JPH08187858A - インクジェットヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電極材料であるチタン電極層の改良を行うこ
とにより、電極部の酸化や溶解を著しく抑制し印字寿命
の長い実用性に優れたインクジェットヘッド及びその製
造方法を提供することを目的とする。 【構成】 本発明のインクジェットヘッドは、チタン電
極層３の表層部に０．０１〜１μｍの厚さで熱酸化処理
した酸化チタン層４、又は、チタン電極層３又は酸化チ
タン層４の表層部に０．００５〜０．５μｍの厚さで白
金族金属又は白金族金属の酸化物を担持させた構成をし
ている。また、本発明のインクジェットヘッドの製造方
法は、チタン電極層３を３００〜８００℃で熱酸化して
表層部に酸化チタン層４を形成する熱酸化処理工程、又
は、チタン電極層３に白金族金属及び白金族金属の酸化
物を含む溶液を塗布する塗布工程と前記塗布工程後２５
０〜６００℃の温度で加熱分解する加熱分解処理工程を
有する構成をしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は導電性インクに通電し、
ジュール熱によって導電性インクを吐出させて印刷を行
うインクジェットヘッド及びその製造方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピュータの高速高性能，小
型，低価格化に伴って、コンピュータの出力装置の１つ
であるプリンタにおいても、高解像度，高密度で、小
型，低価格化が可能な、インクジェットプリンタが種々
開発されている。この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で、インクを吐出させる方法
としては、ピエゾ素子の変形によってインクを押し出す
ピエゾ方式と、一対の電極間に導電性インクを充填し、
この電極間に電流を通電させ、ジュール熱によって導電
性インクを加熱沸騰させ沸騰気泡の圧力により導電性イ
ンクをノズル孔から印刷用紙等の記録媒体に一定量のイ
ンクを付着させる通電加熱型インクジェット方式等が知
られている。通電加熱型インクジェット方式において、
電極間に交流電圧を印加する方法が直流電圧を印加する
方法より電極の耐久性が高いために、主流となってい
る。

【０００３】以下に従来の通電加熱型インクジェットヘ
ッド（以下、通電加熱型インクジェットヘッドを単にイ
ンクジェットヘッドと称す）について図４，図５を用い
て説明する。図４は従来のインクジェットヘッドを用い
たインクジェットプリンタの断面模式図である。図５
は、従来のインクジェットヘッドの一対の電極を有する
電極配線基板の断面模式図である。２１は電極配線基
板、２は電極部を形成する絶縁性のガラス基板、２３は
ガラス基板２上に形成されるチタン等の金属層をパター
ニングして形成されたチタン電極層であり、そのうち、
２５ａは第１電極部、２５ｂは第２電極部で、第１電極
部２５ａと第２電極部２５ｂは所定の間隔をおいて対向
する。また、チタン電極層２３と外部との接続を行うパ
ッド（図示せず）を接続するリード線部（図示せず）を
有する。また、チタン電極層２３及びリード線部の上部
に有機物よりなる絶縁層（図示せず）が積層してある。
この絶縁層は、導電性インクに通電するための導電性イ
ンクに接する電極部のみパターニングにより除去され
る。このガラス基板２上にチタン電極層２３、リード
層、絶縁層を形成したものを電極配線基板２１と称す
る。９は電極配線基板２１上の絶縁膜と接着されるノズ
ル流路基板、１０はインク流路、１１はインク流路１０
に充填される導電性インク、１２は導電性インク１１を
吐出させるためのノズル孔、１３は第１電極部２５ａと
第２電極部２５ｂとに印加する交流の駆動電圧を発生さ
せるための電源部である。１４は多数配列されている一
対の第１電極部２５ａと第２電極部２５ｂにおいて電圧
を印加するためのスイッチである。また、１５は印字用
紙であり、ノズル孔１２の前方に位置し、紙送りにより
情報がインクドットとして順次印字される。

【０００４】以上のように構成された従来のインクジェ
ットヘッドについて、以下その製造方法について説明す
る。

【０００５】まず、図６において、多数の一対の電極層
を有する電極配線基板の製造方法について説明する。図
６（ａ）に示すように、洗浄されたガラス基板２上に、
真空薄膜形成技術であるＤＣスパッタリング法を用い
て、チタン電極層２３となるチタン薄膜（図示せず）を
形成する。この形成条件としては、純度９９．９％以上
のチタン材料を使用し、スパッタリング時の圧力を３Ｐ
ａ以上、基板温度を３００℃以上で行い、チタン薄膜の
膜厚が０．１〜５μｍに形成する。次に、図６（ｂ）に
示すように、フォトリソグラフィー法を用いて、このチ
タン薄膜をエッチング加工によって、チタン電極層２３
を形成する。次に、図６（ｃ）に示すように、リード線
部７となる金をメッキ法により１μｍの厚さで蒸着す
る。最後に感光性樹脂を用いて保護膜となる絶縁層８を
３μｍの厚さで形成し、フォトリソグラフィー法により
電極部上の絶縁層８を除去することにより、図６（ｄ）
に示す電極配線基板２１が形成される。なお、感光性樹
脂として、耐インク性及び絶縁性に優れた材料であるポ
リイミド樹脂を用いる。

【０００６】次に、図７を用いてインク流路１０及びノ
ズル孔１２を構成するノズル流路基板９の作製工程を説
明する。図７（ａ）において、ノズル流路基板９の材料
としては、感光性ガラス１６を使用し，前処理である洗
浄を行う。次に、感光性ガラス１６のインク流路１０及
びノズル孔１２となるべき溝部に紫外線を照射し、大気
中で４００℃，１時間の熱処理を行う。これにより、図
７（ｂ）に示すように紫外線照射部が結晶化される。こ
の結晶化部１７は非結晶化部１８と比較して１００倍以
上エッチング速度が速いためエッチング処理を行うこと
により結晶化部１７が溝状にエッチングされ、図７
（ｃ）のように、インク流路１０を有するノズル流路基
板９が形成される。なお、エッチング液として、５％沸
化水素水を使用する。

