(57)【要約】【課題】高い信頼性を有するインクジェットヘッドユニット及びインクジェット式記録装置を提供すること。【解決手段】供給されたインクを圧力変化により開口部から吐出する圧力室を備えるヘッド本体部と、前記ヘッド本体部における前記圧力室の一面側に設けられて前記圧力室に圧力を付加する圧電振動子と、を備えたインクジェットヘッド基板１と、前記インクジェットヘッド基板１とともに、前記圧電振動子を含む空間を封止して密閉空間を形成する封止部材と、前記密閉空間内において、前記圧電振動子に接する状態で配された親水性の液体９と、を備える。【選択図】図４
2007331319.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給されたインクを圧力変化により開口部から吐出する圧力室を備えるヘッド本体部と、前記ヘッド本体部における前記圧力室の一面側に設けられて前記圧力室に圧力を付加する圧電振動子と、を備えたインクジェットヘッド基板と、
前記インクジェットヘッド基板とともに、前記圧電振動子を含む空間を封止して密閉空間を形成する封止部材と、
前記密閉空間内において、前記圧電振動子に接する状態で配された親水性の液体と、
を備えることを特徴とするインクジェットヘッドユニット。
【請求項２】
前記圧電振動子の表面に保護膜が形成されていることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッドユニット。
【請求項３】
前記圧電振動子の表面に撥水処理が施されていることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッドユニット。
【請求項４】
前記撥水処理がフッ素系材料により施されていることを特徴とする請求項３記載のインクジェットヘッドユニット。
【請求項５】
前記親水性の液体が、アルコール系液体であることを特徴とする請求項１または２記載のインクジェットヘッドユニット。
【請求項６】
前記親水性の液体が、水又はアルコール系液体のうち少なくとも１種類以上を含むことを特徴とする請求項３または４記載のインクジェットヘッドユニット。
【請求項７】
前記親水性の液体に粉末状の乾燥剤が分散されていることを特徴とする請求項１〜６記載のインクジェットヘッドユニット。
【請求項８】
前記粉末状の乾燥剤が、モレキュラーシーブであることを特徴とする請求項７記載のインクジェットヘッドユニット。
【請求項９】
供給されたインクを圧力変化により開口部から吐出する圧力室を備えるヘッド本体部と、前記ヘッド本体部における前記圧力室の一面側に設けられて前記圧力室に圧力を付加する圧電振動子と、を備えたインクジェットヘッド基板と、
前記インクジェットヘッド基板とともに、前記圧電振動子を含む空間を封止して第１の密閉空間を形成する第１の封止部材と、
前記第１の密閉空間の内部に、前記圧電振動子を含む空間を封止して第２の密閉空間を形成する第２の封止部材と、
前記第１の密閉空間と前記第２の密閉空間との間の空間に配された親水性の液体と、
を備えることを特徴とするインクジェットヘッドユニット。
【請求項１０】
前記親水性の液体が、水又はアルコール系液体のうち少なくとも１種類以上を含むことを特徴とする請求項９記載のインクジェットヘッドユニット。
【請求項１１】
前記第２の密閉空間に乾燥剤を備えることを特徴とする請求項９または１０に記載のインクジェットヘッドユニット。
【請求項１２】
請求項１〜１１記載のインクジェットヘッドユニット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、インクジェットヘッドユニット及びインクジェット式の記録装置に関し、特に、圧電振動子によって圧力室を変形させてインクを吐出する方式のインクジェットヘッドユニット及びこのインクジェットヘッドユニットを印字手段として備えた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は、数十ミクロン径の多数のノズル孔を通して数十ピコリットルのインクを紙などの記録媒体に向かって吐出することにより印刷を行っている。そして、インク吐出部は、多数のノズル孔の開いたノズル板、各ノズル孔に通じる圧力室、圧力室にインクを供給するための共通液室、圧力室に圧力を発生させる手段から形成されている。
【０００３】
圧力室に圧力を発生させる方式は２種類あり、１つは、ジュール熱を利用することで圧力室内に気泡を発生させる方式、他の１つは、圧電振動子によって圧力室を変形させる方式であり、要求性能や用途に応じてこれら方式が使い分けられている。
【０００４】
圧電振動子は、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換、あるいは電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換する性能を有しており、この基本構造は圧電体をその厚み方向に２つの電極で挟んでなる積層体である。この圧電振動子に用いる圧電体材料の代表的なものは、ペロブスカイト型結晶構造の酸化物であるチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3）（ＰＺＴ）や、このＰＺＴにマグネシウム、マンガン、ニッケル、ニオブなどを添加したものなどがある。特に、ペロブスカイト型結晶構造の正方晶系ＰＺＴの場合には＜００１＞軸方向（Ｃ軸方向）に、菱面体晶系ＰＺＴの場合には＜１１１＞軸方向に、大きな圧電変位が得られる。
【０００５】
しかし、多くの圧電体材料は、結晶粒子の集合体からなる多結晶体であり、各結晶軸はでたらめな方向を向いている。このため、自発分極Ｐｓもでたらめに配列しており、そのままでは大きな変異量が得られない。
【０００６】
圧電素子の場合には、それらのベクトルの総和が、電界と平行方向になるように結晶構造を制御して作られている。そして、この圧電素子の１つの形態である圧電アクチュエータ（上記積層体に振動板を設ける）においては、両電極間に電圧を印加すると、その電圧の大きさに比例した機械的変位が得られる。
【０００７】
