(57)【要約】      （修正有）【課題】駆動電極の腐食性を改善し、信頼性の高い液体噴射ヘッド、及び製造方法の提供。【解決手段】液体噴射ヘッド１は、側壁２に挟まれる溝３と、側壁２の壁面４に形成される駆動電極９とを有するアクチュエータ部６を備え、駆動電極９はピンホール１６を有するパリレン膜１４により表面が覆われており、駆動電極９の上のパリレン膜１４のピンホール１６は白金、金、銀、チタン又はパラジウムのいずれかの金属により埋め立てられる。【選択図】図１
2013158994.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
側壁に挟まれる溝と、前記側壁の壁面に形成される駆動電極とを有するアクチュエータ部を備え、
前記駆動電極はピンホールを有するパリレン膜により表面が覆われており、前記駆動電極の上の前記パリレン膜の前記ピンホールは白金、金、銀、チタン又はパラジウムのいずれかの金属により埋め立てられる液体噴射ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の液体噴射ヘッドと、
前記液体噴射ヘッドを往復移動させる移動機構と、
前記液体噴射ヘッドに液体を供給する液体供給管と、
前記液体供給管に前記液体を供給する液体タンクと、を備える液体噴射装置。
【請求項３】
アクチュエータ基板に溝を形成する溝形成工程と、
前記アクチュエータ基板に導電膜を形成する導電膜形成工程と、
前記導電膜をパターニングして前記溝を構成する壁の側面に駆動電極を形成する電極形成工程と、
前記アクチュエータ基板に前記溝を覆うようにカバープレートを接合して積層体を形成すカバープレート接合工程と、
前記駆動電極の表面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記積層体にメッキ処理を施して前記駆動電極の上の前記絶縁膜に形成されるピンホールに金属を充填するメッキ処理工程と、
前記積層体の端面にノズルプレートを接着するノズルプレート接着工程と、を備える液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記ノズルプレート接着工程の前に、前記アクチュエータ基板の端面から前記絶縁膜を除去する絶縁膜除去工程を含む請求項３に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記電極形成工程は、前記アクチュエータ基板の表面に前記駆動電極と導通する電極端子を形成する工程を含む請求項３又は４に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記絶縁膜形成工程は、前記駆動電極の表面にパリレン膜を形成する工程である請求項３〜５のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記カバープレート接合工程は、前記積層体を切断分割する工程を含む請求項３〜６のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記金属は、白金、金、銀、チタン又はパラジウムのいずれかである請求項３〜７のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルから液体を吐出して被記録媒体に文字や図形を記録する、あるいは機能性薄膜を形成する液体噴射ヘッド、その製造方法及び液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、記録紙等にインク滴を吐出して文字や図形を記録する、或いは素子基板の表面に液体材料を吐出して機能性薄膜を形成するインクジェット方式の液体噴射ヘッドが利用されている。この方式は、インクや液体材料を液体タンクから供給管を介して液体噴射ヘッドに供給し、チャンネルに充填したインクや液体材料をチャンネルに連通するノズルから吐出させる。液体の吐出の際には、液体噴射ヘッドや被記録媒体を移動させて文字や図形を記録する、或いは所定形状の機能性薄膜を形成する。
【０００３】
図７（ａ）は、この種の液体噴射ヘッドの構成を示す断面図である（特許文献１の図１）。液体噴射ヘッドは、複数の溝１１２とこの溝１１２を区画する複数の側壁１１１を備えるセラミックス素子１０１と、複数の溝１１２の開口部を塞ぐように接合層１０３を介して接合されるカバープレート１０２から構成される。各側壁１１１の壁面の上半分には金属電極１１３が形成され、金属電極１１３の表面には保護膜１２０が形成される。各側壁１１１は矢印方向１０４に分極処理が施された圧電材料からなる。
【０００４】
