(57)【要約】  液滴吐出ノズルおよび流体のリザーバに接続された流体チャンバと、その上に電極を有する流体チャンバ壁によって少なくとも部分的に形成される圧電アクチュエータ素子であって、チャンバ内に圧力を生成してチャンバからノズルを通って流体の液滴を吐出するために駆動電圧に応答して変位可能であり、前記電極に最も近いまたは前記電極に接する無機絶縁層と、前記無機絶縁層の上に重なる有機絶縁層とを含む積層体を少なくとも部分的に含む不動態化コーティングを備え、前記絶縁層中の欠陥は、前記絶縁層の間の界面で不整合になりがちであり、前記無機絶縁層は５００ｎｍ以下の厚さを有し、前記有機絶縁層は３μｍ未満の厚さを有する、圧電アクチュエータ素子と、を有する、液滴堆積ヘッド。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴吐出ノズルおよび流体のリザーバに接続された流体チャンバと、その上に電極を有する流体チャンバ壁によって少なくとも部分的に形成される圧電アクチュエータ素子とを有する液滴堆積ヘッドであって、
前記圧電アクチュエータ素子は、チャンバ内に圧力を生成してチャンバからノズルを通って流体の液滴を吐出するために駆動電圧に応答して変位可能であり、
前記電極は、前記電極に最も近いまたは前記電極に接する無機絶縁層と、前記無機絶縁層の上に重なる有機絶縁層とを含む積層体を少なくとも部分的に含む不動態化コーティングを備え、
前記絶縁層中の欠陥は、前記絶縁層の間の界面で不整合になりがちであり、
前記無機絶縁層は５００ｎｍ以下の厚さを有し、
前記有機絶縁層は３μｍ未満の厚さを有する、液滴堆積ヘッド。
【請求項２】
前記無機絶縁層が１００ｎｍ以下の厚さを有し、
前記有機絶縁層が１．５μｍ以下の厚さを有する、請求項１に記載の液滴堆積ヘッド。
【請求項３】
前記積層体が、２つ以上の無機絶縁層と２つ以上の有機絶縁層とを含み、
少なくとも１つの有機絶縁層が２つの無機絶縁層の間に配置される、請求項１または２に記載の液滴堆積ヘッド。
【請求項４】
前記積層体が、２つの無機絶縁層と２つの有機絶縁層とを含む、請求項３に記載の液滴堆積ヘッド。
【請求項５】
前記積層体が、有機絶縁層である上部絶縁層を有する、請求項３または４に記載の液滴堆積ヘッド。
【請求項６】
前記上部絶縁層が、その内部に開口部を含む、請求項５に記載の液滴堆積ヘッド。
【請求項７】
前記不動態化コーティングが、無電解金属層を含む、請求項１〜６のいずれかに記載の液滴堆積ヘッド。
【請求項８】
前記無電解金属層が、前記積層体の内部または上に配置される、請求項１〜７のいずれかに記載の液滴堆積ヘッド。
【請求項９】
無機絶縁層が、二酸化ケイ素の比誘電率よりも大きい比誘電率を有する、請求項１〜８のいずれかに記載の液滴堆積ヘッド。
【請求項１０】
無機絶縁層が、非晶質ハフニアを含む、請求項１〜９のいずれかに記載の液滴堆積ヘッド。
【請求項１１】
前記有機絶縁層が、パリレンＣを含む、請求項１〜１０のいずれかに記載の液滴堆積ヘッド。
【請求項１２】
前記不動態化コーティングが、前記電極上に設けられたバッファ層またはシード層を含む、請求項１〜１１のいずれかに記載の液滴堆積ヘッド。
【請求項１３】
前記バッファ層または前記シード層が、非晶質アルミナを含む、請求項１２に記載の液滴堆積ヘッド。
【請求項１４】
インクジェットプリントヘッドである、請求項１〜１３のいずれかに記載の液滴堆積ヘッド。
【請求項１５】
液滴堆積ヘッドを製造するための方法であって、
前記液滴堆積ヘッドが、液滴吐出ノズルおよび流体のリザーバに接続された流体チャンバと、その上に電極を有する流体チャンバ壁によって少なくとも部分的に形成される圧電アクチュエータ素子とを備え、
前記圧電アクチュエータ素子は、流体チャンバ内に圧力を生成して流体チャンバからノズルを通って流体の液滴を吐出するために駆動電圧に応答して変位可能であり、
１５０℃以下の温度で第１の堆積技術を使用して電極上または電極の上に５００ｎｍ未満の厚さの無機絶縁層を堆積させることによって前記電極上に不動態化コーティングを形成することと、１５０℃以下の温度で、前記第１の堆積技術とは異なる技術である第２の堆積技術を用いて前記無機絶縁層の上に３μｍ未満の厚さの有機絶縁層を堆積させることとを含む、方法。
【請求項１６】
前記無機絶縁層を堆積することが、１１０℃以下の温度で原子層堆積を用いることを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記有機絶縁層を堆積することが、１１０℃以下の温度でのプラズマ強化化学蒸着を用いることを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記有機絶縁層を堆積することが、１．０μｍまたは１．２μｍまたは１．５μｍの厚さに堆積することを含む、請求項１５〜１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記不動態化コーティングを形成することが、２つの無機絶縁層の間に少なくとも１つの有機絶縁層が配置されるように、２つ以上の無機絶縁層および２つ以上の有機絶縁層を堆積することを含む、請求項１５〜１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
前記不動態化コーティングを形成することが、上部絶縁層として無機絶縁層を堆積することを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記不動態化コーティングを形成することが、上部絶縁層として有機絶縁層を堆積することを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記不動態化コーティングを形成することが、前記上部絶縁層上に無電解金属層を堆積することを含む、請求項１５〜２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２３】
前記不動態化コーティングを形成することが、無機絶縁層上に無電解金属層を堆積することと、前記無電解金属層上に有機絶縁層を堆積することとを含む、請求項１５〜２２のいずれかに記載の方法。
【請求項２４】
前記無機絶縁層を堆積することが、二酸化ケイ素の比誘電率よりも大きい比誘電率を有する無機材料を堆積させることを含む、請求項１５〜２３のいずれかに記載の方法。
【請求項２５】
前記無機絶縁層を堆積することが、非晶質ハフニアを堆積することを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記有機絶縁層を堆積することが、パリレンＣを堆積することを含む、請求項１５〜２５のいずれかに記載の方法。
【請求項２７】
前記不動態化コーティングを形成することが、前記電極上にバッファ層またはシード層を堆積することを含む、請求項１５〜２６のいずれかに記載の方法。
【請求項２８】
前記バッファ層またはシード層を堆積することが、非晶質アルミナを堆積することを含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
インクジェットプリントヘッドの製造方法である、請求項１５〜２８のいずれかに記載の方法。
【請求項３０】
請求項１〜１４のいずれかに記載の液滴堆積ヘッドを含む、液滴堆積装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、流体チャンバを画定する圧電バルク体を含む液滴堆積ヘッドに関し、流体チャンバは、同様の既存の液滴堆積ヘッドの電極と比較して改善された不動態化コーティングを有する電極を含む。
