JP4583089B2

JP4583089B2 - インクジェット記録ヘッド及びインクジェットプリンタ

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Publication number: JP4583089B2
Application number: JP2004191739A
Authority: JP
Inventors: 剛久比嘉
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-06-29
Filing date: 2004-06-29
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2024-06-29
Also published as: JP2006007718A

Description

本発明は、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及びインクジェットプリンタに関するものである。

従来、記録紙にカラーの文字や画像を印刷する手段としてインクジェット方式の記録装置が用いられているが、近年、画像出力の高精度化とともに、印字密度の高密度化が求められるようになっている。

ところで、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支持部材には、インク滴を記録紙に向けて吐出、飛翔させる加圧機構として、発熱抵抗体の発する熱エネルギーを利用したものや、圧電素子の変形を利用したもの、更には電磁波の照射に伴って発生する熱を利用したもの等がある。

例えば、図７の断面図に示す如く、加圧機構として発熱抵抗体の熱エネルギーを利用したインクジェット記録ヘッド支持部材３１は、複数のインク室３４を有し、各インク室３４内にインクを加圧するための発熱抵抗体３５を備えた記録素子基板３３と、上記各インク室３４と連通するインク吐出孔３８を備えたノズル板３９とからなるインクジェット記録ヘッド３２と、このインクジェット記録ヘッド３２を支持し、かつ上記記録素子基板３３のインク室３４と連通するインク供給穴４１を有する支持部材４０とからなり、上記インク供給穴４１は、インクジェット記録ヘッド３２側に開口する、中央に向かって深くなる傾斜底面４３を備えた長穴４２と、これに連通する小径穴４４とから構成したものがあった。

そして、このインクジェット記録ヘッド支持部材３１を用いて記録紙に印刷するには、インク供給穴４１よりインク室３４にインクを供給した状態で、発熱抵抗体３５を発熱させてインク室３４内に気泡Ａを発生させることによりインク室３４内のインクを加圧し、インク吐出孔３８よりインク滴Ｂを吐出させることにより記録紙に印刷するようになっていた（特許文献１参照）。

ところで、図７に示すような支持部材４０の材質としては、従来よりコスト面を考慮してアルミナ質焼結体が用いられていた。そして、中央に向かって深くなる傾斜斜面４３を備えた長穴４２とそれに連通する小径穴４４を有する支持部材４０を製造する方法としては、原料粉体を粉末プレス法により成形したものか、あるいは射出成形法により成形したものを焼成することにより製造されていた。

また、特許文献２には、圧電素子の変形を利用したインクジェット記録ヘッド支持部材のインク室に用いられる絶縁性アルミナ基板として、アルミナ含有率が９６〜９９．８％、ＳｉＯ_２、ＣａＯ、及びＭｇＯの三成分を含有してなるアルミナ質焼結体を用いることで、インクに曝されたとしても、アルミナ質焼結体中におけるガラス成分の溶出を抑え、インク粘度上昇やインク中の顔料が凝集することを防ぐことができるようになっていた。

特許文献３は、インクを流路としないアモルファスカーボンを用いているが、線膨張係数が記録素子基板である単結晶Ｓｉと近傍しているため、熱膨張による歪みを抑制できる特許文献４、特許文献５には、カーボングラファイト、すなわち黒鉛を支持部材に使うことによって、同様に線膨張係数を記録素子基板である単結晶Ｓｉと近傍させることにより、熱膨張による歪みを抑制できるとなっていた。

特開２００１−１３０００４参照特開２００１−１７９９６８参照特開２０００−３５１２１５参照特開２００２−６７３３０参照特開２００３−１３６７２７参照

ところで、近年、印字速度の高速化に伴い、図１に示すようにインクジェット記録ヘッド支持部材１において、一走査毎の印字幅を大きくするために、インクジェット記録ヘッド２は長尺化もしくはフルライン化する傾向にある。

つまり、一回の走査での記録面積を増大させ、しかも解像度を向上させるために、発熱抵抗体５が高密度に多数形成されるようになっている。

また、インクジェット記録ヘッド支持部材１の走査における印字サイクルを短くするため、駆動周波数が非常に高くなっており、特に膜沸騰方式におけるインクジェット記録支持部材１において、吐出に関する熱エネルギーが支持部材１０に蓄熱してしまうため、インク温度が高温化する傾向にある。

しかし、一般的に、インクの温度が上昇するとインク粘性変化が発生するために画像の濃度ムラとして現れてしまうので、インクの温度をインク粘性変化が始まる６０℃以上にならないように印字サイクルの時間を制御しなければならない。

従来、支持部材１０としては、主にアルミナであったが、熱伝導率が２４Ｗ／（ｍ・Ｋ）と十分に高くすることができないため、蓄積される熱エネルギーを十分に放熱させることはできず、冷却時間が必要であり、高速化することが非常に困難であった。

