(57)【要約】【課題】インクジェットヘッド原料の超音波洗浄において、洗浄効果を上げるために、超音波のパワーを上げるとインクジェットヘッド原料を損傷して工程不良が発生するという問題を解決する。【解決手段】超音波の周波数の制御又は洗浄液の脱気処理により局部的なキャビテーションの発生しない洗浄条件を形成して洗浄を行う。【選択図】　　　　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェットヘッド原料を洗浄液に浸漬し、該洗浄液に超音波を放射して前記インクジェットヘッド原料を洗浄するインクジェットヘッド原料の洗浄方法において、前記超音波を放射したときに局部的なキャビテーションが実質的に発生しない条件下で洗浄を行うことを特徴とするインクジェットヘッド原料の洗浄方法。
【請求項２】
周波数が１００ｋＨｚ〜数ＭＨｚの前記超音波を放射することにより前記条件を形成することを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド原料の洗浄方法。
【請求項３】
前記洗浄液を脱気処理することにより前記条件を形成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインクジェットヘッド原料の洗浄方法。
【請求項４】
前記脱気処理は、前記洗浄液中の溶存空気の飽和度を５０％以下とするものであることを特徴とする請求項３に記載のインクジェットヘッド原料の洗浄方法。
【請求項５】
前記超音波の強度を、厚さ３５μｍのアルミ箔を洗浄したときに発生する打痕の深さが平均２５μｍ、標準偏差２５μｍ未満であるように設定したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド原料の洗浄方法。
【請求項６】
前記超音波の強度を、音圧計により測定された強度で２ｍＶ〜５ｍＶの範囲内に設定したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド原料の洗浄方法。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかに記載の洗浄方法により洗浄されたセラミックスからなるインクジェットヘッド原料から製造された部材を有す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７に記載のインクジェットヘッドを有す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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録に用いられるインクジェットヘッドの製造技術に関し、特に、インクジェットヘッドの主要な部品である圧電性基板等のセラミックスからなるインクジェットヘッド原料の洗浄技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットヘッドの製造工程において、インクジェットヘッドの構成要素である圧電性基板を洗浄することが行われており、特開平１１−３４２６１４号公報では、インクジェットヘッドを構成する部材を接着するのに先立って、部材をプラズマ処理又はオゾン処理することにより、部材に付着している微細なゴミや汚れを除去するとともに、接着剤に対する濡れ性を向上させる処理が開示されている。
【０００３】
また、特開２０００−２２９２７１公報では、インクジェットヘッドを構成する部材を超音波洗浄後、加熱し、更に、減圧により残留洗浄液を突沸させるインクジェットヘッドの製造方法が開示されている。
【０００４】
インクジェットヘッドの構成部材の洗浄方法としては、前記に挙げた例からも分かるように、超音波洗浄が広く用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
超音波洗浄において高い洗浄効果を得るには高いエネルギーの超音波を洗浄液に放射すればよく、放射する超音波のエネルギーは、理論的には必要な洗浄性能から決定される。
【０００６】
ところで、インクジェットヘッドを構成する主要な部品である圧電性基板は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）からなる原料板から、個々のヘッド基板に切り出し、切り出したヘッド基板に対してインク室等を微細加工により形成して作製されるが、原料板は厚さ５０μｍ〜１ｍｍ程度のセラミックスであり、それほど高い強度を有する材料からなるものではない、従って、必要な洗浄性能を確保するために超音波のエネルギーを高くした場合に破損したり、破損に至らない場合でも微結晶の粒が脱落する脱粒が発生する可能性がある。
