(57)【要約】  プリンタコンポーネントを処理する方法、プリントヘッド及びプリンタを提供する。本方法では、処理対象となるプリンタコンポーネントの近くに電極を配し、そのプリンタコンポーネントの近くまでプラズマ処理気体を導入し、そしてその電極への通電で発生するマイクロプラズマを大気圧付近の圧力下で作用させてそのプリンタコンポーネントを処理する。
2011500369.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象となるプリンタコンポーネントの近くに電極を配し、
上記コンポーネントの近くまでプラズマ処理気体を導入し、そして
上記電極への通電で発生するマイクロプラズマを大気圧付近の圧力下で作用させて上記コンポーネントを処理する方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、更に、別のプリンタコンポーネントを処理する際又はそれまで処理していたプリンタコンポーネント上の別の部位を処理する際に、処理していたプリンタコンポーネント、上記電極又はその双方を移動させる方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法であって、更に、上記コンポーネントの近くにある空間の雰囲気を制御する方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法であって、上記電極が上記コンポーネントと一体である方法。
【請求項５】
請求項１記載の方法であって、更に、処理のため上記コンポーネントに通電する際、上記コンポーネントに設けられている電気回路をその通電に対し電気的に遮蔽する方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法であって、上記コンポーネントが液室、ノズルプレート、ガター又はノズルボアを有する方法。
【請求項７】
請求項１記載の方法であって、更に、上記コンポーネントの近くに上記電極に加え補助電極を配し、それら電極・補助電極間への通電でそのコンポーネントを処理する方法。
【請求項８】
請求項７記載の方法であって、上記補助電極が上記コンポーネントの一部分である方法。
【請求項９】
請求項７記載の方法であって、更に、上記電極を上記コンポーネントの近くに複数個配し、且つ上記補助電極を当該コンポーネントの近くに複数個配する方法。
【請求項１０】
請求項１記載の方法であって、更に、上記コンポーネントの近くに更なる電極群を配する方法。
【請求項１１】
請求項１記載の方法であって、上記電極が、マイクロ波導波路又は無線周波数アンテナとして機能するものを含む方法。
【請求項１２】
ノズルボアと、
そのノズルボアに通流可能な液室と、
上記ノズルボア又は液室に付設された滴形成機構と、
その滴形成機構に対し電気的に接続されている電気回路と、
本プリントヘッドと一体化された導電シールドと、
を備え、上記導電シールドで滴形成機構、電気回路又はその双方を外部雑音源から電気的に遮蔽するプリントヘッド。
【請求項１３】
請求項１２記載のプリントヘッドであって、上記導電シールドが接地されているプリントヘッド。
【請求項１４】
プリンタコンポーネントと、
上記コンポーネントに一体化された１個又は複数個の電極と、
を備え、上記電極を使用し上記コンポーネントの近くで大気圧付近のマイクロプラズマを発生させるプリンタ。
【請求項１５】
請求項１４記載のプリンタであって、上記コンポーネントがプリントヘッドであるプリンタ。
【請求項１６】
請求項１５記載のプリンタであって、上記プリントヘッドが、
ノズルボアと、
そのノズルボアに通流可能な液室と、
上記ノズルボア又は液室に付設された滴形成機構と、
その滴形成機構に対し電気的に接続されている電気回路と、
本プリントヘッドと一体化された導電シールドと、
を備え、上記導電シールドで滴形成機構、電気回路又はその双方を外部雑音源から電気的に遮蔽するプリントヘッドであるプリンタ。
【請求項１７】
請求項１６記載のプリンタであって、上記導電シールドが接地されているプリンタ。
【請求項１８】
請求項１４記載のプリンタであって、上記コンポーネントがガターであるプリンタ。
【請求項１９】
請求項１４記載のプリンタであって、更に、上記電極と補助電極との間に通電させる電源を備えるプリンタ。
【請求項２０】
請求項１４記載のプリンタであって、更に、上記コンポーネントと一体化された１個又は複数個の補助電極を備えるプリンタ。
【請求項２１】
請求項１４記載のプリンタであって、上記電極が、マイクロ波導波路又は無線周波数アンテナとして機能するものを含むプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は印刷システム、特にインクジェットプリンタを構成するデバイス（コンポーネント）の処理乃至清掃に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンタを好適に稼働させるには、特定コンポーネント、例えばノズルプレート、ノズルボア、更にはガター又はドロップキャッチャと呼ばれる滴捕捉機構の表面特性が安定でなければならない。そのため、流体吐出器内面が親水性でノズル前面部分等の外表面が疎水性のインクジェットプリンタ（特許文献１(Coleman et al.)）や疎水面付ドロップキャッチャを備えたコンティニュアスインクジェットプリンタ（特許文献２(Bowling)）が既に提案されている。
【０００３】
ただ、コンポーネント表面の特性は、その面の化学的組成だけでなくその面の汚濁度にも左右される。汚濁の原因は数多くあり、例えば室内気中の炭化水素成分、皮膚断片や塵埃粒子といったデブリ、乾燥したインク組成粒子等が付着するとそれが汚濁になる。従って、インクジェットプリンタコンポーネントの表面を清掃及び保守することは、印刷能力を保全する上で特に重要なことである。
【０００４】
インクジェットプリンタコンポーネント表面を清掃するには、例えばそのコンポーネントを洗剤で洗浄すればよい（特許文献３(Sharma et al.)、４(Fassler et al.)及び５(Andersen)参照）。ただ、インクジェットプリンタコンポーネントを洗剤で洗う手法は実際的な保守手法ではない。洗剤槽が必要になるし、多くの場合そのコンポーネントをプリンタから外さなければならないからである。コンポーネントの清掃はプリンタ内に入れたままで行いたいものである。それには、そのコンポーネント表面に相応のコーティングを施せばよい。
【０００５】
例えば、疎水性コーティング又は疎液性コーティングを施しインクジェットプリンタコンポーネントの表面を改質することが考えられる。応用できる手法としては、ダイアモンド様カーボン及び弗化炭化水素でコーティングする手法（特許文献１(Coleman et al.)参照）、疎水性アルキルチオールの自己集積化単分子膜を形成する手法（特許文献６(Yang et al.)参照）、アルキルポリシロキサン又はそれに類するものでコーティングする手法（特許文献７(Drews)参照）、シリコンドープドエポキシ樹脂でコーティングする手法（特許文献８(Narang et al.)参照）、金でコーティングしてから有機硫黄化合物膜でコーティングする手法（特許文献９(Skinner et al.)参照）等があろう。ただ、こうした手法にも難点がある。例えば、使用につれてコーティングが劣化することである。
【０００６】
表面清掃手法としては、ラバー等適当な柔軟性を備える素材でブレードを形成しそのブレードでコンポーネント表面を拭う手法もある（特許文献１０(Dietl et al.)及び１１(Mori et al.)参照）。しかし、この手法にも難点がある。例えば、何回も拭っているとコンポーネント表面の抗濡れ性がいつかは損なわれてしまう。
【０００７】
このように、インクジェットプリンタコンポーネントの主要な表面特性を既存手法で維持するやり方には多々難点がある。そのため、組み上がっているプリンタからコンポーネントを取り外さなくてもそのコンポーネントの表面を清掃及び改質できるようにすること、ひいては望ましい表面状態を定期的に又は随時復活させられるようにすることが望まれている。更に、その処理で消費される素材及びエネルギの量を抑えることも望まれている。
【０００８】
プラズマ処理(plasma process)によるコーティング及び清掃は、こうした液体ベース処理に比べ素材利用効率が高いのが普通である。しかも、プラズマであれば多様な素材を使用、堆積させることができる。例えば、非特許文献１に記載の如く、プラズマ発生中の空間にモノマ素材を導入して重合させるプラズマ重合処理なら、フルオロポリマ膜等のポリマ膜をサーマルインクジェットプリンタ上（特許文献１２(Kuhman et al.)参照）やスターホイール面上（特許文献１３(DeFosse et al.)参照）に成長させることができる。
【０００９】
この他にも、プラズマ処理でダイアモンド様カーボン膜を成長させその膜を弗素含有気体中で再度プラズマ処理して弗化させる手法（特許文献１４(Kuhman et al.)参照）、プラズマ発生中の空間にＳｉ等の半導体かＴａ等の金属を含有する気相プレカーサを並びに酸素又は窒素含有気体を導入してその半導体乃至金属の酸化物又は窒化物による膜を成長させる手法（非特許文献２参照）、ＰＥＣＶＤ即ちプラズマ増強化学気相成長法を実行してＳｉＨ4、ＮＨ3及びＮ2Ｏプレカーサの混合物から酸窒化シリコンパッシベーション層を形成する手法（特許文献１５(Kaganowicz et al.)参照）、サーマルインクジェットプリントヘッド製造過程でＰＥＣＶＤを実行しタングステン電極上に窒化シリコン膜を成長させる手法（特許文献１６(Hess)参照）、微細機械型加速度センサ製造過程でＰＥＣＶＤを実行し酸化物の膜を成長させることでトレンチ側壁をパッシベートする手法（特許文献１７(Shaw et al.)参照）等が知られている。
【００１０】
プラズマはエッチング手段乃至清掃手段としても周知である。とりわけ、プラズマで酸素を運んで有機物や炭化水素残留物を除去する手法（特許文献１８(Fletcher et al.)及び１９(Williamson et al.)参照）や同様にして半導体処理後残留フォトレジストを除去するアッシング手法（特許文献２０(Christensen et al.)、２１(Mitzel)、２２(Bersin et al.)及び２３(Muller et al.)参照）が周知である。
【００１１】
これら、上述した一般的なプラズマ処理では、清掃、エッチング、清掃等の処理を低圧下、即ち２ｍＢａｒ＝２００Ｐａ≒約１．５Ｔｏｒｒかそれより低い圧力下で実行する。そのため、処理プロセスを減圧室内で進行させる必要がある。減圧室は管理しやすい環境であるので、こうした低圧プラズマ処理では、エッチング、清掃、表面化学修飾、成長等様々なタイプの処理を速やかに実行することができる。
【００１２】
