JP3173187B2 - インクジェットヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインクジェットヘッドに
関する。更に詳しくは、インク液滴を選択的に記録媒体
に付着させるインクジェットヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年インクジェットプリンタは高速印
字、低騒音、高印字品位等の利点から、急速に発展して
いる。インクジェットプリンタに用いられるインクジェ
ットヘッドにはいくつかの方式が提案されているが、一
般的には二つの方式に分けることができる。すなわち第
一の方式は圧電材料を使用して、インクチャンバー内に
圧力パルスを発生させ、ノズルからインク滴を吐出させ
る。第二の方式は発熱抵抗体を使用して、インクチャン
バー内に蒸気バブルを発生させ、ノズルからインク滴を
吐出させる。

【０００３】第二の方式は、発熱抵抗体の急速な加熱冷
却を繰り返すために、容易に発熱抵抗体が劣化し、耐久
性に乏しいという課題がある。また蒸気バブルが発生す
るインクしか使えないという課題もある。これに対して
第一の方式は前述の課題を持たない。しかしながら第一
の方式は圧電材料の効率が低いため、インクジェットヘ
ッド自体が大型化する。また複雑な製造工程となり、大
量生産に適さず、結果として高価なものとなる。さらに
ノズル配列の高密度化が困難なため、高印字品位を得に
くい。これらの課題がある為、広く普及するには至って
いない。

【０００４】第一の方式の課題を解決する方法として、
特開昭６３−２４７５０１号公報に、ノズルの並び方向
に互いに間隔を有する複数の平行な長方形の断面積の流
路を有し、前記流路の側壁の一部または全表面に電極が
形成され、前記側壁はその一部または全体が圧電材料で
構成され、前記側壁が流路の並び方向に平行な変形を
し、前記流路内の圧力を変化させて、インク滴を流路の
一端に形成し、吐出せしめるインクジェットヘッドが提
案されている。

【０００５】従来例のインクジェットヘッドの構造を図
５、インク吐出の動作を図６を用いて説明する。図５は
従来のインクジェットヘッドの構成を示す斜視図、図６
は従来のインクジェットヘッドの構造を示すインク流路
の断面図である。１は圧電基板、２はノズルプレート、
３はノズル、４はインク流路、５は圧電材料からなる側
壁（以下、圧電側壁と略す）、６は上部基板、７はイン
ク供給口、９はインク排出口、１０は電極、１１は分極
方向、１５は流路終端開口部、１６は実装部電極、２０
は上部基板接着面である。

【０００６】このインクジェットヘッドは互いに平行な
インク流路４が多数形成されている。インク流路４は、
圧電基板１に形成された溝と上部基板６より構成され、
その断面形状は長方形である。インク流路４の一端は、
スリット状のインク排出口９に接続し、ノズルプレート
２に形成されたノズル３に接続する。また、インク流路
４の他の一端はインク供給口７に接続され、各インク流
路４に対応する流路終端開口部１５、インク供給口７を
経て、インク貯蔵タンク（図示せず）に接続している。

【０００７】従来例のインクジェットヘッドのインク吐
出の動作を図６を用いて説明する。図６（ａ）に於て、
圧電側壁５は分極方向１１が異なる２個の圧電セラミッ
クスにより形成されている。図６（ａ）に於て、圧電側
壁５は両面に形成された電極１０に、電気的駆動手段
（図示せず）より電圧パルスを印加されないために変形
していない。図６（ｂ）に於て、電圧パルスを印加され
ると圧電側壁５は圧電側壁の分極方向の逆転面にズリ変
形し、インク流路４の容積が減少することにより発生す
る圧力で、インク流路４を満たすインクの一部をノズル
３からインク滴として吐出させ、他の一部をインク供給
口７を経てインク貯蔵タンク側に排出する。インク滴吐
出後のノズル部へのインク供給は、ノズル３の毛管力に
よりインク貯蔵タンクよりインク供給口７と流路４を経
てノズル３へ供給される。

【０００８】しかし、上記構造ではインク流路表面に電
極が露出しており、直接インクと接する構造となってい
る。このため電導度の高い水系のインク等を使用する
と、吐出時の電圧印加で電流のインク中の漏洩が生じ、
電極の腐食、インクの変質等が生じる。

