(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前面並びに上面が開口されインクが供給される圧力室を構成する複数の溝を有し、少なくとも一部が圧電材料により形成され、圧力室の容積を変えるように、前記圧電材料に電圧を印加するための電極が設けられた圧電部材を準備する工程と、
インクに対して前記電極を電気的に絶縁するように、前記溝の上面の開口から絶縁材を導入させて、前記電極の表面を絶縁膜で被覆する工程と、
前記圧力室内の絶縁膜の、少なくとも一部を被覆する金属膜を形成する工程と、
前記圧電部材に、前記溝の上面並びに前面の開口を夫々覆うように、蓋部材並びにノズルプレートを装着する工程と、
このノズルプレートに、外部からレーザビームを照射して、各圧力室と外部とを連通させるノズルを形成する工程とを具備し、
前記金属膜は、前記ノズルを形成する工程のときに、レーザビームが前記絶縁膜に照射されて絶縁膜が破損されるのを防止するように、絶縁膜上に配置されている、インクジェットプリンタヘッドの製造方法。
【請求項２】
前面並びに上面が開口されインクが供給される圧力室を構成する複数の溝を有し、少なくとも一部が圧電材料により形成され、圧力室の容積を変えるように、前記圧電材料に電圧を印加するための電極が設けられた圧電部材を準備する工程と、
この圧電部材に、前記溝の上面の開口を覆うように、蓋部材を装着する工程と、
インクに対して前記電極を電気的に絶縁するように、前記溝の前面の開口から絶縁材を導入させて、前記電極の表面を絶縁膜で被覆する工程と、
前記圧力室内の絶縁膜の、少なくとも一部を被覆する金属膜を形成する工程と、
前記圧電部材に、前記溝の前面の開口を覆うように、ノズルプレートを装着する工程と、
このノズルプレートに、外部からレーザビームを照射して、各圧力室と外部とを連通させるノズルを形成する工程とを具備し、
前記金属膜は、前記ノズルを形成する工程のときに、レーザビームが前記絶縁膜に照射されて絶縁膜が破損されるのを防止するように、絶縁膜上に配置されている、インクジェットプリンタヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記金属膜を形成する工程は、前記絶縁膜の全表面を被覆している金属膜を形成する工程である請求項１もしくは２に記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記絶縁膜を形成する工程は、ポリイミド、ポリ尿素、ポリイミドアミド、ポリアミド、ポリアゾメチンからなるグループの少なくとも１つから選ばれた物質を蒸着重合法により電極の表面に形成する工程である請求項１ないし３のいずれか１に記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記金属膜を形成する工程は、レーザ光を３０％以上反射する性能を有している金属膜を形成する工程である請求項１ないし４のいずれか１に記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記ノズルを形成する工程の後に、前記金属膜を除去する工程をさらに具備する請求項１ないし５のいずれか１に記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記ノズルは、外部側が小さく、圧力側が大きいテーパ形状を有し、前記絶縁膜の少なくとも一部は、テーパ形状のノズルのテーパ角の延長に位置している、請求項１ないし６のいずれか１に記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば水性インク等の導電性のインクが使用可能なインクジェットプリンタヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、少なくとも一部が圧電材料によって夫々形成された複数の圧力室と、各圧力室に形成されたノズルと、圧電材料に電圧を印加するための電圧印加手段と、を備えて、電圧印加手段により圧電材料に電圧を印加することによる圧電材料のシェアモード変形によってノズルからインク滴を吐出させるようにしたインクジェットプリンタヘッドが知られている。
