WO1998042513A1 - Tete d'impression et enregistreur a stylet utilisant la tete d'impression - Google Patents

Description

明 細 書 印字へッ ド及びそれを用いたィンクジエツ ト記録装置 技 術 分 野 ... 本発明は、 インク滴を吐出して印字するための印字へヅ ド （以下インクジェ ッ トへッ ドという） 及びそれを用いたィンクジエツ ト記録装置に関する。 背 景 技 術 インクジェッ ト記録装置は、 高画質化 · カラー化が進み、 近年急速に普及し ている。 その内、 高画質化については、 まずインクジェッ トヘッ ドのノズル密 度の向上が果たした役割が非常に大きい。 そのために様々な研究 ·開発が行な われ、 微細加工の容易さ、 加工精度、 プロセスなどの観点から、 インクジエツ トヘッ ドには、 従来用いられてきた金属、 プラスチックのほかに、 シリコン、 ガラス、 感光性ドライフィルム、 セラミ ックス等も使用されるようになってい る。 また、 高画質化、 カラ一化を実現するために、 インクについても研究 '開 発が行われている。 記録紙に付着した時の浸透性や発色性を最適化するために. また、 長期間にわたる保存性を高めるために、 インクの成分 '組成についても 研究 '開発が行われており、 その結果、 隣り合った異なる色のインクが混ざる ことなく、 鮮やかな色で印刷することができるようになつている。

このようにして、 印字の高画質化 ' カラ一化が実現されてきたが、 インクジ エツ トへッ ドの材質とィンク成分との組み合わせによっては、 へッ ド材質がィ ンクに溶解することが考えられる。 その場合には、 インクの成分 '組成、 或い はへッ ドの材質を変更するのが一般的である。

しかしながら、 ヘッ ドの材質を変更して、 インクに対して溶解しないような 材質のものを用いた場合には、 次のような問題点が指摘される。 まず、 インクジェッ トヘッ ドの材質を変更することは、 加工精度、 微細加工 の容易さを犠牲にすることに繋がり、 その結果、 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。 また、 材質によってはプロセスを大幅に変 更する必要も出てくる。

更に、 インクの成分 ·組成は、 印字品質を高めるため記録紙に対する浸 性、 発色性が最適となるように、 また長期間の保存性が良くなるように調整されて 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る。 発 明 の 開 示 本発明の目的は、 ィンクによって腐食されないィンクジエツ トへッ ド及びそ れを用いたインクジエツ ト記録装置を提供することにある。

本発明に係るインクジェッ トヘッ ドは、 少なく とも、 インクに圧力を与えて 吐出するための圧力室を構成している振動板の表面に、 耐ィンク性薄膜が形成 される。 圧力室の底板である振動板の厚みは極端に薄いことから腐食の影響を 受けやすいが、 その部分に耐インク性薄膜を形成することにより、 インクによ る腐食が避けられる。

また、 本発明に係るインクジェッ トヘッ ドは、 インクを溜めるインクリザ一 バ、 ィンクリザ一バのィンクを圧力室に導くォリフィス及び圧力室を形成する 基板の凹部に、 耐インク性薄膜が形成される。 前記の基板の厚みも比較的薄い ことからその浸食による影響は大きいが、 インクリザ一バ、 オリフィス及び圧 力室を形成する凹部に耐ィンク性薄膜が形成されることで、 ィンクによる浸食 が避けられる

また、 上記の耐インク性薄膜は、 T i、 T i化合物又は A 1 ₂ 0 ₃からなり、 T i化合物は、 窒化物又は酸化物からなる。 これらの耐インク性薄膜はインク に接触しても変化がないことが確認されており、 その薄膜が形成された部分に ついてはインクによる浸食が避けられる。

また、 本発明に係るインクジェッ ト記録装置は、 上記のいずれかのインクジ エツ トへッ ドが取り付けられてなるものである。

従って、 本発明によれば、 インクジェッ トヘッ ドの材質がインクによって腐 食されてしまうような場合でも、 へッ ドの材質及びィンク成分 ·組成の変更が 不要であり、 また、 変更に伴う印字品質の低下やプロセスの大幅な変更を回避 しながら、 インクによる腐食防止が可能となっている。