また、上記にあるようにインクジェット記録ヘッド２は長尺化、もしくはフルライン化する傾向にあり、これに伴い記録素子基板３と支持部材１０の接合時における歪みが無視できなくなっている。一般的に熱硬化型接着剤にて接合するが、接合時との温度差が生じるため、その歪みによる応力が顕著となっている。従来の記録素子基板３の材料として用いられる単結晶Ｓｉの線膨張係数は４．２×１０^−６（１／℃）であり、支持部材１０のアルミナは７．２×１０^−６（１／℃）である。また、従来の記録素子基板３の長さは１５ｍｍ程度であったが、フルラインタイプは３１０ｍｍ程度であった。従来は歪み差が大きくても接合には問題は生じなかったが、更なる長尺化やフルライン化にあたり、歪みによる応力によって、記録素子基板３と支持部材１０とが剥離するといった問題があった。

なお、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支持部材１０用のインクとして非溶媒系の需要が高まっているが、非溶媒系のインクは顔料の分散性が悪いため、インクを強アルカリ性（ｐＨ１０〜１２）にして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、例えば、図７示すインクジェット記録ヘッド支持部材３１のように、インクに曝される表面の一部にアルミナ質焼結体を用いたものでは、上述した強アルカリ性のインクに長時間曝されると、部材が溶出し、インク中に析出するためにインク粘度が高くなるともに、インク中の顔料が凝縮して粗な部分と密な部分ができ、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。

また、特許文献２には、アルミナ含有率９６〜９９．８％で嵩比重３．７以上の緻密なアルミナ質焼結体を用いることが記載されている。しかし、いくらアルミナ含有率が高くて緻密質で形成されていても、特に複雑な三次元構造の支持部材では、全体を均一に緻密な構造にするのは困難で、開気孔にバラツキがあり、表面開気孔率が大きい場合や、部分的に開気孔が大きい場合が多くみられ、強アルカリ性のインクがアルミナの内部に入り込みやすく、化学的溶出、脱粒に対しては非常に不利となっていた。

更に、加圧機構として発熱抵抗体の熱エネルギーを利用したインクジェット記録ヘッド支持部材３１の場合、発熱抵抗体３５の温度が瞬間的に数百度の温度に昇温されるとインク成分の熱分解物等が発熱抵抗体３５の表面に堆積するコゲーションの問題が生じていた。

同時に、アルミナ質焼結体中のガラス成分であるＳｉ、Ｍｇ、Ｃａ成分がインクに多く溶出していると発熱抵抗体３５の表面へのガラス堆積物の発生が多くなり、この堆積物は、発熱抵抗体からインクへの熱伝導を阻害する原因となるため、インクの発砲が正常に行われなくなり、その結果、印字に欠陥が発生することあった。インクジェット記録ヘッド支持部材３１の高耐久化のためには、このような発熱抵抗体３５の表面への堆積物を少なくする課題があった。

更にまた、画質の高精度化に伴って小さな孔径を有するインク吐出孔３８を備えたものが用いられるようになっているが、上記支持部材４０の長穴４２、傾斜底面４３、小径穴４４に開口する気孔や凹部には加工屑やゴミ等が入り込んでおり、これらの加工屑やゴミ等は洗浄処理しても十分に除去することができず、そのまま使用するとインク供給穴４１にインクを供給した際に、インクに曝される表面に開口する気孔や凹部に入り込んでいた加工屑やゴミ等がインク中に流出し、小さな孔径のインク吐出孔３８を目詰まりされる恐れもあった。

また、特許文献２に示すインク記録ヘッドのように、アルミナ質焼結体からなる絶縁性アルミナ基板にインク吐出孔を加工する場合、レーザー加工が用いられるのであるが、レーザー加工にてアルミナ質焼結体にインク吐出孔を形成すると、その周辺にバリのように盛り上がったガラス成分からなるヒュームが形成され、このヒュームが強アルカリ性のインクに曝されて腐食するとインク中に脱落し、微細なインク吐出孔を目詰まりさせ、インク滴の吐出を妨げるといった課題もあった。

本発明は上記課題に鑑み、複数のインク室を有し、各インク室内のインクを加熱して発泡させるための発熱抵抗体を備えたインクジェット記録ヘッドと、このインクジェット記録ヘッドを支持し、かつ前記インク室と連通するインク供給穴を有する支持部材と、を備
えたインクジェットプリンタであって、前記支持部材は、平均粒径０．１〜３．０μｍの炭素粉末を主成分とする炭素粉末顆粒を粉末プレス成形法によってプレス成形して炭素質成形体を得た後、前記炭素質成形体を非酸化性雰囲気にて１０００〜１５００℃の焼成温度にて炭化し、更に黒鉛化炉に移して２５００℃以上で焼成することで得られた、炭素を９９．９重量％以上含有して成る熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の黒鉛材と、前記黒鉛材の表面に設けられた、ＣＶＤ法によって成膜された熱分解炭素被膜と、を有して構成されることを特徴とするインクジェットプリンタを提供する。なお、前記支持部材の前記インク供給穴は、前記インクジェット記録ヘッド側に開口する、中央に向かって深くなる傾斜底面を備えた長穴と、前記インクジェット記録ヘッドと反対側に開口し、前記長穴と連通する小径穴とを有して構成されていてもよい。