【０００３】
特開平８−５２８７２号公報には、インク内に電流が流れることによるインクの変質を防止するために、ＣＶＤ法等によって、パリレン膜等の絶縁膜を圧力室内の電極の内面に成膜したインクジェットプリンタヘッドが開示されている。この公報に開示された技術によれば、圧力室の駆動電圧を絶縁膜によってインクに対して電気的に絶縁することで、導電性インクを用いる場合でも、駆動電圧によってインク内に電流が流れることを防止して、インクの変質を防止することを可能にしている。また、この公報に開示された技術によれば、ＣＶＤ法によって、パリレン等の絶縁膜を成膜することで、インクジェットプリンタヘッドの圧力室の内面のように複雑で細かな形状を有する積層圧電部材に対しても均一な厚さに成膜することが可能である。
【０００４】
また、特開平８−２９０５６９号公報には、圧電材料の安定性、耐久性を向上させるために、圧力室に挿入される部分にポリイミド樹脂がスピンコート法によってオーバーコートされた圧電材料に取りつけられた電極に電圧を印加して、圧電材料をノズル方向に変位させることによりインクをノズルから吐出させるようにしたインクジェットプリンタヘッドが開示されている。この公報に開示された技術によれば、圧電材料中にインクが浸透することがポリイミド樹脂により防止され、圧電材料の安定性、耐久性を向上することが可能である。
【０００５】
また、上記のようなノズルを形成する場合、圧力室にプレートを接着した後に、エキシマレーザなどを局部的に照射することによりこのプレートにノズルを形成するのが、吐出の良好なインクジェットプリンタヘッドを提供することが出来ることとして知られている（特開平１０−２９１３１８号公報）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の技術では、パリレン膜やポリイミド膜などの有機材料膜は、ノズルを形成するときに、エキシマレーザ光等の紫外領域のレーザ光により損傷されてしまうので、損傷を受けた部分の膜を介して電極の対応部分が圧力室に直接露出してしまう。このために、インクと電極との間の絶縁が損なわれるので、導電性インクの使用が不可能なる問題がある。
【０００７】
本発明は、水性インク等の導電性を有するインクの使用に際して、インクの変質等の不都合を発生させずに、インクの良好な吐出を実現させるインクジェットプリンタヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様に係る、インクジェットプリンタヘッドの製造方法は、前面並びに上面が開口されインクが供給される圧力室を構成する複数の溝を有し、少なくとも一部が圧電材料により形成され、圧力室の容積を変えるように、前記圧電材料に電圧を印加するための電極が設けられた圧電部材を準備する工程と、
インクに対して前記電極を電気的に絶縁するように、前記溝の上面の開口から絶縁材を導入させて、前記電極の表面を絶縁膜で被覆する工程と、
前記圧力室内の絶縁膜の、少なくとも一部を被覆する金属膜を形成する工程と、
前記圧電部材に、前記溝の上面並びに前面の開口を夫々覆うように、蓋部材並びにノズルプレートを装着する工程と、
このノズルプレートに、外部からレーザビームを照射して、各圧力室と外部とを連通させるノズルを形成する工程とを具備し、
前記金属膜は、前記ノズルを形成する工程のときに、レーザビームが前記絶縁膜に照射されて絶縁膜が破損されるのを防止するように、絶縁膜上に配置されていることを特徴とする。
【０００９】
このような方法で製造されたヘッドにおいては、圧力室に露出した電極の表面は、絶縁膜により、覆われて、インクとは電気的に絶縁されている。このために、導電性のインクを使用しても、この中を電流が流れてインクが変質するようなことがない。また、この絶縁膜は、例えば、テーパ形状のノズルの形成のためのレーザビームの照射により破損されないように、ノズル形成中に、レーザビームが照射される可能性のあるノズル付近の部分、即ち、テーパ形状のノズルのテーパ角の延長上の部分の表面が金属膜で保護されている。この金属膜は、絶縁膜を必ずしも全体に渡って覆う必要がなく、損傷を受けやすい部分、例えば、ノズル近くの部分のみを被覆するだけでも良い。しかし、絶縁膜が、耐薬品性に劣る材料で形成されている場合には、全面に形成されていることが望ましい。この結果、洗剤や洗浄溶液等の薬品により、絶縁膜が侵されることが防止され得る。絶縁膜が耐薬品性に優れている場合には、この金属膜は、最終製品のときに、残っていてもいなくても良い。
