JP2004066571A

JP2004066571A - 液滴吐出ヘッド、インクカートリッジ及び画像記録装置

Info

Publication number: JP2004066571A
Application number: JP2002227197A
Authority: JP
Inventors: Junichi Azumi; 安住　純一; Kaihei Itsushiki; 一色　海平; Mitsugi Irinoda; 入野田　貢
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-08-05
Filing date: 2002-08-05
Publication date: 2004-03-04

Abstract

【課題】流路形成部材や振動板が液体に溶出する。
【解決手段】加圧液室６、流体抵抗部７、共通液室８を形成する第１基板１のシリコンからなる主基板１１のインクに接する面の全面とノズル板３との接合面及び振動板１０の絶縁性薄膜１２上の全面には、液に対して耐腐食性及び親液性と電気導電性とを兼ね備えた保護膜である導電性薄膜１３を形成した。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は液滴吐出ヘッド、インクカートリッジ及び画像記録装置に関する。
【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インク流路（吐出室、圧力室、加圧液室、液室等とも称される。）と、このインク流路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、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サーマル型のもの、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。また、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。そのインク成分、組成を変更することは、記録紙に対するインク浸透性や発色性、印字品質、長期間の保存性といった単独又はいくつかのインク特性低下を引き起こす原因になり、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、特開平６−２３９７号公報には圧電型（ピエゾ型）ヘッドにおいて、パリレン膜と無機酸化膜との積層構造を用いた例が記載されている。また、ＷＯ９８／４２５１３号公報には、静電型ヘッドにおいて、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記載されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したようにパリレン膜と無機酸化膜との積層膜を用いた場合、絶縁膜であるパリレン膜は極めて高い撥液性を示すためインク、特に水性インクの注入が非常に困難であり、また、注入時にインクとパリレン膜間に空気が混入され、駆動源となる圧電体の変位による圧力が緩和され、発生した圧力がインク流体に充分伝播せず、インクの不安定吐出の大きな原因となる。
【００１１】
そこで、この対策としてパリレン膜の表面をプラズマ処理や親水性モノマーによるグラフト重合処理によってインクに対して親液性にする方法も提案されてはいるが、この方法では親液性の長期安定性が必ずしも充分ではないという問題がある。そのため、パリレン膜の表面へ無機酸化膜を形成しインクと接する面を親水化している。
【００１２】
しかし、無機の酸化膜は概ね圧縮応力を示す膜が多く、例えば上記公報に挙げられているシリコン酸化膜も圧縮応力の膜である。圧縮応力の膜を数ミクロンから数十ミクロンの薄い振動板に形成した場合、振動板は座屈してしまい、安定した振動特性が得られないという課題がある。
【００１３】
また、上述したＴｉ、Ｔｉ化合物やＡｌ_２Ｏ_３薄膜を耐インク性膜を使用した場合、窒化チタン膜はアルカリ性液体であるインクに接触しても変化がないことが確認できているが、窒化チタン膜は結晶粒界を通して液体が染み込み浸食することも本発明者らの実験で確認している。
【００１４】
また、Ｔｉ、Ｔｉ化合物やＡｌ_２Ｏ_３薄膜などの無機薄膜は、下地基板にゴミがあった場合、形成方法（スパッタ法、ＣＶＤ法など）の特徴で材料源から見たとき影になる領域で膜厚が薄くなる、もしくは膜が形成されないことになる。そのような領域ではピンホールとなり液体が染み込み下地基板の浸食が発生してしまうという課題がある。
【００１５】
さらに、静電型ヘッドでは予め振動板へ直流駆動バイアス若しくはパルス駆動バイアスを印加しておき、液滴が吐出しない程度に振動板を変位させておき、液滴を吐出させる際に静電ギャップ内電極間へ電圧を印加駆動させる駆動方式を採る場合に、ノズル板や液室形成部材に導電性材料を用いるときには、振動板が安定した動作を行うようにノズル板や液室形成部材をグランドに落としているので、そのグランドに落としたノズル板や液室形成部材と電位を有する振動板との間には電位差が生じ、電界が発生する。この電界は液体（インク）中にも生じるため、液体（インク）の電気分解の発生や電気泳動により液体（インク）の流れが発生するという課題が生じる。
