JP2003112427A - 液滴吐出ヘッド及びその製造方法、インクジェット記録装置、インクカートリッジ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インク溶出防止によるノズルの目詰まりなど
が生じる。 【解決手段】 液室基板１の表面に、表面に微細な凹凸
を有する面２１を形成した有機樹脂膜１１を成膜した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液滴吐出ヘッド及びその
製造方法、インクジェット記録装置、インクカートリッ
ジに関する。

【０００２】

【従来の技術】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（インク流路、吐出室、
圧力室、加圧液室等とも称される。）と、この液室内の
インクを加圧する駆動手段とを備えた液滴吐出ヘッドと
してのインクジェットヘッドを搭載したものである。な
お、液滴吐出ヘッドとしては例えば液体レジストを液滴
として吐出する液滴吐出ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴と
して吐出する液滴吐出ヘッドなどもあるが、以下ではイ
ンクジェットヘッドを中心に説明する。

【０００３】インクジェットヘッドとしては、インク流
路内のインクを加圧するエネルギーを発生するエネルギ
ー発生手段として、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
（特開平２−５１７３４号公報参照）、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（特開昭６１−５９９１１号公報参
照）、インク流路の壁面を形成する振動板と電極とを対
向配置し、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、インク流路内容積を変
化させてインク滴を吐出させる静電型のもの（特開平６
−７１８８２号公報参照）などが知られている。

【０００４】ところで、インクジェット記録装置におい
ては、高速での特にカラー画像の高画質記録を達成する
ため、高画質化の面ではマイクロマシン技術を用いた高
密度加工が用いられ、ヘッド構成部材の材料も、金属、
プラスチックなどからシリコン、ガラス、セラミックス
などに移行し、特に微細加工に適した材料としてシリコ
ンが用いられようになっている。

【０００５】また、カラー化の面では、インク及び記録
メディア（媒体）の開発が主であり、記録メディアにイ
ンクが付着した時の浸透性や発色性、混色防止性などの
面からの最適化や、印字したメディアの長期保存性、イ
ンク自身の保存性などを高めるために、インクの成分、
組成についても開発が進められている。

【０００６】この場合、インクとヘッド構成部材の材料
の組み合わせによっては、インクによってヘッド構成部
材がインクに溶解してしまうことがある。特に、流路形
成部材をシリコンで形成した場合に、インクにシリコン
が溶出して、ノズル部に析出し、ノズルの目詰まりが発
生したり、インクの発色性を低下させて画質が劣化す
る。特に、振動板を用いるヘッドにあっては、シリコン
薄膜振動板としたときにも同様に振動板を形成するシリ
コンが溶出すると、振動特性が変動したり、振動不能に
なる。

【０００７】この場合、ヘッド構成部材の材料の変更で
対応したのでは、高密度加工の実現が困難になったり、
加工精度の低下なども発生することが多い。また、材料
の変更は、加工プロセスの大幅な変更や、組立て工程の
工夫が必要になったりする結果、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。

【０００８】一方、インク組成の調整で対応するので
は、もともとインクの成分、組成は印字品質を高めるた
めに記録メディアに対する浸透性、発色性が最適になる
ように、あるいは保存性が良くなるように調整している
ので、成分の変更調整は高画質化を損うことになりかね
ない。

【０００９】そこで、従来のインクジェットヘッドにあ
っては、流路形成部材のインクに接する面に耐インク性
の薄膜を形成することが行われている。例えば、ＷＯ９
８／４２５１３号公報にはインクに接する面に、チタン
又は、チタン化合物あるいは、酸化アルミニウムを形成
することが、特開平５―２２９１１８号公報にはインク
に接する面に酸化物膜を形成すること、特開平１０−２
９１３２２号公報には酸化シリコン膜の表面に耐インク
性を有する酸化物、窒化物、金属等の薄膜を形成するこ
とが開示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のインクジェットヘッドにあっては、無機系の耐
インク性膜はインクのｐＨによって電気化学的に溶解し
やすい領域があり、インクに対する要求が厳しくなりや
すい。具体的には、例えばシリコン酸化膜では、ｐＨ＞
９のインクに対して溶解してしまうが、一般的に発色性
の良いインクのｐＨは１０〜１１程度のアルカリ性であ
る場合が多く、このため、耐インク性を確保するために
は膜厚をかなり厚くしなければならず、無機系の膜を厚
く付けることは、プロセス面でも困難が伴うことが多い
うえ、内部応力が発生して流路形成部材の変形を招くと
いう課題が生じる。

【００１１】また、耐インク性膜を成膜する場合、スパ
ッタ法や蒸着法が用いられているが、このとき薄膜を形
成するための粒子は方向性を持っているために流路の構
造に起因する影の部分が発生して薄膜が部分的に薄くな
ったり、或いは全く形成されなかったりして、すべての
面を完全に薄膜で被覆することが困難であるという課題
がある。

