(57)【要約】【課題】　インクによって腐食されないインクジェットヘッド及びそれを用いたインクジェット記録装置を提供する。【解決手段】　静電方式インクジェットヘッド又はピエゾ方式インクジェットヘッドにおいて、少なくとも、インクに圧力を与えて吐出するための圧力室を構成している振動板の圧力室側Ｓｉ表面に、Ｔｉからなる耐インク性薄膜が形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
　静電方式インクジェットヘッドまたは、ピエゾ方式インクジェットヘッドにおいて、少なくとも、インクに圧力を与えて吐出するための圧力室を構成している振動板の前記圧力室側Ｓｉ表面に、Ｔｉからなる耐インク性薄膜が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２】
　インクを溜めるインクリザーバ、該インクリザーバのインクを圧力室に導くオリフイス及び圧力室を形成する基板の凹部に、前記耐インク性薄膜が形成されている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。
【請求項３】
　前記振動板はＳｉから構成されている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。
【請求項４】
　前記振動板はインクに接触するものである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。
【請求項５】
　請求項１〜請求項４の何れかに記載のインクジェットヘッドが取り付けられてなることを特徴とするインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、インク滴を吐出して印字するための印字ヘッド（以下インクジェットヘッドという）及びそれを用いたインクジェット記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
　インクジェット記録装置は、高画質化・カラー化が進み、近年急速に普及している。その内、高画質化については、まずインクジェットヘッドのノズル密度の向上が果たした役割が非常に大きい。そのために様々な研究・開発が行なわれ、微細加工の容易さ、加工精度、プロセスなどの観点から、インクジェットヘッドには、従来用いられてきた金属、プラスチックのほかに、シリコン、ガラス、感光性ドライフィルム、セラミックス等も使用されるようになっている。また、高画質化、カラー化を実現するために、インクについても研究・開発が行われている。記録紙に付着した時の浸透性や発色性を最適化するために、また、長期間にわたる保存性を高めるために、インクの成分・組成についても研究・開発が行われており、その結果、隣り合った異なる色のインクが混ざることなく、鮮やかな色で印刷することができるようになっている。
【０００３】
　このようにして、印字の高画質化・カラー化が実現されてきたが、インクジェットヘッドの材質とインク成分との組み合わせによっては、ヘッド材質がインクに溶解することが考えられる。その場合には、インクの成分・組成、或いはヘッドの材質を変更するのが一般的である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
　しかしながら、ヘッドの材質を変更して、インクに対して溶解しないような材質のものを用いた場合には、次のような問題点が指摘される。
　まず、インクジェットヘッドの材質を変更することは、加工精度、微細加工の容易さを犠牲にすることに繋がり、その結果、ノズル密度の低下、ひいては印字品質の低下が引き起こされる。また、材質によってはプロセスを大幅に変更する必要も出てくる。
　更に、インクの成分・組成は、印字品質を高めるため記録紙に対する浸透性、発色性が最適となるように、また長期間の保存性が良くなるように調整されている。そのインク成分・組成を変更することは、記録紙に対するインク浸透性や発色性、印字品質、長期間の保存性といった単独又はいくつかのインク特性低下を引き起こす原因になる。
【０００５】
　本発明の目的は、インクによって腐食されないインクジェットヘッド及びそれを用いたインクジェット記録装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
　本発明のインクジェットヘッドは、静電方式インクジェットヘッドまたは、ピエゾ方式インクジェットヘッドにおいて、少なくとも、インクに圧力を与えて吐出するための圧力室を構成している振動板の前記圧力室側Ｓｉ表面に、Ｔｉからなる耐インク性薄膜が形成されている。圧力室の底板である振動板の厚みは極端に薄いことから腐食の影響を受けやすいが、その部分に耐インク性薄膜を形成することにより、インクによる腐食が避けられる。
