WO2022070334A1 - インクジェットヘッドおよびその製造方法、ならびに画像形成装置 - Google Patents

インクジェットヘッドおよびその製造方法、ならびに画像形成装置 Download PDF

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WO2022070334A1
WO2022070334A1 PCT/JP2020/037226 JP2020037226W WO2022070334A1 WO 2022070334 A1 WO2022070334 A1 WO 2022070334A1 JP 2020037226 W JP2020037226 W JP 2020037226W WO 2022070334 A1 WO2022070334 A1 WO 2022070334A1
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WO
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flow path
protective film
path member
inkjet head
ink
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PCT/JP2020/037226
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English (en)
French (fr)
Inventor
秀幸 江口
Original Assignee
コニカミノルタ株式会社
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads

Definitions

  • the present invention relates to an inkjet head, a method for manufacturing the inkjet head, and an image forming apparatus.
  • inkjet head used in an inkjet printer or the like, a plurality of flow path members having pores or grooves formed by microfabrication are aligned and adhered so that an ink flow path is formed by the pores or grooves.
  • Inkjet heads are known.
  • a transition metal forming a passivation film on the bonding surface of the flow path member with another flow path member and an oxide containing Si are used. And, to form a surface treatment film containing.
  • the surface-treated film can suppress corrosion due to ink by the transition metal, and the oxide containing Si improves the adhesiveness between the surface-treated film and the adhesive. It is said that it can be done.
  • Patent Document 1 As described in Patent Document 1, as a surface treatment film formed on a flow path member in order to suppress corrosion by ink, a surface treatment film containing an oxide containing Si is known. However, according to the findings of the present inventors, even if the surface-treated film described in Cited Document 1 is formed, the adhered flow path member may be easily peeled off.
  • the present invention has been made based on the above findings, and an object of the present invention is to provide an inkjet head in which the adhered flow path member is less likely to peel off, a method for manufacturing the inkjet head, and an image forming apparatus provided with the inkjet head. do.
  • the above-mentioned problems are an adhesive layer for joining one flow path member containing single crystal silicon, another flow path member, the one flow path member and the other flow path member, and the one flow path. It is solved by an inkjet head having a silicon oxide-free protective film disposed between the member and the adhesive.
  • the above-mentioned problems are a step of forming a protective film containing no silicon oxide on one flow path member formed of single crystal silicon, and bonding the one flow path member and another flow path member. It is solved by a method for manufacturing an inkjet head, which comprises a step of adhering with an agent to form an ink flow path.
  • the one flow path member is such that the protective film containing no silicon oxide of the one flow path member faces the other flow path member. And the other flow path member are adhered to each other.
  • the present invention provides an inkjet head in which the adhered flow path member is less likely to peel off, a method for manufacturing the inkjet head, and an image forming apparatus including the inkjet head.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of an image forming apparatus by an inkjet method.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing an outline of an inkjet head according to a first embodiment of the present invention used in the image forming apparatus shown in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 2 showing an outline of a head chip included in the inkjet head according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 2 showing an outline of a head chip included in the inkjet head according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of an image forming apparatus by an inkjet method.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing an outline of an inkjet head according to a first embodiment of the present invention used in the image forming apparatus shown in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 2 showing an outline
  • FIG. 5 is a schematic partial cross section showing a state in which one flow path member containing single crystal silicon and another flow path member are bonded by an adhesive layer in the inkjet head according to the first embodiment of the present invention. It is a figure. 6A to 6C are first process diagrams showing a process of manufacturing an inkjet head according to the first embodiment of the present invention. 7A to 7C are second process diagrams showing a process of manufacturing an inkjet head according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a third process diagram showing a process of manufacturing an inkjet head according to the first embodiment of the present invention.
  • the image forming apparatus according to the first embodiment of the present invention can be configured in the same manner as a known image forming apparatus by an inkjet method except that it has an inkjet head according to the present embodiment described later.
  • the image forming apparatus 100 includes an inkjet head 1, an ink supply apparatus 120, a conveying apparatus 130, and a main tank 140.
  • the inkjet head 1 has a plurality of nozzles for ejecting ink droplets onto a recording medium 150 such as paper which is a printed matter.
  • the inkjet head 1 is configured to supply a plurality of types of inks having different colors to specific nozzles.
  • the inkjet head 1 is arranged so as to be scannable in a direction crossing the transport direction X of the recording medium 150 on which an image is to be formed, for example.
  • the configuration of the inkjet head 1 will be described later.
  • the transport device 130 is a device for transporting the recording medium 150 to the inkjet head 1.
  • the transport device 130 includes, for example, a belt conveyor 131 and a rotatable feed roller 132.
  • the belt conveyor 131 is composed of rotatable pulleys 133a and 133b and endless belts 134 stretched on these pulleys 133a and 133b.
  • the feed roller 132 is arranged at a position facing the pulley 133a on the upstream side in the transport direction X of the recording medium 150 so as to sandwich the belt 134 and the recording medium 150 and feed the recording medium 150 onto the belt 134.
  • the ink supply device 120 is integrally arranged with the inkjet head 1.
  • the ink supply device 120 is arranged for each type of ink. For example, when using four color inks of Y (yellow), M (magenta), C (cyan), and K (black), four ink supply devices 120 are arranged on the inkjet head 1.
  • Each ink supply device 120 supplies ink in the main tank 140 via a tube 161 and a valve 164 connected to the main tank 140. Further, each ink supply device 120 communicates with the common ink chamber 2 described later of the inkjet head 1 via a tube 162, and is connected so that ink of each color can be supplied to the ink supply port 2a of the desired common ink chamber 2. There is.
  • the inkjet head 1 is also connected to the main tank 140 by a bypass tube 163 branching from the above tube 161.
  • a valve 164 that can switch and set the ink flow path is arranged in one or both of the pipe 161 and the bypass pipe 163.
  • the tube 161 and the tube 162, and the bypass tube 163 are, for example, all flexible tubes.
  • the valve 164 is, for example, a three-way valve.
  • the main tank 140 is a tank for accommodating ink to be supplied to the inkjet head 1.
  • the main tank 140 is arranged separately from the inkjet head 1.
  • the main tank 140 has, for example, a stirring device (not shown).
  • the main tank 140 can be appropriately determined according to the image forming performance, the size, and the like of the image forming apparatus 100.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing an outline of the inkjet head 1 used in the above-mentioned image forming apparatus 100.
  • the inkjet head 1 has a common ink chamber 2, a holding portion 3, a head chip 4, and a flexible wiring board 5.
  • the common ink chamber 2 is formed in a hollow substantially rectangular parallelepiped shape, and one surface facing the holding portion 3 is open.
  • An ink supply port 2a for supplying ink from the ink supply device 120 and an ink discharge port 2b for discharging ink to the ink supply device 120 are provided on one surface of the common ink chamber 2 facing the opening.
  • the common ink chamber 2 is provided with a filter inside, removes foreign matter from the ink supplied from the ink supply port 2a by the filter, and finely crushes air bubbles contained in the ink.
  • the holding portion 3 is formed in a substantially flat plate shape having an opening 3a at a substantially center, and is arranged so as to cover the opening of the common ink chamber 2.
  • the common ink chamber 2 is connected to one surface of the holding portion 3 so as to cover the opening 3a.
  • the head tip 4 is connected to the other surface of the holding portion 3 so as to cover the opening 3a.
  • the holding portion 3 communicates the common ink chamber 2 with the head chip 4 via the opening 3a.
  • An insertion hole 3b is provided on the outer peripheral portion of the holding portion 3.
  • the flexible wiring board 5 is inserted through the insertion hole 3b.
  • One end of the flexible wiring board 5 is connected to the wiring board 50 of the head chip 4, which will be described later. Further, the other end of the flexible wiring board 5 is drawn out to the common ink chamber 2 side by inserting the insertion hole 3b provided in the holding portion 3 from the other surface of the holding portion 3.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 2 showing an outline of the head chip 4 included in the above-mentioned inkjet head 1
  • FIG. 4 is an outline of the head chip 4 included in the above-mentioned inkjet head 1. It is sectional drawing along the line BB in FIG.
