(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する液室と、この液室内のインクを加圧する圧力を発生する圧力発生手段とを備え、少なくとも接着剤で接合された２つの部材で液室が形成され、前記２つの部材の接合界面がインクに接するインクジェットヘッドにおいて、
前記２つの部材のうちの一方の部材は、前記ノズルが形成されたノズル板であり、
前記２つの部材のうちの他方の部材は、液室となる凹部と前記圧力発生手段により変形する振動板とが形成された液室部材であり、
前記液室部材は、前記ノズル板と接合する面にのみ窒化チタン膜が形成され、
前記接着剤を介して前記ノズル板と前記液室部材の前記窒化チタン膜とが接合されている
ことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記ノズル板の前記液室部材と接合する面にも窒化チタン膜が形成され、前記接着剤を介して前記ノズル板の窒化チタン膜と前記液室部材の窒化チタン膜とが接合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３】
請求項１又は２に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記２つの部材の少なくとも一方の部材の材質がシリコン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乃至３のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、前記窒化チタン膜がスパッタにて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５】
請求項２乃至４のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、前記接合される２つの部材の材質が、一方はニッケルであり、他方はシリコンであ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乃至５のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、前記接着剤がエポキシ樹脂接着剤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乃至６のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、前記液室の壁面を形成する振動板と、この振動板に対向する電極とを有し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】
インク滴を吐出させるインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置において、前記インクジェットヘッドが前記請求項１乃至７のいずれかに記載のインクジェットヘッドであ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】
【産業上の利用分野】
本発明はインクジェットヘッド及びインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像記録装置（画像形成装置）として用いるインクジェット記録装置において使用するインクジェットヘッドは、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する液室（加圧室、吐出室、圧力室、加圧液室等とも称される。）と、この液室内のインクを加圧する圧力発生手段（駆動手段、或いはエネルギー発生手段）とを備えて、圧力発生手段を駆動することで液室内インクを加圧してノズルからインク滴を吐出させるものである。
【０００３】
従来、インクジェットヘッドとしては、圧電素子を用いて液室の壁面を形成する振動板を変形させてインク滴を吐出させるようにしたもの（特開平２−５１７３４号公報参照）、或いは、発熱抵抗体を用いて液室内でインクを加熱して気泡を発生させることによる圧力でインク滴を吐出させるようにしたもの（特開昭６１−５９９１１号公報参照）、液室の壁面を形成する振動板と電極とを平行に配置し、振動板と電極との間に発生させる静電力によって振動板を変形させることでインク滴を吐出させるようにしたもの（特開平６−７１８８２号公報等参照）などが知られている。
【０００４】
ところで、インクジェットヘッドは、液室、この液室にインクを供給する流体抵抗部、流体抵抗部を介して液室に供給するための共通インク液室、インク滴を吐出するためのノズル孔或いはノズル溝などの各種流路を形成する必要があり、例えば、液室などの流路を形成するための流路基板（液室基板）とノズルを有するノズル板などの部材を接合してヘッドが形成される。
【０００５】
従来、インクジェットヘッドを構成する部材の接合には湿式の接着剤、フィルム接着剤などの接着剤接合が一般的であるが、この他、シリコン基板を液室基板やノズル板に用いた場合には直接接合や金属材料を介した共晶接合、あるいは金属材料を用いた場合には陽極接合なども行われている。
【０００６】