【００１２】そこで、本発明者らは耐液性膜としてポリ
イミド樹脂、ポリベンゾオキサゾール樹脂の使用を検討
しているが、このような耐液性膜であっても、液状の樹
脂を塗布するため、塗布面が表面張力で丸まったり、角
部分の膜厚が薄くなったりして、液室を形成する液室基
板上にノズルを有するノズル板或いは単なる蓋部材を接
合する際に、隙間が生じたり、接合面積が不足し十分な
接合強度が得られなかったりするという課題が生じるこ
とを見出した。

【００１３】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、特に接合信頼性が高く、且つ耐腐食性を有する
信頼性の高い液滴吐出ヘッド及びその製造方法、並びに
その液滴吐出ヘッドを搭載したインクジェット記録装置
並びにその液滴吐出ヘッドを一体化したインクカートリ
ッジを提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液室基板の表面
に、表面に微細な凹凸を持った耐液性の有機樹脂薄膜が
形成されている構成としたものである。

【００１５】ここで、有機樹脂薄膜がポリイミド樹脂又
はポリベンゾオキサゾール樹脂であることが好ましい。
また、有機樹脂薄膜がスプレー塗布によって製膜されて
いることが好ましい。

【００１６】さらに、有機樹脂薄膜が窒化チタン膜上に
形成されていることが好ましい。或いは、液室基板の表
面がグラインダー仕上げの粗面になっていることが好ま
しい。これらの場合、有機樹脂薄膜の下地面の表面粗さ
が、Ｒｍａｘ値で１ｎｍ以上１μｍ以下であることが好
ましい。

【００１７】本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法
は、有機樹脂膜をスプレー塗布によって成膜する場合
に、有機樹脂薄膜となる樹脂を沸点１００℃以下の溶媒
によって希釈し、被塗布基板となる液室基板を加熱する
構成としたものである。

【００１８】本発明に係るインクジェット記録装置は、
インク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドである
インクジェットヘッドを搭載したものである。

【００１９】本発明に係るインクカートリッジは、イン
ク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドであるイン
クジェットヘッドとこのインクジェットヘッドにインク
を供給するインクタンクを一体化したものである。

【００２０】

【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。本発明の液滴吐出ヘッドの第
１実施形態に係るインクジェットヘッドについて図１乃
至図４を参照して説明する。なお、図１は同ヘッドの分
解斜視説明図、図２は同ヘッドの液室長手方向に沿う断
面説明図、図３は同ヘッドの液室短手方向に沿う断面説
明図、図４は同ヘッドの液室部分の要部拡大断面説明図
である。

【００２１】このインクジェットヘッドは、液室基板で
ある第１基板１と、この第１基板１の下側に設けた電極
基板である第２基板２と、第１基板１の上側に設けた第
３基板でもあるノズル板３とを備え、これらによりイン
ク滴を吐出する複数のノズル４が連通する液流路である
加圧液室６、加圧液室６に流体抵抗部７を介してインク
を供給する共通液室８などを形成している。

【００２２】第１基板１には加圧液室６及び加圧液室６
の壁面である底面を形成する振動板１０を形成する凹
部、流体抵抗部７となる溝部、共通液室８を形成する凹
部などを設けている。

【００２３】この第１基板１は、例えば結晶面方位（１
１０）の単結晶シリコン基板に高濃度Ｐ型不純物、例え
ば高濃度のボロン（５×１０¹⁹／ｃｍ^３）を拡散したボ
ロン拡散層を形成し、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で、ボロン拡散層が
エッチングストップ層として機能してエッチストップす
るので、ボロン拡散層による高精度厚みの振動板１０を
形成したものである。

【００２４】また、例えば、シリコン基板を酸化膜を介
して接合したＳＯＩ基板を用いて形成することができ
る。この場合も、加圧液室６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、酸化膜層をエッチストップ層として振動板１０
を形成できる。

【００２５】そして、図４に示すように、この第１基板
１の加圧液室６の壁面を形成する振動板１０の液室側表
面を含めて有機樹脂薄膜１１を成膜している。この場
合、第１基板１の表面に形成した有機樹脂薄膜１１のう
ち、振動板１０表面の領域１１ａの膜厚及びノズル板３
との接合面の領域１１ｂの膜厚よりも各加圧液室６の隔
壁１３の壁面の領域１１ｃの膜厚を薄く形成している。

【００２６】このような膜厚の有機樹脂薄膜１１は、有
機樹脂をスプレー塗布工法で成膜することによって得ら
れ、このとき振動板１０と隔壁１３との角部の膜厚は振
動板１０表面の領域１１ａの膜厚よりも厚くなる。な
お、図５に示すように、第１基板１の表面に略均一な膜
厚の有機樹脂薄膜１１を形成することもできる。