更に大気圧プラズマ(atmospheric pressure plasma)なるものもある。上掲の低圧プラズマ処理とは違い大気中をプラズマが飛翔するため、一般に、その用途は活性酸素種ベースでの表面化学修飾や清掃に限られてくる。産業的には、コロナ放電や誘電障壁放電といった形態で利用されることが多い。誘電障壁放電はＤＢＤとも呼ばれ、水浄化の際のオゾン発生のほか、コーティング工程、積層工程及び金属化工程におけるポリマ表面修飾の際のオゾン発生で周知である。パッシェン曲線（圧力Ｐと電極ギャップｄの積であるＰｄ積に対する絶縁破壊電圧Ｖの関係を示す曲線）上のＶ値最小点よりも低Ｐｄ積側のＰｄ積を使用する低圧プラズマ処理と違い、ＤＢＤはＶ値最小点よりも高Ｐｄ積側の領域を使用する高圧プラズマ処理であり、印加電圧も通常は桁違いに高くなる。また、拡散グロー状放電特性を有するコロナ放電と違い、ＤＢＤは低い電力密度もサポートしている。更に、例えば約１０〜１００ｋＨｚといった低域ＲＦ（無線周波数）域から約１００ｋ〜１ＭＨｚといった中域ＲＦ域に属する駆動周波数でＤＢＤを進行させることにより、より高い電力密度もサポートすることができる。この状態では、アバランシェ効果及びストリーマ生成で絶縁破壊が進行する。まず、誘電障壁を局所的に帯電させると逆向きの電界が発生し、その電界でストリーマがシャットダウンする。その電界があるので、気体が高温になって顕著にイオン化する大電流低圧放電現象即ちアークは発生しない。放電ギャップに印加する高電圧を極性反転させるとストリーマの向きが反転するので、その極性反転は半周期毎に実行する。印刷業界では、インク付着先媒体の表面を修飾する手段としてＤＢＤを使用できることが認識されているが、１０ｋＶ以上といった高電圧での稼働や放電の白熱性が桎梏となり、ＤＢＤの他分野転用は厳しく制約されている。
【００１３】
従って、ＤＢＤを初めとする大気圧プラズマ処理は気中不純物除去処理やポリマ表面修飾で使用されることが多いけれども、大気圧プラズマを利用したプラズマ成長プロセスも既に開発されている。例えば、ロールトゥロール形式でＳｉＯxコーティングを施すＤＢＤベースプロセス（特許文献２４(Slootman et al.)参照）、有機発光ダイオードデバイス上に薄いフルオロカーボン層を成長させるＡＰＧＤベースプロセス（特許文献２５(Sieber et al.)参照）、ダイアモンド様カーボン膜を成長させるハイブリッドホロー陰極マイクロ波放電プロセス（非特許文献３参照）等である。
【００１４】
また、大面積プラズマ修飾プロセスではＤＢＤにおける稼働電圧の高さや空間的不均一性が支障になるため、低圧放電での均一グロー放電特性に相当するものを大気圧下で実現する試みがなされている。ＡＰＧＤ、即ち大気圧グロー放電を目指す試みである。その例としては、ＤＢＤが実行される環境にヘリウム等の単原子気体を添加し、或いはＤＢＤ実行時の駆動周波数及びインピーダンス整合条件を注意深く設定する試みがある（特許文献２６(Uchiyama et al.)、２７(Roth et al.)及び２８(Romach et al.)参照）。更に、誘電障壁自体を不要にする試みもなされている。例えば、ヘリウム導入、ＲＦ（１３．５６ＭＨｚ等）電力の使用、並びに電極配置の適正化を実行する大気圧プラズマジェットでの試み（特許文献２９(Selwyn)参照）や、パッシェン曲線上のＶ値最小点に近い値のＰｄ積が低圧放電での常用圧力より高い圧力で実現されるようプラズマ発生源寸法を定めるマイクロホロー陰極放電での試み（特許文献３０(Eden et al.)及び３１(Cooper et al.)参照）である。
【００１５】
そうしたプラズマ清掃プロセス及びプラズマ処理プロセスには、大別して、清掃乃至処理の対象物が置かれている処理室内でプラズマを発生させる対象物固定型プロセスと、プラズマ発生中の空間に対象物を運び込む対象物移送型プロセスとがある。前者の例は半導体製造プロセスでのプラズマ利用フォトレジストアッシングプロセスである（前掲文献参照）。この種の用途では、通常、処理対象物が電極系から独立していて、その表面電位がフロートしている。即ち、処理対象物が電気的に絶縁されているので、プラズマへの曝露に伴い流れる電流が差し引き０になるよう、その処理対象物の電位が自然に定まってくる。一般に、その電位はプラズマの電位に比べ１０〜２０Ｖ程度低い。この電位差はプラズマ内電子温度で左右される（非特許文献４参照）。また、後者のタイプ、即ち処理対象物がプラズマ発生空間内に運び込まれるタイプのプロセスの例としては、ポリマウェブのプラズマ処理等がある（特許文献３２(Grace et al.)、３３(Tamaki et al.)及び３４(Denes et al.)参照）。
【００１６】
そのプラズマ利用ウェブ処理の手法としては、ウェブの電位をフロートさせる手法のほかに、ウェブを陰極シース内に配置して高エネルギ衝撃を浴びせる手法がある（特許文献３５(Grace et al.)及び３６(Grace et al.)参照）。その高エネルギ衝撃は、陰極シースへの高電圧印加でイオンを加速しそのイオンで爆撃することで浴びせる。これは、プラズマエッチングプロセスでシリコンウェハ上に微細電子回路を形成する際に、しばしば採られるやり方である。ただ、このやり方では対プラズマ曝露面全体が処理されてしまう。更に、インクジェットプリンタコンポーネントの処理にこれを適用するとしたら、そのプリンタからそのコンポーネントを取り外すことが必要になる。
【００１７】
また、プラズマ処理では稼働圧力域を問わずマクロプラズマ(macroscale plasma)が使用されることが多い。マクロプラズマは大面積処理向けのプラズマであり、使用する処理電力が大きめになる傾向がある。例えば半導体ウェハのプラズマエッチングでは、１〜５ｋＷ出力の電源で面積＝１８０〜７００ｃｍ2のウェハが処理される。また、プラズマ利用ウェブ処理では、１〜１０ｋＷ出力の電源で幅＝１〜２ｍ程、処理ゾーン長＝０．３ｍオーダのウェブが処理される。従って、コンポーネント表面の小部分だけをマクロプラズマで処理するのではエネルギ利用が不効率になる。局所的なエネルギ密度を所要水準まで高めることもできないので、恐らくは処理速度も高まらない。マクロプラズマ処理でエネルギ密度を局所的に高められないのは、広い平面乃至空間にエネルギを供給することの裏返しである。加えて、コンポーネントをマクロプラズマに曝すと、そのコンポーネントのうちプラズマに対し敏感な部分が損傷する可能性がある。
【００１８】
その点、マイクロプラズマ(microscale plasma)、即ちその作用部位寸法が特定方向（群）について１ｍｍ未満になることで特徴付けられるプラズマによる処理であれば、プラズマ処理される部位を限定することができる。また、上述したＰｄ積に従いその寸法から稼働圧力が決まるため、より高い圧力下での処理が可能になる。マイクロプラズマを用いた局所的プラズマ処理の例としては、プラズマ発生用の電極を所定パターンに従いパターニングしておき、その電極を使用し基板上にマイクロプラズマ発生域を発生させることで、その基板上の物質をそのパターンに従い除去し又はその基板上にそのパターンに従い物質を付加する処理がある（特許文献３７(Gianchandani et al.)参照）。この文献には、印加電力密度＝１〜７Ｗ／ｃｍ2、気圧＝２〜２０Ｔｏｒｒの範囲におけるエッチング結果も示されている。この気圧は従来の低圧プラズマ処理でのそれ（１Ｔｏｒｒ未満）よりもかなり高いが大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）に比べるとまだまだ低い。即ち、大気圧付近の圧力下で稼働するタイプのマイクロプラズマ発生源に関する記載や示唆が、この文献に含まれているとは言い得ない。
【００１９】
特許文献３７記載の例より高い圧力で稼働するマイクロプラズマ源としては、２００〜７６０Ｔｏｒｒの圧力で稼働し水浄化用の強い紫外線を発生させることを目的としたマイクロホロー陰極型プラズマ源が、特許文献３１に記載されている。より新しい文献である特許文献３８(Mohamed et al.)には、大気圧下でマイクロプラズマジェットを発生させることを目的としたマイクロホロー陰極型プラズマ源が記載されている。前者の場合、必要な強さの紫外線を発生させるには放電気体や装置稼働条件を適切に設定する必要がある。後者の場合、マイクロホロー陰極型プラズマ源がガスノズルとしても機能するので、ジェット特性がノズル構造や流路条件だけでなくプラズマ発生条件でも左右される。
【００２０】
大気圧マイクロプラズマ源の別例としては、非特許文献５記載のプラズマニードル、特許文献３９(Coulombe et al.)記載の狭隘プラズマジェット、特許文献４０(Eden et al.)記載のマイクロキャビティアレイ、特許文献４１(Vojak et al.)記載の多層セラミクスマイクロ放電装置、並びに特許文献４２(Hopwood et al.)記載の小電力プラズマ発生器がある。これらのうち、非特許文献５記載のプラズマニードルは哺乳類組織内生体細胞の表面修飾を、特許文献３９記載の狭隘プラズマジェットもまた皮膚処理、癌細胞エッチング、有機膜成長等の生物学的処理を、特許文献４０記載のマイクロキャビティアレイは発光装置を、特許文献４１記載の多層セラミクスマイクロ放電装置は多層セラミクス集積回路と一体化されたマイクロ放電装置乃至発光装置をそれぞれその目的としている。特許文献４２記載の小電力プラズマ発生器は高Ｑ共振リング及び放電ギャップを備える装置であり、可搬型の装置による滅菌、小規模処理乃至微量化学分析を指向している。これらには、その放電がグロー的であるのに加え、大気圧付近の圧力下で稼働させることができ、しかもその作用部位が狭いという特徴がある。従って、指定された狭い領域を大気圧下でプラズマ処理することができる。その稼働特性も低圧プラズマ処理のそれと類似している。
【００２１】
これら、上掲の大気圧マイクロプラズマ源は、インクジェットプリンタコンポーネントの清掃又は処理を目的とした局所的プラズマ処理に使用できるかもしれない。しかし、上掲のいずれの文献にも、インクジェットプリントヘッド等のプリンタコンポーネントに対し、或いはＣＭＯＳロジック、ドライバ等といった繊細な電子回路が搭載されているコンポーネントに対し、局所的且つ部位選択的なプラズマ処理を施すことは記載されていない。産生される活性種フラックスがコンポーネント上に作用する部位を十分限定して処理を迅速化し、それによってコンポーネント処理時間を十分に縮め且つコンポーネント損傷を最小限に抑えることも、それらの文献では想定されていない。更に、それらの文献は、マイクロプラズマ発生用電極系を印刷装置自体に一体化し、その印刷装置のコンポーネントをプラズマ発生用電極系の一部として機能させる点や、発生させたマイクロプラズマを用いインクジェットプリンタコンポーネントに清掃、改質等を施しそのコンポーネントの表面特性を維持させる点等について、その示唆を欠いている。
【００２２】
印刷分野で習熟を積まれた方々（いわゆる当業者）の多くは、印刷媒体の表面処理にＤＢＤ又はその類種を使用したいと願っている。それは、印刷処理が大気圧下で実行されるためである。減圧条件下で実行される大抵のプラズマ処理は、作業手順やコストの面で見合わず使用することが難しい。そのため、新たな技術として、減圧条件下プラズマ処理に類似する性質を提供可能な大気圧プラズマ処理であって、清掃、エッチング乃至成長向けに最適化された特定のプラズマケミストリを導入可能なものを実現することが、印刷分野では強く望まれている。更に、そうした大気圧プラズマ処理を、インクジェットプリンタコンポーネントに適合した形状乃至配置を使用して効率的に、またそうしたプリンタの主要コンポーネントに機械的損傷や電気的損傷を及ぼすことなく、実行できるようにすることも望まれている。プリンタにプラズマ処理手段を一体化し、印刷や媒体修飾以外の用途で使用できるようにすることも、強く望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】米国特許第６１２７１９８号明細書