ところで、近年の電子機器の小型化に伴って、圧電素子に対しても小型化が強く要求されるようになってきた。また、同時に、より高い印字品質を求めての高精細化が必要となってきている。従来から多く使用されてきた焼結体を圧電振動子として用いるのではなく、焼結体に比べて著しく体積を小さくすることができる薄膜圧電振動子を用いることでこれら要求を満足させることが可能となる。
【０００８】
その理由は、焼結体で作製された圧電素子の膜厚は数十μｍと薄膜圧電素子の３μｍ程度と比べて厚いため、フォトリソグラフィ技術を用いてのエッチングの精度に限界があるからである。所定のエッチングを精度良く行うには、線幅はその膜厚以下にしなければならず、膜厚の薄い薄膜圧電素子を用いることで精度の高い微細加工が可能となる。薄膜圧電素子、例えば、ＰＺＴ膜を形成する方法としては、スパッタ法やＣＶＤ法、ゾルゲル法などがあり、成膜条件の調節や熱処理条件の工夫によって高性能の薄膜圧電素子が得られるようになってきた。
【０００９】
ところが、上記圧電振動子を湿度の高い雰囲気に長時間さらされた状態で高電圧を印加すると、圧電振動子の電気絶縁性が低下して絶縁破壊が起こる。このような現象は、圧電振動子における信頼性上の大きな問題の１つとされてきた。特に、膜厚が薄いために異物の影響を受け易い薄膜圧電振動子を用いる方が、膜厚の厚い焼結体を圧電振動子に用いるよりも絶縁破壊が起こり易くなる。
【００１０】
そこで、この水分の影響を極力抑え、高い信頼性を確保する方法として、種々の方法が提案されている。例えば、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（例えば、特許文献１参照）、発熱手段を併用して圧電素子を含んだ密閉空間に乾燥剤を封入する方法（例えば、特許文献２参照）、圧電振動子を絶縁性液体が含浸されている保護部材で覆う方法（例えば、特許文献３参照）、などが提案されている。
【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２０００−４３２５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来の封止方法では、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。薄膜圧電振動子は、露点で−４０℃以下の低湿度状態で動作させなければ絶縁破壊の発生を完全に抑えることはできないと言われており、上述した従来の封止方法ではこの露点−４０℃以下の環境を長時間保つことはできず、最終的には絶縁破壊が起きる。そのため、このインクジェットヘッドを搭載した記録装置は、製品寿命が短く、信頼性の乏しいものになる。
【００１２】
乾燥流体を封入する封止方法を開示している（特許文献１）においては、封止初期は水分の影響を完全に取り除くことができるが、長期間その状態を維持することはできない。時間の経過と共に封止キャップを接続している接着樹脂から水分が浸入して来るため、初期の低湿度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することができるが、樹脂の水分透過率を完全に抑えることは難しく、結局は水分の影響を受けることとなり、絶縁破壊が起きてリーク電流が流れる。
【００１３】
（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、進入してきた水分を吸湿剤により除去できるので、その分長時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ため、構造が複雑化し、小型化に対応できない。また、例として挙げられているシリカゲル、消石灰、ＭｇＦ2等の吸湿剤では乾燥性能、乾燥能力共に性能が低い為、圧電振動子のリーク電流を完全に抑えることができる露点−４０℃の環境を長時間保持することが難しい。
【００１４】
（特許文献３）に開示されている方法は、絶縁性液体が含浸されている保護部材で圧電振動子を覆うことで外部から進入する水分が圧電振動子を劣化させることを防いでおり、絶縁性液体として、疎水性のシリコンオイルやフッ素系不活性液体を例に挙げている。しかし、この構造においては、進入した水分は疎水性であるために絶縁性液体と分離する。この分離した水分は圧電振動子と液体の界面に集まる可能性があり、しかもその水分濃度は高いものになる。
【００１５】
また、含浸する液体が水より重い場合には、進入した水分は圧電振動子とは離れた液面上部に溜まることとなるが、振動によって、分離した水分が圧電振動子に直接接する場合が生じる。このような場合には、絶縁破壊が起きてリーク電流が発生してしまう。
【００１６】
このように、これまでに提案された方法では、高信頼性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った。
【００１７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高い信頼性を有するインクジェットヘッドユニット及びこれを用いた記録装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するために本発明にかかるインクジェットヘッドユニットは、供給されたインクを圧力変化により開口部から吐出する圧力室を備えるヘッド本体部と、ヘッド本体部における圧力室の一面側に設けられて圧力室に圧力を付加する圧電振動子と、を備えたインクジェットヘッド基板と、インクジェットヘッド基板とともに、圧電振動子を含む空間を封止して密閉空間を形成する封止部材と、密閉空間内において、圧電振動子に接する状態で配された親水性の液体と、を備えるものである。
【００１９】
