JP2005096316A - インクジェット記録ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェット記録ヘッドに用いられるセラミックス中のＳｉやＣａなどがインク中へ溶出して、インクの凝集が起こり、インク吐出孔が詰まるなどの問題があった。
【解決手段】前記インクジェット記録ヘッドのインクと接触する、セラミックスからなる基材で構成した部分の表面に、厚み０．１〜２０μmのＹ_２Ｏ_３を主成分とする耐食膜を形成し、該耐食膜の表面のＸ線回折による、基材とＹ元素との反応生成物の最高結晶ピークの強度値を、Ｙ_２Ｏ_３の最高結晶ピークの強度値で除した値を０．１以下とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、微細なインク吐出孔からインク滴を噴射して文字や画像等を形成する各種プリンタや記録計、あるいは捺染分野や窯業分野で文様等を形成する印刷機等の記録装置等に搭載されるインクジェット記録ヘッド及びその製造方法に関するものである。

近年、パーソナルコンピューターの普及やマルチメディアの発達に伴って、情報を記録媒体に出力する記録装置として、インクジェット方式の記録装置の利用が急速に拡大している。

インクジェット方式の記録装置に搭載されるインクジェット記録ヘッド（以下、ヘッドと称す）としては、インクが充填される加圧室内にヒータを設け、このヒータによりインクを加熱、沸騰させ、加圧室内に生ずる気泡によってインクを加圧し、インク吐出孔よりインク滴を吐出するサーマルジェット方式と、インクが充填される加圧室を形成する壁を圧電素子によって屈曲変位させ、機械的に加圧室内のインクを加圧し、インク吐出孔よりインク滴を吐出する圧電方式が一般的に知られている。

たとえば、圧電方式のヘッドの一例を、図３に示すように、インク滴を吐出するためのインク吐出孔２６を有した絶縁性セラミック基板２１上に、平行に整列した圧電セラミックスからなる二つの壁部材２３、２４にて構成される複数の隔壁２２を有し、これら隔壁２２間をインクの加圧室２５として成し、上記各隔壁２２の頂部に接合され、各加圧室２５を塞ぐ、インク供給孔２９を備えた天板２８と、上記加圧室２５の一方端側に、各加圧室２５を塞ぐべく、接着にて接合された封止板３０とからなり、上記隔壁２２の両側面には、その長手方向に沿って駆動用電極２７をそれぞれ形成したものがあった。なお、絶縁性セラミック基板２１上には、上記駆動用電極２７と、パルス電圧を印加するための駆動回路（不図示）とを接続する配線３１が形成され、上記隔壁２２は図中矢印の方向に分極処理された壁部材２３、２４をエポキシ接着剤等で接着してなり、また、加圧室２５の他方端側は閉じられた構造となっていた。

そして、この様なヘッド４０に用いられる圧電セラミックスとしては、チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスが好適に用いられるが、該圧電セラミックスは剛性が低いため、アルミナセラミックスのような絶縁性セラミック基板２１に接合して使用されていた。

そして、このヘッド４０を用いて記録媒体に印刷するには、隔壁２２の両側面に形成された駆動用電極２７間に通電することで、圧電セラミックスの剪断モード変形を利用して各隔壁２２を加圧室２５側へ屈曲変位させ、各加圧室２５内のインクを加圧することによりインク吐出孔２６よりインク滴を吐出するようになっていた。

また、このヘッド４０を製造するには、互いに相対する方向に分極処理し、エポキシ系接着剤で接着した２枚の圧電セラミック基板を、予め配線３１をスパッタリング法や蒸着法、メッキ法等で形成した絶縁性セラミック基板２１上にエポキシ系接着剤で接着して、例えば、ダイシングソーと呼ばれる装置に取り付けられるダイヤモンドブレードの回転刃によって複数の溝を等間隔に、上記絶縁性セラミック基板２１面まで研削加工して、各溝をインクの加圧室２５とするとともに、加圧室２５を構成する壁部材２３、２４からなる隔壁２２を形成する。

次に、隔壁２２の両側面に蒸着法やスパッタリング法などの膜形成手段により駆動用電極２７を被覆形成し、エキシマレーザー等によって加圧室２５の底部の絶縁性セラミック基板２１にインク滴を吐出する為のインク吐出孔２６を穿孔したあと、加圧室２５を塞ぐべく隔壁２２の頂部にエポキシ系接着剤でもって天板２８を接着するとともに、加圧室２５の開放端部に、封止板３０をエポキシ系接着剤にて接着することによって製作されていた。

しかしながら、近年、問題視されている環境問題等に配慮するため、インクジェット記録ヘッド用のインクとして、非溶剤系の需要が高まっているが、非溶剤系のインクは顔料の分散性が悪いため、たとえば、インクをアルカリ性にしてＰＨ値を微妙に調整し、顔料の分散性を改善したものが用いられている。