ところで、一般的に２つの部材の接合を行う場合には、部品精度を保ち、信頼性の高い接合を実現しなければならないという要請がある。ところが、インクジェットヘッドにおいては、接合される部位はインクと接触する部位が多く、このインクとの接触は、接合剤自体を劣化させたり、接合界面に浸透し、剥離を生じさせたりと信頼性に関して大きな問題を引き起こすことになる。
【０００７】
この場合、勿論、接合剤自体の劣化は、材料選定を十分に行うことで回避は可能であるが、界面の剥離に関しては、接合される材料が限定されていることもあり、その材料に対して十分な接合強度をもち、かつインクに対する劣化もしない材料を選定することは極めて困難であった。
【０００８】
そこで、従来から様々な表面処理法、例えば、酸処理、ドライエッチ等による粗面化やＵＶ洗浄、プラズマ処理などが行われている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した各種表面処理を施した場合、確かに、特に初期強度という意味では、ある一定の効果が確認できるが、インク中に放置するといずれも界面へインクが侵入してしまい、剥離劣化する傾向が確認されており、接合信頼性が十分でないという課題がある。
【００１０】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、接合信頼性の高いインクジェットヘッド及び安定した画像品質が得られるインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係るインクジェットヘッドは、
インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する液室と、この液室内のインクを加圧する圧力を発生する圧力発生手段とを備え、少なくとも接着剤で接合された２つの部材で液室が形成され、前記２つの部材の接合界面がインクに接するインクジェットヘッドにおいて、
２つの部材のうちの一方の部材は、ノズルが形成されたノズル板であり、
２つの部材のうちの他方の部材は、液室となる凹部と圧力発生手段により変形する振動板とが形成された液室部材であり、
液室部材は、ノズル板と接合する面にのみ窒化チタン膜が形成され、
接着剤を介してノズル板と液室部材の窒化チタン膜とが接合されている
構成としたものである。
【００１２】
ここで、ノズル板の液室部材と接合する面にも窒化チタン膜が形成され、接着剤を介してノズル板の窒化チタン膜と液室部材の窒化チタン膜とが接合されている構成とできる。また、窒化チタン膜がスパッタにて形成されている構成とできる。
【００１３】
また、接合される２つの部材の材質が、一方はニッケルであり、他方はシリコンであるものとすることができる。また、接着剤がエポキシ樹脂接着剤である構成とできる。
【００１４】
さらに、上記本発明に係るインクジェットヘッドは、液室の壁面を形成する振動板と、この振動板に対向する電極とを有していることが好ましい。
【００１５】
本発明に係るインクジェット記録装置は、インク滴を吐出させるインクジェットヘッドとして本発明に係るインクジェットヘッドを搭載したものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。図１は本発明に係るインクジェット記録装置の機構部の概略斜視説明図、図２は同機構部の側面説明図である。
【００１７】
このインクジェット記録装置は、記録装置本体１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへのインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部２等を収納し、給紙カセット４或いは手差しトレイ５から給送される用紙３を取り込み、印字機構部２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ６に排紙する。
【００１８】
印字機構部２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド１１と従ガイドロッド１２とでキャリッジ１３を主走査方向（図２で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ１３にはインク滴を吐出する７個のインクジェットヘッドからなる記録ヘッド１４をインク滴吐出方向を下方に向けて装着し、キャリッジ１３の上側には記録ヘッド１４に各色のインクを供給するための各インクタンク（インクカートリッジ）１５を交換可能に装着している。
【００１９】
記録ヘッド１４は、それぞれＹインク、Ｍインク、Ｃインク、Ｂｋインクの各インク滴を吐出する４個のインクジェットヘッドからなる。記録ヘッド１４を構成する個々のインクジェットヘッドとしては、圧電素子を用いてインク流路の壁面を形成する振動板を変形させてインク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させるいわゆるピエゾ型のもの、或いは、発熱抵抗体を用いてインク流路内でインクを加熱して気泡を発生させることによる圧力でインク滴を吐出させるいわゆるバブル型のもの、インク流路の壁面の少なくとも一部を形成する振動板とこれに対向する電極とを備え、静電力で振動板を変形変位させてインクを加圧する静電型のものなどを用いることができるが、ここでは、後述するように、静電型インクジェットヘッドを用いている。