【００１６】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、安定した吐出特性の長期信頼性を確保し、効率的な滴吐出特性が得られ液滴吐出ヘッド及び信頼性に優れた画像記録装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【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、液流路の少なくとも一部の液体に接する面に液体に対して耐腐食性及び濡れ性を有する導電性薄膜を含む保護層が設けられている構成としたものである。
【００１８】
ここで、保護層は液体に対して耐腐食性を有する有機樹脂薄膜と導電性薄膜とを含む積層膜であることが好ましい。また、保護膜の導電性薄膜は引張り応力であることが好ましく、例えば窒化チタン又はＩＴＯ膜であることが好ましい。さらに、保護膜の有機樹脂薄膜は引張り応力であることが好ましく、例えばポリイミド、ポリペンゾオキサドールを主成分とする膜、フッ素含有樹脂膜のいずれかであることが好ましい。
【００１９】
また、保護膜のうち導電性薄膜が液体に接する最表面に設けられていることが好ましい。さらに、保護膜の導電性薄膜の表面電位がグランド電位にされることが好ましい。
【００２０】
さらにまた、保護膜が設けられる液体に接する面が液流路の壁面を構成する振動板の流路側面であることが好ましい。この場合、振動板に対向する電極を有し、振動板と電極との間で生じる静電力で振動板を変形させる構成が好ましい。
【００２１】
本発明に係るインクカートリッジは、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ヘッドにインクを供給するインクタンクが一体化されている構成としたものである。
【００２２】
本発明に係る画像記録装置は、インク滴を吐出するインクジェットヘッドが本発明に係る液滴吐出ヘッドである、あるいは、インクカートリッジが本発明に係るインクカートリッジである構成としたものである。
【００２３】
【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ないし図４を参照して説明する。なお、図１は同ヘッドの平面説明図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面説明図、図３は図１のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図、図４は図１のＣ−Ｃ線に沿う断面説明図である。
【００２４】
このインクジェットヘッドは、流路形成部材である第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５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、インクは第２基板２に形成した裏面流路（インク供給口）９から供給されて、共通液室８、流体抵抗部７、加圧液室６を経て、ノズル５より液滴として噴射される。
【００２５】
第１基板１は、例えば面方位（１１０）のシリコン基板からなる主基板（流路形成基板）１１に加圧液室６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形成し、加圧液室６の底壁面を形成する変形可能なシリコン振動板１０を設けている。この振動板１０と液室側表面には絶縁性薄膜１２を形成している。この絶縁性薄膜１２としては引っ張り応力の膜が適しており、例えば窒化シリコン膜等が適している。
【００２６】
そして、これらの加圧液室６、流体抵抗部７、共通液室８を形成する第１基板１のシリコンからなる主基板１１のインクに接する面の全面とノズル板３との接合面及び振動板１０の絶縁性薄膜１２上の全面には、液に対して耐腐食性及び親液性（濡れ性）と電気導電性とを兼ね備えた保護膜である導電性薄膜１３を形成している。
【００２７】
導電性薄膜１３としては、好ましくは、引っ張り応力を有する窒化チタン膜、引っ張り応力を有するＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜を用いる。ここで、引っ張り応力を有する窒化チタン膜はチタンを多く含む膜にすることで得られる。
【００２８】
この窒化チタン膜やＩＴＯ膜は、スパッタ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法によって数十ｎｍから数百ｎｍ、好ましくは、１０ｎｍから１００ｎｍの厚みに、全面にわたり形成する。
【００２９】
導電性薄膜１３の膜厚が著しく薄い場合は、振動板１０（絶縁膜１２）上に存在するゴミ等が原因となって発生するピンホールが多発し電気シールド層としての効果が失われ、他方著しく厚い場合には、振動板１０の剛性が高くなり噴射特性が変化するので、上記の膜厚範囲が好ましい。
【００３０】
なお、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、ＴｉＮ、Ｎｉ等の金属を用いることができる。また、振動板電極パッド１５は駆動電極から数μｍの高さで離れた位置にせり出した振動板１０上から第１基板１にかけて覆うように形成されている。
