(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電材料からなる駆動壁とチャンネル部とを交互に配列すると共に、該駆動壁に駆動電極を設け、該駆動電極を介して上記駆動壁に電界を印加することにより該駆動壁をせん断変形させてチャンネル部内の水系インクを吐出させるようにしたインクジェットヘッドの製造方法において、カルボキシル基又はアミノ基を成分の分子中に有し且つ下記式１を満たす厚さ０．１〜２０μｍの有機被膜を前記駆動電極に被覆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。
ただし、前記有機被膜を前記駆動電極に被覆した後に焼付け処理を行う場合を除く
（式１）
２２９≦（有機被膜を構成し、カルボキシル基又はアミノ基を有する成分の分子量）／（分子中に含まれるカルボキシル基又はアミノ基の総数）≦９，３５４
【請求項２】
前記有機被膜を電着法により駆動電極に被覆す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の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットヘッド及びその製造方法に関し、詳しくは、インクの射出性能に優れたインクジェットヘッド及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、圧電材料からなる駆動壁とチャンネル部とを交互に配列すると共に、該駆動壁に駆動電極を設け、該駆動電極を介して上記駆動壁に電界を印加することにより該駆動壁をせん断変形させてチャンネル部内のインクを吐出させるようにしたシェアモード型のインクジェットヘッドが知られている。
【０００３】
かかるシャアモード型のインクジェットヘッドにおいては、駆動壁を駆動させるための駆動電極は、駆動壁の側面に設けられるため、チャンネル部内に貯留されるインクは、この駆動電極と常に接触する。ここで空気チャンネルを接地してインクチャンネルに臨む駆動電極に電圧を印加させると、使用されるインクが水系インクの場合、水の理論分解電圧は１．２３Ｖであり、駆動電極に印加される電圧は１０〜２０Ｖであるため、水系インク中の水が電気分解を起こして気泡を発生させ、この気泡により駆動壁の変形による圧力が緩衝されてしまい、チャンネル部内のインクを吐出できなくなるばかりでなく、駆動電極の溶解をも惹き起こす。
【０００４】
一方、溶剤を使用する溶剤系インクは電気絶縁性であり、水系インクに見られるような上記問題はないものの、洗浄のために特定の有機溶剤が必要であり、水系インクに比べて取り扱いが格段に面倒であるという欠点がある。このため、インクチャンネル側の電極を接地して空気チャンネル側の電極に電圧を印加させるようにして、水系インクの使用を可能とした技術も提案されている（特開平７−１３２５８９号）が、インクチャンネルと空気チャンネルとで電極の形状を変えなくてはならず、チャンネル部の高密度化が困難である。
【０００５】
このため、従来、駆動壁に形成した駆動電極の表面に絶縁性を付与するための保護膜を被覆形成することで、駆動電極に電圧を印加しても、水系インク、溶剤系インクを問わずにインク吐出が行えるようにしたインクジェットヘッドが提案されている。かかる保護膜としては無機被膜、有機被膜等いろいろ考えられるが、駆動電極の表面にピンホールの発生がなく安定した保護膜が被覆形成できる点で有機被膜が好ましく用いられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、駆動電極の表面に保護膜として有機被膜を被覆形成したインクジェットヘッドにおいては、水系インクを使用した場合、インク射出性能が必ずしも良好とはいえず、射出不良を起こす場合があった。この点について本発明者が鋭意検討したところによると、有機被膜は水系インクに対して濡れ性が不足しており、その結果、チャンネル部内に気泡を巻き込んでしまうことにより駆動壁のせん断変形力を緩衝させてしまい、これが原因でインク射出が不可能となってしまうことがわかった。
【０００７】
そこで、本発明は、駆動電極に被覆形成した有機被膜の水系インクに対する濡れ性を向上させ、インク射出性能に優れる高品質のインクジェットヘッド及びその製造方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、有機被膜の水系インクに対する濡れ性について鋭意検討した結果、有機被膜を構成する成分中には、カルボキシル基又はアミノ基を有していることに着目し、これらの官能基の密度を所定の範囲に調整することにより、有機被膜を駆動電極表面に被覆形成した際に、その被膜表面の表面エネルギーを高くし、以って濡れ性を向上させることができることを見出し、本発明に至った。
