【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットプリンタに用いられるインクジェットヘッド及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、ワードプロセッサ、コンピュータ等の記録用として、インクジェットプリンタが、高速印字・低騒音という特徴により、多く使われるようになってきている。
【０００３】
インクジェットプリンタに使用するインクジェットヘッドには各種の方式がある。例えば、インク流路を区画する隔壁に電極を形成し、この電極に記録書き込み信号に応じたパルス電圧を印加することで、隔壁（ヘッド駆動部）を変形させてインク流路内のインクを加圧し、ノズルからインク液滴を記録媒体上に吐出させるオンデマンド型の圧電駆動式インクジェットヘッドがある。
【０００４】
圧電駆動式インクジェットヘッドにおいては、駆動用の電極がインク流路内に設けられる構造が一般的であり、水性インクを使用する場合には、インク中の腐食性成分から電極を保護するために、電極に絶縁被膜を施す必要がある。絶縁被膜の材料・形成方法に関しては種々の提案がなされている。
【０００５】
例えば、ゾルゲル法により酸化物薄膜からなる絶縁膜を形成する方法（例えば、特許文献１参照）や、ポリイミドからなる絶縁膜を蒸着重合法により形成する方法（例えば、特許文献２参照）が提案されている。
【０００６】
これら提案技術のうち、ゾルゲル法により酸化物薄膜を形成する方法では、ゾル溶液の塗布をディッピング装置やスプレー装置を用いて行なうため、コーナー部分に溶液が溜まりやすく、インクジェットヘッドのインク流路のような複雑で微細な部品への均一な塗布は困難である。
【０００７】
また、蒸着重合法にて絶縁膜を形成する方法では、特殊で高価な真空装置が必要であり、しかも、ヘッド素子を高温に加熱する必要があるため、熱応力による劣化が起こり得る。
【０００８】
このような問題点を解決するため、従来、インクジェットヘッドのチャンネル溝内部のような微細な三次元形状に均一に成膜する方法に関して多数の提案がなされている。
【０００９】
例えば、駆動用の電極を被覆絶縁する樹脂としてポリパラキシリレンを用いる方法（例えば、特許文献３参照。）や、絶縁膜を電着塗装により形成する方法（例えば、特許文献４参照。）が提案されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平５−３１８７３４号公報
【特許文献２】
特開平６−１２６９７５号公報
【特許文献３】
特開２０００−７１４５１号公報
【特許文献４】
特開平９−４８１３１号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記特許文献３に記載の方法で用いるポリパラキシリレン膜は、膜厚の均一性に優れており、さらに製造装置が安価で、常温プロセスで製造可能である点で優れているが、被覆能力が不十分でピンホールが生じる上、金属電極や圧電性セラミックスとの接着性に劣るため、膜の剥離による電極腐食が懸念される。
【００１２】
また、上記特許文献４に開示されている電着法にて絶縁膜を形成する方法によれば、電着塗料が焼き付け時に軟化し、溝の開口部が上向きである場合には、軟化した電着塗料が溝内に入り込んでしまう。このため側壁頂部のエッジ部の絶縁膜が薄くなり、電極が完全に被覆されずに露出する箇所が発生し、電極腐食の原因となる。
【００１３】
このように、従来の方法による保護膜は、耐久性・信頼性、製造プロセスの簡易性等において不十分である。
【００１４】
本発明はそのような実情に鑑みてなされたもので、インク流路内（チャンネル溝）内に設けられた電極膜を水性インク中の腐食性成分から確実に保護することが可能な構造で、耐久性・信頼性の高いインクジェットヘッドを提供すること、及び、そのようなインクジェットヘッドを簡易な製造プロセスで得ることが可能なインクジェットヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明のインクジェットヘッドは、インク流路を形成する溝が形成されているとともに、前記溝内面に形成された電極膜及びその電極膜への電圧印加にて駆動されるヘッド駆動部を有する圧電性セラミックス基板と、インク流路に対応する位置にノズル孔が形成されたノズルプレートを備えたインクジェットヘッドにおいて、前記電極膜が、電着法にて形成された電着絶縁膜と、ポリパラキシリレン類からなる絶縁膜の２層の膜で被覆されていることによって特徴づけられる。
【００１６】
本発明のインクジェットヘッドによれば、圧電性セラミックス基板の駆動用の電極膜を、金属電極との密着性や絶縁特性に優れる電着膜（第１層）と、均一被覆性に優れるポリパラキシリレン類からなる絶縁膜（第２層）の２層の膜で被覆しているので、水性インク中の腐食性成分から電極膜を確実に保護することができる。
【００１７】
本発明のインクジェットヘッドにおいて、前記圧電性セラミックス基板が分極済み圧電体からなり、電極膜を形成したヘッド駆動部の剪断変形によりインクを吐出するように構成してもよい。
【００１８】
本発明の製造方法は、インク流路を形成する溝が形成されているとともに、前記溝内面に形成された電極膜及びその電極膜への電圧印加にて駆動されるヘッド駆動部を有する圧電性セラミックス基板と、インク流路に対応する位置にノズル孔が形成されたノズルプレートを備えたインクジェットヘッドの製造方法であって、前記電極膜上に、電着法にて電着絶縁膜を形成する工程と、その電着絶縁膜上にポリパラキシリレン類からなる絶縁膜を形成する工程を含むことを特徴としている。