  • the head tip 4 has a nozzle plate 10, an intermediate plate 20, a pressure chamber forming plate 30, a drive plate 40, and a wiring board 50. Further, the head chip 4 is laminated in the order of the nozzle plate 10, the intermediate plate 20, the pressure chamber forming plate 30, the drive plate 40, and the wiring board 50 from the ink ejection surface side.
  • a plurality of nozzle holes 11 are formed in the nozzle plate 10.
  • the nozzle hole 11 penetrates from one surface to the other surface of the nozzle plate 10.
  • the nozzle hole 11 has a cross-sectional shape narrowed so that the tip side of the ejection port has a small diameter, and the ink supplied from the common ink chamber 2 is ejected from the ejection port to the outside.
  • a plurality of nozzle holes 11 are provided in the nozzle plate 10 and are arranged in a matrix.
  • the nozzle hole 11 communicates with the pressure chamber 31 formed in the pressure chamber forming plate 30 via the intermediate plate 20 laminated on the nozzle plate 10.
  • the intermediate plate 20 is arranged between the nozzle plate 10 and the pressure chamber forming plate 30.
  • the intermediate plate 20 is provided with a first communication hole 21 for communicating the nozzle hole 11 and the pressure chamber 31 provided in the pressure chamber forming plate 30 described later.
  • the first communication hole 21 is provided at a position corresponding to the nozzle hole 11 of the nozzle plate 10, and penetrates from one surface to the other surface of the intermediate plate 20.
  • the pressure chamber forming plate 30 has a plurality of pressure chambers 31 and a diaphragm 32.
  • the pressure chamber 31 is provided at a position corresponding to the nozzle hole 11 of the nozzle plate 10 and the first communication hole 21 of the intermediate plate 20. Further, the pressure chamber 31 penetrates from one surface to the other surface of the pressure chamber forming plate 30.
  • the pressure chamber 31 applies ejection pressure to the ink ejected from the nozzle hole 11 due to its volume fluctuation. Further, the pressure chamber 31 is provided at a position corresponding to the nozzle hole 11 of the nozzle plate 10 and the first communication hole 21 of the intermediate plate 20.
  • the diaphragm 32 is arranged so as to cover the opening on the opposite side of the intermediate plate 20 in the pressure chamber 31.
  • the diaphragm 32 is provided with a second communication hole 33 that communicates with the pressure chamber 31.
  • a drive plate 40 is arranged on one surface of the diaphragm 32 on the side opposite to the one on the pressure chamber 31 side.
  • the drive plate 40 has a space portion 41 and a third communication hole 42 that communicates with the second communication hole 33.
  • the space portion 41 is arranged at a position facing the pressure chamber 31 with the diaphragm 32 interposed therebetween.
  • the actuator 60 is housed in the space portion 41.
  • the actuator 60 has a piezoelectric element 61, a first electrode 62, and a second electrode 63.
  • the first electrode 62 is laminated on one surface of the diaphragm 32.
  • An insulating layer may be arranged between the first electrode 62 and the diaphragm 32.
  • the piezoelectric element 61 is laminated on the first electrode 62, and is arranged for each pressure chamber 31 (each channel) at a position facing the pressure chamber 31 with the diaphragm 32 and the first electrode 62 sandwiched between them.
  • the piezoelectric element 61 is made of a material that is deformed by applying a voltage, and is made of a ferroelectric material such as lead zirconate titanate (PZT), for example. Further, the second electrode 63 is laminated on the surface of the piezoelectric element 61 opposite to the first electrode 62. The second electrode 63 is connected to the wiring layer 51 provided on the wiring board 50, which will be described later, via the bump 64.
  • PZT lead zirconate titanate
  • the wiring board 50 has a wiring layer 51 and a silicon layer 52 in which the wiring layer 51 is formed on one surface.
  • the wiring layer 51 is connected to the bump 64 provided on the second electrode 63 via the solder 51a. Further, the outer edge portion of the wiring layer 51 is connected to the flexible wiring board 5. Further, a silicon layer 52 is arranged on one surface of the wiring layer 51 on the opposite side of the drive plate 40. The silicon layer 52 is joined to the holding portion 3.
  • the wiring board 50 is provided with a fourth communication hole 53 that penetrates the wiring layer 51 and the silicon layer 52.
  • the fourth communication hole 53 communicates with the common ink chamber 2 via the third communication hole 42 of the drive plate 40 and the opening 3a of the holding portion 3.
  • the ink in the common ink chamber 2 is pressed by the fourth communication hole 53 of the wiring board 50, the third communication hole 42 of the drive plate 40, and the second communication hole 33 of the diaphragm 32 that are communicated with each other.
  • An inlet that serves as a flow path for supplying the chamber 31 is configured. The inlet plays a role of reducing the flow path resistance (flow rate) of the ink flowing from the common ink chamber 2 to the pressure chamber 31.
  • the first communication hole 21 of the intermediate plate 20 and the nozzle hole 11 of the nozzle plate 10 that communicate with each other form an outlet for ejecting the ink in the pressure chamber 31 toward the recording medium 150.
  • the ink contained in the common ink chamber 2 passes through the inlet (that is, the fourth communication hole 53, the third communication hole 42, and the second communication hole 33), and the pressure chamber 31 Flow into. Then, when a voltage is applied between the first electrode 62 and the second electrode 63, the piezoelectric element 61 operates and deforms (vibrates), and the vibrating plate 32 deforms (vibrates) as the piezoelectric element 61 deforms. Vibrate. When the diaphragm 32 is deformed (vibrated), pressure for ejecting ink into the pressure chamber 31 is generated.
  • the ink in the pressure chamber 31 is pushed out to the outlet (that is, the first communication hole 21 and the nozzle hole 11), and is ejected from the tip of the nozzle hole 11 (nozzle opening) toward the recording medium 150. ..
  • a plurality of flow path members (nozzle plate 10, intermediate plate 20, pressure chamber forming plate 30, drive plate 40, and wiring substrate 50) in which pores and grooves are formed by microfabrication are all formed. Are aligned and adhered to form the inkjet head 1. Then, the ink flow path (4th communication hole 53, 3rd communication hole 42, 2nd communication hole 33, pressure chamber 31, 1st communication hole 21 and nozzle hole 11) is formed by the above alignment.
  • these flow path members is not particularly limited, and known materials such as silicon (Si), nickel (Ni), and stainless steel can be used.
  • at least one flow path member is formed by processing a single crystal silicon wafer.
  • these flow path members have a flow path member containing at least one single crystal silicon.
  • the other flow path member may be a flow path member containing a material other than single crystal silicon, and is different from the above-mentioned one flow path member among a plurality of flow path members containing single crystal silicon. It may be another flow path member.
  • FIG. 5 is a schematic partial cross-sectional view showing a state in which one flow path member containing single crystal silicon and another flow path member are joined by an adhesive layer.
  • FIG. 5 shows a state in which the nozzle plate 10 as one flow path member containing single crystal silicon and the intermediate plate 20 as another flow path member are joined by the adhesive layer 70.
  • the present embodiment is not limited to this, and may be a joint between other flow path members.
  • the nozzle hole 11 formed in the nozzle plate 10 and the first communication hole 21 formed in the intermediate plate 20 are both inclined (diameters change along the ink flow direction). ) Although it is a through hole, the inclination of the through hole is omitted in FIG. 5 for the sake of preparation of explanation.
  • both the nozzle plate 10 and the intermediate plate 20 are flow path members containing single crystal silicon formed by processing a silicon wafer.
  • a protective film 15 is formed on the surface of the nozzle plate 10, and a protective film 25 is formed on the surface of the intermediate plate 20.
  • the protective film 15 and the protective film 25 are protective films for increasing the resistance of these flow path members (nozzle plate 10 and intermediate plate 20) to ink.
  • protective films may be formed on the surface of the flow path member (nozzle plate 10 and intermediate plate 20 in this embodiment) in contact with the ink flow path. However, it is preferable that it is also formed on a surface facing another flow path member. When these protective films are formed on the surface facing the other flow path member, the protective film 18 containing no silicon oxide is bonded to the protective film 18 containing no silicon oxide. It can be joined more firmly.
