(57)【要約】【課題】小型且つ高信頼性を有するインクジェットヘッドユニット、インクジェット式記録装置、インクジェットヘッドユニットの製造方法を提供すること。【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、前記密閉空間内に配置された少なくとも２種類以上の異なる成分から構成された乾燥剤と、を備える。【選択図】図３
2007331318.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、
前記密閉空間内に配置された少なくとも２種類以上の異なる成分から構成された乾燥剤と、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】
前記乾燥剤が、物理的に水分を吸着させる特性を有する第１の乾燥剤と、化学的に水分を吸着させる第２の乾燥剤と、を少なくとも１種類ずつ以上混ぜ合わせてなる乾燥剤であること、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】
前記第１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２記載のインクジェットヘッドユニット。
【請求項４】
前記乾燥剤が、少なくとも塩化マグネシウムと酸化マグネシウムとを含有していること、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５】
前記乾燥剤が、袋に詰められた状態で前記密閉空間に配置されていること、を特徴とする請求項１〜４記載のインクジェットヘッドユニット。
【請求項６】
前記密閉空間を構成する部材の少なくとも一部分が樹脂によって構成されていること、を特徴とする請求項１〜５記載のインクジェットヘッドユニット。
【請求項７】
請求項１〜６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。
【請求項８】
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を形成するヘッド本体部形成工程と、
前記ヘッド本体部における前記圧力室の一面側に、前記圧力室に圧力を付加する圧電振動子を形成してインクジェットヘッド基板を形成するインクジェットヘッド基板形成工程と、
前記インクジェットヘッド基板とともに、少なくとも２種類以上の異なる成分から構成された乾燥剤と前記圧電振動子とを含む空間を封止して密閉空間を形成する封止工程と、
を含み、
前記封止工程において、乾燥気体雰囲気中で前記乾燥剤を配置して封止を行うこと、を特徴とするインクジェットヘッドユニットの製造方法。
【請求項９】
前記乾燥気体が水より重い分子量を有すること、を特徴とする請求項８記載のインクジェットヘッドユニットの製造方法。
【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、インクジェット式記録装置、インクジェットヘッドユニットの製造方法に関するものであり、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、並びにこのインクジェットヘッドユニットの製造方法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他結晶体であり、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いるが、圧電体素子の場合には、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作られている。そして、この圧電体素子の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。
【０００６】
ところで、近年の電子機器の小型化に伴って、圧電体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無く、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。
【０００７】
その理由は、焼結体はその膜厚が数十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ためである。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た方が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るが、それぞれ、成膜条件の調節や熱処理条件の工夫によって高特性の薄膜圧電素子が得られるようになってきた。
【０００８】
ところが、湿度の高い雰囲気に長時間さらされた状態で上記圧電体素子に高電圧を印加すると、圧電体の電気絶縁性が低下して圧電振動子の絶縁破壊が起こる。このような現象は、圧電振動子の信頼性の大きな問題の１つとされてきた。特に、膜厚が薄い為に異物の影響が受け易い薄膜の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。
【０００９】
この影響は、高温高湿の環境下で顕著に起き易いため、輸送中の劣悪な外部環境によっても大きな影響を受ける。
【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）、乾燥剤と発熱手段を圧電素子を含んだ密閉空間に封入する方法（例えば、特許文献２参照）、封止ではないが、圧電素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（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２００４−３２２６０５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、上記従来の技術では、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。その理由は、薄膜状態の薄い膜厚の圧電振動子は、非常に微量の水分が影響して素子の絶縁破壊を起こす可能性があるためである。