【０００９】そのため、電導度の低いインク、例えば油
系のインクの使用を用いていたが、油系インクは水系イ
ンクに比して、印字のにじみが大きい、ノズルに目詰ま
りを起こし易い等、充分な印字品質が得られない。ま
た、有害性、危険性を伴う等の欠点を持つ。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
ヘッドは、流路と該流路と連通するノズルを有し、前記
流路の一部又は全体が圧電材料で構成され、前記流路の
インクと接する面に絶縁層を形成し、前記圧電材料に電
界を印加することにより前記ノズルからインクを吐出さ
せるインクジェットヘッドにおいて、前記流路の前記絶
縁層上にアルミナまたはジルコニアからなる親水膜によ
り被覆されていることを特徴とする。また、前記親水膜
がアルミナゾル、またはジルコニウムゾルを希釈した液
体を循環させて成膜されたことを特徴とする。また、イ
ンクジェットヘッドの製造法において、前記流路にアル
カリ系洗浄液を導入、循環、排出する工程と、純水を循
環する工程と、エタノールを循環する工程と、空気を循
環する工程と、アルミナまたはジルコニウムゾルをエタ
ノールで希釈した溶液を循環する工程と、空気を循環す
る工程と、前記流路を乾燥する工程とを有することを特
徴とする。

【００１１】以下に、図７、図８を用いて従来のインク
ジェットヘッドの構造を、図９を用いて従来のインクジ
ェットヘッド製造方法を説明する。

【００１２】図９は従来例のインクジェットヘッド製造
方法を示すインク流路の断面図である。１は圧電基板、
４はインク流路、５は圧電側壁、６は上部基板、１０は
電極、１２は絶縁層、２０は上部基板接着面である。

【００１３】図９（ａ）は、電極形成後のインク流路
の断面図である。対抗する分極方向で貼り合わされた圧
電基板１に、溝幅80μmの圧電側壁５を形成し、電極１
０を形成する。

【００１４】次に圧電基板１の上面の不要な電極を除
去し、平坦な上部基板接着面２０を得る。インク流路断
面形状は図９（ｂ）に示すとおりとなる。

【００１５】圧電側壁５が形成された圧電基板１にガ
ラスの上部基板６を接合する。インク流路断面形状は図
９（ｃ）に示すとおりとなる。

【００１６】熱分解ＣＶＤ（化学蒸着）法等により有
機絶縁層１２をインク流路表面に形成する。インク流路
断面は図８の様になる。

【００１７】圧電基板１、上部基板６の端面にノズル
プレートを接着する。

【００１８】インク供給手段、印加パルスを発生する
駆動手段と接続する。

【００１９】得られたインクジェットヘッドは図７に示
す構成となる。

【００２０】また、以下に熱分解ＣＶＤ法による絶縁層
の形成方法を図１０を用いて説明する。

【００２１】図１０は熱分解ＣＶＤ装置の構成を示した
ものである。図中、１は圧電基板、３１は気化器、３２
は熱分解室、３３は蒸着室である。

【００２２】化１は有機絶縁層の原料物質となるジパ
ラキシリレンである。ジパラキシリレンは室温で二量体
の固体である。ジパラキシシリレンは気化室３１中で、
１Torr、１７５℃で加熱され気化し、熱分解室３２に導
入される。

【００２３】導入されたジパラキシリレンは熱分解室
３２中で、６８０℃に加熱、０．５Torrに減圧され、化
２に示す、ジラジカルパラキシリレンとなる。

【００２４】ジラジカルパラキシリレンは室温、０．
１Torrの蒸着室に導入され、基板への吸着と、重合がな
され、化３に示すポリパラキシリレンとなり、基板全
面、インク流路全面に有機絶縁層が形成される。

【００２５】有機絶縁層の形成された基板は−７０
℃、０．００１Torrに減圧、冷却され、密着した絶縁層
が得られる。

【００２６】

【化１】

【００２７】

【化２】

【００２８】

【化３】

【００２９】上記提案により、インク流路の絶縁物によ
る完全な被覆が可能で、水系インクの長期に渡る安定吐
出が可能となった。

【００３０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
インクジェットヘッドでは以下の問題を有する。