【００２０】
インクカートリッジ１５は上方に大気と連通する大気口、下方には記録ヘッド１４の個々のインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。このインクカートリッジ１５からインクを記録ヘッド１４の各インクジェットヘッド内に供給する。
【００２１】
ここで、キャリッジ１３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド１２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１７で回転駆動される駆動プーリ１８と従動プーリ１９との間にタイミングベルト２０を張装し、このタイミングベルト２０をキャリッジ１３に固定しており、主走査モータ１７の正逆回転によりキャリッジ１３が往復駆動される。
【００２２】
一方、給紙カセット４にセットした用紙３を記録ヘッド１４の下方側に搬送するために、給紙カセット４から用紙３を分離給装する給紙ローラ２１及びフリクションパッド２２と、用紙３を案内するガイド部材２３と、給紙された用紙３を反転させて搬送する搬送ローラ２４と、この搬送ローラ２４の周面に押し付けられる搬送コロ２５及び搬送ローラ２４からの用紙３の送り出し角度を規定する先端コロ２６とを設けている。搬送ローラ２４は副走査モータ２７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００２３】
そして、キャリッジ１３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ２４から送り出された用紙３を記録記録ヘッド１４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材２９を設けている。この印写受け部材２９の用紙搬送方向下流側には、用紙３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ３１、拍車３２を設け、さらに用紙３を排紙トレイ６に送り出す排紙ローラ３３及び拍車３４と、排紙経路を形成するガイド部材３５，３６とを配設している。
【００２４】
記録時には、キャリッジ１３を移動させながら画像信号に応じて記録記録ヘッド１４を駆動することにより、停止している用紙３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙３を排紙する。
【００２５】
また、キャリッジ１３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、記録ヘッド１４の吐出不良を回復するための回復装置３７を配置している。回復装置３７は、キャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ１３は印字待機中にはこの回復装置３７側に移動されてキャッピング手段で記録ヘッド１４をキャッピングされ、吐出口部（ノズル孔）を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出する（パージする）ことにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【００２６】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で記録ヘッド１４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【００２７】
次に、このインクジェット記録装置のヘッド１４を構成するインクジェットヘッドについて図３乃至図５を参照して説明する。なお、図３は同インクジェットヘッドの分解斜視説明図、図４は同ヘッドの振動板長手方向に沿う断面説明図、図５は図４の要部拡大図、図６は同ヘッドの振動板短手方向に沿う要部拡大断面図、図７は同ヘッド１４の透過状態で示す要部平面説明図である。
【００２８】
ヘッドチップ４０は、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板、ＳＯＩ基板などのシリコン基板等を用いた第１部材である流路基板（流路形成部材）４１と、この流路基板４１の下側に設けたシリコン基板、パイレックスガラス基板、セラミックス基板等を用いた電極基板４２と、流路基板４１の上側に設けた第２部材であるノズル板４３とを備え、複数のインク滴を吐出するノズル４４、各ノズル４４が連通する液室である加圧室４６、各加圧室４６にインク供給路を兼ねた流体抵抗部４７を介して連通する共通液室流路４８などを形成している。
【００２９】
流路基板４１には液室４６及びこの液室４６の壁面である底部をなす振動板５０（第１の電極となる。）を形成する凹部を形成し、ノズル板４３には流体抵抗部４７を形成する溝を形成し、また流路基板４１と電極基板４２には共通液室流路４８を形成する貫通部を形成している。