また、本発明にかかるインクジェットヘッドユニットは、供給されたインクを圧力変化により開口部から吐出する圧力室を備えるヘッド本体部と、ヘッド本体部における圧力室の一面側に設けられて圧力室に圧力を付加する圧電振動子と、を備えたインクジェットヘッド基板と、インクジェットヘッド基板とともに、圧電振動子を含む空間を封止して第１の密閉空間を形成する第１の封止部材と、第１の密閉空間の内部に、圧電振動子を含む空間を封止して第２の密閉空間を形成する第２の封止部材と、第１の密閉空間と第２の密閉空間との間の空間に配された親水性の液体と、を備えることを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明にかかるインクジェット式記録装置は、上記のインクジェットヘッドユニットを搭載したものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、圧電振動子の周りを囲う密閉空間内部に親水性を有する液体を配置することで、該密閉空間内部に進入してきた水分の濃度を絶縁破壊が起きない程度まで薄めることができる。また、親水性の液体を配置することで、圧電振動子の周りを囲う密閉空間内部に進入してきた水蒸気を液体状態に変化させることができるので圧電振動子へのダメージも低減することが可能となる。更に、従来の技術であるシリコンオイルやフッ素系不活性液等の疎水性液体の場合、浸入した水分は疎水性の液体と分離してしまい、圧電振動子と疎水性の液体の界面に水分濃度の高い状態で溜まるがこの問題も改善できる。これにより、圧電振動子への水分の影響を長時間抑えることが可能となり、電圧印可による圧電振動子の絶縁破壊を防止して、高い信頼性を有するインクジェットヘッドユニットが得られる。
【００２２】
また、本発明によれば、圧電振動子を含む空間を封止して第１の密閉空間を形成し、さらに該第１の密閉空間の内部に、圧電振動子を含む空間を封止した第２の密閉空間を形成し、該第１の密閉空間と第２の密閉空間との間の空間に親水性の液体を配することで、外部から侵入する水分は気体状態の水蒸気として圧電振動子を含む第２の密閉空間内部に直接進入するのではなく、気体から液体に変換されて親水性の液体に解けた液体の状態で進入するため、第２の密閉空間への水分の進入量を抑制することができる。これにより、圧電振動子への水分の影響を長時間抑えることが可能となり、電圧印可による圧電振動子の絶縁破壊を防止して、高い信頼性を有するインクジェットヘッドユニットが得られる。
【００２３】
また、本発明によれば、上記のインクジェットヘッドユニットを備えることにより、高い信頼性を有するインクジェット式記録装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の第１の発明のインクジェットヘッドユニットは、供給されたインクを圧力変化により開口部から吐出する圧力室を備えるヘッド本体部と、ヘッド本体部における圧力室の一面側に設けられて圧力室に圧力を付加する圧電振動子と、を備えたインクジェットヘッド基板と、インクジェットヘッド基板とともに、圧電振動子を含む空間を封止して密閉空間を形成する封止部材と、密閉空間内において、圧電振動子に接する状態で配された親水性の液体と、を備えることを特徴としたものであり、密閉空間内部に進入してくる水分濃度が親水性の液体によって薄められ、電圧を加えることによる圧電振動子の絶縁破壊が防止されるという作用を有する。
【００２５】
第２の発明のインクジェットヘッドユニットは、第１の発明において、圧電振動子の表面に保護膜が形成されていることを特徴としたものであり、密閉空間内部に進入してくる水分濃度を親水性の液体によって薄められ、更に、保護膜によっても水分の影響が抑えられるため、電圧を加えることによる圧電振動子の絶縁破壊が長時間にわたって防止されるという作用を有する。
【００２６】
第３の発明のインクジェットヘッドユニットは、第１の発明において、圧電振動子の表面に撥水処理が施されていることを特徴としたものであり、密閉空間内部に進入してくる水分濃度が親水性の液体によって薄められ、更に、撥水処理によっても液体の水をはじき水分の影響が抑えられるため、電圧を加えることによる圧電振動子の絶縁破壊が長時間にわたって防止されるという作用を有する。
【００２７】
第４の発明のインクジェットヘッドユニットは、第３の発明において、撥水処理がフッ素系材料により施されていることを特徴としたものであり、フッ素系の撥水処理材料はその性能が高く、撥水処理による水分の影響が長期間抑えられるため、電圧を加えることによる圧電振動子の絶縁破壊が長期間にわたって防止されるという作用を有する。
【００２８】
第５の発明のインクジェットヘッドユニットは、第１の発明または第２の発明において、親水性の液体が、アルコール系液体であることを特徴としたものであり、アルコール系溶液は水分の溶解度が高いため、多量の水分が浸入しても液体に含まれる水分量を長期間薄めることができ、電圧を加えることによる圧電振動子の絶縁破壊が長期間防止されるという作用を有する。
【００２９】
第６の発明のインクジェットヘッドユニットは、第３の発明または第４の発明において、親水性の液体が、水又はアルコール系液体のうち少なくとも１種類以上を含むことを特徴としたものであり、圧電振動子の表面には撥水処理が施されているため液体の水をはじき水分の影響が抑えられ、またアルコール系溶液は水分の溶解度が高いため多量の水分が浸入しても液体に含まれる水分量が長期間薄められるので電圧を加えることによる圧電振動子の絶縁破壊が長期間にわたって防止されるという作用を有する。
【００３０】
第７の発明のインクジェットヘッドユニットは、第１の発明〜第６の発明において、親水性の液体に粉末状の乾燥剤が分散されていることを特徴としたものであり、親水性の液体が初期に含む水分が粉末状の乾燥剤により取り除かれると共に、後から浸入してきた水分も粉末状の乾燥剤により取り除かれるため、液体に含まれる水分量が長期間薄められ、電圧を加えることによる圧電振動子の絶縁破壊が長期間にわたって防止されるという作用を有する。
【００３１】
第８の発明のインクジェットヘッドユニットは、第７の発明において、粉末状の乾燥剤が、モレキュラーシーブであることを特徴としたものであり、モレキュラーシーブは水分を吸着することによる状態変化が少ないため液体中の水分を吸着させる乾燥剤として適しており、親水性の液体に含まれる水分を効率よく除去することができるため、電圧を加えることによる圧電振動子の絶縁破壊が長期間にわたって防止されるという作用を有する。
【００３２】
第９の発明のインクジェットヘッドユニットは、供給されたインクを圧力変化により開口部から吐出する圧力室を備えるヘッド本体部と、ヘッド本体部における圧力室の一面側に設けられて圧力室に圧力を付加する圧電振動子と、を備えたインクジェットヘッド基板と、インクジェットヘッド基板とともに、圧電振動子を含む空間を封止して第１の密閉空間を形成する第１の封止部材と、第１の密閉空間の内部に、圧電振動子を含む空間を封止して第２の密閉空間を形成する第２の封止部材と、第１の密閉空間と第２の密閉空間との間の空間に配された親水性の液体と、を備えることを特徴としたものであり、外部から侵入する水分は気体状態の水蒸気として圧電振動子を含む第２の密閉空間内部に直接進入するのではなく、気体から液体に変換されて親水性の液体に解けた液体の状態で進入するため、第２の密閉空間への水分の進入量が抑制され、電圧を加えることによる圧電振動子の絶縁破壊が長時間にわたって防止されるという作用を有する。