【０００２】
本開示は、液滴堆積ヘッドを含む液滴堆積装置および液滴堆積ヘッドおよび液滴堆積装置の製造方法に関する。
【発明の概要】
【０００３】
様々な代替流体が、液滴堆積ヘッドによって堆積されてもよい。例えば、液滴堆積ヘッドは、インクジェット印刷用途の場合のように、画像を形成するために、セラミックタイルまたは成形品（例えば、缶、ボトルなど）などの受容媒体に向かって走行し得るインクの液滴を吐出し得る（液滴堆積ヘッドは、インクジェットプリントヘッド、より詳細にはドロップオンデマンドインクジェットプリントヘッドとすることができる）。
【０００４】
あるいは、流体の液滴を使用して構造体を構築してもよく、例えば電気的に活性な流体を回路基板のような受容媒体上に堆積させて、電気装置の試作を可能にしてもよい。
【０００５】
別の例では、（３Ｄ印刷の場合のように）物体のプロトタイプモデルを生成するために、流体を含むポリマーまたは溶融ポリマーを連続した層に堆積させることができる。
【０００６】
さらに他の用途では、液滴堆積ヘッドは、生物学的材料または化学的材料を含む溶液の液滴を、マイクロアレイなどの受容媒体上に堆積させるように構成してもよい。
【０００７】
そのような代替流体に適した液滴堆積ヘッドは、問題の特定の流体を取り扱うためのいくつかの適合を伴って、プリントヘッドと一般的に構造が類似している可能性がある。
【０００８】
以下の開示に記載する液滴堆積ヘッドは、ドロップオンデマンド液滴堆積ヘッドであってもよい。かかるヘッドにおいて、吐出された液滴のパターンは、ヘッドに提供される入力データによって異なる。
【０００９】
ドロップオンデマンドヘッドアクチュエータは、個々の流体チャンバに作用して液滴を放出するように構成されたアクチュエータ素子を含む。アクチュエータ素子は、例えば、熱素子または圧電素子であってもよい。いずれの場合においても、アクチュエータ材料は電極によって対処され、熱アクチュエータ素子の場合には抵抗型アクチュエータ素子を急速に加熱し、圧電アクチュエータ素子の場合には機械的変形を引き起こす。
【００１０】
圧電アクチュエータ素子の異なる構成を使用することができる。１つの構成では、圧電材料の連続シートから形成されたアクチュエータ素子を使用し、その中に平行な溝が切断されて長手方向の流体チャンバを形成する。
【００１１】
「サイドシュータ」液滴堆積ヘッドを提供する１つのそのような構成は、欧州特許第０３６４１３６（Ｂ１）号明細書およびその中の参考文献に記載され、図１に示されている。
【００１２】
液滴堆積ヘッド（図１）は、アレイ状に並んで配置された複数の流体チャンバ１１０を含む。このアレイは図の左から右に延在する。流体チャンバ１１０の各々は、後述するように、流体チャンバ１１０内に収容された流体が吐出するノズル１７２を備える。各流体チャンバ１１０は、チャンバ長方向に長く、アレイ方向に垂直である。
【００１３】
アレイ内の隣接するチャンバ１１０は、チャンバ壁１３０によって分離されており、チャンバ壁１３０は、圧電材料で形成される。（例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、しかし、任意の適切な圧電材料を使用することができる）。流体チャンバ１１０の各々の一方の長手方向側は、ノズルプレート１７０によって（少なくとも部分的に）境界を定められ、ノズルプレート１７０は、各チャンバ１１０にノズル１７２を提供する。他のアプローチも同様にこれを達成することができること、つまり各ノズル１７２が射出室１１０の対応する１つの長手方向の一側面に設けられるために、別個のノズルプレート１７０の構成要素は必要ではないことが理解されよう。
【００１４】
流体チャンバ１１０の各々の他方の対向する長手方向側は、例えば実質的に平面である基板１８０によって（少なくとも部分的に）画定されている。いくつかの構成では、基板１８０は、壁１３０の各々の一部または全部と一体であってもよい。したがって（またはさもなければ）、基板１８０は、圧電材料から形成され得る。インターポーザー層が壁部１３０とノズルプレート１７０との間に提供され得ることも理解されたく、このインターポーザー層は、例えば、それぞれの開孔をノズルプレートのノズル１７２の各々に提供し得る。そのような開口部は、ノズル１７２よりも広くてもよく、故に、流体は、液滴吐出中にノズル１７２にのみ接触する。
【００１５】
各壁１３０は、第１電極１５１および第２電極１５２を備える。より詳細には、ノズルプレート１７０を壁１３０に取り付ける前に、導電性材料の連続層が、例えば基板１８０の表面上および流体チャンバの表面上に、例えば同時に堆積する。適切な電極材料は、銅、ニッケルおよび金を含み、単独でまたは組み合わせて使用することができる。堆積は、電気めっきプロセス、無電解プロセス（例えば、完全性を有する層を提供し、圧電材料への接着性を改善するためにパラジウム触媒を利用する）、または物理蒸着プロセスによって行うことができる。
【００１６】
続いて、基板１８０および壁１３０を含むワークピースにレーザビームが照射する。次に、そのビームがワークピースに衝突する点が、チャンバ長方向における基板１８０の全長にわたって壁１３０の上面の中心の経路に沿って移動するように、レーザが移動する。レーザビームはこの経路に沿って導電性材料を気化させ、この作用により導電性材料がパターン化され、金属層は別々の電極に分割され、図１に示すように壁１３０の各側面に１つある。
【００１７】
第１電極１５１は、壁１３０の第１の側面上に配置され、第１の側面は、対象の壁１３０が分離する２つの流体チャンバ１１０のうちの１つに対向し、第２電極１５２は壁１３０の第２の側面上に配置され、第２の側面は、第１の側面に対向し、対象の壁１３０が分離する２つの流体チャンバ１１０の他方に対向する。壁１３０用の第１電極１５１および第２電極１５２は、壁１３０に駆動電圧波形を印加するように構成されている。各壁１３０は、第１の部分１３１および第２の部分１３２を含み、それぞれの圧電材料は、互いに反対方向に分極する。第１の部分１３１および第２の部分１３２のそれぞれの分極方向は、アレイ方向およびチャンバ長方向に垂直である。第１の部分１３１および第２の部分１３２は、アレイ方向およびチャンバ長方向によって画定する平面によって分離する。
【００１８】
上記構成により、第１電極１５１および第２電極１５２によって壁１３０に駆動電圧波形が印加すると、壁１３０はシェブロン構成に変形し、それによって、第１の部分１３１および第２の部分１３２は、図２の破線で示するように、逆方向にせん断モードで変形する。
【００１９】
このような変形は、２つの流体チャンバ１１０のうちの前述の１つの流体チャンバ内の流体の圧力を増加させる。この変形は、２つの流体チャンバ１１０の他方の圧力の対応する低減も引き起こす。逆極性の駆動波形により、壁１３０が反対方向に変形し、したがって、壁１３０によって分離された２つのチャンバ１１０内の流体の圧力に対して実質的に反対の影響を及ぼすことが理解されよう。圧力の大きさがあるレベルを超える場合、流体１０５の液滴は、チャンバ１１０のノズル１７２から吐出してもよい。壁１３０は、それが分離する２つの流体チャンバ１１０の一方に向かって、および、他方に向かって交互に変形するように、駆動波形によって駆動してもよい。したがって、壁１３０は、駆動波形により、その非変形位置の周りで振動するように引き起こすことがある（しかし、このような周期的変形は決して本質的ではない：駆動波形は代わりに壁の非周期的変形を引き起こす可能性があることが理解されよう）。３サイクルの射出方式が図２に示されているが、他の多くの射出方式も可能である。