【００３０】
ここで、流路基板４１は、例えば単結晶シリコン基板を用いた場合、予め振動板厚さにボロンを注入してエッチングストップ層となる高濃度ボロン層を形成し、電極基板４２と接合した後、液室４６となる凹部をＫＯＨ水溶液などのエッチング液を用いて異方性エッチングすることにより、このとき高濃度ボロン層がエッチングストップ層となって振動板５０が高精度に形成される。また、多結晶シリコン基板で振動板５０を形成する場合は、液室基板上に振動板となる多結晶シリコン薄膜を形成する方法、または、予め電極基板４２を犠牲材料で平坦化し、その上に多結晶シリコン薄膜を成膜した後、犠牲材料を除去することで形成できる。
【００３１】
なお、振動板５０に別途電極膜を形成してもよいが、上述したように不純物の拡散などによって振動板が電極を兼ねるようにしている。また、振動板５０の電極基板４２側の面に絶縁膜を形成することもできる。この絶縁膜としてはＳiＯ2等の酸化膜系絶縁膜、Ｓi3Ｎ4等の窒化膜系絶縁膜などを用いることができる。絶縁膜の成膜は、振動板表面を熱酸化して酸化膜を形成したり、成膜手法を用いたりすることができる。
【００３２】
また、電極基板４２には酸化膜層４２ａを形成し、この酸化膜層４２ａの部分に凹部５４を形成して、この凹部５４底面に振動板５０に対向する電極１５（第２の電極となる。）を設け、振動板５０と電極５５との間にギャップ５６を形成し、これらの振動板５０と電極５５とによって静電型アクチュエータ部を構成している。なお、電極５５表面にはＳiＯ２膜などの酸化膜系絶縁膜、Ｓi3Ｎ４膜などの窒化膜系絶縁膜からなる電極保護膜５７を成膜しているが、電極表面５５に電極保護膜５７を形成しないで、振動板５０側に絶縁膜を形成することもできる。
【００３３】
これらの流路基板４１と電極基板４２との接合は、接着剤による接合も可能であるが、より信頼性の高い物理的な接合、例えば電極基板４２がシリコンで形成される場合、酸化膜を介した直接接合法を用いることができる。この直接接合は１０００℃程度の高温化で実施する。また、電極基板４２がガラスの場合、陽極接合を行うことができる。電極基板４２をシリコンで形成して、陽極接合を行う場合には、電極基板４２と流路基板４１との間にパイレックスガラスを成膜し、この膜を介して陽極接合を行うこともできる。さらに、流路基板４１と電極基板４２にシリコン基板を使用して金等のバインダーを接合面に介在させた共晶接合で接合することもできる。
【００３４】
また、電極基板４２の電極５５としては、通常半導体素子の形成プロセスで一般的に用いられるＡｌ、Ｃｒ、Ｎｉ等の金属材料や、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ等の高融点金属、または不純物により低抵抗化した多結晶シリコン材料などを用いることができる。電極基板４２をシリコンウエハで形成する場合には、電極基板４２と電極５５との間には絶縁層（上述した酸化膜層４２ａ）を形成する必要がある。電極基板４２にガラス基板、セラミック基板等の絶縁性材料を用いる場合には電極５５との間に絶縁層を形成する必要はない。
【００３５】
また、電極基板４２にシリコン基板を用いる場合、電極５５としては、不純物拡散領域を用いることができる。この場合、拡散に用いる不純物は基板シリコンの導電型と反対の導電型を示す不純物を用い、拡散領域周辺にｐｎ接合を形成し、電極５５と電極基板４２とを電気的に絶縁する。
【００３６】
ノズル板４３には、多数のノズル４４を形成するとともに、共通液室流路４７と液室４６を連通するための流体抵抗部４７を形成する溝部を形成している。ここでは、このノズル板４３はＮｉ電鋳工法で製作しているが、この他、例えば、ＳＵＳ、或いは樹脂と金属層の複層構造のものなども用いることができる。このノズル板４３は流路基板４１に後述するように接着剤で接合する。
【００３７】
なお、ノズル板４３と流路基板４１との液室位置合わせを行うために、仮接合用の紫外線硬化型接着剤か瞬間接着剤を流路基板４１の角に塗布して仮接合を行った後、本接合用の接着剤を加熱硬化する。この本接合用の接着剤としては、後述するように接合面に窒化チタン膜を成膜しているので、常温〜１００℃の低温での硬化が可能なるもので十分である。
【００３８】
そして、ヘッドチップ４０の電極５５は外部に延設して接続部（電極パッド部）５５ａとし、これにヘッド駆動回路であるドライバＩＣ６０をワイヤボンドによって搭載したＦＰＣケーブル６１を異方性導電膜などを介して接続している。このとき、電極基板４２とノズル板４３との間（ギャップ５６入口）は図４に示すようにエポキシ樹脂等の接着剤を用いたギャップ封止剤６２にて気密封止し、ギャップ５６内に湿気が侵入して振動板５０が変位しなくなるのを防止している。
【００３９】
さらに、ヘッドチップ全体をフレーム部材６５上に接着剤で接合している。このフレーム部材６５にはヘッドチップ４０の共通液室流路４８に外部からインクを供給するためのインク供給穴６６を形成しており、またＦＰＣケーブル６１等はフレーム部材６５に形成した穴部６７に収納される。
【００４０】
このフレーム部材６５とノズル板４３との間は図４に示すようにエポキシ樹脂等の接着剤を用いたギャップ封止剤６８にて封止し、撥水性を有するノズル板４３表面のインクが電極基板４２やＦＰＣケーブル６１等に回り込むことを防止している。
