JP2006247922A - Protective film forming method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は保護膜形成方法に関し、詳しくは、液滴吐出ヘッドに用いるヘッドチップのチャネルの内面に保護膜を形成する保護膜形成方法に関する。 The present invention relates to a protective film forming method, and more particularly to a protective film forming method for forming a protective film on the inner surface of a channel of a head chip used in a droplet discharge head.
インクジェットプリンタ用のインクジェットヘッドをはじめ、微小な液滴を吐出することによって画像を記録したり微細なパターンや構造を形成する方法は近年よく知られてきている。このような液滴吐出ヘッドには代表的なものとして、圧電性セラミック材料の電圧による変形を利用して液滴を吐出するものと、加熱により液中に気泡を発生して体積膨張を生じさせることで液滴を吐出するものとが知られている。この種の素子の例として、セラミック材料からなる厚さ1乃至2mm程度の基板に、溝深さが略0.5mm、溝幅及び溝間の壁の厚さが0.18mmといった微細な溝を多数形成して、溝が形成された側にカバー材を接合することで微細なトンネル状の空間が多数形成された構造となっているものがある。このトンネル状の空間に、吐出される液を保持して前述のような方法で液を吐出する。このような空間を以後の説明でチャネルと呼ぶ。 In recent years, methods for recording an image or forming a fine pattern or structure by ejecting fine droplets such as an ink jet head for an ink jet printer have been well known. A typical example of such a droplet discharge head is one that discharges a droplet by utilizing deformation of a piezoelectric ceramic material by voltage, and one that generates bubbles in the liquid by heating to cause volume expansion. Thus, it is known that liquid droplets are discharged. As an example of this type of element, a fine groove having a groove depth of about 0.5 mm, a groove width, and a wall thickness between grooves of 0.18 mm is formed on a substrate made of a ceramic material and having a thickness of about 1 to 2 mm. Some have a structure in which a large number of fine tunnel-like spaces are formed by joining a cover material on the side where the grooves are formed. The liquid to be discharged is held in this tunnel-shaped space, and the liquid is discharged by the method described above. Such a space is called a channel in the following description.
電気信号に基づいて液を吐出する機能を得るために、チャネルの内面には金属材料からなる電極が形成されているものが多い。加熱により気泡を発生することで液を吐出する場合は、加熱手段としてのヒータも金属やセラミックまたはその複合体としてチャネルの内部に形成されているものが多い。従って液滴吐出ヘッドのチャネルの内面は、通常は金属材料、セラミック材料あるいはその複合材料によって形成されている。 In order to obtain a function of discharging a liquid based on an electric signal, an electrode made of a metal material is often formed on the inner surface of the channel. In the case of discharging liquid by generating bubbles by heating, a heater as a heating means is often formed inside the channel as a metal, ceramic, or a composite thereof. Accordingly, the inner surface of the channel of the droplet discharge head is usually formed of a metal material, a ceramic material, or a composite material thereof.
一方吐出される液体は様々な種類のものが使われ、油性インクのような油性の液体は一般に金属やセラミックに対して腐食性は小さいが、水性インク等の水溶性の液体は金属やセラミックに対して腐食性を有する場合がある。特に電極に電圧が加えられると、電気化学的な反応によって腐食が促進される。また液滴吐出の目的によっては、腐食性が強い液体が使われる場合も有る。 On the other hand, various types of discharged liquids are used. Oily liquids such as oil-based inks are generally less corrosive to metals and ceramics, but water-soluble liquids such as water-based inks are applied to metals and ceramics. On the other hand, it may be corrosive. In particular, when a voltage is applied to the electrode, corrosion is accelerated by an electrochemical reaction. Depending on the purpose of droplet ejection, a highly corrosive liquid may be used.
このような原因で生じるセラミック材料や金属材料の腐食を防止し、液滴吐出ヘッドの耐久性を向上する目的で、チャネルの内面に保護膜を形成することが行われている。このような保護膜の材料として、パラキシレンの重合体であるポリパラキシリレンまたはその誘導体がよく知られていて、一般に化学蒸着法(Chemical Vapor Deposition、以下CVDという)によって、チャネルの内面に保護膜を形成している。また、ポリパラキシリレン保護膜の性能や耐久性を向上するために、様々な工夫が行われている(例えば特許文献1及び特許文献2参照)。 In order to prevent the corrosion of the ceramic material and the metal material caused by such a cause and to improve the durability of the droplet discharge head, a protective film is formed on the inner surface of the channel. As a material for such a protective film, polyparaxylylene, which is a polymer of paraxylene, or a derivative thereof is well known, and is generally protected on the inner surface of the channel by chemical vapor deposition (hereinafter referred to as CVD). A film is formed. In addition, various devices have been made to improve the performance and durability of the polyparaxylylene protective film (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
特許文献1には、性質が異なる複数種類のポリパラキシリレンやその誘導体を組み合わせて用いることで、保護膜の密着性と耐熱性を向上し保護性能の向上を図る方法が開示されている。 Patent Document 1 discloses a method for improving the protective performance by improving the adhesion and heat resistance of a protective film by using a combination of multiple types of polyparaxylylene having different properties and derivatives thereof.