図面の簡単な説明 図 1は本発明の実施形態 1に係るインクジェッ トヘッ ド （静電方式） の各部 品の分解 ·斜視図である。

図 2は図 1のインクジエツ トへッ ドの中間の基板を抽出した斜視図である。 図 3は図 2の A— A断面図である。

図 4は本発明の実施形態 5に係るインクジヱッ トヘッ ド （ピエゾ方式） の各 部品の分解 ·斜視図である。

図 5は図 1又は図 4のィンクジエツ トへッ ドの周辺の機構を示した説明図で ある。

図 6は図 5の機構を内蔵したィンクジエツ ト記録装置の外観図である。

発明を実施するための最良形態 実施形態 1 .

本実施形態によるィンクジヱッ トヘッ ド 1 0は静電方式の駆動方法が採用さ れており、 図 1及び図 2に示されるように、 下記に詳述する構造を持つ 3枚の 基板 1， 2， 3を重ねて接合した積層構造となっている。 上側の基板 1は、 例 えばシリコン、 ガラスまたはプラスチックからなり、 複数のノズル孔 4 (ピッ チは 7 0〃m程度、 直径 2 5〃m程度） が穿設されており、 ノズルプレート構 成している。 中間の基板 2は、 例えばシリコン単結晶基板から構成されており、 ノズル孔 4に連通し、 底壁を振動板 5とする圧力室 6を構成することになる凹 部 2 1と、 凹部 2 1の後部に設けられオリフィス 7を構成することになるィン ク流入口のための細溝 2 2と、 各々の圧力室 6にィンクを供給するための共通 のリザーバー 8を構成することになる凹部 2 3とを有する。

この中間の基板 2は上側の基板 1と接合されることにより、 圧力室 6、 オリ フィス 7及びリザーバー 8を構成しており、 上側の基板 1 ともに流路ュニッ ト を構成する。 そして、 リザーバー 8には接続パイプ、 チューブ等を介してイン クタンクからのィンクが供給され、 ィンクはリザーバー 8及び圧力室 6を満た している。

中間の基板 2の下面に接合される下側の基板 3は、 例えばガラスまたはブラ スチックからなり、 下側の基板 3の表面に前記の振動板 5に対応する各々の位 置にて電極 3 1を形成する。 電極 3 1はリード部 3 2及び端子部 3 3を持つ。 さらに端子部 3 3を除き電極 3 1及びリード部 3 2の全体を絶縁膜 3 4で被覆 している。 各端子部 3 3にはリード線 3 5がボンディ ングされる。

前記の基板 1 , 2 , 3が接合されて組み立てられ、 さらに、 中間の基板 2と 電極 3 1の端子部 3 3との間にそれぞれ発振回路 2 4を接続してィンクジエツ トヘッ ド 1 0が構成される。

次に、 図 1のインクジェッ トヘッ ド 1 0の動作を説明する。 電極 3 1に発振 回路 2 4により、 例えば 0 V〜十電圧のパルス電圧を印加し、 電極 3 1の表面 が +電位に帯電すると、 対応する振動板 5の下面は一電位に帯電する。 したが つて、 振動板 5は静電気の吸引作用により下方へ橈む。 次に、 電極 3 1を O F Fにすると、 振動板 5は復元する。 したがって、 圧力室 6内の圧力が急激に上 昇し、 ノズル孔 4よりインク液滴を記録紙に向けて吐出する。 そして、 振動板 5が下方へ橈むことにより、 ィンクがリザ一バー 8よりオリフィス 7を通じて 圧力室 6内に補給される。 発振回路 2 4には、 上記のように 0 V〜十電圧間を O N · 0 F Fさせるものや交流電源等が用いられる。 記録にあたっては、 それ それのノズル孔 4の電極 3 1に印加すべき電気パルスを制御すればよい。