【００１９】
本発明の製造方法によれば、水性インク中の腐食性成分から電極膜を確実に保護することが可能な保護膜を、特殊で高価な装置を用いることなく、簡易な装置による常温・常圧の製造プロセスで形成することができる。
【００２０】
ここで、本発明に用いる電極膜としては、Ｃｕ、Ａｕ等の金属薄膜を挙げることができる。
【００２１】
本発明において電着絶縁膜の材料には、アクリル系樹脂またはアミノアルキド系樹脂を挙げることができる。また、ポリパラキシリレン類としては、ポリパラキシリレン、ポリ（１−クロロパラキシリレン）を挙げることができる。
【００２２】
本発明において電着絶縁膜は、硬化焼付温度が高いとヘッド素子への負荷が大きくなり、圧電性セラミックスの分極が消える可能性があるので、低温処理にて硬化焼付を行うことが好ましく、特に１５０℃以下の硬化焼付温度で処理を行うことが好ましい。
【００２３】
本発明において、前記ポリパラキシリレン類からなる絶縁膜の表面に、レーザー照射処理、ＵＶ／オゾン処理、プラズマ照射処理またはコロナ放電処理のいずれかの処理にて酸化処理を施すことが好ましい。このようにポリパラキシリレン類からなる絶縁膜の表面を酸化処理すると、水性インクの濡れ性が良好（親水性が向上）になるので、安定したインク吐出動作が得られる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１及び図２はそれぞれ本発明のインクジェットヘッドの実施形態の要部構造を模式的に示す断面図及び斜視図である。
【００２６】
本実施形態のインクジェットヘッドは、ＰＺＴ基板１、カバープレート８及びノズルプレート９を備えている。
【００２７】
ＰＺＴ基板１には、インク流路７の一部を形成する複数の溝（チャンネル溝）２・・２が設けられており、その各溝２間に隔壁４が形成されている。隔壁４は高さ方向において分極されている。ＰＺＴ基板１の各溝２内面（隔壁４の側面）には電極膜３が形成されており、この電極膜３を形成した部分の隔壁４がヘッド駆動部となっている。
【００２８】
カバープレート８は、溝２・・２の上部開口を閉鎖してインク流路７を形成するもので、ＰＺＴ基板１の上部に接着剤１１により貼りつけられている。インク流路７には、図示しないインク導入路を通じて水性インクが供給される。
【００２９】
ノズルプレート９は、ＰＺＴ基板１及びカバープレート８の前面側に取り付けられている。ノズルプレート９には、インク流路７に対応する位置にノズル孔１０が設けられている。
【００３０】
以上の構造のインクジェットヘッドにおいて、電極膜３に、信号線（図示せず）を介して記録書き込み信号に応じたパルス電圧が印加され、このパルス電圧の印加により、隔壁４（ヘッド駆動部）が変形してインク流路７内のインクが加圧され、ノズルプレート９のノズル孔１０からインク液滴が吐出することにより、記録媒体上に画像を形成することができる。
【００３１】
本実施形態の特徴部分は、ＰＺＴ基板１の各溝２内の電極膜３を電着絶縁膜（有機絶縁膜）５とポリパラキシリレン膜６の２層の膜で被覆している点にある。
【００３２】
このように、溝２内（インク流路７内）の電極膜３を、金属電極との密着性や絶縁特性に優れる電着絶縁膜５と、均一被覆性に優れるポリパラキシリレン膜６の２層の膜で被覆することで、水性インク中の腐食性成分から電極膜３を確実に保護することができるので、素子の劣化がなく、インクジェットヘッドの耐久性・信頼性を高めることができる。
【００３３】
次に、以上の構造のインクジェットヘッドの製造方法を図１〜図３を参照しながら各工程ごとに説明する。
【００３４】
［溝形成工程］
予め分極済みであるＰＺＴ圧電板からなるＰＺＴ基板１を、ダイヤモンドブレードカッターにて切削加工して、インク流路７の一部を形成する複数の溝２・・２を形成する。溝２の代表的な寸法は、幅８０μｍ、深さ３００μｍ、長さ３ｍｍであり、溝２の間隔は９０μｍである。
【００３５】
［電極膜の形成工程］
ＰＺＴ基板１の溝２内面を覆うように、金属導電材からなる電極膜３を形成する。このような電極膜３を形成した後、ＰＺＴ基板１の上面を研磨・除去することにより、溝２内部に電極膜３を残す。
【００３６】
なお、電極膜３の金属導電材としては、Ｃｕ、Ａｕ等が使用される。また、電極膜３の形成方法としては、スパッタリング法、イオンプレーティング法またはＥＢ蒸着法等が挙げられるが、成膜の均一性と生産性に優れるスパッタリング法を用いることが好ましい。
【００３７】
［カバープレートの取付工程］
カバープレート８の裏面に接着剤１１を塗布した上で、ＰＺＴ基板１上に圧接して両者を一体化することにより、内部に複数のインク流路７を有するインクジェットヘッドとして組み上げる。なお、接着剤１１の具体例としては、エイブルスティック３４２−３７（エイブルボンド製 エポキシ系接着剤）等が挙げられる。
【００３８】
［電着絶縁膜の形成工程］
アニオン型アクリル系またはアミノアルキド系のアニオン性電着塗料を、電極膜３に電着させることにより電着絶縁膜５を形成する。
【００３９】
電着絶縁膜５を形成する際の電着法について図３を参照しながら説明する。
【００４０】
図３は電着塗料２０中で、ＣｕやＡｕ等からなる一対の導電部材２１，２２間に直流電圧を印加した状態を示す。
【００４１】
導電部材２１，２２間に直流電圧を印加すると、陽極側の導電部材２１の周辺では酸素ガスと水素イオンとが発生して酸性化が進行し、陰極側の導電部材２２の周辺では水素ガスと水酸基イオンとが発生してアルカリ性化が進行する。そして、陽極側の導電部材２１の表面に、イオン化された電着塗料２０が引き付けられて電着することにより電着絶縁膜５が形成される。