各溝１１２は紙面奥側に細長いインク流路を構成し、紙面手前側には各溝１１２の対応する位置にインク滴吐出用のノズルが開口するノズルプレート（図示しない）が接着される。各溝１１２には図示しないマニホールドからインクが充填される。側壁１１１を挟む一対の金属電極１１３ｄと１１３ｅの間に駆動電圧を与えて側壁１１１ｂに電界を印加すると、側壁１１１ｂは折れ曲がるように厚み滑り変形する。この圧電材料の電歪効果を利用して、金属電極１１３ｅ、１１３ｆと金属電極１１３ｄ、１１３ｇの間に駆動電圧を印加して溝１１２ｂの容積を変化させ、溝１１２ｂに充填されるインクに圧力を誘起しノズルからインク滴を吐出する。実際には、インクを吐出させる直前に溝１１２ｂの容積が拡大する方向に各側壁１１１ｂ、１１１ｃに高電界を印加し、溝１１２ｂにインクを吸引した後に低電界を印加して溝１１２ｂの容積を元に戻し、ノズルからインク滴を吐出させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０６−２４６９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の液体噴射ヘッドにおいて、金属電極１１３の表面に保護膜１２０が設けられている。これは、金属電極１１３を絶縁保護するため、あるいは電極自体の腐蝕防止のために設けられている。保護膜１２０として、シリコンナイトライド（ＳｉＮx）とシリコンオキシナイトライド（ＳｉＯＮ）が使用される。シリコンナイトライドやシリコンオキシナイトライドの膜質を向上させて下部の金属電極１１３をインクによる腐蝕から防止することが記載されている。
【０００７】
具体的には、シリコンナイトライドやシリコンオキシナイトライドの膜厚を０．２μｍから側壁１１１の厚さの１／８を超えない厚さとし、膜密度を１．８ｇ／ｃｍ3以上とする。更に、図７（ｂ）に示すように、金属電極１１３とその段差部が保護膜１２０により覆われる構造とすることが記載されている。なお、膜質評価法としてＣｕデコレーション法が記載される。Ｃｕデコレーション法とは、膜のピンホール評価としてサンプルを銅メッキ液に浸漬し、膜のピンホールに起因するＣｕ析出数をカウントして膜質評価を行う方法である。
【０００８】
しなしながら、シリコンナイトライドやシリコンオキシナイトライドの膜形成にはＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置やＰｌａｓｍａ−ＣＶＤ装置が必要である。また、ＣＶＤ法やＰ−ＣＶＤ法により成膜するシリコンナイトライド膜やシリコンオキシナイトライド膜は成膜後にフォトリソグラフィ及びエッチング法によるパターンニング工程が必要であり、製造工数が増えるとともに製造設備が大掛かりとなる。また、上記のシリコンナイトライドやシリコンオキシナイトライドを使用してもピンホールを完全に取り除くことができず、ピンホールを完全に除去するために膜厚を厚くすると膜の内部応力が増加し、側壁１１１の厚み滑り変形に影響する、或いは膜にクラックが発生し剥離しやすくなる。また、膜質評価のためにＣｕデコレーション法を利用しているが、Ｃｕはインクに対して腐蝕性を有するので、インクに接触する材料として溝１１２内に残すことができない。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、駆動電極の腐蝕性を改善し、信頼性の高い液体噴射装置を提供する目的でなされた。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の液体噴射ヘッドは、側壁に挟まれる溝と、前記側壁の壁面に形成される駆動電極とを有するアクチュエータ部を備え、前記駆動電極はピンホールを有するパリレン膜により表面が覆われており、前記駆動電極の上の前記パリレン膜のピンホールは白金、金、銀、チタン又はパラジウムのいずれかの金属により埋め立てられることとした。
【００１１】
本発明の液体噴射装置は、上記液体噴射ヘッドと、前記液体噴射ヘッドを往復移動させる移動機構と、前記液体噴射ヘッドに液体を供給する液体供給管と、前記液体供給管に前記液体を供給する液体タンクと、を備えることとした。
【００１２】
本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は、アクチュエータ基板に溝を形成する溝形成工程と、前記アクチュエータ基板に導電膜を形成する導電膜形成工程と、前記導電膜をパターニングして前記溝を構成する壁の側面に駆動電極を形成する電極形成工程と、前記アクチュエータ基板に前記溝を覆うようにカバープレートを接合して積層体を形成すカバープレート接合工程と、前記駆動電極の表面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、前記積層体にメッキ処理を施して前記駆動電極の上の前記絶縁膜に形成されるピンホールに金属を充填するメッキ処理工程と、前記積層体の端面にノズルプレートを接着するノズルプレート接着工程と、を備えることとした。
【００１３】
また、前記ノズルプレート接着工程の前に、前記アクチュエータ基板の端面から前記絶縁膜を除去する絶縁膜除去工程を含むこととした。