　また、本発明のインクジェットヘッドは、インクを溜めるインクリザーバ、該インクリザーバのインクを圧力室に導くオリフイス及び圧力室を形成する基板の凹部に、前記耐インク性薄膜が形成されている。前記の基板の厚みも比較的薄いことからその浸食による影響は大きいが、インクリザーバ、オリフイス及び圧力室を形成する凹部に耐インク性薄膜が形成されることで、インクによる浸食が避けられる。
　また、本発明に係るインクジェットヘッドにおいて、前記振動板はＳｉから構成され、インクに接触するものである。
　さらに、本発明のインクジット記録装置は、上記の何れかに記載のインクジェットヘッドが取り付けられてなる。
　従って、本発明によれば、インクジェットヘッドの材質がインクによって腐食されてしまうような場合でも、ヘッドの材質及びインク成分・組成の変更が不要であり、また、変更に伴う印字品質の低下やプロセスの大幅な変更を回避しながら、インクによる腐食防止が可能となっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
実施形態１．
　本実施形態によるインクジェットヘッド１０は静電方式の駆動方法が採用されており、図１及び図２に示されるように、下記に詳述する構造を持つ３枚の基板１，２，３を重ねて接合した積層構造となっている。上側の基板１は、例えばシリコン、ガラスまたはプラスチックからなり、複数のノズル孔４（ピッチは７０μｍ程度、直径２５μｍ程度）が穿設されており、ノズルプレート構成している。中間の基板２は、例えばシリコン単結晶基板から構成されており、ノズル孔４に連通し、底壁を振動板５とする圧力室６を構成することになる凹部２１と、凹部２１の後部に設けられオリフィス７を構成することになるインク流入口のための細溝２２と、各々の圧力室６にインクを供給するための共通のリザーバー８を構成することになる凹部２３とを有する。
【０００８】
　この中間の基板２は上側の基板１と接合されることにより、圧力室６、オリフィス７及びリザーバー８を構成しており、上側の基板１ともに流路ユニットを構成する。そして、リザーバー８には接続パイプ、チューブ等を介してインクタンクからのインクが供給され、インクはリザーバー８及び圧力室６を満たしている。
　中間の基板２の下面に接合される下側の基板３は、例えばガラスまたはプラスチックからなり、下側の基板３の表面に前記の振動板５に対応する各々の位置にて電極３１を形成する。電極３１はリード部３２及び端子部３３を持つ。さらに端子部３３を除き電極３１及びリード部３２の全体を絶縁膜３４で被覆している。各端子部３３にはリード線３５がボンディングされる。
　前記の基板１，２，３が接合されて組み立てられ、さらに、中間の基板２と電極３１の端子部３３との間にそれぞれ発振回路２４を接続してインクジェットヘッド１０が構成される。
【０００９】
　次に、図１のインクジェットヘッド１０の動作を説明する。電極３１に発振回路２４により、例えば０Ｖ〜＋電圧のパルス電圧を印加し、電極３１の表面が＋電位に帯電すると、対応する振動板５の下面は−電位に帯電する。したがって、振動板５は静電気の吸引作用により下方へ撓む。次に、電極３１をＯＦＦにすると、振動板５は復元する。したがって、圧力室６内の圧力が急激に上昇し、ノズル孔４よりインク液滴を記録紙に向けて吐出する。そして、振動板５が下方へ撓むことにより、インクがリザーバー８よりオリフィス７を通じて圧力室６内に補給される。発振回路２４には、上記のように０Ｖ〜＋電圧間をＯＮ・ＯＦＦさせるものや交流電源等が用いられる。記録にあたっては、それぞれのノズル孔４の電極３１に印加すべき電気パルスを制御すればよい。
【００１０】
　次に、本実施形態の特徴である中間の基板２について、更に詳細に説明する。中間の基板２は、圧力室６を含めて、インクが流れる箇所（以下インク流路という）即ち、オリフィス７及リザーバー８を形成している凹部２１〜２３の表面に、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法及びＣＶＤ法のいずれかによってＴｉを積層して、耐インク性薄膜２５が形成されている。このときの各部の寸法は、圧力室６（凹部２１）の深さａが６０μｍ、圧力室６（凹部２１）の幅ｂが５０μｍ、圧力室隔壁２６の幅ｃが２０μｍである。中間の基板２の圧力室隔壁２６の上側の基板１が貼り付けられる面２７はインクが直接接触しないため、何らかの手段を用いて、その面２７上に耐インク性薄膜を形成しなくても、本実施形態の効果は減じることはない。
　耐インク性薄膜２５の膜厚は、振動板５の表面で１０００Å（図３の寸法ｄ）となるように積層したが、その時の面２７でのＴｉ膜厚（図３の寸法ｅ）は、次の表１のように積層方法によって異なったものになる。
【００１１】
【表１】
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【００１２】
　なお、表１においては振動板５の表面で１０００Åとしたときの上側の基板１（ノズルプレート）に接する面２７の膜厚を示しているが、振動板５の表面の膜厚を測定することは難しく（図３に示されるように窪んだ箇所の測定は難しい）、そして、振動板５の表面の膜厚と面２７の膜厚とは一義的な関係があることから、振動板５の表面の膜厚を把握するために、表１に示される面２７の膜厚の特性が利用される。このことは後述する実施形態においても同様である。