特許文献2には、ポリパラキシリレンにシランカップリング剤を含有させることによって、形成される保護膜の密着性や耐久性を向上する方法が開示されている。
特許文献1、2に開示されている方法は、主にポリパラキシリレン膜の密着性や膜自体の性質に着目して保護膜としての性能向上を図ったものであり、膜自体の性能を改善する上で有効な方法である。しかしながら、液滴吐出ヘッドのチャネルの内面にポリパラキシリレン膜を形成する場合には、以下のような技術的問題がある。 The methods disclosed in Patent Documents 1 and 2 are intended to improve the performance as a protective film mainly focusing on the adhesion of the polyparaxylylene film and the properties of the film itself. It is an effective method for improvement. However, when a polyparaxylylene film is formed on the inner surface of the channel of the droplet discharge head, there are the following technical problems.
例えば、液滴吐出ヘッドの代表的な例であるインクジェットヘッドの場合、チャネルは断面形状が極めて小さいことが普通で、断面積が0.1mm2以下で長さは10mm程度におよぶ場合もある、極めて細長い空間である。また、インクジェットヘッドを製造する上で、チャネルを形成するための溝を有する基板と基板に接合されるカバー材との接合を充分に強固なものとするためには、保護膜形成は溝を形成した基板にカバー材を接合してから行うことが望ましく、従ってトンネル状の空間に対して製膜することが求められる。またチャネルは両端部に開口を有しているとは限らず、一方の端部は閉じられた構造となっていて他方の端部のみが開口を有している場合も有る。 For example, in the case of an ink jet head which is a typical example of a droplet discharge head, the channel usually has a very small cross-sectional shape, and the cross-sectional area may be 0.1 mm 2 or less and the length may be about 10 mm. It is a very narrow space. In addition, when manufacturing an inkjet head, the protective film is formed by forming a groove in order to sufficiently bond the substrate having the groove for forming the channel and the cover material bonded to the substrate. It is desirable to perform the process after bonding the cover material to the substrate thus formed, and therefore it is required to form a film in the tunnel-like space. In addition, the channel does not necessarily have openings at both ends, and one end may be closed and only the other end may have an opening.
このような細長いチャネルの内面にCVDで保護膜を製膜する場合、チャネルの開口部近傍には製膜ガスが充分に行きわたり、必要な厚さの膜が形成されやすいが、開口部から離れたチャネルの奥の部分には製膜ガスが充分に行きわたらず、開口部近傍に比べて膜の厚さが薄くなりがちである。均一な膜厚の保護膜を形成するのが困難な場合に、膜厚が薄くなりがちな部分の膜厚を必要な膜厚にするためには、チャネルの開口部近傍では必要以上の膜厚となってチャネルの空間を狭めてしまう。保護膜の膜厚がチャネルの中央部で1μm以上になるまで製膜を続けると、チャネルの開口部の近傍では膜厚が10μmを越えてしまうことが多い。 When a protective film is formed on the inner surface of such a long and narrow channel by CVD, the film-forming gas is easily distributed near the opening of the channel or a film having a required thickness is easily formed, but the film is separated from the opening. The film-forming gas does not sufficiently reach the back part of the channel, and the thickness of the film tends to be thinner than the vicinity of the opening. When it is difficult to form a protective film with a uniform thickness, in order to obtain the required film thickness in the part where the film thickness tends to be thin, it is more than necessary near the opening of the channel. This narrows the channel space. If film formation is continued until the film thickness of the protective film reaches 1 μm or more at the center of the channel, the film thickness often exceeds 10 μm near the opening of the channel.
膜厚が薄いと膜の中に存在するピンホールやクラックが膜を貫通した状態になりやすく、保護膜としての性能が充分でなくなる恐れがある。それらのピンホールやクラックの箇所でインクがセラミックまたは電極と接触して腐食が始まり、その腐食が拡大してインクジェットヘッドの耐久性を低下させることにつながる。また膜厚が厚すぎると基板との密着性や耐久性が低下する恐れもある。 If the film thickness is thin, pinholes and cracks existing in the film tend to penetrate the film, and the performance as a protective film may not be sufficient. Corrosion begins when ink comes into contact with the ceramic or electrode at the pinholes or cracks, and the corrosion expands, leading to a decrease in the durability of the inkjet head. On the other hand, if the film thickness is too thick, adhesion to the substrate and durability may be reduced.
一般にポリパラキシリレンからなる保護膜の膜厚は、1μm以上で8μm以下であることが望ましい。保護膜の厚さをこの範囲に形成することで保護膜としての性能が発揮され膜の密着性や耐久性も維持される一方、保護膜がチャネルを狭めてしまうことが防止される。 In general, the thickness of the protective film made of polyparaxylylene is desirably 1 μm or more and 8 μm or less. By forming the thickness of the protective film in this range, the performance as the protective film is exhibited and the adhesion and durability of the film are maintained, while the protective film is prevented from narrowing the channel.