【００２０】
シェブロン構成における変形は、壁１３０と第１の作動電極１５１および第２の作動電極１５２との異なる配置によって達成され得ることはもちろん理解するべきである。例えば、壁の圧電材料は、壁の高さ方向の一方向にのみ実質的に分極してもよい。第１電極１５１および第２電極１５２は、この高さ方向に、壁１３０の高さの一部分だけにわたり、延在するように配置してもよい（より詳細には、この高さ方向に、壁１３０の高さの実質的に同じ部分にわたって延在してもよい）。
【００２１】
「エンドシューター」液滴堆積ヘッドを提供する別のそのような構成は、欧州特許第１８８５５６１（Ｂ１）号明細書およびその中の参考文献に記載されており、図３および図４に示されている。この構成では、各ノズル２７２は、射出チャンバ２１０の長手方向端部に設けられる。
【００２２】
図３（ａ）は、図１の液滴堆積ヘッドにおけるように、圧電材料のベース２８１に形成され、アレイ状に並んで配置された複数の流体チャンバ２１０を含む液滴堆積ヘッド２００の斜視分解図を示す（例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）である。しかし、任意の適切な圧電材料を使用することができる）。ベース２８１に形成された溝は、ベース２８１の圧電材料で形成された対向する壁２３０によって分離された細長い流体チャンバ２１０を提供するために比較的深い前方部分を含む。後方部分の溝は接続トラックのための場所を提供するために比較的浅い。
【００２３】
溝を形成した後、先に述べたように、前方部分に、金属化めっきが堆積され、各溝の前方部分の壁の側面に電極２５１、２５２を提供する。溝の後方部分において、金属化めっきは、流体チャンバ２１０ごとの電極２５１〜２５２に接続する導電性トラック２５５ａ、２５６ａを提供する。
【００２４】
ベース２８１は、図３（ａ）に示すように回路基板２８２上に取り付けられ、ボンディングワイヤ接続が、ベース２８１上の導電性トラック２５５ａ、２５６ａを回路基板２８２上の導電性トラック２５５ｂ、２５６ｂに接続するように作られる。これらのトラック２５５、２５６は、作動電極１５１、１５２を接地または電圧信号に電気的に接続することができる。
【００２５】
ベース２８１に組み立て中に結合するカバープレート２７５が、その組み立てられた位置の上に示されている。ノズルプレート２７０も、その組み立てられた位置から離間して、ベース２８１に隣接して示されている。
【００２６】
組み立てられた液滴堆積ヘッド２００では、図３ｂ）において、カバー２７５は、壁１３０の頂部に接着することによって固定され、故に、補充流体の供給のためのマニホールドを提供する、カバープレート２７５内の窓２７６に一端でアクセス可能な、多数の閉鎖された細長い流体チャンバ２１０を形成する。ノズルプレート２７０は、例えば、接合により、流体チャンバ２１０の他方の端に取り付けられる。ノズル２７２は、例えば、ＵＶエキシマレーザーアブレーションにより、各流体チャンバと一致するノズルプレート２７０内の位置に形成され得る。従ってノズル２７２は、対応する流体チャンバ２１０の１つの長手方向端部に各々設けられる。
【００２７】
液滴堆積ヘッド２００の使用中、流体は、カバープレート２７５内の窓２７６を通って流体チャンバ２１０に引き込まれる。
【００２８】
図４は、液滴堆積ヘッド２００の断面のチャンバ長方向の平面図である。各流体チャンバ２１０には、液滴吐出用のノズル２７２と壁２３０とが設けられており、壁２３０は、壁２３０に駆動波形を印加するように構成された第１の電極２５１および第２の電極２５２によって液滴を吐出させるように作動してもよい。壁はそれによって変形する。チャンバ壁２３０のそれぞれの圧電材料は、一般に、アレイ方向に垂直な一方向のみに分極する。
【００２９】
図面の破線から分かるように、駆動波形は、分離する２つの流体チャンバ２１０のうちの１つに向かって壁２３０をせん断モードで変形させる。一般にアレイ方向に配向された電界は、電極２５１、２５２が延在する壁の高さの部分にわたって一般に最も強い。これにより、壁２３０のこの部分がせん断モードで変形する。しかしながら、壁のこの部分は、それに接続された壁の部分、壁の底部分に機械的な力を加え、前述の部分をそれで「引っ張る」。これにより、壁２３０がシェブロン構成で変形し、既に上述したものと同様の効果が得られる。シェブロン構成の変形は、壁２３０、第１の作動電極２５１および第２の作動電極２５２の異なる配置によって達成してもよいことはもちろん理解するべきである。例えば、壁の各々は、互いに反対方向に分極された第１の部分と第２の部分とを含み、電極は、既に上述したように、壁の高さ全体にわたって延在してもよい。液滴堆積ヘッド２００は、液滴堆積ヘッド１００について上述したのと実質的に同じ方法で動作させることができることが理解されよう。
【００３０】
これらの液滴堆積ヘッドにおける金属電極は、流体と直接接触しているので、電気分解および気泡の形成または腐食の影響を受けやすい。これは、特に、流体が水性である場合、電極の層間剥離および／または液滴堆積ヘッドの短命な動作寿命をもたらす可能性がある。
【００３１】
したがって、不動態化コーティングは、通常、電極上および流体と接触する圧電セラミック本体の表面、特に各チャンバのチャンバ壁上に提供する。
【００３２】
一般に、不動態化コーティングは、流体バリア材料の単一または複数の絶縁層を含むが、この絶縁層は、圧電セラミック本体の消極を避けるために十分に低い温度で、および表面への高いレベルの共形性を持って堆積させることができる。
【００３３】
流体バリア材料は、有機材料であってもよく、特に、例えばパリレンなどの有機ポリマーであってもよいが、非晶質窒化ケイ素または酸化物などの無機材料であってもよい。
【００３４】
例えば、欧州特許第１８８５５６１（Ｂ１）号明細書に開示された液滴堆積ヘッドは、パリレンの単一層を含む金属電極上に不動態化コーティングを含む。
【００３５】
欧州特許第０７１９２１３（Ｂ１）号明細書は、欧州特許第０３６４１３６（Ｂ１）号明細書に記載されているようなインクジェットプリントヘッド内の流体チャンバ壁および電極を不動態化する方法を開示している。本方法は、蒸気がその化学成分の均一な分布の達成によって均質化するとき、より速くより均一な不動態化をもたらすと言われている１つまたは複数の無機層の低温蒸着を使用する。
【００３６】
それにもかかわらず、不動態化コーティングの低温堆積の要求から残る１つの問題は、流体チャンバ壁および／または電極表面上のコーティングの被覆に著しいばらつきがあることである。
【００３７】
コーティングの被覆のばらつきは、部分的に、比較的高いアスペクト比（例えば、深さ：幅が５：１またはそれ以上）になる傾向にあるチャンバの幾何学的形状から生じ、これにより、これらの表面の一部が蒸着に対して比較的に接近できない。高アスペクト比はまた、効果的な不動態化コーティングを提供するために使用することができる材料の選択を制限する。
【００３８】
既存の不動態化コーティングは、流体の浸透の可能性を低減するために、金属電極と比較して比較的厚い。これは、チャンバの幅（例えば、６５μｍ）を制限する効果と、液滴堆積ヘッド内の空間を効率的に利用する効果を有する。
【００３９】
しかしながら、コーティングの被覆に大きなばらつきが残っており、特に水性の場合、液体は、液滴堆積ヘッドが作動したときにしばしばコーティングに浸透して電極を腐食することがあり得る。
【００４０】
パリレン不動態化コーティングが圧電セラミック本体のチャンバ壁および／または電極に塗布された後に、液滴堆積ヘッドの製造がノズルプレート内の液滴吐出ノズルの切断を提供し得るため、別の問題が生じる。