【００１２】
そこで、この水分量と圧電振動子の絶縁破壊とに関して詳細に調べた結果、圧電振動子を動作させる周囲の環境として、露点で−４０℃以下の状態に保持しなければ圧電振動子の絶縁破壊の発生を完全に抑えることはできないことがわかった。
【００１３】
上述した従来の技術ではこの露点−４０℃以下の環境を長時間保つことはできず、最終的には圧電振動子の絶縁破壊が起きて、インクジェットヘッドを搭載した記録装置の製品寿命を短くする。
【００１４】
（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となり、封止初期は水分の影響を完全に取り除くことができる。しかし、封止キャップを接続している接着樹脂からは時間の経過と共に水分が浸入して来るので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、圧電振動子の絶縁破壊が起き、リーク電流が流れる。
【００１５】
また、（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やその乾燥気体を個々のヘッドにまで導くチューブ等が必要となり、小型化には不向きである。
【００１６】
（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、進入した水分を吸湿剤にて除去できるので、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、また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できない。
【００１７】
このように、これまでに提案された方法では、高信頼性、小型化の全ての性能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。
【００１８】
本発明の主旨は、発熱手段等の他の方法を併用することなく、密閉封止と乾燥剤とのみによって圧電振動子に与える水分の影響を完全に除去すると共に、その環境が長期間保たれる様に乾燥剤の材質を特定することにある。
【００１９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型且つ高い信頼性を有するインクジェットヘッドユニット、インクジェット式記録装置、インクジェットヘッドユニットの製造方法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】
【００２０】
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、密閉空間内に配置された少なくとも２種類以上の異なる成分から構成された乾燥剤と、を備えたものである。
【００２１】
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備えたものである。
【００２２】
また、本発明にかかるインクジェットヘッドユニットの製造方法は、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を形成するヘッド本体部形成工程と、ヘッド本体部における圧力室の一面側に、圧力室に圧力を付加する圧電振動子を形成してインクジェットヘッド基板を形成するインクジェットヘッド基板形成工程と、インクジェットヘッド基板とともに、少なくとも２種類以上の異なる成分から構成された乾燥剤と圧電振動子とを含む空間を封止して密閉空間を形成する封止工程と、を含み、封止工程において、乾燥気体雰囲気中で乾燥剤を配置して封止を行うようにしたものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、乾燥剤を複数の成分により構成することにより各乾燥剤成分の長所を活かして他の乾燥剤成分の短所を補い、高い安定性と高い乾燥能力を両立した乾燥剤を実現することができ、乾燥剤の性能を向上させることができる。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、小型且つ高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。
【００２４】
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、小型且つ高信頼性を有するインクジェット式記録装置が得られる。
【００２５】
また、本発明によれば、乾燥剤を複数の成分により構成することにより各乾燥剤成分の長所を活かして他の乾燥剤成分の短所を補い、高い安定性と高い乾燥能力を両立した乾燥剤を実現することができ、乾燥剤の性能を向上させることができる。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、小型且つ高信頼性を有するインクジェットヘッドユニットを製造することができるインクジェットヘッドユニットの製造方法が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
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、密閉空間内に配置された少なくとも２種類以上の異なる成分から構成された乾燥剤と、を備えることを特徴としたものであり、乾燥剤が複数の成分から構成されることにより各乾燥剤成分の長所を活かして他の乾燥剤成分の短所を補うことができるので乾燥剤の性能が向上する。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が防止されるという作用を有する。
【００２７】