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的はインクジェットヘッドのチャネルのような、長さに対して開口面積が小さいトンネル状のチャネルの、開口部に近い部分も開口部から遠い部分も均一な厚さの保護膜が形成されるようにして、膜厚が不充分になる部分、逆に膜厚が厚すぎる部分が生じることを防止して、チャネルの長さ方向全体にわたって必要充分な膜厚の保護膜を実現する保護膜形成方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and the object thereof is to form a portion of a tunnel-like channel having a small opening area with respect to the length, such as a channel of an inkjet head, from the opening. A protective film with a uniform thickness is formed on the distant part to prevent the part where the film thickness is insufficient, and conversely, the part where the film thickness is excessively thick. It is to provide a protective film forming method that realizes a protective film having a necessary and sufficient thickness.
上記目的は以下の方法と構成によって達成することができる。 The above object can be achieved by the following method and configuration.
(請求項1)
製膜ガス導入手段が備え付けられている製膜室で、液滴吐出ヘッドに用いるヘッドチップに形成された開口部を有するトンネル状のチャネルの内面に保護膜を形成する保護膜形成方法において、
前記製膜室を減圧する工程と、
製膜ガスを前記製膜室の内部に導入する工程と、
前記製膜ガスの雰囲気下にて前記ヘッドチップを前記チャネルの長さ方向に揺動させて前記チャネルの内面に保護膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする保護膜形成方法。
(Claim 1)
In a film forming chamber provided with a film forming gas introducing means, a protective film forming method for forming a protective film on the inner surface of a tunnel-shaped channel having an opening formed in a head chip used for a droplet discharge head,
Depressurizing the film forming chamber;
Introducing a film forming gas into the film forming chamber;
Forming a protective film on the inner surface of the channel by swinging the head chip in the length direction of the channel in an atmosphere of the film-forming gas;
A method for forming a protective film, comprising:
(請求項2)
前記チャネルの内面は、少なくともその一部が電極として形成されたものであり、
前記電極を冷却した状態で前記製膜ガスを前記製膜室の内部に導入することを特徴とする請求項1に記載の保護膜形成方法。
(Claim 2)
The inner surface of the channel is at least partly formed as an electrode,
The method for forming a protective film according to claim 1, wherein the film forming gas is introduced into the film forming chamber in a state where the electrode is cooled.
請求項1の発明によれば、製膜ガス雰囲気下にてヘッドチップをチャネルの長さ方向に揺動させることによって、チャネルの開口部だけでなくチャネルの内部の中央部分にも効率良く導入され、膜厚が均一な保護膜を形成することができる。 According to the first aspect of the present invention, the head chip is swung in the channel length direction in the film forming gas atmosphere, so that the head chip is efficiently introduced not only into the channel opening but also into the central portion inside the channel. A protective film having a uniform film thickness can be formed.
請求項2の発明によれば、チャネルの内面の少なくとも一部が電極として形成されている場合に、電極を冷却した状態でヘッドチップをチャネルの長さ方向に揺動させることにより、チャネルの開口部だけでなくチャネルの内部の中央部分にも効率良く導入されるとともに、冷却された電極部分に製膜ガスが付着して固化する効率が高まり、チャネルの内面でも特に保護膜の重要性が高い電極部分に、充分な膜厚の保護膜が形成される。 According to the second aspect of the present invention, when at least a part of the inner surface of the channel is formed as an electrode, the head chip is swung in the length direction of the channel while the electrode is cooled, thereby opening the channel. Is efficiently introduced not only into the central portion of the channel but also into the central portion of the channel, and the efficiency of deposition and adhesion of the film-forming gas to the cooled electrode portion increases, and the importance of the protective film is particularly high on the inner surface of the channel. A protective film having a sufficient thickness is formed on the electrode portion.
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。本実施形態は、液滴吐出ヘッドの代表的な例であるインクジェットヘッドのチャネルの内面に保護膜を形成するため、製膜装置として従来知られているCVD製膜装置を用いる方法の例であり、先ず用いる装置や構成要素及びその機能や動作について、図1乃至図5によって説明する。 Hereinafter, although an embodiment of the present invention is described based on a drawing, the present invention is not limited to this embodiment. This embodiment is an example of a method using a CVD film forming apparatus conventionally known as a film forming apparatus in order to form a protective film on the inner surface of a channel of an ink jet head which is a typical example of a droplet discharge head. First, the devices and components used, and their functions and operations will be described with reference to FIGS.
図1は、本発明に係る保護膜を形成する方法を実施するCVD製膜装置1を示す外観図である。気化室2において、製膜ガスの原料であるポリパラキシリレンが熱分解及び昇華によって、ダイマーであるジパラキシリレンになり、このダイマーを熱分解室3において約690℃に加熱するとモノマーであるパラキシリレンラジカル中間体に分解し、このモノマーが製膜ガスとして、製膜ガス導入手段5によって製膜室4の内部に導入される。モノマーは製膜室4内で被製膜体に付着し、重合反応によって分子量数十万のポリパラキシリレンの保護膜を形成する。
FIG. 1 is an external view showing a CVD film forming apparatus 1 for carrying out a method for forming a protective film according to the present invention. In the vaporization chamber 2, the polyparaxylylene, which is a raw material for the film forming gas, is converted into diparaxylylene, which is a dimer, by thermal decomposition and sublimation. The monomer is decomposed into radical intermediates, and this monomer is introduced into the film forming chamber 4 by the film forming
除害冷却装置6において、製膜工程で余った製膜ガスやその分解物を冷却する工程と、有害な分解物を吸着剤により吸着して外部への排出を防ぐ。排気装置7は、製膜工程の前に、製膜室4を含め製膜装置1内の空気を排気して製膜室4を略真空に減圧する役割と、発生した製膜ガスのうち、製膜に寄与せずに残った気体を排気して、製膜工程中に製膜室4の内部を製膜に適したガス圧力に保つ役割を担う。
In the
CVD製膜装置1には、上記構成要素の他、各構成要素をつなぐ配管やガスの流量を調整し、製膜室4内のガス圧を調整するための図示しない流量調整弁等が設けられている。 In addition to the above-described components, the CVD film forming apparatus 1 is provided with a flow rate adjusting valve (not shown) for adjusting the gas pressure in the film forming chamber 4 by adjusting pipes connecting the respective components and adjusting the gas flow rate. ing.