【００４１】
切断は、レーザ、例えば、パリレンコーティングを除去する傾向のある紫外線レーザビームを使用する。これは、パリレンコーティング内に開口部を生じさせることがあり、その結果、流体の浸透の問題を悪化させ、液滴堆積ヘッドの寿命を制限する。
【００４２】
不動態化コーティングの材料が特定の流体、特に水性流体および高ｐＨ（例えば、９．０またはそれ以上）または低ｐＨ（例えば、４．０またはそれ以下）を有する流体によって損傷を受ける可能性があるという更なる問題が生じる。これはまた、流体の浸透の問題を悪化させ、液滴堆積ヘッドの寿命を制限する。
【００４３】
したがって、流体の浸透の問題は、有機材料の比較的厚い単一の絶縁層を含む不動態化コーティングによって、または蒸着によって堆積された無機材料の複数の絶縁層を含む不動態化コーティングによってさえも満足に解決されない。
【００４４】
本発明者らは、２つの異なる低温（例えば、１５０℃未満）技術によって堆積された、無機材料の絶縁層と有機材料の絶縁層とに基づく改善された不動態化コーティングを含む液滴堆積ヘッドを提供する。
【００４５】
低温技術の使用は、絶縁層中のより高い欠陥密度をもたらす傾向があるが、各絶縁層に対して異なる材料および異なる低温技術を使用することは、欠陥が層の間の界面に整列しないことを意味する。
【００４６】
結果として、不動態化コーティングは、有機材料の単一の絶縁層を含むコーティングまたは蒸着によって堆積された無機材料の複数の絶縁層を含むコーティングと比較して、流体中のイオン種が電極に移動するためのより長い経路を画定する。
【００４７】
米国特許出願公開第２００１／００５２７５２（Ａ１）号明細書は、異なる低温技術によって堆積された酸化アルミニウムの層とパリレン層とを含むコーティングを開示している。コーティングは、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）をカプセル化して、環境からの水および酸素の侵入からそれを保護する。
【００４８】
ＢｕｌｏｗＨ．Ｇ．らは、「Ｎａｎｏｓｃａｌｅ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、２０１４，９，２２３」において、異なる低温技術によって堆積された酸化アルミニウムおよびパリレンの多層を含むＯＬＥＤカプセル化に適したコーティングを開示している。コーティングの水分バリア特性について議論する。
【００４９】
これらの開示は、液滴堆積ヘッドに関係しておらず、イオン種の電界支援浸透に抵抗性のある液滴堆積ヘッドにおける電極の不動態化に適したコーティングを教示または示唆していない。
【００５０】
米国特許第８２４０８１９（Ｂ２）号明細書は、異なる低温技術によって堆積された二酸化ケイ素層とパリレン層とを含むインクジェットプリントヘッドの電極のコーティングを開示している。二酸化ケイ素層は、パリレン層の厚さが少なくとも３μｍであるならば、パリレン層の部分的なレーザアブレーション後に電極を腐食から保護すると言われている。
【００５１】
本発明者らは、異なる低温技術によって液滴堆積ヘッド内の電極に堆積された、無機材料の絶縁層と有機材料の絶縁層を含む不動態化コーティングが、液滴堆積ヘッドが動作するときに、イオン種の電解（例えば、約１Ｖμｍ−１）駆動移動に抵抗することができることを見出した。
【００５２】
本発明者らはまた、不動態化コーティングが比較的薄く、特に３μｍ未満の厚さを有する有機材料の絶縁層を含むことができることを見出した。
【００５３】
したがって、第１の態様では、本開示は、液滴吐出ノズルおよび流体のリザーバに接続された流体チャンバと、その上に電極を有する流体チャンバ壁によって少なくとも部分的に形成される圧電アクチュエータ素子であって、チャンバ内に圧力を生成してチャンバからノズルを通って流体の小滴を吐出するために駆動電圧に応答して変位可能であり、前述の電極は、前述の電極に最も近いまたは前述の電極に接する無機絶縁層と、前述の無機絶縁層の上に重なる有機絶縁層とを含む積層体を少なくとも部分的に含む不動態化コーティングを備え、前述の絶縁層中の欠陥は、前述の絶縁層の間の界面で不整合になりがちであり、前述の無機絶縁層は５００ｎｍ以下の厚さを有し、前述の有機絶縁層は３μｍ未満の厚さを有する、圧電アクチュエータ素子とを有する、液滴堆積ヘッドを提供する。
【００５４】
堆積ヘッドは、複数の流体チャンバと複数の圧電アクチュエータ素子を有し、各圧電アクチュエータ素子は、その上に電極を有するチャンバ壁によって部分的に形成してもよいことに留意されたい（例えば、図１参照）。結果として、流体チャンバは、例えば、それぞれがその上に電極を有する対向する壁であるチャンバ壁を含むことができる。この場合、流体チャンバ内の各電極は不動態化コーティングを備えうる。
【００５５】
一実施形態では、無機絶縁層は、１５０℃未満の温度、特に１２０℃以下の温度、例えば１１０℃以下の温度で原子層堆積（ＡＬＤ）によって堆積された層である。
【００５６】
ＡＬＤによって堆積された無機絶縁層はピンホールを充填し、基礎となる表面のナノスケールの亀裂を埋める。この技術によって電極上または電極に最も近いところに堆積する無機絶縁層は、別の技術によって堆積されなければならない有機絶縁層と比較して、欠陥を伝播する可能性は低い。
【００５７】
有機絶縁層は、１５０℃未満の温度、特に１２０℃以下の温度、例えば１１０℃以下でプラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）によって堆積された層であってもよい。
【００５８】
しかしながら、これらの温度を用いることができるＡＬＤ以外の任意の適切な技術によって堆積された層であってもよい。適切な技術には、化学蒸着、特に、分子層堆積（ＭＬＤ）が含まれる。
【００５９】
無機絶縁層に適した無機材料は、非晶質金属酸化物、金属窒化物および金属炭化物、ならびにダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などの炭素の同素体を含む。
【００６０】
無機層の最適な厚さは、無機材料の正確な性質、特に、無機絶縁層の所望の破壊電圧に依存する。
【００６１】
一実施形態では、無機絶縁層は、非晶質窒化シリコンを含み、２０ｎｍ〜５００ｎｍの厚さ、例えば５０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍまたは４００ｎｍの厚さを有する。
【００６２】
別の実施形態では、無機絶縁層は、非晶質金属酸化物、特に非晶質ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、Ｔａ２Ｏ５およびＨｆＯ２からなる群から選択する１つまたは複数の非晶質金属酸化物を含む
【００６３】
本実施形態において、無機絶縁層の厚さは、１００ｎｍ未満、例えば、７５ｎｍ、７０ｎｍ、６０ｎｍ、５０ｎｍ、４５ｎｍまたはそれ以下であってもよい。
【００６４】
無機絶縁層は、（同じ周波数で）ＳｉＯ２に比して高い比誘電率を有する無機材料を含むことができる。高κ材料は、シリカを含む無機絶縁層と比較して、誘起電圧を低減することによってイオン種の電界支援拡散を抑制し、無機絶縁層の破壊性能を改善する。
【００６５】
無機絶縁層は、Ａｌ２Ｏ３に比べて広いｐＨ耐性を示す無機材料を含んでいてもよい。非晶質Ａｌ２Ｏ３は、いくつかの他の金属酸化物と比較して、高ｐＨおよび低ｐＨの影響をより受けやすいことが分かっている。
【００６６】
