JP2002254638A

JP2002254638A - インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置

Info

Publication number: JP2002254638A
Application number: JP2001060339A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Tsunoda; 慎一角田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-03-05
Filing date: 2001-03-05
Publication date: 2002-09-11
Anticipated expiration: 2021-03-05
Also published as: JP4408582B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】インク滴を吐出するノズルを有するノズル板
と、ノズルが連通する液室と、液室内のインクを加圧す
る圧力発生手段とを備えて、圧力発生手段を駆動して液
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
インクジェットヘッドにおいて、液室を形成する流路基
板とノズル板の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
置の提供。【解決手段】流路基板４１の接合面とノズル板４３の
接合面に窒化チタン膜１０１を成膜し、接着剤１０２を
介して接合した。

Description

【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２−５
１７３４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、接着剤接合
される２つの部材の少なくとも一方の部材の接合面に窒
化チタン膜が形成されている構成としたものである。

【００１２】ここで、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が好ましい。また、窒化
チタン膜がスパッタにて形成されていることが好まし
い。さらに、接合される２つの部材をノズル板と液室の
形成された液室部材とすることができる。この場合、窒
化チタン膜が前記ノズル板及び／又は液室部材の全面を
覆うように形成されていることが好ましい。

【００１３】また、接合される２つの部材が互いに線熱
膨張係数の大きく異なる剛体であるものとすることがで
きる。この場合、接合される２つの部材の熱線膨張係数
をそれぞれＡ，Ｂとした時に、Ａ，Ｂの関係がＡ／Ｂ＜
１／２ないし２＜Ａ／Ｂで表されることが好ましい。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。

【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１
３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１
２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１
７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（登録商標）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４
６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、Ｓ
i₃Ｎ₄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ＳiＯ_２膜などの酸化膜
系絶縁膜、Ｓi₃Ｎ_４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Ａ
ｌ、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６
１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６
５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）／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４
４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８
２，８４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９
１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４
３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、９
４、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、１
０１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４
１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３００〜３０００
Å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１
０７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１０
７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＋１０
０℃）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。

【００６４】なお、線熱膨張係数の差が２倍以下であれ
ば、加熱接合をしても残留応力はそれほど大きくはなら
ない。したがって、２つの部材の線熱膨張係数Ａ，Ｂの
関係がＡ／Ｂ＜１／２或いは２＜Ａ／Ｂで表されるとき
に、本発明を適用することで、残留応力による剥離を有
効に低減することができる。

【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４
６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４
１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１
２５℃（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４
３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４
１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、剛体のノズルプ板と液室部材を用いて、図１
３（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、接着剤接合される２つの部
材の少なくとも一方の部材の接合面に窒化チタン膜が形
成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、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で、微細加工が可能で、
窒化チタン膜とも密着性が強固で、量産性に優れ、高い
集積度と信頼性が得られる。また、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。

【００８３】さらに、接合される２つの部材をノズル板
と液室の形成された液室部材とすることで、液室の剛性
を高くすることができて、噴射効率が高く、かつ信頼性
も向上し、更に、窒化チタン膜で界面接合強度が向上し
て耐インク性が向上して信頼性が高くなる。

【００８４】この場合、窒化チタン膜がノズル板及び／
又は液室部材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。

【００８５】また、接合される２つの部材が互いに線熱
膨張係数の大きく異なる剛体であるものとすることで、
残留応力の少ない常温近傍での接合を行うことができ、
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く、高い信頼性が得ら
れる。

【００８６】この場合、接合される２つの部材の熱線膨
張係数をそれぞれＡ，Ｂとした時に、Ａ，Ｂの関係がＡ
／Ｂ＜１／２ないし２＜Ａ／Ｂで表される場合であって
も、残留応力の少ない常温近傍での接合を行うことがで
き、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く、高い信頼性が
得られる。

【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。

Claims

【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つの部材を有する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接
合面に窒化チタン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】請求項１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、前記接合される２つの部材
がノズル板と液室の形成された液室部材であることを特
徴とするインクジェットヘッド。
【請求項５】請求項４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前記ノズル板及び／又は
液室部材の全面を覆うように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、前記接合される２つの部材
が互いに線熱膨張係数の大きく異なる剛体であることを
特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項７】請求前６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つの部材の熱線膨張係数を
それぞれＡ，Ｂとした時に、Ａ，Ｂの関係がＡ／Ｂ＜１
／２ないし２＜Ａ／Ｂで表され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６又は７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９】請求項１乃至８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１０】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９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。