(57)【要約】      （修正有）【課題】酸素によるパリレン膜の劣化を抑制することができ、インクと電極との間の電気絶縁性を長期間に亘って良好に維持できるインクジェットヘッドの提供。【解決手段】インクジェットヘッド１は、インクが供給される圧力室３１と、圧力室３１に連通され、インクを吐出させるノズル１３と、圧力室３１に設けられ、圧力室３１を変形させてインクを加圧する駆動電圧が印加される電極３２と、を備えている。電極３２の上にパリレン膜３８およびバリア膜３９が設けられている。パリレン膜３８は、電極３２をインクから保護するように電極３２を覆っている。バリア膜３９は、パリレン膜３８の上に堆積されて酸素からパリレン膜３８を隔離するように構成されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクが供給される圧力室と、
前記圧力室に連通され、前記インクを吐出させるノズルと、
前記圧力室に設けられ、前記圧力室を変形させて前記インクを加圧する駆動電圧が印加される電極と、
前記電極を前記インクから保護するように前記電極を覆ったパリレン膜と、
前記パリレン膜の上に堆積され、酸素から前記パリレン膜を隔離するバリア膜と、
を具備するインクジェットヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載されたインクジェットヘッドにおいて、前記パリレン膜で覆われた前記電極の表面が粗面であるインクジェットヘッド。
【請求項３】
請求項２に記載されたインクジェットヘッドにおいて、前記バリア膜で覆われた前記パリレン膜の表面が粗面であるインクジェットヘッド。
【請求項４】
請求項１に記載されたインクジェットヘッドにおいて、前記パリレン膜と前記バリア膜との間から酸素成分が排除されたインクジェットヘッド。
【請求項５】
インクが供給される圧力室と、
前記圧力室に設けられ、前記圧力室を変形させて前記インクを加圧する駆動電圧が印加される電極と、
前記圧力室内で前記電極を覆ったパリレン膜と、
前記パリレン膜の上に堆積され、前記圧力室に露出された酸素を含まないバリア膜と、
を具備するインクジェットヘッド。
【請求項６】
インクを加圧する圧力室の内面に設けられた電極と、
前記電極を前記インクから保護するパリレン膜と、
前記パリレン膜の上に堆積され、酸素から前記パリレン膜を隔離するバリア膜と、
を具備するインクジェットヘッド。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載されたインクジェットヘッドにおいて、前記バリア膜と前記パリレン膜との間から酸素成分が排除されたインクジェットヘッド。
【請求項８】
請求項１、請求項５および請求項６のいずれか一項に記載されたインクジェットヘッドにおいて、前記バリア膜は、シリコン窒化膜であるインクジェットヘッド。
【請求項９】
請求項８に記載されたインクジェットヘッドにおいて、前記バリア膜は、真空雰囲気の下で前記パリレン膜の上に堆積されたインクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電極をパリレン膜で覆ったインクジェットヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のノズルからインクを吐き出すインクジットヘッドは、インクが供給される複数の溝を有し、各溝の底面から側面に亘って電極が形成されている。電極がインクに浸かっていると、インクの特性によっては電極が溶解して断線することがある。そのため、従来のインクジェットヘッドでは、電極をインクから保護するために、パリレン膜で電極を覆っている。
【０００３】
パリレン膜は、各種の酸化物や窒化物を用いた無機膜よりもピンホールが発生する確率が低い。このため、例えば水溶性あるいは導電性を有する多種多様のインクを用いた場合でも、インクと電極との間の電気絶縁性を確保することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−７４４６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ポリパラキシレンを主成分とするパリレン膜は、酸素に触れると絶縁特性が劣化するのを否めない。このため、例えば電極の上にパリレン膜を堆積する過程でパリレン膜が大気中の酸素にさらされていると、パリレン膜の本来の絶縁性能を長期間に亘って維持することが困難となる。