【００３１】
第２基板２には面方位（１００）の単結晶シリコン基板を用いているが、プロセスに応じて（１１０）又は（１１１）の単結晶シリコン基板を用いることもでき、また、単結晶シリコン基板以外にガラス基板、セラミックス基板などをも用いることができる。
【００３２】
そして、第２基板２にはＨＴＯ、ＬＴＯ、熱酸化法、ＣＶＤ法、スパッタ法等により酸化シリコンである絶縁膜２２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静電型マイクロアクチュエータを構成している。
【００３３】
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。
【００３４】
駆動電極２５は、リンやボロンなどの不純物原子を多量に含有する多結晶シリコン、ＴｉＮ、ＷＳｉ等の高融点金属、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。
【００３５】
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、ＨＴＯ、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。
【００３６】
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１５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１５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。
【００３７】
さらに、第２基板２には共通液室８に外部のバッファタンク（図示しない）からインクを取り入れるためのスリット状貫通穴からなるインク供給口９を形成している。このインク供給口９は液体（インク）の流れに澱みが生じにくい構成にしてある。また、インク供給口９の開口部は二列の千鳥配列からなるノズル５の各列の中央部にノズル列と平行に形成している。そして、このインク供給口９の開口部はノズル列長以上の長さを有しており、インク供給口９の開口部から吐出用ノズル５までの距離が同じになるようにしている。
【００３８】
ノズル板３にはインク滴を吐出する複数のノズル５を二列千鳥状に配置形成している。このノズル板３としては、エレクトロフォーミング法により製作したニッケルプレートを用いているが、この他ステンレスなどの金属、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。
【００３９】
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、振動板１０と電極２５との間に、例えば０Ｖ〜＋電圧のパルス電圧を印加し、駆動電極２５の表面が＋電位に帯電すると、対応するシリコン振動板１０は−電位に帯電する。したがって、シリコン振動板１０は静電気の吸引作用により電極２５側に撓む。これによって、加圧液室６の内容積が増加して共通液室８からインクが補充される。
【００４０】
そこで、駆動電極２５へのパルス電圧の印加を停止する（ＯＦＦにする）と、シリコン振動板１０は自身の復元力によって元の状態に復元するので、加圧液室６の圧力が急激に上昇し、加圧液室６内のインクが加圧されてノズル５より液滴が記録紙に向けて吐出される。
【００４１】
このような振動板を有する静電型アクチュエータを備えた静電型ヘッドにおいては、印字の高画質化に伴なってノズル密度が高くなり、ノズル列方向での液室の幅も狭くなり、振動板の幅も狭くなるが、振動板の幅を狭くしても同じ液滴量を吐出するためにはより大きな振動板変位が必要になってくる。
【００４２】
ここで、より大きな変位をするには、広い静電ギャップと高いバイアス駆動電圧印加が要求される。特に、静電型アクチュエータでは静電ギャップの電極間に働く力Ｆは、次の（１）式で示すように、電極間距離ｄの２乗に反比例、印加電圧の２乗に正比例しているので、電極間距離を広くしても同じ電極間に働く力を得るためには印加電圧を高くする必要がある。
【００４３】
【数１】

【００４４】
なお、（１）式において、Ｆ：電極間に働く力、ε：誘電率、Ｓ：電極の対向する面の面積、ｄ：電極間距離、Ｖ：印加電圧である。
【００４５】
また、静電型アクチュエータは振動板の復元力をもって液滴を吐出させるため、振動板にはある程度の剛性が要求され、さらに振動板は振動板周辺が固定された構成になるため、振動板幅が狭くなるに従って変形し難くなる。
【００４６】
そこで、予め振動板に直流駆動バイアス若しくはパルス駆動バイアスを印加して液滴が吐出しない程度に振動板を変位させておき、液滴を吐出させるときに静電ギャップ内電極間へ電圧を印加駆動させる駆動方式を採用することがある。
【００４７】
この場合、発振回路には、上記のように０Ｖ〜＋電圧間をＯＮ／ＯＦＦさせるものや交流電源等が用いられているが、ノズル板３（ノズル形成部材）や加圧液室６を形成する部材（流路形成部材）に導電性材料を用いた場合、振動板１０が安定した動作をするためには、ノズル形成部材や流路形成部材をグランド電位に落とすことが好ましい。