【０００７】
このような洗浄に起因する原料板の破損は微細なものであり、洗浄後の原料板又は切り出されたヘッド基板の直接的な観察からは発見することが困難なものが多い。
【０００８】
発明者は、インクジェットヘッドの不良の原因を調査した結果、不良の原因がインクジェットヘッド原料を超音波洗浄する際に発生する欠陥に原因があることを突き止めた。本発明は、このような不良の原因追及から発想されたものであり、インクジェットヘッドの不良発生率を引き下げ、高性能で高い信頼性をもったインクジェットヘッド及びインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の本発明の目的は下記の発明により達成される。
【００１０】
１．インクジェットヘッド原料を洗浄液に浸漬し、該洗浄液に超音波を放射して前記インクジェットヘッド原料を洗浄するインクジェットヘッド原料の洗浄方法において、前記超音波を放射したときに局部的なキャビテーションが実質的に発生しない条件下で洗浄を行うことを特徴とするインクジェットヘッド原料の洗浄方法。
【００１１】
２．周波数が１００ｋＨｚ〜数ＭＨｚの前記超音波を放射することにより前記条件を形成することを特徴とする前記１に記載のインクジェットヘッド原料の洗浄方法。
【００１２】
３．前記洗浄液を脱気処理することにより前記条件を形成することを特徴とする前記１又は前記２に記載のインクジェットヘッド原料の洗浄方法。
【００１３】
４．前記脱気処理は、前記洗浄液中の溶存空気の飽和度を５０％以下とするものであることを特徴とする前記３に記載のインクジェットヘッド原料の洗浄方法。
【００１４】
５．前記超音波の強度を、厚さ３５μｍのアルミ箔を洗浄したときに発生する打痕の深さが平均２５μｍ、標準偏差２５μｍ未満であるように設定したことを特徴とする前記１〜４のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド原料の洗浄方法。
【００１５】
６．前記超音波の強度を、音圧計により測定された強度で２ｍＶ〜５ｍＶの範囲内に設定したことを特徴とする前記１〜５のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド原料の洗浄方法。
【００１６】
７．前記１〜６の何れかに記載の洗浄方法により洗浄されたセラミックスからなるインクジェットヘッド原料から製造された部材を有することを特徴とするインクジェットヘッド。
【００１７】
８．前記７に記載のインクジェットヘッドを有することを特徴とするインクジェット記録装置。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態に係るインクジェット記録装置を示す。
【００１９】
図において、１はインクを吐出するインクジェットヘッド２のキャリッジ、２は縦方向に多数のノズル（インク吐出口）を有するインクジェットヘッドでありキャリッジ１と一体的に構成してある。３はフレキシブルケーブルで、インクジェットヘッド２と装置本体側に設けた制御基板１３との電気的接続を達成している。フレキシブルケーブル３は制御基板１３からの画像信号伝達手段として機能するもので、可撓性を有するフィルムに配線パターンをプリントしてなり、キャリッジ１と制御基板１３との間でデータを伝達する。
【００２０】
キャリッジ駆動機構は、モータ１０、プーリ９、歯付きベルト４、２本のガイドレール１１等からなる。キャリッジ１は歯付きベルト４に固定されており、モータ１０に対する駆動回転制御を介して、ガイドレール１１に支持されながら矢印Ｘで示した主走査方向に往復移動する。
【００２１】
１２はヘッド２に着脱可能に設けたインクカートリッジで、静止圧において、ノズル内のインクがインク吐出口において負圧となるように構成してある。そして、各ノズルに連通する圧力室（後述）の隔壁（後述）にフレキシブルケーブル３を介して画像信号に対応した通電を行うことにより、インク滴を形成せしめ、記録紙に向けて飛翔させて画像記録（印字記録）を行いうるように構成してある。
【００２２】
５は透明樹脂フィルムに所定の間隔で目盛りを付けたエンコーダで、前記目盛りをキャリッジ１に設けた光センサ（不図示）により検出し、その出力情報は前記キャリッジ１の移動速度を一定に制御するために使用される。
【００２３】
６は紙搬送ローラであり、モータ７により駆動されて記録紙Ｐを矢印Ｙで示す副走査方向に一定の速度で搬送する。