【００１０】
前記絶縁膜は、ポリイミド、ポリ尿素、ポリイミドアミド、ポリアミド、ａｎｄ／ｏｒポリアゾメチンのような有機高分子材料の膜を蒸着重合法で形成することが、電極との密着性、インク並びに洗剤に対する耐性の面で好ましい。特に、ポリ尿素によって絶縁膜を成膜する場合には、重合開始温度を圧電材料の分極劣化を生じさせない程度に十分低くすることができるので、圧電材料の性能を低下させずに電極を被覆することが可能である。代わって、ポリイミドによって絶縁膜を成膜する場合には、ポリイミドは、成膜速度が速く、安価であるために、生産性を向上させることができる。しかし、ポリイミドは、成膜温度が高温であるので、高温において性能劣化を生じない耐熱性のＰＺＴ等を圧電材料として使用する場合に有効である。
前記金属膜は、反射率が高い方が、レーザビームに対して絶縁膜を保護することが可能で、３０％以上の反射率を有することが、金属膜を薄くしても、充分な保護効果を得ることができるので好ましい。
【００１１】
本発明の他の態様にかかわるインクジェットプリンタヘッドの製造方法は、前面並びに上面が開口されインクが供給される圧力室を構成する複数の溝を有し、少なくとも一部が圧電材料により形成され、圧力室の容積を変えるように、前記圧電材料に電圧を印加するための電極が設けられた圧電部材を準備する工程と、
この圧電部材に、前記溝の上面の開口を覆うように、蓋部材を装着する工程と、
インクに対して前記電極を電気的に絶縁するように、前記溝の前面の開口から絶縁材を導入させて、前記電極の表面を絶縁膜で被覆する工程と、
前記圧力室内の絶縁膜の、少なくとも一部を被覆する金属膜を形成する工程と、
前記圧電部材に、前記溝の前面の開口を覆うように、ノズルプレートを装着する工程と、
このノズルプレートに、外部からレーザビームを照射して、各圧力室と外部とを連通させるノズルを形成する工程とを具備し、
前記金属膜は、前記ノズルを形成する工程のときに、レーザビームが前記絶縁膜に照射されて絶縁膜が破損されるのを防止するように、絶縁膜上に配置されていることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
導電性インクを使用できるインクジェットプリンタヘッドへの適用例を示す、本発明の実施の形態について図１ないし図３を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態のインクジェットプリンタヘッドを一部切欠して示す斜視図であり、図２は溝方向の延出方向に直交する位置で切断したインクジェットプリンタヘッドの一部を示す断面図である。インクジェットプリンタヘッド１は、チタン酸ジルコン酸塩（ＰＺＴ）等の圧電材料により形成された２つの平板状の圧電材料２，３を互いに積層した積層圧電材料、即ち、部材４を有している。この積層圧電材料４における圧電材料２，３の分極方向は、図２で矢印で示すように板厚方向にそって互いに反対方向である。
【００１４】
前記積層圧電材料４中には、上側及び前面側が開放され、前後方向に延びた複数の溝５が、互いに所定間隔を有して（夫々が１対の支柱部６間に位置するようにして）、平行に形成されている。これら溝は、下側の圧電材料３の上面に形成された溝部と、これら溝部に対応して上側の圧電材料２に形成されたスロット部とにより構成されている。これら溝５は、ダイシングソーのダイヤモンドホイール等によって研削加工されて形成され得る。また、隣り合う溝５相互は、圧電材料４の支柱部６によって仕切られている。この実施形態では、各溝５は、深さが０．２−１ｍｍ、幅が２０−２００μｍ、長さが０．５−５００ｍｍの矩形溝により構成されているが、溝のディメンション並びに形状はこれに限定されるものではない。