【０００７】最後に、図８に示すように、ノズル流路基
板９と電極配線基板２１の接着工程を説明する。図８
（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、ノズル流路基板９
は電極配線基板２１の上部に接着剤等にて一体化され、
インクジェットヘッド部が形成される。この時、位置合
わせは、インク流路１０内に一対の電極部が配置される
ように接合される。このインクジェットヘッドがインク
タンク（図示せず）に接合される。ここで、インク比抵
抗が１０〜１００Ω・ｃｍの導電性インク１１は共通イ
ンク室（図示せず）から幅、高さ共に３０〜８０μｍの
インク流路１０を通り、ノズル孔１２の先端まで供給さ
れる。こうして、インクジェットヘッドが完成される。

【０００８】ここで、チタン以外の電極材料としては、
一般に適当な酸素過電圧を持ち耐腐食性に優れた材料で
ある金，白金，ニッケル，パラジウム等が用いられる。
しかし、インクジェットヘッドの動作時には１ｋＡ／ｃ
ｍ²以上の大きな電流密度が電極にかかるため、金，白
金，ニッケル，パラジウムを電極材料として使用した場
合、電気化学反応が容易に起こり酸化や溶解が発生しそ
の進行が速い傾向にある。一方、チタンは電極材料とし
て最も安定であり好適に使用されているが、やはり酸化
や溶解は少なからず発生し、印字寿命回数に支障をきた
している。

【０００９】以上のように製造された従来のインクジェ
ットヘッドを用いたインクジェットプリンタについて、
図９を用いて以下その動作について説明する。図９
（ａ）に示すように、従来のインクジェットヘッドを用
いたインクジェットプリンタは、第１電極部２５ａと第
２電極部２５ｂとの間に周波数１００ＫＨｚ〜５ＭＨ
ｚ，電圧１０Ｖ〜５０Ｖの交流電圧を印加し導電性イン
ク１１中に交流電流を流す。この時の電流は１０ｍＡ程
度流れる。周波数を２ＭＨｚの交流駆動であれば、周期
が５００ｎｓとなる。これを５〜１０μ秒、連続的に印
加することにより導電性インク１１はインク自身のもつ
抵抗Ｒによって、電力Ｗ＝（電流Ｉ）²×抵抗Ｒ×時間
ｔなるジュール熱を発生し、導電性インク１１の温度が
１５０〜２００℃程度に上昇する。こうして、図９
（ｂ）に示すように、この時発生するジュール熱によっ
て、導電性インク１１が沸騰し、気泡１９が発生する。
さらに、図９（ｃ）に示すように、気泡１９は成長し膨
張の圧力エネルギーによって、導電性インク１１が押し
上げられて、ノズル孔１２からインク滴２０がノズル孔
１２の前方１ｍｍ程度の位置に置かれた印字用紙１５へ
と吐出する。次に、図９（ｄ）に示すように、インク滴
２０が吐出し、交流信号電圧の印加を停止すると同時
に、気泡１９は急激に冷却され縮小消滅し、インク吐出
動作は完了する。また、吐出したインク滴２０は、印字
用紙１５に付着浸透し印字されることになる。ここで、
導電性インク１１は共通インク室（図示せず）より毛細
現象によりインク流路１０に供給され、図９（ｅ）に示
すように、導電性インク１１が充填される。このように
して、連続印字がなされる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、チタン電極層である電極部は電流を媒介と
し導電性インクと電気化学反応が起こり易く、さらに導
電性インクがジュール熱を発生し電極部近傍の導電性イ
ンクの温度が上昇するため、電気化学反応は促進され、
電極部の酸化や溶解が発生し進行する。電極部の酸化が
進行した場合、電極部表面に酸化水和物が生成する。こ
の酸化水和物はすかすかな構造を持つため電極部表面か
らさらに内部へと酸化が容易に進行していく。この電極
部の酸化や溶解が大きな抵抗となり十分な電流が導電性
インクに流れなくなり、気泡が生成できずインク滴が吐
出しなくなるという大きな問題点を有していた。

【００１１】さらに、従来のインクジェットヘッドで
は、一対の電極部である第１電極部と第２電極部との面
積が異なると面積の小さい電極部に電流が集中して益々
電極部の酸化や溶解が進行し、電極部自体が消滅するこ
ともあり、インクジェットヘッドとしての機能が完全に
損なわれ、印字寿命回数が短く、実用上大きな問題点を
有していた。

【００１２】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、インクジェットヘッドの電極材料にチタンを用いた
電極部に対して、電極部の電気化学反応を抑制し電極部
の酸化や溶解を防止することができ耐久性に優れ、導電
性インクの沸騰時間や吐出特性を長期間安定に維持し
て、高画質な印字を行うことができる信頼性に優れたイ
ンクジェットヘッドを提供することを目的とする。ま
た、高耐久性で高信頼性のインクジェットヘッドを、高
い歩留りで安定して製造することができる生産性に優れ
たインクジェットヘッドの製造方法を提供することを目
的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の請求項１に記載のインクジェットヘッドは、
ノズル孔及びインク流路を有するインク流路基板と電極
部を有する電極配線基板とを備え、前記電極部を用いて
インクに通電して前記インクに気泡を発生させ、前記気
泡の圧力エネルギーによって前記インクを前記ノズル孔
から吐出させるインクジェットヘッドであって、前記電
極層がチタン電極層と、少なくとも前記インクと接する
前記チタン電極層の表層部に、０．０１〜１μｍの厚さ
の酸化チタン層と、を有する構成を有している。

【００１４】請求項２に記載のインクジェットヘッド
は、請求項１において、少なくとも前記インクと接する
前記酸化チタン層の表層部に０．００５〜０．５μｍの
厚さの白金族金属又は白金族金属の酸化物が担持されて
いる構成を有している。

【００１５】請求項３に記載のインクジェットヘッド
は、ノズル孔及びインク流路を有するインク流路基板と
電極部を有する電極配線基板とを備え、前記電極部を用
いてインクに通電して前記インクに気泡を発生させ、前
記気泡の圧力エネルギーによって前記インクを前記ノズ
ル孔から吐出させるインクジェットヘッドであって、前
記電極部がチタン電極層を有し、少なくとも前記インク
と接する前記チタン電極層の表層部に、０．００５〜
０．５μｍの厚さの白金族金属又は白金族金属の酸化物
が担持されている構成を有している。