【０００６】
よって、電極の保護が不十分となり、インクジェットヘッドの耐久性が低下する。  
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態によれば、インクジェットヘッドは、インクが供給される圧力室と、前記圧力室に連通され、前記インクを吐出させるノズルと、前記圧力室に設けられ、前記圧力室を変形させて前記インクを加圧する駆動電圧が印加される電極と、を備えている。前記電極の上にパリレン膜およびバリア膜が設けられている。前記パリレン膜は、前記電極を前記インクから保護するように前記電極を覆っている。前記バリア膜は、前記パリレン膜の上に積層されて酸素から前記パリレン膜を隔離するように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係るインクジェットヘッドの斜視図。
【図２】実施形態に係るインクジェットヘッドの平面図。
【図３】図２のＦ３−Ｆ３線に沿うインクジッェトヘッドの断面図。
【図４】図３のＦ４−Ｆ４線に沿うインクジェットヘッドの断面図。
【図５】図５のＦ６部を拡大して示す断面図。
【図６】パリレン膜の紫外線吸収スペクトルを示す特性図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１０】
図１ないし図３は、例えばプリンタのキャリッジに搭載して使用するオンディマンド型のインクジェットヘッド１を開示している。インクジェットヘッド１は、インク槽２、基板３、スペーサ４およびノズルプレート５を備えている。
【００１１】
インク槽２は、インク供給管６およびインク戻し管７を介してインクカートリッジに接続されている。
【００１２】
基板３は、細長い実装面３ａを有する矩形状であり、インク槽２の開口端を塞ぐようにインク槽２の上に重ねられている。基板３としては、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）およびチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）等を用いることができる。
【００１３】
図２および図３に示すように、複数のインク供給口８および複数のインク排出口９が基板３に設けられている。インク供給口８およびインク排出口９は、基板３の実装面３ａに開口されている。インク供給口８は、基板３の幅方向に沿う一端部および他端部で基板３の長手方向に間隔を存して一列に並んでいる。インク排出口９は、基板３の幅方向に沿う中央部で基板３の長手方向に間隔を存して一列に並んでいる。
【００１４】
スペーサ４は、四角い枠状である。スペーサ４は、基板３の実装面３ａの上に接着されて、インク供給口８およびインク排出口９を取り囲んでいる。
【００１５】
ノズルプレート５は、例えば厚さが５０μｍのポリイミドフィルムで構成されている。ノズルプレート５は、スペーサ４の上に接着されて基板３の実装面３ａと向かい合っている。
【００１６】
図３に示すように、基板３、スペーサ４およびノズルプレート５は、互いに協働してインク流通室１１を構成している。インク流通室１１は、インク供給口８およびインク排出口９を介してインク槽２に通じている。インク供給口８は、インクをインク槽２からインク流通室１１に供給する。インク流通室１１に供給された余剰のインクは、インク排出口９からインク槽２に戻される。
【００１７】
図１および図２に示すように、一対のノズル列１２ａ，１２ｂがノズルプレート５に形成されている。ノズル列１２ａ，１２ｂは、ノズルプレート５の長手方向に延びるように、ノズルプレート５の幅方向に間隔を存して互いに平行に配置されている。
【００１８】
ノズル列１２ａ，１２ｂは、夫々複数のノズル１３を有している。ノズル１３は、ノズルプレート５を厚み方向に貫通するミクロン単位の微小な孔である。ノズル１３は、インク流通室１１に開口するように互いに間隔を存して並んでいるとともに、印字すべき記録媒体と向かい合うようになっている。