【００４２】
このような電着は、陽極側の導電部材２１における活性の高い部分、例えば基板表面のステップ（凹凸）部分から始まり、電着塗料２０中の分散粒子が、表面に凝析・積層することで電着絶縁膜５が形成される。なお、電着時には、陽極側の導電部材２１の周辺で酸素ガスが発生し、電着絶縁膜５中に、ガスによる気泡がピンホールとなって残存するが、電着終了後に、電着絶縁膜５の焼き付け処理を行なうことで、電着塗料２０が溶融してピンホールが塞がれる。
【００４３】
次に、本実施形態の電着絶縁膜の形成プロセスについて以下に具体的に説明する。
【００４４】
まず、溝２内に電極膜３を形成した、組み上げ後のインクジェットヘッドを、前処理液に浸漬して前処理を行なう。前処理液には、アクチベータＳ（商品名、株式会社シミズ製）の濃度８０ｇ／Ｌの水溶液を使用し、水溶液（５０℃）中にインクジェットヘッドを１時間浸漬させる。
【００４５】
次に、図３で説明した電着法にて電着絶縁膜５を形成する。具体的には、インクジェットヘッドを、アニオン型電着塗料（エレコートＩＮＳ：商品名、株式会社シミズ製）に浸漬させた状態で、電極膜３を陽極側の導電部材２１とし、ステンレスメッシュ（図示せず）を陰極側の導電部材２２として、その両者間に直流電圧を印加する。ただし、陰極側のステンレスメッシュは、被電着物であるＰＺＴ基板１よりも大きな表面積のものを用いることによって、電着のバラツキを防止する。そして、電極膜３とステンレスメッシュとの間に２０Ｖの直流電圧を１分間印加することにより、１〜２．５μｍの平滑な電着絶縁膜５を形成する。
【００４６】
電着絶縁膜５の膜厚は、印加電圧と印加時間で制御可能であり、１０Ｖ・２分間の電圧印加で２μｍの膜が成膜され、２０Ｖ・２分間の電圧印加で５μｍの膜が成膜される。
【００４７】
以上の電着処理を終えた後、インクジェットヘッドを水洗し、次いで溝２の内部をエアーブローした後、インクジェットヘッドを、１５０℃のオーブンに１．５時間投入して乾燥・硬化並びに応力緩和のための焼き付けを行う。
【００４８】
硬化・焼き付け処理時の温度は１５０℃以下であることが好ましい。温度が１５０℃を超えるとＰＺＴ基板１の熱による劣化や、組み立て部材の線膨張係数の差による熱応力の影響が大きくなり、インクジェットヘッドの信頼性低下の原因となる。電着塗料の焼き付け温度は、通常２００℃程度であるが、本実施形態で用いる電着塗料（エレコートＩＮＳ）は焼き付け温度が１３０℃であり、１５０℃以下の温度でも十分に硬化する。
【００４９】
［ポリパラキシリレン膜の形成工程］
まず、前記した工程で形成した電着絶縁膜５は、インク流路７の電極膜３上に成膜されるが、電極膜３がない部分には全く成膜されず、従ってインク流路７に均一な電着絶縁膜５が形成されないという欠点と、焼成時の熱処理により膜が流動してエッジ部分の膜厚が薄くなるという欠点がある。これらの欠点を補うために、本発明では、電着絶縁膜５に重ねて２層目のポリパラキシリレン膜６を、電着絶縁膜５を完全に覆うように形成する。
【００５０】
ポリパラキシリレンのより具体的な例としては、下記の構造式［Ｉ］（パリレンＣ：商標）、及び、構造式［ＩＩ］（パリレンＮ：商標）で示されるものを挙げることができる。
【００５１】
【化１】
ポリパラキシリレン膜の成膜は、原料のパラキシリレン二量体を気化・熱分解させ、発生した安定なパラキシリレンジラジカルが圧電体（ＰＺＴ等）基板上において吸着・重合の同時反応をするという製法にて行う。
【００５２】
ポリパラキシリレン膜６の膜厚は１〜５μｍであることが好ましく、成膜条件や原料の投入量の調整により制御可能である。ポリパラキシリレン膜６の膜厚が１μｍ未満であると、電極膜３や電着絶縁膜５による凹凸を完全に被覆することができず、５μｍを超えると、膜自体の剛性により隔壁４（ヘッド駆動部）の変形が抑制されてしまい、インク吐出に支障をきたす。
【００５３】
ポリパラキシリレン膜６には、表面に酸化処理を施すことが好ましい。酸化処理の手段は、レーザー照射処理、ＵＶ／オゾン処理、プラズマ照射処理、コロナ放電処理等から適宜選定すればよい。
【００５４】
酸化処理の具体例としてプラズマ照射処理の処理条件を下記に示す。
【００５５】
原料ガス：大気（２０％酸素）
ガス圧力：４０Ｐａ（０．３Ｔｏｒｒ）
放電方法・出力：ＲＦ・１００Ｗ
処理時間：１分間
このような条件の酸化処理により、ポリパラキシリレン膜６の表面にカルボキシル基、水酸基等の親水基が導入され、膜の臨界表面張力を均一に高くすることができる。その結果として、ポリパラキシリレン膜６の水性インクの濡れ性が向上し、安定したインク吐出動作を得ることができる。
【００５６】
［ノズルプレートの取付］
以上の電着絶縁膜５とポリパラキシリレン膜６を形成したＰＺＴ基板１（カバープレート８貼着済）の前面に、図２に示すように、ノズル孔１０を有するノズルプレート９を貼り付けてインクジェットヘッドとして完成させる。
【００５７】
ノズルプレート９の材質としては、ポリイミドシート等が挙げられる。また、ノズル孔１０は、エキシマレーザー、ＹＡＧレーザー等により加工され、その直径は１０〜３０μｍ程度である。さらに、ノズルプレート９の貼り付け処理は、ノズルプレート９にエポキシ系接着剤等を塗布した後、ノズルプレート９のノズル孔１０を、ＰＺＴ基板１側のインク流路７に位置合わせした状態で、ノズルプレート９をＰＺＴ基板１及びカバープレート８の前面に圧接する、という要領で行う。
【００５８】
【実施例】
以下に、本発明の実施例と比較例について具体的に説明する。
【００５９】
＜実施例１＞
