面側にテフロン（登録商標）層（３０１）が形成される［図３（ｂ）参照］。
【００４８】
次に、このように形成されたオリフィスプレートに撥水膜が形成されていない裏面側及びノズル内部にＳｉＮからなる無機絶縁膜（４０４）をスパッタ法により１００ｎｍ形成する［図４参照］。これにより、オリフィスプレート本体とインクジェットヘッド本体とを接着剤を介して接着接合する接合面に無機絶縁膜も同時に形成できる。
【００４９】
インクジェット本体とオリフィスプレート本体［図４参照］は隔壁上に接着剤をパターニング塗布し、アライメント接着しインクジェットヘッドを形成する。
【００５０】
本実施例のインクジェットヘッドを用い、Pd含有のインクを用いて長時間の着弾安定性の評価を実施した。初期の着弾精度も良好であり、さらに、長時間の使用でも着弾安定性が良好であることも確認した。さらに、長時間着弾安定性の評価後のインクジェットヘッドを分解し、ノズル内壁の周辺部にPd金属の付着物が無いか確認した。特にPd膜の析出が無いことを確認した。
【００５１】
上記実施例において、図４の（４０４）の無機絶縁層はＳｉＮ以外にもＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＮｉＯ、ＴｉＯ２、ＴｉＮ、Ｔａ２Ｏ５、ＴａＮ、ＺｒＯでも効果がある。
【００５２】
以上、一実施例の形態を詳細に説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施のインクジェットヘッドを示す図である。
【図２】本発明の一実施のノズル形成方法を示す図である。
【図３】本発明の一実施の撥水膜処理工程図である。
【図４】本発明の一実施のインクジェットヘッドのオリフィスプレートを示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
３、４０１  オリフィスプレート
４、４０２  共析めっき層
４'、４０３  撥水膜層
５  ノズル
６、４０４  無機絶縁保護膜
【図１】
2008230188.tif 000003
【図２】
2008230188.tif 000004
【図３】
2008230188.tif 000005
【図４】
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