排気装置7によって製膜装置1内の空気を充分に排気して、4000Pa以下にしたあと、前述のように製膜ガスの生成を開始して、生成の速度と排気装置7の排気速度及び前記の流量調整弁を調整することにより、製膜室4内のガス圧を調整できる。すなわち製膜ガス導入手段5によって導入される製膜ガスの量と、排気装置7によって排気される製膜ガスの量が平衡した状態で、製膜室4内の製膜ガスの分圧が約4000Paに維持されるように流量調整弁を調整し、その状態で保護膜形成を行う。 After exhausting the air in the film forming apparatus 1 sufficiently by the exhaust apparatus 7 to 4000 Pa or less, generation of the film forming gas is started as described above, the generation speed, the exhaust speed of the exhaust apparatus 7 and the above-mentioned The gas pressure in the film forming chamber 4 can be adjusted by adjusting the flow rate adjusting valve. That is, the partial pressure of the film forming gas in the film forming chamber 4 is approximately equal to the amount of the film forming gas introduced by the film forming gas introduction means 5 and the amount of the film forming gas exhausted by the exhaust device 7. The flow rate adjustment valve is adjusted so as to be maintained at 4000 Pa, and a protective film is formed in that state.
図2は、CVD製膜装置1の製膜室4の内部を水平方向から見た概略図である。図2において、図1と同じ構成要素には同一の番号を付している。また、前述のようにヘッドチップやチャネルの寸法は極めて小さいものであり、図2においては判りやすくするために各構成要素の図面上の寸法比は、実際の寸法比とは異なって描いている場合がある。 FIG. 2 is a schematic view of the inside of the film forming chamber 4 of the CVD film forming apparatus 1 as viewed from the horizontal direction. In FIG. 2, the same components as those in FIG. In addition, as described above, the dimensions of the head chip and the channel are extremely small. In FIG. 2, the dimensional ratio of each component in the drawing is drawn differently from the actual dimensional ratio for easy understanding. There is a case.
保持手段12が製膜室4内に設けられ、揺動手段20を保持する。揺動手段20の上に、冷却手段30を介して被製膜体であるヘッドチップ10が保持される。架台14は保持手段12を固定する。
A holding means 12 is provided in the film forming chamber 4 and holds the swinging means 20. A
次に図3を用いてヘッドチップ10について説明する。図3に示すヘッドチップ10は
圧電性セラミックの剪断モード変形を利用して液滴吐出を行うインクジェットヘッドに用いるヘッドチップであり、その構造はよく知られているので、簡単に説明する。
Next, the
基板17として圧電性セラミックとして良く知られているチタン酸ジルコン酸鉛(一般にPZTと呼ばれ、以後PZTと記す。)の厚板17−aと薄板17−bが不図示の接着剤層で貼り合わされたものを基板17として用い、熱的及び機械的な特性を合わせるために、カバー材18もPZTを用いている。厚板17−aの符号Aで示す分極方向と薄板17−bの符号Bで示す分極方向は板の厚さ方向でありかつ互いに反対向きである。カバー材18は分極していないものを用いる。また薄板17−bの厚さは後述の溝の深さのほぼ2分の1とする。基板17をこのような構造にするのは、剪断モードの変形を効率良く生じさせるためであり、この分野では良く知られているので詳しい説明は省略する。
A thick plate 17-a and a thin plate 17-b of lead zirconate titanate (generally called PZT, hereinafter referred to as PZT) well known as a piezoelectric ceramic as the
図3において、基板17は精密ダイシングソーで溝切り加工を行うなどの方法によってチャネル15を形成するための溝が形成されるが、溝形成の方法はこれに限定されない。溝を形成後にアルミニウムの蒸着によって電極16が形成されるが、電極形成の方法は蒸着に限られるものではなく、例えばニッケルの無電解メッキ法によって電極16を形成しても良い。
In FIG. 3, a groove for forming the
インクジェットヘッドには、チャネルを1個おきに用い、その間のチャネルはエアチャネルと呼ばれ液を入れないタイプのものもある。エアチャネルには通常保護膜を形成する必要は無く、その場合複数個のノズルの間隔はヘッドチップ10のチャネル15の間隔の2倍またはその整数倍にするのが好ましい。図3に示すヘッドチップ10はエアチャネルを有しないタイプのインクジェットヘッド用のヘッドチップである。
In some inkjet heads, every other channel is used, and the channel between them is called an air channel and does not contain liquid. In general, it is not necessary to form a protective film on the air channel, and in this case, the interval between the plurality of nozzles is preferably twice or an integral multiple of the interval between the