【００１６】請求項４に記載のインクジェットヘッド
は、請求項２又は３の内いずれか１において、前記白金
族金属として、白金，ロジウム又はイリジウムを用いた
構成を有している。

【００１７】請求項５に記載のインクジェットヘッド
は、請求項２又は３の内いずれか１において、前記白金
族金属の酸化物として、酸化パラジウム又は酸化ルテニ
ウムを用いた構成を有している。

【００１８】請求項６に記載のインクジェットヘッドの
製造方法は、絶縁性基板上に電極部を形成する電極形成
工程を備えたインクジェットヘッドの製造方法であっ
て、前記電極形成工程がチタン電極層形成工程と前記チ
タン電極形成工程で形成されたチタン電極層を３００〜
８００℃の温度で熱処理し前記チタン電極層の表面から
内部に酸化チタン層を形成する熱酸化処理工程を有して
いる。

【００１９】請求項７に記載のインクジェットヘッドの
製造方法は、絶縁性基板上に電極部を形成する電極形成
工程を備えたインクジェットヘッドの製造方法であっ
て、前記電極形成工程がチタン電極層形成工程と、前記
チタン電極層形成工程で形成されたチタン電極層に白金
族金属又は白金族金属の酸化物を含む溶液を皮膜する塗
布工程と、２５０〜６００℃の温度で前記白金族金属又
は前記白金族金属の酸化物を加熱分解する加熱分解処理
工程と、を有する構成をしている。

【００２０】ここで、前記チタン電極層の形成方法とし
てＤＣスパッタリング法，ＲＦスパッタリング法や真空
蒸着法等が用いられる。また、白金族金属又は白金族金
属の酸化物の塗布工程においては、白金族金属塩又は白
金族金属錯体、還元剤としてラベンダー油又はアニス油
等の未飽和油、有機溶剤としてイソプロピルアルコール
又はブタノール等の多価アルコールを混合した溶液を用
いる。又、チタン電極層の表面酸化を行う熱処理温度は
特に限定されないが好ましくは３００〜８００℃で行わ
れれ、最適条件は４００〜６００℃である。この時、最
も印字寿命回数が改善される。３００℃以下の温度の熱
処理では、酸化チタン層の厚さが０．０１μｍ未満でし
か形成されず、０．０１μｍ未満の酸化チタン層では、
薄すぎて電極部の電気化学反応の抑制に大きな効果は見
られなかった。また、８００℃以上の温度では急速に熱
酸化が進み膜厚の制御が難しく、１μｍより厚く膜厚が
形成され、電極間の抵抗が大きくなり、インク中に十分
な電流を供給することが困難になる。従って、チタン電
極層に形成した酸化チタン層の膜厚は、０．０１〜１μ
ｍであることが好ましい。また、加熱分解における加熱
分解温度は特に限定されないが、大気中の炉内で２５０
〜６００℃の温度範囲が用いられることが好ましい。２
５０℃未満で加熱分解処理を行った場合、チタン電極層
の表層部に形成される白金族金属又は白金族金属の酸化
物の密着力が弱く、インクジェットヘッドとして動作し
た時、白金族金属または白金族金属の酸化物が剥離しや
すく、電極の電気化学反応の抑制に大きな効果は見られ
なかった。また、加熱分解温度が３００℃以上の温度で
かつ温度が高いほどチタン電極層の表層部に酸化チタン
層がより厚く形成されるとともに、白金族金属又は白金
族金属の酸化物とチタン電極層との密着力が向上する傾
向にある。しかし、６００℃を超える温度で熱処理を行
った場合、白金族金属または白金族金属の酸化物が酸化
チタン層の表層部に凝集し粒成長しやすくなるため担持
が行われにくく、電極部の電気化学反応の抑制には大き
な効果は見られなかった。また、チタン電極層又は酸化
チタン層の表層部の白金族金属又は白金族金属の酸化物
の担持は０．００５〜０．５μｍの厚さの範囲で好適に
用いられる。０．００５μｍ未満の厚さでは十分にチタ
ン電極層又は酸化チタン層の表層部に白金族金属または
白金族金属の酸化物の担持させることができず、電極の
電気化学反応の抑制には大きな効果が見られなかった。
また、０．５μｍより大きい厚さではチタン電極層の表
層部の白金族金属又は白金族金属の酸化物のみが電極と
して作用し、電極の電気化学反応の抑制には大きな効果
が見られなかった。

【００２１】

【作用】この構成によって、チタン電極層の表層部は、
熱処理により酸化チタン層が形成される。この熱処理に
よる酸化チタン層は構造が非常に緻密で化学的に安定し
ているので、導電性インクの通電による化学反応が抑制
されチタン電極層の深部への酸化の進行を防止できる。
従って、安定な電極部を実現できる。つまり、熱処理で
形成された酸化チタンは半導体特性を有し、動作時に電
極部に電圧が印加された時には酸化チタンでは電子の一
部は価電子帯より伝導帯に上昇する。この伝導帯に上昇
した電子が電流となる。この電子は価電子帯の電子より
禁制帯幅の分だけエネルギーが高く、電極部の近傍の導
電性インクに電子を供与する力が強い。その結果、電極
部から導電性インクに流れる電流は導電性インクに対し
て還元力が強い性質をもつことになる。酸化や溶解は広
義の意味で酸化反応であるため、半導体である酸化チタ
ンの電気的性質を利用することにより、電極部は還元力
が強くなり酸化反応が進行することがない。従って、少
なくともインクと接するチタン電極層の表層部に酸化チ
タン層を形成した電極部を使用することにより、酸化反
応が生じない印字寿命の長い実用性に優れたインクジェ
ットヘッドを提供することができる。

【００２２】更に、白金，ロジウム，イリジウム等の白
金族金属、ルテニウム酸化物、パラジウム酸化物などの
白金族金属の酸化物をチタン電極層の表層部に担持させ
た電極部は、インクジェットヘッドが動作中にチタン電
極層が酸化しても、半導体である酸化チタンに作用して
低い動作電圧でも多くの電流を流すことができるので、
導通不良を防止できる。