ところが、図３に示すヘッド４０のように、加圧室２５の一部にアルミナセラミックスを用いたものでは、アルカリ性を示すインクに長時間曝されると、アルミナセラミックス中の不純物等がガラス成分となって溶出し、インクの成分と反応して水酸化物を形成し、インク中に析出するためにインクの濃度が高くなるとともに、インク中の顔料が凝集して粗な部分と蜜な部分ができるため、インク滴の大きさが安定せず、ドットのばらつきが発生することから、印刷画像に悪影響を及ぼすといった課題があった。このため、アルミナセラミックス中のアルミナ以外のＳｉＯ_２、ＣａＯ、及びＭｇＯを含有し、その含有量を所望の範囲とすることによって、耐食性の劣る結晶が析出することを防止し、前記アルミナセラミックス中のガラス成分がインク中へ溶出することを防ぐ方法が示されている（特許文献１参照）。

また、アルミナ又はアルミナ化合物を含有するセラミック焼結体中のＮａの量がＮａ₂Ｏ換算で０．５重量％以下とすることによってインクの凝集を防止する方法が記載されている（特許文献２参照）。

さらに分野は違うが、半導体・液晶製造装置を形成する真空チャンバーの内壁材、マイクロ波導入窓、フォーカスリング、サセプタ等の如きフッ素系や塩素系などのハロゲン系腐食性ガス雰囲気下でプラズマに曝される半導体・液晶製造装置用部材には、石英や酸化アルミニウム焼結体が多く使用されてきたのであるが、近年では石英や酸化アルミニウム等にかわり、フッ素系や塩素系などのハロゲン系腐食性ガス雰囲気下でプラズマに曝される表面を耐食性に優れた部材として周期律表第３ａ族元素の酸化物又はフッ化物により形成することが提案されている。

一方では、従来から用いていた部材を基材としてそれに耐食膜や耐食層を形成することにより、従来の部材の特性を生かし、その耐食性を改善しようという提案がなされている。

このような提案として、基材をアルミナとし、その表面にイットリウム・アルミニウム・ガーネット層を形成させたセラミックス部材が提案されている（特許文献３参照）。

また、セラミック基材表面に周期律表第２族あるいは第３族元素の少なくとも一種を主成分とする焼結体からなる耐食膜を、基材と耐食膜との反応層を介して接合した耐食性部材が提案されている（特許文献４参照）。

このような耐食性部材を作製する方法として、先ず基材成分となる原料を例えば、金型プレス成形により一定の圧力で押圧して、基材成形体を形成し、次に前記基材成形体上に耐食材用原料を充填すると共にこれを一定の圧力で押圧して基材成形体上に耐食材成形体を形成し、複合成形体を得る。しかる後、大気雰囲気中で約１５００〜１７５０℃で焼成する。アルミナからなる基材表面にイットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ１_２、以下ＹＡＧと称す）又はイットリア（以下Ｙ_２Ｏ_３と称す）層を形成する際は耐食膜と基材との間に基材成分と耐食膜成分が反応することにより生成されるＹＡｌＯ_３、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９等からなる相互拡散層が存在し、この相互拡散層によって耐食膜は基材に強固に固着されるようになっている。
特開２００１―１７９９６８号公報 特開２００３―１８２２号公報 特開２００２―８７８９４号公報 特開２００２―１９２６５５号公報

しかしながら、近年では、前記インクジェット記録ヘッドはますます高精細のものが求められるようになり、それに伴ってインク滴を吐出するインク吐出孔の孔径についてもさらに小さいものが要求されるようになり、前記特許文献１に示すような、アルミナセラミックス中のアルミナ以外のＳｉＯ２、ＣａＯ、及びＭｇＯの含有量を制御することによって、耐食性の劣る結晶が析出することを防止して、前記アルミナセラミックス中のガラス成分がインク中へ溶出することを防ぐ方法を用いたとしても、なおかつＳｉやＣａなどがインク中へ溶出して、インクの凝集が起こり、インク吐出孔が詰まるなどの問題があった。

さらに、特許文献２に示すように、アルミナ又はアルミナ化合物を含有するセラミック焼結体中のＮａの量がＮａ2Ｏ換算で０．５重量％以下とすることによってインクの凝集を防止する方法が記載されている。

そして、このような特許文献２に示す方法を用いたとしても、特許文献１に示すようなインク吐出孔の孔径が小さいものが要求されるようになると、わずかのＮａの量でできるインクの凝集がインク吐出孔を詰まらせるという同様の問題が発生していた。

また、特許文献３や特許文献４に示す方法においては、前述のような基材成分と耐食膜成分の化合物からなる相互拡散層を有する耐食性部材では、相互拡散層の厚みが２０μｍより厚くなり、この相互拡散層の断面を観察すると、気孔が多数存在しており充分に緻密化されていないことが分かっている。これは、相互拡散層が化合物としては不安定な傾斜層となっているためである。耐食膜の厚みが２０μｍより厚い場合には十分に耐食性を有する部材を得ることできるが、厚み２０μｍ以下のような薄い耐食膜を形成する場合には、耐食膜のほとんどが基材成分と耐食膜成分との反応により生成される相互拡散層で構成され、緻密化させることが困難となり、緻密化されていない組織形態が耐食膜に現れ、耐食膜表面に多数の気孔が存在し、フッ素系や塩素系ガス及びプラズマと接する表面の総面積が増加して耐食性が低下してしまうという問題を有している。