上記支持部材は４００℃以下における線膨張係数が２．０×１０⁻⁶〜５．０×１０⁻⁶（１／℃）であること特徴とする。

上記支持部材の表面に、１〜３００μｍの熱分解炭素被膜黒鉛材を形成したことを特徴とする。

上記支持部材の表面に、１〜３００μｍの炭化珪素被膜が形成されてい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によれば、支持部材への蓄熱をすみやかに放熱させ、インク温度を一定に維持することができる。また、炭化珪素は１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）と熱伝導率が高いので放熱が促進され、印刷の高速化が可能となる。また、強アルカリ性のインクに長時間曝されたとしても黒鉛材及び炭化珪素は強い共有結合を有するため、不純物がインク中へ溶出することが減少しインク粘度が安定する。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は本発明のインクジェット記録ヘッド支持部材の一例を示す図で、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は一部を破断した斜視図である。また、図２（ａ）〜（ｃ）は本発明のインクジェット記録ヘッド支持部材の一例を示す分解斜視図であり、図３（ａ）は図２（ｃ）に示す支持部材の一例を示す斜視図、（ｂ）はその一部を破断した斜視図である。そして、図４は図１（ａ）のＸ−Ｘ線断面図、（ｂ）は図１（ａ）のＹ−Ｙ断面図である。

このインクジェット記録ヘッド支持部材１は、複数のインク室４を有し、各インク室４内にインクを加圧するための発熱抵抗体５を備えた記録素子基板３と、上記各インク室４と連通するインク吐出孔８を備えたノズル板９とからなるインクジェット記録ヘッド２と、このインクジェット記録ヘッド２を支持し、かつ上記記録素子基板３のインク室４と連通するインク供給穴１１を有する黒鉛材で熱分解炭素被膜黒鉛材もしくは炭化珪素被膜を有する支持部材１０とからなる。

インクジェット記録ヘッド２を形成する記録素子基板３は、例えばシリコン基板に複数本の段付き溝６を並設してなり、段付き溝６の段差部７に複数個の発熱抵抗体５を所定間隔で並設したもので、各発熱抵抗体５と対向する位置にインク吐出孔８が位置するように記録素子基板３上にノズル板９を配置することによりインクジェット記録ヘッド２を構成してある。また、記録素子基板３は、シリコン基板からなり、異方性エッチングによって流路部を形成する。

黒鉛材は、金属や樹脂などのその他の材料と比較すると耐薬品性に優れており、強アルカリのインクに曝されても浸食されにくいという特徴がある。更に熱伝導率も高いためにインク室４付近の放熱特性を高めることができ印字サイクルを短時間化することができる。

更に黒鉛材に熱分解被膜や炭化珪素被膜を施したものは更に特性が優れる。熱分解被膜を施したものは、熱エネルギーの面方向への放熱が促進されるため、インク温度が上がりにくく、高速化に適する。また、炭化珪素も熱伝導率が優れることから放熱性が促進される。

インク吐出孔８は、印字する画素数が３００ｄｐｉであれば約３０μｍ程度で良いが、高画質の印字に用いるためにはインク吐出孔８は５〜２５μｍとすることが好ましい。なぜならば３００ｄｐｉ程度では目視にて印字面の液滴粒状を確認できるため、銀塩写真と著しい画質差が生じた。また、インクジェットプリンタでは液滴粒の疎密により、同一色の濃淡の階調を表現するが、この点においても液滴粒が微細である方が明確に印字できるからである。

なお、インク吐出孔８の孔径は、要求される画素数によって決定されるため、それに応じてインクジェット記録ヘッド支持部材１に用いる炭素質焼結体の平均結晶粒径を決定すればよい。つまり、インク吐出孔８の孔径が小さくなるほど、用いる黒鉛材の平均結晶粒径を小さくすれば目詰まりを抑制することができる。

また、支持部材１０は、板状の黒鉛材にインクジェット記録ヘッド２の各インク室４と連通する複数本のインク供給穴１１を穿設したもので、各インク供給穴１１は、インクジェット記録ヘッド２側に開口する、中央に向かって深くなる傾斜底面１３を備えた長穴１２と、インクジェット記録ヘッド２と反対側に開口し、上記長穴１２と連通する小径穴１４とからなる。

そして、このインクジェット記録ヘッド支持部材１を用いて記録紙に印刷するには、インク供給穴１１よりインク室４にインクを供給した状態で、発熱抵抗体５を発熱させてインク室４内に気泡を発生させることによりインク室４内のインクを加圧し、インク吐出孔８よりインク滴を吐出させることにより記録紙に印刷するようになっている。