【００１４】
また、前記電極形成工程は、前記アクチュエータ基板の表面に前記駆動電極と導通する電極端子を形成する工程を含むこととした。
【００１５】
また、前記絶縁膜形成工程は、前記駆動電極の表面にパリレン膜を形成する工程であることとした。
【００１６】
また、前記カバープレート接合工程は、前記積層体を切断分割する工程を含むこととした。
【００１７】
また、前記金属は、白金、金、銀、チタン又はパラジウムのいずれかであることとした。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の液体噴射ヘッドは、側壁に挟まれる溝と、側壁の壁面に形成される駆動電極とを有するアクチュエータ部を備え、駆動電極はピンホールを有するパリレン膜により表面が覆われており、駆動電極の上のパリレン膜のピンホールは白金、金、銀、チタン又はパラジウムのいずれかの金属により埋め立てられる。これにより、駆動電極は液体に接触することが無く、パリレン膜のピンホールは耐腐蝕性の金属により埋め立てられるので、駆動電極は腐蝕せず、信頼性の高い液体噴射ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの断面模式図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの模式的な分解斜視図である。
【図３】本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッドの基本的な製造方法を表す工程図である。
【図４】本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法の各工程を説明するための図である。
【図５】本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法の各工程を説明するための図である。
【図６】本発明の第三実施形態に係る液体噴射装置の模式的な斜視図である。
【図７】従来公知の液体噴射ヘッドの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（第一実施形態）
図１及び図２は本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッド１を説明するための図である。図１（ａ）はチャンネル方向の断面模式図であり、図１（ｂ）はチャンネルに直交する方向の断面模式図であり、図２は液体噴射ヘッド１の模式的な分解斜視図である。
【００２１】
液体噴射ヘッド１は、表面に複数の溝３が形成されるアクチュエータ基板７と、液体供給室１３を備えるカバープレート８とから構成されるアクチュエータ部６と、複数のノズル１７を備え、アクチュエータ部６の一方の端部に接着されるノズルプレート１２とを備える。
【００２２】
具体的に説明する。アクチュエータ部６は、２つの側壁２に挟まれる溝３が形成されるアクチュエータ基板７と、溝３の上部開口を覆うように側壁２の上端面に接合されるカバープレート８と、側壁２の壁面４に形成される駆動電極９とを備える。溝３はカバープレート８により上端開口が塞がれてチャンネル５を構成する。各側壁２は圧電体から構成され、ｚ方向に分極処理が施されている。ノズルプレート１２には複数のノズル１７が形成され、各ノズル１７はアクチュエータ部６の一方の端部に開口する複数のチャンネル５のそれぞれに連通する。アクチュエータ部６の一方の端面とは反対側の端部はアクチュエータ基板７の表面が露出し、その露出面には端子電極１０が設置される。端子電極１０は駆動電極９に導通する。
【００２３】
液体供給室１３に供給される液体は複数のチャンネル５に供給され、各チャンネルは液
体により満たされる。端子電極１０に駆動信号が与えられると側壁２は厚み滑り変形し、駆動信号に応じてチャンネル５の容積を変化させる。これにより、チャンネル５に充填される液体がノズル１７から吐出される。
【００２４】
ここで、駆動電極９はパリレン膜１４により覆われており、パリレン膜１４にはピンホール１６が形成される。駆動電極９上のパリレン膜１４のピンホール１６は金属１１により埋め立てられている。金属１１は、白金、金、銀、チタン又はパラジウムが使用される。そのため、チャンネル５に腐蝕性の強い液体が充填されても駆動電極９と液体は接触することが無く、ピンホール１６を埋める金属１１は耐腐蝕性を有するので駆動電極９は腐蝕せず、信頼性が向上する。後に説明するが、ピンホール１６の金属１１は電気メッキ処理により形成される。
【００２５】
なお、駆動電極９としてアルミニウム膜、ニッケル膜等の腐蝕性の導電膜を使用することができる。パリレン膜１４は膜厚を１μｍ〜５μｍとすることができ、好ましくは２μｍ〜３μｍとする。溝３の深さは３００μｍ〜５００μｍ、側壁２の厚さを４０μｍ〜１００μｍとすることができる。アクチュエータ基板７及びカバープレート８としてＰＺＴセラミックスを使用することができる。