  • protective film 15 and protective film 25 in this embodiment is not particularly limited, and the passivation-forming tantalum (Ta), zirconium (Zr), titanium (Ti), hafnium (Hf) and Oxides such as niobium (Nb), metal silicates containing silicon, intermetallic compounds containing chromium (Cr), nickel (Ni) and aluminum (Al), and polyimides, polyamides and parylenes.
  • Organic materials such as can be used.
  • the protective film preferably contains a compound containing a silicon oxide.
  • the compound containing a silicon oxide include SiO 2 , SiOC, SiON, TaSiO, ZrSiO, TiSiO, and the like.
  • the film thickness of these protective films is not particularly limited, but is preferably 20 nm or more and 1000 nm or less, and more preferably 30 nm or more and 500 nm or less.
  • the film thickness is 30 nm or more, defects during film formation are likely to be suppressed, and the ink resistance of the flow path member is likely to be sufficiently increased.
  • the film thickness is 500 nm or less, it is easy to prevent peeling and cracking due to stress of the thin film during manufacturing.
  • the protective film is formed on both one member and the other members (nozzle plate 10 and intermediate plate 20), but the protective film is formed only on one of these flow path members.
  • the protective film may not be formed on any of the flow path members.
  • the protective film may be formed on either the one member or the other member, but at least one containing single crystal silicon. It is preferable that the protective film is formed on the member.
  • the type of the adhesive constituting the adhesive layer 70 is not particularly limited, and a known adhesive such as an epoxy-based adhesive can be used. Since the epoxy-based adhesive forms a dense crosslinked structure with the curing agent, it is difficult for the ink to penetrate into the adhesive layer. Therefore, peeling of the flow path member due to the adhesive layer formed by the permeated ink is unlikely to occur.
  • the layer thickness of the adhesive layer 70 is not particularly limited, but is preferably 0.3 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less, and more preferably 0.5 ⁇ m or more and 7 ⁇ m or less.
  • the film thickness is 5 ⁇ m or more
  • the flow path members can be more firmly bonded to each other.
  • the adhesive layer can absorb foreign matter remaining on the surface of the flow path member (or the surface of the protective film) during manufacturing, so that the flow path member and the adhesive The bonding strength with the layer can be further increased.
  • the layer thickness is 7 ⁇ m or less, it is possible to suppress the generation of foreign substances due to the overflow of the material of the adhesive layer during manufacturing, and also to prevent the outflow to unnecessary regions other than the adhesive region. Can be done.
  • the adhesive layer 70 and a spacer ball for controlling the film thickness may be included.
  • a protective film 18 containing no silicon oxide is arranged between the nozzle plate 10 and the adhesive layer 70.
  • the protective film 18 containing no silicon oxide is in contact with both the protective film 15 and the adhesive layer 70 of the nozzle plate 10, and by joining with these, the nozzle plate 10 and the adhesive layer 70 are formed. And are joined.
  • a protective film 28 containing no silicon oxide is arranged between the intermediate plate 20 and the adhesive layer 70.
  • the protective film 28 containing no silicon oxide is in contact with both the protective film 25 and the adhesive layer 70 of the intermediate plate 20, and by joining with these, the intermediate plate 20 and the adhesive layer 70 are in contact with each other. And are joined.
  • a step portion 75 due to a positional deviation at the time of joining these flow path members and a minute error at the time of formation is likely to occur at the joint portion between the flow path members.
  • the stepped portion 75 tends to retain ink.
  • minute gaps are likely to occur at the bonding interface between the flow path members, and ink that has entered the minute gaps is likely to stay. Therefore, it can be said that the joint portion between the flow path members is a portion where the influence of corrosion by the ink is likely to occur.
  • the inks are alkaline in order to disperse pigments, but single crystal silicon and silicon oxides are easily corroded by alkalis.
  • the flow path member made of single crystal silicon or the protective film containing silicon oxide is corroded by the ink, the ink enters and stays in the gap generated by the corrosion, so that the flow path member and the protective film are corroded. It will go further. Corrosion that occurs at the joint can cause peeling of the adhered flow path member.
  • these protective films swell and the bonding strength between these protective films and the adhesive layer is weakened. The swelling can also cause peeling of the adhered flow path member.
  • the protective film 18 that does not contain silicon oxide and the protective film 28 that does not contain silicon oxide are arranged at the joint portion where the ink is likely to stay. Compared with single crystal silicon and silicon oxide, these protective film 18 and protective film 28 are less likely to be corroded by alkali, and therefore swelling due to penetration of ink from the corrosion is less likely to occur.
  • the flow path member nozzle plate 10 and intermediate plate 20 in this embodiment
  • the adhesive layer 70 By joining the flow path member (nozzle plate 10 and intermediate plate 20 in this embodiment) and the adhesive layer 70 via the protective film 18 and the protective film 28 that are not easily corroded, peeling of the joint due to corrosion is less likely to occur. be able to.
  • Examples of the materials of the protective film 18 and the protective film 28 include chromium (Cr), chromium oxide (Cr x Oy : CrO, Cr 2 O 3 and the like), titanium (Ta), and titanium oxide (Ta x Oy ). : Ta 2 O 5 and Ta O 2 etc.), Titanium (Ti), Titanium Oxide (TIO 2 ), Silicon Nitride (Si x N y : Si 3 N 4 etc.), Silicon Carbide (SiC) and the like.
  • chromium, chromium oxide and silicon nitride are preferable from the viewpoint of further enhancing corrosion resistance
  • TIO 2 is preferable from the viewpoint of further enhancing wettability.
  • the film thicknesses of the protective film 18 and the protective film 28 are not particularly limited, but are preferably 20 nm or more and 1000 nm or less, and more preferably 30 nm or more and 500 nm or less.
  • peeling of the joint due to corrosion can be more sufficiently suppressed, and defects during film formation can be easily suppressed.
  • the film thickness is 30 nm or more, foreign matter remaining on the surface of the flow path member (or the surface of the protective film) at the time of manufacturing can be absorbed by the protective film 18 containing no silicon oxide.
  • the bonding strength between the road member and the adhesive layer can be further increased.
  • the film thickness is 500 nm or less, it is easy to prevent peeling and cracking due to stress of the thin film during manufacturing.
  • the protective film 18 and the protective film 28 may be formed on the surface of the flow path member (nozzle plate 10 and intermediate plate 20 in this embodiment) facing the other flow path member, but the ink flow path may be formed. It may also be formed on the surface in contact with the surface. When the protective film 18 and the protective film 28 are formed on the surface in contact with the ink flow path, the wettability of the ink flow path to the ink can be improved.
  • the protective film 18 and the protective film 28 are formed by various vapor deposition methods including physical vapor deposition (PVD) such as a sputtering method and chemical vapor deposition (CVD) such as an atomic layer deposition method (ALD). Can be done. Of these, chemical vapor deposition (CVD) such as atomic layer deposition (ALD), which has good coverage of complex shapes, is preferred.
  • PVD physical vapor deposition
  • CVD chemical vapor deposition
  • ALD atomic layer deposition
  • FIGS. 6 to 8 are explanatory views showing an example of a method for manufacturing an inkjet head according to the present embodiment.
  • the scales of some members are changed for easy understanding.
  • a first chip member 610 is prepared by microfabricating a silicon wafer and processing it into the shape of one flow path member (nozzle plate 10 in this embodiment).
  • the first chip member 610 is formed with a large number of fine communication holes 611 by etching or the like.
  • the communication hole 611 is a communication hole that becomes the nozzle hole 11 when the inkjet head is completed, and is processed into the same shape as the nozzle hole 11.
  • a protective film 615 is formed on the first chip member 610 (a step of forming a protective film containing a compound containing a silicon oxide).
  • the protective film 615 is a film member that becomes the protective film 15 when the inkjet head is completed, and is formed so as to have the thickness of the protective film 15 by the material (compound containing silicon oxide) described for the protective film 15.
  • the method for forming the protective film 615 is not particularly limited, and is formed by various vapor deposition methods including physical vapor deposition (PVD) such as a sputtering method and chemical vapor deposition (CVD) such as an atomic layer deposition method (ALD). can do.
  • PVD physical vapor deposition
  • CVD chemical vapor deposition
  • ALD atomic layer deposition
  • the protective film 615 may be formed on the surface of the first chip member 610 that is in contact with the communication hole 611 that is the nozzle hole 11, but the surface that faces the other flow path member (the protective film 618 is formed). It is preferable to form it on the surface to be formed).