【００２７】ここで、この有機樹脂薄膜１１の表面のう
ち、液室基板である第１基板１とノズル板３との接合面
に形成した領域１１ｂの表面は微細な凹凸を有する面２
１としている。なお、成膜方法によっては、図４に示す
ように、有機樹脂薄膜１１の振動板１０表面の領域１１
ａの表面も微細な凹凸を有する面となる。

【００２８】この第１基板１には振動板１０に外部から
電圧を印加するＦＰＣやワイヤーボンディング等の実装
を行うための振動板電極パッド１５を形成している。こ
の振動板電極パッド１５としては、Ａu、Ａl、Ｐt、Ｔi
Ｎ、Ｎi等の金属を用いることができる。

【００２９】第２基板２には結晶面方位（１００）或い
は（１１０）の単結晶シリコン基板を用いているが、単
結晶シリコン基板以外にパイレックス（登録商標）ガラ
ス等のガラス基板、セラミックス基板などをも用いるこ
とができる。

【００３０】そして、この第２基板２にはＨＴＯ、ＬＴ
Ｏ、熱酸化法、ＣＶＤ法、スパッタ法等により絶縁膜２
２を形成し、この絶縁膜２２をフォトリソグラフィ、エ
ッチングにより加工して電極形成用溝２４を形成し、こ
の電極形成用溝２４の底面に振動板１０にギャップ２６
をおいて対向する駆動電極２５を形成し、これらの振動
板１０と対向する駆動電極２５とによって振動板１０を
静電力で変形させるマイクロアクチュエータを構成して
いる。

【００３１】なお、絶縁膜２２の膜厚はインクジェット
ヘッド駆動電圧等の動作特性を左右する設計パラメータ
であるので、インクジェットヘッドの動作仕様に応じて
適切に選択される。この絶縁膜２２の電極形成用溝２４
以外の部分はギャップ２６を規定するギャップスペーサ
部となる。

【００３２】駆動電極２５は、チタン、タングステン、
タンタル等の高融点金属とその窒化物、或いはそれらの
化合物、或いはそれらの積層構造、Ａｌ、ポリシリコン
等を用いることができる。また、図示しないが、単結晶
シリコン基板の導電型と異なる導電性不純物層を形成
し、拡散電極としてもよい。

【００３３】そして、この駆動電極２５の表面（少なく
とも振動板１０側表面）には絶縁保護膜（ギャップ膜）
２７を成膜している。この絶縁保護膜２７としては、Ｈ
ＴＯ、ＬＴＯ、熱酸化法、ＣＶＤ法、スパッタ法等によ
り形成したシリコン酸化膜等を用いることができる。

【００３４】また、駆動電極２５は外部に引き出して外
部駆動回路（駆動ＩＣ）から電圧を印加するＦＰＣやワ
イヤーボンディング等の実装を行うための電極パッド部
２８を一体に設けている。前述した振動板電極パッド１
５と駆動電極２５とは数μｍの段差であり、電極引出し
をＦＰＣやワイヤーボンディング等で同時に行なうこと
ができる。ＦＰＣの場合は１枚のＦＰＣで異方性導電膜
を介して接続することができ、ワイヤボンディングの場
合は駆動電極２５と振動板電極パッド２８とで高さ調整
をすることなく連続でボンディングすることができる。

【００３５】ノズル板３にはインク滴を吐出する複数の
ノズル４を配置形成している。このノズル板３として
は、ステンレス、ニッケルなどの金属、ポリイミド樹脂
フィルム等の樹脂、シリコンウエハ等及びそれらの組み
合わせからなるものを用いることができる。また、ノズ
ル面（吐出方向の表面：吐出面）には、インクとの撥水
性を確保するため、メッキ被膜、あるいは撥水剤コーテ
ィングなどの周知の方法で撥水膜を形成している。

【００３６】このノズル板３は、図４にも示すように、
第１基板１上に接着剤、例えば耐インク性を有するエポ
キシ系樹脂接着剤１６で接合している。このとき、エポ
キシ系樹脂接着剤１６のはみ出しによって同図に示すよ
うに有機樹脂薄膜１１の薄くなった隔壁１３表面部分が
覆われるので、隔壁１３部分の耐インク性が向上する。

【００３７】このように構成したインクジェットヘッド
においては、振動板１０を共通電極とし、電極２５を個
別電極として、図２に示すように、ドライバＩＣ（駆動
回路）２９から選択的に振動板１０と電極２５との間に
駆動電圧を印加することによって、振動板１０と電極２
５との間に発生する静電力によって振動板１０が電極２
５側に変形変位し、この状態から振動板１０と電極２５
間の電荷を放電させる（駆動電圧を０にする）ことによ
って振動板１０が復帰変形して、液室６の内容積（体
積）／圧力が変化し、ノズル４からインク滴が吐出され
る。

【００３８】このとき、振動板１０の液室側表面は有機
樹脂薄膜１１で被覆しているので、振動板１０を含む第
１基板１を形成するシリコンのインク中への溶出が防止
され、ノズルの目詰まり、振動特性のバラツキ、振動不
良などもなく、長期の動作安定性及び信頼性が得られ
る。