このような厚み２０μｍ以下の薄い耐食膜を形成し、高温で熱処理したものは、相互拡散層が厚くなり、耐食性部材の表面のＸ線回折における基材成分と耐食膜成分であるＹ元素との反応生成物の最高結晶ピークの強度値を、Ｙ_２Ｏ_３の最高結晶ピークの強度値で除した値が０．１を越え、上述したとおり耐食膜の表面には多数の気孔が存在して耐食性が低下する。

また、Ｓｉ元素を含むセラミックスからなる基材に、周期律表第２族あるいは第３族元素の少なくとも一種を主成分とするＹＡＧ又はＹ_２Ｏ_３からなり、厚みが２０μｍ以下の薄い耐食膜を形成した場合、基材成分であるＳｉと耐食膜成分であるＹ元素の酸化物であるＹ_２Ｓｉ_２Ｏ_７（ダイシリケート）等の反応生成物が生成されるが、高温熱処理による拡散が大きいために、化合物としては不安定な傾斜層となり緻密な膜が得られず、耐食性が低下するという問題があった。

上記問題点に鑑みて、本発明のインクジェット記録ヘッドは、少なくとも一つのインク加圧室と、該インク加圧室に連通するインク供給孔とインク吐出孔を有し、前記インク加圧室内に前記インク供給孔からインクを供給するとともに、インクを加圧し、前記インク吐出孔よりインク滴として吐出させる加圧手段を備え、上記少なくともインク加圧室の少なくとも一部をセラミックスからなる基材で構成したインクジェット記録ヘッドにおいて、前記基材の表面に、厚み０．１〜２０μｍのＹ_２Ｏ_３を主成分とする耐食膜を形成し、該耐食膜の表面のＸ線回折による、基材とＹ元素との反応生成物の最高結晶ピークの強度値を、Ｙ_２Ｏ_３の最高結晶ピークの強度値で除した値を０．１以下としたことを特徴とする
そして、前記Ｘ線回折によるＹ_２Ｏ_３の最高結晶ピークの半価幅を１．３°以下としたことを特徴とする。

さらに、前記耐食膜の算術表面粗さ（Ｒａ）を１μｍ以下としたことを特徴とする。

また、前述のインクジェット記録ヘッドにおいて、前記基材の表面に、Ｙを主成分とするゾル液の膜を前記基材表面に形成後、５００〜１２００℃で熱処理することによって、Ｙ_２Ｏ_３を主成分とする厚み０．１〜２０μｍの耐食膜を形成することを特徴とする。

加えて、前記基材表面に上記ゾル液を浸漬または噴霧、ハケ塗りにより、厚み０．１〜２．５μｍのゾル液の膜を形成後、５００℃〜１２００℃で熱処理する工程を繰り返すことにより、厚み０．１〜２０μｍのＹ_２Ｏ_３を主成分とする耐食膜を形成することを特徴とする。

本発明のインクジェット記録ヘッドは、少なくとも一つのインク加圧室と、該インク加圧室に連通するインク供給孔とインク吐出孔であり、前記インク加圧室内に前記インク供給孔からインクを供給するとともに、インクを加圧し、前記インク吐出孔よりインク滴として吐出させる加圧手段を備え、上記少なくともインク加圧室の少なくとも一部をセラミックスからなる基材で構成したインクジェット記録ヘッドにおいて、前記基材の表面に、厚み０．１〜２０μｍのＹ_２Ｏ_３を主成分とする耐食膜を形成し、該耐食膜の表面のＸ線回折による、基材とＹ元素との反応生成物の最高結晶ピークの強度値を、Ｙ_２Ｏ_３の最高結晶ピークの強度値で除した値を０．１以下としたことから、基材成分と耐食膜成分であるＹ元素との反応生成物が極めて少なく、耐食膜表面のほとんどがＹ_２Ｏ_３結晶で覆われることとなり高い耐食性を有する。

また、前記Ｘ線回折によるＹ_２Ｏ_３の最高結晶ピークの半価幅を１．３°以下としたことから、Ｙ_２Ｏ_３耐食膜がより結晶化しており高い耐食性を示す。

さらに、前記耐食膜の算術表面粗さ（Ｒａ）を１μｍ以下としたことから、前記基材とＹ_２Ｏ_３耐食膜のＹ元素との反応生成物が耐食膜表面に存在せずより表面が滑らかであることから耐食性を向上させることができる。

また、本発明のインクジェット記録ヘッドは、前記基材の表面に、Ｙを主成分とするゾル液の膜を前記基材表面に形成後、５００〜１２００℃で熱処理することによって、Ｙ_２Ｏ_３を主成分とする厚み０．１〜２０μｍの耐食膜を形成することにより、前記Ｙ_２Ｏ_３膜をより高密度に結晶化させて反応層を少なくし、耐食性を高めることができる。