ヘッドチップ10には、チャネルの幅及びチャネル間の壁厚さが0.18mm(すなわち、チャネルの間隔が0.36mm)、高さが0.5mm、長さが5mmのチャネル15が80個形成されているが、本図ではその一部のみ示している。80個のチャネル15のうち、両側の4個づつを除いた72個のチャネル15が液滴吐出に用いられる。両側の4個づつのうち外側の3個づつは接合のための接着を行うときに余分の接着剤を逃がす空間として用いている。内側の1個づつは液滴吐出に用いる72個のチャネル15のうち両端部のチャネル15も他のチャネル15と同様に0.18mmの厚さの壁に挟まれた構造とし、その壁の外側に電極16を形成するために必要な空間である。保護膜を形成することが必要なのは、液滴吐出に用いる中央の72個のチャネルである。
The
本実施の形態のヘッドチップ10の電極16は図5に示すように、チャネル15の内面のうち符号16−aで示す両側面と底面の部分、16−bで示す開口部を有する面上の部分、及び16−cで示す基板17aの底面の部分に形成され、カバー材18がなす面には電極が形成されていない。通常は16−cで示す部分でワイアボンディング等の方法で駆動回路と電気的に接続される。
As shown in FIG. 5, the
保護膜19は、チャネル15の内面に形成され、電極16−a及びチャネル15の上部のカバー材18がなす面を保護する。
The
液滴吐出ヘッドとして完成された段階では、チャネル15の一方の端部に液滴が吐出される不図示の微小な吐出口が設けられる。通常はノズルプレートと呼ばれる薄板に吐出口としての微小な穴を多数形成したものをヘッドチップ10の端面に接合するか、薄板を接合後に微小な穴を形成することで液滴吐出ヘッドの吐出口が設けられる。吐出口の大きさは通常チャネル15の断面より充分に小さい。
At the stage completed as a droplet discharge head, a minute discharge port (not shown) through which droplets are discharged is provided at one end of the
次に図4を用いて、揺動手段の一例とその構造と動作を説明する。図4は保持手段12、保持手段12に固定して保持された揺動手段20、揺動手段20に固定して保持されたペルチエ素子30及びペルチエ素子30上に保持されたヘッドチップ10を示す。なお、図4において各構成要素の寸法比率や縦横の寸法比率は、判りやすくするために実際の寸法比率とは異なって描かれている。
Next, an example of the rocking means, its structure and operation will be described with reference to FIG. 4 shows the holding means 12, the swinging means 20 fixedly held on the holding means 12, the
本実施形態の保持手段12は、保持されている揺動手段12とヘッドチップ10を、取り扱いや操作に適した位置と方向に保持すべく、水平方向(X、Y)、垂直方向(Z)、前記垂直方向に平行な直線を回転軸とする回転方向の可動機構を備えているが、本方法の保護膜形成方法を実施する上で、揺動手段20の動作やヘッドチップ10の取り扱い上問題がなければ、これらの可動機構はその全部または一部を省略しても良い。
The holding means 12 of the present embodiment includes the horizontal direction (X, Y) and the vertical direction (Z) in order to hold the held swinging means 12 and the
図4においてはヘッドチップ10のチャネル15は図示されていないが、ヘッドチップ10はチャネル15の長さ方向を揺動手段20の揺動方向すなわち本図の紙面内の左右方向にほぼ一致させて保持することが必要である。また揺動によってヘッドチップ10がペルチエ素子30に対して、またペルチエ素子30が揺動手段20に対して相対的位置がずれることがないように確実に固定することが必要である。
Although the
ペルチエ素子30は電極16を冷却する場合のために設けられている。冷却手段として機械的可動部が無く通電のみで冷却できるので好ましいがそれに限られるものでは無く、小型の冷凍機などを用いることも可能である。ペルチエ素子30に通電するための配線や電源装置及び温度や電流を制御するための制御装置やセンサーも必要であるが、図示を省略する。
The
揺動手段20は、ヘッドチップ10をチャネル15の長さ方向に揺動させることを目的としている。
The swinging means 20 is intended to swing the
揺動の周波数や振幅については、周波数が高いほど製膜ガスをチャネル15の内部に導入する効果が高いと考えられるが、高い周波数で揺動させるには、揺動手段20や揺動手段の一部でありヘッドチップ10を固定するための後述の固定部材29を頑丈な構造としてまたヘッドチップ10を強く固定することが必要になる。一方、セラミック材料の中では破壊応力が小さいPZT材料を強く固定することは難しい。揺動の振幅についても同様であり、振幅が大きい方が製膜ガスをチャネル15の内部に導入する効果が高いと考えられるが、揺動手段20や固定部材29を頑丈なものにすることが必要になる。またヘッドチップ10のチャネル15の長さは、大きいものでも10mm程度である。
Regarding the frequency and amplitude of the oscillation, it is considered that the higher the frequency, the higher the effect of introducing the film-forming gas into the
従って、ヘッドチップを揺動させる周波数は1〜10Hz、振幅は5〜10mmが好ましい。なお、ここでは振幅を揺動による変位の一方の端から他方の端までの距離で示し、以降の説明では、単位の後にp−pを付けて示す。 Therefore, the frequency for swinging the head chip is preferably 1 to 10 Hz, and the amplitude is preferably 5 to 10 mm. Here, the amplitude is indicated by the distance from one end to the other end of the displacement caused by oscillation, and in the following description, pp is added after the unit.