【００２４】
前記記録紙Ｐとインクジェットヘッド２のインク吐出口は対向しており、インクジェットヘッド２の主走査方向（Ｘ方向）における往復時のインク滴の形成と記録紙Ｐの副走査方向（Ｙ方向）の搬送とが相俟って、記録紙Ｐ上に画像が形成される。
【００２５】
図２は本発明の実施の形態に係るインクジェットヘッドの一部を断面で示す斜視図、図３はインクジェットヘッドの主要な構成部品の一つである圧電性基板を示す図である。図示のインクジェットヘッドは、剪断モードインクジェットヘッドの例であるが、本発明はこのような剪断モードインクジェットヘッドに限られない。インクジェットヘッド２は、下層圧電基板３２Ａ、上層圧電基板３２Ｂ、第１天板３３、第２天板３４及びノズル板３５を有する。
【００２６】
下層圧電性基板３２Ａ、上層圧電性基板３２Ｂを接合した圧電性基板３２は、図３に示すように、多数の平行な溝を有し、これらの溝は隔壁４４により隔てられている。該溝は圧力室４３を形成し、圧電性基板３２の斜視図である図３（ａ）における線Ａ−Ａ’に沿った断面図である図３（ｂ）に示すようにインク吐出側に開口し、反対側で閉口した溝である。
【００２７】
上層圧電性基板３２Ｂを覆う第１天板３３は、インク溜まり４１を有し、インク溜まり４１の底壁には、圧力室４３にインクを供給する多数のインク供給口４２が形成される。４０はインク溜まり４１にインクを供給するインク供給管である。第１天板３３の上に第２天板３４が接合されて閉じたインク溜まり４１が形成される。圧電性基板３２及び第１、第２天板３３、３４の側面にノズル板３５が接合される。ノズル板３５には、各圧力室４３に対応するノズル４５が形成される。下層圧電性基板３２Ａにより形成される底壁、隔壁４４、第１天板３３及びノズル板３５により圧力室４３が形成される。
【００２８】
圧電性基板３２に使用する材料としては、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ等のセラミックスが挙げられ、主に、ＰｂＯｘ、ＺｒＯｘ、ＴｉＯｘの混合微結晶体に、ソフト化剤又はハード化剤として知られる微量の金属酸化物、例えば、Ｎｂ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｌａ、Ｃｒ等の酸化物を含むものが好ましい。
【００２９】
ＰＺＴは、チタン酸ジルコン酸鉛であり、充填密度が大きく、圧電性定数が大きく、加工性が良いので好ましい。ＰＺＴは、焼成後、温度を下げると急に結晶構造が変化して原子がずれ、片側がプラス、反対側がマイナスという双極子の形の細かい結晶の集まりになる。こうした自発分極は方向がランダムで、極性を互いにうち消し合っているので、更に分極処理が必要となる。
【００３０】
分極処理は、ＰＺＴの薄板を電極で挟み、シリコン油中に漬けて、１０〜３５ｋＶ／ｃｍ程度の高電界をかける処理である。分極処理したＰＺＴに分極方向に直角に電圧をかけると、薄板は剪断変形する。
【００３１】
第１、第２天板３３、３４の材料としては、非圧電性のものが好ましく、アルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニア、シリコン、窒化シリコン、シリコンカーバイド、石英等の少なくとも一つからなる非圧電性セラミックスが好ましいが、有機材料を用いることもできる。
【００３２】
ノズル板３５の材料としては、金属や樹脂が使用される。例えば、ステンレス、ポリイミド、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン等が好ましく採用できる。
【００３３】
隔壁４４には電極が形成され、該電極にインクをノズル４５から吐出させるための電圧が個別に印加される。
【００３４】
このような電圧印加により隔壁４４が個別に変形して、ノズル４５から選択的にインクが吐出して印字が行われる。印字により消費されたインクはインク供給管４０、インク溜まり４１を経て各圧力室４３に補給される。
【００３５】
下層圧電性基板３２Ａ及び上層圧電性基板３２Ｂは図４に示す原料板５０から原料素子３２１〜３２ｎを切り出し、原料素子３２１〜３２ｎの各々に対して、ダイヤモンドブレードを用いて図３に示すような溝付け加工を施すことにより作製される。
【００３６】
本発明においては、図４に示す原料板５０、原料板５０から切り出された原料素子３２１〜３２ｎ、図３に示すように溝付け加工された下層圧電性基板３２Ａ及び上層圧電性基板３２Ｂが後述の洗浄方法により洗浄される。また、第１、第２天板３３、３４もセラミックスからなるものは後述の洗浄方法により洗浄される。以下の説明において、本発明により洗浄されるインクジェットヘッド原料、即ち、前記した原料板５０、原料素子３２１〜３２ｎ、下層圧電性基板３２Ａ、上層圧電性基板３２Ｂ及び第１、第２天板３３、３４を被洗浄物Ｗと称する。