また、前記基材表面に上記ゾル液を浸漬または噴霧、ハケ塗りにより、厚み０．１〜２．５μｍのゾル液の膜を形成後、５００℃〜１２００℃で熱処理する工程を繰り返すことにより、厚み０．１〜２０μｍのＹ_２Ｏ_３を主成分とする耐食膜を形成することを特徴とする製造方法を用いることにより、熱処理の際に耐食膜が収縮し、耐食膜表面の割れ発生を防止することができる。

そして、前記のようなインクジェット記録ヘッドは、インク吐出速度が優れ、高速度で、高信頼性のインクジェット記録ヘッドとすることが可能である。

次に本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１に本発明の一例であるインクジェット記録ヘッドの斜視図を示す。

このインクジェット記録ヘッド（以下、単にヘッドと称す）２０はインク滴を吐出するためのインク吐出孔６を有した絶縁性のセラミック基板１上に、平行に整列した圧電セラミックスからなる二つの壁部材３、４にて構成される複数の隔壁２を有し、これら隔壁２間をインクの加圧室５として成し、上記各隔壁２の頂部に接合され、各加圧室５を塞ぐ、インク供給孔９を備えた天板８と、上記加圧室５の開放端側に、各加圧室５を塞ぐべく、接着にて接合された封止板１０とからなり、上記隔壁２の両側面には、その長手方向に沿って駆動用電極７をそれぞれ形成したものである。なお、絶縁性セラミック基板１上には、上記駆動用電極７と、パルス電圧を印加するための駆動回路（不図示）とを接続する配線１１が形成され、上記隔壁２は図中矢印の方向に分極処理された壁部材３，４をエポキシ接着剤等で接着してなり、また、加圧室５の他方端側は閉じられた構造となっている。

そして、このヘッド２０を用いて記録媒体に印刷するには、隔壁２の両側面に形成された駆動用電極７間に通電することで、圧電セラミックスの剪断モード変形を利用して、各隔壁２を加圧室５側へ屈曲変位させ、各加圧室５内のインクを加圧することにより、インク吐出孔６よりインク滴を吐出するようになっている。

本発明は前記絶縁性セラミック基板１上に、厚み０．１〜２０μｍのＹ_２Ｏ_３を主成分とする耐食膜を形成し、該耐食膜の表面のＸ線回折における、基材成分と耐食膜成分であるＹ元素との反応生成物（以下、単に反応生成物）の最高結晶ピークにおける強度値と、Ｙ_２Ｏ_３の最高結晶ピークにおける強度値の比が０．１以下としたことを特徴とするものである。

すなわち、本発明は加圧室内部の特にヘッド２０における絶縁性セラミック基板１の表面１２に耐食性を有したＹ_２Ｏ_３を主成分とする耐食膜を形成することによって、前記絶縁性セラミック基板１を保護するとともに、前記絶縁性セラミック基板１がインクと反応してインクの凝集を引き起こすことを防止できるのである。

また、その耐食膜の厚さを０．１〜２０μｍと薄い膜厚としたことから、穴の内面や複雑な形状のものについてもコーティングが可能となり、さらに０．１〜１０μｍであればより微細な形状にもコーティング可能となり好適である。

ここで、前記耐食膜の厚さを０．１〜２０μｍとしたのは、０．１μｍより薄い厚さの耐食膜とすると、十分な耐食性が得られないからであり、２０μｍより厚い耐食膜とすると穴の内面や複雑形状のものへの均一なコーティングが困難となるためである。

さらに、前記セラミック基板１としては、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素、ジルコニア等様々なセラミックスを用いることができる。特に、アルミナは製作が容易であり、比較的安価であることから、インクジェット記録ヘッド用部材として広範囲に適用することができる。

本発明では、前記各基材の機械的特性等を生かすことにより、インクジェット記録ヘッド２０として必要な機械的特性を得ることができる。

ここで、本発明の耐食膜は表面をＸ線回折した際に、反応生成物の最高結晶ピークの強度値をＹ_２Ｏ_３の最高結晶ピークの強度値で除した値（以下、単に強度比という）が０．１以下であることが必要である。

強度比が０．１以下であると、反応生成物が極めて少なく、耐食膜表面のほとんどがＹ_２Ｏ_３結晶で覆われることとなり高い耐食性を有するからである。

なお、上記耐食膜表面に反応生成物は耐食膜の一部として生成するため、耐食性を向上させるためには生成されないことがより好ましい。

この場合、耐食膜の表面はＹ_２Ｏ_３結晶のみで構成されるため、Ｘ線回折における反応生成物のピークは検出されず、Ｙ_２Ｏ_３の最高結晶ピーク強度値との強度比は０となることがより好適である。

一方、強度比が０．１以上となると、反応生成物は、不安定な傾斜層の領域が大きくなり緻密な膜が得られず、耐食膜の表面に多数の気孔が存在することとなり、フッ素系や塩素系ガスやそのプラズマに接する表面積が増加し耐食性が低下するからである。

図２に本発明の一例として、基材を窒化珪素セラミックスによって形成し、その表面に形成した厚さ約１０μｍのＹ_２Ｏ_３の耐食膜の表面をＸ線回折した際の結晶ピークのスペクトル図を示す。