【００２３】又、白金，ロジウム，イリジウム等の白金
族金属、ルテニウム酸化物，パラジウム酸化物などの白
金族金属の酸化物を酸化チタン層の表層部に担持させた
電極は、仕事関数の異なった金属・半導体接触により酸
化チタン内に電場勾配が生じ禁制帯幅が低下する。その
結果、チタン電極層の表層部に形成された酸化チタン層
のみと比較して、酸化チタン層の表層部に白金族金属や
白金族金属の酸化物が担持された電極部は、電荷分離効
率が改善し低電圧で電流を流すことができる。従って、
インクジェットヘッドの動作電圧を下げることができ、
装置の小型化、省電力化を図ることができる。さらに、
低電圧化により電気化学反応がさらに抑制され電極部の
寸法及び形状に変化が少なく電気的に安定した信頼性の
高いインクジェットヘッドを実現できる。

【００２４】更に、熱酸化処理工程により均一で緻密な
酸化膜を容易に形成でき、歩留りの高いインクジェット
ヘッドの製造方法を実現できる。

【００２５】また、白金族金属や白金族金属の酸化物を
塗布したのち、加熱分解処理を２５０℃〜３００℃の温
度で行うことにより、チタン電極層の表層部に白金族金
属や白金族金属の酸化物の担持を行うことができ、又、
白金族金属や白金族金属の酸化物を塗布したのち、加熱
分解処理を３００℃〜６００℃の温度で行うことによ
り、チタン電極層の上層部に酸化チタン層を形成できる
とともに、その内部に白金族金属や白金族金属の酸化物
の担持を同時に行うことができ、歩留りの高い工程が簡
単なインクジェットヘッドの製造方法を実現できる。

【００２６】

【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。

【００２７】（実施例１）図１は本発明の第１実施例に
おけるインクジェットヘッドの一対の電極部を有する電
極配線基板の断面模式図である。本発明の第１実施例の
インクジェットヘッドを用いたインクジェットプリンタ
の断面模式図は図４の従来例のものと略同様のものであ
る。ここで、従来例と異なるのは、図１における電極配
線基板上の電極部の構成である。２は電極配線基板を形
成するための絶縁性基板であるガラス基板、３はチタン
電極層、４は酸化チタン層で、５ａ，５ｂはそれぞれ第
１電極部、第２電極部であり、チタン電極層３及び酸化
チタン層４からなる。ここで、インクジェットヘッドの
電極部は、一対の第１電極部５ａと第２電極部５ｂが多
数整列されてなる。絶縁性基板材料には、ガラス基板２
の他、表面酸化を施した単結晶シリコン等の鏡面を有す
る基板を使用してもよい。

【００２８】以上のように構成された本発明の第１実施
例におけるインクジェットヘッドについて、以下その製
造方法を説明する。図２は本発明の第１実施例における
インクジェットヘッドの製造工程図である。まず、図２
（ａ）に示すようにチタン電極形成工程として、洗浄し
たガラス基板２上にＤＣスパッタリング法により、アル
ゴンガス等を用いて、チタン材料を用いて導電性の金属
膜（図示せず）を０．１〜５μｍの厚さで積層した後、
図２（ｂ）に示すようにパターニングによりチタン電極
層３を形成する。なお、電極寸法は縦幅２０μｍ、横幅
４０μｍであり、第１電極部５ａ及び第２電極部５ｂの
電極間距離は５μｍの間隔で配置されている。この後、
図２（ｃ）に示すように熱処理酸化工程として、熱処理
によりチタン電極層３の表面酸化を行い、０．０１〜１
μｍの厚さで酸化チタン層４を形成する。電極部の表面
が酸化すると、外観上黒くなる。チタン電極層３を表面
酸化する熱処理温度は特に限定しないが好ましくは３０
０〜８００℃で行う。次に、図２（ｄ）に示すように、
金を用いてメッキ法により１μｍの厚さでリード線部７
を形成する。最後に感光性樹脂からなる絶縁層８を３μ
ｍの厚さで形成し、フォトリソグラフィー法によりイン
クと接する電極部上の絶縁層８を除去し、図２（ｅ）に
示す電極配線基板１が形成される。ここで、感光性樹脂
として、耐インク性及び絶縁性に優れた材料であるポリ
イミド樹脂を用いた。

【００２９】最後に、従来例と同様な方法で形成された
ノズル流路基板９を電極配線基板１の上部に接着剤等を
用いて一体化し、インクジェットヘッドを形成する。こ
のインクジェットヘッドがインクタンク（図示せず）に
接合され導電性インク１１がノズル孔１２の先端まで供
給される。

【００３０】以上のように製造された本発明の第１実施
例における酸化チタン層４を有する電極部を持つインク
ジェットヘッドを用いたインクジェットプリンタは、従
来例のものと同様に動作する。

【００３１】（実験例１）以上のように動作する本発明
の第１実施例におけるインクジェットヘッドを用いたイ
ンクジェットプリンタの耐久性試験を行った。本発明の
第１実施例のインクジェットヘッドの電極部は以下の条
件をもとに作製した。その他の工程は上記の製造方法と
同様なので省略する。まず、ガラス基板２上を、真空圧
力を３Ｐａ、基板温度を３００度、アルゴンの雰囲気の
条件でＤＣスパッタリング法を用いて、２μｍの膜厚を
有するチタン薄膜を形成し、パターニングによりチタン
電極層３を形成した。このチタン電極層３に熱処理を施
した。すなわち、熱処理温度を、２５０，３００，５０
０，７００，８００，８５０℃の６条件のもと熱処理時
間を１５分とし、チタン電極層３上に酸化チタン層４を
形成した。

【００３２】（比較例１）比較例として、従来例の熱処
理をしない、つまり酸化チタン層４を形成しないチタン
電極層３のみのインクジェットヘッドを用いたインクジ
ェットプリンタについて耐久性試験を行った。ただし、
寸法・形状等のその他の条件は実験例１と同一にした。