本発明の第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、乾燥剤が、物理的に水分を吸着させる特性を有する第１の乾燥剤と、化学的に水分を吸着させる第２の乾燥剤と、を少なくとも１種類ずつ以上混ぜ合わせてなる乾燥剤であることを特徴とするものであり、これらの２種類の乾燥剤を混合して用いることにより乾燥剤の乾燥容量が向上し、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が防止されるという作用を有する。
【００２８】
本発明の第３の発明のインクジェットヘッドユニットは、第２の発明において、第１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ものであり、第１の乾燥剤としてモレキュラーシーブを用いることにより乾燥剤の乾燥容量が向上し、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が防止されるという作用を有する。
【００２９】
本発明の第４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、乾燥剤が、少なくとも塩化マグネシウムと酸化マグネシウムとを含有していることを特徴とするものであり、塩化マグネシウムと酸化マグネシウムとを含有することにより乾燥剤の性能が向上し、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が防止されるという作用を有する。
【００３０】
本発明の第５の発明のインクジェットヘッドユニットは、第１の発明から第４の発明において、乾燥剤が、袋に詰められた状態で密閉空間に配置されていることを特徴とするものであり、圧電振動子と乾燥剤が直接接することが無いので圧電性能に悪い影響を与えず、しかも簡単に乾燥剤を装着できることが可能になり、品質を低下することなく簡便に電圧印可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。
【００３１】
本発明の第６の発明のインクジェットヘッドユニットは、第１の発明から第５の発明において、密閉空間を構成する部材の少なくとも一部分が樹脂によって構成されていることを特徴とするものであり、インクとの接液性が良く、加工性に優れた安価なヘッドベースを使用することができ、高品質で安価なインクジェットヘッドユニットが構成されるという作用を有する。
【００３２】
本発明の第７の発明のインクジェット式記録装置は、第１の発明から第６の発明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。
【００３３】
本発明の第８の発明のインクジェットヘッドユニットの製造方法は、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を形成するヘッド本体部形成工程と、ヘッド本体部における圧力室の一面側に、圧力室に圧力を付加する圧電振動子を形成してインクジェットヘッド基板を形成するインクジェットヘッド基板形成工程と、インクジェットヘッド基板とともに、少なくとも２種類以上の異なる成分から構成された乾燥剤と圧電振動子とを含む空間を封止して密閉空間を形成する封止工程と、を含み、封止工程において、乾燥気体雰囲気中で乾燥剤を配置して封止を行うことを特徴とするものであり、大気中で乾燥剤を封入する場合と比べて初期の乾燥剤の水分吸着が少ない為に、高い乾燥容量が維持されるという作用を有する。
【００３４】
本発明の第９の発明のインクジェットヘッドユニットの製造方法は、第２の発明において、乾燥気体が水より重い分子量を有することを特徴とするものであり、封止された空間内部が水分より質量の重いガスが充填されるので、水分が封止された空間内部に浸入した場合でも、ヘッドユニット底部に設置された圧電振動子の周りは水分でなくて重いガスに囲まれるので、水分の影響が低減されるという作用を有する。
【００３５】
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。
【００３６】
（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。
【００３７】
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、図１から判るように、千鳥状に多数配列されている。
【００３８】
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。同図では、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およびアクチュエータ部Ｂが参照的に描かれている。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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１１５が形成されている。
【００４２】
なお、図３において、１１４は圧力室部材Ａとアクチュエータ部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。
【００４３】
このようにアクチュエータ部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。
【００４４】
上記インク流路部材Ｃは、インク供給方向に並ぶ圧力室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。
【００４５】
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。
【００４６】
この様な構成のインクジェットヘッド基板を用いて本発明の実施の形態１にかかるインク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。