【００３３】
第１０の発明のインクジェットヘッドユニットは、第９の発明において、親水性の液体が、水又はアルコール系液体のうち少なくとも１種類以上を含むことを特徴としたものであり、外部から侵入する水分は気体状態の水蒸気として圧電振動子を含む第２の密閉空間内部に直接進入するのではなく、気体から液体に変換されて親水性の液体に解けた液体の状態で進入するため、第２の密閉空間への水分の進入量が抑制され、また、アルコール系溶液は水分の溶解度が高いため、電圧を加えることによる圧電振動子の絶縁破壊が長期間にわたって防止されるという作用を有する。
【００３４】
第１１の発明のインクジェットヘッドユニットは、第９の発明または第１０の発明において、第２の密閉空間に乾燥剤を備えることを特徴としたものであり、圧電振動子を含む第２の密閉空間に水分が侵入したとしても乾燥剤によってその水分が取り除かれるので、電圧を加えることによる圧電振動子の絶縁破壊が長時間にわたって防止されるという作用を有する。
【００３５】
第１２の発明のインクジェットヘッドユニットは、請求項１〜１１記載のインクジェットヘッドユニットを搭載したことを特徴としたものであり、印字品質が長時間安定するという作用を有する。
【００３６】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、これらの図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。また、本発明は以下の記述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において適宜変更可能である。
【００３７】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１にかかるインクジェットヘッド基板の全体構成を示す斜視図であり、図２は本発明の実施の形態１にかかる圧電アクチュエータ部及び圧力室部材の要部を示す斜視図である。以下、各構成部材について簡単に説明する。Ａは、圧力室部材であって、この圧力室部材Ａには、その厚み方向（上下方向）に貫通する圧力室開口部１０１が形成されている。Ｂは、上記圧力室開口部１０１の一端（図２においては上端）開口を覆うように配置された圧電アクチュエータ部であり、Ｃは、圧力室開口部１０１の他端（図２においては下端）開口を覆うように配置されたインク流路部材である。上記圧力室部材Ａの圧力室開口部１０１は、その上下にそれぞれ位置する上記圧電アクチュエータ部Ｂ及びインク流路部材Ｃにより閉塞されることで圧力室１０２とされている。
【００３８】
上記圧電アクチュエータ部Ｂは、上記各圧力室１０２の略真上に位置する第１の電極層１０３（個別電極）を有し、これら圧力室１０２及び第１の電極層１０３は千鳥状に多数配列されている。
【００３９】
この圧電アクチュエータ部Ｂの構成について、図３に基づいて説明する。この図３は、図１に示したインク供給方向（矢印Ｘ）と直交する方向のインクジェットヘッド基板の要部断面図である。図３では、上記直交方向に並ぶ４個の圧力室１０２を持つ圧力室部材Ａおよび圧電アクチュエータ部Ｂが参照的に描かれている。
【００４０】
図３において１０３は、上記の如く各圧力室１０２の略真上にそれぞれ位置する第１の電極層である。１１０は、この第１の電極層１０３の一面上（図３中では下側）に設けられた圧電体層である。１１２は、この圧電体層１１０の一面上（図３中では下側）に設けられ、全圧電体層１１０に共通となる第２の電極層（共通電極）である。
【００４１】
１１１は、この第２の電極層１１２の一面上（図３中では下側）に設けられ、上記圧電体層１１０の圧電効果により層厚方向に変位し振動する振動層である。１１３は、この振動層１１１の一面上（図３中では下側）に設けられ、各圧力室１０２の相互を区画する区画壁１０２ａの上方に位置する中間層（縦壁）である。
【００４２】
そして、第１の電極層１０３、圧電体層１１０及び第２の電極層１１２は、これらが順に積層されてなる圧電素子を構成することになる。また、振動層１１１は、第２の電極層１１２側の面に設けられていることになる。そして、これら構成素子の全体を覆うように保護膜１０が形成されている。
【００４３】
なお、図３において、１１４は圧力室部材Ａと圧電アクチュエータ部Ｂとを接着する接着剤であり、上記各中間層１１３は、この接着剤１１４を用いた接着時に、その一部の接着剤１１４が区画壁１０２ａの外方にはみ出した場合でも、この接着剤１１４が振動層１１１に付着しないで振動層１１１が所期通りの変位及び振動を起こすように、圧力室１０２の上面と振動層１１１の下面との距離を拡げる役割を有している。
【００４４】
このように圧電アクチュエータ部Ｂの振動層１１１における第２の電極層１１２とは反対側面に中間層１１３を介して圧力室部材Ａを接合するのが好ましいが、振動層１１１における第２の電極層１１２とは反対側面に直接圧力室部材Ａを接合するようにしてもよい。
【００４５】
上記インク流路部材Ｃは、インク供給方向（図１における矢印Ｘ方向）に並ぶ圧力室１０２間で共用する共通液室１０４と、この共通液室１０４のインクを上記圧力室１０２に供給するための供給口１０５と、圧力室１０２内のインクを吐出させるためのインク流路１０６と、を有している。
【００４６】
Ｄは、ノズル板であって、このノズル板Ｄには、上記インク流路１０６に連通するノズル孔１０７が形成されている。また、ＥはＩＣチップであって、このＩＣチップＥから上記各第１の電極層（個別電極）１０３に対してボンディングワイヤＢＷを介して電圧をそれぞれ供給するようになっている。
【００４７】
この様な構成のインクジェットヘッド基板を用いて実施の形態１にかかるインクジェットヘッドユニットを構成した。以下、図面に基づいて詳細に説明する。
【００４８】
図４は本発明の実施の形態１にかかるインクジェットヘッドユニットを正面側から見た断面図であり、図５は本発明の実施の形態１にかかるインクジェットヘッドユニットを側面側からみた断面図である。