【００３１】インク流路表面に形成した有機絶縁層表面
は、水系インクに対しての親和性が悪く、一般に用いて
いる水系インクをはじいてしまう。このため、インク流
路内へのインクの完全な充填が困難である。また、イン
ク吐出時に気泡を引き込み易く、多数のノズルが吐出不
能となり、印字にドット抜けが多く生じた。

【００３２】さらに、クリーニング動作（ノズルから吸
引することにより、インク流路に溜まった気泡を吸い出
す、すなわちインク流路内に完全にインクを充填す
る。）による気泡の排出性も悪い。そのため、長時間に
渡る安定な印字が困難で、一定量の印字に対して多数回
のクリーニング動作が必要であった。

【００３３】上記に示す様に、従来のインクジェットヘ
ッドでは有機絶縁層の撥水性により、印字速度の向上
と、精細な印字に対する信頼性の向上を得ることが困難
であった。

【００３４】また表面の改質についても、流路が幅に対
して深い構造であるため、均一にインク流路表面に処理
を行うことが困難であった。

【００３５】本発明はかかる問題を解決するもので、優
れた印字品質を持ち、長期信頼性を備え、高速での印字
が可能なインクジェットヘッドを安価に提供することを
目的とする。

【００３６】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
ヘッド及びその製造方法は、流路と前記流路に配接され
たインクを吐出せしめるノズル面を有し、前記流路の一
部または全体が圧電材料で構成され、前記圧電材料の駆
動用の電極が流路のインクに接する面に形成され、前記
流路のインクに接する面の全面を絶縁層を形成したイン
クジェットヘッドに於て、前記流路を親水物で被覆した
ことを特徴とし、前記流路内に液体を循環させることに
より、前記流路の表面の被覆を行うことを特徴とする。

【００３７】

【実施例】以下に図を用いて本発明を説明する。本発明
は以下の実施例に限定されるものではない。

【００３８】まず図１、２に本発明のインクジェットヘ
ッドの一例を示し、構造を説明する。図１は本発明の一
実施例を示すインクジェットヘッドのインク流路の断面
図、図２はそのインクジェットヘッドの斜視図である。

【００３９】図１、２中、１は圧電基板、２はノズルプ
レート、３はノズル孔、４はインク流路、５は圧電側
壁、１０は電極、１２は有機絶縁層、１４は親水層であ
る。吐出動作は、従来例のインクジェットヘッドと同様
である。

【００４０】本発明の一実施例では、インク流路４の表
面全面に形成した有機絶縁層１２上の全面に親水層１４
を形成している。

【００４１】ここでは親水層の材料にアルミナゾルを用
いている。アルミナゾルは、アルミナを水和しゾル化し
たもので、含まれるヒドロキシ基により、水に対して優
れた親和性を示す。他にジルコニウムゾル等による親水
層の形成も可能である。