なお、図２はＹ_２Ｏ_３等の結晶により回折されたＸ線強度を回折図形の形で記録したスペクトル図であり、縦軸はピーク強度、横軸は耐食膜表面へのＸ線入射角度をθとしたときの２θの角度を示している。

なお、前記Ｘ線回折は、入射角度を２θ＝１０°〜８０°として測定し、測定装置としては理学社製のＲＩＮＴ１４００Ｖ型を用いている。

図２中、□がＹ_２Ｏ_３、○がＳｉ_３Ｎ_４、△が基材の窒化珪素のＳｉ元素と耐食膜のＹ元素との反応生成物であるＹ_２Ｓｉ_２Ｏ_７の結晶ピークを表している。

図２において２θ＝２９°付近にＹ_２Ｏ_３の最高結晶ピークがあり、またＹ_２Ｓｉ_２Ｏ_７の最高結晶ピークが２θ＝３２〜３３°間に存在している。そしてそれらＹ_２Ｓｉ_２Ｏ_７の強度比は０．１以下となる。

この強度比の制御は、通常焼結温度、時間にてなされる。

さらに本発明では、上記２θ＝３２〜３３°間に存在するＹ_２Ｓｉ_２Ｏ_７の強度比が０となるのがより好適である。

このようにＹ_２Ｏ_３耐食膜表面のＸ線回折における反応生成物の強度比を０．１以下とできるのはその製法に特徴を有しているからである。

なお、上記反応生成物とは、基材成分が上述の窒化珪素又は炭化珪素である場合には主にＹ_２Ｓｉ_２Ｏ_７があげられ、アルミナである場合にはＹＡＧ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）、ＹＡＰ（ＹＡｌＯ_３）、ＹＡＭ（Ｙ_４Ａｌ_２Ｏ_９）があげられ、Ｙ元素と基材成分の両者を有する化学式で表わされるものである。

なお、前記アルミナについては、その反応生成物を列記したが、実際には、前記の反応生成物を生じることは少なく、発生したとしてもわずかである。

そして、基材がジルコニアである場合には、反応生成物は生成することがないため、強度比は０となる。

また、本発明の耐食性部材は、Ｙ_２Ｏ_３をゾル液として基材表面に塗布・乾燥させた状態では、Ｙ_２Ｏ_３は非晶質の形で存在しており、それを５００〜１２００℃の温度で熱処理することにより結晶化させ、耐食性を高める点において、そのＹ_２Ｏ_３の最高結晶ピークにおける半価幅を１．３以下とすることが好ましい。

一方、上記半価幅が１．３より大きくなると、耐食膜が充分に結晶化せず不安定で、緻密な膜が得られにくくなるために、耐食性が低下する。

なお、上記半価幅とは、２θ＝２９°付近のＹ_２Ｏ_３の最高結晶ピーク強度から、Ｘ線回折における回折角度読み取り方法のうち半価幅中点法を用いて求めた中点位置のピーク幅（２θ）を示しており、図２では半価幅は０．６°である。

さらに、上記耐食膜の表面粗さは、算術平均粗さ（Ｒａ）で１μｍ以下であることが好ましく、反応生成物が耐食膜表面に存在せずより表面を滑らかとでき、耐食性を向上できることからより好適である。なお、耐食膜の表面を算術平均粗さ（Ｒａ）で１μｍ以下とするには、耐食膜表面に上記反応生成物をなるべく生成させないように、詳細を後述するように基材の表面に耐食膜を形成する際に行なう熱処理の温度を１０００℃以下とすることによって得ることができる。

このように、反応生成物の強度比が０．１以下とするには、基材表面に耐食膜を形成する際に、Ｙからなるゾル液を用いて形成することにより得ることができる。

ここで、本発明の耐食性部材の製造方法を説明する。

まず、基材となるセラミックス焼結体を準備し、基材の表面に主成分がＹからなるゾル液を塗布する。

塗布方法としては、基材をＹからなるゾル液に浸漬し、引き上げることにより塗布するディップコーティング法が好ましく、あらゆる形状の基材においても対応可能でありコスト等の面からもより好適であるが、他にＹからなるゾル液をスプレーガン等の噴霧機により基材表面に噴霧塗布させる方法やハケ塗り等も適用することができる。

また使用するゾル液については、Ｙ_２Ｏ_３換算濃度３〜１０重量％水溶液を用いることがより好適であり、ゾル液中のＹ_２Ｏ_３純度については９５重量％以上、ゾル液中の不純物にはＦｅ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＳｉＯ_２、Ｎａ_２Ｏ等が合計で１重量％以下含有していても良い。またｐＨ（水素イオン濃度指数）については、７より大きくアルカリ性を有している。

次いで、ゾル液を表面に塗布させた基材に熱処理を施す。

熱処理温度はＹ_２Ｏ_３が結晶化しはじめる５００℃から基材成分とＹ_２Ｏ_３成分の反応が少ない１２００℃までの温度で実施することが好ましいが、Ｙ_２Ｏ_３をより高密度に結晶化させて反応層を少なくし耐食性を高めるとともに、耐食膜の表面粗さ（Ｒａ）を１μｍ以下にするには５００〜１０００℃で熱処理するのがより好適である。