【００４１】
そして、このヘッド１４のフレーム部材６５にはインクカートリッジ１５とのジョイント部材７０が連結されて、フレーム部材６５に熱融着したフィルタ７１を介してインクカートリッジ１５からインク供給穴６６を通じて共通液室流路４８にインクが供給される。
【００４２】
このインクジェットヘッドにおいては、振動板５０を共通電極とし、電極５５を個別電極として、振動板５０と電極５５との間に駆動電圧を印加することによって、振動板５０と電極５５との間に発生する静電力によって振動板５０が電極５５側に変形変位し、この状態から振動板５０と電極５５間の電荷を放電させることによって振動板５０が復帰変形して、液室４６の内容積（体積）及び圧力が変化することによって、ノズル４４からインク滴が吐出される。
【００４３】
すなわち、個別電極とする電極５５にパルス電圧を印加すると、共通電極となる振動板５０との間に電位差が生じて、個別電極５５と振動板５０の間に静電力が生じる。この結果、振動板５０は印加した電圧の大きさに応じて変位する。その後、印加したパルス電圧を立ち下げることで、振動板５０の変位が復元して、その復元力により液室４６内の圧力が高くなり、ノズル４４からインク滴が吐出される。
【００４４】
そこで、このインクジェット記録装置におけるインクジェットヘッドの内のヘッドチップ４０とフレーム６５の接合、流路基板４１とノズル板４３の接合の詳細について図７以降をも参照して説明する。なお、以下の説明では、流体抵抗部４７はノズル板４３の溝部と流路基板４１とで画成されるものであるが、便宜上、ノズル板４３の溝部を流体抵抗部４７と称する。
【００４５】
先ず、ノズル板４３を電鋳で製作する場合の製造工程の一例について図７を参照して説明する。まず、同図（ａ）に示すように、ガラス基板面に導電膜を形成した、或いは導体基板等からなる電鋳支持基板８１上に、１層目のドライフィルムレジスト（或いは厚膜レジスト）８２を成膜した後、パターン露光を行って同図（ｂ）に示すように流体抵抗部４７に対応する部分に露光部８３を形成する。
【００４６】
次いで、同図（ｃ）に示すように、２層目のドライフィルムレジスト（或いは厚膜レジスト）８４を成膜した後、パターン露光を行って同図（ｄ）に示すように１層目及び２層目のドライフィルムレジスト８２，８４を通じてノズル孔４４に対応する部分に露光部８５を形成する。その後、同図（ｅ）に示すように現像を行って未露光部分を除去して露光部８３，８５を残す。
【００４７】
そして、Ｎｉ電鋳を行って、同図（ｆ）に示すように電鋳支持基板８１上に電鋳めっき膜８６を成膜した後、電鋳めっき８６を電鋳支持基板８１から剥離し、露光部８３、８５を除去することによって、同図（ｇ）に示すようにノズル孔４４及び流体抵抗部４７を有するノズル板４３を得る。
【００４８】
次に、ノズル板４３を電鋳で製作する場合の製造工程の他の例について図８を参照して説明する。まず、同図（ａ）に示すように、ガラス基板面に導電膜を形成した、或いは導体基板等からなる電鋳支持基板９１上に、ノズル孔４４に対応する位置にレジストパターン９２を成膜した後、同図（ｂ）に示すように、Ｎｉ電鋳を行って電鋳めっき膜９３を成膜する。
【００４９】
次いで、同図（ｃ）に示すように、電鋳めっき膜９３上にノズル孔４４に対応する位置及び流体抵抗部４７に対応する位置にドライフィルムレジスト（或いは厚膜レジスト）のレジストパターン９４、９５を形成した後、再度Ｎｉ電鋳を行って電鋳めっき膜９３上にめっき膜を重ねて、同図（ｄ）に示すようにノズル板４３の厚みを有する電鋳めっき膜９６を形成する。
【００５０】
そして、同図（ｅ）に示すように電鋳支持基板９１から剥離した後、レジストパターン９２、９４、９５を剥離して、同図（ｆ）に示すように、ノズル孔４４及び流体抵抗部４７を有するノズル板４３を得る。
【００５１】
次に、第１部材であるヘッドチップ（以下「液室部材」という。）４０と第２部材であるフレーム６５との接着剤接合についてその接着工程とともに図９を参照して説明する。
フレーム６５と液室部材４０の接合には一般的に樹脂接着剤を用いる。樹脂接着剤は、簡便に使用でき、かつエポキシ樹脂などの耐インク性の高い材料を選定することで、材料としての高い信頼性も得ることができる。しかしながら、インクにはアルコール系の溶剤成分が含まれることが一般的であり、このため樹脂接着剤と金属等の接合界面に、長期の浸漬によってインクが侵入し、界面剥離を引き起こし、接合としての信頼性を大きく低下させることが確認されている。
【００５２】
そこで、図５（ａ）に示すようなフレーム６５と液室部材４０とを接合する場合に、同図（ｂ）に示すようにフレーム６５の接合面及び液室部材４０の接合面（電極基板４２の裏面）に窒化チタン膜１０１、１０１を形成する。そして、同図（ｃ）に示すように例えばフレーム６５の接合面（正確には窒化チタン膜６５の表面に接着剤１０２を塗布し、同図（ｄ）に示すようにフレーム６５と液室部材４０とを位置あわせして重ね合わせ、接着剤１０２を硬化させて同図（ｅ）に示すようにフレーム６５と液室部材４０とを接合する。
【００５３】