【００２６】
また、本発明に係る液体噴射ヘッド１は図１に示すものに限定されない。要するに、側壁２に挟まれる溝３を有し、その側壁２の壁面に駆動電極９が形成され、駆動電極９はピンホール１６を有するパリレン膜１４により表面が覆われており、駆動電極９上のパリレン膜１４のピンホール１６は白金、金、銀、チタン又はパラジウムのいずれかの金属１１により埋め立てられるものである。
【００２７】
（第二実施形態）
図３〜図５は本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッド１の製造方法を説明するための図である。図３は本発明の液体噴射ヘッド１の基本的な製造方法を表す工程図であり、図４及び図５は各工程を説明するための図である。同一の部分または同一の機能を有する部分には同一の符号を付す。
【００２８】
まず、図４（ａ）に示すように、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）セラミックスから成り、基板表面の垂直方向に分極処理が施されるアクチュエータ基板７を用意する。次に、アクチュエータ基板７の表面に感光性樹脂膜２１を貼り付け、フォトプロセスを通してパターンを形成する。感光性樹脂膜２１を除去する領域は電極を形成する領域であり、感光性樹脂膜２１を残す領域は電極を除去する領域である。
【００２９】
次に、溝形成工程Ｓ１において、図４（ｂ）に示すように、ダイシングブレード２２をアクチュエータ基板７の表面に降下し、移動して平行な多数の溝３を形成する。図４（ｂ）の上段が溝３方向に直交する方向から見る図であり、下段が溝３方向から見る図である。溝３の深さは３００μｍ〜４００μｍであり、溝３を分離する側壁２の厚さは４０μｍ〜１００μｍである。
【００３０】
次に、導電膜形成工程Ｓ２において、図４（ｃ）に示すように、アクチュエータ基板７に導電膜２３を形成する。斜め蒸着法により、例えばアルミニウムを側壁２の壁面４とアクチュエータ基板７の表面に堆積し導電膜２３を形成する。図４（ｃ）の上段に示すようにアクチュエータ基板７の溝３を下方に向けて、当該下方の面の法線に対する角度−θと角度＋θから導電材を斜め蒸着法により堆積する。これにより、アクチュエータ基板７の感光性樹脂膜２１の上面と壁面４の上端部から略１／２の深さまで導電膜２３を形成する。
【００３１】
次に、電極形成工程Ｓ３において、図４（ｄ）に示すように、導電膜２３をパターニングして壁面４に駆動電極９を形成する。同時に図示しない端子電極１０や端子電極１０と駆動電極９とを導通させる配線を形成する。本実施形態では感光性樹脂膜２１を除去して導電膜２３をリフトオフ法によりパターニングする。感光性樹脂膜２１を除去した際に導電膜２３が残る領域は、壁面４の駆動電極９とアクチュエータ基板７の端部表面の図示しない端子電極１０と、駆動電極９と端子電極１０とを導通させる図示しない配線である。
【００３２】
次に、カバープレート接合工程Ｓ４において、図４（ｅ）に示すように、アクチュエータ基板７に溝３を覆うようにカバープレート８を接合して積層体としてのアクチュエータ部６を形成する。カバープレート８には予め液体供給室１３を形成する。接合は接着剤を使用する。熱膨張係数差により割れや反りを避けるためにカバープレート８としてアクチュエータ基板７と同じ材料を使用するのが好ましい。なお、液体噴射ヘッド１を多数個取りにより製造する場合は、上記積層体を切断分割して個々のアクチュエータ部６とする。これにより、次の絶縁膜形成工程Ｓ５において駆動電極９の表面に絶縁膜を形成することができる。
【００３３】
次に、絶縁膜形成工程Ｓ５において、図５（ｆ）に示すように、駆動電極９の表面に絶縁膜１８を形成する。絶縁膜１８としてパリレン膜を形成することができる。アクチュエータ部６からなる積層体を真空チャンバに投入し、パリレンの原料、例えばジパラキシリレンを昇華炉で気化し、熱分解炉でパラキシリレンラジカルを発生させ、アクチュエータ部６に気相重合させて高分子量のポリパラキシリレン（パリレン）膜を形成する。パリレン膜の膜厚は１μｍ〜５μｍ、好ましくは２μｍ〜３μｍとする。真空中に投入した積層体にパラキシリレンラジカルを導入するのでパラキシレンラジカルは溝３内に入り込み、駆動電極９を含む壁面４の表面で気相重合する。図５（ｆ）では、絶縁膜１８に形成されるピンホール１６も記載している。ピンホール１６は成膜中の塵埃、表面の凹凸等に起因して発生する。
【００３４】
次に、絶縁膜１８としてパリレン膜１４を形成する場合は、アクチュエータ部６のノズルプレート１２側の端面と端子電極１０の上面からパリレン膜１４を除去する（絶縁膜除去工程）。酸素プラズマによるアッシング処理によりアクチュエータ部６の外面からパリレン膜１４を除去することができる。