【００４９】
図４及び図５において、１は上記で説明した多数のノズル、圧力室、圧電アクチュエータが形成されたインクジェットヘッド基板、２はインクジェットヘッド基板１と接合されてインクジェットヘッド基板１を支持する為のヘッドベース、３はインクジェットヘッド基板１に接続され圧電アクチュエータを駆動するためのフレキシブルプリント基板、４はフレキシブルプリント基板３に接続された駆動ＩＣ、５は印字するためのインクが供給されるインク室、６は印字するためのインクをインク室５に供給するためのインクチューブである。７は封止キャップ、８はヘッドベース２と封止キャップ７とを接着する接着樹脂である。９は封止された空間の水分を吸着するための親水性の液体である。
【００５０】
図４では、ヘッドベース２はインクジェットヘッド基板１上に配置される。また、図５では、ヘッドベース２はインクジェットヘッド基板１の側面に配置される。
【００５１】
インクジェットヘッド基板１とフレキシブルプリント基板３とは、例えば、異方性導電フィルムによって電気的に接続される。印字するためのインクはインク室５及びインクチューブ６によって供給される。そして、インクジェットヘッド基板１に接続されたフレキシブルプリント基板３が駆動ＩＣ４の信号をインクジェットヘッド基板１に伝え、信号に応じて圧電アクチュエータが振動し印字する。
【００５２】
インクジェットヘッド基板１に配置されている圧電アクチュエータを水分から保護するため、ヘッドベース２と封止キャップ７とは接着樹脂８によって接着することで密閉、封止され、その密閉空間内には親水性の液体９が充填された構造となっている。圧電振動子の周りは親水性の液体９により覆われている。
【００５３】
ここで用いる接着樹脂８は特に限定される物ではなく、紫外線（ＵＶ）によって硬化・接着させるタイプ、加熱や常温放置によって硬化・接着させるタイプ、のどちらでも構わないが、接着樹脂８の水分透湿性は低いほど好ましい。
【００５４】
ヘッドベース２や封止キャップ７には、低い水分透湿性を示す材料を用いることが好ましい。ヘッドベース２は、一般的には接液性や加工性が優れた高分子樹脂、例えば、変性ポリエチレンオキシド樹脂が用いられているが、シクロオレフィンポリマー等の、より水分湿性の低い有高分子樹脂を用いても構わない。
【００５５】
更には、インクとの接液性に優れたニッケル（Ｎｉ）膜、チタン（Ｔｉ）膜等や、これらの合金膜、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）膜等の酸化物をスパッタリング法やメッキ法を用いて高分子樹脂表面に数μｍから数十μｍの厚さでコーティングすることで水分透湿性を改善したヘッドベースを用いても構わない。また、封止キャップ７はインクと直接接する可能性が少ないので、接液性を加味する必要は無く、金属や硝子等の水分を完全に遮断する材質を用いることが好ましい。
【００５６】
親水性の液体９を充填する方法として、この親水性の液体９を充填した後、封止キャップ７を接着樹脂８により固定して密閉するが、例えば、封止キャップ７の一部に親水性の液体９を充填するための穴を開けておき、封止キャップ７を接着樹脂８で固定した後、この穴を使って親水性の液体９を密閉内部に充填し、最後にその穴を接着剤で塞いでも構わない。
【００５７】
なお、図４には密閉空間内部に気体が残っている場合を示しているが、密閉空間内部全てが親水性の液体に充填されても同様の効果があることを確認している。
【００５８】
以上のように構成された本実施の形態にかかるインクジェットヘッドユニットにおいては、密閉空間内部に進入してくる水分濃度を親水性の液体によって薄めることができるため、電圧を加えることによる圧電振動子の絶縁破壊を防止することが可能になる。
【００５９】
圧電振動子の周りを密閉空間となるように封止したとしても、外気からの水分の浸入を完全に抑えることは不可能であり、時間の経過と共に密閉空間内にはある程度の水分が存在する。インクジェットヘッドに用いる圧電振動子は極微量の水分であっても絶縁破壊を起こしてしまう。そこで、本実施の形態にかかるインクジェットヘッドユニットにおいては、この密閉空間内部に親水性の液体９を充填することで、進入してきた水分の濃度を圧電振動子の絶縁破壊が起きない程度まで薄めることができる。
【００６０】
また、密閉空間内部に進入する水分は液体ではなく、水蒸気つまり気体の状態で浸入するが、水蒸気は液体状態の水分と比べると微細な空隙から進入しやすく、しかも進入速度が早い。このため、圧電振動子へのダメージも大きい。しかし、密閉空間内部に親水性の液体９を充填することで、進入してきた水蒸気を液体状態に変化させることができるので圧電振動子へのダメージも低減することが可能となる。
【００６１】
更に、従来の技術であるシリコンオイルやフッ素系不活性液等の疎水性液体の場合、浸入した水分は疎水性の液体と分離してしまい、圧電振動子と疎水性の液体の界面に水分濃度の高い状態で溜まるがこの問題も改善できる。
【００６２】
したがって、本実施の形態にかかるインクジェットヘッドユニットによれば、圧電振動子の周りを親水性の液体で覆う本実施の形態にかかる封止構成により、従来と比べて圧電振動子への水分の影響を低減することができるので、圧電振動子の絶縁破壊の起こらない、高い信頼性を有したインクジェットヘッドユニットが実現可能であり、このインクジェットヘッドを搭載することにより、長時間安定した印字品質を維持することが可能なインクジェット式記録装置を実現することが可能である。
【００６３】
（実施例１）
実施例１では、上述した本発明にかかる封止構成を有するインクジェットヘッドユニットを作製し、従来の構成のインクジェットヘッドユニット（比較例）と本発明にかかるヘッドユニット（実施例）との信頼性を比較した。電圧印加時間とリーク電流との関係を表す特性図を図６に示す。信頼性の評価は、温度・湿度が４０℃・６０％の環境下で行い、３０Ｖの電圧を印加し続けて流れる電流を測定した。
【００６４】