【００１３】
実施形態２．
　本実施形態においては、実施形態１と同じ形状の中間の基板２のインク流路（圧力室６、オリフィス７及びリザーバー８を構成する凹部２１〜２３）の全面に、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法及びＣＶＤ法のいずれかによって窒化チタン（以下ＴｉＮという）を積層して、耐インク性薄膜を形成した。その断面形状は上記の実施形態１と同じく図３に示されるような形状になる。
　ＴｉＮの膜厚は、振動板５の表面で１０００Å（図３の寸法ｄ）となるように積層したが、その時の面２７でのＴｉＮ膜厚（図３の寸法ｅ）は、表２のように積層方法によって異なったものになる。
【００１４】
【表２】
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【００１５】
実施形態３．
　本実施形態では、実施形態１と同じ形状の中間の基板２のインク流路（圧力室６、オリフィス７及びリザーバー８を構成する凹部２１〜２３）の全面に、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、及びＣＶＤ法のいずれかによって酸化チタン（以下ＴｉＯ2という）を積層し、耐インク性薄膜を形成した。その断面形状は上記の実施形態１と同じく図３に示されるような形状になる。
　ＴｉＯ2 の膜厚は、振動板５の表面で１０００Å（図３中寸法ｄ）となるように積層したが、その時の面２７でのＴｉＯ2の膜厚（図３中寸法ｅ）は、次の表３のように積層方法によって異なっている。
【００１６】
【表３】
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【００１７】
実施形態４．
　本実施形態では、実施形態１と同じ形状の中間の基板２のインク流路（圧力室６、オリフィス７及びリザーバー８を構成する凹部２１〜２３）の全面に、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法及びＣＶＤ法のいずれかによってＡｌ2Ｏ3 を積層し、耐インク性薄膜を形成した。その断面形状は上記の実施形態１と同じく図３に示されるような形状になる。
　Ａｌ2Ｏ3の膜厚は、振動板５の表面で１０００Å（図３の寸法ｄ）となるように積層したが、その時の面２７でのＡｌ2Ｏ3 膜厚（図３の寸法ｅ）は、次の表４のように積層方法によって異なっている。
【００１８】
【表４】
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【００１９】
（評価試験１．）
　このようにして実施形態１〜４において、シリコン製インク流路の表面に形成した耐インク性薄膜の耐インク性について評価した結果を、表５及び表６に示す。
　このときの評価項目は、耐インク性薄膜の膜厚変化量とピンホール、腐食の有無である。評価方法は、耐インク性薄膜を形成したシリコン製インク流路を、有機アミン含有顔料インク及び１％ＫＯＨ水溶液に７０℃で７日間浸漬して、耐インク性薄膜の膜厚変化量を測定し、耐インク性薄膜のピンホールの有無、シリコン製インク流路の腐食の有無を確認した。比較のため、耐インク性薄膜を形成しないシリコン製インク流路もインクに浸漬して、外観の変化を確認した。浸漬試験をする時には、振動板５の電極基板側の面（裏側）が直接インク、ＫＯＨ水溶液に触れないようにした。
【００２０】
【表５】
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【００２１】
【表６】
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【００２２】
　まず、薄膜材質が金属Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＯ2、及びＡｌ2Ｏ3の場合には、インク浸漬の前後で、耐インク性薄膜の膜厚はどの場合も変化が見られなかった。また、インク浸漬後に金属顕微鏡、電子顕微鏡などでピンホールの有無を確認したが、一つも観察されなかった。さらに、耐インク性薄膜を除去した後、金属顕微鏡、電子顕微鏡などで振動板において腐食された所がないか確認したが、一つも観察されなかった。これに対し、耐インク薄膜が無いシリコン製インク流路の場合（ＳｉＯ2、ＳｉＮ）は、インク及びＫＯＨどちらに浸漬しても材質が腐食されてしまっており、薄膜は浸漬後ほとんど残っていなかった。
【００２３】
（評価試験２．） 
また、上記の記載の条件（７０゜Ｃで７日間の浸漬）をさらに厳しくして、過酷な評価を行った（８０゜Ｃで３０日の浸漬）ところ、Ａｌ2Ｏ3の薄膜については劣化が認められるようになった。しかしながら、この条件下であっても、金属Ｔｉ、ＴｉＮ及びＴｉＯ2の薄膜については何等劣化が認められなかった。従って、この４種類の薄膜の中でも、金属Ｔｉ、ＴｉＮ及びＴｉＯ2の薄膜がより好ましいことが分かった。