【００１５】
前記溝５の内面及び積層圧電材料４の上面には、全体に渡って無電解ニッケルメッキ法により形成された複数の電極７が設けられている。この実施の形態では、電極７をニッケルにより形成したがこれに限るものではなく、例えば、金，銅などの導電体によって電極を形成しても良い。この溝５において積層圧電材料４の前面側で開口している前面開口部８は、複数のノズル９が形成されたノズルプレート１０により閉塞されている。これらノズルは、溝５毎に、即ち、後述する圧力室毎に形成されている。このノズルプレート１０は、例えば、１０−１００μｍ程度の厚さに形成されている。
【００１６】
全ての前記溝５において、積層圧電材料４の上側に向けて開口している上側開口部１１は、金属板により形成された蓋部材１２により共通に閉塞されている。この蓋部材１２には、図示しないインクタンク等に連通されて後述する各圧力室１３にインクを供給するインク供給管１４が連通されたインク流路としてのインク供給路１５が形成されている。
【００１７】
前記蓋部材１２及びノズルプレート１０によってヘッド基板の溝５の前面開口部８及び上側開口部１１が閉塞された状態では、各溝５により圧力室１３が規定されている。夫々の圧力室１３は、インク供給路１５を介して互いに連通されている。
【００１８】
インクジェットプリンタヘッド１には、制御部や電源に接続される、図示しないケーブルが接続されている。印字に際しては、ケーブルを介して、駆動パルス電圧や印字信号等がインクジェットプリンタヘッド１に入力される。
【００１９】
このようなインクジェットプリンタヘッド１を有するインクジェットプリンタでの印字に際しては、全ての圧力室１３内にインクを供給した状態で、インクを吐出させる１もしくは複数の圧力室１３の両側に位置する電極７へ一方の極性の電圧を印加する。この結果、電圧が印加された電極７に対応する互いに圧力室を挟んで対面した一対の支柱６は、分極方向が相反する圧電材料２，３のシェアモード変形により圧力室１３の容積を大きくする方向へ湾曲する。これら電極７に印加する電極の極性を逆転させると、支柱６が急激に初期位置に復帰する。支柱６が初期位置に復帰しているときに、圧力室１３内のインクが加圧されて、圧力室１３内のインクの一部がインク滴となってノズル９から吐出する。
【００２０】
上述のインクジェットプリンタヘッド１の圧力室１３に水性インク等の高い導電性を有する導電性インクを満たした状態で電極７に電圧を印加すると、インク供給路１５に満たされたインクを介して各圧力室１３に満たされているインクに電流が流れる。これにより、インクに電気分解が生じて圧力室１３内に気泡を発生させたりインクが変質したりし、また、電気泳動によって固形物が電極に析出したりして、電極７が正常に作動することが出来なくなることが懸念される。このような不都合を回避するために、本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド１では、インクと接触する電極７の表面に、ポリイミドによって形成された絶縁膜１６が蒸着重合法によって成膜されている（図４の（Ａ））。ここで、蒸着重合法とは、熱エネルギーによって蒸発させ、活性化された複数のモノマーを、絶縁膜の成膜を目的とする基材（実施の形態では電極）に付着させ、基材表面で重合反応を生じさせることにより、基材表面に有機高分子膜を形成する重合方法である。本実施の形態ではポリイ尿素によって形成される絶縁膜１６を成膜したが、これに限るものではなく、ポリイミド以外にも、例えば、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリアミド、並びに ポリアゾメチン等の少なくとも１つによって形成される有機高分子膜を成膜することが出来る。
【００２１】
前記絶縁膜１６を蒸着重合法により形成する場合の一例を、蒸着重合装置１７を概略的に示す図３を参照して説明する。
【００２２】