  • a protective film 618 is formed on the first chip member 610 (a step of forming a protective film containing no silicon oxide in one flow path member).
  • the protective film 618 is a film member that becomes a protective film 18 that does not contain silicon oxide when the inkjet head is completed.
  • the protective film 18 that does not contain silicon oxide is made of the material described for the protective film 18 that does not contain silicon oxide. It is formed to have the thickness of.
  • the method for forming the protective film 618 is not particularly limited, and is formed by various vapor deposition methods including physical vapor deposition (PVD) such as a sputtering method and chemical vapor deposition (CVD) such as an atomic layer deposition method (ALD). can do.
  • PVD physical vapor deposition
  • CVD chemical vapor deposition
  • ALD atomic layer deposition
  • the protective film 618 may be formed on the surface of the first chip member 610 that faces the other flow path member (intermediate plate 20), but is formed on the surface of the first chip member 610 that is in contact with the communication hole 611 that is the nozzle hole 11. May also be formed.
  • the intermediate plate 20 is not always necessary, and the nozzle plate 10 and the pressure chamber forming plate 30 may be directly joined.
  • a second chip member 620 is prepared by microfabricating the silicon wafer and processing it into the shape of another flow path member (intermediate plate 20 in this embodiment). ..
  • the second chip member 620 is formed with a large number of fine communication holes 621 by etching or the like.
  • the communication hole 621 is a communication hole that becomes the first communication hole 21 when the inkjet head is completed, and is processed into the same shape as the first communication hole 21.
  • a protective film 625 is formed on the second chip member 620 (a step of forming a protective film containing a compound containing a silicon oxide).
  • the protective film 625 is a film member that becomes the protective film 25 when the inkjet head is completed, and is formed so as to have the thickness of the protective film 25 by the material (compound containing silicon oxide) described for the protective film 25.
  • the method for forming the protective film 625 is not particularly limited, and is formed by various vapor deposition methods including physical vapor deposition (PVD) such as a sputtering method and chemical vapor deposition (CVD) such as an atomic layer deposition method (ALD). can do.
  • PVD physical vapor deposition
  • CVD chemical vapor deposition
  • ALD atomic layer deposition
  • the protective film 625 may be formed on the surface of the second chip member 620 that is in contact with the communication hole 621 that is the first communication hole 21, but the surface that faces the other flow path member (protective film 628). It is preferable to form the surface on which the surface is formed.
  • a protective film 628 is formed on the second chip member 620 (a step of forming a protective film containing no silicon oxide on other flow path members).
  • the protective film 628 is a film member that becomes a protective film 28 that does not contain silicon oxide when the inkjet head is completed.
  • the protective film 28 that does not contain silicon oxide is made of the material described for the protective film 28 that does not contain silicon oxide. It is formed to have the thickness of.
  • the method for forming the protective film 628 is not particularly limited, and is formed by various vapor deposition methods including physical vapor deposition (PVD) such as a sputtering method and chemical vapor deposition (CVD) such as an atomic layer deposition method (ALD). can do.
  • PVD physical vapor deposition
  • CVD chemical vapor deposition
  • ALD atomic layer deposition
  • the adhesive 670 is applied to the surface of the first chip member on which the protective film 628 is formed.
  • the adhesive 670 can be applied by a coating method such as bar coater, flexographic printing, or screen printing.
  • the surface of the second chip member 620 on which the protective film 628 is formed (the second chip member 620 shown in FIG. 8 is an upside down version of the second chip member 620 shown in FIG. 7). Is aligned with the communication hole 611 and the communication hole 621, and then brought into contact with the adhesive 670 to pressurize. At this time, the adhesive 670 may be cured by heating as needed.
  • the bonded body in which the first chip member 610 (nozzle plate 10) and the second chip member 620 (intermediate plate 20) are bonded by the adhesive layer 70 obtained by curing the adhesive 670 is formed. It can be obtained (see FIG. 5).
  • the inkjet head 1 can be obtained by aligning and bonding the pressure chamber forming plate 30, the drive plate 40, and the wiring board 50 so that the ink flow paths communicate with each other.
  • one channel member and the other channel member are both described as containing single crystal silicon, but only one of them may contain single crystal silicon. That is, one flow path member may contain single crystal silicon, and the other flow path member may be made of another material.
  • the protective film containing no silicon oxide may be arranged between the flow path member containing single crystal silicon and the adhesive layer, but the flow path member containing single crystal silicon and the adhesive layer may be arranged. It may be placed in between.
  • one flow path member is a nozzle plate and the other flow path member is an intermediate plate.
  • the other flow path members include single crystal silicon
  • the flow is concerned.
  • a protective film containing no silicon oxide may be arranged at the joint between the road member and the other flow path member.
  • the nozzle plate and the intermediate plate may be formed of a material other than single crystal silicon.
  • the protective film containing no silicon oxide may be arranged between one flow path member containing single crystal silicon and the adhesive layer, but does not come into contact with the adhesive layer of one flow path member.
  • a protective film containing no silicon oxide may be formed on the surface.
  • an adhesive is applied to one flow path member containing single crystal silicon to be bonded to the other flow path member, but an adhesive is applied to the other flow path member. It may be bonded to one flow path member containing single crystal silicon.
  • the inkjet head ejects water-based ink, in order to eject other types of ink such as solvent-based ink, active ray-curable ink, and hot melt ink, the above-mentioned embodiment is described. Inkjet heads may be used.
  • the inkjet head of the present invention peeling of the adhered flow path member is unlikely to occur. Therefore, according to the inkjet head of the present invention, the durability of the inkjet head can be further improved, and it is expected to contribute to the further spread of the inkjet head.