【特許文献２】米国特許第６９２６３９４号明細書
【特許文献３】米国特許第６１９３３５２号明細書
【特許文献４】米国特許第６７２６３０４号明細書
【特許文献５】米国特許第５７９０１４６号明細書
【特許文献６】米国特許第６３２５４９０号明細書
【特許文献７】米国特許第５１３６３１０号明細書
【特許文献８】米国特許第５２１８３８１号明細書
【特許文献９】米国特許第６４８８３５７号明細書
【特許文献１０】米国特許第６５１７１８７号明細書
【特許文献１１】米国特許出願公開第２００５／０１８５０１６号明細書
【特許文献１２】米国特許第６４４４２７５号明細書
【特許文献１３】米国特許第６６６６４４９号明細書
【特許文献１４】米国特許第６２４３１１２号明細書
【特許文献１５】米国特許第４７１７６３１号明細書
【特許文献１６】米国特許第４７１９４７７号明細書
【特許文献１７】米国特許第５６１０３３５号明細書
【特許文献１８】米国特許第４０８８９２６号明細書
【特許文献１９】米国特許第５５１４９３６号明細書
【特許文献２０】米国特許第３７０５０５５号明細書
【特許文献２１】米国特許第３８７５０６８号明細書
【特許文献２２】米国特許第３８７９５９７号明細書
【特許文献２３】米国特許第４７４０４１０号明細書
【特許文献２４】米国特許第５５７６０７６号明細書
【特許文献２５】米国特許第７０４１６０８号明細書
【特許文献２６】米国特許第５１２４１７３号明細書
【特許文献２７】米国特許第５４１４３２４号明細書
【特許文献２８】米国特許第５７１４３０８号明細書
【特許文献２９】米国特許第５９６１７７２号明細書
【特許文献３０】米国特許第６６９５６６４号明細書
【特許文献３１】米国特許出願公開第２００４／０１４４７３３号明細書
【特許文献３２】米国特許第５４２５９８０号明細書
【特許文献３３】米国特許第４４７２４６７号明細書
【特許文献３４】米国特許第６０８２２９２号明細書
【特許文献３５】米国特許第６６０３１２１号明細書
【特許文献３６】米国特許第６３９９１５９号明細書
【特許文献３７】米国特許第６８２７８７０号明細書
【特許文献３８】米国特許出願公開第２００６／００２８１４５号明細書
【特許文献３９】米国特許出願公開第２００７／００２９５００号明細書
【特許文献４０】米国特許出願公開第２００３／０１３２６９３号明細書
【特許文献４１】米国特許出願公開第２００２／０１１３５５３号明細書
【特許文献４２】米国特許出願公開第２００４／０１６４６８２号明細書
【特許文献４３】米国特許第５９４２８５５号明細書
【非特許文献】
【００２４】
【非特許文献１】H.Yasuda, "Plasma Polymerization", Academic Press 1985
【非特許文献２】Martinu and Poitras, "Plasma Deposition of Optical Films and Coatings: A Review", J.Vac.Sci.Technol.A 18(6), Nov/Dec 2000,2619-2645 (2000)
【非特許文献３】Bardos and Barankova, "Characterization of Hybrid Atmospheric Plasma in Air and Nitrogen", Vacuum Technology & Coating 7(12) 44-47 (2006)
【非特許文献４】M.A.Lieberman and A.J.Lichtenberg, "Principles of Plasma Discharges and Materials Processing", John Wiley & Sons,Inc.,  New York (1994)
【非特許文献５】E.Stoffels, I.E.Kieft, and R.E.J.Sladek, "Superficial Treatment of Mammalian Cells Using Plasma Needle", Journal of Physics D: Applied Physics (2003), 36(23), 2908-2913 (1994)
【非特許文献６】F.M.Penning, "Electrical Discharges in Gases", Gordon and Breach, New York, 1965, p.41
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
本発明の目的の一つは、インクジェットプリンタ等の印刷システム乃至装置で、そのコンポーネントに損傷を与えることなくプラズマ処理プロセスを実行できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
ここに、本発明の一実施形態に係る方法では、処理対象となるプリンタコンポーネントの近くに電極を配し、そのコンポーネントの近くまでプラズマ処理気体を導入し、そしてそのコンポーネントの近くにある電極への通電で発生するマイクロプラズマを大気圧付近の圧力下で作用させてそのコンポーネントを処理する。
【００２７】
また、本発明の他の実施形態に係るプリントヘッドは、ノズルボアと、そのノズルボアに通流可能な液室と、ノズルボア又は液室に付設された滴形成機構と、その滴形成機構に対し電気的に接続されている電気回路と、本プリントヘッドと一体化された導電シールドと、を備える。本プリントヘッドでは、その導電シールドで滴形成機構、電気回路又はその双方を外部雑音源から電気的に遮蔽する。
【００２８】
そして、本発明の更に他の実施形態に係るプリンタは、プリンタコンポーネントと、そのコンポーネントに一体化された１個又は複数個の電極と、を備える。本プリンタでは、その電極を使用し、コンポーネントの近くで大気圧付近のマイクロプラズマを発生させる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】インクジェットプリントヘッドの切欠図である。
【図２】インクジェットプリンタ内で使用されるガターの模式図である。
【図３】流体滴を静電偏向させる仕組みを示す模式図である。
【図４】流体滴を気流で偏向させる仕組みを示す模式図である。
【図５】インクジェットプリンタコンポーネントの一種たるインクジェットプリントヘッドの上方にある個別型電極の例を示す図である。
【図６】インクジェットプリンタコンポーネントの一種たるガターの上方にある個別型電極の例を示す図である。
【図７】インクジェットプリントヘッドの上方にある個別型の開裂付筒状電極の例を示す図である。
【図８】インクジェットプリントヘッドの上方にある個別型の誘電体被覆付電極の例を示す図である。
【図９】インクジェットプリントヘッドの上方にある個別型電極群の例を示す図である。
【図１０ａ】インクジェットプリントヘッドの上方にある誘電体被覆付電極群の例を示す図である。
【図１０ｂ】その別例を示す図である。
【図１１】インクジェットプリントヘッドの上方にある個別型の長尺バー状電極の例を示す図である。
【図１２】インクジェットプリントヘッドの上方にある個別型の誘電体被覆付長尺バー状電極の例を示す図である。
【図１３ａ】インクジェットプリントヘッドと一体化された個別型電極群の例を示す図である。
【図１３ｂ】インクジェットプリントヘッドと一体化された電極群の例を示す図である。
【図１３ｃ】インクジェットプリントヘッドと一体になっている電極を駆動しノズルプレート表面でマイクロプラズマを発生させる際の電気的接続方式を示す図である。
【図１４】インクジェットプリントヘッドと一体化された長尺バー状電極群の例を示す図である。
【図１５ａ】インクジェットプリントヘッドと一体化された導電シールドの例を示す図である。
【図１５ｂ】インクジェットプリントヘッドの上方にある導電シールドの例を示す図である。
【図１６】インクジェットプリントヘッドと一体の導電シールド上に一体化された個別型電極群の例を示す図である。
【図１７】インクジェットプリントヘッドと一体の導電シールド状に一体化された電極群を設けた例を示す図である。
【図１８ａ】複数個の電極及びその間を仕切る絶縁層を有する電極アセンブリをガターの上方に配した例を示す図である。
【図１８ｂ】その別例を示す図である。
【図１９ａ】電極形状の一例を示す図である。
【図１９ｂ】その別例を示す図である。
【図１９ｃ】その別例を示す図である。
【図１９ｄ】その別例を示す図である。
【図１９ｅ】その別例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の好適な実施形態に関し別紙図面を参照して詳細に説明する。以下の説明では、本発明の装置を構成し又はそれと密接に連携する部材に的を絞ることとする。お察しの通り、具体的な説明や図示がない部材はいわゆる当業者にとり周知の様々な形態にすることができる。
【００３１】
まず、インクジェットプリンタは複数個の装置で構成される装置である。プリンタを構成する装置即ちコンポーネントのことをプリンタコンポーネントとも呼び、それには機械的なもの、光学的なもの、光電的なもの、電気機械的なもの、電子的なもの等、インクジェットプリンタで使用されうる様々な種類のアセンブリが含まれる。そうしたプリンタコンポーネントを集めて正しく接続、連結乃至連携させることで、媒体上に画像を印刷可能なインクジェットプリンタを組み上げることができる。言い換えれば、プリンタコンポーネントとは、そのプリンタが機能乃至稼働しているときに、その目的を問わずそのプリンタ内で使用されうる装置又はその組合せのことである。単体のものに限らず、複数のコンポーネント即ちサブアセンブリで形成された複合的なアセンブリも含まれる。また、プリンタコンポーネントは、媒体移送用、媒体へのインク供給、インク管理等々、担う役目によって様々な種類に分けられる。インク管理（流体管理）とは、プリンタ内の所望個所にインクを送り、印刷に使用されなかったインクを収集・再生し、またそのインクを濾過することを指している。例えば、インクジェットプリントヘッドといえば、インクの滴（インク滴）を発生させる役目を担うプリンタコンポーネントのことである。
【００３２】
図１に、プリンタコンポーネントの一種たるプリントヘッド８の構成を模式的に示す。このヘッド８は流体供給用のマニホルド１６を備えており、そのマニホルド１６にはマニホルドボア１２と通称される液室が設けられている。インク等の流体は、このマニホルドボア１２を介しノズルプレート１０に送られていく。そのマニホルドボア１２とノズルプレート１０の間にはスロット１４が形成されており、マニホルドボア１２からノズルプレート１０へと流体を通すための流路として使用されている。ノズルプレート１０はオリフィスプレートとも呼ばれる部材であり、所定断面積及び所定長のオリフィス、即ちノズルボア１８を少なくとも１個有している。図示しないが、スロット１４・ノズルボア１８間にこれ以外の流路を設けてもよいし、ノズルプレート１０に設けるノズルボア１８の個数は１個でも複数個でもよい。なお、ノズルプレート、オリフィスプレート等の語の意味は、インクジェット印刷の分野ではいわゆる当業者にとり既知のものである。