ハフニア（ＨｆＯ２）は、ＳｉＯ２と比較して特に高い比誘電率を有し、比較可能な層の厚さでのＡｌ２Ｏ３と比較して、長いｐＨ範囲にわたって優れた化学的堅牢性を有することが見出されている。
【００６７】
したがって、一実施形態では、無機絶縁層は非晶質ＨｆＯ２を含む。この実施形態では、ＨｆＯ２層は、４５ｎｍ以上１００ｎｍ未満の厚さを有することができる。厚さ４５ｎｍのＨｆＯ２層の破壊電圧は、より低い厚さのＨｆＯ２層の厚さと比較して、層にわたり、高く（例えば、４．９ＭＶ／ｃｍ）、均一である（厚さ２２ｎｍのＨｆＯ２は、例えば、いくつかの場所で１．５ＭＶ／ｃｍの低い不均一な破壊電圧を示している）。
【００６８】
絶縁有機層は、選択された技術によって共形性が高く均一な絶縁有機層を提供する任意の適切な有機材料を含むことができる。それは、特に有機ポリマー、特にパリレン、例えばパリレンＮ、ＣまたはＤを含むことができる。
【００６９】
有機絶縁層の最適な厚さは、有機材料の性質に依存する。絶縁性有機層の厚さは、連続層であれば５０ｎｍ未満であってもよい。しかし、通常、厚さは５０ｎｍと２．５μｍとの間、特に５０ｎｍと２．０μｍとの間、例えば１．５μｍまたは１．２μｍまたは１．０μｍの厚さを有する。
【００７０】
一実施形態では、有機絶縁層は、室温でＰＥＣＶＤによって堆積されたパリレンＣの層を含み、厚さが１．２μｍ以下、例えば１．０μｍである。この実施形態では、無機絶縁層は、特に厚さ４５ｎｍのＨｆＯ２層を含むことができるが、１００ｎｍ未満の他の厚さもまた使用することができる。
【００７１】
いくつかの実施形態では、無機絶縁層が電極と接触する。他の実施形態では、不動態化コーティングは、電極に接触するバッファ層またはシード層をさらに含み、無機絶縁層は、バッファ層またはシード層上に設けられる。
【００７２】
バッファ層またはシード層は、無機絶縁層のより共形性が高くより均一な堆積および良好な接着を保証するために、電極の表面に比べてより滑らかな表面を提供する絶縁材料を含む。
【００７３】
バッファ層またはシード層は、特に、無機絶縁材料を含むことができる。それは、上記の非晶質金属酸化物のいずれかを含むことができ、１５０℃未満の温度、特に１２０℃以下または１１０℃以下の温度でＡＬＤによって形成することができる。
【００７４】
バッファ層またはシード層の厚さは、無機絶縁層の厚さよりもかなり薄くてよい。バッファ層またはシード層は、特に単層であってもよい。それは２ｎｍ〜２０ｎｍの厚さ、例えば１５ｎｍまたは１０ｎｍまたは５ｎｍまたはそれ以下の厚さを有することができる。一実施形態において、バッファ層またはシード層は、厚さ１０ｎｍの非晶質Ａｌ２Ｏ３の絶縁層を含む。
【００７５】
電極は、特に、ニッケル、銀、銅、または金などの金属またはニクロムのような金属合金を含むことができる。電極の厚さは１．０μｍ〜５．０μｍ、例えば４．５μｍまたは３．０μｍとすることができる。
【００７６】
電極は、第１の無機絶縁層またはシード層またはバッファ層の接着を促進するために処理（例えば、Ｏ２プラズマにより）された電極であってもよい。
【００７７】
一実施形態では、電極はニッケル（既に自然酸化によって形成された酸化ニッケルの表面層を有していてもよい）を含む。
【００７８】
本開示はまた、積層体が２つ以上の無機絶縁層と、任意に２つ以上の有機絶縁層とを含む不動態化コーティングを包含する。
【００７９】
なお、各無機絶縁層の厚さは５００ｎｍ以下であり、各有機絶縁層の厚さは３μｍ未満であることに留意されたい。
【００８０】
なお、各無機絶縁層は、１５０℃以下の温度で原子層堆積（ＡＬＤ）によって堆積された層であり、各有機絶縁層は、１５０℃以下の温度で、プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）または様々な適切な技術の１つによって堆積され得る層である。
【００８１】
なお、積層体は、無機絶縁層と有機絶縁層とが交互になるよう配置すべきこと、すなわち、有機絶縁層の大部分は無機絶縁層の間に挟まれていることに留意されたい。
【００８２】
このような積層体を含む不動態化コーティングは、各絶縁層のうちの１つのみを有する不動態化コーティングと比較して、イオン種が電極へ移動するためのより長い経路を提供する。
【００８３】
いくつかの実施形態では、積層体は、２つ、３つ、４つまたは５つの無機絶縁層および２つ、３つ、４つまたは５つの有機絶縁層を含む。
【００８４】
無機絶縁層は、同一または異なる無機材料を含んでいてもよく、有機絶縁層は、同一または異なる有機材料を含んでいてもよい。
【００８５】
無機絶縁層は、同一または異なる厚さを有してもよい、特に、無機絶縁層に関して上述した厚さのうちのいずれか１つの厚さであってもよい。また、有機絶縁層は、同一または異なる厚さを有してもよい、特に、有機絶縁層に関して上述した厚さのうちのいずれか１つの厚さであってもよい
【００８６】
一実施形態では、無機絶縁層が、積層体の上部絶縁層として設けられる。この実施形態では、最上層の有機絶縁層は、液滴堆積ヘッドの製造中にレーザアブレーションから保護してもよい。
【００８７】
別の実施形態では、有機絶縁層が、上部絶縁層として積層体内に設けられる。この実施形態では、液滴堆積ヘッドの製造中に上部有機絶縁層がレーザアブレーションに（部分的に）曝露されるが、レーザで損傷された不動態化コーティングは、１つの無機絶縁層と１つの有機絶縁層とを含むレーザで損傷された不動態化コーティングと比較して、依然としてイオン種が電極へ移動するためのより長い経路を提供する。
【００８８】
これらの実施形態では、無機絶縁層のそれぞれは、非晶質ＨｆＯ２を含み、４５ｎｍの厚さを有することができ、有機絶縁層のそれぞれは、パリレンＣを含み、１．５μｍ以下の厚み、例えば１．２μｍまたは１．０μｍの厚さを有することができる。
【００８９】
いくつかの実施形態では、１つまたは複数の無機絶縁層は、有機絶縁層の接着を促進するように形成または処理された層である。
【００９０】
１つまたは複数の無機絶縁層は、特に、上述した金属酸化物のような無機材料の混合物で形成された層、および／または層の厚さ方向に組成勾配で形成された層であってもよい。混合物および／または勾配は、下部有機絶縁層および／または上部有機絶縁層への接着を最適化するように選択することができる。
【００９１】
あるいは、１つまたは複数の無機絶縁層は、化学蒸着によってシラン（例えば、Ａ−１７４）で処理された層であってもよいし、１５０℃未満の温度、特に、１２０℃以下または１１０℃以下の溶液で処理された層であってもよい。パリレンＣは、処理されていないＨｆＯ２層と比較してそのように処理されたＨｆＯ２絶縁層に対してより良好な接着性を有することが見出されている。
【００９２】
いくつかの実施形態では、１つまたは複数の有機絶縁層は、（例えば、Ｏ２プラズマへの曝露による）無機層への接着を促進するように処理された層であってもよい。
【００９３】
一実施形態では、不動態化コーティングは、無電解金属層をさらに含む。無電解金属層は、基礎となる有機絶縁層上のノズルを切断するために使用するレーザビームの影響を緩和するエネルギー散逸層として、積層体上および／または積層体内に設けることができる。また、コーティングが（ファラデーバッファ液として）作用して、液滴堆積ヘッドが作動したときに、チャンバ内の電場を低下させるように提供してもよい。
【００９４】
無電解金属層は、金属堆積を形成するために（例えば、物理蒸着プロセス）、電流を必要としない無電解メッキまたは他の適切な方法によって（１５０℃以下の温度で）堆積させることができる。
【００９５】
