(57)【要約】【課題】外部環境や経時変化に起因する圧電振動子周辺の湿気の増大を効果的に抑制し、特に薄膜圧電振動子の電圧印加時の素子破壊を長期間に渡って防止することができる密閉構造体を備えたインクジェットヘッド及び前記インクジェットヘッドを用いて高い印字品質を長期的に安定的に得ることができるインクジェットヘッド式記録装置を得ること。【解決手段】インクジェットヘッドベース１７は、絶縁性樹脂製板材からなりその側面を無電解めっき皮膜に電解めっき皮膜を積層した２層のめっき皮膜１８で被覆し、低透湿性を確保している。密閉構造体は、このインクジェットヘッドベース１７の下端開口端面を内部にヘッド本体部１３を収容するようにヘッド基板１上に接着固定し、内部に乾燥剤２０を封入した状態で、その上端開口を封示キャップ２１で密閉する構成である。これによって、ヘッド本体部１３が備える圧電振動子周辺での湿気の増大が抑制される。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル板に形成される複数のノズルと１対１の関係で対応するノズルに吐出するインク液を収容する複数の圧力室、前記複数の圧力室に共通の構成部材であって少なくとも上面が共通電極として作用する振動板、前記振動板の上面において前記複数の圧力室と１対１の関係で対応する領域毎に形成された圧電振動子及び当該圧電振動子の上面に形成された個別電極を備えるヘッド本体部を密閉構造体で封止するようにしたインクジェットヘッドであって、
前記密閉構造体は、
上下端が開口している直方体枠体の各側壁が絶縁性樹脂製板材で構成され、前記の各絶縁性樹脂製側壁の少なくとも外側面を無電解めっき皮膜に電解めっき皮膜を積層した２層の金属皮膜で被覆したインクジェットヘッドベースであって内部に前記ヘッド本体部を包み込んで下端開口端面が前記ノズル板を固定するヘッド基板に接着されるインクジェットヘッドベースと、前記インクジェットヘッドベースの上端開口を気密に塞ぐ封止キャップとで構成され、内部の密閉空間には乾燥剤が封入されている
ことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記２層の金属皮膜は、それぞれ、ニッケルや銅、クロムなどのめっき皮膜であ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。
【請求項３】
前記電解めっき皮膜は、膜厚が少なくとも１μｍ〜２μｍの範囲であることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記封止キャップは、金属製であ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。
【請求項５】
前記封止キャップは、絶縁性樹脂製板材で構成され、前記絶縁性樹脂製板材の少なくとも外側面が無電解めっき皮膜に電解めっき皮膜を積層した２層の金属皮膜で被覆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。
【請求項６】
前記２層の金属皮膜は、それぞれ、ニッケルや銅、クロムなどのめっき皮膜であることを特徴とする請求項５に記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
前記電解めっき皮膜は、膜厚が少なくとも１μｍ〜２μｍの範囲であることを特徴とする請求項５または６に記載のインクジェットヘッド。
【請求項８】
前記インクジェットヘッドベースの一側端外部には、外部から供給されるインク液を蓄えるインク室が取り付けられ、
前記ヘッド基板には、前記インク室のインク液を前記ヘッド本体部内の前記各圧力室に連通する共通インク室に供給するインク流路が設けられている
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。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一つに記載のインクジェットヘッドを搭載したことを特徴とするインクジェット式記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インク液滴の吐出手段として圧電振動子を用いるインクジェットヘッド及び前記インクジェットヘッドを装備するインクジェット式記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット式記録装置が装備するインクジェットヘッドは、数十ミクロン径の多数のノズル孔を開設したノズル板、前記各ノズル孔に連通する圧力室、前記圧力室にインクを供給するための共通液室、及び前記圧力室内に圧力を発生させる手段を主な構成要素として備え、前記圧力室内に圧力を発生させる手段を駆動して前記の多数のノズル孔を通して数十ピコリットルのインク液滴を紙などの記録媒体に向かって吐出することによって印刷を行うようになっている。
【０００３】
前記圧力室内に圧力を発生させる手段・方式には、発熱素子によるジュール熱によって圧力室内に気泡を発生させるサーマル方式と、圧電効果を呈する圧電振動子によって圧力室を変形させるピエゾ方式とがある。
【０００４】