【００１２】
即ち、請求項１記載の発明は、圧電材料からなる駆動壁とチャンネル部とを交互に配列すると共に、該駆動壁に駆動電極を設け、該駆動電極を介して上記駆動壁に電界を印加することにより該駆動壁をせん断変形させてチャンネル部内の水系インクを吐出させるようにしたインクジェットヘッドの製造方法において、カルボキシル基又はアミノ基を成分の分子中に有し且つ下記式１を満たす厚さ０．１〜２０μｍの有機被膜を前記駆動電極に被覆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、ただし、前記有機被膜を前記駆動電極に被覆した後に焼付け処理を行う場合を除く、である。
【００１３】
（式１）
２２９≦（有機被膜を構成し、カルボキシル基又はアミノ基を有する成分の分子量）／（分子中に含まれるカルボキシル基又はアミノ基の総数）≦９，３５４
【００１４】
請求項２記載の発明は、前記有機被膜を電着法により駆動電極に被覆す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の製造方法である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、本発明に係るインクジェットヘッドの概要を示す部分破断斜視図、図２は同ヘッドの縦断面図である。図１において、１は圧電材料基板、２はカバー部材、３はノズルプレート、４はバックプレート、５はインクマニホールドである。
【００１７】
圧電材料基板１に用いられる圧電材料としては、電界を加えることにより変形を生じる公知の圧電材料を用いることができ、有機材料からなる基板、非金属製の基板等がある。特に、非金属製の圧電材料基板が好ましく、成形、焼成等の工程を経て形成される圧電セラミックス基板、又は成形、焼成を必要としないで形成される基板等がある。
【００１８】
有機材料からなる基板に用いられる有機材料としては、ポリフッ化ビニリデン等の有機ポリマーや、有機ポリマーと無機物とのハイブリッド材料等が挙げられる。
【００１９】
非金属製の圧電材料基板において、成形、焼成等の工程を経て形成される圧電セラミックス基板としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が好ましい。さらにＢａＴｉＯ3、ＺｎＯ、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3等を用いてもよい。
【００２０】
ＰＺＴとしては、ＰＺＴ（ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3）と、第三成分添加ＰＺＴがある。添加する第三成分としてはＰｂ（Ｍｇ1/2Ｎｂ2/3）Ｏ3、Ｐｂ（Ｍｎ1/3Ｓｂ2/3）Ｏ3、Ｐｂ（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3等がある。
【００２１】
また、非金属製の圧電材料基板において、成形、焼成を必要としないで形成される基板として、例えば、ゾル−ゲル法、積層基板コーティング法等で形成することができる。
【００２２】
圧電材料基板１は、２枚の圧電材料基板１ａ、１ｂを分極方向を互いに反対に向けて上下に接合してなる。２枚の圧電材料基板１ａ、１ｂを接合する手段としては、エポキシ系接着剤等の接着剤を用いた接合を採用できるが、接合可能であれば特にこれに限定されない。接着剤を用いて接合する場合、その接着剤層の硬化後の厚みは、１〜１０μｍの範囲が好ましい。
【００２３】
この圧電材料基板１に、円盤状の砥石（ダイシングブレード）等の公知の研削機を用いて所定ピッチで互いに平行な複数列の溝を加工することにより、インクが貯留されるインクチャンネル１１と空気チャンネル１２とからなるチャンネル部１０と、それら各チャンネル部１０間の駆動壁１３とを交互に形成する。
【００２４】
この溝加工の後に、各駆動壁１３の壁面に駆動電極６をめっきにより形成する。駆動壁１３は分極方向の異なる２枚の圧電材料基板１ａ、１ｂからなるため、各駆動電極６は、それら両基板１ａ、１ｂを駆動させるべく、少なくとも各駆動壁１３を構成している圧電材料基板１ａ及び１ｂに亘る側面の全面に形成するが、必ずしも底面には形成しなくてもよい。
【００２５】