本発明にかかるインクジェットヘッドユニット（実施例）では、ヘッドベース２には変性ポリエチレンオキシド樹脂封止を使用し、封止キャップ７にはアルミニウム（Ａｌ）金属を使用し、これらを固定する接着樹脂８には熱硬化型のフッ素系樹脂を用いた。また、密閉空間内部に充填する親水性の液体９にはグリセリンを用いた。グリセリンの充填方法としては、穴の開いた封止キャップ７をヘッドベース２に固定した後、この穴を通して密閉空間内部にグリセリンを充填し、最後に穴を紫外線（ＵＶ）樹脂で塞いだ。
【００６５】
比較のために作製した従来のインクジェットヘッドユニット（比較例）としては、密閉空間内部に何も充填しない構成の比較例１と、ジメチルポリシロキサン構造を持ったシリコンオイルを密閉空間内部に充填した構成の比較例２と、を準備した。なお、これらの比較例における他の構成部品及び作製方法は上記で説明した本発明にかかるインクジェットヘッドユニット（実施例）と同じとした。
【００６６】
図６において、実施例と比較例１および比較例２との信頼性評価結果を比べてみると、本発明の構成のインクジェットヘッドユニット（実施例）は、長期間に渡ってリーク電流の増加が観測されていないことがわかる。一方、シリコンオイルを充填した比較例２のインクジェットヘッドユニットは何も充填しない比較例１のインクジェットヘッドユニットと比べると信頼性は改善されているが、実施例と比べると、その信頼性はかなり劣ったものになっている。つまり、本発明の構成により作製されたインクジェットヘッドユニット（実施例）は高温高湿の環境下であっても、圧電振動子への水分の影響を無くし、良質な印字品質を長時間維持することが可能である、と言える。
【００６７】
本実施例においては、密閉空間内部に充填する親水性の液体９としてアルコール系液体であるグリセリンについてのみ記載したが、他のアルコール系液体、例えば、エタノール、メタノール、イソプロピルアルコール等についてもグリセリンと同等の性能が得られた。また、本発明においては、密閉空間内部に充填する親水性の液体９はアルコール系以外の親水性液体として、例えば、アセトン、ジクロロベンゼン等の溶媒を用いても良い。本発明において密閉空間内部に充填する液体に求められる特性としては、親水性の液体であれば良く、極性基を有する極性溶媒であれば、上述したような本発明の効果を発揮することができる。
【００６８】
なお、上記においては、温度・湿度が４０℃・６０％の環境下における連続通電時の信頼性を評価したが、より劣悪な環境下で長時間保存した後にリーク電流を評価する保存試験においても、本発明のインクジェットヘッドユニットは従来の構成と比べて高い信頼性が得られることを確認している。
【００６９】
具体的には、温度・湿度が６０℃・９０％の環境下に保存した場合には、何も充填しない従来のインクジェットヘッドユニット（比較例１）においては約１０時間後、シリコンオイルを充填した従来のインクジェットヘッドユニット（比較例２）においては約２００時間後に電流リークが発生した。一方、本発明の構成により作製され、グリセリンを充填したインクジェットヘッドユニット（実施例）では、５００時間保存した後に評価してもリーク電流の増加は観測されなかった。
【００７０】
（実施例２）
実施例２では、親水性の液体に乾燥剤の粉末を加えた場合の実施例について説明する。実施例２では、親水性の液体９となるグリセリンにモレキュラーシーブ３Ａの粉末を加えて圧電振動子を含む密閉空間に充填したインクジェットヘッドユニットを作製した。なお、他の構成部品及び作製方法は（実施例１）で説明した本発明にかかるインクジェットヘッドユニット（実施例）と同じとした。このように構成したインクジェットヘッドユニットの信頼性を評価した。この実施例２にかかるインクジェットヘッドユニットは、実施例１にかかるインクジェットヘッドユニットと比べて同等以上の信頼性が得られ、親水性の液体９に粉末の乾燥剤を添加しても問題なく、本発明の効果を得られることが確認できた。
【００７１】
親水性の液体に添加する乾燥剤の種類は特に限定されるものではないが、水分が吸着することによって状態が変化しないことが好ましい。その意味では、水分吸着による潮解性や体積膨張が起きる化学的な作用によって水分を吸着させる乾燥剤よりは、物理的に水分を吸着する乾燥剤が好ましい。モレキュラーシーブは物理的作用によって水分を吸収する代表的な乾燥剤であり、気体の乾燥は当然のこと、液体の乾燥にも適している。
【００７２】
また、親水性の液体に添加する乾燥剤の大きさは細かい方が好ましい。その理由は、密閉空間内に充填する親水性の液体に直接添加するため、圧電振動子と乾燥剤とが直接接する可能性があるからである。親水性の液体に添加する乾燥剤の大きさが大きくなると圧電振動子の変位を妨げ、インクの吐出に悪影響を起こす。圧電振動子の大きさは、圧電性能や記録密度によって異なるが、数十μｍ〜数百μｍ程度であるので、乾燥剤がこれ以下の大きさであれば吐出性能に影響を及ぼさないことを確認している。
【００７３】
（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２にかかるインクジェットヘッドユニットを側面側からみた断面図である。本実施の形態では、上記の実施の形態１で示した場合と異なり、フレキシブルプリント基板３は圧電アクチュエータが形成されたインクジェットヘッド基板１を封止密閉した外側においてインクジェットヘッド基板１と電気的に接続されている。この電気的接続は、例えば、異方性導電フィルムを用いての熱圧着により行う。
【００７４】
なお、本実施の形態にかかるインクジェットヘッドユニットは、フレキシブルプリント基板３と密閉空間とが完全に分断された構造となっていること以外は、前述した実施の形態１と同様の構成を有し、親水性の液体９が圧電振動子を覆った構成となっている。
【００７５】
以上のように構成された本実施の形態にかかるインクジェットヘッドユニットにおいても、上述した実施の形態１にかかるインクジェットヘッドユニットと同様の効果が得られ、本封止を施したインクジェットヘッドユニットは高い信頼性を有する。すなわち、本実施の形態にかかるインクジェットヘッドユニットにおいても、従来と比べて圧電振動子への水分の影響を低減することができるので、圧電振動子の絶縁破壊の起こらない、高い信頼性を有したインクジェットヘッドユニットが実現可能であり、このインクジェットヘッドを搭載することにより、長時間安定した印字品質を維持することが可能なインクジェット式記録装置を実現することが可能である。
【００７６】