次に、 本実施形態の特徴である中間の基板 2について、 更に詳細に説明する。 中間の基板 2は、 圧力室 6を含めて、 インクが流れる箇所 （以下インク流路と いう） 即ち、 オリフィス 7及リザ一バー 8を形成している凹部 2 1〜 2 3の表 面に、 スパッタリング法、 真空蒸着法、 イオンプレーティ ング法及び C V D法 のいずれかによつて T iを積層して、 耐ィンク性薄膜 2 5が形成されている。 このときの各部の寸法は、 圧力室 6 (凹部 2 1 ) の深さ aが 6 0 / m、 圧力室 6 (凹部 2 1 ) の幅 bが 5 0 // m、 圧力室隔壁 2 6の幅 cが 2 0 mである。 中間の基板 2の圧力室隔壁 2 6の上側の基板 1が貼り付けられる面 2 7はィン クが直接接触しないため、 何らかの手段を用いて、 その面 2 7上に耐インク性 薄膜を形成しなくても、 本実施形態の効果は減じることはない。

耐インク性簿膜 2 5の膜厚は、 振動板 5の表面で 1 0 0 O A (図 3の寸法 d ) となるように積層したが、 その時の面 2 7での T i膜厚 （図 3の寸法 e ) は、 次の表 1のように積層方法によって異なったものになる。

【表 1】

なお、 表 1においては振動板 5の表面で 1 0 0 0 Aとしたときの上側の基板 1 (ノズルプレート） に接する面 2 7の膜厚を示しているが、 振動板 5の表面 の膜厚を測定することは難しく （図 3に示されるように窪んだ箇所の測定は難 しい） 、 そして、 振動板 5の表面の膜厚と面 2 7の膜厚とは一義的な関係があ ることから、 振動板 5の表面の膜厚を把握するために、 表 1に示される面 2 7 の膜厚の特性が利用される。 このことは後述する実施形態においても同様であ る。 実施形態 2.

本実施形態においては、 実施形態 1と同じ形状の中間の基板 2のインク流路 (圧力室 6、 オリフィス 7及びリザーバー 8を構成する凹部 2 1〜 23) の全 面に、 スパッタリング法、 真空蒸着法、 イオンプレーティ ング法及び CVD法 のいずれかによつて窒化チタン （以下 T i Nという） を積層して、 耐インク性 薄膜を形成した。 その断面形状は上記の実施形態 1と同じく図 3に示されるよ うな形状になる。

T i Nの膜厚は、 振動板 5の表面で 1 000 A (図 3の寸法 d) となるよう に積層したが、 その時の面 2 7での T i N膜厚 （図 3の寸法 e) は、 表 2のよ うに積層方法によって異なったものになる。

【表 2】

実施形態 3.

本実施形態では、 実施形態 1と同じ形状の中間の基板 2のインク流路 （圧力 室 6、 オリフィス 7及びリザーバ一8を構成する凹部 2 1 -23) の全面に、 スパッタリング法、 真空蒸着法、 イオンプレーティング法、 及び CVD法のい ずれかによつて酸化チタン （以下 T i 0₂という） を積層し、 耐インク性薄膜 を形成した。 その断面形状は上記の実施形態 1と同じく図 3に示されるような 形状になる。

T i 0₂ の膜厚は、 振動板 5の表面で 1 00 O A (図 3中寸法 d) となるよ うに積層したが、 その時の面 27での T i 0₂の膜厚 （図 3中寸法 e) は、 次 の表 3のように積層方法によって異なっている

【表 3】

実施形態 4.

本実施形態では、 実施形態 1と同じ形状の中間の基板 2のインク流路 （圧力 室 6、 オリフィス 7及びリザ一バー 8を構成する凹部 2 1〜 23 ) の全面に、 スパッタリング法、 真空蒸着法、 イオンプレーティング法及び CVD法のいず れかによつて A 1₂0₃ を積層し、 耐インク性薄膜を形成した。 その断面形状 は上記の実施形態 1と同じく図 3に示されるような形状になる。

A 1₂0₃の膜厚は、 振動板 5の表面で 1 000 A (図 3の寸法 d) となるよ うに積層したが、 その時の面 2 7での A l ₂〇₃ 膜厚 （図 3の寸法 e) は、 次 の表 4のように積層方法によって異なっている。

【表 4】

(評価試験 1. )