【００３３】以上のようにして得られた（実験例１）と
（比較例１）におけるインクジェットヘッドの耐久性試
験として、印字寿命回数の測定を行うと共に酸化チタン
膜の膜厚の測定を行った。印字寿命回数の定義は、紙面
上のインクのドットの大きさが印字開始時と比較して７
０％以下になった時を印字寿命とし、それまでに印字し
たドットの吐出回数とした。なお、測定条件は印加交流
電圧２５Ｖ、印加交流電圧の周波数を３ＭＨｚ、印字周
期を５ＫＨｚとした。また、導電性インク１１として比
抵抗が２０Ω・ｃｍのものを用いた。この結果を（表
１）に示す。

【００３４】

【表１】

【００３５】この（表１）から明らかなように、酸化チ
タン層４の厚さが０．０１〜１μｍのとき、印字寿命回
数が１億ドット以上が得られており、実用上好ましい結
果を得ることができた。一方、比較例１においては２千
回と実用性に適さない結果であった。また、チタン電極
層３に熱処理を行い酸化チタン層４を電極に用いたイン
クジェットヘッドは熱処理を行わないものと比較して印
字寿命回数が改善しているため、熱処理を行い酸化チタ
ン層４を形成することが非常に有効であることが確認さ
れた。

【００３６】ここで、チタン電極層３の表面酸化を行う
熱処理温度は特に限定されないが好ましくは３００〜８
００℃で行われる。最適条件は４００〜６００℃であ
る。この時、最も印字寿命回数が改善される。３００℃
以下の温度の熱処理では、酸化膜の厚さが０．０１μｍ
未満でしか形成されず、０．０１μｍ未満の酸化膜で
は、薄すぎて電極の電気化学反応の抑制に大きな効果は
見られなかった。従って、０．０１μｍ以上の厚さの酸
化膜が好ましい。また、８００℃以上の温度では急速に
熱酸化が進み１μｍより厚く酸化膜が形成されるので、
酸化膜の厚みの制御が困難である。この場合、絶縁性の
酸化チタン層４が厚く形成されるため電極間の抵抗が大
きくなり、導電性インク中に十分な電流を供給すること
が困難になり、導電性インクをノズル孔より吐出させる
ことができず、印字不良となる。従って、チタン電極層
３に形成した酸化チタン層４の膜厚は、０．０１μｍ以
上、１μｍ以下が好ましい。

【００３７】また、熱処理で形成された酸化チタン層４
は、非常に緻密な構造を有し化学的に安定なので、酸化
の進行を極めて抑制するため、印字試験途中での電極部
を光学顕微鏡で観察したところ外観上の変化は確認でき
なかった。

【００３８】ここで、酸化チタン層４の表面から略０．
００５μｍは、絶縁性の酸化チタンであったが、０．０
０５μｍ以上の深さでは半導体の酸化チタンが形成され
ていた。半導体の酸化チタンは、電圧が印加されたイン
クジェットヘッドの動作時には電子の一部は禁制帯から
伝導帯に励起する。この伝導帯に励起した電子が電流と
なるが、この電子は価電子帯の電子より禁制帯幅の分だ
けエネルギーが高く、電極の近傍のインクに電子を与え
る可能性が高い。その結果、電極部から流れる電流はイ
ンクに対して還元力が強い性質をもつ。酸化や溶解は広
義の意味で酸化反応であるため、半導体である酸化チタ
ンのこの電気的性質を利用することにより、還元力が強
く酸化反応の生じない電気的に安定な電極部を実現でき
た。

【００３９】なお、本発明の第１実施例では、チタン電
極層３の形成方法としてＤＣスパッタリング法を使用し
たが、他にＲＦスパッタリング法や真空蒸着法等多く有
り、このような形成方法で作製したチタン電極層を用い
て熱処理を行い本実施例１の電極部を形成しても、同様
の作用効果が得られる。また、熱処理時間を固定した
が、熱処理温度と熱処理時間の調整で適切な膜厚を得る
ことができることは言うまでもない。また、本発明の第
１実施例では、チタン電極層の熱処理を大気圧中で行っ
たが、減圧・加圧状態においても熱処理温度と熱処理時
間等を適切に調整すれば本実施例１と同様な酸化チタン
層４の形成が可能である。また、酸化チタン層４はチタ
ン電極層が少なくともインクと接する表面部に形成され
ることにより、酸化や溶解に対して強い電極を形成でき
ることはいうまでもない。従って、本実施例１で用いた
ＤＣスパッタリング法によるチタン電極層の形成方法は
本発明を限定しない。

【００４０】以上のように本発明の第１実施例によれ
ば、チタン電極層３の表層部は熱処理により酸化チタン
層４が形成される。この酸化チタンは半導体特性を有
し、動作時に電極部に電圧が印加された時には酸化チタ
ンでの電子の一部は価電子帯より伝導帯に上昇する。こ
の結果、電極部からインクに流れる電流はインクに対し
て還元力が強い性質をもち、電極部の酸化反応を抑制で
き、印字寿命の長い実用性に優れたインクジェットヘッ
ドを得ることができる。また、熱酸化処理工程により均
一で緻密な酸化膜を容易に形成でき歩留りの高いインク
ジェットヘッドの製造方法を実現できる。

【００４１】（実施例２）以下本発明の第２実施例につ
いて図面を参照しながら説明する。

【００４２】図３は、第２実施例におけるインクジェッ
トヘッドの電極部の構成を示す断面模式図である。図３
（ａ）は第２実施例におけるインクジェットヘッドのチ
タンチタン電極層と担持層を有する一対の電極部の構造
を示す断面模式図であり、図３（ｂ）は第２実施例にお
けるインクジェットヘッドのチタンチタン電極層，酸化
チタン層及び担持層を有する一対の電極部の構造を示す
断面模式図である。２はガラス基板、３′，３″はチタ
ン電極層、４″は酸化チタン層であり、白金属金属又は
白金属金属の酸化物の担持させるための加熱分解処理を
高温で行う際にチタン電極層３′が酸化されることによ
り同時に形成される。５′ａ，５″ａは第１電極部、
５′ｂ，５″ｂは第２電極部、６′，６″は担持された
白金属金属又は白金属金属の酸化物の担持層である。第
１実施例と異なるのは、チタン電極層３′又は酸化チタ
ン層４″の表層部に白金族金属または白金族金属の酸化
物である担持層６′，６″が形成されている点である。