【００４７】
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。
【００４８】
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乾燥剤、１０は乾燥剤を他部材と分離するための水分透過性の高い高分子フィルムである。
【００４９】
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。
【００５０】
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部Ｂが振動し印字する。
【００５１】
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２種類以上の異なる材質で構成された乾燥剤９が配置された構造とする。乾燥剤９は、水分透過性の高い高分子フィルム１０、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニリデン等によって仕切られ、乾燥剤９と圧電アクチュエータとが直接接することを防ぐと共に、密閉空間内に進入した水分は高分子フィルム１０を通過して乾燥剤９に吸着されるため、密閉空間内部を低湿度状態とすることができる。
【００５２】
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。乾燥剤９は、本発明の２種類の乾燥剤を混ぜることで性能は向上し、乾燥容量が増えているとは言え限界があるので、接着樹脂８は水分透湿性が低いほど好ましい。
【００５３】
ヘッドベース２や封止キャップ７には、低い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変性ポリエチレンオキシド樹脂よりも低湿性を有する高分子樹脂を用いても構わない。
【００５４】
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透湿性を改善したヘッドベースを用いても構わない。
【００５５】
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】
乾燥剤９の初期性能を維持するためには、該乾燥剤９を封止する封止工程において、大気中の水分を吸着しないように注意する必要がある。しかしながら、乾燥剤９を密閉空間に装着し、樹脂を塗布封止し、樹脂を硬化させる一連の封止工程においては数分から数十分程度の時間が経過してしまい、その間、大気中の水分を吸着してしまう。このため、乾燥剤９の水分吸着能力は低下する。しかも、大気中の水分は一定でなく、季節や環境によって大きく変化するので、たとえ封止工程を管理しても、乾燥剤９の性能をバラツキ無く一定に保つことは困難である。
【００５７】
したがって、乾燥剤９を装着する等の封止工程を、低湿度に管理されたグローブボックス内で行うことが好ましい。これによって、乾燥剤９の水分吸着能力を低下させることが無く、しかも、個々の乾燥剤９の性能バラツキを生じさせない。更に、グローブボックス内の雰囲気は、一般的な空気、窒素ではなく、水の分子量より分子量が重いガス、例えば、アルゴン、クリプトン、キセノン等であることが好ましい。この様な水より重いガスを密閉空間内部に充填できれば、仮に密閉空間内部に水分が浸入しても、インクジェットヘッドユニット内部の底部には水分より重いガスが溜まっているので水分の影響を少なくすることができる。
【００５８】
一般的なＩＣパッケージングや有機ＥＬ用の封止では、素子の周辺部材がそれぞれ金属、硝子であるために周辺部材からの水分進入は全く無く、樹脂接続部からの水分進入のみとなる。したがって、これらの封止で必要となる乾燥剤は極微量で良く、乾燥剤の選択の際には乾燥容量よりも乾燥能力が重要なパラメータとなる。
【００５９】
一方、インクジェットヘッドにおいては装置の構成上、限られた空間にしか乾燥剤を具備することができず、また前述した様に、圧電振動子の絶縁破壊を防止してリーク電流の発生を防ぐには、露点−４０℃以下の低湿度が必要となる。また、圧電振動子を取り囲むヘッドベース２の材質は接液性や加工性及びコスト性の観点から金属は用い難く、また、硝子は加工性や脆さの観点から使用できない。したがって、変性ポリエチレンオキシド樹脂等の成型加工が可能な高分子樹脂が、ヘッドベース２の材料として多用されている。
【００６０】
この様なヘッドベース２においては、水を完全に遮断することはできず、多量の水分が部材から浸入するので、ＩＣパッケージングや有機ＥＬに用いる乾燥剤と比べて高い乾燥容量が必要となる。
【００６１】
物理的作用によって水分を吸着させるシリカゲルやモレキュラーシーブ（ゼオライト）は化学的には非常に安定であり、吸着による状態変化はほとんど無いが、一般的には乾燥容量は比較的小さい。一方、化学的作用によって水分を吸着させる酸化カルシウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム等は、物理吸着と比べて乾燥容量は大きいが水分吸着によって状態が変化し、酸化カルシウムは体積が膨張、塩化カルシウム、塩化マグネシウムは潮解性によって液状になる。
【００６２】
インクジェットヘッドの封止用乾燥剤には、吸着前後で状態が変化せず、しかも高い乾燥容量が求められる。これを満足させる為には１種類の乾燥剤では困難である。そこで、本実施の形態においては、上述したような性質の異なる２種類以上の乾燥剤を選択し、これらを混ぜることで、それぞれの乾燥剤の長所を活かし、且つそれぞれの乾燥剤の欠点を補う。すなわち、それぞれの乾燥剤の長所を活かして短所を補うことができるので、高い乾燥容量を有する乾燥剤を使用することができる。これにより、高い安定性と高い乾燥能力とを両立させた、インクジェットヘッドの封止用乾燥剤に用いて好適な乾燥剤を実現している。
【００６３】