このようにして実施形態 1〜4において、 シリコン製ィンク流路の表面に形 成した耐ィンク性薄膜の耐ィンク性について評価した結果を、 表 5及び表 6に 示す。 このときの評価項目は、 耐インク性薄膜の膜厚変化量とピンホール、 腐食の 有無である。 評価方法は、 耐インク性薄膜を形成したシリコン製インク流路を、 有機アミン含有顔料ィンク及び 1 % K 0 H水溶液に 7 0 °Cで 7日間浸潰して、 耐ィンク性薄膜の膜厚変化量を測定し、 耐ィンク性薄膜のピンホールの有無、 シリコン製インク流路の腐食の有無を確認した。 比較のため、 耐インク性薄膜 を形成しないシリコン製ィンク流路もィンクに浸漬して、 外観の変化を確認し た。 浸漬試験をする時には、 振動板 5の電極基板側の面 （裏側） が直接インク、 K 0 H水溶液に触れないようにした。

【表 5】

注 1 ： ノズルブレートに接する面での薄 β莫厚み 1 0 0 0 A 注 2 ： ノズルブレートに接する面での薄膜厚み 5 0 0 0 A 注 3 ：浸漬後薄膜がほとんど残っていない 注注注

【表 6】 23 1

ノズルプレートに接する面での薄 fl莫厚み 1000 A ノズルブレートに接する面での薄膜厚み 500 OA 浸漬後薄膜がほとんど残っていない まず、 薄膜材質が金属 T i、 T i N、 T i 0₂、 及び A 1₂0₃の場合には、 ィンク浸潰の前後で、 耐ィンク性薄膜の膜厚はどの場合も変化が見られなかつ た。 また、 イ ンク浸漬後に金属顕微鏡、 電子顕微鏡などでピンホールの有無を 確認したが、 一つも観察されなかった。 さらに、 耐インク性薄膜を除去した後、 金属顕微鏡、 電子顕微鏡などで振動板において腐食された所がないか確認した が、 一つも観察されなかった。 これに対し、 耐インク薄膜が無いシリコン製ィ ンク流路の場合 （ S i 0₂、 S i N) は、 ィンク及び KOHどちらに浸潰して も材質が腐食されてしまっており、 薄膜は浸漬後ほとんど残っていなかった。

(評価試験 2. )

また、 上記の記載の条件 （ 70° Cで 7日間の浸漬） をさらに厳しく して、 過酷な評価を行った （ 80° Cで 30日の浸漬） ところ、 A 1₂0₃の薄膜につ いては劣化が認められるようになった。 しかしながら、 この条件下であっても、 金属 T i、 T i N及び T i 0₂の薄膜については何等劣化が認められなかった。 従って、 この 4種類の薄膜の中でも、 金属 T i、 T i N及び T i 0₂の簿膜が より好ましいことが分かった。 実施形態 5.

本実施形態によるインクジエツ トヘッ ド 1 1 0は、 ピエゾ方式の駆動方法が 採用されており、 図 4に示されるように、 下記に詳述する構造をもった 3枚の 基板 1 0 1， 1 02， 1 03を重ねて接合した積層構造となっている。 上側の 基板 1 0 1にはノズル孔 1 04が多数設けられており （図の例においては 2列 に配置された例が示されている。 ） 、 ノズルプレートを構成している。

中間の基板 1 0 2は、 例えばシリコン単結晶基板から構成されており、 底板 を振動板とする圧力室 1 0 6を構成することとなる凹部 1 2 1と、 この凹部 1 2 1の後方に設けられ、 圧力室 1 0 6にィンクを供給するためのォリフィスを 構成するととなる凹部 （詳細は図示せず） と、 各圧力室 1 06にインクを供給 するためのリザーバー 1 0 8を構成することとなる凹部 1 23と、 この凹部 1 2 3に設けられて、 後述する下側の基板 1 03のィンク供給管 1 14からイン クが供給されてそのィンクをリザ一バー 1 08に溜めるためのィンク供給口 1 09を構成する孔 1 2 5とを有する。 そして、 この中間の基板 1 02は、 上側 のの基板 1 0 1と接合されることにより、 圧力室 1 0 6、 オリフィス及びリザ 一バー 1 08を構成しており、 上側の基板 1 0 1とともに流路ュニッ 卜を構成 する。