【００３９】また、第１基板１とノズル板３とを接合す
る隔壁１３の上面に形成した有機樹脂薄膜１１の表面は
微細な凹凸を有する面２１となっているので、第１基板
１とノズル板３との接着面積（接合面積）が大きくな
り、接着のアンカー効果などが良く効き、接合（接着）
信頼性が向上する。

【００４０】有機樹脂薄膜１１として、ポリイミド系樹
脂膜を成膜した場合の耐インク基材への溶出特性評価結
果を図６に示している。この評価結果は、紫外線吸収曲
線によって評価したものである。リファレンスの溶液の
吸収特性と、ポリイミド浸漬液の吸収特性に全く差がな
く、ポリイミドの溶出がないことがわかる。なお、浸漬
は５０℃で３日間超音波を印加した場合の結果である。

【００４１】次に、液室基板である第１基板１に対する
有機樹脂薄膜１１の製膜工程について図７及び図８を参
照して説明する。ここでは、有機樹脂膜としてポリイミ
ド系樹脂膜を形成する場合を説明する。先ず、ポリイミ
ドの前駆物質であるポリアミド酸をＮメチルピロリドン
などの溶媒と低沸点の溶媒、ここでは１，３ジオキソラ
ンを用いて、５ｃＰ（２５℃）以下の粘度になるまで希
釈する。このとき、低沸点溶媒の量を多く配合すること
が肝要である。実施例では、３ｃＰ（２５℃）まで希釈
して塗布に用いた。

【００４２】この液をスプレー塗布装置等の手段によっ
て第１基板１１（被塗布基板）上に塗布する。すなわ
ち、図７に示すように、回転するヒータ付きチャックス
テージ３１上に被塗布基板Ｗをセットし、被塗布基板Ｗ
を所定の温度に加温しておき、被塗布基板Ｗを回転させ
ながら、超音波型スプレー塗布装置３３によってＰＩ
（ポリイミド）樹脂粒子３４を被塗布基板Ｗにスプレー
塗布した。

【００４３】このとき、被塗布基板Ｗはステージ３１上
で約１００℃の温度に加温（加熱）しておいた。このと
きの温度は、溶媒の沸点、蒸発分（使用する溶媒によっ
て変る）を考慮して決めている。このようにすること
で、スプレー塗布されたポリイミド霧は、被塗布基板Ｗ
上に落下するとほぼ同時に乾燥し、被塗布基板Ｗ上で大
きく広がることなく、乾燥（高粘度化）する。なお、塗
布条件によっては、空中で半乾燥化し、塗布面に付着す
る時には、粘着性の粒状にすることも可能である。

【００４４】次に、前記ポリアミド酸が塗布された被塗
布基板Ｗを１００〜１８０℃の温度で加熱し、残った溶
媒であるＮメチルピロリドンをゆっくりと蒸発させる。
ここで用いたＮメチルピロリドンの沸点は２０３℃であ
るが、この温度に近い温度、あるいはより高い温度で急
速に蒸発させると、発泡による膜の不均一化（ピンホー
ル）が発生することがあるため、ゆっくりと蒸発させる
ことが必要である。

【００４５】溶媒が蒸発すると、ポリアミド酸の膜が図
８に示す膜３５、３８のように残る。このとき、膜が薄
い場合は、同じ工程を繰り返して製膜し、厚膜化を図る
ことができる。

【００４６】次に、ポリアミド酸膜３５、３８が形成さ
れた被塗布基板Ｗを、ゆっくりと加熱し脱水縮合させて
ポリイミド膜（有機樹脂薄膜）１１とした。実施例で
は、１５０℃／１５分、２００℃／１５分、２５０℃／
１０分、３００℃／１０分、３５０℃／１０分処理後、
徐冷している。ゆっくりと加熱する目的は、脱水縮合に
よるイミド化によって、被塗布基板Ｗに余計な応力が加
わらないようにするためである。このようにしてポリイ
ミド膜１１を製膜することによって、ポリイミド膜１１
はノズル板３との接合面の領域１１ｂは微細な凹凸を有
する表面２１に仕上げることができる。

【００４７】このポリイミド膜は各種インクに対して高
い接液性（不溶解性、耐膨潤性）を持っており、薄い膜
であっても耐インク膜の役割を達成することができる。
本実施例では、振動板１０上のポリイミド膜（有機樹脂
膜）１１がイミド化後約３μｍの厚さになるように製膜
した。続いて、ノズル板３を接着剤１６で貼りつける。

【００４８】このとき、前述したように、第１基板１と
ノズル板３とを接合する隔壁１３上面に形成した有機樹
脂薄膜１１の表面は微細な凹凸を有する面２１となって
いるので、第１基板１とノズル板３との接着面積（接合
面積）が大きくなり、接着のアンカー効果などが良く効
き、接合（接着）信頼性が向上し、また、隔壁１３の上
部壁面には接着剤１６がはみ出して覆うので、耐インク
性が低下することもない。