そのうち、ピエゾ方式で用いる圧電振動子には、鉛チタン酸化物（ＰＴ）、鉛チタンジルコニウム酸化物（ＰＺＴ）や、ＰＺＴにマグネシウム、マンガン、コバルト、鉄、ニッケル、ニオブ、スカンジウム、タンタル、ビスマスなどを添加したものなど、高い圧電定数を有した圧電材料が用いられる。
【０００５】
ところで、ピエゾ方式を採用するインクジェット式記録装置では、一層精細・高密度な印字を実現するために、ノズル孔、圧力室、圧力室上部に設置する圧電振動子の配置密度を高める必要があるので、圧電振動子の面積を小さくすることが要求され、また、膜厚をできるだけ薄くすることも要求されている。
【０００６】
この場合、焼成技術によって所定面積の圧電振動子を形成する場合は、まず基材全体に圧電膜を形成した後、フォトリソ工法によってレジストパターンを形成し、レジストの無い部分の圧電膜をエッチング除去する方法が用いられるが、このフォトリソ工法では、原理的にその対象物の膜厚以下に精度良くパターニングを行うことは困難であり、作製できる圧電振動子の膜厚は数十μｍが限界で、それ以下の膜厚を作製することは困難である。
【０００７】
しかし、スパッタリングやＣＶＤ等の薄膜技術を用いた方法では、容易に数μｍ程度の圧電振動子を作製することが可能である。また、薄膜技術を使えば、圧電振動子の形成から振動板、電極等の形成まで一連のプロセスで実現できるので、量産的にも優位性を有している。したがって、高密度記録を目指すには、焼結技術にて作製された圧電振動子を利用するよりは、スパッタリング等の薄膜技術にて作製された薄膜圧電振動子を利用する方が有利といえる。
【０００８】
一方、ピエゾ方式を採用するインクジェット式記録装置では、圧電振動子に数百キロＶ／ｃｍ程度の電界を印加して歪みを与え、圧力室に圧力を発生させ、その力を利用してインク液滴を吐出するが、大気中において圧電振動子に電圧を印加した場合、大気中の水分が電極や圧電振動子に悪影響を与え、駆動電極間のリーク電流が増加しやすくなり、ついには絶縁破壊に至るという問題を抱えている。
【０００９】
この水分の影響は、高温高湿の環境下で顕著に起き易く、輸送中の外部環境の変化によってもその影響は大きい。これら水分による圧電振動子劣化の問題を解消する方法の一つとして、圧電振動子の膜厚を厚くする方法がある。圧電振動子の膜厚を厚くすると、駆動電極間の間隔が広くなるので、相対的に単位長さ当たりの電圧負担割合が小さくなり絶縁破壊が起こり難くなる。また、膜厚は厚い方が、絶縁破壊に至るまでの水分と圧電振動子との反応時間を長く稼ぐことができ、結果的に長期間の信頼性を得ることができる。しかし、この圧電振動子の膜厚を厚くする方法は、前記したように高密度記録に対しては妨げとなり、根本的な解決策とは言いがたい。
【００１０】
そこで、従来では、性能及び信頼性を共に満足させ得る方法として、水分の圧電振動子へのアタックを防ぐ目的の封止方法が種々提案されている（例えば特許文献１〜３等）。即ち、（特許文献１）では、乾燥した流体を圧電振動子が形成された流路基板と封止キャップ内で作る空間に封入する方法が開示されている。また、（特許文献２）では、乾燥剤と発熱手段とを圧電振動子を含んだ密閉空間に封入する方法が開示されている。さらに、（特許文献３）では、封止方法ではないが、圧電振動子に乾燥気体を供給し続け、圧電振動子が動作する環境の雰囲気を一定以上の露点で保つことで水分の影響を排除する方法が開示されている。なお、（特許文献４）では、水分の影響を除去することが目的ではないが、振動や騒音を低減する試みとしてヘッド駆動部とヘッドケースとの間の空間にシリコーン系またはエポキシ系材料を充填したインクジェット記録ヘッドが提案されている。
【特許文献１】特開平１０−３０５５７８号公報
【特許文献２】特開平１１−３００９５７号公報
【特許文献３】特開２００４−３２２６０５号公報
【特許文献４】特許第３３５９６４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、薄膜技術を利用した作製した薄い膜厚の薄膜圧電振動子は、非常に微量の水分の影響を受けて絶縁破壊を起こしてしまうが、この水分量と薄膜圧電振動子の絶縁破壊との関係について詳細に調べた結果、薄膜圧電振動子を動作させる周囲の環境として、露点で−３０℃以下の状態に保持しなければ、絶縁破壊の発生を完全に抑えることは不可能であることを見出した。
【００１２】
この観点から上記（特許文献１〜３）にて提案されている封止方法を検討すると、この従来の封止方法では、この露点−３０℃以下の環境を長期間保つことはできず、最終的に絶縁破壊が起きてしまうので、長期信頼性に関して十分なインクジェットヘッドを提供できるとは言い難い。つまり、このインクジェットヘッドを搭載した記録装置は、製品寿命が短いものになってしまう。また、上記（特許文献１〜３）にて提案されている封止方法には、その他にも問題がある。
【００１３】
具体的に言えば、（特許文献１）に開示されている方法では、外部環境を十分考慮して低湿度の環境下で封止を行えば乾燥流体を封入したことになるので、封止初期は水分の影響を完全に取り除くことはできるが、封止キャップを接続している接着樹脂から時間の経過と共に水分が浸入し初期の状態を保てなくなる。水分透湿率の低い樹脂を採用することで水分の透過量を低減できるが、樹脂の水分透過率を完全にゼロとすることは不可能である。