【００４８】
ここで、このインクジェットヘッドにおいては、シリコン基板からなる主基板（流路形成部材）１１及び振動板１０の液に接する全ての表面には窒化チタン膜、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜などの導電性薄膜１３を形成しているので、吐出する液の性質によらずヘッドは長期にわたって動作をし続けることが確認された。
【００４９】
また、窒化チタン膜、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜などの導電性薄膜１３をグランド電位に落とすことで、グランドに落としたノズル形成部材や流路形成部材と−電位に帯電するシリコン振動板１０との間に電位差が生じないように電気シールド膜として作用するので、インクの電気分解や電気泳動によるインクの流れが発生しないことが確認された。
【００５０】
このように、駆動に関与する駆動信号を付与する振動板上の保護膜として、液体に対する耐腐食性に優れ、濡れ性が良い導電性薄膜を用いたので、液流路と振動板から溶出する部材によるノズルの目詰まりを抑制でき、板厚の薄い振動板に対しては腐食による　板厚減少を抑制できるので、滴吐出特性の経時変化が抑制でき、安定した滴吐出特性を長期に亘って信頼性良く得ることができる。
【００５１】
また、保護膜となる導電性薄膜は濡れ性が良いので、液中に浮遊する気泡を澱みなく排出できるため、液滴を吐出するために発生させる圧力を効率良く液滴吐出エネルギーとして伝えることができ、高い滴吐出効率が得られる。
【００５２】
さらに、保護膜が導電性の膜であることから、振動板上に駆動バイアスを印加したとき液体の電気分解や液中に発生する電気泳動を抑制することができる。
【００５３】
この場合、導電性薄膜が引っ張り応力を有していることにより、耐腐食性、濡れ性、液体への電界印加遮蔽性に優れるばかりでなく、振動板上に均一に形成することができる。また、内部応力の制御性が良いため、種々の振動板に応じて応力を適宜設定することにより、種々の振動板に合わせて挫屈変形のないヘッドが得られる。
【００５４】
そして、引っ張り応力を有する導電性薄膜として、窒化チタン膜、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜を用いることで、次のような特に優れた効果を得ることができる。
【００５５】
すなわち、これらの膜は、導電性を有し、中性ないしアルカリ性液体に対してエッチングレートが極めて小さく、水溶性液体に対して接触角を小さくできるので、吐出室、液流路と振動板から溶出する部材による液滴吐出口の目詰まりを抑制でき、板厚の薄い振動板に対しては腐食による板厚減少を抑制できるので、液滴吐出特性の経時変化を抑制でき、振動板に対して座屈変形を発生させない。
【００５６】
また、液中に浮遊する気泡を澱みなく排出できるため液滴を吐出するために、発生させる圧力を効率良く液滴吐出エネルギーとして伝えられる。さらには、静電型ヘッドの場合、振動板上へ駆動バイアスを印加したとき液中に発生する電界による液体の電気分解や電気泳動を抑制することができる。そして、静電型ヘッドとすることにより低消費電力で小型のヘッドを構成することができる。
【００５７】
さらに、透明なＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜を用いた場合、工程内検査、信頼性試験等のあらゆる検査で検査がしやすく、工程の信頼性を上げることができる。
【００５８】
次に、本発明の液滴吐出ヘッドの第２実施形態に係るインクジェットヘッドについて図５ないし図８を参照して説明する。なお、図５は同ヘッドの平面説明図、図６は図５のＤ−Ｄ線に沿う断面説明図、図７は図５のＥ−Ｅ線に沿う断面説明図、図８は図５のＦ−Ｆ線に沿う断面説明図である。
【００５９】
この実施形態では、加圧液室６、流体抵抗部７、共通液室８を形成する第１基板１のシリコンからなる主基板１１のインクに接する面の全面及び振動板１０の絶縁性薄膜１２上の全面には、液に対して耐腐食性を有する有機樹脂膜３４と液に対して耐腐食性及び親液性（濡れ性）と電気導電性とを兼ね備えた導電性薄膜３３とからなる保護膜である積層膜３５を形成している。この場合、積層膜３５に含まれる導電性薄膜３３を液に接する面、すなわち最表面に形成する。なお、その他の構成は前記第１実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００６０】
有機樹脂膜３４としては、好ましくはポリイミド或いはポリペンゾオキサゾール、フッ素含有樹脂膜（ＴＦＰＡを主成分とした膜等、製品例としては例えば旭硝子製サイトップ樹脂：商品名）を用いる。これらをスプレー法、真空蒸着重合法等によって厚さ１０００Åから５０μｍ、好ましくは０．５μｍから１０μｍの膜厚で形成する。有機樹脂膜３４の膜厚が著しく薄い場合は振動板１０上に存在するゴミ等が原因となって発生するピンホールを生じ、他方著しく厚い場合は振動板１０の剛性が高くなり噴射特性が変化するので、上記の膜厚範囲が好ましい。
【００６１】
この有機樹脂膜３４として引張り応力の膜を用いることにより、振動板の座屈変形を防止することができる。