【００４９】次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドの第２
実施形態についてその製造工程とともに図９及び図１０
を参照して説明する。なお、図９及び図１０はいずれも
液室短手方向に沿う要部拡大説明図である。この実施形
態においては、液室基板である第１基板１の表面にポリ
イミドなどの有機樹脂膜１１及び有機樹脂膜１１の下地
となる窒化チタン（ＴｉＮ）膜４１を形成している。

【００５０】ここで、ＴｉＮ膜４１は、図１０に示すよ
うに、液室形状となるＫＯＨによるエッチングが終了し
た後、洗浄乾燥させた第１基板１上に、窒素プラズマ中
でチタンをスパッタリングして製膜する反応性スパッタ
法で、約１００ｎｍの厚さに製膜している。ここで、Ｔ
ｉＮ膜は非常に結晶性が高いため、製膜したＴｉＮ膜４
１は柱上の結晶構造を持ち、その表面は微細な凹凸を持
つ面２１に仕上げることができる。

【００５１】そして、このＴｉＮ膜４１の表面にポリイ
ミド膜などの有機樹脂膜１１を積層形成する。この場
合、ＴｉＮ自身も優れた耐インク性を持つ材料である
が、先の結晶性の高さによって、結晶間の隙間にインク
が染み込みやすいという欠点も有しているので、ＴｉＮ
膜４１上に第１実施形態と同様の方法でポリイミド膜な
どを成膜することで、この欠点を解消することができ
る。

【００５２】このように、ＴｉＮ膜４１表面の凹凸とポ
リイミド膜（有機樹脂膜）１１の凹凸形成塗布法によっ
て、ノズル板３との接合性はより高まる。また、第１基
板１を基準面として２層構造の耐インク膜が形成される
ことになり、耐インク性もより向上する。

【００５３】続いて、ノズル板３を接着剤で貼りつけ
る。ここでも接着剤にエポキシ系接着剤を使用した。こ
のとき、接着される面が上記のように凹凸構造となって
いるため、接着面積が大きくでき、接着のアンカー効果
などが良く効き、接着信頼性を高めることができる。ま
た、隔壁１３上部の角部は接着剤１６のはみ出しにより
覆われるため、耐インク性が低下することもない。

【００５４】次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドの第３
実施形態についてその製造工程とともに図１１及び図１
２を参照して説明する。なお、図１１及び図１２はいず
れも液室短手方向に沿う要部拡大説明図である。この実
施形態においては、液室基板である第１基板１の表面の
うちノズル板３と接合する面は微細な凹凸を有する研削
面４５とし、この微細な凹凸を有する研削面４５を含め
てポリイミドなどの有機樹脂膜１１を形成し、これによ
り、有機樹脂膜１１も第１基板１とノズル板３とを接合
する面が微細な凹凸を有する面２１となる。

【００５５】すなわち、液室基板となる第１基板１とし
ては、前述したように単結晶シリコン基板（ウエハ）を
用いているが、通常、半導体用などとして市販されてい
るシリコン基板は硬くて欠けやすいという性質から５０
０μｍ程度の厚さに加工されている。ところが、インク
ジェットヘッドの流路などに用いる場合は、その板厚は
１００μｍ前後で使うことが一般的となることから、シ
リコン基板を研磨して厚みを薄くして使用するため、シ
リコン基板の表面は鏡面に近い精度の研磨面となる。

【００５６】ところが、後工程でのノズル板の接着接合
を考慮すると、第１基板のノズル板との接合面はその面
粗さが粗い方が良いことは明らかである。しかし、あま
りに粗いと、エッチングのためのマスク層形成や、リソ
グラフィー工程で欠陥が出やすくなる。そこで、何種類
かの研磨方法を試みたところ、ダイヤモンド砥石を用い
たグラインダーによる研削が良く、さらには１０００番
目以下の粗さ、より好ましくは４００〜８００番目の粗
さが良いことが判明した。このような研削面４５とする
ことで、エッチング加工上の問題も無く仕上げることが
できた。

【００５７】そこで、このような研削面（凹凸を有する
面）４５上に耐インク膜となるポリイミド膜を第１実施
形態と同様の方法で塗布することで、ノズル板３との接
着接合性に優れた耐インク膜を製膜することができる。

【００５８】この工程の後、第１実施形態の製造工程で
説明したと同様に、ノズル板３を接着剤で貼りつける。
ここでは接着剤にエポキシ系接着剤を使用した。この
時、接着される面が上記のように凹凸構造となっている
ため、接着面積が大きくでき、接着のアンカー効果など
が良く効き、接着信頼性を高める事ができる。また、隔
壁１３上部の角部は接着剤１６のはみ出しにより覆われ
るため、耐インク性が低下することもない。