そして、本発明によれば、支持部材１０、ノズル板９、記録素子基板３のうち少なくともインクに曝される表面を、黒鉛含有率９９．９重量％以上含有して成る黒鉛材により形成することで、強アルカリのインクに曝されて表面成分が溶出したとしても、その析出量が極少量であるため、インクと反応する水酸化物の生成が少なく、インクの粘度上昇を抑えることができるとともに、インク中の顔料が凝集する割合も低減することができる。

その為、インク吐出孔８から吐出されるインク滴の大きさが安定し、ドットばらつきを防ぐことができるため、高精度で高画質の画像を印刷することができる。

また、上述の黒鉛材は更に熱分解炭素被膜黒鉛材もしくは、炭化珪素被膜を施すことによって、開気孔内部から脱粒するパーティクルを低減することができ、インク吐出孔８ノズル詰まりの発生を抑えることができる。

そして、強アルカリ性のインクとの化学的反応は、インク温度により変化することから、上記インクに曝される表面からのインク温度２０〜６０℃の環境下における溶出量の合計が０．１ｐｐｍ／（ｃｍ^２・日）以下であることが好ましい。

これにより、黒鉛材のインクへの溶出を極端に少なくすることができ、発熱抵抗体の表面へのガラス堆積物が無くなり、インクジェット記録ヘッド支持部材を長寿命化することが可能となる。

また溶出量を制限することで、支持部材のインク供給孔の周りに発生する、炭素粒子の凝集を抑制することができ、インク吐出孔８のノズル詰まりを抑えることができる。

この溶出量の合計は、水温２０℃の強アルカリ性（ｐＨ１２）のインクに支持部材を投入し３日間放置して得られたインク溶液をＩＣＰ発光分光分析装置（セイコー電子工業製ＪＹ３８Ｐ２型）にて、定量分析を行った値である。

次に、このようなインクジェット記録ヘッド支持部材１の支持部材１０を製造する方法について説明する。

本発明に係る炭素質焼結体からなる支持部材１０を製造するため、平均粒径０．１〜３．０μｍの炭素粉末を９９．９重量％以上に対し、均一な球状形状の粉末顆粒を得る。

この粉末顆粒を段押し構造を備えた粉末プレス法にて支持部材１０の形状に成形し、非酸化性雰囲気にて１０００〜１５００℃の焼成温度にて炭化し、更に黒鉛化炉に移して２５００℃以上で焼成することにより、炭素含有率９９．９重量％以上の黒鉛材を形成する。

即ち、段押し構造を備えた粉末プレス法にて支持部材１０の形状に成形することは焼結体表面の表面開気孔の発生を抑えるのに重要であり、インク供給穴１１の形状を一体化した金型パンチを作成し、該金型パンチを浮動パンチとして固定パンチと独立制御させ、成形体の圧縮完了直前に浮動パンチを強制的に若干降下さて加圧することにより、支持部材１０の成形密度を均一化すると同時に成形体のクラック発生を防止することができ、精度の高い形状を形成することができる。

段押し構造を備えた粉末プレス法について、図５、図６の模式図を用いて説明する。図５（ａ）〜（ｄ）は粉末プレス装置の金型構造を説明するための側面から見た模式断面図、図６は粉末プレス法の各金型構成部材の作動を示すタイムチャート図である。

この段押し構造を備えた粉末プレス装置は、支持部材１０のインク供給穴１１のような傾斜底面１２を備えた長穴１２と該長穴１２に連通する小径穴１４の形状を一体的に成形するためのもので、図５の２１はダイ、２２は上パンチ、２３は固定パンチ、２４は浮動パンチである。

ここで、ダイ２１は成形体Ｓとなる支持部材１０の外形を形成するための役割をなし、第一の貫通孔２１ａを有している。固定パンチ２３は炭素原料粉末を加圧する役割をなし、ダイ２１の第一の貫通孔２１ａ内に挿入されるとともに、第二の貫通孔２３ａを有している。浮動パンチ２４は成形体Ｓとなる支持部材１０の内形を形成する役割をなし、固定パンチ２３の第二の貫通孔２３ａ内に挿入されるとともに、その先端には支持部材１０の傾斜底面１２に対応したテーパ面２４ｂと、小径穴１４に対応した突出部２４ａを有している。上パンチ２２は固定パンチ２３と同様に炭素粉末顆粒を加圧する役割をなし、ダイ２１の第一の貫通孔２１ａ内に挿入されるとともに、浮動パンチ２４の突出部２４ａが挿入される第三の貫通孔２２ａを有している。

また、これらダイ２１、上パンチ２２、固定パンチ２３、及び浮動パンチ２４は、不図示の回転軸によって一連の動作を行うようになっており、上記回転軸に備えるカムの回転角によって各構成部材の動きを管理するようになっている。