【００６２】
導電性薄膜３３としては、前述したように、好ましくは、引っ張り応力を有する窒化チタン膜、引っ張り応力を有するＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜を用いる。ここで、引っ張り応力を有する窒化チタン膜はチタンを多く含む膜にすることで得られる。
【００６３】
この窒化チタン膜やＩＴＯ膜は、スパッタ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法によって数十ｎｍから数百ｎｍ、好ましくは、１０ｎｍから１００ｎｍの厚みに、全面にわたり形成する。導電性薄膜３３の膜厚が著しく薄い場合は、振動板１０（絶縁膜１２）上に存在するゴミ等が原因となって発生するピンホールが多発し電気シールド層としての効果が失われ、他方著しく厚い場合には、振動板１０の剛性が高くなり噴射特性が変化するので、上記の膜厚範囲が好ましい。
【００６４】
このように、保護膜を有機樹脂膜と導電性薄膜との積層膜とすることにより、上述した導電性薄膜を用いる作用効果に加えて、導電性薄膜の粒界からの浸食やピンホールが発生しても、結晶粒界が存在せず、形状へ追従性良く形成できる有機樹脂膜でブロックするので、耐腐食性が更に向上する。
【００６５】
ここで、有機樹脂膜として、ポリイミド、ポリペンゾオキサゾールを主成分とした膜、或いは、フッ素含有樹脂膜を用いることにより、耐腐食性に優れ、液体の性質によらず、窒化チタン膜、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜の粒界浸食から振動板を確実に保護することができる。しかも、これらの膜は容易に膜厚を厚く形成することができるので、ゴミ等が原因となっていたピンホールを防止でき信頼性が向上する。更には、複雑な形状にも追従した形成が可能なため、信頼性の高い形成ができ、欠陥が発生しにくく不良品を低減できる。
【００６６】
次に、本発明の液滴吐出ヘッドの第３実施形態に係るインクジェットヘッドについて図９を参照して説明する。なお、同図は同ヘッドの液室部分の拡大断面説明図である。
【００６７】
この実施形態では、振動板１０表面（液に接する面のすべての面を含む）に上述した第２実施形態と同様に、導電性薄膜３３と有機樹脂薄膜３４とからなる保護膜である積層膜３５を形成し、また、シリコン基板からなる主基板（液室形成部材あるいは流路形成部材）１１の表面（液に接するすべての面及びノズル板３との接合面を含む）には液に対して耐腐食性を有する酸化シリコン膜３７を形成している。
【００６８】
この場合も、積層膜３５に含まれる導電性薄膜３３を液に接する面、すなわち最表面に形成する。
【００６９】
前述したように、有機樹脂膜３４としては、好ましくはポリイミド或いはポリペンゾオキサゾール、フッ素含有樹脂膜（ＴＦＰＡを主成分とした膜等、製品例としては例えば旭硝子製サイトップ樹脂：商品名）を用いる。これらをスプレー法、真空蒸着重合法等によって厚さ１０００Åから５０μｍ、好ましくは０．５μｍから１０μｍの膜厚で形成する。有機樹脂膜３４の膜厚が著しく薄い場合は振動板１０上に存在するゴミ等が原因となって発生するピンホールを生じ、他方著しく厚い場合は振動板１０の剛性が高くなり噴射特性が変化するので、上記の膜厚範囲が好ましい。
【００７０】
この有機樹脂膜３４として引張り応力の膜を用いることにより、振動板の座屈変形を防止することができる。
【００７１】
導電性薄膜３３としては、前述したように、好ましくは、引っ張り応力を有する窒化チタン膜、引っ張り応力を有するＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜を用いる。ここで、引っ張り応力を有する窒化チタン膜はチタンを多く含む膜にすることで得られる。引張り応力の膜を用いることにより、振動板の座屈変形を防止することができる。
【００７２】
この窒化チタン膜やＩＴＯ膜は、スパッタ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法によって数十ｎｍから数百ｎｍ、好ましくは、１０ｎｍから１００ｎｍの厚みに、全面にわたり形成する。導電性薄膜３３の膜厚が著しく薄い場合は、振動板１０（絶縁膜１２）上に存在するゴミ等が原因となって発生するピンホールが多発し電気シールド層としての効果が失われ、他方著しく厚い場合には、振動板１０の剛性が高くなり噴射特性が変化するので、上記の膜厚範囲が好ましい。
【００７３】
酸化シリコン膜３７は液室形成部材である主基板（シリコン基板）１１を熱酸化することで形成したシリコン熱酸化膜である。シリコンは導電性を有する材料であり、保護膜には耐腐食性、親液性の効果のみを持たせるだけで良く、シリコン熱酸化膜は十分にその性質を有しており、本構造に適している材料である。
【００７４】
なお、この場合、シリコン熱酸化膜の代わりに、振動板１０上に形成した耐腐食性を有する有機樹脂膜３４と耐腐食性と親液性と電気導電性とを兼ね備えた導電性膜３３との積層膜３５を形成することもできる（材料、形成方法、膜厚などは上記の説明と同様である）。この場合、第２実施形態との違いは、振動板１０上に積層膜３５を形成し、主基板１１表面に積層膜３５を形成した後振動板１０と主基板１１とを接合固定する（本実施形態）か、振動板１０と主基板１１とを接合固定した後積層膜３５を形成する（第２実施形態）かの違いである。