【００３３】
マニホルドボアからスロットを経てノズルプレートに送られたインク等の流体は、そのノズルプレート上のノズルボアから滴(drops or droplets)状になって吐出されていく。そのための滴形成機構はマニホルドボアかノズルボアに付設されることが多く、インクジェット印刷の分野では、電気的なもの、機械的なもの、電気機械的なもの、熱的なもの、流体的なもの等様々な形態の滴形成機構がいわゆる当業者にとり既知である。そのなかには、加熱素子（群）をノズルボアに近接配置又は一体化したタイプや、圧電トランスデューサをノズルボアに近接配置又は一体化したタイプも含まれている。
【００３４】
ノズルプレートには、こうしたノズルボア（群）に加えて、電気回路例えば複雑な構成の微細電子回路を設けることもできる。設けうる回路の種類は様々であり、例えば流体滴を発生させる回路、ノズルボアに付設されている滴形成機構との電気信号授受を通じ滴形成機構を制御する回路、温度監視や圧力監視を担う回路等を設けることができる。ノズルプレートやマニホルドには、これ以外のアセンブリを設けることもできる。例えば、ノズルプレート上のノズルボア乃至オリフィスから吐出される流体ジェット例えば液体ジェットにエネルギを注入し、それによって流体滴を発生させるアセンブリである。
【００３５】
こうしたプリントヘッド８は、ドロップオンデマンドプリンタのほかコンティニュアスプリンタにも組み込むことができる。コンティニュアスプリンタでは、ノズルプレートを通過した流体例えばインクのうち、媒体への印刷に使用されなかった部分を、回収して再使用することができる。そのためのプリンタコンポーネントは、インクジェット印刷の分野ではいわゆる当業者にとり既知である。そのコンポーネント、いわゆるガターは、印刷に使用されなかった流体滴を回収して再使用に回すことができるよう、流体滴を受け止める流体回収面（群）と、それにより得られた流体を流体供給系に送って再使用に回す手段とを備えるものである。
【００３６】
図２に、プリンタコンポーネントの一種たるガター１９の構成を模式的に示す。このガター１９では、インクジェットプリントヘッドから吐出されたが印刷に使用されなかった流体が流体回収面２０上で回収され、その面２０と流体回収チャネル壁２４の間にある流体回収チャネル２２を通り、ドレイン２６へと送られていく。印刷に使用されなかった流体を壁２４で回収しチャネル２２に流す構成も採りうる。いずれにせよ、印刷に使用されなかった流体例えばインクは、ドレイン２６経由で排出され再使用又は廃棄に回される。例えば、ドレイン２６に可制御型真空ポンプをつなげて吸引すると、チャネル２２内に気体及び液体の流れが生じるため、そのチャネル２２内の流体を排出させることができる。
【００３７】
コンティニュアスプリンタでは、更に、当業界で既知の滴軌跡制御法に従い流体滴を偏向させ、それによって滴軌跡を制御するプリンタコンポーネントも使用される。このコンポーネント即ち流体滴偏向器は、流体滴を発生させるためのインクジェットプリントヘッドと、その流体滴を回収して流体例えばインクを再使用又は廃棄に回すガターとの間に配置されることが多い。当業界では、流体滴偏向器で使用できる滴軌跡制御法、即ち流体滴を偏向させる手法が幾通りか知られている。例えば、流体滴を帯電させておき電界で偏向させる手法、減圧又は加圧で気体流を発生させその気体流で流体滴を偏向させる手法、液体ジェットの不平衡熱励振で流体滴を偏向させる手法等の滴軌跡制御手法は、インクジェット印刷の分野ではいわゆる当業者に広く知られている。
【００３８】
これらのうち静電偏向方式では、ワイヤ、プレート、種々形状の導電性トンネル等で構成された導電性アセンブリが使用される。こうしたインクジェットプリンタコンポーネントは静電式流体滴偏向器、或いは単に静電式偏向器と呼ばれている。静電式偏向器を構成するコンポーネント、例えば帯電プレートや帯電トンネルは、インクジェット印刷の分野でいわゆる当業者に広く知られている。
【００３９】
図３に、インクジェットプリンタ用静電式流体滴偏向器、別称静電式偏向器の一例２８を模式的に示す。この偏向器２８はプリントヘッド３０とガター３６の間に配置されており、帯電電極（群）３２及び偏向電極（群）３４を有している。こうした構成のアセンブリは、コンティニュアスインクジェット印刷の分野ではいわゆる当業者にとり既知のものである。
【００４０】
その稼働時には、マニホルド上に位置するノズルプレート上のノズルボアから流体のジェットを吐出させる。この流体ジェットから生じる流体滴は、帯電電極３２から印加される電界の作用で帯電し、偏向電極３４によるそれで偏向する。この偏向動作を適宜実行することで、帯電している流体滴をガター３６の流体回収面に差し向けることも、媒体に差し向けその表面に堆積させることもできる。印刷は、印刷したい文字又は画像に従い、流体滴を部位選択的に堆積させることで行うことができる。
【００４１】
対する気流偏向方式では、その流体滴偏向器が空気流等の気体流を発生させるように構成されている。その気体流はインク滴等の流体滴と作用する。流体滴にはその体積が異なる複数の種類があるので、気体流が作用すると滴は体積毎に分離する。こうした気流式流体滴偏向器を使用する際には、併せて圧力センサやコントローラを使用するとよい。例えば、気流式流体滴偏向器の出口近くに配置され圧力検知結果を示す信号を出力する圧力センサと、その圧力検出信号に基づき補償信号を発生させその補償信号に基づき気体流発生動作を調整するコントローラと、を使用することで、その気流式流体滴偏向器に係る調整機構を形成することができる。
【００４２】
図４に、気流式流体滴偏向器４０の構成を模式的に示す。インクジェットプリントヘッド４２から吐出された流体滴例えばインク滴をガター４３で回収し、その流体を再利用や廃棄に回す際に、この偏向器４０では、吸気マニホルド４４からの気体供給及び排気マニホルド４６を介した気体排出を制御しマニホルド４４からマニホルド４６に至る気体流を発生させる。ヘッド４２から出て媒体例えば紙に向かっている流体滴にこの気体流を作用させると、その流体滴はガター４３の方向に偏向していく。また、マニホルド４６を減圧吸引タイプにすれば、吸気マニホルド無しで流体滴を偏向させることもできる。
【００４３】
これら、インクジェットプリンタで使用される様々なコンポーネントの主要面を清掃、処理等するには、そのコンポーネントに対しマイクロプラズマ発生部材を近接配置又は一体化させてばよい。図５に、そのノズルプレート５６の上方に電極５４が配されたインクジェットプリントヘッド５２の構成を示す。電極５４の用途は、ヘッド５２として例示したインクジェットプリンタコンポーネントの近くでマイクロプラズマを発生させることである。ここでいう“近く”とは、そのコンポーネントからの距離が１ｃｍ以内、という意味である。プリンタコンポーネントの近くで発生するマイクロプラズマには様々な用途がある。例えば、それを使用することで、そのコンポーネントの表面を初期的に清浄化するできるほか、そのコンポーネントの表面を修飾して疎水性、親水性、表面反応性等を向上させることができる。とりわけ重要なのは、発生させたマイクロプラズマを使用し乾燥物のこびりつき、例えば乾いたインクのこびりつき具合を管理することで、そのプリンタの始動及び停止シーケンスの信頼性、ひいてはそのプリンタの総合的な信頼性を高められることである。
【００４４】
マイクロプラズマ、別称マイクロスケール放電は、電極（群）を介し外部電源からのエネルギが注入された個所に発生する。マイクロプラズマは気中放電の一種であり、所期方向（群）に沿った作用部位寸法が１ｍｍ未満になることを特徴としている。作用部位寸法とは、局所的な高輝度部位の寸法、局所的なイオン化部位の寸法、注目活性種の大半が集まっている部位の寸法（ある特定の中性活性種例えば単原子酸素の半値幅濃度での寸法）等、処理対象コンポーネントのうちマイクロプラズマが作用する部位の寸法のことである。マイクロプラズマの作用部位が局所的であり、インクジェットプリンタコンポーネントの表面積に比べ狭いことから判るように、コンポーネント処理時にはその作用部位を並進移動させた方がよい。即ち、マイクロプラズマ（群）による処理でその面の疎水性、親水性乃至表面反応性を高めるには、そのマイクロプラズマ（群）の作用部位をずらし又は作用面を切り替えることが有益である。マイクロプラズマ作用部位を、必要なら対応する電極及び電源と併せ並進移動させることで、処理するインクジェットプリンタコンポーネントを切り替えることもできる。
【００４５】
電極の種類としては、プラズマ発生所要個所にエネルギを注入するための電極のほか、それを補助する電極例えば基準電位提供用の電極がある。本願では、前者のことを主電極又は単に電極と呼び、後者のことを補助電極と呼んでいる。補助電極があると、主電極又は補助電極を正又は負にバイアスし、バイアスされた方の電極を陽極又は陰極とする二極放電を発生させることができる。電極の種類としては、更に、ＲＦアンテナやマイクロ波導波路もある。例えば、ＲＦ誘導結合でプラズマを発生させる場合、アンテナを形成している導電トレースや導電ワイヤを電極として使用することができる。また、特許文献４２に記載の開裂付リング共振器には、接地面と共に導波路を形成するリングに開裂（スプリット）が設けられている。この開裂即ち放電ギャップを挟み、一方の側にある導電トレース部分が主電極、他方の側にある導電トレース部分が補助電極としてそれぞれ機能する。
【００４６】
電極５４の駆動は、図５の如くその接続先の電源５８で行うことができる。例えば、インクジェットプリントヘッド５２のマニホルドを接地電位等の基準電位に固定した状態で、その電位と異なる電位が電極５４に現れるよう電源５８で電圧を印加する。その電圧は直流でも交流でも構わない。例えば、誘電体に絶縁は絵画生じないよう、周波数＝Ｈｚ〜ＧＨｚオーダ、振幅＝Ｖ〜ｋＶオーダの範囲に属する任意周波数、任意振幅の交流電圧を使用する。逆に、電極５４を所定の基準電位に固定し、それとは異なる電位がプリンタコンポーネント自体に現れるように電圧を印加してもよい。更には、主電極・補助電極間に電圧を印加する一方、インクジェットプリンタコンポーネントを電気的に絶縁してその電位をフロートさせる、といった構成も採りうる。
【００４７】
電極への印加電圧は、マイクロプラズマを初期発生させる際即ち点火の際には高くても構わないが、発生させたマイクロプラズマを維持していく段階では１ｋＶを超えないようにすべきである。プリンタコンポーネントに物理的損傷が生じやすくなるからである。生じうる物理的損傷としては、誘電体が絶縁破壊するさいその表面に生じる焦げ目やクレータのように、見た目によくわかるタイプの損傷がある。そのコンポーネントの形成に低融点素材が使用されていれば、その素材の液化で目に付く損傷が生じることもある。更に、使用する電圧が高いと、そのコンポーネントに組み込まれている微細電子部品のうち静電荷に対し敏感なものが、静電荷蓄積によって損傷することが多くなる。従って、ウェブ処理の分野で既知の気中ＤＢＤ処理、別称コロナ放電型ウェブ処理に倣い、そのピークトゥピーク値が５ｋＶを上回る正弦波電圧をマイクロプラズマの点火及び維持に使用することは、可能だが望ましくないことである。