この段押し構造を備えた粉体プレス装置にて支持部材１０に示す炭素質成形体を一体的に成形するには、まず、図６の１領域において図５（ａ）に示すように、ダイ２１に形成された第一の貫通孔２１ａ内に固定パンチ２３の一部を挿入するとともに、固定パンチ２３の第二の貫通孔２３ａ内に浮動パンチ２４の一部を挿入し、これらダイ２１、固定パンチ２３、及び浮動２パンチ４で段付き凹部Ｐを形成する。

また、この段階では、浮動パンチ２４の突出部２４ａがダイ２１の上面より若干低く位置するように配置され、また上パンチ２２は段付き凹部Ｐの上方に配置されている。

そして、段付き凹部Ｐ内に平均粒径０．１〜３．０μｍの炭素粉末を主成分とする炭素粉末顆粒を供給し、ダイ２１上面まで充填する。

ここで、炭素粉末の平均粒径を０．１〜３．０μｍとしたのは、平均粒径が０．１μｍより小さいと、成形時の圧力が粉体の摩擦によって分散され、成形体の内部まで圧力が伝搬されにくいといった問題があるからである。また、３．０μｍより大きいと焼結性が悪くなり緻密な焼結体が得られにくく、表面開気孔率が高く、開気孔径が大きくなるからである。なお、炭素粉末の平均粒径は、レーザー回折散乱法で求めた値である。

次に、図６の２領域にて、図５（ｂ）に示すように、浮動パンチ２４を若干上昇させ、浮動パンチ２４の突出部２４ａの一部を炭素粉末顆粒上面より突出させる。この時、同時に上パンチ２２を下降させ始める。

次いで、上パンチ２４を更に降下させて上パンチ２２の第三の貫通孔２２ａに浮動パンチ２４の突出部２４ａを挿入させるとともに、更に上パンチ２２を徐々に降下させ、炭素粉末顆粒を徐々に加圧する。この時、浮動パンチ２４も上パンチ２２の降下とともに徐々に降下させる。

そして、図６の３領域である上パンチ２３が圧縮完了手前（下死点手前）まで来た時に、図５（ｃ）に示すように、浮動パンチ２４を強制的に若干降下させた後、上パンチ２３を圧縮完了位置（下死点）まで降下させることにより成形を完了する。

このように、上パンチ２３の圧縮完了手前（下死点手前）で浮動パンチ２４を若干降下させ、更に上パンチ２３の圧縮完了位置（下死点）まで降下させることにより、支持部材の傾斜底面１３周辺における炭素粉末顆粒を流動化させて炭素粉末顆粒の詰まりを良くすることができるため、複雑な形状をした支持部材１０となる炭素質成形体Ｓ全体の成形密度を均一化させることができる。

しかる後、図６の４領域において、図５（ｄ）に示すように、上パンチ２３を上昇させるとともに、ダイ２１を下降させることにより炭素質成形体Ｓを取り出すようになっている。

なお、このような段押し構造を備えた粉末プレス法に用いることにより、８０〜１５０ＭＰａの成形圧力で炭素質成形体Ｓを加圧しても、炭素質成形体Ｓにクラックの発生を防止することができ、焼結体の表面の表面開気孔を抑制することができる。

ここで、成形圧力を８０〜１５０ＭＰａとしたのは、８０ＭＰａ以下の圧力であると、炭素粉末顆粒の詰まりが悪くなり緻密な焼結体が得られにくくなるからである。焼結体が緻密でないと、表面開気孔率が高く、開気孔径が大きくなり、インクに侵されることにより、脱粒するなどの問題がある。また、１５０ＭＰａより大きくなると、特に複雑な三次元構造をしている支持部材１０などでは、成形体にラミネーションクラックが発生するなどの不具合があるからである。

本発明の製造方法に用いる炭素粉末の比表面積が０．５×１０^３〜１５．０×１０^３ｍ^２／ｋｇの範囲であることが好ましい。

比表面積が１５．０×１０^３ｍ^２／ｋｇより大きいと、炭素粉末の一次粒径が小さくなりすぎるために圧力伝達が分散されるため、緻密な成形体が得られにくくなり緻密な焼結体が得られないからである。また、比表面積が０．５×１０^３ｍ^２／ｋｇより小さくなると、焼結の活性度が低下し緻密な焼結体が得られにくくなるからである。

ここで、炭素粉末の比表面積はＪＩＳＲ１６２６に準拠で求められる。

なお、粉末プレス法により形成した炭素質成形体を、非酸化性雰囲気にて１０００〜１５００℃の焼成温度にて炭化し、更に黒鉛化炉に移して２５００℃以上で焼成するので、結晶粒径を小さく形成することができ、これにより脱落が起きてもインク吐出孔の目づまりを抑えることが出来る。

更に、このような段押し構造を備えた粉体プレス法を用いれば、支持部材１０のような段付き凹部Ｐがあり、部材の厚み寸法に変化のある形状であっても成形密度のバラツキを抑え、精度良く製作することができる。