【００７５】
このように、振動板１０表面に耐腐食性膜の保護膜（積層膜３５）を形成し、液室形成部材（主基板）１１表面に耐腐食性膜の保護膜（シリコン酸化膜３７）を形成した後、接着層（図中省略）をもって固定する。このような構成にすることで、振動板１０表面に形成する保護膜の膜厚の均一化を図ることができ、第１、第２実施形態に比べて、薄い振動板の撓みは抑制でき、より薄膜の振動板を用いることができる。
【００７６】
特に、静電型ヘッドの場合、振動板と対向する電極と振動板との距離は数ミクロンメートルないし数百ナノメートルと非常に狭いので、小さな振動板撓みが生じてもアクチュエータ特性（滴吐出特性）に大きく影響するため、振動板の撓みを発生させない本実施形態の構成は極めて有効である。
【００７７】
次に、本発明に係るインクカートリッジの一例について図１０の斜視説明図を参照して説明する。
このインクカートリッジ２１０は、ノズル２１１等を有する上記各実施形態のいずれかの液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッド２１２と、このインクジェットヘッド２１２に対してインクを供給するインクタンク２１３とを一体化したものである。
【００７８】
このようにインクタンク一体型ヘッドであるインクカートリッジの場合、ヘッドの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、ヘッド構成部材がインクによって腐食する不良が低減することで、インクカートリッジの信頼性が向上する。
【００７９】
次に、本発明に係る画像記録装置であるインクジェット記録装置の一例について図１１及び図１２を参照して説明する。なお、図１１は同記録装置の斜視説明図、図１２は同記録装置の機構部の側面説明図である。
【００８０】
このインクジェット記録装置は、記録装置本体２８１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を実施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２８２等を収納し、装置本体２８１の下方部には前方側から多数枚の用紙２８３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）２８４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙２８３を手差しで給紙するための手差しトレイ２８５を開倒することができ、給紙カセット２８４或いは手差しトレイ２８５から給送される用紙（インク滴が付着するものの意味であり、紙に限定されるものではない。）２８３を取り込み、印字機構部２８２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２８６に排紙する。
【００８１】
印字機構部２８２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２９１と従ガイドロッド２９２とでキャリッジ２９３を主走査方向（図１２で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ２９３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インクジェットヘッドからなるヘッド２９４を複数のインク吐出口（ノズル）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２９３にはヘッド２９４に各色のインクを供給するための各インクタンク２９５を交換可能に装着している。
【００８２】
インクタンク２９５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２９４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。さたに、記録ヘッドとして搭載するインクジェットヘッドとしては前記各実施形態で説明したような各種のインクジェットヘッドを用いることができる。また、前述した本発明に係るインクカートリッジを用いることもできる。
【００８３】
ここで、キャリッジ２９３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド２９１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２９２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ２９３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ２９７で回転駆動される駆動プーリ２９８と従動プーリ２９９との間にタイミングベルト３００を張装し、このタイミングベルト３００をキャリッジ２９３に固定しており、主走査モーター２９７の正逆回転によりキャリッジ２９３が往復駆動される。
【００８４】