【００１９】
図４に示すように、ノズル１３は、例えばインク流通室１１に向けて口径が逐次増大するテーパ状に形成されている。本実施形態のノズル１３は、例えばインクの吐出量が３ｐＬの場合は、インク流通室１１に開口する上流端の口径が４０μｍであり、インク流通室１１とは反対側に開口する吐出端の口径が２０μｍとなっている。ノズル１３の寸法は、インクの吐出量に応じて所定の値に設定される。
【００２０】
図２および図３に示すように、インク流通室１１に一対のアクチュエータ１５ａ，１５ｂが収容されている。一方のアクチュエータ１５ａは、一方のノズル列１２ａの真下に位置するように基板３の実装面３ａの上に接着されている。他方のアクチュエータ１５ｂは、他方のノズル列１２ｂの真下に位置するように基板３の実装面３ａの上に接着されている。
【００２１】
アクチュエータ１５ａ，１５ｂは、互いに共通の構成を有している。そのため、本実施形態では、一方のアクチュエータ１５ａを代表して説明し、他方のアクチュエータ１５ｂについては、同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【００２２】
アクチュエータ１５ａは、ノズル列１２ａに沿って延びる細長い本体１６を備えている。図４に示すように、本体１６は、二枚の圧電部材１７ａ，１７ｂで構成されている。圧電部材１７ａ，１７ｂは、厚さ方向に重ねて接着されているとともに、その分極方向が圧電部材１７ａ，１７ｂの厚さ方向に互いに逆向きとなっている。
【００２３】
圧電部材１７ａ，１７ｂとしては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）等を用いることができ、本実施形態では、圧電定数が高いＰＺＴを用いている。
【００２４】
本体１６は、表面１８、裏面１９および側面２０ａ，２０ｂを有している。表面１８は、ノズルプレート５に面している。裏面１９は、表面１８の反対側に位置されて、基板３の実装面３ａに面している。
【００２５】
一方の側面２０ａは、表面１８の幅方向に沿う一端と裏面１９の幅方向に沿う一端との間に跨っている。他方の側面２０ｂは、表面１８の幅方向に沿う他端と裏面１９の幅方向に沿う他端との間に跨っている。さらに、側面２０ａ，２０ｂは、表面１８から裏面１９に向けて互いに遠ざかる方向に傾斜している。
【００２６】
図２および図４に示すように、複数の溝２２が本体１６に形成されている。溝２２は、本体１６の長手方向に間隔を存して一列に並んでいるとともに、本体１６の表面１８および側面２０ａ，２０ｂに連続して開口されている。本体１６のうち溝２２の間に位置された部分は、隣り合う溝２２の間を隔てる隔壁２３として機能している。
【００２７】
図４に示すように、各溝２２は、底面２４と、一対の側面２５ａ，２５ｂとで規定されている。側面２５ａ，２５ｂは、溝２２の幅方向に間隔を存して向かい合っている。さらに、溝２２は、上側の圧電部材１７ａを貫通して下側の圧電部材１７ｂの厚み方向に沿う途中にまで達している。このため、溝２２の底面２４は、下側の圧電部材１７ｂで構成されている。
【００２８】
溝２２の深さは、溝２２の幅よりも大きく設定されている。溝２２の深さと幅との比（深さ／幅）で定まるアスペクト比は、溝２２が深くて、幅が狭まる程に高くなる。アスペクト比および溝２２の間隔は、インクジェットヘッド１に要求される解像度やインクの吐出量に応じて所定の値に設定される。
【００２９】
本実施形態によると、溝２２は、本体１６に例えばダイヤモンドブレードを用いた切削加工を施すことにより形成される。そのため、図４に示すように、溝２２の内面となる溝２２の底面２４および側面２５ａ，２５ｂは、数多くのミクロン単位の凹凸２８を有している。加えて、ＰＺＴ製の本体１６は脆いために、本体１６に切削加工を施す過程において、溝２２の内面が部分的に欠落することがあり得る。この結果、切削加工された溝２２の内面は、平滑度が失われた粗面となっている。
【００３０】