次に、焼成後に支持部材１０のインクジェット記録ヘッド２と合わせる面およびインクタンク（不図示）と合わさる面をダイヤモンド砥石を用いて研削し、その平面度を２．０μｍ以内に維持する。そして、超音波洗浄にて油分汚れや研削液、研削屑を除去して支持部材１０が製造される。

また、上記のようにして得られる黒鉛材に熱分解炭素被膜黒鉛材をコーティングするには化学気相蒸着法（以下、ＣＶＤ法）によって行われる。原料にはメタンガスを使い、気相反応温度は１８００℃、炉内圧力は１ｔｏｒｒの条件で処理した。

また、炭化珪素被膜をコーティングは、同様にＣＶＤ法によって実施した。気相反応温度は１３００℃、炉内圧力は１ｔｏｒｒ、原料にはメチルトリクロロシランを用いて処理した。

このようにして得られた炭素質焼結体からなる支持部材１０は、全体が見掛け比重１．７以上、ヤング率で１０ＧＰａ以上、熱伝導率５０Ｗ／ｍＫ以上、線膨張係数２．０×１０^―６１／℃〜５．０×１０^―６１／℃とすることができる。これらの特性値は、アルキメデス法により見掛密度を測定し、超音波パルス法によりヤング率を測定し、φ１０ｍｍ×１．５ｍｍに加工した炭素質焼結体を用いレーザーフラッシュ法により熱伝導率を測定することにより求めることができる。

そして、本発明のインクジェット記録ヘッド支持部材１を搭載したインクジェットプリンタを用いると、インクジェット記録ヘッドを固定した場合、１２０〜１８０ｄｐｉでパターン印刷を行って印刷後の印字ドットの位置を画像測定機にて計測すると、インク滴の着弾位置が±１０μｍの範囲内とすることができ、高精度な印画が可能である。

以上、本発明の実施形態について示したが、本発明は上述した実施形態だけに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で改良したものや変更したものにも適用できることは言う迄もない。

また、従来のアルミナよりも黒鉛質焼結体は比重が小さいために、ヘッドの軽量化も可能となり、高速化により適した形態となる。

（実施例１）
まず、インクジェット記録ヘッド支持部材の支持部材を形成するのに好的な黒鉛質炭素焼結体と、熱分解炭素被膜黒鉛材、炭化珪素被膜を施したものを製作した。次に比較例として従来使われている純度９６％のアルミナ支持部材を製作した。それらの支持部材、インクの放熱特性を調べる実験を行った。

炭素含有量を９９．９重量％の粉末顆粒を作製し、段押し構造を備えた粉末プレス法にて成形圧１００ＭＰａの条件で成形した後、非酸化性雰囲気にて１０００〜１５００℃の焼成温度にて炭化し、更に黒鉛化炉に移して２５００℃以上で焼成して支持部材１０の黒鉛材を製作した。

また、上記黒鉛材を、熱分解炭素被膜黒鉛材をＣＶＤ法にて０．５μｍから４００μｍまで成膜した。同様に炭化珪素被膜をＣＶＤ法にて０．５μｍ〜４００μｍまで成膜した。

次にアルミナ含有量を９６重量％とし、焼成助剤としてＳｉＯ_２、ＭｇＯ、及びＣａＯを用い、これらを混合した後に更に有機バインダーを添加しスラリーを作製し、スプレードライヤーにて瞬時に噴霧乾燥した後、粉末顆粒を作製し、段押し構造を備えた粉末プレス法にて成形圧１００ＭＰａの条件で成形した後、１６００℃にて焼成し、支持部材１０のアルミナ質焼結体を作製した。

そして、発熱抵抗対を備えた記録素子基板を封止接合しインクを流入した。その後ＯＮ、ＯＦＦの切り替えによって発熱抵抗体から２．０Ｗを投入し、ＯＮ、ＯＦＦのタイミングを３０ｍｓｅｃとし、インクの温度特性を温度センサーにて計測した。その結果を表１に示す。

アルミナよりも黒鉛質焼結体、熱分解炭素被膜黒鉛材や炭化珪素被膜の方がインクの放熱特性がよいということが示されるが、熱分解炭素被膜黒鉛材や、炭化珪素被膜の膜厚みが３００μｍを越えると膜の剥離が認められ、放熱効果は確認できなかった。

熱分解炭素被膜黒鉛材は炭化珪素被膜よりも放熱効果が認められた。両者の熱伝導率と逆の結果となった理由としては、次のようなことが考えられる。熱分解炭素被膜黒鉛材は黒鉛結晶構造と同様の性質を持つため、膜方向に関しては共有結合性が強く格子振動による熱散乱が極めて小さい。つまり、他の多くの場合が、厚み方向（流路方向）に熱拡散するのに対し、熱分解炭素被膜黒鉛材は膜方向に熱拡散が広がるため、インク温度の上昇を抑制することができると考えられる。