このように２つの接合部材の一方もしくは両方の接合面に図５のような窒化チタン膜を形成して接着剤接合することにより、インク浸漬に対する接着剤−接合部材間界面の接合強度劣化が改善され、剛体同士の薄層接合が可能になり、噴射特性バラツキが少なく、かつ信頼性も高いヘッドを実現できる。
【００５４】
窒化チタンは液状樹脂材料に対しぬれ性が高く、均一な塗布が可能な上に、硬化後の接合界面強度もインク浸漬での劣化がほとんど認められない。また、シリコンや一般の金属に対しても被着性が高く、窒化チタン膜を一層形成することでインクへの浸漬接合強度が大きくなり、接合信頼性が向上する。
【００５５】
本発明者は、次のような実験を行ってシリコン同士の接合強度を評価したところ、シリコン同士ではインク浸漬により３０％程度の強度低下が見られたが、窒化チタン膜を形成したものでは２％程度の低下しか認められなかった。
【００５６】
この実験条件は以下のとおりである。
浸漬ビヒクル(染料無しインク)組成
エチレングリコール                  １０重量％
グリセリン                            ５重量％
２−ピロリドン                        ２重量％
２−エチル１，３−ヘキサンジオール    ２重量％
アニオン系界面活性剤                  １重量％
水                                  ８０重量％
浸漬条件          ５０℃加温  ２５０時間
接着剤            常温エポキシ接着剤  ＤＰ４６０（住友３Ｍ：商品名）
窒化チタン膜      ＴｉＮターゲット  スパッタ膜  ２０００Å
測定              引っ張り強度測定    接合面積  約１ｃｍ2
【００５７】
ここで、液室部材４０について説明すると、前述したように液室部材４０を構成する流路基板４１及び電極基板４２はシリコン基板で形成している。シリコン基板を用いることで、液室などのインク流路や電極形成用溝など微細な加工を高精度に行うことができるうえ、シリコンに対する窒化チタン膜の製膜は一般的な半導体製造工程で実施することができるので、量産性も高く、低コスト化を図れる。
【００５８】
また、窒化チタン膜１０１はスパッタにより形成することが好ましい。スパッタには、ターゲットとして窒化チタンを用いる場合と、チタンを用いて窒素雰囲気中で製膜する場合があるが、いずれでも良い。窒化チタンの製膜は、半導体の製造工程では一般的であり、バッチ処理に向いており、量産性が高く、ヘッドの低コスト化を図れる。また、窒化チタン膜１０１の膜厚は、接合強度と量産性のバランスから３００〜３０００Å程度にすることが好ましい。
【００５９】
このように窒化チタン膜を接合面に形成して接着剤接合を行うことによって、接合する２つの部材の線熱膨張係数が大きく異なり、かつどちらもヤング率の高い剛体同士を加熱接合した場合であっても、残留応力が低減して接合界面の剥離も防止することができる。
【００６０】
これを図１０を参照して説明すると、線熱膨張係数が大きく異なり、かつどちらもヤング率の高い剛体同士であるフレーム１０５と液室部材１０６とを接合する場合、同図（ａ）に示すようにフレーム１０５の接合面に窒化チタン膜を成膜しないでそのまま接着剤１０７を塗布し、同図（ｂ）に示すように位置合わせをして、接着剤１０７を硬化させるために加熱すると、同図（ｃ）に示すようにフレーム１０５と液室部材１０６にのびが生じた状態で同図（ｄ）に示すように接着剤１０７が硬化し、その後、常温まで降温すると、線熱膨張係数の値がフレーム＞液室部材である場合、同図（ｅ）に示すように反りが発生し、同図（ｈ）に示すように端部に応力が集中して接合界面からの剥離が発生し易くなる。
【００６１】
この対応策として常温に近い温度で硬化できる接着剤（２液エポキシ接着剤など）を使用することにより、この応力集中は回避することは可能であるが、このような常温硬化型の接着剤は一般的に加熱硬化型の接着剤に比べ、インクなどの溶剤を含む水溶液に対して金属やシリコンとの接合界面にインクが浸透しやすい傾向がある。
【００６２】
そこで、窒化チタン膜を形成することによって、このような両部材の接合に対してより大きな効果をもたらし、剛体同士の常温接合が可能になって、残留応力の少ないヘッドを実現することができる。
【００６３】
例えば、液室部材４０を上述したようにシリコンで形成し、フレーム部材６５をステンレスなどで形成した場合、シリコンの線熱膨張係数は、約０．３３＊１０-5／℃であり、ステンレスの線熱膨張係数は１．７＊１０-5／℃で、約５倍異なる。このような２つの部材を、一般的な接着剤の接合温度１２５℃（常温＋１００℃）で接合すると、仮に、ヘッド長を４０ｍｍと設定するならば、約５５μｍののび量の差が生じる。これは残留応力に換算すると、極めて大きく、剥離もしくはヘッド破損の原因となる。これに対して、上述したように窒化チタン膜１０１を成膜して接合することで、常温に近い温度での接合が可能になり、残留応力の少ないヘッドが得られる。
【００６５】
次に、第１部材であるノズル板４３と第２部材である液室部材４０の接着剤接合について図１１以降をも参照して説明する。