Abstract

本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、接着した流路部材のはがれが生じにくいインクジェットヘッドを提供することを、その目的とする。上記目的は、単結晶シリコンを含む一の流路部材と、他の流路部材と、前記一の流路部材と前記他の流路部材とを接合する接着剤層と、前記一の流路部材と前記接着剤との間に配置された、シリコン酸化物を含まない保護膜と、を有する、インクジェットヘッドによって達成される。

Description

インクジェットヘッドおよびその製造方法、ならびに画像形成装置
 本発明は、インクジェットヘッドおよびその製造方法、ならびに画像形成装置に関する。
 インクジェットプリンタなどに用いられるインクジェットヘッドとして、微細加工により細孔や溝などを形成した複数の流路部材を、上記細孔や溝などによりインク流路が形成されるように位置合わせして接着させてなるインクジェットヘッドが知られている。
 引用文献1では、複数の流路部材を接着させてなるインクジェットヘッドにおいて、流路部材の、他の流路部材との接着面に、不働態膜を形成する遷移金属と、Siを含む酸化物と、を含む表面処理膜を形成している。引用文献1によれば、上記表面処理膜は、上記遷移金属によってインクによる腐食を抑制することができ、かつ、上記Siを含む酸化物によって表面処理膜と接着剤との接着性を向上させることができる、とされている。
特開2014-198460号公報
 特許文献1に記載のように、インクによる腐食を抑制するために流路部材に形成する表面処理膜として、Siを含む酸化物を含む表面処理膜が公知である。しかし、本発明者らの知見によると、引用文献1に記載の表面処理膜を形成してもなお、接着した流路部材のはがれが生じやすかったりすることがあった。
 本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、接着した流路部材のはがれが生じにくいインクジェットヘッドおよびその製造方法、ならびに当該インクジェットヘッドを備える画像形成装置を提供することを、その目的とする。
 上記課題は、単結晶シリコンを含む一の流路部材と、他の流路部材と、前記一の流路部材と前記他の流路部材とを接合する接着剤層と、前記一の流路部材と前記接着剤との間に配置された、シリコン酸化物を含まない保護膜と、を有する、インクジェットヘッドによって解決される。
 また、上記課題は、単結晶シリコンにより形成された一の流路部材に、シリコン酸化物を含まない保護膜を形成する工程と、前記一の流路部材と、他の流路部材とを接着剤により接着してインク流路を形成する工程と、を有する、インクジェットヘッドの製造方法により解決される。前記製造方法では、前記インク流路を形成する工程において、前記一の流路部材の前記シリコン酸化物を含まない保護膜が前記他の流路部材と対向するように、前記一の流路部材と前記他の流路部材とを接着する。
 また、上記課題は、上記インクジェットヘッドを有する画像形成装置によって解決される。
 本発明により、接着した流路部材のはがれが生じにくいインクジェットヘッドおよびその製造方法、ならびに当該インクジェットヘッドを備える画像形成装置が提供される。
図1は、インクジェット法による画像形成装置の構成を示す模式図である。 図2は、図1に示す画像形成装置に用いられる、本発明の第1の実施形態におけるインクジェットヘッドの概要を示す分解斜視図である。 図3は、本発明の第1の実施形態におけるインクジェットヘッドが有するヘッドチップの概要を示す、図2における線A-Aに沿った断面図である。 図4は、本発明の第1の実施形態におけるインクジェットヘッドが有するヘッドチップの概要を示す、図2における線B-Bに沿った断面図である。 図5は、本発明の第1の実施形態におけるインクジェットヘッドにおいて、単結晶シリコンを含む一の流路部材と他の流路部材とが接着剤層により接合している様子を示す、模式部分断面図である。 図6A~図6Cは、本発明の第1の実施形態におけるインクジェットヘッドを製造する工程を示す第1の工程図である。 図7A~図7Cは、本発明の第1の実施形態におけるインクジェットヘッドを製造する工程を示す第2の工程図である。 図8は、本発明の第1の実施形態におけるインクジェットヘッドを製造する工程を示す第3の工程図である。
 以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。また、本発明は、以下の形態に限定されるものではない。
 [第1の実施形態]
 (画像形成装置およびインクジェットヘッド)
 本発明の第1の実施形態における画像形成装置は、後述の本実施形態に係るインクジェットヘッドを有する以外は公知のインクジェット法による画像形成装置と同様に構成することができる。
 画像形成装置100は、図1に示すように、インクジェットヘッド1と、インク供給装置120と、搬送装置130と、メインタンク140とを有している。
 インクジェットヘッド1は、インク滴を被印刷物である用紙などの記録媒体150に吐出するための複数のノズルを有する。たとえば、インクジェットヘッド1には、色の異なる複数種のインクがそれぞれ特定のノズルに供給されるように構成される。インクジェットヘッド1は、例えば、画像を形成すべき記録媒体150の搬送方向Xを横切る方向に走査自在に配置されている。インクジェットヘッド1の構成については後述する。
 搬送装置130は、インクジェットヘッド1に対して記録媒体150を搬送するための装置である。搬送装置130は、例えば、ベルトコンベア131と、回転自在な送りローラー132とを備える。ベルトコンベア131は、回転自在なプーリー133a、133bと、これらのプーリー133a、133bに張設されている無端状のベルト134と、から構成される。送りローラー132は、記録媒体150の搬送方向Xにおける上流側のプーリー133aに対向する位置に、ベルト134と記録媒体150を挟持してベルト134上に記録媒体150を送り出すように配置されている。
 インク供給装置120は、インクジェットヘッド1と一体的に配置されている。インク供給装置120は、インクの種類ごとに配置されている。たとえば、Y(イエロー)、M(マゼンタ)、C(シアン)およびK(ブラック)の4色のインクを用いるときは、インク供給装置120は、インクジェットヘッド1に四つ配置される。
 各インク供給装置120は、メインタンク140に接続された管161および弁164を介して、メインタンク140内のインクを供給される。また、各インク供給装置120は、管162を介してインクジェットヘッド1の後述する共通インク室2と連通し、各色のインクを所望の共通インク室2のインク供給口2aへ供給可能に接続されている。
 インクジェットヘッド1は、上記の管161から分岐するバイパス管163によってメインタンク140にも接続されている。管161とバイパス管163との分岐点には、これら管161およびバイパス管163の一方または両方にインクの流路を切換、設定可能な弁164が配置されている。管161、管162、およびバイパス管163は、例えばいずれも可撓性を有するチューブである。弁164は、例えば三方弁である。
 メインタンク140は、インクジェットヘッド1に供給されるべきインクを収容するためのタンクである。メインタンク140は、インクジェットヘッド1とは分離して配置されている。メインタンク140は、例えば、不図示の撹拌装置を有している。メインタンク140は、画像形成装置100の画像形成性能や大きさなどに応じて適宜に決めることが可能である。
 図2は、上述した画像形成装置100に用いられるインクジェットヘッド1の概要を示す分解斜視図である。図2に示すように、インクジェットヘッド1は、共通インク室2と、保持部3と、ヘッドチップ4と、フレキシブル配線基板5と、を有している。
 共通インク室2は、中空の略直方体状に形成されており、保持部3と対向する一面が開口している。共通インク室2の上記開口と対向する一面には、インク供給装置120のインクを供給するためのインク供給口2aと、インクをインク供給装置120に排出するためのインク排出口2bが設けられている。共通インク室2は、内部にフィルタを備え、上記フィルタによりインク供給口2aから供給されたインクから異物を取り除くと共に、インク内に含有する気泡を細かく破砕する。
 保持部3は、略中央に開口部3aを有する略平板状に形成されており、共通インク室2の上記開口を覆うように配置されている。これにより、保持部3の一方の面には、開口部3aを覆うようにして共通インク室2が接続される。また、保持部3の他方の面には、開口部3aを覆うようにしてヘッドチップ4が接続される。保持部3は、開口部3aを介して、共通インク室2とヘッドチップ4とを連通させる。
 保持部3の外周部には、挿通孔3bが設けられている。挿通孔3bには、フレキシブル配線基板5が挿通される。フレキシブル配線基板5は、その一方の端部が、後述するヘッドチップ4の配線基板50に接続される。また、フレキシブル配線基板5は、その他方の端部が、保持部3に設けた挿通孔3bを保持部3の他方の面から挿通して、共通インク室2側に引き出される。
 図3は、上述したインクジェットヘッド1が有するヘッドチップ4の概要を示す、図2における線A-Aに沿った断面図であり、図4は、上述したインクジェットヘッド1が有するヘッドチップ4の概要を示す、図2における線B-Bに沿った断面図である。