図４に示すように、ノズルプレート５は、溝２２が開口された本体１６の表面１８に接着剤３０を介して接着されている。溝２２とノズルプレート５とで規定された空間は、複数の圧力室３１を構成している。圧力室３１は、インク流通室１１に供給されたインクが流入するようにインク流通室１１に連通されている。さらに、ノズルプレート５のノズル１３は、個々に圧力室３１の中央部に開口されている。
【００３１】
圧力室３１の内側に夫々電極３２が設けられている。電極３２は、溝２２の底面２４および溝２２の側面２５ａ，２５ｂを連続して覆っている。隣り合う溝２２の電極３２は、電気的に独立するように互いに切り離されている。
【００３２】
図５に示すように、電極３２は、例えばニッケルめっき層３３と金めっき層３４とを有する二層構造である。ニッケルめっき層３３は、本体１６および溝２２に無電解ニッケルめっきを施すことにより構成される。ニッケルめっき層３３の厚さは、例えば０．８μｍである。
【００３３】
金めっき層３４は、ニッケルめっき層３３の上に電解金めっきを施すことにより構成される。金めっき層３４は、ニッケルめっき層３３の上に積層されて、ニッケルめっき層３３を被覆している。金めっき層３４の厚さは、例えば０．１μｍである。
【００３４】
電極３２は、基板３の実装面３ａの上に形成された複数の導体パターン３５に電気的に接続されている。導体パターン３５の先端は、スペーサ４の外に導かれているとともに、複数のテープキャリアパッケージ３６に接続されている。テープキャリアパッケージ３６は、インクジェットヘッド１を駆動する駆動回路を搭載している。
【００３５】
駆動回路は、インクジェットヘッド１の電極３２に駆動パルス（駆動電圧）を印加する。これにより、圧力室３１を間に挟んで隣り合う電極３２の間に電位差が生じ、これら電極３２に対応する溝２２の側面２５ａ，２５ｂに電界が生じる。この結果、側面２５ａ，２５ｂがシェアモードで変形し、圧力室３１に充填されたインクが加圧される。加圧されたインクの一部は、複数のインク滴となってノズル１３から記録媒体に向けて吐出される。
【００３６】
図４および図５に示すように、各溝２２の電極３２は、パリレン膜３８で覆われている。パリレン膜３８は、ポリパラキシレンを主成分とする有機材料で構成されている。パリレン膜３８は、電極３２の表層となる金めっき層３４の上に積層されて、電極３２を圧力室３１に供給されるインクから保護している。
【００３７】
電極２２の下地となる溝２２の底面２４および側面２５ａ，２５ｂは、数多くの微小な凹凸２８を有する粗面となっている。このため、電極２２は、溝２２の底面２４および側面２５ａ，２５ｂの表面粗さの影響を受ける。言い換えると、溝２２の底面２４および側面２５ａ，２５ｂの表面が粗くなっていると、電極２２で凹凸２８を吸収することが困難となる。そのため、パリレン膜３８で覆われた電極２２の表面も粗面となり、パリレン膜３８にピンホールが発生する確率が増える。パリレン膜３８にピンホールが発生するのを防ぐためには、パリレン膜３８の膜厚を３μｍ以上とすることが望ましい。
【００３８】
図５に示すように、パリレン膜３８の上にバリア膜３９が堆積されている。バリア膜３９は、例えばシリコン窒化膜のような有機材料で構成されている。シリコン窒化膜は、緻密で水分や不純物の浸透を抑制するバリア機能を有するとともに、電気絶縁性の点でも優れている。
【００３９】
本実施形態では、バリア膜３９は、例えばＰＥ−ＣＶＤ法(Plasma-enhanced chemical vapor deposition)を用いてパリレン膜３８の上に形成されている。ＰＥ−ＣＶＤ法で得られたシリコン窒化膜は、その成分の中に酸素が含まれていない。さらに、真空雰囲気の下でパリレン膜３８の上にシリコン窒化膜を堆積させることで、シリコン窒化膜とパリレン膜３８との間から酸素を排除することができる。したがって、真空雰囲気の下でパリレン膜３８の上に堆積されたシリコン窒化膜は、酸素バリア特性を有するバリア膜３９として好ましい形態となる。
【００４０】
バリア膜３９は、インクジェットヘッド１の圧力室３１の内部でパリレン膜３８を全面的に覆っている。このため、バリア膜３９は、圧力室３１の内部に露出されて、酸素からパリレン膜３８を隔離するように構成されている。バリア膜３９の膜厚は、例えば１μｍ以上とすることが望ましい。