無電解金属層は、特に、無電解ニッケル、銀、銅、金（単独でまたは組み合わせて）またはニクロムを含み、最大で５．０μｍまでの厚さ、例えば２．０μｍ、１．０μｍ、０．５μｍまたはそれ以下の厚さを有することができる。
【００９６】
そのような実施形態の１つでは、無電解ニッケル層が積層体上に設けられ、無電解金層が無電解ニッケル層上に設けられる。
【００９７】
不動態化コーティングの全体の厚さは、特に、０．２μｍ〜１０μｍとの間であることができる。例えば、０．２μｍ〜５．０μｍである。
【００９８】
積層体が２つのＨｆＯ２層と２つのパリレンＣ層の積層体を含む一実施形態では、不動態化コーティングの全体の厚さは２．５μｍ未満であり得る。これは、液滴堆積ヘッドにおける先行技術の不動態化コーティングとよく比較され、液滴堆積装置内の空間のより良い利用を可能にする。
【００９９】
液滴堆積ヘッドは、インクジェットプリントヘッド、特にドロップオンデマンドインクジェットプリントヘッドであってもよい。
【０１００】
第２の態様では、本開示は、液滴吐出ノズルおよび流体のリザーバに接続された流体チャンバと、その上に電極を有する流体チャンバ壁によって少なくとも部分的に形成される圧電アクチュエータ素子であって、チャンバ内に圧力を生成してチャンバからノズルを通って流体の小滴を吐出するために駆動電圧に応答して変位可能である圧電アクチュエータ素子とを有する、液滴堆積ヘッドを製造する方法であって、１５０℃以下の温度で第１の堆積技術を使用して電極上または電極の上に５００ｎｍ未満の厚さの無機絶縁層を堆積させることによって前述の電極上に不動態化コーティングを形成することと、前述の第１の堆積技術とは異なる技術である１５０℃以下の温度で、第２の堆積技術を用いて前述の無機絶縁層の上に３μｍ未満の厚さの有機絶縁層を堆積させることとを含む、方法を提供する。
【０１０１】
一実施形態では、本方法は、１５０℃未満の温度、特に１２０℃以下または１１０℃以下の温度で原子層堆積（ＡＬＤ）を使用して無機絶縁層を堆積させることを含む。
【０１０２】
この実施形態では、本方法は、１５０℃未満の温度、特に１２０℃以下または１１０℃以下の温度でプラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）を使用して有機絶縁層を堆積させることを含むことができる。
【０１０３】
しかしながら、代わりに、これらの温度で他の適切な技術によって有機絶縁層を堆積させることを含んでいてもよい。
【０１０４】
一実施形態では、本方法は、無機絶縁層として窒化ケイ素を２０ｎｍ〜５００ｎｍの間の厚さ、例えば５０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍまたは４００ｎｍの厚さで堆積させることを含む。
【０１０５】
別の実施形態では、本方法は、１００ｎｍ未満の厚さ、例えば８０ｎｍ、７０ｎｍ、６０ｎｍ、５０ｎｍ、４５ｎｍまたはそれ以下の厚さに無機絶縁層として非晶質金属酸化物を堆積させることを含む。この実施形態において、非晶質金属酸化物は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、Ｔａ２Ｏ５およびＨｆＯ２からなる群から選択してもよい。
【０１０６】
本方法は、特に、ＳｉＯ２と比較して（同じ周波数で）高い比誘電率を有する金属酸化物を堆積させることができる。金属酸化物はまた、酸化アルミニウムに比べてより広いｐＨ耐性を示すことができる。
【０１０７】
したがって、一実施形態では、本方法は、非晶質Ｈｆ０２を含む無機絶縁層を４５ｎｍ〜１００ｎｍの間の厚さに堆積させることを含む。
【０１０８】
本方法は、選択された技術によって均一分布の共形性が高い層である有機絶縁層を形成するのに適した任意の有機材料を用いることができる。特に、パリレン、例えばパリレンＮ、ＣまたはＤのような有機ポリマーを使用することができる。
【０１０９】
一実施形態では、本方法は、パリレンＣを含む有機絶縁層を最大２．５μｍの厚さ、例えば５０ｎｍ〜２．５μｍ、特に２．０μｍ、１．５μｍ、１．２μｍ、または１．０μｍの厚さに堆積することを含む。
【０１１０】
いくつかの実施形態では、本方法は、無機絶縁層を電極上に直接堆積することを含む。他の実施形態では、本方法は、無機絶縁層を堆積させる前に、電極上にバッファ層またはシード層を堆積させることを含む。
【０１１１】
本方法は、特に、１５０℃未満の温度、例えば１２０℃以下または１１０℃以下の温度で原子層堆積（ＡＬＤ）を用いて無機絶縁材料のバッファ層またはシード層を堆積させることを含むことができる。
【０１１２】
本方法は、上記の非晶質金属酸化物のいずれかをバッファ層またはシード層として、５ｎｍ〜２０ｎｍの厚さ、例えば１０ｎｍの厚さに堆積することができる。一実施形態では、本方法は、非晶質Ａｌ２Ｏ３を含むバッファ層またはシード層を１０ｎｍの厚さに堆積することを含む。
【０１１３】
金属電極は、特に厚さ１．０μｍ〜５．０μｍ、例えば４．５μｍまたは３．０μｍの銅、ニッケル、銀、金またはニクロムの層を含むことができる。
【０１１４】
一実施形態では、本方法は、２つ以上の無機絶縁層、および任意選択で２つ以上の有機絶縁層を堆積させることを含む。
【０１１５】
なお、本方法は、各無機層を５００ｎｍ以下の厚さおよび各有機絶縁層を３μｍ未満の厚さに堆積する。
【０１１６】
なお、本方法は、無機絶縁層のそれぞれを、１５０℃未満の温度で原子層堆積（ＡＬＤ）によって堆積させてもよく、各有機絶縁層を、１５０℃未満の温度でプラズマ強化化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）または様々な適切な技術の１つを用いて堆積させてもよい。
【０１１７】
さらに、本方法は、無機絶縁層と有機絶縁層とが交互になるように絶縁層を堆積することを含む。すなわち、少なくとも１つの有機絶縁層が２つの無機絶縁層の間に配置され、２つの無機絶縁層と接触するようにする。
【０１１８】
本方法は、特に、２つ、３つ、４つまたは５つの無機絶縁層および２つ、３つ、４つまたは５つの有機絶縁層を堆積させることを含むことができる。
【０１１９】
このような実施形態の１つでは、本方法は、上部絶縁層として無機絶縁層を堆積させることを含む。このような別の実施形態では、本方法は、上部絶縁層として有機絶縁層を堆積させることを含む。
【０１２０】
本方法は、同一または異なる無機材料を含む無機絶縁層を堆積させることを含むことができる、および同一または異なる有機材料を含む有機絶縁層を堆積させることを含むことができる。
【０１２１】
本方法は、同一または異なる厚さの無機絶縁層および／または同一または異なる厚さの有機絶縁層を堆積させることができる。
【０１２２】
これらの実施形態では、本方法は、無機絶縁層のそれぞれを非晶質ＨｆＯ２の層として４５ｎｍの厚さに堆積することと、有機絶縁層のそれぞれをパリレンＣの層として１．０μｍまたは１．２μｍの厚さに堆積させることとを含むことができる。
【０１２３】
いくつかの実施形態では、本方法は、上述の無機酸化物のような無機材料の混合物を形成する、および／または層の厚さ方向に組成が勾配勾配を有する、１つまたは複数の無機絶縁層を形成することをさらに含む。混合物および／または勾配は、下部有機絶縁層および／または上部有機絶縁層への接着を最適化するように選択することができる。
【０１２４】
他の実施形態では、本方法は、有機絶縁層の接着を促進するように有機絶縁層を形成する前に、１つまたは複数の（例えばすべての）無機絶縁層を処理することをさらに含む。
【０１２５】