下側の基板 1 03は、 振動子ュニッ ト 1 1 3を収納するための凹部 1 3 6と、 インクタンク （図示せず） に接続されるィンク供給管 1 14を形成する孔 1 3 7とを有し、 振動子ュニッ ト 1 1 3は凹部 1 3 6に収納 ' 固定される。 また、 流路ュニッ ト （基板 1 0 1 , 1 02 ) は枠体 1 40によってこの下側の基板 1 03に固定してインクジェッ トヘッ ド 1 1 0を構築しており、 そして、 そのィ ンクジェッ トヘッ ド 1 1 0を基板 14 1を介して、 キヤリ ッジ 50 (図 5参照） に固定している。

以上のように構成された本実施形態のィンクジエツ ト記録装置においても、 実施形態 1〜実施形態 4の場合と同様に、 中間の基板 1 02のインク流路 （圧 力室 1 0 6、 オリフィス及びリザーバー 1 08を構成する凹部 12 1、 1 23 ) の全面に、 スパッタリング法、 真空蒸着法、 イオンプレーティ ング法及び CV D法のいずれかによつて、 金属 T i、 T i N、 T i 0₂、 又は A 1₂0₃の薄膜 を施すことにより同様な優れた効果が得られている。 実施形態 6.

ところで、 図 1又は図 4のインクジェッ トヘッ ド 1 0、 1 1 0は、 図 5に示 されるようにキャリ ッジ 50に取り付けられ、 そして、 このキャリッジ 50は ガイ ドレール 5 1に移動自在に取り付けられており、 ローラ一 52により送り 出される用紙 53の幅方向にその位置が制御される。 この図 5の機構は図 6に 示されるインクジエツ ト記録装置 60に装備される。 なお、 上述の実施形態 1〜 6はいずれも本発明の一例にすぎず、 例えば、 ィ ンクが直接接触する箇所の耐ィンク薄膜の厚み及びィンクが直接接触しない箇 所の耐インク薄膜の厚みは、 上記の数値例に限定されるものではなく、 必要に 応じて適宜変更し得るものである。 また、 インクジェッ トヘッ ド、 特に流路ュ ニッ トを構成する材料についても、 シリコン単結晶基板に限定されず、 ピンホ ールが無く、 耐インク保護膜を形成することができる材質のものであれば、 金 属、 樹脂等であってもよい。

また、 上述の実施形態 1〜 5においては、 インク流路の全面に耐インク薄膜 を形成する例について説明したが、 必ずしもィンク流路の全面に耐ィンク薄膜 を形成しなければならないという訳ではなく、 少なく とも振動板に耐ィンク薄 膜を形成すれば顕著な効果が得られる。 インクジエツ トへッ ドの振動板は極め て薄く、 インクによる溶解の影響を最も受けやすいので、 少なくともその振動 板に耐ィンク薄膜を形成すればィンクによる腐食を効果的に防止できるからで ある。

また、 上述の実施形態 1〜 5においては、 インクは有機アミン含有顔料イン クを用いたが、 その他の顔料インク、 染料インクでも本発明においてはその効 果は変わることはない。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 少なく とも、 インクに圧力を与えて吐出するための圧力室を構成している 振動板の表面に、 耐ィンク性薄膜が形成されていることを特徴とするィンクジ ェヅ トへッ ド。

2 . インクを溜めるインクリザーバ、 該インクリザ一バのインクを圧力室に導 くオリフイス及び圧力室を形成する基板の凹部に、 耐ィンク性薄膜が形成され ていることを特徴とする請求項 1記載のインクジェッ トヘッ ド。

3 . 前記耐ィンク性薄膜が T iからなることを特徴とする請求項 1又は 2記載 のインクジエツ トへッ ド。

4 . 前記耐ィンク性薄膜が T i化合物からなることを特徴とする請求項 1又は 2記載のィンクジエツ トへッ ド。

5 . 前記 T i化合物が、 窒化物又は酸化物からなることを特徴とする請求項 4 言 3載のインクジエツ トへッ ド。

6 . 前記耐インク性薄膜が A 1 ₂ 0 ₃ からなることを特徴とする請求項 1又は 2記載のィンクジヱッ トへッ ド。

7 . 請求項 1 ~ 請求項 6のいずれかに記載のインクジェッ トヘッ ドが取り付 けられてなることを特徴とするインクジエツ ト記録装置。