【００４１】
本実施形態に係るインクジェットヘッド１によると、電極３２を保護するパリレン膜３８がバリア膜３９で覆われている。バリア膜３９の一例であるシリコン窒化膜は、成分中に酸素を含まないとともに、真空中でパリレン膜３８の上に堆積しているので、バリア膜３９とパリレン膜３８との間に酸素成分が残存することもない。
【００４２】
このため、酸素からパリレン膜３８を隔離して、酸素によるパリレン膜３８の劣化を防止することができる。したがって、長期間に亘って圧力室３１に供給されるインクと電極３２との間の電気絶縁性能を良好に維持することができ、例えばインクが導電性を有していても、インクに電流が流れることに起因する電極３２の腐食およびインクの電気分解を回避できる。よって、印字品質が良好で、耐久性に優れたインクジェットヘッド１を得ることができる。
【００４３】
加えて、本実施形態では、電極３２を覆ったパリレン膜３８の表面が溝２２の底面２４および側面２５ａ，２５ｂの上の凹凸２８の影響を受けて粗い面となっている。これにより、バリア膜３９がパリレン膜３８の表面に存在する細かな凹凸に食い込むような形態となり、パリレン膜３８に対するバリア膜３９の密着力が高まる。したがって、所期の酸素バリア性能を有するシリコン窒化膜のようなバリア膜３９を、パリレン膜３８の上に確実に形成することができる。
【００４４】
次に、パリレン膜３８の電気絶縁性が酸素により劣化するモードについて説明する。
【００４５】
化学式１に示すように、パリレン膜３８は、複数のベンゼン環が複数のメチレン基(ＣＨ２)を介して繋がった構造を有している。
【化１】
2013188892.tif 000003
【００４６】
パリレン膜３８が酸素雰囲気の下で例えば紫外線、熱のような外部エネルギーを受けると、化学式２に示すように、メチレン基(ＣＨ２)の部分が酸化されてケトン基（ＣＯ）となる。すなわち、酸素中で原子間を結合する手が破られることにより、パリレン膜３８の電気絶縁性が劣化する。
【化２】
2013188892.tif 000004
【００４７】
図６は、電極の上に堆積したパリレン膜３８の紫外線吸収スペクトルを示している。図６の中のＡは、酸素雰囲気の下でパリレン膜３８に紫外線を照射した後に観測されたケトンの主なピークを示している。酸素雰囲気の下でパリレン膜３８に紫外線を照射する以前の段階では、ケトン基の吸収は観測されなかったが、バリレン膜３８に紫外線を照射した後は、図６に示すようにケトン基の吸収が確認された。本実施形態によると、観測されたケトン基の吸収波数は１７００ｃｍ−１であった。
【００４８】
このことから、酸素雰囲気の下でパリレン膜３８に外部エネルギーの一例である紫外線を照射すると、パリレン膜３８の電気絶縁性が劣化することが分かる。パリレン膜は、種類によって結晶構造が相違するが、構造にメチレン基(ＣＨ２)を有するパリレン膜では、基本的に前記のような原理で電気絶縁性が劣化する。
【００４９】
したがって、シリコン窒化膜のような酸素を含まないバリア膜３９でパリレン膜３８を覆い、かつパリレン膜３８とバリア膜３９との間から酸素成分を排除することで、酸素を起因とするパリレン膜３８の劣化を防止することができる。
【００５０】
なお、バリア膜は、シリコン窒化膜に特定されるものではなく、シリコン酸化膜の代わりに例えば窒化チタン膜を用いることができる。
【００５１】
さらに、パリレン膜３８の上にバリア膜を堆積する方法は、ＰＥ−ＣＶＤ法に限らず、真空中においてパリレン膜の上に酸素を含まない有機原料を堆積させることが可能であれば、どのような方法を用いてもよい。
【００５２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５３】
１…インクジェットヘッド、１３…ノズル、３１…圧力室、３２…電極、３８…パリレン膜、３９…バリア膜。
【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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