上述のように５００〜１２００℃という低温度域で熱処理を行うという点において従来技術と異なり、低温で熱処理することで基材成分と耐食膜であるＹ_２Ｏ_３成分、特にＹ元素との反応を抑えることができ、０．１〜２０μｍの膜厚とした場合にも緻密であり、かつ反応生成物が耐食膜表面に現れることを防止できるため、高い耐食性を有するＹ_２Ｏ_３のみで耐食膜を構成することで高い耐食性を付与することができる。

また、上記基材表面にゾル液を塗布する前に予め７００〜１０００℃の温度域で熱処理して酸化膜を形成しておくことが好ましい。前記熱処理温度を７００〜１０００℃としたのは、７００℃より低温で熱処理した場合には、基材表面が十分に酸化せず、１０００℃より高温で熱処理した場合には、基材の材質によっては高温クリープ変形を起こす場合があり、好ましくない。

この熱処理によって基材の表面に付着している有機物の除去を行い、また酸化膜を形成することで、ゾル液との濡れ性が向上し、均一塗布させることが可能となる。

さらに、より好適な耐食膜の形成方法として、基材表面に上記ゾル液を用いて０．１〜２．５μｍの薄い膜を形成した後、５００〜１２００℃、より好適には５００〜１０００℃の温度で熱処理する工程を繰り返し０．１〜２０μｍの厚みの耐食膜を形成することにより、熱処理の際に耐食膜が収縮し耐食膜の表面に発生する割れを防止する方法を適用することも可能である。

また、上記ゾル液を用いて耐食膜を形成する場合には基材のエッジ部をＲ面としておくこと、さらにはＲ面の表面粗さが他の平面部と比較して小さくしておくことで、ゾル液を塗布した直後にゾル液がエッジ部に溜まることを防止することができる。

このようにして得られた耐食性部材は、反応生成物が極めて少なく、耐食膜表面のほとんどがＹ_２Ｏ_３結晶で覆われることとなり高い耐食性を有するものとなる。

また、本発明の耐食性部材は、上述の実施形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲内であれば種々変更をしてもよいことは言うまでもない。

さらに、本発明では、インクジェット記録ヘッドの形態として、圧電方式のインクジェット記録ヘッドを用いて説明したが、その他の圧電方式に適用してもよく、さらには、サーマルジェット方式や静電アクチュエータを用いた方式などにも適用可能であり、本発明の範囲に含まれることは言うまでも無いことである。

以下、本発明の実施例を具体的に説明する。

先ず、基材として、縦２０ｍｍ×横２０ｍｍ、厚さ２ｍｍ、エッジ部に０．５ｍｍのＲ面を有した正方形の窒化珪素セラミックス、及びアルミナセラミックスからなるテストピースを製作した。

また、Ｙからなるゾル液として、Ｙ（ＯＨ）_３のゾル液を準備した。それらテストピースをＹ（ＯＨ）_３ゾル液に浸漬し引き上げるディップコーティング法を用いて、Ｙ（ＯＨ）_３ゾル液（Ｙ_２Ｏ_３換算濃度５．５重量％水溶液）を１μｍの厚さとなるよう基材表面に塗布した。

その後、約１００℃の温度で基材に塗布したＹ（ＯＨ）_３ゾル液の溶媒を蒸発・乾燥させ、３００℃、５００℃、７００℃、１０００、１２００、１５００℃の温度で熱処理し、耐食性部材を各々複数個づつ作製した。

比較例として、上記と同様の基材に従来法としてＹ_２Ｏ_３スラリーを窒化珪素焼結体表面に塗布し１５００℃、１７００℃でそれぞれ熱処理した試料、また同形状のＹ_２Ｏ_３焼結体、並びにＳｉ_３Ｎ_４焼結体の各試料を準備した。

そして各試料の表面の算術平均粗さ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１）Ｒａを測定し、ＸＲＤ分析を実施して、それぞれの基材成分とＹ_２Ｏ_３耐食膜のＹ元素との反応生成物であるＹ_２Ｓｉ_２Ｏ_７等強度比（表１ではピーク強度比と記載）、Ｙ_２Ｏ_３の最高結晶ピークにおける半価幅を測定した。

また、各試料の耐食性を測定するため、前記試料をアルカリ性のインク中に浸漬し、３０日間の後、重量変化を生じないものを○、やや変化したが問題ないもの△、重量変化をして使えないものを×として評価した。

さらに、前述の複数個作製した試料の残りを用いて、前記ヘッド２０を作製し、これらヘッド２０のインクの加圧室５内にアルカリ性のインク（粘度２〜５ｍＰａ・Ｓ）を供給して、インク吐出孔６よりインク滴を吐出させ、１０億回吐出させた後の吐出速度を調べた。そして、インク滴の吐出速度が５ｍ／秒以上であったものを良好とした。