また、この乾燥剤を用いることで、圧電振動子が絶縁破壊を起こしてリーク電流が流れることを防ぐための低湿度状を長時間維持することができるという効果を奏し、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好適となる。
【００６４】
そして、この乾燥剤をインクジェットヘッドユニットの封止用乾燥剤に用いることにより、長期に渡って圧電振動子に進入する水分を低減することができるので、低湿度状を長時間維持することができ、水分による圧電振動子の絶縁破壊、および圧電振動子の絶縁破壊に起因してリーク電流が流れることを防止することができ、高い信頼性を達成したインクジェットヘッドユニットの実現が可能である。また、構造が簡略であるため、インクジェットヘッドユニットの小型化が可能である。
【００６５】
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、水分を除去して圧電振動子への水分の影響を無くし、小型で高信頼性を備え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ユニット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。
【００６６】
（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。
【００６７】
本発明にかかるヘッドユニット（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にはフッ素系樹脂を用いた。密閉空間内部に封入する乾燥剤９には、モレキュラーシーブ３Ａと塩化カルシウムとを重量比１：１の割合で混合させたものを用いた。この乾燥剤９を覆う高分子フィルム１０にはポリエチレンフィルムを用い、封止キャップ７に接続して乾燥剤９と圧電振動子が接することを防止した。なお、この高分子フィルム１０（ポリエチレンフィルム）と封止キャップ７であるアルミニウム（Ａｌ）金属との接着には、紫外線（ＵＶ）樹脂を用いた。
【００６８】
比較のために作製した従来ヘッド（比較例）は、乾燥剤として同量（実施例におけるモレキュラーシーブと塩化カルシウムとを足し合わせた重量）のモレキュラーシーブを用いた以外は、上記本発明のヘッドユニット（実施例）と同じ構成とした。
【００６９】
図６において、実施例と比較例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。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は、高温高湿の環境下であっても従来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と比べて、圧電アクチュエータへの水分の影響を無くし、高品質印字を長時間維持することが可能となる、と言える。
【００７０】
なお、本実施例では連続通電における信頼性を評価したが、例えば、６０℃・９０％や８５℃・８５％等の更なる高温高湿の環境下に長期間保存した後に電圧を印加して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のインクジェットヘッドユニットと比べて高い信頼性が得られる。
【００７１】
具体的には、乾燥剤としてモレキュラーシーブ１ｇを充填して作製した従来のインクジェットヘッドユニットでは、８５℃・８５％の環境下に保存した場合には１５０時間後にリーク電流の増加が観測された。それに対して、乾燥剤９としてモレキュラーシーブ０．５ｇと塩化カルシウム０．５ｇとを充填した本発明の構成のインクジェットヘッドユニットでは、２５０時間後にリーク電流の増加が観測された。したがって、このような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のインクジェットヘッドユニットと比べて高い信頼性が得られる、と言える。
【００７２】
（実施例２）
実施例２では、用いる乾燥剤の種類による吸水量について比較した。図７に、種々の乾燥剤を封止して作製したインクジェットヘッドユニットがリーク電流を発生するまでに吸収した水分量を示す。８５℃・８５％の環境試験前後に生じるインクジェットヘッドユニット全体の重量差を乾燥剤が吸着した水分量とみなした。そして、環境試験から定期的に取り出してリーク電流と重量とを測定し、リーク電流が発生した時点での水分吸着量を、乾燥剤の吸水限界値とした。
【００７３】
なお、吸収水分量は、乾燥剤の単位質量当たりの増加率（％）で表している。評価に用いたインクジェットヘッドユニットは、図４で示したものと同じ構成を有し、乾燥剤９のみを変化させた。乾燥剤９において、混合した２種類の乾燥剤の混合比は、全て１：１としている。また、酸化カルシウムは水分の吸着と共に体積が増大、最大で約３倍程度まで増加する。したがって、酸化カルシウムを実際に使用する場合は体積増加を見込んで使用しなければならず、充填できる量は体積増加を見込んで体積増加時の１／３としなければならない。図７で示した酸化カルシウムの水分吸着量は、この体積増加を考量し、補正している。
【００７４】
図７より、本発明にかかるインクジェットヘッドユニットにおいては、２種類以上の乾燥剤を組み合わせることで、単に個々の乾燥剤の能力を足して平均化した値以上の水分吸着能力を有し、２種類の乾燥剤を用いることで乾燥能力が高められ、リーク電流を発生させるまでの水分吸着量が増大していることがわかる。すなわち、本発明にかかるインクジェットヘッドユニットにおいては、２種類以上の乾燥剤を組み合わせた乾燥剤をインクジェットヘッドの封止用に用いることで、従来のインクジェットヘッドユニットには無い、高い信頼性が得られることを意味している。
【００７５】