【００１４】
また、（特許文献２）に開示されている方法は、（特許文献１）に開示されている方法と比べると、浸入した水分を乾燥剤にて除去できるので、その分長期間の信頼性を確保できる。しかし、乾燥剤と発熱手段との併用となるので、構造が複雑化してしまう。また、封止する空間も実際の適用では制限を受けるので、封入する乾燥剤にも量的な制限が加わる。その結果、得られる信頼性にも時間的な制限が加わることになる。
【００１５】
さらに、（特許文献３）に開示されている乾燥流体を圧電振動子に流し続ける方法では、乾燥気体を作り出す設備が新たに必要となり、小型化には不向きである。このようにこれまでに提案された方法では、高信頼性、低コスト、小型化の全ての要求を満足できるインクジェットヘッドを実現することは困難である。
【００１６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、外部環境や経時変化に起因する圧電振動子周辺の湿気の増大を効果的に抑制し、特に薄膜圧電振動子の電圧印加時の素子破壊を長期間に渡って防止することができる密閉構造体を備えたインクジェットヘッド及び前記のインクジェットヘッドを用いて高い印字品質を長期的に安定的に得ることができるインクジェットヘッド式記録装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上述した目的を達成するために、本発明は、ノズル板に形成される複数のノズルと１対１の関係で対応するノズルに吐出するインク液を収容する複数の圧力室、前記複数の圧力室に共通の構成部材であって少なくとも上面が共通電極として作用する振動板、前記振動板の上面において前記複数の圧力室と１対１の関係で対応する領域毎に形成された圧電振動子及び当該圧電振動子の上面に形成された個別電極を備えるヘッド本体部を密閉構造体で封止するようにしたインクジェットヘッドであって、前記密閉構造体は、上下端が開口している直方体枠体の各側壁が絶縁性樹脂製板材で構成され、前記の各絶縁性樹脂製側壁の少なくとも外側面を無電解めっき皮膜に電解めっき皮膜を積層した２層の金属皮膜で被覆したインクジェットヘッドベースであって内部に前記ヘッド本体部を包み込んで下端開口端面が前記ノズル板を固定するヘッド基板に接着されるインクジェットヘッドベースと、前記インクジェットヘッドベースの上端開口を気密に塞ぐ封止キャップとで構成され、内部の密閉空間には乾燥剤が封入されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、密閉構造体の主な構成要素であるインクジェットヘッドベースの各絶縁性樹脂製側壁を被覆する２層の金属皮膜は、本発明の発明者の知見に基づく透湿性の低い皮膜であり、表面の水分を拡散させる性質を有する絶縁性樹脂製側壁であってもその外表面から内表面への拡散による水分の侵入を極力低減させることができる。したがって、密閉構造体は、内部に収納したヘッド本体部が備える圧電振動子に影響を与える水分を乾燥剤に捕獲、除去させると同時に、乾燥剤に到達する水分の量を極力低減させて乾燥剤が長期間働けるようにするので、外部環境や経時変化に起因する圧電振動子周辺の湿気の増大を効果的に抑えることができ、特に水分の影響を受け易い薄膜圧電振動子であっても電圧印加時の素子破壊を長期間に渡って防止できるようになる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、特に水分の影響を受け易い薄膜圧電振動子であっても電圧印加時の素子破壊を長期間に渡って防止することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に図面を参照して、本発明にかかるインクジェットヘッド及びインクジェット式記録装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２１】
本発明にかかるインクジェットヘッドは、上記したように、ヘッド本体部を密閉構造体で封止した構成であるが、この実施の形態では、理解を容易にするため、まず、ヘッド本体部について説明し（図１〜図４）、その後、密閉構造体について説明する（図５〜図８）。
【００２２】
図１は、本発明の一実施の形態による密閉構造体装着前のインクジェットヘッドニットの外観構成を示す斜視図である。図２は、図１に示す２つの実装部と２つのＦＰＣとの関係を示す主走査方向断面図である。図３は、図１に示す実装部の外観構成を示す斜視図である。図４は、図３に示すＩ−Ｉ線矢視断面図である。
【００２３】
図１において、ヘッド基板１の一方の片面に載置固定されるノズル板６には、多数のノズル孔が副走査方向Ｙに沿って列状に開設された４つのノズル列１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが主走査方向Ｘに所定間隔を置いて形成されている。したがって、ヘッド基板１にも同様に対応するノズル列が形成されている。インク液滴は、これらのノズル孔からヘッド基板１の他方の片面が対向する方向に向けて吐出される。
【００２４】