駆動電極６を形成し得る金属としては、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｏ（コバルト）、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）等があるが、ＮｉやＣｕが好ましく、特に好ましくはＮｉである。
【００２６】
駆動電極６を形成するめっきは、特に、無電解めっきであることが好ましい。
無電解めっきによれば、より均一且つピンホールフリーの金属皮膜を簡易に形成することができる。
【００２７】
無電解めっきによる電極形成においては、Ｎｉ−Ｐめっき又はＮｉ−Ｂめっきを単独で使用してもよいし、あるいはＮｉ−ＰとＮｉ−Ｂを重層してもよい。Ｎｉ−ＰめっきはＰ含量が高くなると電気抵抗が増大するので、Ｐ含量は１〜数％程度がよい。Ｎｉ−ＢめっきのＢ含量は普通１％以下なので、Ｎｉ−ＰよりＮｉ含量が多く、電気抵抗が低く、且つ外部配線との接続性が良いため、Ｎｉ−ＰよりＮｉ−Ｂの方が好ましいが、Ｎｉ−Ｂは高価なのでＮｉ−ＰとＮｉ−Ｂを組み合わせることも好ましい。
【００２８】
Ｎｉ−Ｐ又はＮｉ−Ｂからなる無電解めっき法により形成された駆動電極６は、析出が均一に行われ、その結果平滑な表面性を有している。
【００２９】
また、めっき膜の厚みは０．５〜５μｍの範囲が好ましい。
【００３０】
なお、駆動電極６は、駆動壁１３に例えばＮｉ−Ｂからなる無電解めっきによりめっき膜を形成した上に、更にＮｉ−Ｐからなる無電解めっき処理を施すようにして形成することもできる。この場合、更にそれぞれのめっき金属を異ならせるようにすることもできる。また、駆動壁１３に無電解めっきによりめっき膜を形成した後、そのめっき膜上に金めっき等の電解めっき処理を行うようにしてもよい。更に、駆動壁１３に蒸着法により金属皮膜を形成した後に、該金属皮膜上に電解めっき処理を行ってめっき膜を形成することにより駆動電極６を形成するようにしてもよい。
【００３１】
このように各チャンネル部１０内に駆動電極６を形成した後、各駆動電極６に有機被膜７を形成する。この有機被膜７を駆動電極６の表面に被覆形成する方法としては、電着法や塗布法があるが、塗布法では塗布液をスピンコートしたり、コンフォーマルコーティングすることによって被覆形成するため、駆動電極６以外の部分もコーティングされるので、面倒なマスキングが必要であり、また大掛かりな装置も必要となる。このため電着法により形成することが好ましい。特に電着法によれば、導電性のある電極部分にだけ被膜を形成することができ、また、一度薄い被膜が形成されるとその個所が絶縁されるため、それ以上その個所には析出せず、別の導電性のある個所を探して析出するので、複雑な形状の表面でも均一な薄膜を被覆形成することができる。従って、微細なチャンネル部１０内の駆動電極６の表面にも均一な有機被膜７を簡単に被覆形成することができる。
【００３２】
本発明において用いられる有機被膜は、それを構成する成分中にカルボキシル基又はアミノ基を有する。かかる有機被膜は、その成分中に含まれる上記カルボキシル基又はアミノ基の電気泳動性を利用して駆動電極６の表面に被膜を形成する。本発明においては、この有機被膜７を構成する成分の分子中のカルボキシル基又はアミノ基の存在比率が下記式１を満たすように規定する。
【００３３】
（式１）
200≦（有機被膜を構成する成分の分子量）／（分子中に含まれるカルボキシル基又はアミノ基の総数）≦10,000
【００３４】
カルボキシル基又はアミノ基の存在比率が上記範囲を満足することによって、駆動電極６表面に被覆形成した有機被膜７の表面エネルギーが向上し、その結果、有機被膜７表面の濡れ性及び気泡排出性が向上するものとなる。従って、特に水系インクを使用した際に、インクチャンネル１１内へのインク流入時の気泡の混入を防止し、円滑にインクを流入させることができ、各ノズル孔３１から確実にインク射出を行うことができるようになる。
【００３５】
カルボキシル基又はアミノ基の存在比率が200を下回ると、有機被膜が弱く、ピンホールが発生し易くなり、保護膜としての機能を果たさない。また、10,000を上回ると、有機被膜の親水性が十分ではなく、特に水系インクを用いる時には気泡の排除が非常に困難になり、いずれも水系インクを使用した場合にインクを射出しないノズルが発生し、実用上好ましくない。
【００３６】
かかる有機被膜の膜厚は、０．１〜２０μｍが好ましい。
【００３７】