一方、給紙カセット２８４にセットした用紙２８３をヘッド２９４の下方側に搬送するために、給紙カセット２８４から用紙２８３を分離給装する給紙ローラ３０１及びフリクションパッド３０２と、用紙２３を案内するガイド部材３０３と、給紙された用紙２８３を反転させて搬送する搬送ローラ３０４と、この搬送ローラ３０４の周面に押し付けられる搬送コロ３０５及び搬送ローラ３０４からの用紙２３の送り出し角度を規定する先端コロ３０６とを設けている。搬送ローラ３０４は副走査モータ３０７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００８５】
そして、キャリッジ２９３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ３０４から送り出された用紙２３を記録ヘッド２９４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３０９を設けている。この印写受け部材３０９の用紙搬送方向下流側には、用紙２８３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ３１１、拍車３１２を設け、さらに用紙２８３を排紙トレイ２８６に送り出す排紙ローラ３１３及び拍車３１４と、排紙経路を形成するガイド部材３１５，３１６とを配設している。
【００８６】
記録時には、キャリッジ２９３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド２９４を駆動することにより、停止している用紙２８３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙２８３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２８３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２８３を排紙する。
【００８７】
また、キャリッジ２９３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド２９４の吐出不良を回復するための回復装置３１７を配置している。回復装置３１７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２９３は印字待機中にはこの回復装置３１７側に移動されてキャッピング手段でヘッド２９４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。
【００８８】
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２９４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。
【００８９】
このように、このインクジェット記録装置においては本発明を実施したインクジェットヘッド或いはインクカートリッジを搭載しているので、インクによる流路形成部材の腐食が防止されて、長期的にインク滴吐出不良がなく、安定したインク滴吐出特性が得られて、画像品質が向上する。
【００９０】
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。
【００９１】
また、上記実施形態においては、流路内のインク（液体）を加圧するためのエネルギーを発生する圧力発生手段（アクチュエータ部）として静電型アクチュエータを用いる静電型ヘッドに適用した例で説明したが、圧電素子などの電気機械変換素子（圧電型アクチュエータ）を用いるヘッド、電気熱変換素子を用いるサーマル型ヘッドにも同様に適用することができる。
【００９２】
【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、液流路の少なくとも一部の液体に接する面に液体に対して耐腐食性及び濡れ性を有する導電性薄膜を含む保護層が設けられている構成としたので、安定した吐出特性の長期信頼性を確保し、効率的な滴吐出特性が得らる。
【００９３】
本発明に係るインクカートリッジによれば、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、安定した吐出特性の長期信頼性を確保し、効率的な滴吐出特性が得らるヘッド一体型のインクカートリッジが得られる。
【００９４】
本発明に係る画像記録装置によれば、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或いはインクカートリッジを搭載したので、信頼性、安定性に優れた記録を行うことができ、画像品質が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】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の平面説明図
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面説明図
【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図
【図４】図１のＣ−Ｃ線に沿う断面説明図