４つのノズル列１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄのうち、隣接するノズル列１ａ，１ｂ及びノズル列１ｃ，１ｄは、それぞれ対をなすノズル列として狭い間隔を置いて配置され、ノズル列１ｂとノズル列１ｃとの間は比較的広い間隔となっている。このノズル列１ｂとノズル列１ｃとの間に、ノズル列１ａ，１ｂ用の実装部２ａと、ノズル列１ｃ，１ｄ用の実装部２ｂとが配置されている。実装部２ａ，２ｂは、それぞれ例えば図３及び図４に示すように、振動板１１、圧力室９及び圧電振動子１６などを備えた構造となっている。
【００２５】
要するに、インクジェットヘッドユニットは、ヘッド基板１の上面に実装部２ａ，２ｂを搭載し、下面にノズル板６を搭載した構成である。このインクジェットヘッドユニットの実装部２ａ，２ｂは、フレキシブル配線基板（ＦＰＣ）３ａ，３ｂを介して図示しないインクジェット式記録装置の印刷制御部に接続される（図２参照）。
【００２６】
図１に示す例では、ＦＰＣ３ａ，３ｂは、理解を容易にするため共に同方向に並んで配線されているが、配線態様は接続相手との関係で定まる。図２に示すように、ＦＰＣ３ａ，３ｂ上の伝送路途中には、ドライバ４ａ，４ｂがそれぞれ配置されている。
【００２７】
ドライバ４ａ，４ｂは、図示しないインクジェット式記録装置の印刷制御部から駆動信号を受けて図３、図４に示す圧電アクチュエータ１２（ａ〜ｄ）の個別電極１５と共通電極１１とに吐出信号を印加し、対応する圧電振動子１６に圧電効果による変位を起こさせる。共通電極を兼ねる振動板１１のうち、変位を起こした圧電振動子１６の配置位置直下の領域箇所が対応する圧力室９（ａ〜ｄ）の容積を小さくする方向に変位して圧力を上昇させるので、当該圧力室９（ａ〜ｄ）内のインクが対応するノズルからインク液滴として吐出されるという動作が行われる。
【００２８】
次に、実装部２ａ，２ｂは、それぞれ図３に示すように、ノズル板６と対向するヘッド基板１の上面側に積層配置されるインク流路形成部材８、圧力室形成部材１０、共通電極（振動板）１１、圧電振動子１６、個別電極１５で構成される。
【００２９】
即ち、図３において、ヘッド基板１上には、所定肉厚のインク流路形成部材８が主走査方向Ｘと副走査方向Ｙとに跨って載置されている。このインク流路形成部材８内には、副走査方向Ｙに跨る多数の共通インク室７（ａ〜ｄ）が主走査方向Ｘに所定間隔を置いて形成されている。また、共通インク室７（ａ〜ｄ）の間に、ノズル板６に設けたノズル列１ａの各ノズル孔と連通するインク流路５が形成されている。
【００３０】
図３では、ノズル板６に設けたノズル列１ａのみが示されているが、ノズル列１ｂに対するインク流路も同様に設けられている。つまり、図３では、ノズル板６に設けたノズル列１ａ（１ｃ）に関わる部分が示され、ノズル板６に設けたノズル列１ｂ（１ｄ）に関わる部分は省略されている。
【００３１】
そして、インク流路形成部材８の上面には、所定肉厚の圧力室形成部材１０が主走査方向Ｘと副走査方向Ｙとに跨って載置されている。この圧力室形成部材１０内には、上端を開口し主走査方向Ｘに長尺な溝を持つ複数の圧力室形成用凹部が形成され、それらの圧力室形成用凹部の上端開口部が振動板１１によって共通に塞がれることで、個別の閉じた圧力室９が形成される。各圧力室９は、例えば、平面上に千鳥状に配設される形で設けられている。各圧力室９は、対応する共通インク室７からインクの供給を受けて収容し、対応するインク流路を介して対応するノズル列のノズル孔と連通している。
【００３２】
この振動板１１の上面に、圧電アクチュエータ１２が各圧力室９と１対１の関係で設けられる。図４では、副走査方向Ｙに並ぶ４つの圧力室９（ａ〜ｄ）に対する４つの圧電アクチュエータ１２（ａ〜ｄ）を示すが、図４に示すように、振動板１１は、例えば、導電性を有する厚さ３〜５μｍ程度のＣｒ（クロム）板からなり、圧力室９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄを塞ぐように圧力室形成部材１０の上面に接着剤１４で接合される。
【００３３】
圧電アクチュエータ１２（ａ〜ｄ）は、この振動板１１を共通電極とし、この振動板１１の上面における圧力室９（ａ〜ｄ）の直上位置に圧電振動子１６を設け、その上に個別電極１５を設けた構成である。図３では、図示を省略したが、これらの圧電アクチュエータ１２の配置面の上部に、共通電極１１と個別電極１５とが接続されるＩＣチップが配置される。
【００３４】
圧電振動子１６は、ＰＺＴ（ジルコル酸チタン酸鉛）など圧電効果を呈する強誘電体膜である。また、個別電極１５は、ＰｔやＩｒ−Ｔｉなどによる導電体膜である。圧電振動子１６及び個別電極１５の厚さは、振動板１１との応力バランスや振動板１１及び圧電アクチュエータ１２のトータルの厚さ等を考慮して決定されるが、一例を示すと、圧電振動子１６の厚さは、例えば、１〜１０μｍ、より好ましくは、３〜５μｍであり、個別電極１５の厚さは、例えば、０．１〜０．５μｍである。
【００３５】
さて、この実施の形態では、以上のように構成されるインクジェットヘッドユニットにおけるヘッド基板１及び実装部２ａ，２ｂの全体を密閉構造体内に閉じ込めて（図５〜図８）、圧電振動子１６の外周囲から湿気を排除するようにしている。即ち、ヘッド基板１及び実装部２ａ，２ｂの全体をヘッド本体部と呼称している（図７参照）。以下、図５〜図８を参照して説明する。