 ヘッドチップ4は、ノズルプレート10と、中間プレート20と、圧力室形成プレート30と、駆動プレート40と、配線基板50とを有している。また、ヘッドチップ4は、インクの吐出面側から、ノズルプレート10、中間プレート20、圧力室形成プレート30、駆動プレート40、配線基板50の順に積層されている。
 ノズルプレート10には、複数のノズル孔11が形成されている。ノズル孔11は、ノズルプレート10の一面から他面にかけて貫通している。このノズル孔11は、吐出口となる先端側が小径となるように絞り込まれた断面形状を有し、共通インク室2から供給されたインクを吐出口から外部に吐出する。また、ノズル孔11は、ノズルプレート10に複数設けられ、マトリックス状に配置されている。このノズル孔11は、ノズルプレート10に積層される中間プレート20を介して圧力室形成プレート30に形成された圧力室31と連通する。
 中間プレート20は、ノズルプレート10と、圧力室形成プレート30との間に配置される。中間プレート20には、ノズル孔11と後述する圧力室形成プレート30に設けた圧力室31とを連通する第1連通孔21が設けられている。この第1連通孔21は、ノズルプレート10のノズル孔11と対応する位置に設けられ、中間プレート20の一面から他面にかけて貫通している。
 圧力室形成プレート30は、複数の圧力室31と、振動板32とを有している。圧力室31は、ノズルプレート10のノズル孔11および中間プレート20の第1連通孔21と対応する位置に設けられている。また、圧力室31は、圧力室形成プレート30の一面から他面にかけて貫通している。圧力室31は、その体積変動によって、ノズル孔11から吐出されるインクに吐出圧力を付与する。また、圧力室31は、ノズルプレート10のノズル孔11及び中間プレート20の第1連通孔21と対応する位置に設けられている。
 振動板32は、圧力室31における中間プレート20とは反対側の開口を覆うように配置されている。この振動板32には、圧力室31と連通する第2連通孔33が設けられている。振動板32における圧力室31側の一面と反対側の一面には、駆動プレート40が配置されている。
 駆動プレート40は、空間部41と、第2連通孔33と連通する第3連通孔42とを有している。空間部41は、振動板32を間に挟んで圧力室31と対向する位置に配置されている。空間部41には、アクチュエータ60が収容されている。
 アクチュエータ60は、圧電素子61と、第1電極62と、第2電極63とを有している。第1電極62は、振動板32の一面に積層されている。なお、第1電極62と振動板32との間には、絶縁層が配置されていてもよい。圧電素子61は、第1電極62に積層されて、振動板32および第1電極62を間に挟んで圧力室31と対向する位置に、圧力室31毎(チャネル毎)に配置される。
 圧電素子61は、電圧が印加されることによって変形する材料で構成されており、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの強誘電体材料で構成されている。また、圧電素子61における第1電極62とは反対側の面には、第2電極63が積層されている。第2電極63は、バンプ64を介して後述する配線基板50に設けられた配線層51と接続される。
 配線基板50は、配線層51と、配線層51が一面に形成されたシリコン層52とを有している。配線層51は、第2電極63に設けたバンプ64と、半田51aを介して接続される。また、配線層51の外縁部は、フレキシブル配線基板5に接続される。さらに、配線層51における駆動プレート40と反対側の一面には、シリコン層52が配置される。シリコン層52は、保持部3に接合される。
 また、配線基板50には、配線層51およびシリコン層52を貫通する第4連通孔53が設けられている。この第4連通孔53は、駆動プレート40の第3連通孔42と、保持部3の開口部3aを介して共通インク室2と連通する。
 本実施形態では、互いに連通された配線基板50の第4連通孔53、駆動プレート40の第3連通孔42、および振動板32の第2連通孔33により、共通インク室2内のインクを圧力室31に供給する流路となるインレットが構成される。インレットは、共通インク室2から圧力室31に流入されるインクの流路抵抗(流量)を絞る役割を担う。また、互いに連通された中間プレート20の第1連通孔21およびノズルプレート10のノズル孔11により、圧力室31内のインクを記録媒体150に向けて吐出するためのアウトレットが構成される。
 かかる構成を備えたインクジェットヘッド1では、共通インク室2に収容されたインクは、インレット(すなわち第4連通孔53、第3連通孔42および第2連通孔33)を通過して、圧力室31に流れ込む。そして、第1電極62と第2電極63との間に電圧が印加されることで、圧電素子61が作動して変形(振動)すると共に圧電素子61の変形に伴い、振動板32が変形(振動)する。この振動板32が変形(振動)することで、圧力室31内にインクを吐出するための圧力が発生する。かかる圧力の発生により、圧力室31内のインクは、アウトレット(すなわち第1連通孔21およびノズル孔11)に押し出され、ノズル孔11の先端(ノズル開口)から記録媒体150に向けて吐出される。
 このように、本実施形態では、いずれも微細加工により細孔や溝などを形成した複数の流路部材(ノズルプレート10、中間プレート20、圧力室形成プレート30、駆動プレート40および配線基板50)が位置合わせして接着されて、インクジェットヘッド1が形成されている。そして、上記位置合わせにより、インク流路(第4連通孔53、第3連通孔42、第2連通孔33、圧力室31、第1連通孔21およびノズル孔11)が形成される。
 これらの流路部材の材料は特に限定されず、シリコン(Si)、ニッケル(Ni)、ステンレス鋼などの公知の材料を用いることができる。ただし、本実施形態において、少なくとも一つの流路部材は、単結晶シリコンウエハを加工してなる。言い換えると、これらの流路部材は、少なくとも一つの単結晶シリコンを含む流路部材を有する。
 また、本実施形態において、上記単結晶シリコンを含む流路部材のうち少なくとも一つの流路部材は、接着剤層によって他の流路部材と接合されている。なお、上記他の流路部材は、単結晶シリコン以外の材料を含む流路部材であってもよいし、単結晶シリコンを含む複数の流路部材のうち、上記一の流路部材とは異なる別の流路部材であってもよい。
 図5は、単結晶シリコンを含む一の流路部材と他の流路部材とが接着剤層により接合している様子を示す模式部分断面図である。なお、図5には、単結晶シリコンを含む一の流路部材としてのノズルプレート10と、他の流路部材としての中間プレート20と、が接着剤層70により接合している様子を示すが、本実施形態はこれに限定されることはなく、他の流路部材同士の接合であってもよい。また、図3および図4では、ノズルプレート10に形成されるノズル孔11および中間プレート20に形成される第1連通孔21はいずれも、傾斜した(インクの流通方向に沿って径が変化する)貫通孔であるが、説明の用意のため、図5では上記貫通孔の傾斜は省略している。
 本実施形態において、ノズルプレート10および中間プレート20はいずれも、シリコンウエハを加工してなる、単結晶シリコンを含む流路部材である。そして、ノズルプレート10の表面には保護膜15が形成されており、中間プレート20の表面には保護膜25が形成されている。
 保護膜15および保護膜25は、これらの流路部材(ノズルプレート10および中間プレート20)のインクに対する耐性を高めるための保護膜である。
 これらの保護膜(本実施形態では保護膜15および保護膜25)は、流路部材(本実施形態ではノズルプレート10および中間プレート20)のうち、インクの流路と接する表面に形成されていればよいが、他の流路部材と対向する面にも形成されていることが好ましい。他の流路部材と対向する面にこれらの保護膜が形成されていると、シリコン酸化物を含まない保護膜18とこれらの保護膜との接合により、シリコン酸化物を含まない保護膜18をより強固に接合させることができる。
 これらの保護膜(本実施形態では保護膜15および保護膜25)の材料は特に限定されず、不働態を形成するタンタル(Ta)、ジルコニウム(Zr)、チタン(Ti)、ハフニウム(Hf)およびニオブ(Nb)などの酸化物、これらにシリコンを含有させた金属シリケート、これらにクロム(Cr)、ニッケル(Ni)およびアルミニウム(Al)などを含有させた金属間化合物、ならびにポリイミド、ポリアミドおよびパリレンなどの有機材料を用いることができる。
 これらのうち、インク流路(図5では第1連通孔21およびノズル孔11)のインクへの濡れ性を高め、かつインク流路にインクを導入する際の泡抜け性を高める観点からは、上記保護膜は、シリコン酸化物を含む化合物を含むことが好ましい。上記シリコン酸化物を含む化合物の例には、SiO、SiOC、SiON、TaSiO、ZrSiO、およびTiSiOなどが含まれる。
 これらの保護膜(本実施形態では保護膜15および保護膜25)の膜厚は、特に限定されないものの、20nm以上1000nm以下であることが好ましく、30nm以上500nm以下であることがより好ましい。特に、上記膜厚が30nm以上であると、成膜時の欠陥が抑制されやすく、流路部材のインク耐性が十分に高まりやすい。また、特に、上記膜厚が500nm以下であると、製造時に薄膜の応力による剥離やクラック等を防止しやすい。