揺動の方法としてはモータの回転をカムにより直線上の往復運動に変換する方法、モータ自体の回転方向を切替えてラックピニオンギアにより回転運動を直線運動に切り替える等、摺動やそれに伴う摩擦が生じる方法を減圧された製膜室の内部においても用いることは可能であるが、本実施形態においては、減圧され製膜ガスを含む空間中での使いやすさと揺動の速度を高くすることの容易さの観点で図4に示すような摺動部をほとんど有さない構成とした。これは、減圧された空間中では互いに摺動する部材がある場合にその摩擦係数が常圧下とは異なってきて、摺動に影響を及ぼす可能性があること、製膜ガスを含む空間中では時間の経過と共に摺動部に膜が形成されて摺動に影響を及ぼす可能性があること、高速の揺動によって摺動部で発熱する可能性があること等の影響を避けるためである。 As the swinging method, there is a method of converting the rotation of the motor into a linear reciprocating motion with a cam, switching the rotational direction of the motor itself and switching the rotational motion to a linear motion with a rack and pinion gear, etc. Although it is possible to use the resulting method even in the decompressed film forming chamber, in this embodiment, it is possible to increase the ease of use in the space containing the film forming gas and the speed of oscillation. From the viewpoint of easiness, a configuration having almost no sliding portion as shown in FIG. 4 was adopted. This is because, when there are members that slide with each other in a decompressed space, the friction coefficient may be different from that under normal pressure, which may affect sliding, and in a space containing a film-forming gas, This is to avoid influences such as the possibility that a film is formed on the sliding portion with the passage of time to affect the sliding and that the sliding portion may generate heat due to high-speed swinging.
本実施形態の揺動手段20は、保持手段12に固定された下板21、下板21に取り付けられた2枚の板バネ23、板バネ23によって保持された上板22、上板22に固定された揺動部材25、下板21に固定されたソレノイド保持部材28、ソレノイド保持部材28に保持されたソレノイド27、一方を揺動部材に固定されその反対側を空隙を持ってソレノイド27の内部の空間に挿入されたアクチュエータ26からなる。ソレノイド27に電流を供給するための導線も設けられているが図示を省略する。電流を供給するための電源やその制御装置も製膜室4の内部または外部に設けられているが図示を省略する。
The swinging means 20 of the present embodiment includes a
2枚の板バネ23をこのように組み合わせた構造は良く知られていて、上板22の下板21に対する角度の変化がほとんど無く、また揺動方向に直角な方向の変位も、板バネ23の長さが揺動方向の変位量に対して充分大きければ、充分に小さく抑えることが可能な構造である。板バネ23の材質としてはりん青銅、ステンレス鋼、シリコンやマンガンを含むバネ鋼などを用いることができ、製膜室4の内部で腐食性のガスを用いる場合には、ステンレス鋼が好ましい。
The structure in which the two plate springs 23 are combined in this way is well known, and there is almost no change in the angle with respect to the
アクチュエータ26はソレノイド27の内面に対して摺動する構造でも良いが、前述のように、減圧下での使用であること、製膜ガスを含む環境での使用であること及び揺動部材25が揺動方向と直角な方向にも僅かながら変位すること、高速で揺動させることが好ましいこと等の理由で、ソレノイド27の内部の空間に空隙を持って挿入されていることが好ましい。
The
ソレノイド保持部材28は本実施形態では下板21に固定されているが、ソレノイド27の内部の空間に空隙を持って挿入されたアクチュエータ26に対して、ソレノイド27を相対的位置を安定に保持できる方法であれば、製膜室4内の他の箇所に取り付けて保持しても良い。
Although the
固定部材29は、ヘッドチップ10をペルチエ素子30に固定するための部材である。ヘッドチップ11の寸法によって可能な範囲で複数個のヘッドチップ10を搭載可能な構造に製作される。
The fixing
以上説明したような構成において、ソレノイド27を交流電流で励磁することで、アクチュエータ26を吸引し、上板22の上に保持された各構成要素を矢印Aで示す方向に揺動させることが可能である。アクチュエータ26を軟磁性材料とした場合は吸引力のみであり、吸引の方向と反対側には吸引の反動で変位する。アクチュエータ26として硬磁性材料からなる永久磁石を用いたときには吸引力と反発力の両方を用いることができる。
In the configuration as described above, by exciting the
また揺動手段20と被揺動部材であるヘッドチップ10やペルチエ素子30からなる系は共振周波数を有し、その周波数は、板バネ23の形状やその材料の弾性係数、上板23及びその上に搭載された部材の質量によって決まる。ソレノイド27を励磁する交流電流の周波数をこの共振周波数に一致させれば、小さい電流値で大きな揺動振幅が得られる。
Further, the system composed of the swinging means 20 and the
次に図5を用いてペルチエ素子30によってヘッドチップ10を冷却する方法を説明する。ペルチエ素子30は本発明の請求項2に係る保護膜形成方法を実施する場合に用いるものであり、ヘッドチップ10の電極16を冷却して製膜ガスが付着する効率を高めることを目的とする。これはCVD製膜装置において、被製膜体の温度が低い方が製膜ガスが被製膜体に付着して膜となる効率が高いということを利用するものである。
Next, a method of cooling the