【００３６】
なお、図５は、図１に示すインクジェットヘッドユニットに組み付ける密閉構造体の主な構成要素であるインクジェットヘッドベースの構成を示す副走査方向断面図である。図６は、図５に示すインクジェットヘッドベースの主走査方向断面図である。図７は、密閉構造体を組み付けた図１に示すインクジェットヘッドの構成を示す副走査方向断面図である。図８は、図７に示すインクジェットヘッドの主走査方向断面図である。
【００３７】
図５、図６において、この実施の形態によるインクジェットヘッドベース１７は、上下端を開口した直方体枠体の各側壁を絶縁性樹脂製板材で構成し、その絶縁性樹脂製側壁の例えば両面をめっき皮膜１８で被覆したものである。めっき皮膜１８は、後述するように本発明の発明者の知見に基づく透湿性の低い２層の金属皮膜であり、具体的には、無電解Ｎｉめっき皮膜の上に電解Ｎｉめっき皮膜を積層した構成となっている。そして、インクジェットヘッドベース１７の長手方向一端にインク室１９が取り付けられている。
【００３８】
図７、図８に示すように、この実施の形態による密閉構造体は、めっき皮膜１８付きのインクジェットヘッドベース１７の内部にヘッド本体部１３の要部を収容するように、下端開口端面をヘッド本体部１３の要部周囲上に気密性を保持して接着固定し、ヘッド本体部１３に一端が接続されるＦＰＣ３の他端はインクジェットヘッドベース１７の上端開口から取り出されるが、内部に乾燥剤２０を封入した状態で、その上端開口を封止キャップ２１でＦＰＣ３の出口の気密性を保持して密閉する構成になっている。
【００３９】
同時に、インク室１９もインクジェットヘッドベース１７と一体となってヘッド本体部１３の要部を囲む一端側に設定される。インク室１９の上端にはインクチューブ２２の一端が接続され、インクチューブ２２の他端は図示しないインク供給部に接続されている。図７では概念的に示してあるが、インク室１９がヘッド本体部１３の一端側に設定されると、インク室１９の下端に設けてあるインク取り出し口がヘッド本体部１３の下端側に設けてあるインク流路２３と連通する。このインク流路２３は、ヘッド本体部１３内の共通インク室７と連通している。
【００４０】
次に、めっき皮膜１８のめっき工程と図７に示すインクジェットヘッドユニットの製造工程と詳細を説明する。
【００４１】
まず、図５に示すインクジェットヘッドベース１７の側壁を構成する絶縁性樹脂製板材の内外表面に金属皮膜を形成させる目的で、絶縁性樹脂製板材をクロム酸によるエッチング処理後、中和処理・乾燥を行い、内外表面にアンカー効果による密着性に有効な凹凸を形成する。
【００４２】
具体例を示すと、絶縁性樹脂製板材に変性ＰＰＯ（日本ＧＥプラスチック製）を用い、クロム酸溶液にＣｒＣｏ3を４００［ｇ／Ｌ］、硫酸を４００［ｇ／Ｌ］の混合溶液で７０℃で３分間熱処理を行い、中和処理にエンプレートＭＬＢ−７９１Ｍ（メルテックス製）で６０℃で３分間熱処理を行った。
【００４３】
次に、上記の前処理を行った図５に示すインクジェットヘッドベース１７の側壁を構成する絶縁性樹脂製板材の内外表面に無電解Ｎｉめっき皮膜を形成するために、コンディショニング（触媒付与促進）、プレディップ、触媒付与、反応促進、無電解Ｎｉめっきを順次行い、その後、電解Ｎｉめっきを行う。
【００４４】
具体例を示すと、コンディショニングにエンプレート  プロモーター８４５（メルテックス製）で６０℃で１分間、プレディップにエンプレート  ＰＣ−２３６（メルテックス製）で室温２分間、触媒付与にエンプレート  アクセレレーター８６０（メルテックス製）で室温３分間、反応促進にエンプレート  アクチベーター４４０（メルテックス製）で室温１分間、無電解ＮｉめっきにエンプレートＮＩ−５２６（メルテックス製）で６０℃で５分間（１μｍ）、電解ＮｉめっきにメルブライトＥＦ−２２０１（メルテックス製）で６０℃２［Ａ／ｄｍ2］、２５分間、続いて、水洗・乾燥処理を行った。
【００４５】
これによって、無電解Ｎｉめっき皮膜は厚さ１μｍが得られ、電解Ｎｉめっき皮膜は厚さ８．５μｍが得られたので、めっき皮膜１８として都合９．５μｍ厚のＮｉめっき皮膜が得られた。このとき、インク室１９に、めっき皮膜１８が形成されないように、上下の入り口をマスクして行った。
【００４６】
次に、以上の工程で得られためっき皮膜１８付きのヘッドベース１７の内部にヘッド本体部１３を収納する形で、下端開口端をヘッド基板１上にエポキシ接着剤で固定し、乾燥剤を入れ、アルミ製の封止キャップ２１をヘッドベース１７の上端開口端内に押し込んで蓋をし、封止キャップ２１とヘッドベース１７の上端開口端内周面とをエポキシ接着剤で封止し、図７に示すインクジェットヘッドユニットを組み立てる。
【００４７】
ここで、インクジェットヘッドベース１７を主要素とする密閉構造体に求められる封止機能は、内部に収納したヘッド本体部１３が備える圧電振動子１６に影響を与える水分を乾燥剤２０に捕獲、除去させる同時に、乾燥剤２０が長期間働けるように、絶縁性樹脂製側壁の外表面から内表面への拡散による水分の侵入を極力低減させ、乾燥剤２０に到達する水分の量を極力低減させ得る機能である。本発明の発明者の知見に基づき構成しためっき皮膜１８は、このような封止機能への要求に応える構成となっている。以下、めっき皮膜１８について詳細に説明する。