【００４３】以上のように構成された本発明の第２実施
例におけるインクジェットヘッドについて、以下その製
造方法を説明する。電極部形成以外は従来例と同様なの
で電極部の製造方法を説明する。

【００４４】フォトリソグラィー法によりパターニング
したチタン電極層３′，３″を形成するまでは従来例と
同一の工程である。次に、白金族金属の担持層６′，
６″の形成法を説明する。まず、白金属金属又は白金属
金属の酸化物の塗布工程として、精油のような還元剤を
少量含有した有機溶剤に白金族金属塩を混合した溶液を
回転塗布または浸漬することによりチタン電極層３′，
３″の表層部に白金族金属塩を付着させ、有機溶剤を除
去するために有機溶剤の沸点以上の温度で乾燥させる。
ここで、回転塗布の場合、回転数を調整することにより
担持させる白金族金属又は白金族金属の酸化物の膜厚を
制御することができる。次に、加熱分解処理工程とし
て、白金族金属塩を２５０〜６００℃の温度範囲で大気
中の炉内で加熱分解処理を行うことにより、図３（ａ）
に示すように、チタン電極層３′の表層部に白金族金属
又は白金族金属の酸化物が担持された担持層６′が形成
される。また、３００〜６００℃の温度範囲で加熱分解
処理を行うことにより、図３（ｂ）に示すように、同時
にチタン電極層３″の表層部に酸化チタン層４″が形成
される。それと同時に、酸化チタン層４″の上層部内に
白金族金属が担持された担持層６″が形成される。ま
た、白金族金属の酸化物の担持方法も白金族金属と同様
である。白金族金属の酸化物としては、白金族金属で酸
化物を形成しやすい、ルテニウム、パラジウムを用い、
加熱分解において実質的に白金族金属の酸化物が形成さ
れることになる。このように、２５０〜３００℃の温度
範囲で加熱分解処理を行った場合、図３（ａ）に示すよ
うに、チタン電極層３′の表層部に白金族金属または白
金族金属の酸化物が担持された担持層６′が形成され
る。また、３００〜６００℃の温度範囲で加熱分解処理
を行った場合、図３（ｂ）に示すように、チタン電極層
３″の表層部に酸化チタン層４″が同時に、酸化チタン
層４″の表層部に白金族金属または白金族金属の酸化物
が担持された担持層６″が形成されることになる。ここ
で、３００℃付近の加熱分解処理では、酸化チタン層
４″は非常に薄く形成されることがあるが、この時、酸
化チタン層４″は生じていないと見なしている。

【００４５】以上のように製造される本発明の一実施例
におけるインクジェットヘッドを用いたインクジェット
プリンタは、従来例のものと同様に動作する。

【００４６】（実験例２）以上のように動作する本発明
の第２実施例におけるインクジェットヘッドを用いたイ
ンクジェットプリンタの耐久性試験を行った。耐久性試
験として、実験例１と同様に印字寿命回数の測定を行っ
た。

【００４７】スパッタリング時の真空圧力を３Ｐａ、基
板温度を３００℃の条件にて形成した厚さ２μｍのチタ
ン電極層の表層部に白金族金属又は白金族金属の酸化物
を担持した電極部を用いたインクジェットヘッドを、担
持金属，加熱分解温度をパラメーターとして形成した。
白金族金属として白金，イリジウム，ロジウムを、白金
族金属の酸化物として酸化ルテニウム，酸化パラジウム
を使用した。

【００４８】次に、白金を用いた場合の担持方法を以下
に示す。チタン電極層を形成後、塩化白金酸１ｇ、還元
剤としてラベンダー油１０ｃｃ、イソプロピルアルコー
ル５０ｃｃを混合した電極配線基板上に回転塗布を行っ
た。回転塗布条件は３０００ｒｐｍ，３０秒間である。
この後、イソプロピルアルコールを気化させるために８
０℃の炉内で１５分の加熱処理を行った。次に、加熱分
解温度を４００℃の温度で加熱分解処理時間を１５分と
して、図３（ｂ）に示すようなチタン電極層の表面に酸
化チタン層と白金の担持層が形成された。ここで、チタ
ン電極層の厚さは２μｍで酸化チタン層の厚さは０．２
μｍであった。すなわち、酸化チタンの表層部に白金の
担持層が０．２μｍ程度の厚さで担持されている。その
他の白金族金属または白金族金属の酸化物の担持には、
上記形成方法と略同様であるが、塩化白金酸の代わり
に、ロジウムの担持には塩化ロジウムを１ｇ、イリジウ
ムの担持には塩化イリジウムを１ｇ、酸化ルテニウムの
担持には塩化ルテニウムを１ｇ、酸化パラジウムの担持
には塩化パラジウムを１ｇを使用した。

【００４９】（比較例２）また、比較例として、白金を
担持し加熱分解温度を２００，６５０℃の温度で、加熱
分解処理時間を１５分としてチタン電極層を電極に用い
たインクジェットヘッドと、０．００５μｍ以下または
０．５μｍ以上の厚さで白金を担持した電極を用いたイ
ンクジェットヘッドの印字寿命回数も同時に測定した。
ここで、担持する白金金属の膜厚は、回転塗布条件の回
転数により決定され、０．００５μｍの膜厚では回転数
が６０００ｒｐｍ，０．５μｍの膜厚では回転数が１８
００ｒｐｍとして膜厚制御を行った。

【００５０】更に、チタン電極層には担持処理を行わ
ず、５００℃で１５分間の熱処理のみを行い表面を酸化
した実施例１の電極部を用いた。印字寿命回数の定義や
印字条件は実施例１と略同様である。但し、実施例１で
は動作電圧が２５Ｖであるが、低電圧動作の効果を調べ
るために実施例２では動作電圧を２０Ｖとした。その結
果を（表２）に示す。