また、１０億回吐出させた後のインク滴の吐出の有無をＣＣＤカメラで測定し、インク吐出孔６の目詰まりの有無を顕微鏡観察によって確認し、全インク吐出孔６に対し、目詰まりを起こしたインク吐出孔６の割合（百分率）を求めた。そして、この割合が４％以上であったものを不適として×で表し、３％〜４％未満であったものを使用可として△で表し、３％未満であったものを良好として○で表した。

そして、総合評価として、使用不可を×、使用可のものを○、として表した。

表１にその結果を示す。

表１の結果から明らかなように、基材にゾル液を塗布した後、３００〜１０００℃の熱処理を施した試料（Ｎｏ．１〜４）は、表面粗さが０．３μｍ以下と非常に小さいことがわかる。熱処理温度が１２００℃よりも高い試料（Ｎｏ．５）は、部材表面に基材のＳｉ_３Ｎ_４とＹ_２Ｏ_３のＹ元素との反応生成物が析出し始めており、また試料Ｎｏ．６は部材表面全体がほぼＳｉ_３Ｎ_４とＹ_２Ｏ_３のＹ元素との反応生成物に覆われているためにその影響により１μｍより大きな表面粗さとなった。

また、ピーク強度比については試料（Ｎｏ．１〜５）は基材のＳｉ_３Ｎ_４とＹ_２Ｏ_３の反応生成物が少なく０．１以下となり、半価幅については試料Ｎｏ．２〜５はＹ_２Ｏ_３が充分に結晶化し緻密化しており良好である。

熱処理温度の低いＮｏ．１はＹ_２Ｏ_３の結晶化が不十分であったが、試料Ｎｏ．３、４はＳｉ_３Ｎ_４焼結体を上回る耐食性を有しており、Ｙ_２Ｏ_３焼結体と比較しても、ほぼ同等の体積減少率を示し、良好な耐食性を示すことが確認された。

更に、試料Ｎｏ．５はＳｉ_３Ｎ_４焼結体の耐食性は上回るものの、耐食膜の表面粗さが良好でないため、Ｙ_２Ｏ_３焼結体並びに試料Ｎｏ．３、４と比較すると体積減少率がわずかに大きい。また、試料Ｎｏ１、２はＳｉ_３Ｎ_４焼結体の耐食性は上回るものの、耐食膜の半価幅が良好でないため、Ｙ_２Ｏ_３焼結体並びに試料Ｎｏ．３、４と比較すると体積減少率がわずかに大きい。

これに対し、熱処理温度の高いＮｏ．６はＹ_２Ｏ_３耐食膜のほとんどが基材のＳｉ_３Ｎ_４とＹ元素の反応生成物となっており、Ｙ_２Ｏ_３単独のピークが存在しておらず、ピーク強度比が算出できなかった。そのため、耐食性もＹ_２Ｏ_３焼結体並びに本発明範囲内の試料Ｎｏ．１〜５と比較して体積減少率が大きく耐食性に劣ることが確認された。

また、アルゴンによる逆スパッタによるエッチングを実施した結果、Ｓｉ_３Ｎ_４焼結体は、Ｙ_２Ｏ_３焼結体の耐食性と比較して１０倍以上のエッチングレート、また、従来法で膜厚を１μｍとしたものでも７倍のエッチングレートとなり、耐食性の低いものであった。

更に、試料Ｎｏ．８〜１２において、上述の試験を基材をアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）として実施した。その結果、Ｙ_２Ｏ_３のＹ元素と基材であるアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）との反応生成物は検出が認められたもののわずかであり、しかもＳｉ_３Ｎ_４を基材として実施した上述の試験結果と同じ傾向を示すことが確認された。

そして、このような試料Ｎｏ．１〜１４を用いてヘッド２０を作製し、インク吐出速度と目詰まりの状態を確認したところ試料Ｎｏ．１は若干の耐食性は劣るものの、インク吐出速度に問題はなく、目詰まりの状態も許容される範囲であり、総合評価は○とした。

しかしながら、Ｎｏ．１４のＹ_２Ｏ_３焼結体は焼結温度が高く基板としては反りが大きくなることから、インクジェットのヘッドとして使用するには微細な追加工が必要となり実用的ではない。

試料Ｎｏ．６、７、８は前述のとうり、耐食性が劣ることからインク吐出が不良で、目詰まりの状態の多いために総合評価として×とし、本発明の範囲外とした。

試料Ｎｏ．１３はインク吐出速度ならびに目詰まり状態については良好であるが、Ｙ_２Ｏ_３のコーティングに比べ、高価なＹ_２Ｏ_３を多く用いるとともに、焼結体を作製するには高温を要する。

その他試料については、いずれも、インク吐出速度、目詰まりにおいて良好であり、総合評価も○であった。

更に表１ではランダムな実施例を示したが、本発明の範囲を明確にするために、基材をアルミナとして、これにＹ_２Ｏ_３ゾル液にて耐食膜を形成し、そのピーク強度比、半価幅、表面粗さ、熱処理温度を表２に示すように、範囲内外に振ったものを準備した後、これをインクジェット記録ヘッドとして用いて、実施例１と同様に耐食性、インク吐出速度、目詰まりの状態について確認した。