【００３７】
図５は被洗浄物Ｗを洗浄する洗浄装置の概略を示す。
６０は洗浄槽であり、洗浄液６１が洗浄槽６０に収容され、洗浄液６１に被洗浄物Ｗが浸漬される。６２は洗浄液のタンクであり、弁６３、タンク６２、フィルタ６５及び洗浄槽６０は管６６で連結され、ポンプ６４の駆動により洗浄液６１がこれら各処理部を循環する。６７は超音波発生装置であり、制御装置６８により周波数及び強度が制御された超音波を洗浄液６１中に放射する。６９は脱気装置である。脱気装置６９には、洗浄槽６０内の空気を直接吸引して洗浄液６１を脱気処理するものの他に、タンク６２に設けられ、タンク６２内の洗浄液を脱気処理するもの若しくは管６６を搬送される洗浄液を脱気処理するもの又はこれらを組み合わせ使用することができる。被洗浄物Ｗを洗浄液６１に浸漬し、超音波発生装置６７から超音波を放射することにより、被洗浄物Ｗが洗浄される。必要に応じてポンプ６４で洗浄液６１を循環させることにより、洗浄液６１は清浄に維持される。
【００３８】
原料板５０、原料素子３２１〜３２ｎ、下層圧電性基板３２Ａ、上層圧電性基板３２Ｂ及び第１、第２天板３３、３４等のインクジェットヘッド原料には、取り扱い、各種の加工処理等においてゴミ、オイル等の異物が付着しているのでインクジェットヘッドの製造工程の各段階で洗浄処理を行う必要がある。洗浄には図５に示し、前記に説明した洗浄装置が用いられる。洗浄に当たっては制御装置６８により、超音波の周波数及び強度が各被洗浄物Ｗに適合するような設定が行われるとともに、脱気処理による洗浄液６１中の溶存空気の総和度の制御が行われる。
【００３９】
そして、被洗浄物Ｗは、その機械的な強度がそれほど高くないセラミックスであるために、必要な洗浄性能をうるための必要条件の他に、被洗浄物Ｗを損傷しないための条件を考慮して、洗浄条件が設定される。
【００４０】
本発明においては、超音波により発生し易い局部的なキャビテーションが実質的に発生しない条件が設定される。
【００４１】
このような条件は、ａ．超音波の周波数を１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲内に設定する又はｂ．洗浄液６１を脱気処理するという手段により実現される。脱気処理は具体的には、洗浄液６１中の溶存空気の飽和度を５０％以下とすることが望ましい。周波数１００ｋＨｚ未満では、局部的なキャビテーションが発生してインクジェットヘッド原料の損傷が起こる確率が許容度を上回り、１ＭＨｚを超える場合には、超音波の指向性が強くなって洗浄ムラが発生し易くなるとともに、超音波の減衰が大きく洗浄効率が低下するので、大規模な超音波発生装置が必要になる。飽和度が８０％を超えると、局部的なキャビテーションが発生してインクジェットヘッド原料の損傷が起こる確率が許容度を上回る場合がある。
【００４２】
局部的なキャビテーションは被洗浄物Ｗに微細な欠陥を形成するものであり、該局部的なキャビテーション発生の確認方法として本実施の形態においては、次の方法を採った。
【００４３】
厚さ３５μｍのアルミ箔を被洗浄物Ｗの洗浄条件と同一の条件で超音波洗浄したときにアルミ箔に形成される打痕の深さをレーザ変位計を用いて測定する。
【００４４】
図６は、超音波の強度とアルミ箔に生じた打痕との関係を示す。
図示のように、超音波の強度を変えることにより、打痕の深さが変化し、超音波の強度を５ｍＶから８ｍＶに上げることにより、打痕はその深さの大きなものの発生割合が多くなる。なお、超音波の強度は、音圧計ＨＵＳ−５（本多電子製）で測定した値である。図示のようにアルミ箔の厚さを超える深さの打痕が発生しているが、これは、アルミ箔が屈曲してできた打痕を示す。
【００４５】
表１は超音波の周波数とアルミ箔に生じた打痕の関係を示し、表１から１００ｋＨｚでは打痕が発生せず、４５ｋＨｚでは未貫通打痕が発生し、２５ｋＨｚでは貫通打痕が発生したことが判明した。なお、表１の結果はアルミ箔に対して１時間、超音波を照射したときの結果である。
【００４６】
表１から明からなように周波数１００ｋＨｚ以上の超音波を被洗浄物Ｗに照射することにより打痕の発生を防止することができる。これは１００ｋＨｚ以上の周波数の超音波照射により実質的に局部的なキャビテーションが発生しないことを示している。なお、表１に示す結果となった洗浄実験では、異物が良好に除去され、十分な洗浄効果が得られた。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