【００５９】ここで、有機樹脂膜１１の微細な凹凸を有
する面２１の粗さについて説明する。実験によると、耐
インク膜である有機樹脂膜１１の表面のうち、ノズル板
３と接合される領域１１ｂの表面の微細な凹凸は、その
粗さがＲｍａｘ値で１ｎｍ未満であると、密着強度が得
にくく、接着材料によっては、弾きが発生することもあ
った。また、その粗さが、同じくＲｍａｘ値で１μｍを
超えると、インクの侵入を起こしやすくなったり、塗布
むら（ボイド）が発生したりしやすくなった。

【００６０】したがって、有機樹脂膜１１の微細な凹凸
を有する面２１の粗さは、Ｒｍａｘ値で１ｎｍ以上１μ
ｍ以下であることが好ましい。なお、上述した第２実施
形態或いは第３実施形態のように有機樹脂膜１１の下地
となるＴｉＮ膜４１表面或いは第１基板１の接合面に凹
凸を形成する場合、これらの表面の凹凸もＲｍａｘ値で
１ｎｍ以上１μｍ以下の範囲に仕上げることで、最表層
の有機樹脂膜１１の表面をＲｍａｘ値で１ｎｍ以上１μ
ｍ以下に仕上げることができる。

【００６１】次に、有機樹脂薄膜１１の膜厚について図
１３及び図５を参照して説明する。有機樹脂薄膜１１を
成膜した場合、膜の持つ応力によって振動板１０が撓ん
だり、有機樹脂薄膜を含む振動板全体の剛性が高くな
り、振動板１０を曲げるために必要な電圧が高くなった
りすることがある。したがって、上述したように成膜時
の塵、表面凹凸以外の観点からも有機樹脂薄膜の膜厚を
規定する必要がある。

【００６２】そこで、振動板の剛性（ばね性）を板厚、
幅などを変更することで変えた試験ヘッドを作製し、そ
の駆動電圧特性を観察したところ、狙いの剛性の振動板
に対して、ばね性で２倍までであれば、駆動電圧は２Ｖ
以下の変化でしかないことが分かった。

【００６３】したがって、有機樹脂薄膜が付いていない
シリコン振動板のばね定数をＫ１とすると、耐インク膜
が付いた振動板のばね定数Ｋ２が、２＞Ｋ２／Ｋ１であ
れば良いことになる。

【００６４】ここで、ばね定数Ｋ１＝３５Ｅｘｈｘ３／
ａ４ である（Ｅｘ：シリコン振動板のヤング率、ｈ
ｘ：シリコン振動板の板厚、ａ：振動板の短辺方向幅）
ので、ポリイミド膜を形成した場合、ばね定数Ｋ２＝３
５／ａ４＊（Ｅｘｈｘ３＋Ｅｙｈｙ３）である（Ｅｙ：
ポリイミド膜のヤング率、ｈｙ：ポリイミド膜の膜厚）
となる。

【００６５】これらの関係から、図１３に示すように、
シリコン振動板の板厚に対してポリイミドの膜厚比が３
以下であれば、ばね定数比が２以下になることが分か
る。具体的に、シリコン振動板１０の厚さを１μｍとし
た場合ポリイミド膜（有機樹脂薄膜１１）の膜厚を約３
μｍとすることによって振動特性に対する影響がなく、
かつ、前述したようにピンホール欠陥等も防止できる。

【００６６】次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドである
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
置の一例について図１４及び図１５を参照して説明す
る。なお、図１４は同記録装置の斜視説明図、図１５は
同記録装置の機構部の側面説明図である。このインクジ
ェット記録装置は、記録装置本体５１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本発
明に係る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５２等を収納し、装置本体５１の下
方部には前方側から多数枚の用紙５３を積載可能な給紙
カセット（或いは給紙トレイでもよい。）５４を抜き差
し自在に装着することができ、また、用紙５３を手差し
で給紙するための手差しトレイ５５を開倒することがで
き、給紙カセット５４或いは手差しトレイ５５から給送
される用紙５３を取り込み、印字機構部５２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
５６に排紙する。

【００６７】印字機構部５２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６１と従ガ
イドロッド６２とでキャリッジ６３を主走査方向（図１
５で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッ
ジ６３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ
（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する
本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッ
ドからなるヘッド６４を複数のインク吐出口を主走査方
向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に
向けて装着している。またキャリッジ６３にはヘッド６
４に各色のインクを供給するための各インクカートリッ
ジ６５を交換可能に装着している。

【００６８】インクカートリッジ６５は上方に大気と連
通する大気口、下方には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。また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド
６４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズル
を有する１個のヘッドでもよい。

【００６９】ここで、キャリッジ６３は後方側（用紙搬
送方向下流側）を主ガイドロッド６１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６
２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ
６３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ６
７で回転駆動される駆動プーリ６８と従動プーリ６９と
の間にタイミングベルト７０を張装し、このタイミング
ベルト７０をキャリッジ６３に固定しており、主走査モ
ーター６７の正逆回転によりキャリッジ６３が往復駆動
される。