乾燥剤はその種類によって吸着できる水分量が異なることは勿論のこと、外部環境によってもその能力は異なる。例えばモレキュラーシーブの場合、高湿度環境では単位質量に対して２２％の水分吸着性能を有するが、例えば露点−４０℃を維持するには１６％程度の水分吸着能力しかない。同様に塩化カルシウムの場合も高湿度環境下では１００％の吸着能力を有するものの、露点−４０℃を維持するにはせいぜい１７％程度、しかも、潮解性があるため実質の吸着能力は更に低下する。当然のことながら、乾燥剤を混合させた場合の高湿環境下での最大水分吸着量は個々の能力を平均化したものである。
【００７６】
しかしながら、必要とする環境は露点−４０℃と非常に低湿度環境であること、及び、乾燥剤は設置スペースの制限を受けるために乾燥剤自身が体積膨張や潮解性の無いことが求められる。このため、インクジェットヘッドの封止に用いる乾燥剤では、２種類の乾燥剤を混ぜ合わせることで個々の欠点を改善して補い、単に足し合わせた以上の効果を生むことが可能となる。
【００７７】
なお、ここでは２種類の乾燥剤を混ぜ合わせた場合のみの例を挙げて示したが、３種類以上の乾燥剤を混ぜ合わせても同様の効果があることを確認している。また、特に混合させる乾燥剤の材料を限定するものではないが、吸着容量が比較的大きい化学的に水分を吸着させる乾燥剤と吸着容量はそれ程大きくないが、吸着前後で状態変化の少ない物理的に水分を吸着させる乾燥剤を混合させることがより好ましい結果を生じる。すなわち、混ぜ合わせる乾燥剤のそれぞれの欠点を如何にして補うかに依存しており、そのための材料選択は重要となる。
【００７８】
（実施の形態２）
実施の形態２では、本発明にかかる他のインクジェットヘッドユニットについて説明する。図８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、実施の形態１において図５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。
【００７９】
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と同様の構成を有する。
【００８０】
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、水分による圧電振動子の絶縁破壊を防止することができ、高い信頼性を達成したインクジェットヘッドの実現が可能である。また、構造が簡略であるため、インクジェットヘッドの小型化が可能である。
【００８１】
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によれば、水分を除去して圧電アクチュエータへの水分の影響を無くし、小型で高信頼性を備えたインクジェットヘッドが実現可能であり、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。
【００８２】
本実施の形態は、先に述べた実施の形態１の場合と比べると、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。このため、乾燥剤９への負荷は小さくなり、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。この様な構成とすることにより、本発明で用いている、より性能の高い乾燥剤をインクジェットヘッドの密閉空間内に装着することによって、更に高い長期信頼性を得ることが可能となる。
【００８３】
（実施の形態３）
実施の形態３では、本発明にかかる他のインクジェットヘッドユニットについて説明する。図９は、本発明の実施の形態３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る。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、乾燥剤９はこれを包む抱材１１によって覆われている。更に、この抱材１１に充填された乾燥剤９が、圧電アクチュエータに直接接することによって圧電の素子の動きを妨げることが無いように、ヘッドベース２に抱材１１を保持する止め台１２を設置している。
【００８４】
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、この乾燥剤９を包んだ抱材１１と止め台１２とを有する以外は、基本的に前述した実施の形態１と同様の構成を有する。
【００８５】
ここで、抱材１１としては、実施の形態１において説明した高分子フィルム１０と同様な材質を用いることができ、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニリデン等の比較的透湿性が高いものが好ましい。
【００８６】
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、水分による圧電振動子の絶縁破壊を防止することができ、高い信頼性を達成したインクジェットヘッドの実現が可能である。また、構造が簡略であるため、インクジェットヘッドの小型化が可能である。
【００８７】
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によれば、水分を除去して圧電アクチュエータへの水分の影響を無くし、小型で高信頼性を備えたインクジェットヘッドが実現可能であり、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】
さらに、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、より簡単に封止構成を組立てることができる、と言う利点を有する。すなわち、実施の形態１において説明した封止構成においては、封止キャップ７に乾燥剤９を包む高分子フィルム１０を紫外線（ＵＶ）樹脂等で接着しなければならない。それに対して、本実施の形態で示した封止構成においては、単に封止キャップ７をヘッドベース２と接着する前に乾燥剤９を密閉空間内部に装着させるだけで良く、圧電アクチュエータの動作を阻害することなく簡単に封止構造を構成することができる。
【００８９】