【００４８】
絶縁性樹脂材は、成型や加工が容易なことから種々の筐体や機能部品等に広く使用されている。この絶縁性樹脂材は、有機材料であるので、種類によっては水分の透過性の低いものもあるが、表面に付着した水分を拡散させる性質を有することからこの絶縁性樹脂製板材を用いて密閉構造体を形成しても、絶縁性樹脂製側壁の外表面から内表面への拡散による水分の侵入をゼロにすることはできない。
【００４９】
この場合、水分の侵入をゼロにすることができない絶縁性樹脂製板材を用いた密閉構造体でもこの絶縁性樹脂製側壁の内外表面を透水性がゼロである金属膜で被覆することにより、封止性能は格段に向上すると予想される。実際、電子部品の分野では、絶縁性樹脂材を無電解めっき皮膜で覆うことにより耐湿性を向上させた例が知られている。
【００５０】
そこで、このように絶縁性樹脂製板材を無電解めっき皮膜で覆う方法が、本発明における絶縁性樹脂製板材を用いた密閉構造体に適用して上記の要求を満たすか否かを確認するため、絶縁性樹脂製板材の内外表面に密着性を良好にする凹凸を設け、その中に触媒を担持させて無電解Ｎｉ（ニッケル）めっき皮膜を形成し、その無電解Ｎｉめっき皮膜の厚さを１０μｍまで変化させて透水率の測定を行った。その結果、絶縁性樹脂製板材自体の透水量を数十パーセント程度低減させる程度であり、無電解Ｎｉめっき皮膜では透水性を充分に低減させる効果が小さく、無機材料である金属としての極めて低い透水性を得ることはできないことが解った。
【００５１】
ところが、その無電解Ｎｉめっき皮膜上に電解Ｎｉめっき皮膜を積層することによって透水性を飛躍的に低減できることを見出した。これは、未だ例を見ない方法である。透水性の評価は、乾燥剤を入れた金属容器の蓋を、絶縁性樹脂材単体、絶縁性樹脂材に無電解Ｎｉめっき皮膜のみを積層したもの、無電解Ｎｉめっき皮膜上に電解Ｎｉめっき皮膜を積層して２層としたものの３種類の材質で作製し、その各種材質の蓋を金属容器の開口部にエポキシ接着剤で接着して密閉し、そのような乾燥剤を封入した密閉金属容器を高温高湿槽に入れ、時間経過に対する乾燥剤の重量変化から透水率を算出する方法で行った。
【００５２】
（表１）に、絶縁性樹脂材単体、絶縁性樹脂材に無電解Ｎｉめっき皮膜を積層したもの、無電解Ｎｉめっき皮膜上に電解Ｎｉめっき皮膜を積層したもの、それぞれの透水性の測定結果を比較して示す。
【００５３】
【表１】
2008105216.tif 000003
【００５４】
（表１）に示す「相対透水率」は、各測定値を金属製の蓋によってブランクの透水性を規格化したものである。（表１）では、（１）絶縁性樹脂単体の透水性を１００とすると、（２）〜（４）無電解Ｎｉめっき皮膜のみの場合はその厚さを１μｍ〜１０μｍまで変化させても透水性は８９から５８であるが、（５）〜（６）無電解Ｎｉめっき皮膜に電解Ｎｉめっき皮膜を積層した２層構成の場合は、下地の無電解Ｎｉめっき皮膜の厚さを１μｍとしても電解Ｎｉめっき皮膜の厚さを１〜８．５μｍまで変化させると、電解Ｎｉめっき皮膜の厚さが８．５μｍでも１μｍでも、透水性は２程度まで低減することが示されている。
【００５５】
ここで、絶縁性樹脂製板材の両面に電解Ｎｉめっき皮膜を形成する場合は大きな問題にはならないが、片面に電解Ｎｉめっき皮膜を形成する場合は、電解Ｎｉめっき皮膜の応力により絶縁性樹脂製板材の反りが大きくなってしまうという問題がある。この点に関し、１ｍｍ厚さのノリル製板材の場合は、電解Ｎｉめっきは厚さ２μｍまでが反りを生じない厚さであった。そのため、絶縁性樹脂製板材の厚さにもよるが、電解Ｎｉめっき皮膜の厚さは、１μｍ〜２μｍの範囲に形成するのが好ましいと言える。
【００５６】
図９は、１０μｍ厚の無電解Ｎｉめっき皮膜のみを形成した場合の観察結果を示す断面画像を示す図である。また、図１０は、無電解Ｎｉめっき皮膜１μｍ上に積層した８．５μｍ厚の電解Ｎｉめっき皮膜を形成した場合の観察結果を示す断面画像を示す図である。無電解Ｎｉめっき皮膜は、サブミクロンオーダーの結晶粒子が集まっている。それに対し電解Ｎｉめっき皮膜は、サブミクロン〜ミクロンオーダーの結晶が成長している。無電解Ｎｉめっき皮膜、電解Ｎｉめっき皮膜共に粒界には隙間は認められなかった。
【００５７】
但し、無電解Ｎｉめっき皮膜は、脆いために外部応力によるクラックが入り易いので、そのことが透水性の劣る原因となる可能性もあるが、無電解Ｎｉめっき皮膜の透水性が劣る理由は定かではない。
【００５８】
図１１は、１０μｍ厚の無電解Ｎｉめっき皮膜と、下地に１μｍ厚の薄い無電解Ｎｉめっき皮膜を形成した上に電解Ｎｉめっき皮膜８．５μｍを積層したものの結晶優先配向面の測定結果を示す特性図である。優先配向面の測定は、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ：ＪＥＯＬ社製ＪＤＸ−８０３０）を用いて行った。
【００５９】