【００４８】
電極形成素材は、例えば、アルミニウム、タンタル、銀、金その他の金属を初めとする導電体や、ドープドシリコン、ドープドゲルマニウム、ドープドカーボン等のドープド半導体や、酸化インジウム錫、アルミニウムドープド酸化亜鉛等の透明高縮退半導体である。導電性ポリマ、ドープド半導体ポリマ、導電性ナノパーティクル分散系等も電極形成素材として使用することができる。更に、誘電体コーティングや誘電体内埋込で電極をパッシベートすること、例えばエポキシ系ポリマ、ポリイミド系ポリマ、酸化シリコン、酸窒化シリコン、窒化シリコン、五酸化タンタル、酸化アルミニウム等の有機物誘電体でコーティングすることもできる。加えて、金属、ドープド半導体等々の導電体を半導体コーティング又は半導体内埋込でパッシベートした構造の複合電極も使用することができる。半導体の電気的特性は導電体のそれと異なるので、複合電極の導電率は、コーティング等に使用した半導体の電気特性で決定づけられることとなる。
【００４９】
電極位置、即ちプリンタコンポーネントの表面を処理するための電極の位置は処理対象コンポーネントの近くとする。ここでいう“近く”とは、そのコンポーネントからの距離が１ｃｍ以内、という意味である。コンポーネントからの距離が１ｃｍ以内であればよいので、その電極（群）は、そのコンポーネントと接触しないよう配してもよいし、そのコンポーネントと直に機械接触するよう配してもよいし、或いは微細加工、薄膜成長、積層等の処理でそのコンポーネント自体に形成してもよい。プリンタコンポーネント自体に形成等してそのコンポーネントに組み込んで得られる一体化電極、即ちコンポーネントと一体になっている電極を駆動する回路としては、コンポーネント外の回路を使用することも、そのコンポーネントに内蔵又は付設されている回路を使用することもできる。電極をコンポーネント上又はコンポーネント内に形成する手法としては、微細電子回路製造や微細電気機械システム（ＭＥＭＳ）製造の分野で既知の要領で能動回路素子や受動回路素子を形成する手法を使用することができる。電極（群）を一体化せず近くに配するだけにする場合は、その電極（群）を、外部回路で駆動する構成を採ることも、そのコンポーネントに内蔵又は付設されている回路で駆動する構成を採ることもできる。コンポーネント側の回路は、微細電子回路製造及びＭＥＭＳ製造の分野で既知の手法に従い能動回路素子や受動回路素子を形成することで形成することができる。
【００５０】
電極使用個数は、発生させるマイクロプラズマの本数が１本なら最低１個でよい。マイクロプラズマ（群）を奇数個の電極で発生させるか偶数個の電極で発生させるかはその具体的な用途で異なってくる。主電極は個別型の電極でもよいし、複数個の電極からなる電極アレイでもでもよい。補助電極も個別型，電極アレイの両形態を採りうる。電極乃至そのアレイの形状を工夫することで、マイクロプラズマ発生動作及びマイクロプラズマ処理効果を処理対象コンポーネントの種類に相応しいものとすることができる。
【００５１】
電極の形状・寸法は様々な形状・寸法にすることができる。例えば図５中の電極５４をワイヤで実現する場合、そのワイヤを直線状にすることも、ループ、コイル等の二又は三次元形状にすることもできる。その場合、電極表面のうちマイクロプラズマが発生する空間に面する部分はワイヤ端的乃至凹凸的な性状になる。凹凸的な性状とは、その面の三次元的幾何形状に由来する特性、例えばピラミッド状の部分の先端、表面粗さとして現れる微視的凹凸等といった三次元的凹凸に由来する特性のことである。ご理解頂けるように、ここでいう“電極”にはより複雑なアセンブリも包含される。例えば、導電性コーティングが施された電気絶縁性のロッドの如く導電部分及び非導電部分を併有するアセンブリや、その周りにワイヤが捲回され又は金属等の導電体によるコーティングが施された電気絶縁性のチューブの如く中空部を有する電極である。
【００５２】
マイクロプラズマ処理を実行する環境は原則として大気圧下である。大気圧下ではあるが、特定種類の気体で気体流を発生させた方が、その処理環境を管理するのに都合がよい。使用する気体の組成はそのマイクロプラズマの用途に基づき決めるとよい。例えば、処理対象コンポーネント上にＰＥＣＶＤでコーティングを施したい場合、活性化すると凝縮性化学種を産生する物質を、プラズマ発生部位に送り込まれる気体に混ぜておけばよい。弗化ポリマ等からなる疎水層を成長させたい場合は、適当な弗素含有気体及び炭素含有気体を使用すると共に、マイクロプラズマで活性化された化学種を所望個所まで搬送することが可能な搬送気体を使用することで、そのインクジェットプリンタコンポーネント上に所要化学種を堆積させればよい。プラズマ成長やＰＥＣＶＤの分野で周知なものなら、他の種類の凝縮性素材でも同様に使用することができる。例えば、シラン、シロキサン等の気体を使用すれば、酸化シリコン、窒化シリコン又はシリコーン膜を成長させることができる。プラズマ発生部位に送り込まれる気体にアンモニア等の異種原子反応物を添加して特定の活性種を産生させることや、大気成分気体をプラズマ発生部位に送り込んで反応種を発生させることもできる。更に、インクジェットプリンタコンポーネントの表面から堆積物を除去したい場合は、プラズマで活性化してその堆積物に接触させると揮発種を産生することが知られている気体を、そのマイクロプラズマの近くまで導入すればよい。
【００５３】
ご理解頂けるように、搬送気体の役目は、マイクロプラズマで活性化させた化学種を所望の場所まで所要量届けることであるので、適切な搬送気体といえるのは、実質的に即ち十分長い距離区間及び期間に亘りその化学種と反応しないタイプの気体である。該当する気体としては、ヘリウム、ネオン、アルゴン等といった一般的な不活性ガス乃至希ガスのほかに、窒素（Ｎ2）ガス等の分子気体がある。搬送気体として使用する気体は、そのマイクロプラズマ処理の目的に応じて選定すればよい。更に、大気圧プラズマの分野で知られている通り、ヘリウム等の希ガスを使用すると、プラズマの点火及び維持に必要な印加電圧が低下する。重めの希ガス、例えばクリプトン、更にはキセノンを搬送気体に成分として添加すると、マイクロプラズマ発生部位で生じる輻射のスペクトラムが変化する。特に、キセノンが添加された気体をマイクロプラズマ発生部位に導入すると、そのマイクロプラズマに発する紫外線輻射が強まる。この紫外線輻射は、微生物による表面汚濁で生じる生体由来デブリを除去するプロセスで有用である。その紫外線輻射でオゾン等の酸化反応性中性種を発生させ、酸化的表面プロセスを増強することもできる。これらのことからご理解頂ける通り、処理対象インクジェットプリンタコンポーネントに及ぼしたい作用を踏まえ、プラズマ処理気体の成分を適切な成分にすることで、そのマイクロプラズマ処理で所望の如くにコンポーネントを清掃、アクティべート乃至パッシベートすることができる。プラズマ処理気体の成分を更に適切な成分にして、マイクロプラズマの動作及び安定性、更にはマイクロプラズマ処理の効率を高めることもできる。
【００５４】
但し、使用する気体の成分がどのような成分でも、大気圧付近の圧力下でマイクロプラズマ処理プロセスを進行させることは有益なことである。ここでいう“大気圧付近”とは４００〜１１００Ｔｏｒｒ域内にある圧力のことである。特に５６０〜９６０Ｔｏｒｒ域内の圧力が望ましい。この域内の高めの圧力値で処理プロセスを進行させたければ、処理対象コンポーネントの近くに処理気体を導入するためのマニホルド等、通常の印刷プロセスで空気流又はインク流の発生に使用されるマニホルドで圧力を高めればよい。逆に、大気又は外部気体源からプラズマ発生部位に供給されている処理気体をそのマニホルドで吸引して排出させれば、その部位内を低めの圧力値にすることができる。
【００５５】
そして、図５に示した構成では、インクジェットプリンタコンポーネント及び電極の周囲で気体流を発生させることができる。例えば、気体を大気圧中で任意方向から電極周辺に流すことで、そのコンポーネント及び電極の周囲に気体流を発生させることができる。また、そのコンポーネントの内部を大気圧より低い圧力や高い圧力にすることもできる。例えば、インクジェットプリントヘッドのマニホルドボア内を大気圧より低い圧力にすると、ノズルボア経由でそのヘッド内に気体が引き込まれてくる。逆に、そのマニホルド内を大気圧より高い圧力にすると、ノズルボア経由でヘッド・電極間空間に気体が吐き出されてくる。こうした電極付近での気体流管理は、電極付近のマイクロプラズマに近いところでの気体の組成及び流れを保つのに役立つ。これもまたご理解頂ける通り、マイクロプラズマの近く、即ちそのマイクロプラズマの近辺、周囲又は内部における気体流を管理することで、そのプラズマで産生される気相の反応種を所望の場所に運ぶ手段を提供することができる。
【００５６】
図６に、インクジェットプリンタコンポーネントたるガターの上方に電極６４を配した例を示す。このガターは図２に示したものと同様であり、電極６４はその流体回収面６６から見て上方に配されている。電極６４の役目はガターの近く、即ちガターから１ｃｍ以内の場所でマイクロプラズマを発生させることである。ガターに限らず、インクジェットプリンタコンポーネントの近くでマイクロプラズマを発生させることは、多くの点で有益なことである。例えば、そのコンポーネントの表面を初期的に清浄化することができる。そのコンポーネントの表面を修飾して疎水性、親水性、表面反応性等を高めることができる。プリンタ使用に伴う表面汚損乃至表面特性劣化を妨げること、例えば弗化炭化水素かシリコンの酸化物、炭化物乃至窒化物を流体回収面上に堆積させてその濡れ性を調整することもできる。特に重要なことに、インク等の流体に含まれる成分が乾燥してガターの流体回収面にこびりつき、その面の機能ひいてはガター全体の動作に障りとなることを、マイクロプラズマの発生で規制することができる。
【００５７】
このように、ガター表面の諸部位に対しマイクロプラズマによる清掃、修飾等を施しその面の主立った特性を管理することで、そのインクジェットプリンタの始動／停止シーケンスひいてはプリンタ動作全体の信頼性を高めることができる。また、そのガターの流体回収面、流体回収チャネル壁等、ガター構成要素を電極として使用する構成を採れることもご理解頂けよう。更に、先の説明から自明な通り、ガター内部の流体回収チャネル６８をその手段として利用し、マイクロプラズマの近くに気体流を供給することで、そのマイクロプラズマの安定性を所望水準まで高めることや、そのマイクロプラズマから所望の化学的乃至物理的効果が得られるようにすることができる。
【００５８】
図７に、インクジェットプリンタコンポーネントの上方に配される個別型電極の別例７６を示す。この電極７６は、マニホルド７２上にノズルプレート７４を装着した構成を有するインクジェットプリントヘッドの上方に配されており、立体的な開裂付筒状共振電極７６及びそれに固定された平板コネクタ７７で構成されている。具体的には、導電性を有する外郭シリンダの内側に中空部分又は固体誘電体充填部分を挟み接地シリンダを同心配置した構成の共振電極７６と共に、接地プレートを中空部分又は固体誘電体充填部分で覆い更にそれを導電性のある外郭層で覆った構成のコネクタ７７を使用し、接地面が形成されるよう電極７６内の接地シリンダをコネクタ７７内の接地プレートに接続した構成である。逆に、接地シリンダを共振電極の外側に同心配置する一方、接地プレートを平板コネクタの外面に配して接地シリンダと接続することでも、接地面を形成することができる。