これらの実施形態では、本方法は、化学蒸着によってシラン（例えば、Ａ−１７４）で、または１５０℃未満の温度、特に１２０℃以下または１１０℃以下の溶液から、１つまたは複数の無機絶縁層を処理することを含むことができる。
【０１２６】
いくつかの実施形態では、本方法は、無機絶縁層の接着を促進するために有機絶縁層を形成する前に、１つまたは複数の有機絶縁層（例えば、全て）を処理することをさらに含む。本方法は、例えば、１５０℃未満の温度、特に１２０℃以下または１１０℃以下の温度でＯ２プラズマで１つまたは複数の有機絶縁層を処理することを含むことができる。
【０１２７】
いくつかの実施形態では、本方法は、１５０℃未満の温度、特に１２０℃以下または１１０℃以下の温度で金属堆積物を形成するために、電流を必要としない無電解めっきまたは他の方法によって金属層を堆積させることをさらに含む。
【０１２８】
本方法は、上部絶縁層上に、または無機絶縁層と有機絶縁層との間に、最大５．０μｍまでの厚さ、例えば、２．０μｍ、１．０μｍ、０．５μｍまたはそれ以下の厚のニッケル、銀、銅、金（単独または組み合わせ）、またはニッケルクロム層を堆積させてもよい。例えば、本方法は、無電解金属層を無機絶縁層上に堆積させる。
【０１２９】
本方法は、特に、上部絶縁層上に無電解ニッケル層を堆積させることと、無電解ニッケル層上に無電解金層を堆積させることとを含むことができる。また、無機絶縁層（または有機絶縁層）上に無電解金属層を堆積させることと、無電解金属層上に有機絶縁層（または無機絶縁層）を堆積させることとを含むことができる。
【０１３０】
本方法は、インクジェットプリントヘッド、特にドロップオンデマンドインクジェットプリントヘッドを提供することができる。
【０１３１】
第３の態様では、本開示は、第１の態様による液滴堆積ヘッドを含む、液滴堆積装置を提供する。
【０１３２】
第４の態様では、本開示は、第２の態様による液滴堆積ヘッドを作製することを含む、液滴堆積装置の製造方法を提供する。
【０１３３】
第５の態様では、本開示は、液滴吐出ノズルおよび流体のリザーバに接続された流体チャンバと、その上に電極を有する流体チャンバ壁によって少なくとも部分的に形成される圧電アクチュエータ素子であって、チャンバ内に圧力を生成してチャンバからノズルを通って流体の小滴を吐出するために電圧に応答して変位可能であり、その不動態化コーティングは電極に最も近いまたは電極に接触する無機絶縁層を提供する積層体を含み、無機絶縁層を覆う有機絶縁層を有し、層は層の間の界面における整列した欠陥を実質的に含まず、無機絶縁層は５００ｎｍ以下の厚さを有し、有機絶縁層は３μｍ未満の厚さを有する、圧電アクチュエータ素子と、を有する、液滴堆積ヘッドにおける使用を提供する。
【０１３４】
第６の態様では、本開示は、流体チャンバ壁上に不動態化コーティングを堆積させることによってバルク圧電セラミック液滴堆積ヘッドの流体チャンバ壁を不動態化する方法であって、１５０℃以下の温度で第１の堆積技術を使用して流体チャンバ壁上に１００ｎｍ未満の厚さの無機絶縁層を堆積することと、第１の堆積技術とは異なる技術である、１５０℃以下の温度で第２の堆積技術を用いて無機絶縁層上に３μｍ未満の厚さの有機絶縁層を堆積することとを含む、方法を提供する。
【０１３５】
本開示の第３、第４、第５および第６の態様の実施形態は、第１および第２の態様に関して記載されたものから明らかになるであろう。
【０１３６】
実施形態は、実施例および添付の図面を参照してある程度詳細に記載する。
【図面の簡単な説明】
【０１３７】
【図１】図１は、一実施形態による液滴堆積ヘッドに不動態化コーティングによって適合させることができる液滴堆積ヘッドを示す。
【図２】図２は、図１に示す液滴堆積ヘッドにおける周期的な射出を示す。
【図３】図３（ａ）および（ｂ）および図４は、別の実施形態による液滴堆積ヘッドに不動態化コーティングによって適合され得る別の液滴堆積ヘッドを示す。
【図４】同上。
【図５】図５  ａ）〜ｃ）は、本開示のいくつかの実施形態による不動態化コーティングを示す。
【図６】図６  ａ）〜ｃ）は、本開示のいくつかの他の実施形態による不動態化コーティングを示す。
【図７】図７  ａ）〜ｃ）は、本開示のさらなる実施形態による不動態化コーティングを示す。
【図８】図８ａ）およびｂ）は、ニッケル電極上の異なる厚さの単一のＨｆＯ２層の電流ー電圧応答をプロットしたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０１３８】
ここで図１〜図４を参照すると、上に詳述した２つの液滴堆積ヘッドは、流体と接触する電極層を備え、図５〜図８に関連して以下に説明する不動態化コーティングを塗布することにより、本開示による液滴堆積ヘッドに、適合してもよい。
【０１３９】
図５は、本開示の３つの実施形態による液滴堆積ヘッドにおいて、全体が１０で示されたいくつかの圧電アクチュエータ素子の一部を示す概略図である。
【０１４０】
圧電アクチュエータ素子は、チタン酸ジルコン酸鉛または他の適切な圧電材料を含む圧電セラミック本体１１と接触するニッケル電極１２を含む。
【０１４１】
圧電アクチュエータ素子は、それぞれ１３で示する不動態化コーティングを設え、不動態化コーティングは、非晶質ＨｆＯ２の絶縁層１４とパリレンＣの絶縁層１５の積層体である。
【０１４２】
各積層体の絶縁層は、下部絶縁層が電極１２と接触するＨｆＯ２層１４であり、上部絶縁層がインクに曝露されるＨｆＯ２層１４であるように交互に配置される。
【０１４３】
交互の絶縁層の数は、インクの浸透からの最適保護と利用可能な空間の最適利用との間のバランスに依存して変化する。
【０１４４】
図５ａ）は、２つのＨｆＯ２層１４と１つのパリレン層１５の積層体を示し、図５  ｂ）は４つのＨｆＯ２層１４と３つのパリレン層１５の積層体を示し、図５ｃは５つのＨｆＯ２１４と４つのパリレン層１５の積層体を示す。
【０１４５】
これらの積層体のいずれにおいても、各ＨｆＯ２層１４の厚さは４５ｎｍであり、パリレン層１５の厚さは１．０μｍ、１．２μｍまたは１．５μｍであってもよい。
【０１４６】
図６は、本発明の他の３つの実施形態によるインクジェットプリントヘッドにおける、全体的に１０で示されたいくつかの圧電アクチュエータ素子の一部を示す概略図である。
【０１４７】
圧電アクチュエータ素子は、チタン酸ジルコン酸鉛または他の適切な圧電材料を含む圧電セラミック本体１１と接触するニッケル電極１２を含む。
【０１４８】
圧電アクチュエータ素子は、それぞれ１３で示する不動態化コーティングを備え、不動態化コーティングは、非晶質ＨｆＯ２の絶縁層１４とパリレンＣの絶縁層１５の積層体である。
【０１４９】
各積層体の絶縁層は、下部絶縁層が電極１２と接触するＨｆＯ２層１４であり、上部絶縁層がインクなどの流体に曝露されるパリレン層１５であるように交互に配置される。
【０１５０】
交互の絶縁層の数は、インクの浸透からの最適保護と利用可能な空間の最適利用との間のバランスに依存して変化する。
【０１５１】
図６ａ）は１つのＨｆＯ２層１４と１つのパリレン層１５の積層体を示し、図６ｂ）は２つのＨｆＯ２層１４と２つのパリレン層１５の積層体を示し、図６ｃ）は４つのＨｆＯ２層１４と４つのパリレン層１５の積層体を示す。
【０１５２】
これらの積層体のいずれにおいても、各ＨｆＯ２層１４の厚さは４５ｎｍであり、パリレン層１５の厚さは１．０μｍ、１．２μｍまたは１．５μｍであってもよい。
【０１５３】
図７ａ）は、本開示の別の実施形態による液滴堆積ヘッドにおける圧電アクチュエータ素子の一部を示す。この実施形態では、不動態化コーティングは、図６に示すものと同様の積層体を含む。しかしながら、ＨｆＯ２層１４の数は３つであり、パリレン層１５の数は３つである。