【図５】本発明の液滴吐出ヘッドの第２実施形態に係るインクジェットヘッドの平面説明図
【図６】図５のＤ−Ｄ線に沿う断面説明図
【図７】図５のＥ−Ｅ線に沿う断面説明図
【図８】図５のＦ−Ｆ線に沿う断面説明図
【図９】本発明の液滴吐出ヘッドの第３実施形態に係るインクジェットヘッドの液室部分の要部拡大断面説明図
【図１０】本発明に係るインクカートリッジの説明に供する斜視説明図
【図１１】本発明に係る画像記録装置としてのインクジェット記録装置の一例を示す斜視説明図
【図１２】同記録装置の機構部の側面説明図
【符号の説明】
１…流路形成基板、２…振動板、３…ノズル板、５…ノズル、６…加圧液室、７…インク供給路、８…共通液室、９…インク供給口、１０…振動板、１１…主基板、１２…絶縁膜、１３…導電性薄膜（保護層）、２５…電極、３３…導電性薄膜、３４…有機樹脂薄膜、３５…積層膜（保護層）、３７…シリコン酸化膜、２１０…インクカートリッジ、２１２…インクジェットヘッド、２１３…インクタンク、２９３…キャリッジ、２９４…ヘッド。

Claims

ノズルが連通する液流路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、前記液流路の少なくとも一部の液体に接する面に液体に対して耐腐食性及び濡れ性を有する導電性薄膜を含む保護層が設けられていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
請求項１に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記保護層は液体に対して耐腐食性を有する有機樹脂薄膜と前記導電性薄膜とを含む積層膜であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記保護膜の導電性薄膜は引張り応力であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
請求項３に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記導電性薄膜が窒化チタン又はＩＴＯ膜であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
請求項２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記保護膜の有機樹脂薄膜は引張り応力であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
請求項５に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記有機樹脂膜がポリイミド、ポリペンゾオキサドールを主成分とする膜、フッ素含有樹脂膜のいずれかであることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
請求項１ないし６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記保護膜のうち前記導電性薄膜が前記液体に接する最表面に設けられていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
請求項１ないし７のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記保護膜の導電性薄膜の表面電位がグランド電位にされることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
請求項１ないし８のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記保護膜が設けられる液体に接する面が前記液流路の壁面を構成する振動板の流路側面であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
請求項９に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板に対向する電極を有し、前記振動板と電極との間で生じる静電力で前記振動板を変形させることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
インク滴を吐出するインクジェットヘッドとこのヘッドにインクを供給するインクタンクと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請求項１ないし１０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。
インク滴を吐出するインクジェットヘッドを搭載する画像記録装置において、前記インクジェットヘッドが請求項１ないし１０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画像記録装置。
インク滴を吐出するインクジェットヘッドとこのヘッドにインクを供給するインクタンクとを一体化したインクカートリッジを搭載する画像記録装置において、前記インクジェットヘッドが請求項１１に記載のインクカートリッジであることを特徴とする画像記録装置。