【００５９】
更に、円筒断面でない電極を共振電極７６として用いることや、平板状でないコネクタをコネクタ７７として用いることも可能である。電極７６及びコネクタ７７の導電部分は、対応する接地面と共に、電磁波をギャップ７８に導く導波路として機能する。開裂筒状共振電極７６のギャップ７８における電磁波の位相は、その電磁波の周波数がその電極７６の共振周波数と同周波数である場合、そのギャップ７８を挟み１８０°異なる位相になる。電極７６が中空であれば、更に、電極７６の内側を介しそのギャップ７８に気体流を供給することで、大気圧マイクロプラズマを制御環境下で発生させることができる。開裂付筒状共振電極の長所は、発生するマイクロプラズマの寸法をある方向に沿って長尺にすることができ、従ってインクジェットプリンタコンポーネント上の複数個所を同時に処理することができることである。開裂付筒状共振電極の動作周波数は筒状部分の寸法で決まるので、ｋＨｚオーダからＧＨｚオーダまで様々な周波数にすることができる。
【００６０】
図８に、インクジェットプリンタコンポーネントの上方に配される個別型電極の別例８２を示す。この電極８２は、マニホルド８８及びそれに装着されたノズルプレート８６を有するインクジェットプリントヘッドの上方に配されており、コーティング８４によって被覆されている。電極８２を覆うコーティング８４の厚みは例えば１０ｎｍ〜１０μｍ程度、素材は例えば金属質、半導体又は絶縁体である。金属質コーティングにはタンタル、プラチナ等の耐腐食性素材が、半導体コーティングにはシリコンカーバイド又は導電性酸化物が、絶縁性コーティングにはテフロン（登録商標）、ガラス状二酸化シリコン、酸化シリコン、酸化アルミニウム等の誘電体が適している。複数種類の物質を組み合わせた複合素材、即ちその化学的性質が異なる複数の成分又は部分を有する素材を、コーティング素材として使用することもできる。いずれにせよ、こうしたコーティング８４には幾つかのメリットがある。例えば、電極８２をコーティング８４で覆うことで、マイクロプラズマ中で産生される強力な反応種に対し電極形成素材を化学的にパッシベートすることができる。また、イオン衝撃による二次電子放射の係数等、電極８２の二次放射特性を調整することもできる。電極８２の電位は接地電位に対し同電位でも異電位でもよい。電極８２の駆動電圧は直流でも交流でもよい。交流電圧を使用する場合、先に図５を参照して説明した通り、１Ｖ〜５０ＫＶの振幅域内、１Ｈｚ〜１００ＧＨｚの周波数域内ならどのような値でも使用することができる。但し、１０ｋＨｚ〜１０ＧＨｚ域内の周波数の方がよい。
【００６１】
図９に、インクジェットプリンタコンポーネントの上方に複数個の電極９２，９４を配した例を示す。電極９２，９４はノズルプレート９６、ノズルボア９９及びマニホルド９８を有するインクジェットプリントヘッドの上方に配されており、その個数が複数である点を除けば図５に示したものと同様の構成である。電極９２，９４を電気的に駆動するには、多々ある手段のうちいずれかでそれらに電圧を印加すればよい。電極９２，９４に対するこの電圧印加によって、コンポーネントたるヘッドの近くでマイクロプラズマ（群）を発生させることができる。電極９２，９４への印加電圧は直流でも交流でも構わない。交流電圧ならば１Ｈｚ〜１００ＧＨｚの周波数域内、１Ｖ〜５０ｋＶの振幅域内の電圧を使用するとよい。こうした限界は誘電体の絶縁破壊との関連で決まってくる。更に、電気回路上、インクジェットプリンタコンポーネントは基準電位例えば接地電位に固定しておくことも電気的にフロートさせておくことも可能であるので、例えば、電極９４を基準電位例えば接地電位に固定した状態で電極９２を電気的に駆動することができる。また、電圧印加の仕方次第で、マイクロプラズマ発生個所が電極９２・電極９４間になることもあれば電極９２，９４・プレート９６間になることもある。例えば、電極９２・９４間に電圧を印加すると、それらで挟まれているギャップ領域でマイクロプラズマが発生し、そのマイクロプラズマ内で化学種が産生される。その化学種がインクジェットプリンタコンポーネントの近くまで辿り着かなければ、そのコンポーネントに所期の表面処理が施されることはない。そのため、それら電極９２，９４の個々の対は、コンポーネント側にある特徴的部位群、例えばプレート９６上の個々のボア９９の上方でマイクロプラズマ（群）が生じるよう、ひいてはそのマイクロプラズマ（群）で諸特徴部位が処理されることとなるよう配置される。そのコンポーネントに印加される基準電位が適切であれば、電極９２・９４間方向に沿ったマイクロプラズマの寸法を１ｍｍ未満に抑えつつ、マイクロプラズマ作用部位をコンポーネント表面沿いに拡げることができる。マイクロプラズマ作用部位を一次元的又は二次元的に拡げることで、大気圧マイクロプラズマ処理の効果例えば清掃、表面成長、表面反応性増強等の効果を強めることができる。また、インクジェットプリンタコンポーネント側にある特徴部位と電極の間に１対１の対応関係が生じるよう、複数個の電極を配置することもできる。その種の構成では、複数個の電極を同時並行的に駆動することも、そのインクジェットプリンタコンポーネントとは独立に駆動することもできる。そのいずれでも、個々の電極にて局所的なマイクロプラズマを発生させることができる。更に、そのコンポーネントの導電部分を補助電極として機能させることもできる。
【００６２】
図１０ａに、複数個の個別型電極１０２，１０４をそれぞれ誘電体１０１に埋め込みインクジェットプリンタコンポーネントの上方に配した例を示す。また、図１０ｂに、複数個の電極１０８を同じ誘電体１０１に埋め込みインクジェットプリンタコンポーネントの上方に配した例を示す。これらの図におけるコンポーネントはノズルプレート１０６を有するインクジェットプリントヘッドである。また、ここでいう“埋込”とは、その電極の外表面をほぼ全体に亘り固相又は液相の物質で覆うことである。
【００６３】
電極を誘電体１０１に埋め込むのは、マイクロプラズマで産生される化学種のうち腐食性を有するものからその電極を保護して破損を防ぐためである。電極が埋め込まれる誘電体１０１の電気抵抗値は例えば１０5Ω・ｃｍ超とし、その厚みはマイクロプラズマ発生に支障とならない任意値とする。誘電体素材の絶縁破壊特性、稼働電圧及び電極製造方法に従い決めればよい。その電気抵抗値が１０5Ω・ｃｍ超の誘電体１０１を形成可能な素材は数多くあり、例えばテフロン（登録商標）、エポキシ、シリコーン樹脂、ポリイミド等のように反応性が低く熱安定性が高い有機ポリマを使用できるほか、炭素を含有する複合素材も使用することができる。ここでいう複合素材とは、その化学的組成が異なる複数個の部位を有する固体のことである。その例としては、ガラス繊維入りのエポキシ、ガラス繊維で強化されたガラス入りテフロン（登録商標）ポリマ等がある。ご理解頂けるように、本発明の実施に際しては、これ以外の様々な複合素材も使用することができる。誘電体１０１の素材としては、更に、種々の絶縁性無機素材も使用することができる。例えば、マグネシウム、硼素、シリコン、アルミニウム、チタン、タンタル、ニオブ、ハフニウム、クロム、ジルコン等の金属の酸化物、窒化物、酸窒化物、硫化物、金属含有酸化物誘導体等である。二成分素材でも三成分以上の多成分素材でも構わない。金属含有酸化物誘導体とは、その金属を少なくとも２０原子％含有する酸化物ベースの誘電体化合物のことである。例えば、酸化セリウムを２０％を含有する酸化ジルコン化合物は、酸化ジルコン誘導体の一種であると同時に酸化セリウム誘導体の一種でもある。
【００６４】
また、こうした誘電体の素材は、結晶質、ガラス質、非晶質のいずれであってもよい。誘電体分野でいわゆる当業者にとり既知の如く、埋込先誘電体となりうる素材はほかにも数多くあり、本発明ではそうした誘電体も使用することができる。また、その埋込先誘電体の表面は、凹凸のないスムースな面にすることも凹凸模様のある面にすることも可能である。本発明の実施に当たっては、そうした凹凸模様のある構成を採ることができ、また様々な凹凸模様付与手法を採ることができる。更に、使用する電極の個数が複数個の場合でも、先に図９を参照して説明した様々な構成で駆動することができ、それによってインクジェットプリンタコンポーネントの近くでマイクロプラズマを発生させることができる。
【００６５】
図１１に、インクジェットプリンタコンポーネントの上方に長尺電極１１０を配した例を示す。この電極１１０は、ノズルプレート１１２、ノズルボア１１４及びマニホルド１１６を有するインクジェットプリントヘッドの上方に至近配置されており、そのアスペクト比が１０を上回る長尺電極となっている。アスペクト比とは他の一又は二方向の寸法に対する長手方向寸法の比のことであり、長手方向寸法とは対応するヘッドの一表面乃至多表面に対しほぼ平行な面に沿った寸法のことである。図示例の電極１１０は長方形断面であるが、本発明は他形状の長尺電極でも実施することができる。例えば、プリズムに類似した三角形断面の長尺電極や、対応するコンポーネントの一表面乃至多表面に対しほぼ平行な面に沿った長さをその直径で除した値が１０を上回る細長いワイヤ等、様々な幾何学的構成のものを使用することができる。また、図示例の電極１１０を電気的に駆動し対応するコンポーネントの近くでマイクロプラズマを発生させる手法としては、図５を参照して説明したものを使用することができる。更に、図５を参照して説明した通り、電極１１０の周囲で気体流を発生させ、そのコンポーネント自体を利用してコンポーネント及びマイクロプラズマ作用域の近くまで気体流を供給する、という手法も使用することができる。
【００６６】
図１２に、インクジェットプリンタコンポーネントの上方に長尺電極１２０を配した例を示す。この例では、図１１のそれと同様に長尺な電極１２０が、ノズルプレート１２４、ノズルボア１２６及びマニホルド１２８を有するコンポーネントの近くに配置されている。更に、その電極１２０は、図８の如きコーティングや図１０ａ及び図１０ｂの如き埋込で形成された誘電体層１２２を有している。本発明は、このように、様々な形態で他の素材でコーティングされ又は他の素材に埋め込まれた長尺電極を使用し実施することができる。本発明は、更に、長尺電極やそれを他の素材でコーティングし又は他の素材に埋め込んだものを複数本使用する形態でも実施することができる。例えば、対をなす長尺電極間のギャップでマイクロプラズマが発生するよう、またその発生個所がインクジェットコンポーネントの近くになるよう、一対又は複数対の長尺電極を配置及び個別駆動する形態である。
【００６７】
図１３ａ、図１３ｂ及び図１３ｃに、それぞれ、主電極又は補助電極として使用される複数個の電極をインクジェットプリンタコンポーネント、具体的にはインクジェットプリントヘッドと一体化した例を示す。ここでいう一体化とは、本体から分離することができないように個々の部分を形成又は配置することである。例えば、これらの図のインクジェットプリントヘッドでは、ノズルボア１３４及びマニホルド１３６の近くに配置されるノズルプレート１３２に複数個の電極１３０が一体化されている。図８、図１０ａ、図１０ｂ及び図１２を参照して説明した通り、誘電体で覆い又は誘電体に埋め込むことで、この一体化電極１３０はパッシベートすることができる。