 なお、図5では、一の部材および他の部材(ノズルプレート10および中間プレート20)の両方に上記保護膜が形成されているが、これらのうち一方の流路部材のみに上記保護膜が形成されていてもよいし、いずれの流路部材にも上記保護膜が形成されていなくてもよい。いずれか一方の流路部材のみに上記保護膜が形成されているとき、上記一の部材および他の部材のいずれに上記保護膜が形成されていてもよいが、少なくとも単結晶シリコンを含む一の部材には上記保護膜が形成されていることが好ましい。
 接着剤層70を構成する接着剤の種類は特に限定されず、エポキシ系などの公知の接着剤を用いることができる。エポキシ系の接着剤は、硬化剤によって密な架橋構造を形成するため、接着剤層の内部にインクが浸透しにくい。そのため、上記浸透したインクにより接着剤層がすることによる流路部材の剥がれが生じにくい。
 接着剤層70の層厚は、特に限定されないものの、0.3μm以上10μm以下であることが好ましく、0.5μm以上7μm以下であることがより好ましい。特に、上記膜厚が5μm以上であると、流路部材同士をより強固に接着することができる。また、特に、上記層厚が0.5μm以上であると、製造時に流路部材の表面(または保護膜の表面)に残存した異物を上記接着剤層が吸収できるため、流路部材と接着剤層との接合強度をより高めることができる。さらには、上記層厚が7μm以下であると、製造時に上記接着剤層の材料があふれることによる異物の発生を抑制することができるうえ、接着剤領域以外の不要な領域への流れ出しを防ぐことができる。なお、接着剤層70、膜厚を制御するためのスペーサボールを含んでもよい。
 そして、本実施形態において、ノズルプレート10と接着剤層70との間には、シリコン酸化物を含まない保護膜18が配置されている。具体的には、シリコン酸化物を含まない保護膜18は、ノズルプレート10の保護膜15および接着剤層70の両方に接しており、これらと接合することで、ノズルプレート10と接着剤層70とを接合している。
 また、本実施形態において、中間プレート20と接着剤層70との間には、シリコン酸化物を含まない保護膜28が配置されている。具体的には、シリコン酸化物を含まない保護膜28は、中間プレート20の保護膜25および接着剤層70の両方に接しており、これらと接合することで、中間プレート20と接着剤層70とを接合している。
 図5に示すように、流路部材同士の接合部には、これらの流路部材の接合時の位置ずれや、形成時の微細な誤差に由来する段差部75が生じやすい。そして、この段差部75は、インクを滞留させやすい。また、流路部材同士の接合界面には微小な隙間が生じやすく、この微小な隙間に入り込んだインクの滞留も生じやすい。そのため、流路部材同士の接合部は、インクによる腐食の影響が生じやすい部位であるといえる。
 特に、水系のインクでは、顔料を分散させるためにインクがアルカリ性となっているが、単結晶シリコンやシリコン酸化物はアルカリにより腐食されやすい。そして、単結晶シリコン製の流路部材やシリコン酸化物を含む保護膜などがインクにより腐食すると、腐食によって生じた隙間にインクが入り込んで滞留することにより、上記流路部材や保護膜の腐食がさらに進行していく。上記接合部で生じる腐食は、接着した流路部材のはがれの原因となり得る。また、上記腐食によって生じた隙間からインクが保護膜15または保護膜25の内部に浸透すると、これらの保護膜が膨潤して、これらの保護膜と接着剤層との接合強度が弱まる。上記膨潤も、接着した流路部材のはがれの原因となり得る。
 そのため、本実施形態では、上記インクの滞留が生じやすい接合部に、シリコン酸化物を含まない保護膜18およびシリコン酸化物を含まない保護膜28を配置する。これらの保護膜18および保護膜28は、単結晶シリコンやシリコン酸化物を比較して、アルカリによって腐食されにくく、そのため上記腐食からのインクの浸透による膨潤も生じにくい。腐食されにくい保護膜18および保護膜28を介して流路部材(本実施形態ではノズルプレート10および中間プレート20)と接着剤層70とを接合させることにより、腐食による接合のはがれを生じにくくすることができる。
 上記保護膜18および保護膜28の材料の例には、クロム(Cr)、酸化クロム(Cr:CrO、Crなど)、タンタル(Ta)、タンタル酸化物(Ta:TaおよびTaOなど)、チタン(Ti)、酸化チタン(TiO)、窒化シリコン(Si:Siなど)、およびシリコンカーバイド(SiC)などが含まれる。これらのうち、耐食性をより高める観点からはクロム、酸化クロムおよび窒化シリコンが好ましく、濡れ性をより高める観点からは、TiOが好ましい。
 上記保護膜18および保護膜28の膜厚は、特に限定されないものの、20nm以上1000nm以下であることが好ましく、30nm以上500nm以下であることがより好ましい。特に、上記膜厚が30nm以上であると、腐食による接合のはがれをより十分に抑制することができるうえ、成膜時の欠陥を抑制しやすい。また、特に、上記膜厚が30nm以上であると、製造時に流路部材の表面(または保護膜の表面)に残存した異物を、上記シリコン酸化物を含まない保護膜18が吸収できるため、流路部材と接着剤層との接合強度をより高めることができる。また、特に、上記膜厚が500nm以下であると、製造時に薄膜の応力による剥離やクラック等を防止しやすい。
 上記保護膜18および保護膜28は、流路部材(本実施形態ではノズルプレート10および中間プレート20)のうち、他の流路部材と対向する面に形成されていればよいが、インク流路と接する表面にも形成されていてもよい。インク流路と接する表面に上記保護膜18および保護膜28が形成されていると、インク流路のインクへの濡れ性を高めることができる。
 上記保護膜18および保護膜28は、スパッタリング法などの物理気相成長(PVD)、および原子層堆積法(ALD)などの化学気相成長(CVD)などを含む、各種蒸着法により形成することができる。これらのうち、複雑な形状のカバレージが良好な原子層堆積法(ALD)などの化学気相成長(CVD)が好ましい。
 (インクジェットヘッドの作製)
 図6~図8は、本実施形態に関するインクジェットヘッドを作製する方法の一例を示す説明図である。なお、図6~図8では、理解の容易のため、一部の部材の縮尺を変更している。
 まず、図6Aに示すように、シリコンウエハを微細加工して、一の流路部材(本実施形態では、ノズルプレート10)の形状に加工してなる、第1のチップ部材610を用意する。第1のチップ部材610は、エッチング処理などにより微細な連通孔611を多数形成されている。連通孔611は、インクジェットヘッドの完成時にはノズル孔11となる連通孔であり、ノズル孔11と同じ形状に加工されている。
 次に、図6Bに示すように、第1のチップ部材610に、保護膜615を形成する(シリコン酸化物を含む化合物を含む保護膜を形成する工程)。保護膜615は、インクジェットヘッドの完成時には保護膜15となる膜部材であり、保護膜15について説明した材料(シリコン酸化物を含む化合物)により、保護膜15の厚みとなるように形成される。保護膜615の形成方法は特に限定されず、スパッタリング法などの物理気相成長(PVD)、および原子層堆積法(ALD)などの化学気相成長(CVD)などを含む、各種蒸着法により形成することができる。保護膜615は、第1のチップ部材610のうち、ノズル孔11となる連通孔611に接する表面に形成すればよいが、他の流路部材と対向することになる面(保護膜618が形成される面)にも形成することが好ましい。
 次に、図6Cに示すように、第1のチップ部材610に、保護膜618を形成する(一の流路部材にシリコン酸化物を含まない保護膜を形成する工程)。保護膜618は、インクジェットヘッドの完成時にはシリコン酸化物を含まない保護膜18となる膜部材であり、シリコン酸化物を含まない保護膜18について説明した材料により、シリコン酸化物を含まない保護膜18の厚みとなるように形成される。保護膜618の形成方法は特に限定されず、スパッタリング法などの物理気相成長(PVD)、および原子層堆積法(ALD)などの化学気相成長(CVD)などを含む、各種蒸着法により形成することができる。保護膜618は、第1のチップ部材610のうち、他の流路部材(中間プレート20)と対向することになる面に形成すればよいが、ノズル孔11となる連通孔611に接する表面にも形成してもよい。なお、中間プレート20は必ずしも必要ではなく、ノズルプレート10と圧力室形成プレート30を直接接合してもよい。
 次に、図7Aに示すように、シリコンウエハを微細加工して、他の流路部材(本実施形態では、中間プレート20)の形状に加工してなる、第2のチップ部材620を用意する。第2のチップ部材620は、エッチング処理などにより微細な連通孔621を多数形成されている。連通孔621は、インクジェットヘッドの完成時には第1連通孔21となる連通孔であり、第1連通孔21と同じ形状に加工されている。
 次に、図7Bに示すように、第2のチップ部材620に、保護膜625を形成する(シリコン酸化物を含む化合物を含む保護膜を形成する工程)。保護膜625は、インクジェットヘッドの完成時には保護膜25となる膜部材であり、保護膜25について説明した材料(シリコン酸化物を含む化合物)により、保護膜25の厚みとなるように形成される。保護膜625の形成方法は特に限定されず、スパッタリング法などの物理気相成長(PVD)、および原子層堆積法(ALD)などの化学気相成長(CVD)などを含む、各種蒸着法により形成することができる。保護膜625は、第2のチップ部材620のうち、第1連通孔21となる連通孔621に接する表面に形成すればよいが、他の流路部材と対向することになる面(保護膜628が形成される面)にも形成することが好ましい。