【００５１】

【表２】

【００５２】この（表２）から明らかなように、白金族
金属又は白金族金属の酸化物を担持した酸化チタン層を
表層部に有するチタン電極層を用いたインクジェットヘ
ッドの３億ドット以上の印字寿命回数を持ち、実施例１
のインクジェットヘッドより更に実用性に適する飛躍的
な結果を得ることができた。このように、加熱分解温度
や担持金属の厚さにかかわらずチタン電極層に白金族金
属又は白金族金属の酸化物を担持したインクジェットヘ
ッドは、印字寿命回数が延びたため、白金族金属又は白
金族金属の酸化物を担持を行うことの有効性を確認でき
た。

【００５３】ここで、加熱分解における加熱分解温度は
特に限定されないが、大気中の炉内で２５０〜６００℃
の温度範囲が用いられることが好ましいことが判った。
２５０℃未満、例えば２００℃の加熱分解を行った場
合、チタン表面に形成される白金族金属または白金族金
属の酸化物の密着力が弱く、インクジェットヘッドとし
て動作した時、白金族金属または白金族金属の酸化物が
剥離しやすく、電極部の電気化学反応の抑制に大きな効
果は見られなかった。加熱分解温度が高いほど白金族金
属がチタン内部に拡散するため密着力が向上する傾向に
ある。しかし、６００℃を超える温度で熱処理を行った
場合、白金族金属または白金族金属の酸化物が酸化チタ
ン層の表面上に凝集し粒成長しやすくなるため担持が行
われにくく、電極の電気化学反応の抑制には大きな効果
は見られなかった。

【００５４】次に、酸化チタン層の膜厚に関して述べ
る。酸化チタン層の表面上の白金族金属または白金族金
属の酸化物の担持は０．００５〜０．５μｍの厚さの範
囲で好適に用いられる。０．００５μｍ未満の厚さでは
十分にチタン電極の表面上に白金族金属または白金族金
属の酸化物の担持することができず、電極の電気化学反
応の抑制には大きな効果は見られなかった。０．５μｍ
より大きい厚さではチタン表面上の白金族金属または白
金族金属の酸化物のみが電極として作用し、電極の電気
化学反応の抑制には大きな効果は見られなかった。

【００５５】このように、白金、ロジウム、イリジウム
等の金属、酸化ルテニウム、酸化パラジウム等の導電性
酸化物の担持層を酸化チタン電極の表層部に担持される
と異なった仕事関数の金属・半導体接触により粒子内に
電場勾配に生じ電子を価電子帯から伝導帯に上昇する電
荷分離効率が改善される。その結果、酸化チタン層のみ
と比較して低電圧で同一の電流をインク中に流すことが
できる。また、チタン電極層の表層部に形成された担持
層は、インクジェットヘッドが動作中にチタン電極層が
酸化しても、半導体である酸化チタンに作用して低い動
作電圧でも多くの電流を流すことができるので、導通不
良を防止できる。

【００５６】また、実験例２では実験例１と同様に大気
雰囲気で加熱分解処理を行ったが、減圧雰囲気、加圧雰
囲気においても加熱時間等を調整すれば、白金族金属及
び白金族金属の酸化物の担持が可能である。従って、異
なった加熱分解真空度において白金族金属または白金族
金属の酸化物を担持した酸化チタン層を電極部に使用し
たインクジェットヘッドにおいても印字寿命を長くでき
る。従って、加熱分解圧力及び加熱分解時間を本発明を
限定しない。

【００５７】また、実験例２では白金族金属または白金
族金属の酸化物の担持方法として白金族金属塩、還元剤
としてラベンダー油、有機溶剤としてイソプロピルアル
コールを混合した溶液を用いたが、白金族金属塩の代わ
りに白金族金属錯体、有機溶剤としてブタノール等の多
価アルコール、還元剤としてアニス油等の未飽和油を混
合した溶液を使用しても同等な担持が可能である。この
混合溶液を使用した白金族金属または白金族金属の酸化
物を担持した酸化チタン層を電極部に使用したインクジ
ェットヘッドにおいても印字寿命を長くすることができ
る。従って、白金族金属の酸化物の担持に使用した混合
液の種類は本発明を限定しない。

【００５８】以上のように本発明の第２実施例によれ
ば、第１実施例のチタン電極層又は酸化チタン層の表層
部に白金族金属や白金族金属の酸化物を担持させること
により、電荷分離効率が改善され、低電圧で電流を流す
ことができる。従って、インクジェットヘッドの動作電
圧を下げることができ、装置の小型化、省電力化を図る
ことができる。さらに、低電圧化により、電気化学反応
がさらに抑制され、電極部の寸法及び形状に変化が少な
く電気的に安定した信頼性の高いインクジェットヘッド
を実現できる。特に、白金族金属や白金族金属の酸化物
を塗布する塗布工程と、加熱処理温度の調整により酸化
チタン電極層とその表層部に担持層の形成を同時に行う
ことができる加熱分解処理工程により、歩留りの高い工
程が簡単なインクジェットヘッドの製造方法を実現でき
る。

【００５９】

【発明の効果】以上のように本発明は、チタン電極層の
表層部に０．０１〜１μｍの厚さで熱処理した酸化チタ
ン層を形成したため酸化チタンの安定な化学的性質と電
気的性質を利用することができ、電極部の酸化や溶解等
を抑制でき、印字寿命の長い実用性に優れたインクジェ
ットヘッドを実現できるものである。さらに、白金，イ
リジウムまたはロジウムなどの白金族金属、ルテニウム
酸化物やパラジウム酸化物などの白金族金属の酸化物を
酸化チタン層の表層部に担持することにより、電荷分離
効率が改善され低電圧でインクジェットヘッドが動作可
能となるため、酸化反応の生じない安定なインクジェッ
トヘッドを実現できるものである。また、チタン電極層
の表層部に形成された担持層は、インクジェットヘッド
が動作中にチタン電極層が酸化しても、半導体である酸
化チタンに作用して低い動作電圧でも多くの電流を流す
ことができるので、導通不良を防止でき、酸化反応を抑
制する安定なインクジェットヘッドを実現できるもので
ある。