【００４２】アルミナゾルによる親水層の形成により、
従来６０度程度であったインク流路表面の対インク接触
角を２０度以下とすることができた。

【００４３】以下に、図３を用いて本発明のインクジェ
ットヘッド製造方法の親水層の形成方法を説明する。

【００４４】図３は本発明の一実施例のインクジェット
ヘッド製造方法の親水層形成方法の装置構成を示す斜視
図である。

【００４５】チューブポンプを液循環手段１７に用い
て、アルカリ系の洗浄液を、インク供給口７より導入
し、インク流路４内に循環、インク排出口９から排出す
る。

【００４６】同様に純水をインク流路４内に循環する
ことにより、の洗浄液を除去する。

【００４７】エタノールを循環し、水分を除去する。

【００４８】空気を導入し、表面を乾燥する。

【００４９】アルミナゾルをエタノールで希釈し粘度
を落とし循環を容易にしたものを、流路内に循環する。

【００５０】空気を導入し、エタノール分を蒸発させ
る。

【００５１】乾燥器中で加温し、表面に残留したアル
ミナゾルを硬化する。

【００５２】ここでは液循環手段として、チューブポン
プを用いたが、減圧吸引により液循環と表面の乾燥を行
うことも可能である。

【００５３】また、図４に示す様にノズルプレート２の
接着後に上記処理により、ノズル内側面に親水層１４を
形成することも可能である。

【００５４】本発明では、インク流路がアルミナ又はジ
ルコニアからなる親水膜により被覆されているため、イ
ンク吐出時のインク充填が容易になった。

【００５５】また、インク流路表面のインクとの親和性
が向上したため、インク流路中に気泡を引き込むことが
少なく、頻繁なクリーニング動作が不要となり、印字速
度が向上した。

【００５６】さらに、流路中に引き込んだ気泡の排出も
容易で、簡素なクリーニング機構での気泡排出が可能と
なった。

【００５７】別の効果として、インク流路断面形状が円
滑となったため、流路抵抗の低減が得られ、低電圧での
吐出が可能となった。流路断面が円滑となることは、気
泡の引き込み、排出の対策としても効果を有する。

【００５８】また絶縁層を形成した後にさらに絶縁物を
被覆しているため、絶縁信頼性が向上し、絶縁不良を原
因とする吐出不能ノズルが減少した。

【００５９】

【発明の効果】本発明のインクジェットヘッド及びその
製造方法によれば、流路抵抗の低減、気泡排出性の向上
によるクリーニング動作の簡素化、ドット抜けの低減
と、絶縁信頼性が得られ、優れた印字品質と長期信頼性
を持ち、高速印字が可能なインクジェットヘッドを提供
することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のインクジェットヘッドの構
造を示すインク流路の断面図。

【図２】本発明の一実施例のインクジェットヘッドの構
成を示す斜視図。

【図３】本発明の一実施例のインクジェットヘッドの親
水層形成方法を示す概略図。

【図４】本発明の一実施例を示すノズル部の断面図。

【図５】従来のインクジェットヘッドの構成を示す斜視
図。

【図６】従来のインクジェットヘッドのインク滴吐出原
理を示すインク流路の断面図。

【図７】従来の他のインクジェットヘッドの構成を示す
斜視図。

【図８】従来の他のインクジェットヘッドの構造を示す
インク流路の断面図。

【図９】従来の他のインクジェットヘッド製造方法を示
すインク流路の断面図。

【図１０】熱分解ＣＶＤ法の装置構成を示す概略図。

【符号の説明】

１ 圧電基板 ２ ノズルプレート ３ ノズル ４ インク流路 ５ 圧電側壁 ６ 上部基板 ７ インク供給口 ８ ノズルプレート接着面 ９ インク排出口 １０ 電極 １１ 圧電側壁の分極方向 １２ 有機絶縁層 １３ 親水層形成に用いる処理液 １４ 親水層 １５ 流路終端開口部 １６ 実装部電極 １７ 液循環手段 ２０ 上部基板接着面 ３１ 気化器 ３２ 熱分解室 ３３ 蒸着室

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流路と該流路と連通するノズルを有し、
   前記流路の一部又は全体が圧電材料で構成され、前記流
   路のインクと接する面に絶縁層を形成し、前記圧電材料
   に電界を印加することにより前記ノズルからインクを吐
   出させるインクジェットヘッドにおいて、前記流路の前記絶縁層上に アルミナまたはジルコニアか
   らなる親水膜により被覆されていることを特徴とするイ
   ンクジェットヘッド。
2. 【請求項２】前記親水膜がアルミナゾル、またはジルコ
   ニウムゾルを希釈した液体を循環させて成膜されたこと
   を特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッドの
   製造方法。
3. 【請求項３】前記流路にアルカリ系洗浄液を導入、循
   環、排出する工程と、純水を循環する工程と、エタノー
   ルを循環する工程と、空気を循環する工程と、アルミナ
   またはジルコニウムゾルをエタノールで希釈した溶液を
   循環する工程と、空気を循環する工程と、前記流路を乾
   燥する工程とを有することを特徴とする請求項１に記載
   のインクジェットヘッドの製造方法。