ここでも、図１１に示すように、ノズル板４３の接合面及び液室部材４０の流路基板４１の接合面に窒化チタン膜１０１を成膜し、この窒化チタン膜１０１を介してノズル板４３と流路基板４１とを接着剤１０２で接合している。
【００６６】
ノズル板４３と液室部材（流路基板４１）は張り合わせによって液室４６を形成することから、両部材は剛性の高い部材を利用することが必須になる。すなわち、ここに柔らかい部材を使用することは、液室４６内の圧力損失を生じさせ、噴射効率を著しく低下させることになる。したがって、ノズル板４３と流路基板４１の接合は必ず剛体同士の薄膜樹脂接着となり、接着部に残留応力が残りやすく、剥離の原因となりやすい。また、ノズル板４３と流路基板４１は双方ともインク流路の微細加工がされており、その接合領域も数十μｍと極めて微細な幅となる。しかもこの部位はインクに直接接触するため、浸漬接合強度に対しては最も厳しい部位となる。
【００６７】
そこで、上述したように、ノズル板４３の接合面及び流路基板４１の接合面に窒化チタン膜１０１を成膜して接着剤１０２で接合することによって、接着剤と部材との接合強度が向上して、インク浸漬によって接合界面にインクが侵入することがなく、接合信頼性が向上して、安定したインク滴噴射特性が得られる。
【００６８】
例えば、ノズル板４３をニッケル、液室部材４０をシリコン基板で形成した場合、シリコンの線熱膨張係数は約０．３３＊１０-5／℃であり、ニッケルの線熱膨張係数は１／３＊１０-5／℃で、約４倍異なる。このような２つの部材を、一般的な接着剤の接合温度１２５℃（常温＋１００℃）で接合すると、仮にヘッド長を４０ｍｍと設定するならば、約３９μｍののび量の差が生じる。これは残留応力に換算すると、極めて大きく、剥離もしくはヘッド破損の原因となる。これに対して、上述したように窒化チタン膜１０１を成膜して接合することで、常温に近い温度での接合が可能になり、残留応力の少ないヘッドが得られる。
【００６９】
また、ここで、ノズル板４３をニッケルとすることは、前述したような工法で、安定してノズル板を生産することができ、量産性の高いヘッド形成に有利であり、また液室４６などのインク流路をシリコンで形成することも微細パターン形成性に優れ、有効である。
【００７０】
さらに、図１２に示すように、ノズル板４３及び流路基板４１並びに電極基板４２の接液面の略全面を覆うように窒化チタン膜１０１を成膜することで、窒化チタン膜形成時にマスク等を必要とせず、スパッタ等で容易に窒化チタン膜１０１を形成でき、極めて生産性が向上して、ヘッドの低コスト化を図れる。加えて、窒化チタン膜１０１は耐インク性にも優れており、インクに触れる面をすべて窒化チタン膜１０１とすることで、シリコンや金属の溶出を防ぐことができ、インク種に左右されないヘッドが得られる。
【００７１】
特に、振動板５０は膜厚が２〜３μｍと極めて薄く、溶出による膜減りはインクの噴射特性に大きな影響を与える。また、膜減りの程度がひどくなると、振動板５０にピンホールができ、インクリークによるショートが発生し、ヘッド自体を破壊する可能性もある。そこで、窒化チタン膜１０１を接液面の全面に形成することで、この膜が耐インク層となり、ヘッドの信頼性を大きく向上することができる。
【００７２】
上述したようにノズル板４３と流路基板４１とを窒化チタン膜１０１を介して接着剤１０２で接合することは、特に静電型インクジェットヘッドの場合により効果的である。
【００７３】
すなわち、前述したように液室の剛性を上げるため、剛体のノズル板と液室部材を用いて、図１３（ａ）に示すように接着剤１０２のみで加熱接合にて貼り合わせるとヘッド全体にそりを発生させる。このそりは、前述したようにノズルプ板４３と液室部材４０（流路基板４１）の接合面の剥離の原因となる。
【００７４】
このとき、静電型以外のインクジェットヘッドであれば、ノズル板４３にたとえ応力が残っていても、決して剥がれさえしなければ、使用することは可能であり、実際には極めて困難ではあるが、同図（ａ）のような状態で半永久的に保つことができればそれはさほど大きな問題とはならない。
【００７５】
これに対して、静電型インクジェットヘッドでは、同図（ｂ）に示すように電極基板４２と流路基板４１の接合がパターン形成された面の直接接合や陽極接合といった比較的強度の低い接合法でしか行えないため、ノズル板４３の接合部を強固に形成しても、残留応力が電極基板４２と流路基板４１の接合面に集中して、接合界面からの剥離を発生させてしまうことになる。そのため、ノズル板と流路基板との接合部の強度をいかに上げようとも、残留応力自体をかなり抑えなければ、結局信頼性の高いヘッドを得ることが困難となる。
【００７６】
そこで、図１１に示すように常温での残留応力の少ない接合を実現することで、静電型インクジェットヘッドの信頼性が極めて向上する。
【００７７】
上述したようなインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置においては、残留応力が低減して接合信頼性が向上し、インク滴吐出特性のバラツキが少なくなって安定したインク滴吐出を行うことができ、高品質画像を記録することができる。
【００７８】