【０１５４】
この部分では、上部パリレン層１５は、基礎となるＨｆＯ２層１４をインクに曝露するレーザ損傷を示す。しかし、積層体は、イオン種の電極１２への移動のための延長された経路を提供する。
【０１５５】
図７ｂ）は、本開示の別の実施形態による液滴堆積ヘッドにおける圧電アクチュエータ素子の一部を示す。この実施形態では、積層体は図６ｂ）に示すものと同様であるが、上部パリレン層１５の下に無電解ニッケル層１６を含む。無電解ニッケル層１６は、液滴堆積ヘッドの製造におけるノズルプレート内のノズルのレーザ切断の間にレーザアブレーションから、基礎となるパリレン層を保護するための光バリアとして機能する。
【０１５６】
図７ｃ）は、本開示のさらに別の実施形態による液滴堆積ヘッドにおける圧電アクチュエータ素子の一部を示す。この実施形態では、積層体は、図５ｂ）に示すものと同様であるが、上部ＨｆＯ２層１４上に無電解ニッケル層１７を含む。無電解ニッケル層１７は、積層体が、プリントヘッドが操作されたときに発生する電界に対して流体チャンバを遮蔽するファラデーバッファとして機能することを提供する。
【０１５７】
実施例１
２つのＨｆＯ２層と２つのパリレンＣ層の積層体（図５ｂに類似）を、チタン酸ジルコン酸鉛基板上の無電解めっきによって堆積したニッケル電極上に調製した。
【０１５８】
基板を、ヘリウム−酸素混合物（Ｈｅ  ５０ｓｃｃｍ；Ｏ２  １５０ｓｃｃｍ）のプラズマアッシング（Ｍｅｔｒｏｌｉｎｅ  Ｍ４Ｌ  Ｐｌａｓｍａ  Ａｓｈｅｒ；ＰＶＡ  Ｔｅｐｌａ  Ａｍｅｒｉｃａ）により４００Ｗおよび５００ｍＴｏｒｒで２分間発生させた酸素プラズマで前処理した。
【０１５９】
基板（１１０℃に加熱）を、テトラキス（エチルメチル）アミノハフニウム（ＴＤＭＡＨ、０．１５、１０秒）および水（０．０６，２０秒）に交互曝露するサイクル（３６２）により、熱原子配置システム（ＡＬＤ−１５０ＬＥ、Ｋｕｒｔ  Ｊ．Ｌｅｓｋｅｒ  Ｃｏｍｐａｎｙ）を用いてニッケル電極上に４５ｎｍの厚さのＨｆＯ２層を形成した。
【０１６０】
ＨｆＯ２層上にシラン被覆（Ａ−１７４）を１１０℃、チャンバ圧力０．８Ｔｏｒｒ、曝露時間５分の化学蒸着システム（ＹＥＳ  １２２４Ｐ、Ｙｉｅｌｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｉｎｃ．）を用いて塗布した。
【０１６１】
約１．２μｍの厚さのパリレンポリマー層を、プラズマ強化化学蒸着システム（ＳＣＳ  Ｌａｂｃｏａｔｅｒ（登録商標）２、Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｏａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｉｎｃ．）を用いて、チャンバ圧力２５ＭＴｏｒｒで、基板を６９０℃でパリレンＣを気化させて得られたパリレン蒸気に曝露すること（室温で）により、被覆ＨｆＯ２層上に形成した。
【０１６２】
厚さ４５ｎｍの第２のＨｆＯ２層を、第１のＨｆＯ２層と同じ原子層堆積システムおよびプロセス条件を用いてパリレン層上に形成した。このＨｆＯ２層に対するシランコーティングプロセスを繰り返した後、約１．２μｍの厚さの第２のパリレンポリマー層が、第１のパリレンポリマー層と同じプラズマ強化化学蒸着システムおよびプロセス条件を用いて、第２のＨｆＯ２層上に形成された。
【０１６３】
基板とグラファイト対極を含む電気化学セルに結合されたインピーダンス測定システム（Ｋｅｉｔｈｌｅｙ  Ｐｉｃｏａｍｍｅｔｅｒ  ６４８７）を用いて、基板上に電流電圧試験（ＩＶＴ）を行った。グラファイト対極において、積層体の部分を直径１０ｍｍのＯリングを介してＭＩＭＩＣインク（定格７０ｖ／ｖ％の水、水混合可能な共溶媒および１ｇ／Ｌの電解質を含む水性モデル流体）にさらす。
【０１６４】
積層体の漏れ電流は、０〜６０Ｖの範囲の印加電圧で２ｘ１０−９Ａ未満であると判定された。すなわち、既存の不動態化コーティングよりも少なくとも１桁小さい。
【０１６５】
積層体のインピーダンスは、低周波（例えば、１０−１Ｈｚ〜１０４Ｈｚ）での電気インピーダンス分光法（ＥＩＳ、Ｖｏｌｔａｌａｂ（ＲＴＭ）ＰＧＺ４０２；作用電極、グラファイト対極およびＡｇ／ＡｇＣｌ基準電極を含むセル）により、これらの従来技術の不動態化コーティングよりも少なくとも１桁高いものであるように決定された。さらに、インピーダンスは、電流ー電圧試験の前後で同じであった。
【０１６６】
実施例２
同じ原子層堆積システムを用いて１１０℃で原子層堆積によって類似のニッケル電極−チタン酸ジルコン酸鉛基板上に異なる厚さ（２２ｎｍおよび４５ｎｍ）で形成された単一のＨｆＯ２層の破壊電圧を、前述の電気化学セル（３つのＯリング）により調べた。
【０１６７】
図８に見られるように、２２ｎｍのＨｆＯ２層のＩＶＴグラフ（ａ）は、漏れ電流密度および破壊電圧が、曝露の各位置で異なり、１．３６ＭＶ／ｃｍと低いことを示している。これと短絡によりＩ−Ｖを５０％より大きく測定できないことは、層が均一でないことを示唆している。
【０１６８】
４５ｎｍのＨｆＯ２層のＩＶＴグラフ（ｂ）は、漏れ電流密度が曝露の各位置で同じであり、４．８９ＭＶ／ｃｍと高いことを示している。４５ｎｍのＨｆＯ２層は均一であり、インク浸透に対するバリア層を形成するためのより適切な電気的特性を有する。
【０１６９】
本開示は、チャンバ壁および／または電極のための改善された不動態化コーティングを有する液滴堆積ヘッドを提供する。
【０１７０】
多層不動態化コーティングは、イオン種の電解支援浸透に対して高い耐性を有し、従来技術の液滴堆積ヘッドで使用する不動態化コーティングと比較してより薄い厚さを有する。
【０１７１】
多層不動態化コーティングは、電極上の良好な接着性および、液滴堆積ヘッドが操作されたときに圧電セラミック本体の歪みによって誘発する機械的応力に対して十分に頑強な、その層間の接着性を示すことができる。
【０１７２】
液滴堆積ヘッドは、現在使用されているものよりも多種多様な流体と共に使用することができる。液体は、より広いｐＨ範囲（３〜１０）で見られ、現在使用されているものより高いイオン伝導度（２桁の大きさ）を有してもよい。
【０１７３】
本開示は、特に、従来技術のインクジェットプリントヘッドと比較して増大した動作寿命を有するインクジェットプリントヘッドを提供する。
【０１７４】
実施形態は、欧州特許第０３６１４１３６号明細書（Ｂ１）および欧州特許第１８８５５６１（Ｂ１）号明細書に関連して記載されているが、ここでは説明しない他の実施形態も可能である。液滴堆積ヘッドは、例えば、本明細書で詳細に説明したものとは異なる構成を有してもよく、不動態化コーティングは、ここで詳細に説明した以外の無機材料および／または有機材料を含んでもよい。
【０１７５】
他に示されない限り、特定の範囲の値（例えば、層の厚さ）への言及は、上述の開始値および終了値を含む。
【０１７６】
さらに、現在請求されている発明の限界を指摘するのは添付の請求項であることに留意されたい。圧電アクチュエータ素子および流体チャンバを有する液滴堆積ヘッドに対する添付の特許請求の範囲における参照は、複数のこのような素子およびチャンバへの参照を含む。さらに、電極をその上に有する流体チャンバ壁への言及は、各々がその上に電極を有する２つの流体チャンバ壁を参照することを含む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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