【００６８】
図１３ａ、図１３ｂ及び図１３ｃには、更に、幾種類かの駆動回路１３８が例示されている。この回路１３８は、インクジェットプリンタコンポーネントの近くでマイクロプラズマが発生するよう、電極１３０を駆動するための回路である。ご理解頂ける通り、本発明の実施に当たっては、これ以外の構成の電極や駆動回路も使用することができる。例えば、図１３ａに示す例や図１３ｂに示す例では、ノズルプレート１３２に一体化されている複数個の電極１３０を、外付けの駆動回路１３８例えば電源によって電気的に駆動している。ご承知の通り大電力回路の小型化が進んできているので、電源全体をコンポーネント例えばインクジェットプリントヘッドと一体化させた形態にて、本発明を実施することも可能である。また、本発明を実施するに当たっては、図５、図７及び図９を参照して説明したものを含め、様々な構成の電気回路を電極１３０の駆動に使用することができる。例えば図１３ａでは、主電極及び補助電極が駆動回路１３８により互いに逆相で駆動されている。
【００６９】
次に、図１３ｂでは、特許文献４３及び４２(Hopwood et al.)に記載のＲＦアンテナ又はマイクロ波導波路が形成されるよう複数個の電極１３０が配置され、それらの電極１３０が外部電位を基準にして駆動されている。具体的には、ＲＦアンテナ電極１３０から輻射されるＲＦ電力の集中個所又はマイクロ波導波路電極１３０同士の狭間部分がノズルボア１３４の近くに位置することとなるよう、それらの電極１３０が配置されている。また、外部電位を基準にするのではなく、補助電極の電位を基準にして電極１３０を駆動することもできる。補助電極としては、図中のマニホルド１３６等、インクジェットプリンタコンポーネントの他部分を使用してもよいし、図示しないが別途電極を設けて使用してもよい。
【００７０】
そして、図１３ｃでは、主電極又は補助電極となる複数個の電極１３０がインクジェットプリンタコンポーネントたるインクジェットプリントヘッドに一体化されている。それら一体化電極１３０のうちあるものは駆動対象となる電極であり、他のあるものは端子１３９経由で基準電位Ｖrefに固定される電極である。図示例では、前者と後者とが交互に位置することとなるよう、奇数個又は偶数個の電極１３０が配されている。また、電極１３０のうち端子１３９に接続されているものの電位は、端子１３９を接地することで接地電位にすることができるほか、基準電位Ｖrefを変調することで操作することができる。その操作手法としては、プラズマ発生の分野でいわゆる当業者に知られている手法を使用することができる。但し、それらの電極１３０の構成、例えばその主電極及び補助電極の個数及び寸法比や誘電体の存否等と違背しないようにすべきである。
【００７１】
図１４に、複数本の長尺電極１４０をインクジェットプリンタコンポーネントに一体化した例を示す。この例では、図１１又は図１２に示したものと同じく長尺な電極１４０が、ノズルボア１４４及びマニホルド１４６の近くにあるノズルプレート１４２に一体化され、駆動回路１４８によって電気的に駆動されている。ご理解頂けるように、図１１及び図１２を参照して説明した例と同じく、この例でも、長尺電極１４０を駆動しコンポーネントの近くでマイクロプラズマ（群）を発生させる手段として様々な手段を使用することができる。また、それら複数個の一体化長尺電極１４０だけでなく、マイクロプラズマを制御、生成及び維持するための電気回路も、そのコンポーネント例えばインクジェットプリントヘッドに一体化させることができる。
【００７２】
図１５ａ及び図１５ｂに、ノズルプレート１５４上に形成されているノズルボア１５２の近くに導電シールド１５０を配した例を示す。プレート１５４はマニホルド１５６と共にインクジェットプリンタコンポーネントたるインクジェットプリントヘッドを形成しており、図１５ａの例ではそのヘッドとシールド１５０が一体、図１５ｂの例では別体になっている。そのシールド１５０は導電層として形成されており、対応するヘッドとマイクロプラズマ等の電気的雑音源との間に位置している。こうしたシールド１５０をインクジェットプリンタコンポーネントに付設することで、そのコンポーネントの動作上の信頼性を高めることができる。
【００７３】
こうした導電シールドを形成する素材としては、その抵抗値が１００Ω・ｃｍを下回る様々な導電体を使用することができる。例えば、銅、アルミニウム、タンタル、金、銀、ニオブ、チタン等の金属や、それらの金属の合金や、スチール等を使用するのが望ましい。導電性透明酸化物等の透明導電体も導電シールド形成素材として使用可能である。導電シールド形成素材としては、更に、ポリチオフェンベース素材等の導電性ポリマや、カーボンナノチューブ等のカーボンベース素材を含む導電性分散系や、導電素材を含むナノパーティクル分散系も使用することができる。
【００７４】
特に、導電シールドをインクジェットプリンタコンポーネントに一体化すると、そのコンポーネントの動作上の信頼性が更に向上する。これは、マイクロプラズマを発生させる際に、そのインクジェットプリンタコンポーネントの通常時稼働電圧より高い電圧を印加しなければならなかったり、通常時稼働電流より大きな局所的電流が生じたりしても、導電シールドが一体化になっていれば、損傷しきい値超の電圧乃至電流等、通常時稼働条件より厳しい条件に起因するコンポーネント損傷をかなりの程度避けうるからである。いずれにせよ、インクジェットプリンタコンポーネントとマイクロプラズマ等の電気的雑音源との間に導電シールドを差し挟むことで、その種のコンポーネントでよく使用される電気回路、例えばＣＭＯＳ回路等の電気回路乃至微細電子回路のように繊細なものを含む種々の電気回路を、ほぼ全て、その雑音源に発する電気的雑音から効果的に保護することができる。
【００７５】
導電シールド１５０は、その接続抵抗値が１０Ω未満となるよう接地等の基準電位源に導通接続することができる。その接続に使用できる手法も幾つか知られている。しかし、シールド１５０をあらゆる基準電位源から切り離し、電気的雑音源の電位に従動させるようにした方がよい場合もある。この手法のことを、本件技術分野では電圧フロートと呼んでいる。例えば、接地されておらず電圧フロートしている電気回路をプラズマに曝すと、その回路の電位はフロート電位となる。フロート電位とは、プラズマに対するフロート接触でそのプラズマから取得する電荷量が差し引き０となる電位のことである。こうした場合、もしシールド１５０を接地してしまうと、シールド１５０との間に生じる大きな電位差が原因でその回路が損傷してしまうことがある。従って、そうした繊細な回路がマイクロプラズマ等の電気的雑音源に対し曝露される場合は、シールド１５０を電圧フロートさせるべきである。これは、接地されている物体とプラズマとの間の電位差に比べ、電圧フロートしている物体とプラズマとの間の電位差は顕著に小さく、従ってその物体に射突してくるイオンのエネルギがかなり小さくなるからである。特に、容量結合性交流放電の場合、印加電圧の半周期中に、プラズマ電位が数百Ｖもの高電圧まで上昇していく。そうした場合でも、シールド１５０及びそれにより遮蔽されるべき回路を電圧フロートさせることで、プラズマとシールド１５０乃至回路との間の電位差を、プラズマ電位とフロート電位の差に等しい値に保つことができる。その値は通常は１０Ｖオーダである。
【００７６】
更に、マイクロプラズマの用途によっては、マイクロプラズマ・インクジェットプリンタコンポーネント間に介在する導電シールドだけでなく、そのコンポーネント自体も電圧フロートさせた方がよい場合がある。電圧フロートしている導電シールドの方がマイクロプラズマに近いので、イオンがそのシールドの表面に射突しそこでエネルギが吸収されることになるからである。即ち、イオンのエネルギのうち、並進運動に係る運動エネルギの形態をとらないもの、例えばそのイオン種に係るイオン化ポテンシャルの形態をとるものを、イオン射突先シールド面で吸収させることができる。また、導電シールドの配設やインクジェットプリンタコンポーネントとの一体化は、本来、そのコンポーネントの動作上の信頼性を向上させることを目的としたものであるが、ご理解頂けるようにそれ以外の機能を導電シールドに担わせることもできる。例えば、何らかの電気回路を使用して電極を駆動しコンポーネントの近くでマイクロプラズマを発生させる場合、コンポーネント上の繊細部分を保護して動作上の信頼性を向上させるという本来の機能に加え、補助電極としての機能も担わせることができる。
【００７７】
図１６に、複数個ある電極１６２と導電シールド１６４の間に誘電体層１６０を差し挟んだ例を示す。この例では、それら電極１６２、誘電体層１６０及びシールド１６４が、ノズルプレート１６６上にある１個又は複数個のノズルボア１６８の近くに位置することとなるようノズルプレート１６６と一体化されている。そのノズルプレート１６６は、マニホルド１６９と共に、インクジェットプリンタコンポーネントたるインクジェットプリントヘッドを構成している。このように誘電体層を一体化させると電極群が導電シールドから電気的に絶縁されるため、導電シールドに導通させないようにしつつそれらの電極に電圧を印加すること、ひいてはインクジェットプリンタコンポーネントの近くでマイクロプラズマを発生させることができる。なお、導電シールドとしては、金、銅、アルミニウム、タンタル等、導電性のある金属で形成されているものや、シリコン、ポリシリコン等に燐、硼素等をドーピングした高ドープド半導体で形成されているものや、例えば導電性のあるドープドシリコンカーバイドで形成されているものや、例えば導電性のあるドープドダイアモンド様カーボンで形成されているものを、好適に使用することができる。酸化インジウム錫、弗素ドープド酸化錫、アルミニウムドープド酸化亜鉛等、導電性のある酸化物も使用することができる。
【００７８】
図１５を参照して説明した通り、この導電シールドは、接地等の基準電位源に接続することができるほか、あらゆる基準電位源から切り離して電圧フロートさせ、周囲の電気的雑音源によって誘起される電位を取得する構成にすることができる。また、インクジェットプリンタコンポーネントに一体化させた複数個の電極を電気的に駆動しマイクロプラズマを発生させる手段、それらの電極を電気的に駆動する回路、それらの電極の寸法及び形状等々は、本発明の実施に当たり、プラズマ生成の分野で既知のあらゆる手段乃至回路構成としまた様々な寸法及び形状にすることができる。
【００７９】
インクジェットプリンタコンポーネントに複数個の電極を一体化させるに当たっては、その電極を裸で使用することも、前述の如く様々な素材でコーティングし又はそれに埋め込むことも、或いは一方向以上の方向に沿って長尺な形状にすることもできる。また、ご理解頂けるように、図１６に示した一体化電極に対する気体流の供給も、図５を参照して先に説明したものと同様の手法で行うことができる。例えば、図１６に示した構成では、誘電体層１６０上にある一体化電極１６２の近くでマイクロプラズマが発生する。マニホルド１６９内を大気圧より高い圧力又は低い圧力に保つことで、そのマイクロプラズマの近くを流れる気体に影響を及ぼすことができる。