【００６０】また、熱酸化処理工程により均一で緻密な
酸化膜を容易に形成でき、歩留りの高いインクジェット
ヘッドの製造方法を実現できるものである。

【００６１】また、白金族金属や白金族金属の酸化物を
塗布したのち、加熱分解処理によりチタン酸化電極層と
その内部に担持を同時に行うことができ、歩留りの高い
工程が簡単なインクジェットヘッドの製造方法を実現で
きるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例におけるインクジェットヘ
ッドの一対の電極部を有する電極配線基板の断面模式図

【図２】（ａ）第１実施例のインクジェットヘッドにお
ける電極配線基板の前処理工程図 （ｂ）第１実施例のインクジェットヘッドにおける電極
配線基板の電極形成工程図 （ｃ）第１実施例のインクジェットヘッドにおける電極
配線基板の電極酸化形成工程図 （ｄ）第１実施例のインクジェットヘッドにおける電極
配線基板のリード線形成工程図 （ｅ）第１実施例のインクジェットヘッドにおける電極
配線基板の絶縁膜形成工程図

【図３】（ａ）第２実施例におけるインクジェットヘッ
ドのチタン電極層と担持層を有する一対の電極部の構造
を示す断面模式図 （ｂ）第２実施例におけるインクジェットヘッドのチタ
ン電極層，酸化チタン層及び担持層を有する一対の電極
部の構造を示すの断面模式図

【図４】従来のインクジェットヘッドを用いたインクジ
ェットプリンタの断面模式図

【図５】従来のインクジェットヘッドの一対の電極を有
する電極配線基板の断面模式図

【図６】（ａ）従来のインクジェットヘッドにおける電
極配線基板の前処理工程図 （ｂ）電極配線基板の電極形成工程図 （ｃ）電極配線基板のリード線形成工程図 （ｄ）電極配線基板の絶縁層形成工程図

【図７】（ａ）インクジェットヘッドにおけるノズル流
路基板の前処理工程図 （ｂ）インクジェットヘッドにおけるノズル流路基板の
紫外線照射工程図 （ｃ）インクジェットヘッドにおけるノズル流路基板の
エッチング処理工程図

【図８】（ａ）電極配線基板とノズル流路基板の接着前
の斜視模式図 （ｂ）電極配線基板とノズル流路基板の接着後の斜視模
式図

【図９】（ａ）インクジェットプリンタの交流電圧印加
前を示す動作状態図 （ｂ）交流電圧印加後のインクの気泡発生を示す動作状
態図 （ｃ）交流電圧印加後のインク滴の吐出を示す動作状態
図 （ｄ）交流電圧停止後のインクの気泡消滅を示す動作状
態図 （ｅ）交流電圧停止後のインクの充填を示す動作状態図

【符号の説明】

１，１′，１″，２１ 電極配線基板 ２ ガラス基板 ３，３′，３″、２３ チタン電極層 ４，４″ 酸化チタン層 ５ａ 第１電極部 ５ｂ 第２電極部 ５′ａ，５″ａ 第１電極部 ５′ｂ，５″ｂ 第２電極部 ２５ａ 第１電極部 ２５ｂ 第２電極部 ６′，６″ 担持層 ７ リード線部 ８ 絶縁層 ９ ノズル流路基板 １０ インク流路 １１ 導電性インク １２ ノズル孔 １３ 電源部 １４ スイッチ １５ 印字用紙 １６ 感光性ガラス １７ 結晶化部 １８ 非結晶化部 １９ 気泡 ２０ インク滴

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ノズル孔及びインク流路を有するインク流
   路基板と電極部を有する電極配線基板とを備え、前記電
   極部を用いてインクに通電して前記インクに気泡を発生
   させ、前記気泡の圧力エネルギーによって前記インクを
   前記ノズル孔から吐出させるインクジェットヘッドであ
   って、前記電極部がチタン電極層と、少なくとも前記イ
   ンクと接する前記チタン電極層の表層部に、０．０１〜
   １μｍの厚さの酸化チタン層と、を有することを特徴と
   するインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】少なくとも前記インクと接する側の前記酸
   化チタン層の表層部に０．００５〜０．５μｍの厚さの
   白金族金属又は白金族金属の酸化物が担持されているこ
   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。
3. 【請求項３】ノズル孔及びインク流路を有するインク流
   路基板と電極部を有する電極配線基板とを備え、前記電
   極部を用いてインクに通電して前記インクに気泡を発生
   させ、前記気泡の圧力エネルギーによって前記インクを
   前記ノズル孔から吐出させるインクジェットヘッドであ
   って、前記電極部がチタン電極層を有し、少なくとも前
   記インクと接する前記チタン電極層の表層部に、０．０
   ０５〜０．５μｍの厚さの白金族金属または白金族金属
   の酸化物が担持されていることを特徴とするインクジェ
   ットヘッド。
4. 【請求項４】前記白金族金属として、白金，ロジウム又
   はイリジウムを用いたことを特徴とする請求項２又は３
   の内いずれか１に記載のインクジェットヘッド。
5. 【請求項５】前記白金族金属の酸化物として、酸化パラ
   ジウム又は酸化ルテニウムを用いたことを特徴とする請
   求項２又は３の内いずれか１に記載のインクジェットヘ
   ッド。
6. 【請求項６】絶縁性基板上に電極部を形成する電極形成
   工程を備えたインクジェットヘッドの製造方法であっ
   て、前記電極形成工程がチタン電極層形成工程と、前記
   チタン電極層形成工程で形成されたチタン電極層を３０
   ０〜８００℃の温度で熱処理し前記チタン電極層の表層
   部に酸化チタン層を形成する熱酸化処理工程と、を有す
   ることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
7. 【請求項７】絶縁性基板上に電極部を形成する電極形成
   工程を備えたインクジェットヘッドの製造方法であっ
   て、前記電極形成工程がチタン電極層形成工程と、前記
   チタン電極形成工程で形成されたチタン電極層に白金族
   金属又は白金族金属の酸化物を含む溶液を皮膜する塗布
   工程と、２５０〜６００℃の温度で前記白金族金属又は
   前記白金族金属の酸化物を加熱分解する加熱分解処理工
   程と、を有することを特徴とするインクジェットヘッド
   の製造方法。