無電解Ｎｉめっき皮膜は、非晶質であり（１１１）面のブロードピークが見られた。一方、電解Ｎｉめっき皮膜は、微結晶であり、無電解Ｎｉめっきと比較するとシャープなピークが見られた。結晶子の大きさは、Ｘ線波長、結晶子の大きさによる回折線の拡がり、回折線のブラッグ角からＳｃｈｅｒｒｅｒの式によって求められる。計算の結果、無電解Ｎｉめっきの結晶子サイズは１００Åよりも小さく、電解Ｎｉめっきの結晶子サイズは２００〜３００Åであった。前記断面観察では、ミクロンオーダーの粒子であったが、その内部の結晶子はいずれも微細であった。
【００６０】
（表２）に、１０μｍ厚の無電解Ｎｉめっき皮膜の上に１μｍ厚の無電解Ｎｉめっき皮膜を形成し、その上に８．５μｍ厚の電解Ｎｉめっき皮膜を積層したものの元素分析結果を示す。
【００６１】
【表２】
2008105216.tif 000004
【００６２】
元素分析は、蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ：理学電機工業製  Ｓｙｓｔｅｍ３３７０型）で行った。無電解Ｎｉめっき皮膜は、Ｐを５％程度含有するＮｉ−Ｐめっき皮膜である。また電解Ｎｉめっき皮膜は、Ｐ、Ｓが共に０．１％未満の純Ｎｉめっき皮膜である。
【００６３】
以上のように、めっき皮膜１８としては、一般に用いられている無電解Ｎｉめっき皮膜のみでは、膜厚を厚くしても要求を満たすように水分透過率を大きく低減させることはできないが、理由は定かではないとしても、無電解Ｎｉめっき皮膜上に電解Ｎｉめっき皮膜を積層する２層構成を採用すれば、要求を満たすように水分透過率を極めて低くすることができるのである。
【００６４】
そして、インクジェットヘッドベース１７の上端開口を塞ぐ封止キャップ２１は、上記の製造方法で説明したように金属製でもよいが、絶縁性樹脂製板材で構成し、インクジェットヘッドベース１７に対するめっき皮膜１８のように、２層のＮｉ製皮膜で被覆したものでも、封止キャップ２１での耐湿性は充分に確保できる。
【００６５】
これによって、水分がインクジェットヘッドベース１７及び封止キャップ２１で構成される密閉構造体内の圧電振動子に作用することを防ぐことができ、信頼性を向上させることができる。なお、実験によれば、めっき皮膜１８は、インクジェットヘッドベース１７の外側面だけに設けても要求を満たすように水分透過率を極めて低くすることができることが解っている。したがって、封止キャップ２１も絶縁性樹脂製板材で構成する場合は、同様に、外側面だけを２層のＮｉ製皮膜で被覆することでもよい。
【００６６】
なお、めっき皮膜１８としては、水分の透過率の低い性能を有するものであればよいので、Ｃｕ（銅）やＣｒ（クロム）などの金属皮膜を用いても、上記した耐湿性効果は同様に発揮することができる。この点、封止キャップ２１を絶縁性樹脂製板材で構成する場合も同様である。
【００６７】
次に、図１２を参照して、図７に示すインクジェットヘッドユニットの耐水性に関する優位性を説明する。
【００６８】
図１２は、図７に示すインクジェットヘッドユニットの耐水性のテスト結果を示す図である。図１２では、図７に示すインクジェットヘッドユニットを、めっき皮膜１８を種々に変更して作製し、２５℃で湿度６０％の評価環境下における電圧印加時間（相対値）とリーク電流（相対値）との関係を測定した実機テストの結果が示されている。
【００６９】
図１２において、「実施例１」「実施例２」「実施例３」は、いずれもこの実施の形態に基づき作成した実機によるテスト例である。即ち、「実施例１」は、めっき皮膜１８が、上記のように、厚さ１μｍの無電解Ｎｉめっき皮膜上に、厚さ８．５μｍの電解Ｎｉめっき皮膜を積層した（表１）の（６）に示すケースの特性である。「実施例２」は、めっき皮膜１８が、厚さ１μｍの無電解Ｎｉめっき皮膜上に、厚さ１μｍの電解Ｎｉめっき皮膜を積層した（表１）の（５）に示すケースの特性である。「実施例３」は、インクジェットヘッドベース１７の外側に面した部分以外はマスキングを行ってＮｉめっきが形成されないようにし、インクジェットヘッドベース１７の外側面に厚さ１μｍの無電解Ｎｉめっき皮膜上に、厚さ１μｍの電解Ｎｉめっき皮膜を積層したケースでの特性である。これも（表１）の（５）に示すケースに対応する。
【００７０】
「実施例１」「実施例２」「実施例３」のいずれの場合も、電圧印加時間（相対値）が０．７５を経過した後にリーク電流（相対値）が流れ出すが、そのリーク電流（相対値）の流れ出し方は極めて緩やかな傾斜で増加する特性を示している。そして、リーク電流（相対値）の大きさは、「実施例１」「実施例２」「実施例３」の順に少しずつ大きくなっている。要するに、「実施例１」のケースが最適であることが解るが、「実施例２」や「実施例３」のケースでも状況に応じて適用できることが解る。
【００７１】
一方、「比較例１」「比較例２」「比較例３」は、いずれも従来の技術を適用した実機でのテスト例である。即ち、「比較例１」は、インクジェットヘッドベース１７にＮｉめっき皮膜を施さない（表１）の（１）に示すケースである。「比較例２」は、無電解Ｎｉめっき皮膜の厚さが４μｍであり、電解Ｎｉめっきを施さない（表１）の（３）に示すケースである。「比較例３」は、無電解Ｎｉめっき皮膜の厚さが１０μｍであり、電解Ｎｉめっきを施さない（表１）の（４）に示すケースである。
【００７２】