結果を表２に示す。

表２から、まず、耐食膜の厚さについては、０．１〜２０μｍの膜厚とした試料Ｎｏ．１７、１８については、良好な耐食性を示したが、０．０５μｍと膜厚が極めて薄い試料Ｎｏ．１６については、耐食膜は問題なく形成されているものの、耐食膜が薄すぎるために吐出回数が多くなると徐々に腐食が進行し、１０億回では、良好な吐出が実施できなかった。

また、耐食膜の厚さが２５μｍと厚い試料Ｎｏ．１９については、アルミナ基板上に均一に耐食膜を形成することができず、インクジェット記録ヘッドとして用いることができなかった。

また、ピーク強度比が０．１の試料Ｎｏ．２０については、良好な耐食性を示し、良好なインク吐出が実施できたが、ピーク強度比が０．１５の試料Ｎｏ．２１については、反応生成物の影響により耐食性が低下し、良好なインク吐出も行えなくなった。

さらに、半価幅が１．３の試料Ｎｏ．２３については、耐食膜が十分に結晶化されており良好な耐食性を示したが、半価幅が１．５の試料Ｎｏ．２４については、耐食膜が十分に結晶化されておらず、耐食性が低下しこれをインクジェット記録ヘッドとして用いた場合にも、吐出回数を重ねると、初期の良好なインク吐出を維持することが難しかった。

また、表面粗さが１．０μｍであった試料Ｎｏ．２４については、良好な耐食性を示したが、１．５μｍの試料Ｎｏ．２５はインクに曝される表面が多くなり、耐食性が低下し、初期の良好なインク吐出状態の維持が難しかった。

また、熱処理温度が５００〜１２００℃の試料Ｎｏ．２７、２８については、耐食膜が十分に結晶化する温度領域内で熱処理しており、良好な耐食性を示したが、試料Ｎｏ．２６は４００℃と熱処理温度が低く、耐食膜が十分に結晶化されていないために、耐食性が低下し、また熱処理温度が１３００℃と高い試料は、表に記載はしていないが、耐食膜成分と基材成分の反応生成物の影響により、耐食性が低下し、良好なインク吐出を維持することが困難であった。

また、ゾル液膜厚０．１〜２．５μｍを繰り返し形成して、膜厚１０μｍとした、試料Ｎｏ．３１、３２については、良好な耐食性を示した。

しかし、ゾル液膜厚３μｍと厚くしたものは、乾燥収縮もしくは熱処理の際に起こる収縮の影響により、耐食膜にクラックが発生してしまったため、インクジェット記録ヘッドとして用いることができなかった。

またゾル液膜厚を０．０５μｍとしたものは、生産性が悪いという不具合があった。

この実験により、本発明の範囲のインクジェット記録ヘッドであれば、良好な耐食性を示し、良好なインク吐出を維持することが可能であることが確認された。

本発明のインクジェット記録ヘッドの一例を示す一部を破断した斜視図である。 本発明の耐食性部材のＸ線回折における結晶ピークを示すスペクトル図である。 従来のインクジェット記録ヘッドの一例を示す一部を破断した斜視図である。

符号の説明

１、２１：セラミック基板
２、２２：隔壁
３、４、２３、２４：壁部材
５、２５：インク加圧室
６、２６：インク吐出孔
７、２７：駆動用電極
８、２８：天板
９、２９：インク供給孔
１０、３０：封止板
１１、３１：配線
１２：セラミック基板表面
２０、４０：インクジェット記録ヘッド

Claims (5)

1. 少なくとも一つのインク加圧室と、該インク加圧室に連通するインク供給孔とインク吐出孔を有し、前記インク加圧室内に前記インク供給孔からインクを供給するとともに、インクを加圧し、前記インク吐出孔よりインク滴として吐出させる加圧手段を備え、上記少なくともインク加圧室の少なくとも一部をセラミックスからなる基材で構成したインクジェット記録ヘッドにおいて、前記基材の表面に、厚み０．１〜２０μmのＹ_２Ｏ_３を主成分とする耐食膜を形成し、該耐食膜の表面のＸ線回折による、基材とＹ元素との反応生成物の最高結晶ピークの強度値を、Ｙ_２Ｏ_３の最高結晶ピークの強度値で除した値を０．１以下としたことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 前記Ｘ線回折によるＹ_２Ｏ_３の最高結晶ピークの半価幅を１．３°以下としたことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
3. 前記耐食膜の算術表面粗さ（Ｒａ）を１μｍ以下としたことを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッド。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドにおいて、前記基材の表面に、Ｙを主成分とするゾル液の膜を前記基材表面に形成後、５００〜１２００℃で熱処理することによって、Ｙ_２Ｏ_３を主成分とする厚み０．１〜２０μｍの耐食膜を形成することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
5. 前記基材表面に上記ゾル液を浸漬または噴霧、ハケ塗りにより、厚み０．１〜２．５μｍのゾル液の膜を形成後、５００℃〜１２００℃で熱処理する工程を繰り返すことにより、厚み０．１〜２０μｍのＹ_２Ｏ_３を主成分とする耐食膜を形成することを特徴とする請求項４に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方法。

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