上記した電着法にて、ＰＺＴ基板１の電極膜３（図１参照）上にエレコートＩＮＳを２μｍ成膜し、そのエレコートＩＮＳ膜に１３０℃（２時間）の硬化・焼き付け処理を施して絶縁膜Ａ（電着絶縁膜５）を形成した。この絶縁膜Ａ上に、前記した製法（ポリパラキシリレン膜の製法）にてパリレンＣを４μｍ成膜した後、そのパリレンＣ膜の表面に前記した条件のプラズマ処理（酸化処理）を施して絶縁膜Ｂ（ポリパラキシリレン膜６）を形成することにより、図１に示す構造つまり電極膜３が電着絶縁膜５とポリパラキシリレン膜６との２層の膜で被覆された構造のインクジェットヘッドを作製した。
【００６０】
＜実施例２＞
下記の表１に示すように、エレコートＡＰＥＸ（商品名、株式会社シミズ製）を２μｍ成膜し、そのエレコートＡＰＥＸ膜に１２０℃（２時間）の硬化・焼き付け処理を施して絶縁膜Ａを形成したこと、及び、パリレンＣ膜の膜厚を２μｍとしたこと以外は、実施例１と同じとしてインクジェットヘッドを作製した。
【００６１】
＜実施例３＞
下記の表１に示すように、エレコートＡＭ−１（商品名、株式会社シミズ製）を２μｍ成膜し、そのエレコートＡＭ−１膜に１８０℃（２時間）の硬化・焼き付け処理を施して絶縁膜Ａを形成したこと、及び、絶縁膜Ａ上にパリレンＮを４μｍ成膜したこと以外は、実施例１と同じとしてインクジェットヘッドを作製した。
【００６２】
＜実施例４＞
下記の表１に示すように、パリレンＣ膜の膜厚を２μｍしたこと、及び、プラズマ処理を行わなかった以外は、実施例１と同じとしてインクジェットヘッドを作製した。
【００６３】
＜比較例１＞
下記の表１に示すように、絶縁膜Ａを形成せずに、電極膜３上にパリレンＣを６μｍ成膜（表面プラズマ処理有り）したこと以外は、実施例１と同じとしてインクジェットヘッドを作製した。
【００６４】
＜比較例２＞
下記の表１に示すように、エレコートＡＰＥＸ膜に替えてＳｉ３Ｎ４膜を形成したこと、及び、パリレンＣ膜の膜厚を２μｍとしたこと以外は、実施例１と同じとしてインクジェットヘッドを作製した。
【００６５】
＜比較例３＞
下記の表１に示すように、エレコートＩＮＳ膜の膜厚を４μｍとしたこと、及び、絶縁膜Ｂを形成しなかったこと以外は、実施例１と同じとしてインクジェットヘッドを作製した。
【００６６】
【表１】
以上の実施例１〜４および比較例１〜３の各例で作製されたインクジェットについて、下記の水性インクを用いた評価システムにてインク連続吐出試験を行った。
【００６７】
［水性インク配合］
・自己分散型ジメチルキナクリドン（マゼンタ顔料、東洋インキ製）：３重量％
・ジエチレングリコール：１０重量％
・２−ピロリドン：５重量％
・ノニオン界面活性剤：１重量％
・水：残量
［評価結果］
比較例１〜３のインクジェットヘッドでは、インク連続吐出試験において、１０４ドット未満で吐出が不可能となった。ヘッドを分解して調べたところ、電着絶縁膜の剥離や劣化による電極の腐食が確認され、絶縁特性が不十分であることがわかった。これに対し、実施例１〜４のインクジェットヘッドでは、いずれも１０１０ドット以上の吐出が可能であった。
【００６８】
また、実施例４では、水性インクの充填時に、微細な気泡を巻き込む現象が観察され、初期状態は吐出不安定であったが、数回のプライム動作で安定化した。これに対し、実施例１〜３においては、パリレン膜の表面処理によりインクの濡れ性が向上したために、気泡の巻き込みは全く観察されず、初期から安定な吐出が可能であった。
【００６９】
さらに、実施例３及び比較例２では、温度サイクル試験（ＪＩＳ Ｃ７０２１）において、微小なクラックが生じたが（サンプル数１／２０）、実施例１、２及び４では、電着絶縁膜の処理温度が低いために、ヘッド素子の劣化がなく、クラックは認められなかった。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、圧電性セラミックス基板の溝内に設けた電極膜を、金属電極との密着性や絶縁特性に優れる電着絶縁膜と、均一被覆性に優れるポリパラキシリレン類からなる絶縁膜の２層の膜で被覆しているので、ヘッド素子の劣化がなく、吐出特性が安定した耐久性・信頼性の高いインクジェットヘッドの提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェットヘッドの実施形態の要部構造を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明のインクジェットヘッドの実施形態の要部構造を模式的に示す斜視図である。
【図３】電着法の原理説明図である。
【符号の説明】
１ ＰＺＴ基板（圧電性セラミックス基板）
２ 溝（チャンネル溝）
３ 電極膜
４ 隔壁（ヘッド駆動部）
５ 電着絶縁膜
６ ポリパラキシリレン膜
７ インク流路
８ カバープレート
９ ノズルプレート
１０ ノズル孔
２０ 電着塗料
２１ 導電部材（陽極側）
２２ 導電部材（陰極側）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an ink jet head used for an ink jet printer and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, ink jet printers have been widely used for recording in word processors, computers, and the like due to their features of high-speed printing and low noise.