（実施例２）
炭素含有量を９９．９重量％の粉末顆粒を作製し、段押し構造を備えた粉末プレス法にて成形圧１００ＭＰａの条件で成形した後、非酸化性雰囲気にて１０００〜１５００℃の焼成温度にて炭化し、更に黒鉛化炉に移して２５００℃以上で焼成して支持部材１０の黒鉛材を製作した。

また、上記黒鉛材を、熱分解炭素被膜黒鉛材をＣＶＤ法にて５０μｍを成膜した。同様に炭化珪素被膜をＣＶＤ法にて５０μｍを成膜した。

次にアルミナ含有量を９６重量％とし、焼成助剤としてＳｉＯ_２、ＭｇＯ、及びＣａＯを用い、これらを混合した後に更に有機バインダーを添加しスラリーを作製し、スプレードライヤーにて瞬時に噴霧乾燥した後、粉末顆粒を作製し、段押し構造を備えた粉末プレス法にて成形圧１００ＭＰａの条件で成形した後、１６００℃にて焼成し、支持部材１０のアルミナ質焼結体を作製した。このアルミナ質焼結体は従来の研磨方法と粗砥石研削の２種類のサンプルを製作した。

次に、熱機械分析（ＴｈｅｒｍｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌＡｎａｌｙｓｉｓ）にて４００℃以下の線膨張係数を求めた。また、ダイヤモンドを触針とする表面粗さ計にて、断面曲線を求め表面粗さを算出した。その結果を表２にあらわす。

次に、得られた黒鉛質焼結体と、熱分解炭素被膜黒鉛材、炭化珪素被膜材、アルミナ質焼結体に５×３０ミリに切断したシリコン基板各１００個を、２００℃にてシリコン基板にエポキシ樹脂にて封止し、２０℃まで自然冷却した。全く接着はがれのない好適なものは◎、接着はがれが１〜５個のものは△、５個以上のものは×とする。その結果を表２にあらわす。

シリコン基板を従来よりも２倍の長さにしたことがら、従来材質のアルミナについては接着はがれが認められた。しかし、線膨張係数がシリコン基板に近傍している黒鉛質焼結体、熱分解炭素被膜黒鉛材、炭化珪素被膜材は接着はがれが認められなかった。また、黒鉛質焼結体、熱分解炭素被膜黒鉛材、炭化珪素被膜材は表面粗さが大きいため、アンカー効果による接着力が強化されていることも一つの要因と考えられる。アルミナに関しては緻密質であることから、表面粗度が上がらないため、これ以上の接着力強化は困難と考えられる。

（実施例３）
炭素含有量を９９．９重量％の粉末顆粒を作製し、段押し構造を備えた粉末プレス法にて成形圧１００ＭＰａの条件で成形した後、非酸化性雰囲気にて１０００〜１５００℃の焼成温度にて炭化し、更に黒鉛化炉に移して２５００℃以上で焼成して支持部材１０の黒鉛材を製作した。

以上の黒鉛質焼結体、熱分解炭素被膜黒鉛材、炭化珪素被膜材、アルミナについてパーティクル量について調べる実験をおこなった。

支持部材１０を１０００ｍｌの純水中に浸し、出力５０ｋＨｚ、１８０Ｗにて１分間超音波洗浄をした後、洗浄水中を３８ｍｌ取り出し、その洗浄水中に残った粒径２μｍ以上のパーティクル数をレーザーダイオード光遮断型センサー試験装置にて採取し、パーティクル量の調査を行った。

結果は３にそれぞれ示す通りである。

既存材質のアルミナと比較して、黒鉛質焼結体や熱分解炭素被膜黒鉛材、炭化珪素被膜の方がパーティクルの発生は少ない。成形圧を低くすると、粉末顆粒の潰れ性が悪化し、大きな空孔が発生し、パーティクルの発生が多くなる。成型圧を高くすればパーティクルの発生は低くなるが、１５０ＭＰａ以上では金型への負担が大きく金型破損に至る可能性が大きい。また、熱分解炭素被膜黒鉛材や炭化珪素被膜はパーティクルが非常に少ないことがわかる。これは熱分解炭素被膜黒鉛材や炭化珪素被膜によってパーティクルが封止されていると考えられる。特に微小径ノズルを有する支持部材において、支持部材のパーティクルによって、ノズル吐出穴を閉塞するといった不具合を抑制できると考えられる。

（実施例４）
炭素含有量を９９．９重量％の粉末顆粒を作製し、段押し構造を備えた粉末プレス法にて成形圧１００ＭＰａの条件で成形した後、非酸化性雰囲気にて１０００〜１５００℃の焼成温度にて炭化し、更に黒鉛化炉に移して２５００℃以上で焼成して支持部材１０の黒鉛材を製作した。また、上記黒鉛材を、熱分解炭素被膜黒鉛材をＣＶＤ法にて０．５μｍから４００μｍまで成膜した。同様に炭化珪素被膜をＣＶＤ法にて０．５μｍ〜４００μｍまで成膜した。