図5(a)はヘッドチップ10の電極16が、チャネル15の外部に延伸されている様子を示す斜視図である。図3と同じ構成要素には同じ番号を付してある。電極16のチャネル15の内部の部分16−aを、基板17の底面の部分16−cをペルチエ素子30によって冷却することにより、16−bの部分を通じて熱伝導によって冷却する。ペルチエ素子30については良く知られているので簡単に説明するが、図5(b)に示すように、正電極30−1、N型半導体30−2、金属材料からなる吸熱板30−3、P型半導体30−4、負電極30−5の順で接続され、符号Iで示す方向に通電することにより、吸熱板30−3の温度が低下して正電極30−1及び負電極30−5の温度は上昇する。正電極30−1及び負電極30−5は揺動部材25に密着させることにより、揺動部材25及び上板22がヒートシンクとなり正電極30−1及び負電極30−5から放熱される熱を吸収して温度上昇が抑制される。吸熱板30−3の上にヘッドチップ10の基板17側をペルチエ素子30の吸熱板30−3に接するように置く。吸熱板30−3の上面は、ヘッドチップ10の電極16−cを有する底面を、チャネル15の方向が前記揺動方向にほぼ平行に密着させ固定する。この目的で吸熱板30−3の上面に段差あるいは突起を適切な形状で設けると良い。
FIG. 5A is a perspective view showing a state where the
電極16は金属材料で形成され通常はアルミニウム、銅または金のような、金属材料のうちでも特に熱伝導率の高い材料を含む場合が多く、図5に示したヘッドチップ10ではアルミニウムによって形成されている。アルミニウムの熱伝導率は、約240W/(m・K)、PZTの熱伝導率は約2W/(m・K)であり、約2桁の相違がある。このように熱伝導率が大きく相違するため、電極16−cの部分が冷却されると、チャネル15の内面のうち、電極16−aの部分の温度が電極の無い部分の温度よりも低くなる。なお、図5(b)においては判りやすくするためにチャネル15や電極16を実際の寸法比より大きく描いている。
The
以上、本発明の保護膜形成方法に用いる装置や構成要素及びその機能や動作について説明したが、次にこれらの装置や構成要素を用いて本発明の保護膜形成を行うための方法を詳しく述べる。 The apparatus and components used in the protective film forming method of the present invention and the functions and operations thereof have been described above. Next, the method for forming the protective film of the present invention using these devices and components will be described in detail. .
(第1の実施形態)
以下、本発明の請求項1に係る第1の実施形態について説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
(First embodiment)
Hereinafter, although 1st Embodiment which concerns on Claim 1 of this invention is described, this invention is not limited to this embodiment.
図1の説明で述べたように、CVD製膜装置1の気化室2において、製膜ガスの原料であるポリパラキシリレンを熱分解及び昇華によって、ダイマーであるジパラキシリレンに分解する。このダイマーを熱分解室3において約690℃に加熱してモノマーであるパラキシリレンラジカル中間体に分解し、このモノマーを製膜ガスとして、製膜ガス導入手段5によって製膜室4の内部に導入する。モノマーは製膜室4の内部で被製膜体に付着し、重合反応によって分子量数十万のポリパラキシリレンの保護膜を形成する。
As described with reference to FIG. 1, in the vaporization chamber 2 of the CVD film forming apparatus 1, polyparaxylylene, which is a raw material for the film forming gas, is decomposed into diparaxylylene, which is a dimer, by thermal decomposition and sublimation. This dimer is heated to about 690 ° C. in the thermal decomposition chamber 3 to be decomposed into a paraxylylene radical intermediate which is a monomer, and this monomer is used as a film-forming gas in the film-forming chamber 4 by the film-forming
排気装置7によって製膜装置1内の空気を充分に排気して、4000Pa以下にしたあと、前述のように製膜ガスの生成を開始して、生成の速度と排気装置7の排気速度及び前記の流量調整弁を調整することにより、製膜室4内のガス圧を約4000Paに維持する一方、図4に示す揺動手段によってヘッドチップ10をチャネル15の長さ方向に揺動させる。これによって揺動させない場合に比べて製膜ガスがチャネル15の内部に効率良く導入される。
After exhausting the air in the film forming apparatus 1 sufficiently by the exhaust apparatus 7 to 4000 Pa or less, generation of the film forming gas is started as described above, the generation speed, the exhaust speed of the exhaust apparatus 7 and the above-mentioned By adjusting the flow rate adjusting valve, the gas pressure in the film forming chamber 4 is maintained at about 4000 Pa, while the
揺動手段20の上板22及びその上に搭載される部材の質量に対して、2枚の板バネ23の材質、厚さ及び長さを適当に決めれば揺動手段20の上板22及びその上に搭載される部材が揺動する共振周波数を、1Hz以上にすることが可能である。搭載されるヘッドチップ10の個数によって共振周波数は変化するが、ヘッドチップの質量はペルチエ素子30や揺動部材25の質量に比べて小さく、共振周波数の変化はわずかであった。
If the material, thickness and length of the two
共振周波数が5Hzになるように揺動手段を構成して、振幅が8mmp−pになるようにソレノイド27に通電してヘッドチップ10を揺動させながら約25分間にわたって保護膜形成を行ったときに、ヘッドチップ10のチャネル15の長さ方向の略中央において約3μmの膜厚、チャネル15の開口部近傍において約7μmの膜厚であった。