【００８０】
図１７に、複数個ある長尺電極１７０とノズルプレート１７２の間に誘電体層１７８及び導電シールド１７９を差し挟んだ別例を示す。この構成では、ノズルボア１７４ののうち１個又は複数の近くに位置することとなるよう、それらの長尺電極１７０がノズルプレート１７２の表面に一体化され、またそのプレート１７２がマニホルド１７６に固定されている。
【００８１】
この図の構成では、インクジェットプリンタコンポーネントに一体化されている長尺電極１７０のうち幾つかが主電極、主電極間に位置している残りの長尺電極が補助電極として使用されている。図示例では、更に、電極１７０と電極１７０とで挟まれた空間内にノズルプレート１７２上のノズルボア１７４が位置するよう、それらの電極１７０が配置されている。この図には、また、電極１７０を駆動しコンポーネントの近くでマイクロプラズマを発生させる回路の構成も例示されている。ご理解頂けるように、電極駆動用の電気回路は、前述の如く導電シールドを利用する構成を含め、様々な構成にすることができる。
【００８２】
図１８ａに、ある方向に沿って各複数個の導電層１８０及び誘電体層１８２を交互配列した電極アセンブリの例を示す。図示例では、導電層１８０及び誘電体層１８２の配列方向が、インクジェットプリンタコンポーネントたるガター１８４の表面に対し平行な一方向に沿っている。図示例では、更に、その導電層１８０から１個置きに都合複数個を主電極、残りの複数個即ち主電極間に位置するものを補助電極とし、それらを電気的に駆動している。即ち、導電層１８０のうち主電極に対しては電源１８５から同時並行的に給電する一方、残りの導電層１８０即ち補助電極は電源１８５の接地端子への接続等で接地させている。前述の如く、電源１８５は直流電源でも交流電源でもよい。主電極群及び補助電極群を形成している導電層１８０同士の間隔は、そのインクジェットプリンタにおけるノズル間隔等、搭載先プリンタの主要寸法に応じた寸法にするのが望ましい。
【００８３】
図１８ｂに、誘電体層を挟み交互配置されている複数個の導電層のなかから隣り合うもの同士を選ぶことで都合複数個の主電極補助電極対１８６を形成し、更に各電極対１８６を電気的に駆動するための電源を個々別々の直流又は交流電源１８８とした例を示す。ご理解頂けるように、こうした構成は様々な周波数で稼働させることができる。例えば、個々の電源１８８で互いに別の周波数を発生させ、その周波数で対応する電極対１８６を稼働させることで、その周波数に応じた特性のマイクロプラズマを、隣り合う複数個の部位で銘々に発生させることができる。加えて、誘電体層は、導電層同士を分離するスペーサとして働けばよいので、不連続部分があっても支障はなく、固体である必要もないので、その大部分を中空にすることができる。
【００８４】
図１９ａ〜図１９ｅに、マイクロプラズマ発生用電極の形状例を幾つか示す。但し、マイクロプラズマ発生用電極の形状はこれらの形状に限られない。他形状であっても、図１３〜図１７に示したインクジェットプリンタコンポーネントへの一体化は可能である。
【００８５】
まず、図１９ａに示した例では開裂付リング電極１９０及びコネクタ乃至伝送線１９１を使用している。図１９ｂに示した例では、櫛形構造を有する主電極１９３の突出部分と補助電極１９５との間にギャップ１９７を発生させている。ギャップ１９７の位置は、図示しないインクジェットプリンタコンポーネント上でアレイをなしているノズルボア１９８の上方である。図１９ｃに示した例では、主電極１９３の尖鋭部分と補助電極１９５の尖鋭部分との間にギャップ１９７を発生させている。ギャップ１９７の位置は、ノズルボア（群）１９８の上方とすることができる。図１９ｄに示した例では、複数個の幅狭部分が生じるよう主電極１９３，補助電極１９５双方の縁沿いに複数個ずつ突出部分を設け、その幅狭部分をギャップ１９７として使用している。主電極補助電極間への電圧印加で生じる電界はそれらの幅狭部分に集中しやすい。この例でも、ギャップ１９７の位置を、ノズルボア（群）１９８の上方とすることができる。そして、図１９ｅに示した例では、電極上にある複数個の突出部分で、インクジェットプリンタコンポーネント上の特徴部分例えばノズルボア１９８が囲まれるよう、その電極を設けている。
【００８６】
これら、図１９ａ〜図１９ｅに示した主電極及び補助電極は、微細電子回路、微細加工、ＭＥＭＳ製造等の分野で既知の手法、例えば薄膜成長及びパターニングで形成することができる。更に、薄いシートの束に対する型抜き、金属シートに対するパターニング等でも形成可能である。金属シートに対するパターニングには、微細加工の分野でいわゆる当業者にとり既知の様々な手法を使用可能である。その例としては、放電加工等のほか、フォトレジスト及びエッチング液を用いたケミカルエッチングがある。
【００８７】
特に、図１９ａ、図１９ｃ又は図１９ｄに示した形状の電極を使用し、図１８ａ及び図１８ｂに示した電極アセンブリを組み上げる際には、シート状に形成された電極を使用するのが望ましい。図１８ａ及び図１８ｂに示した構造は、電極間分離用の誘電体層を挟み込む等して電極間通電を妨げると共に、それによって形成される主電極補助電極間部位でマイクロプラズマを発生させる構造である。従って、この場合、それら主電極補助電極間部位がインクジェットプリンタコンポーネントの近くに並ぶようにアセンブリを配置し、個々の電極に適宜通電して駆動することで、そのコンポーネントの一表面乃至多表面に対しほぼ平行な面上の略直線に沿い複数本が並ぶ一次元アレイになるよう、マイクロプラズマ群を発生させることができる。
【００８８】
図１９ｂに示した如き櫛形電極を使用した電極アセンブリも、同じく、誘電体層を挟みその電極を複数枚重ね合わせることで、実現することができる。このアセンブリは、二次元アレイになるようマイクロプラズマ群を生成可能であるので、インクジェットプリンタコンポーネント上の特徴部分を多数処理することができる。また、マイクロプラズマへの給電手段によっては、また別の導電構造を電極アセンブリ内に設けた方がよいこともある。例えば、マイクロプラズマが発生するギャップにマイクロ波を導くには、誘電体層又はエアギャップで接地面を電極から分離させることが必要になろう。
【００８９】
インクジェットプリンタコンポーネントの近くでマイクロプラズマを発生させる手段としては、これ以外にも、様々な種類の主電極や補助電極を様々な組合せで使用することができる。一体型でも非一体型でもよい。使用する電極形状の選定は、通常、使用先コンポーネントの形状やそのコンポーネント上の特徴部分の形状に従い行えばよい。
【００９０】
また、従来技術の欄に示した通り、大気圧下でマイクロプラズマを発生させる手段は幾通りか存在している。即ち、使用できる対マイクロプラズマ給電手段、電極構成及び処理気体が複数種類あるので、マイクロプラズマ即ちマイクロスケール放電を大気圧下で発生させるに当たっては、それらから適当な手段、構成乃至気体を選択することができる。適当な組合せの電源、インピーダンス整合装置、電極形状、コンポーネント形状及び処理気体を使用することで、十分安定でアーク化しない大気圧マイクロプラズマを、正規グロー放電方式又は異常グロー放電方式に従い発生させることもできる。これらのグロー放電方式は、個々の部位で発生するプラズマの外観が均質グロー状であり、稼働電圧が絶縁破壊電圧より低く、そしてその電圧電流特性の勾配が無視しうる程小さい値か（正規グロー放電の場合）正の値になる（異常グロー放電の場合）、という特徴を有している。この点については非特許文献６等を参照されたい。グロー放電方式では、タウンゼント方式に比べ低い稼働電圧で大きな電流密度を実現できるため、より高密度のプラズマを得ることができる。更に、グロー放電方式は、電流密度が顕著に高く稼働電圧が低いという特徴のあるアーク方式に比べ安定で、発生する電気的雑音及びそれによる干渉が少ない方式である。
【符号の説明】
【００９１】
８，３０，４２，５２  （インクジェット）プリントヘッド、１０，５６，７４，８６，９６，１０６，１１２，１２４，１３２，１４２，１５４，１６６，１７２  ノズルプレート、１２，９７  マニホルドボア、１４  スロット、１６，７２，８８，９８，１１６，１２８，１３６，１４６，１５６，１６９，１７６  マニホルド、１８，９９，１１４，１２６，１３４，１４４，１５２，１６８，１７４，１９８  ノズルボア、１９，３６，４３  ガター、２０，６６  ガターの流体回収面、２２，６８  流体回収チャネル、２４  流体回収チャネル壁、２６  ドレイン、２８，４０  流体滴偏向器、３２  帯電電極、３４  偏向電極、４４  吸気マニホルド、４６  排気マニホルド、５４，６４，７６，８２，９２，９４，１１０，１２０，１６２，１９６  電極、５８，１８５，１８８  電源、７７  平板コネクタ、７８  開裂付筒状共振電極のギャップ、８４，１２２，１６０，１７８，１８２  （誘電体）コーティング又は層、１０２，１０４  誘電体層付電極、１０８  誘電体層埋込電極群、１３０，１４０，１７０  （一体化）長尺電極、１３８，１４８  駆動回路、１５０，１６４，１７９  導電シールド、１８０  導電層、１８４  インクジェットプリンタコンポーネント、１８６  電極対、１９０  開裂付リング電極、１９１  コネクタ又は伝送線、１９３  パターニングされた主電極、１９５  補助電極、１９７  主電極の突出部分乃至突出部分群で形成される主電極補助電極間ギャップ。
【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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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１３ｃ】
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【図１４】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８ａ】
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【図１８ｂ】
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【図１９ａ】
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【図１９ｂ】
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【図１９ｃ】
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【図１９ｄ】
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【図１９ｅ】
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【国際調査報告】
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