また、ｐＨ１２の強アルカリ性のインクを準備し、支持部材を水温２０℃のインクに投入し３日間放置して得られたインク溶液をＩＣＰ発光分光分析装置（セイコー電子工業製ＪＹ３８Ｐ２型）にて、Ｃ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｍｇの定量分析を行った。その後、そのインク溶液を濾過した後に５００倍でＳＥＭ写真を撮影し脱粒物質の有無およびその脱粒物の最大サイズを確認し、脱粒物質を特定するために金蒸着を施した後、エネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）にて定性分析を行った。

そして、ＩＣＰ発光分光分析による定量分析にて得られたＣ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃａの溶出量の合計が、０．１ｐｐｍ／（ｃｍ^２・日）以下であったものを好適として◎で表し、０．１ｐｐｍ／（ｃｍ^２・日）より多く０．１４未満であるものを良好として○で示し、０．１４ｐｐｍ／（ｃｍ^２・日）以上０．２０ｐｐｍ／（ｃｍ^２・日）未満であるものを不良として△で示し、０．２０ｐｐｍ／（ｃｍ^２・日）以上であるものを更に不適な×で示した。

結果は表４にそれぞれ示す通りである。

結果より、７０ＭＰａの黒鉛質焼結体や熱分解炭素被膜黒鉛材、炭化珪素被膜材の一部は、インク温度が２０〜６０℃のいずれの範囲においてもＣ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃａの成分溶出量が０．１ｐｐｍ／（ｃｍ²・日）より多くなり、また脱粒物は５μｍより大きいサイズとなり、ノズル吐出孔の閉塞化の原因になりうるものである。

本発明の炭素含有率が９９．９％以上で成型圧力８０〜１５０ＭＰａの炭素質焼結体では、インク温度が２０〜６０℃のいずれの範囲においてもＣ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃａの成分溶出量が０．１ｐｐｍ／（ｃｍ^２・日）以下で、脱粒物は５μｍ以下となっており、直接ノズル吐出孔を閉塞する要因とはなり得ないと考えられる。これは成型圧の低下による粒子の開気孔が減少し、インクに曝される表面積が減少したためと考えられる。

本発明のインクジェット記録ヘッド支持部材の一例で（ａ）はその斜視図、（ｂ）は一部を破断した斜視図である。（ａ）〜（ｃ）は本発明のインクジェット記録ヘッド支持部材の一例を示す分解斜視図である。本発明のインクジェット記録ヘッド支持部材に用いる支持部材の一例で（ａ）は斜視図、（ｂ）は一部を破断した斜視図である。（ａ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ線断面図、（ｂ）は図１（ａ）のＹ−Ｙ線断面図である。（ａ）〜（ｄ）は粉末プレス装置の成形工程を説明するための断面図である。粉末プレス装置における各構成部材の作動を示すタイムチャート図である。従来のインクジェット記録ヘッド支持部材を示す断面図である。

符号の説明

１：インクジェット記録ヘッド支持部材
２：インクジェット記録ヘッド
３：記録素子基板
４：インク室
５：発熱抵抗体
６：段付き溝
７：段差部
８：インク吐出孔
９：ノズル板
１０：支持部材
１１：インク供給穴
１２：長穴
１３：傾斜底面
１４：小径穴

Claims

複数のインク室を有し、各インク室内のインクを加熱して発泡させるための発熱抵抗体を備えたインクジェット記録ヘッドと、このインクジェット記録ヘッドを支持し、かつ前記インク室と連通するインク供給穴を有する支持部材と、を備えたインクジェットプリンタであって、
前記支持部材は、平均粒径０．１〜３．０μｍの炭素粉末を主成分とする炭素粉末顆粒を粉末プレス成形法によってプレス成形して炭素質成形体を得た後、前記炭素質成形体を非酸化性雰囲気にて１０００〜１５００℃の焼成温度にて炭化し、更に黒鉛化炉に移して２５００℃以上で焼成することで得られた、炭素を９９．９重量％以上含有して成る熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の黒鉛材と、
前記黒鉛材の表面に設けられた、ＣＶＤ法によって成膜された熱分解炭素被膜と、を有して構成されることを特徴とするインクジェットプリンタ。
前記支持部材の前記インク供給穴は、前記インクジェット記録ヘッド側に開口する、中央に向かって深くなる傾斜底面を備えた長穴と、前記インクジェット記録ヘッドと反対側に開口し、前記長穴と連通する小径穴とを有して構成されていることを特徴とする、請求項１記載のインクへットプリンタ。
上記支持部材は４００℃以下における線膨張係数が２．０×１０⁻⁶〜５．０×１０⁻⁶（１／℃）であること特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッド。
前記熱分解炭素被膜の厚さが、１〜３００μｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。