【００７０】一方、給紙カセット５４にセットした用紙
５３をヘッド６４の下方側に搬送するために、給紙カセ
ット５４から用紙５３を分離給装する給紙ローラ７１及
びフリクションパッド７２と、用紙５３を案内するガイ
ド部材７３と、給紙された用紙５３を反転させて搬送す
る搬送ローラ７４と、この搬送ローラ７４の周面に押し
付けられる搬送コロ７５及び搬送ローラ７４からの用紙
５３の送り出し角度を規定する先端コロ７６とを設けて
いる。搬送ローラ７４は副走査モータ７７によってギヤ
列を介して回転駆動される。

【００７１】そして、キャリッジ６３の主走査方向の移
動範囲に対応して搬送ローラ７４から送り出された用紙
５３を記録ヘッド６４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７９を設けている。この印写受け
部材７９の用紙搬送方向下流側には、用紙５３を排紙方
向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ８１、拍車
８２を設け、さらに用紙５３を排紙トレイ５６に送り出
す排紙ローラ８３及び拍車８４と、排紙経路を形成する
ガイド部材８５，８６とを配設している。

【００７２】記録時には、キャリッジ６３を移動させな
がら画像信号に応じて記録ヘッド６４を駆動することに
より、停止している用紙５３にインクを吐出して１行分
を記録し、用紙５３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５３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５３を排紙する。

【００７３】また、キャリッジ６３の移動方向右端側の
記録領域を外れた位置には、ヘッド６４の吐出不良を回
復するための回復装置８７を配置している。回復装置８
７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６３は印字待機中にはこの回復装置
８７側に移動されてキャッピング手段でヘッド６４をキ
ャッピングされ、吐出口部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。

【００７４】吐出不良が発生した場合等には、キャッピ
ング手段でヘッド６４の吐出口を密封し、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。

【００７５】このように本発明に係る液滴吐出ヘッドで
あるインクジェットヘッドを搭載することにより、シリ
コンのインク中への溶出が防止され、ノズルの目詰ま
り、振動特性のバラツキ、振動不良などもなく、長期の
動作安定性が得られるので、安定して高画質記録を行う
ことができる。

【００７６】次に、本発明に係るインクカートリッジに
ついて図１６を参照して説明する。この実施形態は、ヘ
ッド一体型インクカートリッジのヘッド部に本発明を適
用したものであり、インクカートリッジ１００は、ノズ
ル１０１等を有する上記各実施形態のいずれかのインク
ジェットヘッド１０２と、このインクジェットヘッド１
０２に対してインクを供給するインクタンク１０３とを
一体化したものである。

【００７７】インクタンク一体型のヘッド又はヘッド一
体型のインクタンク（両者をいずれも「インクカートリ
ッジ」と称している。）の場合、ヘッドの歩留まり不良
は直ちにインクカートリッジ全体の不良につながるの
で、このように本発明に係る液滴吐出ヘッドであるイン
クジェットヘッドを一体化することにより、シリコンの
インク中への溶出が防止され、ノズルの目詰まり、振動
特性のバラツキ、振動不良などもなく、長期の動作安定
性が得られるので、インクカートリッジの高信頼性、低
コスト化を図れる。

【００７８】なお、上記実施形態においては、本発明に
係る液滴吐出ヘッドをインクジェットヘッドに適用した
が、インク以外の液体の滴、例えば、パターニング用の
液体レジストを吐出する液滴吐出ヘッド、遺伝子分析試
料を吐出する液滴吐出ヘッドなどにも適用することでき
る。また、上記実施形態においては静電型液滴吐出ヘッ
ドについて説明したが、電気機械変換素子を用いる液滴
吐出ヘッド、発熱抵抗体素子を用いる液滴吐出ヘッドに
も同様に適用することができる。さらに、上記実施形態
においては、液室基板にノズル板を接合するヘッドで説
明したが、液室基板に蓋部材を接合するヘッドにも同様
に適用することができる。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る液滴
吐出ヘッドによれば、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、
液室基板の表面に、表面に微細な凹凸を持った耐液性の
有機樹脂薄膜が形成されているので、耐腐食性を有する
信頼性の高いヘッドが得られるとともに、接合信頼性も
向上する。

【００８０】ここで、有機樹脂薄膜がポリイミド樹脂又
はポリベンゾオキサゾール樹脂であることで、耐液性、
耐腐食性を向上することができる。また、有機樹脂薄膜
がスプレー塗布によって製膜されていることで、簡単な
プロセスで微細な凹凸表面を有する樹脂薄膜を形成でき
る。