[0003]
There are various types of inkjet heads used in inkjet printers. For example, an electrode is formed on a partition that divides the ink flow path, and a pulse voltage corresponding to a recording / writing signal is applied to this electrode, thereby deforming the partition (head driving unit) to apply ink in the ink flow path. There is an on-demand type piezoelectric drive type ink jet head which presses and discharges ink droplets from a nozzle onto a recording medium.
[0004]
In a piezoelectric drive type ink jet head, a structure in which a drive electrode is provided in an ink flow path is generally used.When using an aqueous ink, in order to protect the electrode from corrosive components in the ink, It is necessary to apply an insulating coating to the electrodes. Various proposals have been made regarding the material and forming method of the insulating film.
[0005]
For example, a method of forming an insulating film made of an oxide thin film by a sol-gel method (for example, see Patent Document 1) and a method of forming an insulating film of polyimide by a vapor deposition polymerization method (for example, see Patent Document 2) have been proposed. ing.
[0006]
Among these proposed techniques, in the method of forming an oxide thin film by the sol-gel method, the sol solution is applied using a dipping device or a spray device, so that the solution is likely to accumulate in the corners, such as an ink flow path of an ink jet head. It is difficult to apply evenly to complicated and fine parts.
[0007]
In addition, a method of forming an insulating film by vapor deposition polymerization requires a special and expensive vacuum device, and furthermore, it is necessary to heat the head element to a high temperature, so that deterioration due to thermal stress may occur.
[0008]
In order to solve such problems, many proposals have conventionally been made on a method of uniformly forming a film in a fine three-dimensional shape such as inside a channel groove of an ink jet head.
[0009]
For example, a method of using polyparaxylylene as a resin for covering and insulating a drive electrode (for example, see Patent Document 3) and a method of forming an insulating film by electrodeposition coating (for example, see Patent Document 4). Proposed.
[0010]
[Patent Document 1]
Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 5-318734 [Patent Document 2]
JP-A-6-126975 [Patent Document 3]
JP 2000-71451 A [Patent Document 4]
JP-A-9-48131
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the polyparaxylylene film used in the method described in Patent Document 3 is excellent in uniformity of the film thickness, and is excellent in that the manufacturing apparatus is inexpensive and can be manufactured by a normal temperature process. Insufficient coating capacity causes pinholes and poor adhesion to metal electrodes and piezoelectric ceramics, which may lead to electrode corrosion due to peeling of the film.
[0012]
Further, according to the method of forming an insulating film by the electrodeposition method disclosed in Patent Document 4, when the electrodeposition paint is softened during baking and the opening of the groove is upward, the softened electrodeposition is obtained. The coating material gets into the groove. For this reason, the insulating film at the edge of the top of the side wall becomes thin, and a portion where the electrode is exposed without being completely covered occurs, which causes electrode corrosion.
[0013]
As described above, the protective film formed by the conventional method is insufficient in durability, reliability, simplicity of the manufacturing process, and the like.
[0014]
The present invention has been made in view of such circumstances, and has a structure capable of reliably protecting an electrode film provided in an ink flow path (channel groove) from corrosive components in aqueous ink. An object of the present invention is to provide an inkjet head having high durability and reliability, and to provide a method of manufacturing an inkjet head capable of obtaining such an inkjet head by a simple manufacturing process.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The ink jet head of the present invention has a piezoelectric film having a groove that forms an ink flow path, an electrode film formed on the inner surface of the groove, and a head driving unit driven by applying a voltage to the electrode film. In an inkjet head including a ceramic substrate and a nozzle plate having a nozzle hole formed at a position corresponding to an ink flow path, the electrode film is formed by an electrodeposition insulating film formed by an electrodeposition method, and a polyparaxylylene. It is characterized by being covered with a two-layered insulating film of a kind.
[0016]
According to the ink jet head of the present invention, the electrode film for driving the piezoelectric ceramic substrate is composed of an electrodeposition film (first layer) having excellent adhesion to metal electrodes and excellent insulation properties, and a polyparaxylylene film having excellent uniform coverage. The electrode film can be reliably protected from corrosive components in the aqueous ink because it is covered with two layers of insulating films (second layers) made of lenes.
[0017]
In the ink jet head of the present invention, the piezoelectric ceramic substrate may be made of a polarized piezoelectric material, and the ink may be ejected by shearing deformation of the head driving unit on which the electrode film is formed.
[0018]
The manufacturing method according to the present invention is directed to a piezoelectric device having a groove for forming an ink flow path, an electrode film formed on the inner surface of the groove, and a head driving unit driven by applying a voltage to the electrode film. A method for manufacturing an ink jet head including a ceramic substrate and a nozzle plate having a nozzle hole formed at a position corresponding to an ink flow path, wherein an electrodeposition insulating film is formed on the electrode film by an electrodeposition method. And a step of forming an insulating film made of polyparaxylylenes on the electrodeposited insulating film.
[0019]
According to the production method of the present invention, a protective film capable of reliably protecting the electrode film from corrosive components in the aqueous ink can be formed at room temperature and pressure by a simple device without using a special and expensive device. In the manufacturing process.