なお、上記各実施形態においては、静電型インクジェットヘッドの振動板と電極の平面形状を矩形とした例で説明したが、平面形状を台形、三角形とすることもできる。また、上記各実施形態ではインクジェットヘッドは振動板と液室とを流路基板として同一部材から形成しているが、振動板と液室形成部材とを別部材で形成して接合することもできる。
【００７９】
また、本発明を適用する液滴吐出ヘッドは流路基板中に形成したノズル、液室、流体抵抗部、共通流路液室の形状、配置、形成方法は適切に変更することができる。例えば、上記実施形態においては、ノズルは振動板の変位方向にインク滴が吐出するように形成したサイドシュータ方式のヘッドであるが、ノズルを振動板の変位方向と交差する方向にインク滴が吐出するように形成したエッジシュータ方式のヘッドでもよい。
【００８０】
さらに、上記各実施形態においては、インクジェットヘッドが静電型インクジェットヘッドである例で説明しているが、圧電素子を用いたピエゾ型インクジェットヘッド、或いは発熱抵抗体を用いたバブル型インクジェットヘッドなど、その他の方式のインクジェットにも適用することができる。なお、インク滴を吐出するものに限らず、液体レジストなどの液滴を吐出する液滴吐出ヘッドにも本発明を適用することができる。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るインクジェットヘッドによれば、液室部材は、ノズル板と接合する面にのみ窒化チタン膜が形成され、接着剤を介してノズル板と液室部材の窒化チタン膜とが接合されている構成としたので、接着剤と部材の接合性が向上し、インク浸漬によってこの界面にインクが侵入することもなく、信頼性が向上する。
【００８２】
ここで、窒化チタン膜がスパッタにて形成されていることで、バッチ処理が可能で量産性に優れ、信頼性の高いヘッドを低コストで得られる。
【００８４】
この場合、窒化チタン膜がノズル板及び液室部材の少なくともいずれか一方の全面を覆うように形成されていることで、マスクを用いずにスパッタ等で容易に膜形成でき、高い量産性が可能となり、また、窒化チタン膜の耐インク性によって液室全体をインクから保護し、振動板等へのインクによるダメ−ジを防ぎ、信頼性をより高めることができる。
【００８７】
また、接合される２つの部材の材質が、一方はニッケルであり、他方はシリコンであるものとすることで、２つの部材ともに窒化チタン膜との密着性が高く、高い信頼性が得られるとともに、どちらも電鋳、異方性エッチング等で微細加工を容易に形成でき、量産性が向上する。
【００８８】
さらに、上記本発明に係るインクジェットヘッドによれば、液室の壁面を形成する振動板と、この振動板に対向する電極とを有するヘッド内残留応力に対してより弱い静電型ヘッドであっても、部材表面に窒化チタン膜を形成することにより、残留応力の少ない常温近傍での接合が可能となり、接着剤と部材の接合性が良く、インク浸漬によってこの界面にインクが侵入することもない、高い信頼性が得られる。
【００８９】
本発明に係るインクジェット記録装置によれば、インク滴を吐出させるインクジェットヘッドとして本発明に係るインクジェットヘッドを搭載したので、インク滴吐出特性のバラツキが少なく、画像品質が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインクジェット記録装置の機構部の概略斜視説明図
【図２】同機構部の側面説明図
【図３】同記録装置のヘッドの分解斜視説明図
【図４】同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図５】図４の要部拡大説明図
【図６】同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図
【図７】ノズル板の製造工程の一例を説明する説明図
【図８】ノズル板の製造工程の他の例を説明する説明図
【図９】ヘッドチップとフレームとの接着剤接合を接合工程とともに説明する説明図
【図１０】本発明との比較例の接着剤接合を接合工程とともに説明する説明図
【図１１】ノズル板とヘッドチップとの接着剤接合を説明する要部拡大説明図
【図１２】ノズル板とヘッドチップとの接着剤接合の他の例を説明する要部拡大説明図
【図１３】本発明との比較例の接着剤接合を説明する説明図
【符号の説明】
１３…キャリッジ、１４…ヘッド、２４…搬送ローラ、３３…排紙ローラ、４０…インクジェットヘッド、４１…流路基板、４２…電極基板、４３…ノズル板、４４…ノズル、４６…液室、４７…流体抵抗部、４８…共通流路液室、５０…振動板、５５…電極、１０１…窒化チタン膜、１０２…接着剤。
【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】
0004408582.tif 000008
【図８】
0004408582.tif 000009
【図９】
0004408582.tif 000010
【図１０】
0004408582.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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