「比較例１」「比較例２」のケースでは、電圧印加時間（相対値）が０．２５に到達するかなり以前にリーク電流（相対値）が流れ出し、また、「比較例３」のケースでは、電圧印加時間（相対値）が０．２５を経過した後にリーク電流（相対値）が流れ出すが、いずれの場合も、そのリーク電流（相対値）の流れ出し方は極めて急峻な立ち上がり特性を持つことが示されている。
【００７３】
このように、電解Ｎｉめっき皮膜がない従来の技術によるインクジェットヘッドユニットでは、水分がインクジェットベース１７内の圧電振動子に作用し、電極や圧電振動素子を腐食させてしまうので、「比較例１」「比較例２」「比較例３」に示すように、通電時間の経過と共に共通電極１１と個別電極１５との間のリーク電流が急激に増加する。そのため、薄膜圧電振動子では比較的早期に絶縁破壊を起こすことが理解できる。
【００７４】
これに対し、インクジェットベース１７の外側面と内側面の双方または一方を無電解Ｎｉめっき皮膜と電解Ｎｉめっき皮膜とで覆うこの実施の形態によるインクジェットヘッドユニットは、水分がインクジェットベース１７及び封止キャップ２１で構成される密閉構造体内の圧電振動子１６に作用するのを防ぐので、圧電振動子の長命化が図れ信頼性を向上させる。したがって、「実施例１」「実施例２」「実施例３」に示すように、印加電圧時間が長期間に続いても共通電極１１と個別電極１５との間のリーク電流が少なく変化も観察されないので、薄膜圧電振動子であっても電圧印加による素子破壊を長期間に渡って防止することができ、それを用いたインクジェット式記録装置では、一定の変位量で圧力室９を膨張・収縮させるので、長期間に渡って高い印字品質を維持することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
以上のように、本発明にかかるインクジェットヘッドは、圧電振動子の湿気の影響に起因する電圧印加時の素子破壊を長期間に渡って防止するのに有用であり、特に、インクジェット式記録装置に実装して長期間に渡って高い印字品質を維持するのに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の一実施の形態による密閉構造体装着前のインクジェットヘッドユニットの外観構成を示す斜視図
【図２】図１に示す２つの実装部と２つのＦＰＣとの関係を示す主走査方向断面図
【図３】図１に示す実装部の外観構成を示す斜視図
【図４】図３に示すＩ−Ｉ線矢視断面図
【図５】図１に示すインクジェットヘッドユニットに組み付ける密閉構造体の主な構成要素であるインクジェットヘッドベースの構成を示す副走査方向断面図
【図６】図５に示すインクジェットヘッドベースの主走査方向断面図
【図７】密閉構造体を組み付けた図１に示すインクジェットヘッドの構成を示す副走査方向断面図
【図８】図７に示すインクジェットヘッドユニットの主走査方向断面図
【図９】無電解Ｎｉめっき皮膜のみを形成した場合の観察結果を示す断面画像を示す図
【図１０】無電解Ｎｉめっき皮膜上に電解Ｎｉめっき皮膜を積層した場合の観察結果を示す断面画像を示す図
【図１１】無電解Ｎｉめっき皮膜と、下地に薄い無電解Ｎｉめっき皮膜を形成した上に電解Ｎｉめっき皮膜を積層したものの結晶優先配向面の測定結果を示す特性図
【図１２】図７に示すインクジェットヘッドユニットの耐水性のテスト結果を示す図
【符号の説明】
【００７７】
１    ヘッド基板
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ    ノズル列
２（２ａ，２ｂ）    実装部
３（３ａ，３ｂ）    フレキシブル配線基板（ＦＰＣ）
４（４ａ，４ｂ）    ドライバ
５    インク流路
６    ノズル板
７（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ）    共通インク室
８    インク流路形成部材
９（９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ）    圧力室
１０    圧力室形成部材
１１    振動板（共通電極）
１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）    圧電アクチュエータ
１３    ヘッド本体部
１４    接着剤
１５    個別電極
１６    圧電振動子
１７    インクジェットヘッドベース
１８    めっき皮膜
１９    インク室
２０    乾燥剤
２１    封止キャップ
２２    インクチューブ
２３    インク流路
【図１】
2008105216.tif 000005
【図２】
2008105216.tif 000006
【図３】
2008105216.tif 000007
【図４】
2008105216.tif 000008
【図５】
2008105216.tif 000009
【図６】
2008105216.tif 000010
【図７】
2008105216.tif 000011
【図８】
2008105216.tif 000012
【図９】
2008105216.tif 000013
【図１０】
2008105216.tif 000014
【図１１】
2008105216.tif 000015
【図１２】
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