蒸着重合装置１７は、蒸着重合により成膜を目的とするサンプル（本実施の形態では、積層圧電材料４）を上に保持するステージ１８が内部に設けられたチャンバー１９を備えている。ステージ１８には、サンプルの温度調節を行うための温度調節機構（図示せず）が設けられている。本実施の形態では、ポリ尿素によって絶縁膜１６を成膜するため、温度調節機構によって、サンプルの温度は常温に保持されている。チャンバー１９内には、チャンバー１９内の温度を制御する室内温度制御機構（図示せず）が設けられている。本実施の形態では、ポリ尿素による絶縁膜１６を成膜するため、室内温度制御機構によって、チャンバー１９内の温度は常温から５０℃の範囲内に保持されている。図示しないが、チャンバー１９には、チャンバー１９内を減圧させるための減圧機構が設けられている。この減圧機構は、例えば、ファン等によってチャンバー１９内の空気を強制的にチャンバー１９外へ廃棄するような機構であっても良い。チャンバー１９の上側には混合漕２０が、チャンバー１９と複数の孔が形成されたシャワープレート２１を介して連通されるようにして、設けられている。蒸着重合装置１７は、サンプルに付着させる原料モノマーを保持する２つの蒸発漕２２を備えている。本実施の形態では、ポリ尿素による絶縁膜１６を形成するための原料モノマーとして、４、４ジアノミフェニルメタン（ＭＤＡ）と、４，４ジフェニルメタンイソシアナートとが、夫々の蒸発漕２２に保持されている。図示しないが、各蒸発漕２２には、原料モノマーを加熱する過熱機構が設けられ、また、前記混合漕２０に、モノマー導入管２３により連通されている。各モノマー導入管２３には、モノマー導入管２３を開放自在に閉塞するバルブ２４が設けられている。モノマー導入管２３は、蒸着重合を行う場合以外には、バルブ２４によって閉塞されている。
【００２３】
次に、絶縁膜１６の成膜について説明する。
絶縁膜１６の成膜に際しては、まず、溝５の内面に電極７が形成された状態の積層圧電部材４を、溝５の開口側を上向きにしてステージ１８上に取り付ける。このとき、フレキシブルケーブルが接続される電極７部分等、絶縁膜１６を形成しない部分を予めマスキングしておく。次に、加熱機構によって蒸発漕２２内を加熱して、原料モノマーを、気体となって蒸発させる。原料モノマーが充分に気化したところで、バルブ２４を開放してモノマー導入管２３を開放する。これにより、気化した原料モノマーは、モノマー導入管２３を通って混合漕２０に導入され、各種モノマーが均一に混ざった混合モノマーとされる。これに先立って、減圧機構によってチャンバー１９内を減圧しておく。この結果、混合モノマーは、混合漕２０とチャンバー１９内との圧力差によって、シャワープレート２１を介してチャンバー１９に導入されて、積層圧電部材４に付着する。このときに、積層圧電部材４とチャンバー１９内の温度とを制御することにより、積層圧電部材４表面に付着した原料モノマーは重合する。これによって、積層圧電部材４表面、即ち、溝５の内面と、積層圧電部材４の上面とには、目的とするポリ尿素の絶縁膜１６が成膜される。
【００２４】
上記蒸着重合法では、成膜したい物質をモノマー単位で積層圧電部材４に付着させ、積層圧電部材４面上で重合させるため、複雑な形状をした積層圧電部材４に対してもモノマー分子が良好に回り込み、積層圧電部材４の形状に左右されずに、細かな部分にも均一に成膜を施すことができる。この結果、充分な膜厚の絶縁膜１６が、溝５の内面に形成された電極７の露出面全体に渡って形成され得る。かくして、水性インク等の導電性を有するインクの使用に際して、インクに電流が流れることを防止して、インクの変質を発生させずに、インクジェットプリンタヘッド１を長期に亘り安定して使用することを可能にする。また、良好な密着性と優れた付き廻り性とを有する蒸着重合法を用いて絶縁膜１６を成膜することにより、積層圧電部材４の表面に下地処理を行う必要がない。
【００２５】
絶縁膜１６を形成した後、絶縁膜１６の全面もしくは圧力室内のノズル近くの部分の表面を被覆する金属膜３０を形成する（図４の（Ｂ））。成膜には、スパッタ法やイオンプレーティング法などを用いる。このときに用いる金属は、紫外光に対する反射率の高いアルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル合金などが有効であるが、これらに限定されることはない。