なお、表１及び図６に示すアルミ箔を用いた洗浄実験とインクジェットヘッドの不良の発生との関係から、アルミ箔に発生した打痕の平均深さが２５μｍ以下であり、且つ、該打痕の深さの標準偏差が２５μｍ以下のときに、局部的なキャビテーションが実質的に発生せず、不良インクジェットヘッドができる工程不良が発生しないことが確認された。
【００４９】
図７は、脱気処理による局部的なキャビテーションの防止効果を示す。図では、飽和度１００％における洗浄及び飽和度５０％における洗浄を行った場合の打痕の発生状況を示す。なお、図７においては、打痕の発生度をアルミ箔の質量の減少の程度で表している。即ち、脱落量（質量の減少量）が大きい程打痕の発生数及び打痕の深さが大きいことを示す。
【００５０】
図示のように、飽和度１００％、即ち、未脱気処理の状態で超音波洗浄を行った場合には、曲線イのように短時間で脱落量が急激に上昇し、飽和度を５０％とする、即ち、５０％の空気を洗浄液６１から脱気することにより、曲線ロ、ハで示すように、洗浄時間の増加に対する脱落量の増加の割合が顕著に低下している。
【００５１】
以上説明したような超音波洗浄における局部的なキャビテーションの発生を抑制する手段を用いた本発明においては、被洗浄物Ｗに対して必要な洗浄性能の洗浄処理を行い、しかも、セラミックスからなる被洗浄物Ｗに対して損傷を与えない洗浄条件を設定することに成功した。
【００５２】
【実施例】
表２に示す条件で、図４に示す原料板５０を洗浄し、また、局部的なキャビテーションの発生状況を判断するテストサンプルとして厚さ３５μｍのアルミ箔を用い同様な洗浄を行った結果を表２に示す。
【００５３】
【表２】
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【００５４】
表２から明らかなように、洗浄液中の溶存空気飽和度が１００％又は超音波の周波数が４０ｋＨｚの条件では、局部的なキャビテーションが発生してテストサンプルに打痕が発生するとともに、不良インクジェットヘッドが出来る工程不良が発生したが、溶存空気飽和度を５０％とするか又は超音波の周波数を１００ｋＨｚとすることにより、テストサンプルに打痕が発生しないとともに、工程不良が発生しなかった。また、超音波の強度及び周波数をそれぞれ５ｍＶ、４０ｋＨｚとし、溶存空気の飽和度が１００％での実験では、アルミ箔に生ずる打痕の深さが２０μｍであり、工程不良の発生率が０．５％と低く良好な結果が得られた。
【００５５】
【発明の効果】
請求項１〜４又は請求項６〜８の発明により、インクジェットヘッド原料の洗浄に、付着している微細なゴミや汚れを十分に除去する洗浄が行われるとともに、洗浄時に発生するインクジェットヘッド原料の破損や微結晶の脱落等による不良の発生が防止され、インクジェットヘッドの収率が向上する。従って、高い信頼性を持ったインクジェットヘッド及びインクジェット記録装置が製造される。
【００５６】
請求項５の発明により、超音波洗浄時に発生する局部的なキャビテーションを定量的に測定することができるので、洗浄工程の管理を正確に行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るインクジェット記録装置を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るインクジェットヘッドの一部を断面で示す斜視図である。
【図３】圧電性基板を示す図である。
【図４】原料板を示す図である。
【図５】洗浄装置の概略を示す図である。
【図６】超音波の強度とアルミ箔に生じた打痕との関係を示す図である。
【図７】脱気処理による局部的なキャビテーションの防止効果を示す図である。
【符号の説明】
２　インクジェットヘッド
３２　圧電性基板
３２Ａ　下層圧電性基板
３２Ｂ　上層圧電性基板
３３　第１天板
３４　第２天板
３５　ノズル板
５０　原料板
３２１〜３２ｎ　原料素子
６０　洗浄槽
６１　洗浄液
６２　タンク
６３　弁
６５　フィルタ
６６　管
６７　超音波発生装置
６８　制御装置
【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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【図７】
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