【００２４】
実施形態５．
　本実施形態によるインクジェットヘッド１１０は、ピエゾ方式の駆動方法が採用されており、図４に示されるように、下記に詳述する構造をもった３枚の基板１０１，１０２，１０３を重ねて接合した積層構造となっている。上側の基板１０１にはノズル孔１０４が多数設けられており（図の例においては２列に配置された例が示されている。）、ノズルプレートを構成している。
【００２５】
　中間の基板１０２は、例えばシリコン単結晶基板から構成されており、底板を振動板とする圧力室１０６を構成することとなる凹部１２１と、この凹部１２１の後方に設けられ、圧力室１０６にインクを供給するためのオリフィスを構成するととなる凹部（詳細は図示せず）と、各圧力室１０６にインクを供給するためのリザーバー１０８を構成することとなる凹部１２３と、この凹部１２３に設けられて、後述する下側の基板１０３のインク供給管１１４からインクが供給されてそのインクをリザーバー１０８に溜めるためのインク供給口１０９を構成する孔１２５とを有する。そして、この中間の基板１０２は、上側のの基板１０１と接合されることにより、圧力室１０６、オリフィス及びリザーバー１０８を構成しており、上側の基板１０１とともに流路ユニットを構成する。
【００２６】
　下側の基板１０３は、振動子ユニット１１３を収納するための凹部１３６と、インクタンク（図示せず）に接続されるインク供給管１１４を形成する孔１３７とを有し、振動子ユニット１１３は凹部１３６に収納・固定される。また、流路ユニット（基板１０１，１０２）は枠体１４０によってこの下側の基板１０３に固定してインクジェットヘッド１１０を構築しており、そして、そのインクジェットヘッド１１０を基板１４１を介して、キャリッジ５０（図５参照）に固定している。
【００２７】
　以上のように構成された本実施形態のインクジェット記録装置においても、実施形態１〜実施形態４の場合と同様に、中間の基板１０２のインク流路（圧力室１０６、オリフィス及びリザーバー１０８を構成する凹部１２１、１２３）の全面に、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法及びＣＶＤ法のいずれかによって、金属Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＯ2、又はＡｌ2Ｏ3の薄膜を施すことにより同様な優れた効果が得られている。
【００２８】
実施形態６．
　ところで、図１又は図４のインクジェットヘッド１０、１１０は、図５に示されるようにキャリッジ５０に取り付けられ、そして、このキャリッジ５０はガイドレール５１に移動自在に取り付けられており、ローラー５２により送り出される用紙５３の幅方向にその位置が制御される。この図５の機構は図６に示されるインクジェット記録装置６０に装備される。
【００２９】
　なお、上述の実施形態１〜６はいずれも本発明の一例にすぎず、例えば、インクが直接接触する箇所の耐インク薄膜の厚み及びインクが直接接触しない箇所の耐インク薄膜の厚みは、上記の数値例に限定されるものではなく、必要に応じて適宜変更し得るものである。また、インクジェットヘッド、特に流路ユニットを構成する材料についても、シリコン単結晶基板に限定されず、ピンホールが無く、耐インク保護膜を形成することができる材質のものであれば、金属、樹脂等であってもよい。
【００３０】
　また、上述の実施形態１〜５においては、インク流路の全面に耐インク薄膜を形成する例について説明したが、必ずしもインク流路の全面に耐インク薄膜を形成しなければならないという訳ではなく、少なくとも振動板に耐インク薄膜を形成すれば顕著な効果が得られる。インクジェットヘッドの振動板は極めて薄く、インクによる溶解の影響を最も受けやすいので、少なくともその振動板に耐インク薄膜を形成すればインクによる腐食を効果的に防止できるからである。
　また、上述の実施形態１〜５においては、インクは有機アミン含有顔料インクを用いたが、その他の顔料インク、染料インクでも本発明においてはその効果は変わることはない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態１に係るインクジェットヘッド（静電方式）の各部品の分解・斜視図である。
【図２】図１のインクジェットヘッドの中間の基板を抽出した斜視図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】本発明の実施形態５に係るインクジェットヘッド（ピエゾ方式）の各部品の分解・斜視図である。
【図５】図１又は図４のインクジェットヘッドの周辺の機構を示した説明図である。
【図６】図５の機構を内蔵したインクジェット記録装置の外観図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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