以上のようにして各チャンネル部１０の駆動電極６表面に有機被膜７を形成した後、図１に示すように、圧電性材料基板１の上面にエポキシ系接着剤等の接着剤を用いてカバー部材２を接合する。このカバー部材２としては、圧電材料基板１と同じものを使用すると、貼り合せた時にソリ、変形、熱膨張係数の差による剥離等が起こらないために好ましい。また、圧電材料基板１と同じ程度の熱膨張係数を持つ非圧電性基板であってもよい。非圧電性基板としては、例えば成形、焼成等の工程を経て形成されるセラミックス基板、または成形、焼成を必要としないで形成される基板等があり、焼成等の工程を経て形成されるセラミックス基板として、例えばＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、それらの混合、混融体、さらにＺｒＯ2、ＢｅＯ、ＡｅＮ、ＳｉＣ等を用いることができる。その他、有機材料からなる基板であってもよく、有機ポリマーや有機ポリマーと無機物のハイブリッド材料等を用いてもよい。
【００３８】
次いで、圧電材料基板１の前端面に、インクを吐出するためのノズル孔３１を有するノズルプレート３をエポキシ系接着剤等の接着剤を用いて接合する。また、圧電材料基板１の後端面には、インク導入孔４１を有するバックプレート４を介して、インクチャンネル１１内にインクを供給するインクマニホールド５を、同様にエポキシ系接着剤等の接着剤を用いて接合し、インクジェットヘッドを構成する。
【００３９】
【実施例】
次に、本発明の効果を実施例に基づいて例証する。
【００４０】
実施例１〜３
撹拌機、冷却管、滴下ロート及び温度計を備えた反応器に、イソプロピルアルコール４５部、ブチルセロソルブ２５部を加え、撹拌しながら約７０℃の還流温度にて表１に示す配合の混合物を滴下ロートで２時間かけて滴下せしめた。滴下し終わった後、そのまま還流温度で３時間反応を続け、目的とするビニル重合体溶液を得た。
【００４１】
得られたビニル系重合体溶液１００部にトリエチレンアミン３部を加え、約１０分間撹拌せしめて中和した後、ポリアミド樹脂６０部を加え、約２０分間撹拌した後、イオン交換水４００部を撹拌しながら加えて電着液を製造した。
【００４２】
圧電性材料基板（ＰＺＴ）に複数列の溝を平行に加工形成し、その側壁面にＮｉからなる駆動電極及び各駆動電極と接続する配線パターンを無電解めっきにより形成したものに、上記電着液を用いて、電着装置によって、加電圧３０Ｖ、浴温２５℃で２μｍ厚の有機被膜を電着形成した。
【００４３】
その後、カバー部材、ノズルプレート、バックプレート、インクマニホールドをそれぞれ接合すると共に、配線パターンと駆動ＩＣとをフレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）を異方性導電フィルム（ＡＣＦ）を用いて接合してインクジェットヘッドを製造した。
【００４４】
【表１】
0004670142.tif 000002
【００４５】
実施例４〜６
撹拌機、冷却管、滴下ロート及び温度計を備えた反応器に、イソプロピルアルコール４５部、ブチルセロソルブ２５部を加え、撹拌しながら約７０℃の還流温度にて表１に示す配合の混合物を滴下ロートで２時間かけて滴下せしめた。滴下し終わった後、そのまま還流温度で３時間反応を続け、目的とするビニル重合体溶液を得た。
【００４６】
得られたビニル系重合体溶液１００部に酢酸１部を加え、約１０分間撹拌せしめて中和した後、多官能ブロックイソシアネート６０部を加え、約２０分間撹拌した後、イオン交換水４００部を撹拌しながら加えて電着液を製造した。
【００４７】
圧電性材料基板（ＰＺＴ）に複数列の溝を平行に加工形成し、その側壁面にＮｉからなる駆動電極及び各駆動電極と接続する配線パターンを無電解めっきにより形成したものに、上記電着液を用いて、電着装置によって、加電圧３０Ｖ、浴温２５℃で２μｍ厚の有機被膜を電着形成した。
【００４８】
その後、カバー部材、ノズルプレート、バックプレート、インクマニホールドをそれぞれ接合すると共に、配線パターンと駆動ＩＣとをフレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）を異方性導電フィルム（ＡＣＦ）を用いて接合してインクジェットヘッドを製造した。
【００４９】
【表２】
0004670142.tif 000003
【００５０】
実施例７