[0020]
Here, examples of the electrode film used in the present invention include a metal thin film of Cu, Au, or the like.
[0021]
In the present invention, examples of the material of the electrodeposition insulating film include an acrylic resin and an aminoalkyd resin. Examples of the polyparaxylylenes include polyparaxylylene and poly (1-chloroparaxylylene).
[0022]
In the present invention, the electrodeposition insulating film, when the curing baking temperature is high, the load on the head element becomes large, and the polarization of the piezoelectric ceramics may disappear. The treatment is preferably performed at a curing baking temperature of 150 ° C. or less.
[0023]
In the present invention, the surface of the insulating film made of polyparaxylylenes is preferably subjected to an oxidation treatment by any one of a laser irradiation treatment, a UV / ozone treatment, a plasma irradiation treatment, and a corona discharge treatment. When the surface of the insulating film made of polyparaxylylenes is oxidized in this way, the wettability of the aqueous ink is improved (the hydrophilicity is improved), and a stable ink discharge operation can be obtained.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0025]
1 and 2 are a cross-sectional view and a perspective view, respectively, which schematically show the main structure of an embodiment of the inkjet head of the present invention.
[0026]
The inkjet head of the present embodiment includes a PZT substrate 1, a cover plate 8, and a nozzle plate 9.
[0027]
The PZT substrate 1 is provided with a plurality of grooves (channel grooves) 2 forming a part of an ink flow path 7, and a partition 4 is formed between the grooves 2. The partition 4 is polarized in the height direction. An electrode film 3 is formed on the inner surface of each groove 2 (side surface of the partition wall 4) of the PZT substrate 1, and the partition wall 4 where the electrode film 3 is formed serves as a head driving unit.
[0028]
The cover plate 8 forms the ink flow path 7 by closing the upper openings of the grooves 2... And is attached to the upper part of the PZT substrate 1 with an adhesive 11. Aqueous ink is supplied to the ink flow path 7 through an ink introduction path (not shown).
[0029]
The nozzle plate 9 is mounted on the front side of the PZT substrate 1 and the cover plate 8. The nozzle plate 9 is provided with a nozzle hole 10 at a position corresponding to the ink flow path 7.
[0030]
In the inkjet head having the above structure, a pulse voltage corresponding to a recording / writing signal is applied to the electrode film 3 via a signal line (not shown), and the partition wall 4 (head driving unit) is applied by applying the pulse voltage. The ink in the ink flow path 7 is deformed and pressurized, and an ink droplet is ejected from the nozzle hole 10 of the nozzle plate 9, whereby an image can be formed on the recording medium.
[0031]
The feature of this embodiment is that the electrode film 3 in each groove 2 of the PZT substrate 1 is covered with two layers of an electrodeposition insulating film (organic insulating film) 5 and a polyparaxylylene film 6. is there.
[0032]
As described above, the electrode film 3 in the groove 2 (in the ink flow path 7) is formed of the electrodeposition insulating film 5 having excellent adhesion to the metal electrode and the insulating property, and the polyparaxylylene film 6 having excellent uniform coverage. By covering with two layers of film, the electrode film 3 can be reliably protected from corrosive components in the aqueous ink, so that the element is not deteriorated and the durability and reliability of the inkjet head can be improved. .
[0033]
Next, a method for manufacturing the ink jet head having the above structure will be described for each step with reference to FIGS.
[0034]
[Groove forming step]
A plurality of grooves 2 forming a part of the ink flow path 7 are formed by cutting a PZT substrate 1 made of a PZT piezoelectric plate which has been polarized in advance by a diamond blade cutter. Typical dimensions of the groove 2 are 80 μm in width, 300 μm in depth, and 3 mm in length, and the interval between the grooves 2 is 90 μm.
[0035]
[Step of forming electrode film]
An electrode film 3 made of a metal conductive material is formed so as to cover the inner surface of the groove 2 of the PZT substrate 1. After forming such an electrode film 3, the upper surface of the PZT substrate 1 is polished and removed to leave the electrode film 3 inside the groove 2.
[0036]
Note that Cu, Au, or the like is used as the metal conductive material of the electrode film 3. Examples of the method for forming the electrode film 3 include a sputtering method, an ion plating method, and an EB vapor deposition method. However, it is preferable to use a sputtering method which is excellent in uniformity of film formation and productivity.
[0037]
[Cover plate mounting process]
After applying the adhesive 11 to the back surface of the cover plate 8, the two are integrated by pressing against the PZT substrate 1 to assemble an ink jet head having a plurality of ink flow paths 7 therein. In addition, as a specific example of the adhesive agent 11, Able Stick 342-37 (Epable adhesive manufactured by Able Bond) and the like are listed.
[0038]
[Step of forming electrodeposition insulating film]
The electrodeposition insulating film 5 is formed by electrodepositing an anionic acrylic or amino alkyd anionic electrodeposition paint on the electrode film 3.
[0039]
An electrodeposition method for forming the electrodeposition insulating film 5 will be described with reference to FIG.
[0040]
FIG. 3 shows a state in which a DC voltage is applied between a pair of conductive members 21 and 22 made of Cu, Au, or the like in the electrodeposition paint 20.
[0041]
When a DC voltage is applied between the conductive members 21 and 22, oxygen gas and hydrogen ions are generated around the conductive member 21 on the anode side and acidification proceeds, and hydrogen gas and hydrogen gas are generated around the conductive member 22 on the cathode side. Hydroxyl ions are generated and alkalinization proceeds. Then, on the surface of the conductive member 21 on the anode side, the ionized electrodeposition paint 20 is attracted and electrodeposited, whereby the electrodeposition insulating film 5 is formed.