また、本実施の形態にかかるインクジェットヘッドユニットは、実施の形態１で示した構成と比べてフレキシブルプリント基板３やこれを含む界面からの水分の浸入が少なくなっているため、親水性の液体９に含まれる水分濃度は低く保たれる。したがって、本実施の形態にかかるインクジェットヘッドユニットは、実施の形態１で示した封止構成と比べると長期的な信頼性がさらに向上する、という効果を奏する。
【００７７】
（実施の形態３）
実施の形態３で説明するインクジェットヘッドユニットは、実施の形態１にかかるインクジェットヘッドユニットと比べて、圧電振動子の表面に保護膜を形成することのみが異なっている。この構成について、図８に基づいて説明する。この図８は、図１に示したインク供給方向と直交する方向のインクジェットヘッド基板の要部断面図である。図８では、上記直交方向に並ぶ４個の圧力室１０２を持つ圧力室部材Ａおよび圧電アクチュエータ部Ｂが参照的に描かれている。
【００７８】
図８において１０３は、上記の如く各圧力室１０２の略真上にそれぞれ位置する第１の電極層である。１１０は、この第１の電極層１０３の一面上（図８中では下側）に設けられた圧電体層である。１１２は、この圧電体層１１０の一面上（図８中では下側）に設けられ、全圧電体層１１０に共通となる第２の電極層（共通電極）である。
【００７９】
１１１は、この第２の電極層１１２の一面上（図８中では下側）に設けられ、上記圧電体層１１０の圧電効果により層厚方向に変位し振動する振動層である。１１３は、この振動層１１１の一面上（図８中では下側）に設けられ、各圧力室１０２の相互を区画する区画壁１０２ａの上方に位置する中間層（縦壁）である。
【００８０】
そして、第１の電極層１０３、圧電体層１１０及び第２の電極層１１２は、これらが順に積層されてなる圧電素子を構成することになる。また、振動層１１１は、第２の電極層１１２側の面に設けられていることになる。そして、これら構成素子の全体を覆うように保護膜１０が形成されている。
【００８１】
なお、図８において、１１４は圧力室部材Ａと圧電アクチュエータ部Ｂとを接着する接着剤であり、上記各中間層１１３は、この接着剤１１４を用いた接着時に、その一部の接着剤１１４が区画壁１０２ａの外方にはみ出した場合でも、この接着剤１１４が振動層１１１に付着しないで振動層１１１が所期通りの変位及び振動を起こすように、圧力室１０２の上面と振動層１１１の下面との距離を拡げる役割を有している。
【００８２】
このように圧電アクチュエータ部Ｂの振動層１１１における第２の電極層１１２とは反対側面に中間層１１３を介して圧力室部材Ａを接合するのが好ましいが、振動層１１１における第２の電極層１１２とは反対側面に直接圧力室部材Ａを接合するようにしてもよい。
【００８３】
このようなインクジェットヘッド基板を用いて、図１にて説明した封止構成を有するインクジェットヘッドユニットを作製した。
【００８４】
保護膜１０の材料としては、圧電振動子の動きを阻害しないようにヤング率の低い柔らかい材料が好ましいが、圧電振動子の特性や保護膜１０の膜厚によっては、酸化物、窒化物等のヤング率の高いものも用いることができる。この場合、膜厚としてはせいぜい１μｍ程度であり、例えば、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、一酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、一酸化シリコン（ＳｉＯ）、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ボロン（ＢＮ）、窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）等の材料があげられる。
【００８５】
これらの保護膜１０は、スパッタ法、電子ビーム蒸着法、抵抗加熱蒸着法、イオンプレーティング法等によって作製することができる。
【００８６】
また、柔らかい材料としてはゴム等のエラストマー材料が適しており、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ブチルゴム等があげられ、熱やＵＶ照射によって硬化させることができる。これらエラストマー材料では、その材料の持つヤング率にもよるが、数百μｍ程度形成したとしても圧電振動子の動きに影響をあたえない場合もある。また、圧電振動子にエラストマー材料を形成した後に酸化物、窒化物等のヤング率の高い材料を形成した２層構造としても何ら問題は無く、同様の効果がある。
【００８７】
以上のように構成された本実施の形態にかかるインクジェットヘッドユニットにおいても、上述した実施の形態１にかかるインクジェットヘッドユニットと同様の効果が得られ、本封止を施したインクジェットヘッドユニットは高い信頼性を有する。すなわち、本実施の形態にかかるインクジェットヘッドユニットにおいても、従来と比べて圧電振動子への水分の影響を低減することができるので、圧電振動子の絶縁破壊の起こらない、高い信頼性を有したインクジェットヘッドユニットが実現可能であり、このインクジェットヘッドを搭載することにより、長時間安定した印字品質を維持することが可能なインクジェット式記録装置を実現することが可能である。
【００８８】
また、本実施の形態においては、保護膜１０が圧電振動子の表面を覆う構成となっているので、親水性の液体９と保護膜１０との相乗効果によって、圧電振動子に対する水分の影響を、より効果的に低減することができる。したがって、本実施の形態にかかる構成を有するインクジェットヘッドにおいては、圧電振動子の絶縁破壊による電流リークが発生しないので、良好な印字品質をより長時間維持することができる。
【００８９】
また、上述したように親水性の液体９に粉末状の乾燥剤を分散させても良い。この場合においても上述した本実施の形態にかかる効果を得ることができる。この場合の、粉末状の乾燥剤としては、実施例２において説明したものを用いることができる。また、この場合の親水性の液体９としては、実施例１において説明したものを用いることができる。
【００９０】
また、保護膜１０の代わりに圧電振動子の表面に撥水処理を施しても、親水性の液体９と撥水処理との相乗効果によって、圧電振動子に対する水分の影響をより効果的に低減することができる。したがって、圧電振動子の絶縁破壊による電流リークが発生しないので、良好な印字品質を長時間維持することができる。