 次に、図7Cに示すように、第2のチップ部材620に、保護膜628を形成する(他の流路部材にシリコン酸化物を含まない保護膜を形成する工程)。保護膜628は、インクジェットヘッドの完成時にはシリコン酸化物を含まない保護膜28となる膜部材であり、シリコン酸化物を含まない保護膜28について説明した材料により、シリコン酸化物を含まない保護膜28の厚みとなるように形成される。保護膜628の形成方法は特に限定されず、スパッタリング法などの物理気相成長(PVD)、および原子層堆積法(ALD)などの化学気相成長(CVD)などを含む、各種蒸着法により形成することができる。保護膜628は、第2のチップ部材620のうち、一の流路部材(ノズルプレート10)と対向することになる面に形成すればよいが、第1連通孔21となる連通孔621に接する表面にも形成してもよい。
 次に、第1のチップ部材610と第2のチップ部材620とを接合する(インク流路を形成する工程)。具体的には、図8に示すように、第1のチップ部材の保護膜628を形成した面に、接着剤670を付与する。接着剤670は、バーコーター、フレキソ印刷、スクリーン印刷などの塗布方式により付与することができる。そして、第2のチップ部材620の保護膜628を形成した面(図8に記載の第2のチップ部材620は、図7に記載の第2のチップ部材620を上下反転したものである。)を、連通孔611と連通孔621とを位置合わせしたうえで、接着剤670に接触させて加圧する。このとき、必要に応じて加熱して接着剤670を硬化させてもよい。このようにして、接着剤670が硬化してなる接着剤層70により、第1のチップ部材610(ノズルプレート10)と第2のチップ部材620(中間プレート20)とが接合した、接合体を得ることができる(図5参照)。
 さらに、圧力室形成プレート30、駆動プレート40および配線基板50を、インク流路が連通するように位置合わせして貼り合わせていくことで、インクジェットヘッド1を得ることができる。
 上記実施形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものにすぎず、これによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
 たとえば、上記実施形態は、一の流路部材と他の流路部材とがいずれも単結晶シリコンを含むものとして説明したが、いずれか一方のみが単結晶シリコンを含むものであってもよい。つまり、一の流路部材が単結晶シリコンを含むものであり、他の流路部材はその他の材料からなるものであってもよい。このとき、シリコン酸化物を含まない保護膜は、単結晶シリコンを含む流路部材と接着剤層との間に配置されればよいが、単結晶シリコンを含む流路部材と接着剤層との間に配置されてもよい。
 また、上記実施形態は、一の流路部材がノズルプレートであり他の流路部材が中間プレートであるものとして説明したが、これら以外の流路部材が単結晶シリコンを含むときは、当該流路部材と他の流路部材との接合部に、シリコン酸化物を含まない保護膜を配置してもよい。このとき、ノズルプレートおよび中間プレートが、単結晶シリコン以外の材料から形成されてもよいことは言うまでもない。
 また、シリコン酸化物を含まない保護膜は、単結晶シリコンを含む一の流路部材と接着剤層との間に配置されればよいが、一の流路部材の、接着剤層と接しない表面にシリコン酸化物を含まない保護膜が形成されていてもよい。
 また、上記実施形態では、単結晶シリコンを含む一の流路部材に接着剤を付与して、他の流路部材と接合させていたが、他の流路部材に接着剤を付与して、単結晶シリコンを含む一の流路部材と接合させてもよい。
 また、上記実施形態は、インクジェットヘッドが水系インクを吐出するものとして説明したが、溶剤系インク、活性線硬化型インク、およびホットメルトインクなどの、他の種類のインクを吐出するために、上記インクジェットヘッドを使用してもよい。
 本発明のインクジェットヘッドによれば、接着した流路部材のはがれが生じにくい。そのため、本発明のインクジェットヘッドによれば、インクジェットヘッドの耐久性のさらなる向上を図ることができ、インクジェットヘッドのさらなる普及への貢献が期待される。
 1 インクジェットヘッド
 2 共通インク室
 2a インク供給口
 2b インク排出口
 3 保持部
 3a 開口部
 4 ヘッドチップ
 5 フレキシブル配線基板
 10 ノズルプレート
 11 ノズル孔
 15 保護膜
 18 シリコン酸化物を含まない保護膜
 20 中間プレート
 21 第1連通孔
 25 保護膜
 28 シリコン酸化物を含まない保護膜
 30 圧力室形成プレート
 31 圧力室
 32 振動板
 33 第2連通孔
 40 駆動プレート
 41 空間部
 42 第3連通孔
 50 配線基板
 51 配線層
 51a 半田
 52 シリコン層
 53 第4連通孔
 60 アクチュエータ
 61 圧電素子
 62 第1電極
 63 第2電極
 70 接着剤層
 75 段差部
 100 画像形成装置
 120 インク供給装置
 130 搬送装置
 131 ベルトコンベア
 132 送りローラー
 133a、133b プーリー
 134 ベルト
 140 メインタンク
 161、162 管
 163 バイパス管
 164 弁
 610 第1のチップ部材
 611 連通孔
 615 保護膜
 618 保護膜
 620 第2のチップ部材
 625 保護膜
 628 保護膜
 670 接着剤

Claims (13)

  1.  単結晶シリコンを含む一の流路部材と、
     他の流路部材と、
     前記一の流路部材と前記他の流路部材とを接合する接着剤層と、
     前記一の流路部材と前記接着剤層との間に配置された、シリコン酸化物を含まない保護膜と、
     を有する、インクジェットヘッド。
  2.  前記シリコン酸化物を含まない保護膜は、クロム、酸化クロム、タンタル、タンタル酸化物、チタン、酸化チタン、窒化シリコン、およびシリコンカーバイドからなる群から選択される材料を含む、請求項1に記載のインクジェットヘッド。
  3.  前記一の流路部材と、前記他の流路部材と、の少なくとも一方は、シリコン酸化物を含む化合物を含む保護膜を表面に有する、請求項1または2に記載のインクジェットヘッド。
  4.  前記シリコン酸化物を含む化合物は、SiO、SiOC、SiON、TaSiO、ZrSiO、およびTiSiOからなる群から選択される材料を含む、請求項3に記載のインクジェットヘッド。
  5.  前記他の流路部材は、単結晶シリコンを含む流路部材である、請求項1~4のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド。
  6.  前記他の流路部材と前記接着剤層との間に配置された、シリコン酸化物を含まない保護膜を有する、請求項5に記載のインクジェットヘッド。
  7.  単結晶シリコンにより形成された一の流路部材に、シリコン酸化物を含まない保護膜を形成する工程と、
     前記一の流路部材と、他の流路部材とを接着剤により接着してインク流路を形成する工程と、
     を有し、
     前記インク流路を形成する工程において、前記一の流路部材の前記シリコン酸化物を含まない保護膜が前記他の流路部材と対向するように、前記一の流路部材と前記他の流路部材とを接着する、
     インクジェットヘッドの製造方法。
  8.  前記シリコン酸化物を含まない保護膜は、クロム、酸化クロム、タンタル、タンタル酸化物、チタン、酸化チタン、窒化シリコン、およびシリコンカーバイドからなる群から選択される材料を含む、請求項7に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
  9.  前記一の流路部材と、前記他の流路部材と、の少なくとも一方の表面に、シリコン酸化物を含む化合物を含む保護膜を形成する工程を有する、請求項7または8に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
  10.  前記シリコン酸化物を含む化合物は、SiO、SiOC、SiON、TaSiO、ZrSiO、TaSiO、およびTiSiOからなる群から選択される材料を含む、請求項9に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
  11.  前記他の流路部材は、単結晶シリコンを含む流路部材である、請求項7~10のいずれか1項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
  12.  前記他の流路部材に、シリコン酸化物を含まない保護膜を形成する工程を有し、
     前記インク流路を形成する工程において、前記他の流路部材の前記シリコン酸化物を含まない保護膜が前記一の流路部材と対向するように、前記一の流路部材と前記他の流路部材とを接着する、
     請求項11に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
  13.  請求項1~6のいずれか1項に記載のインクジェットヘッドを有する、画像形成装置。
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