[0042]
Such electrodeposition starts from a highly active portion of the conductive member 21 on the anode side, for example, a step (irregularity) portion on the substrate surface, and the dispersed particles in the electrodeposition paint 20 are coagulated and laminated on the surface. An electrodeposition insulating film 5 is formed. At the time of electrodeposition, oxygen gas is generated around the conductive member 21 on the anode side, and bubbles due to the gas remain in the electrodeposition insulating film 5 as pinholes. By performing the baking process of the film 5, the electrodeposition paint 20 is melted and the pinhole is closed.
[0043]
Next, the process for forming the electrodeposition insulating film of the present embodiment will be specifically described below.
[0044]
First, the assembled inkjet head having the electrode film 3 formed in the groove 2 is immersed in a pretreatment liquid to perform pretreatment. As the pretreatment liquid, an aqueous solution of activator S (trade name, manufactured by Shimizu Corporation) having a concentration of 80 g / L is used, and the inkjet head is immersed in the aqueous solution (50 ° C.) for 1 hour.
[0045]
Next, the electrodeposition insulating film 5 is formed by the electrodeposition method described with reference to FIG. Specifically, with the ink jet head immersed in an anionic electrodeposition paint (ELECOAT INS: trade name, manufactured by Shimizu Co., Ltd.), the electrode film 3 was used as the conductive member 21 on the anode side, and a stainless steel mesh (not shown) was used. Is used as the conductive member 22 on the cathode side, and a DC voltage is applied between the two. However, variations in electrodeposition are prevented by using a stainless steel mesh on the cathode side having a surface area larger than that of the PZT substrate 1 to be electrodeposited. Then, a DC voltage of 20 V is applied between the electrode film 3 and the stainless steel mesh for one minute to form a smooth electrodeposited insulating film 5 of 1 to 2.5 μm.
[0046]
The thickness of the electrodeposition insulating film 5 can be controlled by the applied voltage and the application time. A 2 μm film is formed by applying a voltage of 10 V for 2 minutes, and a 5 μm film is formed by applying a voltage of 20 V for 2 minutes. Filmed.
[0047]
After finishing the above electrodeposition treatment, the inkjet head is washed with water, and then the inside of the groove 2 is air blown. Then, the inkjet head is put into an oven at 150 ° C. for 1.5 hours to dry, harden, and relax the stress. For printing.
[0048]
The temperature during the curing / baking process is preferably 150 ° C. or less. If the temperature exceeds 150 ° C., deterioration of the PZT substrate 1 due to heat and the influence of thermal stress due to the difference in linear expansion coefficient of the assembled members become large, which causes a reduction in the reliability of the ink jet head. The baking temperature of the electrodeposition paint is usually about 200 ° C., but the electrodeposition paint (ELECOAT INS) used in the present embodiment has a baking temperature of 130 ° C. and cures sufficiently even at a temperature of 150 ° C. or less.
[0049]
[Step of forming polyparaxylylene film]
First, the electrodeposition insulating film 5 formed in the above-described step is formed on the electrode film 3 in the ink flow path 7, but is not formed at all in the portion where the electrode film 3 is not provided. There is a drawback that a uniform electrodeposition insulating film 5 is not formed, and a drawback that the film flows due to heat treatment at the time of firing and the film thickness at the edge portion becomes thin. In order to compensate for these drawbacks, in the present invention, a second layer of polyparaxylylene film 6 is formed on the electrodeposition insulating film 5 so as to completely cover the electrodeposition insulating film 5.
[0050]
More specific examples of polyparaxylylene include those represented by the following structural formulas [I] (Parylene C: trademark) and Structural formula [II] (Parylene N: trademark).
[0051]
Embedded image
In forming a polyparaxylylene film, the raw material paraxylylene dimer is vaporized and thermally decomposed, and the generated stable paraxylylene diradical reacts simultaneously with adsorption and polymerization on a piezoelectric (such as PZT) substrate. Performed by the manufacturing method.
[0052]
The thickness of the polyparaxylylene film 6 is preferably 1 to 5 μm, and can be controlled by adjusting the film forming conditions and the amount of the raw materials to be charged. If the thickness of the polyparaxylylene film 6 is less than 1 μm, it is not possible to completely cover the irregularities due to the electrode film 3 and the electrodeposition insulating film 5. If the thickness exceeds 5 μm, the rigidity of the film itself causes the partition walls 4 ( Deformation of the head driving unit) is suppressed, which hinders ink ejection.
[0053]
The surface of the polyparaxylylene film 6 is preferably subjected to an oxidation treatment. The means of the oxidation treatment may be appropriately selected from laser irradiation treatment, UV / ozone treatment, plasma irradiation treatment, corona discharge treatment and the like.
[0054]
The processing conditions of the plasma irradiation processing are shown below as specific examples of the oxidation processing.
[0055]
Source gas: Atmosphere (20% oxygen)
Gas pressure: 40 Pa (0.3 Torr)
Discharge method / output: RF / 100W
Treatment time: 1 minute By the oxidation treatment under such conditions, a hydrophilic group such as a carboxyl group or a hydroxyl group is introduced into the surface of the polyparaxylylene film 6, and the critical surface tension of the film can be increased uniformly. As a result, the wettability of the aqueous ink of the polyparaxylylene film 6 is improved, and a stable ink discharge operation can be obtained.
[0056]
[Installation of nozzle plate]
As shown in FIG. 2, a nozzle plate 9 having a nozzle hole 10 is attached to the front surface of the PZT substrate 1 (the cover plate 8 is already attached) on which the electrodeposition insulating film 5 and the polyparaxylylene film 6 are formed. To complete the inkjet head.