【００９１】
この場合には、例えば撥水膜主骨格を形成するアルコキシシラン化合物と高撥水機能を付与するフルオロアルキルアルコキシシランとを最適な比率で混合した原料溶媒に水及び塩酸を含有する溶液を添加し、攪拌、重合を行い、ゾル状態のコーティング液を作製した。このコーティング液をスピンコート法によりヘッド構成素子を覆うように塗布した後、２００℃程度で焼成することにより撥水薄膜を形成することができる。
【００９２】
また、フッ素系材料を用いて圧電振動子の表面に撥水処理を施しても良い。フッ素系の撥水処理材料はその性能が高く、撥水効果を長期間維持することができるため、電圧を加えることによる圧電振動子の絶縁破壊を長期間防止することが可能である。
【００９３】
また、このとき、上述したように親水性の液体９に粉末状の乾燥剤を分散させても良い。この場合においても上述した本実施の形態にかかる効果を得ることができる。この場合の、粉末状の乾燥剤としては、実施例２において説明したものを用いることができる。また、この場合の親水性の液体９としては、実施例１において説明したものを用いることができる。
【００９４】
（実施の形態４）
図９は、本発明の実施の形態４にかかるインクジェットヘッドユニットを側面側からみた断面図である。本実施の形態では、実施の形態１及び実施の形態２の場合と異なり、２重封止の構造となっている。圧電振動子は内部封止キャップ１１によって密閉されており、その外側に封止構造が設けられている。そして、圧電振動子を含む界面に親水性の液体を充填するのではなく、内部封止キャップ１１とその外側に封止構造との間の密閉空間に親水性の液体を充填する構造となっている。また、圧電振動子を密閉した空間には乾燥剤１２が封入されている。
【００９５】
なお、充填する親水性の液体９、乾燥剤１２、封止するための接着剤、内部封止キャップ１１の部材は実施の形態１で説明したものと同じものが使用できる。
【００９６】
本実施の形態にかかるインクジェットヘッドユニットの構成によれば、外部から進入する水分は、先ず、親水性の液体９によって薄められ、且つ、液体状態となることで圧電振動子を含む空間に達し難くなる。そして、仮に圧電振動子を含む空間に達したとしても、乾燥剤１２によってその水分は除去されるので圧電振動子の絶縁破壊は起きず、リーク電流も発生しなくなる。
【００９７】
なお、内部封止キャップ１１の周りは親水性の液体で囲まれているため、気体の状態で水分の浸入は起き難いので、内部封止キャップ１１の構成材料は金属等の透湿性の低いものに限定するものではない。
【００９８】
以上のように構成された本実施の形態にかかるインクジェットヘッドユニットにおいても、上述した実施の形態１にかかるインクジェットヘッドユニットと同様の効果が得られ、本封止を施したインクジェットヘッドユニットは高い信頼性を有する。すなわち、本実施の形態にかかるインクジェットヘッドユニットにおいても、従来と比べて圧電振動子への水分の影響を低減することができるので、圧電振動子の絶縁破壊の起こらない、高い信頼性を有したインクジェットヘッドユニットが実現可能であり、このインクジェットヘッドを搭載することにより、長時間安定した印字品質を維持することが可能なインクジェット式記録装置を実現することが可能である。
【００９９】
また、本実施の形態においては、上述したように２重封止の構造となっているため、外部から侵入する水分は気体状態の水蒸気として圧電振動子を含む密閉空間内部に直接進入するのではなく、気体から液体に変換されて親水性の液体に解けた液体の状態で進入するため、圧電振動子を含む密閉空間への水分の進入量を抑制することができ、電圧を加えることによる圧電振動子の絶縁破壊を効果的に長時間防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
以上のように、本発明にかかるインクジェットヘッドユニットは、圧電振動子の変位を利用してインクを吐出し画像を形成するインクジェット式記録装置の分野に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるインクジェットヘッド基板の全体構成を示す斜視図
【図２】本発明の実施の形態１にかかる圧電アクチュエータ部及び圧力室部材の要部を示す斜視図
【図３】インクジェットヘッド基板の要部断面図
【図４】本発明の実施の形態１にかかるインクジェットヘッドユニットを正面側から見た断面図
【図５】本発明の実施の形態１にかかるインクジェットヘッドユニットを側面側から見た断面図
【図６】本発明の実施の形態１にかかるインクジェットヘッドユニットと従来のインクジェットヘッドユニットの信頼性を示す特性図
【図７】本発明の実施の形態２にかかるインクジェットヘッドユニットを側面側から見た断面図
【図８】本発明の実施の形態３にかかるインクジェットヘッド基板をインク供給方向と直交する方向から見た要部断面図
【図９】本発明の実施の形態４にかかるインクジェットヘッドユニットを側面側から見た断面図
【符号の説明】
【０１０２】
１    インクジェットヘッド基板
２    ヘッドベース
３    フレキシブルプリント基板
４    駆動ＩＣ
５    インク室
６    インクチューブ
７    封止キャップ
８    接着樹脂
９    親水性の液体
１０    保護膜
１１    内部封止キャップ
１２    乾燥剤
１０１    圧力室開口部
１０２    圧力室
１０２ａ    区画壁
１０３    第１の電極層
１０４    共通液室
１０５    供給口
１０６    インク流路
１０７    ノズル孔
１１０    圧電体層
１１１    振動層
１１２    第２の電極層
１１３    中間層
１１４    接着剤
Ａ    圧力室部材
Ｂ    圧電アクチュエータ部
Ｃ    インク流路部材
Ｄ    ノズル板
Ｅ    ＩＣチップ
【図１】
2007331319.tif 000003
【図２】
2007331319.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2007331319.tif 000008
【図７】
2007331319.tif 000009
【図８】
2007331319.tif 000010
【図９】
2007331319.tif 000011