【００８１】さらに、有機樹脂薄膜が窒化チタン膜上に
形成されていることで、耐液性が更に向上する。或い
は、液室基板の表面がグラインダー仕上げの粗面になっ
ていることで、有機樹脂薄膜と液室基板との接合強度が
向上する。これらの場合、有機樹脂薄膜の下地面の表面
粗さが、Ｒｍａｘ値で１ｎｍ以上１μｍ以下であること
で、有機樹脂薄膜と他の部材との接合強度を確保し、液
体の侵入を防止できる。

【００８２】本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法に
よれば、有機樹脂膜をスプレー塗布によって成膜する場
合に、有機樹脂薄膜となる樹脂を沸点１００℃以下の溶
媒によって希釈し、被塗布基板となる液室基板を加熱す
る構成としたので、容易に微細な凹凸表面を有する有機
樹脂薄膜を形成できる。

【００８３】本発明に係るインクジェット記録装置によ
れば、インク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッド
であるインクジェットヘッドを搭載したので、信頼性が
向上し、画像品質も向上する。

【００８４】本発明に係るインクカートリッジによれ
ば、インク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドで
あるインクジェットヘッドとこのインクジェットヘッド
にインクを供給するインクタンクを一体化したので、信
頼性が向上し、歩留まりの向上による低コスト化を図れ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液滴吐出ヘッドとしてのインクジェッ
トヘッドの分解斜視説明図

【図２】同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図

【図３】同ヘッドの液室短手方向に沿う断面説明図

【図４】同ヘッドの有機樹脂薄膜の説明に供する要部拡
大説明図

【図５】同ヘッドの有機樹脂薄膜の他の成膜例の説明に
供する要部拡大説明図

【図６】ポリイミド樹脂膜のインクに対する溶出評価の
説明に供する説明図

【図７】ポリイミド樹脂膜の成膜方法の説明に供する説
明図

【図８】同じくポリイミド樹脂膜の成膜方法の説明に供
する要部拡大説明図

【図９】本発明に係る液滴吐出ヘッドの第２実施形態の
説明に供する液室短手方向に沿う要部断面説明図

【図１０】同実施形態の説明に供する有機樹脂薄膜形成
前の状態を示す液室短手方向に沿う要部断面説明図

【図１１】本発明に係る液滴吐出ヘッドの第３実施形態
の説明に供する液室短手方向に沿う要部断面説明図

【図１２】同実施形態の説明に供する有機樹脂薄膜形成
前の状態を示す液室短手方向に沿う要部断面説明図

【図１３】有機樹脂薄膜の膜厚の説明に供する説明図

【図１４】本発明に係るインクジェット記録装置の一例
を示す斜視説明図

【図１５】同記録装置の機構部の側面説明図

【図１６】本発明に係るインクカートリッジの一例を示
す斜視説明図

【符号の説明】

１…第１基板、２…第２基板、３…ノズル板、４…ノズ
ル、６…加圧液室、７…インク供給路、８…共通液室、
１０…振動板、１１…有機樹脂薄膜、２５…電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 入野田 貢 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 Ｆターム(参考） 2C057 AF70 AF72 AF84 AG54 AP22 AP57 AQ02 BA05 BA14 BA15

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズルが連通する液室を形成するための
   液室基板と、この液室基板に接合する蓋部材又は前記ノ
   ズルを有するノズル板とを有し、前記液室内の液体を加
   圧して前記ノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッド
   において、前記液室基板の表面に、表面に微細な凹凸を
   持った耐液性の有機樹脂薄膜が形成されていることを特
   徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の液滴吐出ヘッドにおい
   て、前記有機樹脂薄膜がポリイミド樹脂又はポリベンゾ
   オキサゾール樹脂であることを特徴とする液滴吐出ヘッ
   ド。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッド
   において、前記有機樹脂薄膜がスプレー塗布によって製
   膜されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
4. 【請求項４】 請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッド
   において、前記有機樹脂薄膜が窒化チタン膜上に形成さ
   れていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
5. 【請求項５】 請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッド
   において、前記液室基板の表面がグラインダー仕上げの
   粗面になっていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
6. 【請求項６】 請求項４又は５に記載の液滴吐出ヘッド
   において、前記有機樹脂薄膜の下地面の表面粗さが、Ｒ
   ｍａｘ値で１ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とす
   る液滴吐出ヘッド。
7. 【請求項７】 請求項３に記載の液滴吐出ヘッドを製造
   する製造方法であって、前記有機樹脂薄膜となる樹脂を
   沸点１００℃以下の溶媒によって希釈し、被塗布基板と
   なる液室基板を加熱することを特徴とする液滴吐出ヘッ
   ドの製造方法。
8. 【請求項８】 インク滴を吐出す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６のいずれかに
   記載の液滴吐出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。
9. 【請求項９】 インク滴を吐出するインクジェットヘッ
   ドとこのインクジェットヘッドにインクを供給するイン
   クタンクを一体化したインクカートリッジにおいて、前
   記インクジェットヘッドが前記請求項１乃至６のいずれ
   かに記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とするイン
   クカートリッジ。