[0057]
Examples of the material of the nozzle plate 9 include a polyimide sheet and the like. The nozzle hole 10 is processed by an excimer laser, a YAG laser, or the like, and has a diameter of about 10 to 30 μm. Further, the nozzle plate 9 is attached by applying an epoxy-based adhesive or the like to the nozzle plate 9 and then aligning the nozzle holes 10 of the nozzle plate 9 with the ink channels 7 on the PZT substrate 1 side. The nozzle plate 9 is pressed against the front surfaces of the PZT substrate 1 and the cover plate 8.
[0058]
【Example】
Hereinafter, Examples and Comparative Examples of the present invention will be specifically described.
[0059]
<Example 1>
By the above-mentioned electrodeposition method, an electric coat INS is formed to a thickness of 2 μm on the electrode film 3 (see FIG. 1) of the PZT substrate 1 and the electric coat INS film is cured and baked at 130 ° C. (2 hours) for insulation. Film A (electrodeposition insulating film 5) was formed. After parylene C is formed to a thickness of 4 μm on the insulating film A by the above-described manufacturing method (a method for manufacturing a polyparaxylylene film), the surface of the parylene C film is subjected to plasma processing (oxidation processing) under the above-described conditions. By forming the insulating film B (polyparaxylylene film 6), the structure shown in FIG. 1, that is, the structure in which the electrode film 3 is covered with two layers of the electrodeposition insulating film 5 and the polyparaxylylene film 6 Was manufactured.
[0060]
<Example 2>
As shown in Table 1 below, Elecoat APEX (trade name, manufactured by Shimizu Corporation) was formed to a thickness of 2 μm, and the Elecoat APEX film was cured and baked at 120 ° C. (2 hours) to form an insulating film A. An ink jet head was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the parylene C film was set to 2 μm.
[0061]
<Example 3>
As shown in Table 1 below, Elecoat AM-1 (trade name, manufactured by Shimizu Corporation) was formed to a thickness of 2 μm, and the Elecoat AM-1 film was cured and baked at 180 ° C. (2 hours) for insulation. An ink jet head was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the film A was formed and that parylene N was formed on the insulating film A to a thickness of 4 μm.
[0062]
<Example 4>
As shown in Table 1 below, an ink jet head was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the thickness of the parylene C film was 2 μm and the plasma treatment was not performed.
[0063]
<Comparative Example 1>
As shown in Table 1 below, an ink jet head was manufactured in the same manner as in Example 1 except that 6 μm of parylene C was formed (with surface plasma treatment) on the electrode film 3 without forming the insulating film A. did.
[0064]
<Comparative Example 2>
As shown in Table 1 below, an inkjet head was prepared in the same manner as in Example 1 except that an Si 3 N 4 film was formed in place of the Elecoat APEX film, and that the thickness of the parylene C film was 2 μm. Produced.
[0065]
<Comparative Example 3>
As shown in Table 1 below, an inkjet head was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the electrocoat INS film was set to 4 μm and the insulating film B was not formed.
[0066]
[Table 1]
With respect to the ink jets produced in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3, an ink continuous ejection test was performed by an evaluation system using the following aqueous ink.
[0067]
[Aqueous ink formulation]
・ Self-dispersion type dimethylquinacridone (magenta pigment, manufactured by Toyo Ink): 3% by weight
・ Diethylene glycol: 10% by weight
-2-pyrrolidone: 5% by weight
・ Nonionic surfactant: 1% by weight
・ Water: Remaining [Evaluation result]
In the ink jet head in Comparative Examples 1 to 3, in the ink continuous discharge test became impossible discharge in less than 10 4 dots. When the head was disassembled and examined, corrosion of the electrode due to peeling and deterioration of the electrodeposition insulating film was confirmed, and it was found that the insulating properties were insufficient. In contrast, all of the inkjet heads of Examples 1 to 4 were able to discharge 10 10 dots or more.
[0068]
Further, in Example 4, a phenomenon that fine bubbles were entrained when the aqueous ink was filled was observed, and the ejection was unstable in the initial state, but was stabilized by several priming operations. In contrast, in Examples 1 to 3, since the wettability of the ink was improved by the surface treatment of the parylene film, entrapment of bubbles was not observed at all, and stable ejection was possible from the beginning.
[0069]
Further, in Example 3 and Comparative Example 2, small cracks occurred in the temperature cycle test (JIS C7021) (sample number 1/20), but in Examples 1, 2 and 4, treatment of the electrodeposition insulating film was performed. Since the temperature was low, there was no deterioration of the head element and no crack was observed.
[0070]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the electrode film provided in the groove of the piezoelectric ceramic substrate is made of an electrodeposited insulating film having excellent adhesion to metal electrodes and insulating properties, and a polyparameter having excellent uniform coating properties. Since the head element is covered with a two-layer insulating film made of xylylenes, it is possible to provide a highly durable and highly reliable inkjet head with stable ejection characteristics without deterioration of the head element.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating a main part structure of an embodiment of an ink jet head of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view schematically showing a main structure of an embodiment of the ink jet head of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating the principle of the electrodeposition method.
[Explanation of symbols]
1 PZT substrate (piezoelectric ceramic substrate)
2 groove (channel groove)
3 electrode film 4 partition (head drive unit)
Reference Signs List 5 electrodeposition insulating film 6 polyparaxylylene film 7 ink channel 8 cover plate 9 nozzle plate 10 nozzle hole 20 electrodeposition paint 21 conductive member (anode side)
22 Conductive member (cathode side)