【００２６】
金属膜３０を形成した後、蓋部材１２を積層圧電材料４の上面に、また、オリフィスプレート１０を圧電材料４の前面に、夫々接着する（図４の（Ｃ））。この段階でのオリフィスプレートには、ノズルは形成されていない。オリフィスプレートには、エキシマレーザなどで微細加工が可能なポリイミドフィルム等を用いる。次に、オリフィスプレートの前面に、インクをはじくための撥インク膜３１を形成し、この撥インク膜の表面に、撥インク膜３１を後述するレザービームから保護するための保護フィルム３２を貼る。
【００２７】
ノズルの形成には、エキシマレーザビームをノズルプレート１０の前面、即ち、吐出口側からノズルプレートに照射し、吐出側が小さく、圧力室側が大きいテーパ形状のノズルを形成する（図４の（Ｄ））。この際、少なくともレーザビームが照射される可能性のある絶縁膜１６の部分の表面に金属膜３０が形成されていることにより、レーザ光により絶縁膜が損傷されるのが防止される。このようにしてノズルが形成された後に、前記保護フィルム３２を除去して、インクジェットプリンタヘッドを完成させる（図４の（Ｅ））。
【００２８】
上記実施の形態では、蓋部材１２を、積層圧電材料４に取り付ける前に絶縁膜１６及び金属膜３０を成膜したが、この順序に限るものではなく、蓋部材を取り付けた後に、圧力室１３内前面から絶縁膜１６を成膜し、吐出方向開口部側から金属膜３０を成膜しても良い。この場合の金属膜３０は、絶縁膜１６が耐薬品性の優れた材料により形成されていれば、図５に示されるように、絶縁膜１６上全面に成膜されるものではなく、主に吐出側開口部近傍のみに成膜しても良い。この場合でも、レーザ光からの保護を必要とする金属膜の領域は、吐出側開口部近傍であるため、必要な機能は満たされる。この金属膜３０を形成した後は、前記実施の形態と同様にして、圧電材料４の前面に、開口を覆うように、オリフィスプレート１０を接着し、このオリフィスプレート１０に、各圧力室に対応するようにしてノズルを形成する。
ノズル形成後、必要に応じて、金属を除去するエッチング液をインク室に導入し、耐薬品性の優れた材料により形成された絶縁膜上の金属膜３０を除去することも可能である。
【００２９】
前記実施の形態では、複数の圧力室を有する本体を積層圧電材料と、蓋部材と、オリフィスプレートとに構成したが、本体はこのような構成に限定されるものではなく、圧電材料を部分的に有し、電極に電圧が印加されたときに、この圧電材料が変形して圧力室の容積を変えて、インクをノズルより吐出させ得るような本体であれば、どのような材料、構成のものでも良い。前記電極を覆う絶縁膜は、実施の形態のように、蒸着重合法により形成された膜、いわゆる、蒸着重合膜である必要はなく、他の方法、例えば、真空蒸着法、プラズマ蒸着法によっても形成され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明の実施形態の方法により製造されるインクジェットプリンタヘッドを一部切欠して示す斜視図である。
【図２】  図２は、本発明の実施形態の方法により製造されるインクジェットプリンタヘッドを、溝延出方向に直交する位置で切断した一部を示す断面図である。
【図３】  図３は、蒸着重合法を実施する装置の一例を示す図である。
【図４】  図４の（Ａ）ないし（Ｅ）は、本発明の実施形態のインクジェットプリンタヘッドの製造工程を説明するための概略図である。
【図５】  図５は、インクジェットプリンタヘッドの金属膜の変形例を説明するための図である。
【符号の説明】
１…インクジェットプリンタヘッド、２，３…圧電材料、４…積層圧電材料（部材）、５…溝、６…支柱部、７…電極、９…ノズル、１０…ノズルプレート、１３…圧力室、１６…絶縁膜、３０…金属膜。
【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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