窒素導入管及び冷却管の下部にストッブコックのついた水分受容器を取り付ける。窒素を通しながら、更に撹拌しながら反応器をシリコン油中につけて加熱して反応させる。反応温度はシリコン油で示す。３，４，３’，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物６４．４４ｇ（０．２ｍｏｌ）、ビス−［４−（３−アミノフェノキシ）フェニル］スルホン４２．７２ｇ（０．１ｍｏｌ）、バレロラクトン３ｇ（０．０３ｍｏｌ）、ピリジン４．８ｇ（０．００６ｍｏｌ）、ＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドンの略）４００ｇ、トルエン９０ｇを加えて室温で３０分間撹拌、次いで昇温して１８０℃、１時間、２００ｒｐｍで撹拌しながら反応させる。反応後、トルエン−水留出分３０ｍｌを除く。空冷して、３，４，３’，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物３２．２２ｇ（０．１ｍｏｌ）、３，５−ジアミノ安息香酸１５．２２ｇ（０．１ｍｏｌ）、２，６−ジアミノピリジン１１．０１ｇ（０．１ｍｏｌ）、ＮＭＰ２２．２ｇ、トルエン４５ｇを添加し、室温で１時間撹拌（２００ｒｐｍ）、次いで昇温して１８０℃に１時間加熱撹拌する。トルエン−水留出分１５ｍｌを除き、以後は留出分を系外に除きながら１８０℃、３時間、加熱撹拌して反応を終了した。これにより２０％ポリイミドワニスを得た。
【００５１】
ポリイミドワニス１００ｇ、ＮＭＰ：テトラヒドロチオフェン−１−ジオキシド＝１：１（重量）の混合物１００ｇ、ペンジルアルコール５０ｇ、メチルモルホリン２．６０ｇ（中和率２００ｍｏｌ％）、水１ｇを撹拌して水性電着液を調製する。
【００５２】
圧電性材料基板（ＰＺＴ）に複数列の溝を平行に加工形成し、その側壁面にＮｉからなる駆動電極及び各駆動電極と接続する配線パターンを無電解めっきにより形成したものに、上記電着液を用いて、電着装置によって、加電圧３０Ｖ、浴温２５℃で２μｍ厚の有機被膜を電着形成した。
【００５３】
その後、カバー部材、ノズルプレート、バックプレート、インクマニホールドをそれぞれ接合すると共に、配線パターンと駆動ＩＣとをフレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）を異方性導電フィルム（ＡＣＦ）を用いて接合してインクジェットヘッドを製造した。
【００５４】
比較例１〜３
混合物の配合を表３に示す通りにした以外は、比較例１及び２は実施例１〜３と同様にして、また比較例３は実施例４〜６と同様にしてビニル系重合体溶液を作製し、電着液を調製した。
【００５５】
圧電性材料基板（ＰＺＴ）に複数列の溝を平行に加工形成し、その側壁面にＮｉからなる駆動電極及び各駆動電極と接続する配線パターンを無電解めっきにより形成したものに、上記電着液を用いて、電着装置によって、加電圧３０Ｖ、浴温２５℃で２μｍ厚の有機被膜を電着形成した。
【００５６】
その後、カバー部材、ノズルプレート、バックプレート、インクマニホールドをそれぞれ接合すると共に、配線パターンと駆動ＩＣとをフレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）を異方性導電フィルム（ＡＣＦ）を用いて接合してインクジェットヘッドを製造した。
【００５７】
【表３】
0004670142.tif 000004
【００５８】
評価
実施例１〜６、比較例１〜３によりそれぞれ製造したインクジェットヘッドに水系インクを充填して射出試験を１０10ショットまで行い、インク射出に問題がないかどうかを以下の基準により観察し評価した。その結果を表４に示す。
【００５９】
問題なし：○
インク射出不良あり：×
【００６０】
【表４】
0004670142.tif 000005
【００６１】
この結果、本発明によれば、いずれもインク射出性能に問題は見られなかったのに対し、比較例１〜３では、いずれもインク射出性能に問題が見られた。具体的には、比較例１では１０2ショットでインクを射出しないノズルが多数発生し、比較例２及び３では、初期よりインクを射出しないノズルが多数発生した。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、駆動電極に被覆形成した有機被膜の水系インクに対する濡れ性を向上させ、インク射出性能に優れる高品質のインクジェットヘッド及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインクジェットヘッドの部分破断斜視図
【図２】本発明に係るインクジェットヘッドの部分断面図
【符号の説明】
１：圧電材料基板
２：カバー部材
３：ノズルプレート
４：バックプレート
５：インクマニホールド
６：駆動電極
７：有機被膜
１０：チャンネル部
【図１】
0004670142.tif 000006
【図２】
0004670142.tif 000007