【００３５】
次に、メッキ処理工程Ｓ６において、図５（ｇ）に示すように、アクチュエータ部６にメッキ処理を施して駆動電極９の上の絶縁膜１８のピンホールに金属を充填する。金属は、白金、金、銀、チタン又はパラジウムのいずれかとする。アクチュエータ部６の端子電極１０を陰極に接続し、充填する金属を陽極に接続して電気メッキ処理を施す。これにより、駆動電極９の露出表面は耐腐蝕性の金属により被覆することができる。
【００３６】
次に、ノズルプレート接着工程Ｓ７において、図４（ｈ）に示すように、積層体であるアクチュエータ部６の端面にノズルプレート１２を接着する。ノズルプレート１２にはアクチュエータ部６のチャンネル５に連通するノズル１７を予め形成しておいてもよいし、接着後にノズル１７を開口してもよい。ノズルプレート１２としてポリイミド膜を使用することができる。
【００３７】
このように、駆動電極９は液体と接触することが無く、絶縁膜１８のピンホール１６は耐腐蝕性の金属１１により埋め立てられので、信頼性の高い液体噴射ヘッド１を製造することができる。なお、本発明の液体噴射ヘッドの製造方法は絶縁膜１８としてパリレン膜を用いることに限定されず、シリコン窒化膜やシリコン酸化膜、その他の絶縁膜を使用することができる。例えば電極形成工程Ｓ３の後に絶縁膜形成工程Ｓ５により端子電極１０を絶縁膜１８により被覆し、次に、カバープレート接合工程Ｓ４によりアクチュエータ基板７にカバープレート８を接合し、次にメッキ処理工程Ｓ６を施して絶縁膜１８のピンホール１６を耐蝕性の高い金属により埋め立てることができる。
【００３８】
（第三実施形態）
図６は本発明の第三実施形態に係る液体噴射装置３０の模式的な斜視図である。液体噴射装置３０は、液体噴射ヘッド１、１’を往復移動させる移動機構４０と、液体噴射ヘッド１、１’に液体を供給する流路部３５、３５’と、流路部３５、３５’に液体を供給する液体ポンプ３３、３３’及び液体タンク３４、３４’とを備えている。各液体噴射ヘッド１、１’は複数の吐出溝を備え、各吐出溝に連通するノズルから液滴を吐出する。各液体噴射ヘッド１、１’は第一実施形態において説明したものを使用する。
【００３９】
液体噴射装置３０は、紙等の被記録媒体４４を主走査方向に搬送する一対の搬送手段４１、４２と、被記録媒体４４に液体を吐出する液体噴射ヘッド１、１’と、液体噴射ヘッド１、１’を載置するキャリッジユニット４３と、液体タンク３４、３４’に貯留した液体を流路部３５、３５’に押圧して供給する液体ポンプ３３、３３’と、液体噴射ヘッド１、１’を主走査方向と直交する副走査方向に走査する移動機構４０とを備えている。図示しない制御部は液体噴射ヘッド１、１’、移動機構４０、搬送手段４１、４２を制御して駆動する。
【００４０】
一対の搬送手段４１、４２は副走査方向に延び、ローラ面を接触しながら回転するグリッドローラとピンチローラを備えている。図示しないモータによりグリッドローラとピンチローラを軸周りに移転させてローラ間に挟み込んだ被記録媒体４４を主走査方向に搬送する。移動機構４０は、副走査方向に延びた一対のガイドレール３６、３７と、一対のガイドレール３６、３７に沿って摺動可能なキャリッジユニット４３と、キャリッジユニット４３を連結し副走査方向に移動させる無端ベルト３８と、この無端ベルト３８を図示しないプーリを介して周回させるモータ３９とを備えている。
【００４１】
キャリッジユニット４３は、複数の液体噴射ヘッド１、１’を載置し、例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４種類の液滴を吐出する。液体タンク３４、３４’は対応する色の液体を貯留し、液体ポンプ３３、３３’、流路部３５、３５’を介して液体噴射ヘッド１、１’に供給する。各液体噴射ヘッド１、１’は駆動信号に応じて各色の液滴を吐出する。液体噴射ヘッド１、１’から液体を吐出させるタイミング、キャリッジユニット４３を駆動するモータ３９の回転及び被記録媒体４４の搬送速度を制御することにより、被記録媒体４４上に任意のパターンを記録することできる。
【符号の説明】
【００４２】
１  液体噴射ヘッド
２  側壁
３  溝
４  壁面
５  チャンネル
６  アクチュエータ部
７  アクチュエータ基板
８  カバープレート
９  駆動電極
１０  端子電極
１１  金属
１２  ノズルプレート
１３  液体供給室
１４  パリレン膜
１６  ピンホール
１７  ノズル
１８  絶縁膜
【図１】
2013158994.tif 000003
【図２】
2013158994.tif 000004
【図３】
2013158994.tif 000005
【図４】
2013158994.tif 000006
【図５】
2013158994.tif 000007
【図６】
2013158994.tif 000008
【図７】
2013158994.tif 000009