なお、上記においては、抱材１１によって覆われた乾燥剤９を止め台１２を用いて固定し、圧電アクチュエータと直接接することを防止しているが、例えば、網目状の金属板をヘッドベース２の両側で固定し、その金属板の上に袋詰めにした乾燥剤９を装着しても構わない。水分を除去して圧電アクチュエータへの水分の影響を無くし、高い信頼性を確保するためには、圧電アクチュエータを含む空間と袋詰めされた乾燥剤９と完全に分離することなく乾燥剤９が配置されることが重要である。その為に、本実施の形態３で示したように、止め台の利用、網目状の金属板の利用、などにより圧電アクチュエータを装着した空間と乾燥剤９が配置された空間とを完全に独立させないことが重要となる。
【００９０】
（実施の形態４）
実施の形態４では、本発明にかかる他のインクジェットヘッドユニットについて説明する。本実施の形態においては、塩化マグネシウムと酸化マグネシウムとを混合した乾燥剤９を密閉空間内に配置してインクジェットヘッドユニットを構成した。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、塩化マグネシウムと酸化マグネシウムとを混合した乾燥剤９を備える以外は、基本的に前述した実施の形態１と同様の構成を有する。
【００９１】
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、水分による圧電振動子の絶縁破壊を防止することができ、高い信頼性を達成したインクジェットヘッドの実現が可能である。また、構造が簡略であるため、インクジェットヘッドの小型化が可能である。
【００９２】
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によれば、水分を除去して圧電アクチュエータへの水分の影響を無くし、小型で高信頼性を備えたインクジェットヘッドが実現可能であり、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。
【００９３】
塩化マグネシウムは化学的に水分を吸着する性能を有し、乾燥容量の２００％以上という、塩化カルシウムより高い水分吸着容量を有して。しかし、塩化カルシウムと同様に潮解性を有するため、乾燥剤として単体で用いることは困難である。一方、酸化マグネシウムの乾燥容量は塩化マグネシウムより劣るが、物理的に水分を吸着することができるので状態としては非常に安定である。
【００９４】
そこで、これらの異なる特性を有する塩化マグネシウムと酸化マグネシウムとを混合させることで酸化マグネシウムは固化剤として作用し、水分が吸着しても塩化マグネシウムが潮解することを防ぐことができる。したがって、塩化マグネシウムの乾燥容量を維持しつつ水分吸着後も潮解性のない安定した状態を保つことができるので、インクジェットヘッドに封入する乾燥剤として非常に適したものとなる。
【００９５】
なお、この作用を有した乾燥剤は一般的には知られており、例えば、「ＯＺＯ」や「ニッソードライ」の商品名で販売されている。
【００９６】
先に記載したように、インクジェットヘッドユニットにおいては接液性の観点から、使用される材料には大きな制限が加わる、また、接着樹脂からも進入が進むので、水分の浸入を完全にゼロにすること不可能であり、乾燥剤によって進入してくる水分を乾燥剤によって取り除くことが最適な封止構成と言える。しかしながら、スペース的にも制限が加わるインクジェットヘッドの封止においては、これまでに開示されてきたシリカゲル、酸化カルシウム、ポリビニルアルコール等の乾燥剤では性能が非常に低いものであり、長期的な信頼性を得るまでには至っていない。
【００９７】
なお、上述した実施の形態１から実施の形態４において示したように、インクジェットヘッドユニットの封止において最も重要な要素は、その中に封入する乾燥剤であり、その選択がインクジェットヘッドの寿命を大きく左右することとなる。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
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】
【００９９】
【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みた断面図
【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】種々の乾燥剤を封止して作製したインクジェットヘッドユニットがリーク電流を発生するまでに吸収した水分量を示す図
【図８】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
【図９】本発明の実施の形態３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
【符号の説明】
【０１００】
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    乾燥剤
１０    高分子フィルム
１１    抱材
１２    止め台
１０１    圧力室開口部
１０２    圧力室
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    電極層
１１３    中間層
１１４    接着剤
１１５    保護膜
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】
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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】
2007331318.tif 000008
【図７】
2007331318.tif 000009
【図８】
2007331318.tif 000010
【図９】
2007331318.tif 000011