When the rocking means is configured so that the resonance frequency is 5 Hz, and the protective film is formed for about 25 minutes while the
(第2の実施形態)
図5を用いて本発明の請求項2に係る第2の実施形態について説明する。第2の実施形態は第1の実施形態で説明した保護膜形成方法において、ヘッドチップ10の電極16を冷却して製膜ガスが付着する効率を高めて保護膜21を形成する方法である。
(Second Embodiment)
A second embodiment according to claim 2 of the present invention will be described with reference to FIG. The second embodiment is a method of forming the
ペルチエ素子30としては、株式会社フジタカ製のFPH1−12702ペルチエモジュール(30mm×30mm×4.8mm(厚さ))等が使用可能である。図5に示した方向にを約1.6Aの直流電流を通電して、通電しない場合に比べてヘッドチップ10の温度を約8℃低くすることができた。
As the
このようにして電極16を冷却した状態で、ヘッドチップ10を揺動させながら保護膜を形成する時間を約20分間とし、それ以外は第1の実施形態と同様の方法で保護膜19を形成することにより、ヘッドチップ10のチャネル15の長さ方向の略中央において約3μmの膜厚、チャネル15の開口部近傍において約7μmの膜厚を得て、特に電極16−aの部分については4μm以上の膜厚であった。
With the
以上説明した本発明の実施の形態により、インクジェットヘッド用のヘッドチップのチャネルの内面にポリパラキシリレンの保護膜を形成し、その膜厚を最大で7μm、最小で3μm以上とすることができ、チャネルの長さ方向全体にわたって必要充分な膜厚の保護膜を形成する保護膜形成方法を実現し、本発明の課題が達成できた。また、チャネルの内部でも特に保護膜の必要性が高い電極部分の表面に充分な膜厚の保護膜を形成することができた。保護膜の膜厚が最大で7μmということは、両側を合わせて14μm以下であり、0.18mm(180μm)のチャネル幅に対して8%以内のチャネル幅減少にとどめることができる。 According to the embodiment of the present invention described above, a protective film of polyparaxylylene can be formed on the inner surface of the channel of the head chip for the inkjet head, and the film thickness can be set to 7 μm at the maximum and 3 μm at the minimum. A protective film forming method for forming a protective film having a necessary and sufficient thickness over the entire length direction of the channel was realized, and the object of the present invention was achieved. In addition, a protective film having a sufficient thickness could be formed on the surface of the electrode portion where the necessity of a protective film was particularly high even inside the channel. The maximum film thickness of the protective film of 7 μm is 14 μm or less in total on both sides, and the channel width can be reduced within 8% with respect to the channel width of 0.18 mm (180 μm).
揺動手段20については図4に示したもの以外に、モータの回転とカム機構を組み合わせたもの、モータの回転方向を繰り返し反転させたうえラックピニオン機構によって往復動を実現する方法、リニアモータで往復動を実現させるもの等、公知の方法を用いることができる。また製膜室の外部に往復動を生じる機構を設けて、それを製膜室の内部に伝達する機構を設けても良い。 As for the swinging means 20, in addition to the one shown in FIG. 4, a combination of rotation of the motor and a cam mechanism, a method of reversing the rotation direction of the motor repeatedly, and realizing a reciprocating motion by a rack and pinion mechanism, a linear motor A known method such as one that realizes reciprocation can be used. Further, a mechanism for reciprocating the film forming chamber may be provided, and a mechanism for transmitting the mechanism to the inside of the film forming chamber may be provided.
ヘッドチップ10のチャネル15がその両方に開口を有せず、一方は閉じている場合には、揺動による往復のうち、閉じた側を先頭に移動する場合よりも開口部側を先頭に移動する場合の速度を大きくすれば製膜ガスをチャネル15の内部に導入する効果が高い。
If the
電極を冷却する方法としても図5(b)に示したペルチエ素子に限らず小型の冷凍機によっても良い。冷却手段を直接揺動部材25の上に設けるのでなく、揺動部材25の上以外に配置された冷却手段から熱伝導によって冷却される部材を揺動部材25の上に配置しても良い。
The method for cooling the electrodes is not limited to the Peltier element shown in FIG. 5B, and a small refrigerator may be used. Instead of providing the cooling means directly on the rocking
冷却を行わない場合は、ペルチエ素子30を設けずに、揺動部材25の上に直接ヘッドチップ10を配置しても良い。複数個のヘッドチップ10をまとめて保護膜形成を行う場合は、確実な固定が可能な範囲で、揺動部材25の上にヘッドチップ10を並べても良いし重ねても良い。冷却を行う場合、複数個のヘッドチップ10をまとめて保護膜形成を行うには、ペルチエ素子30の上にヘッドチップ10を並べることが好ましい。
When cooling is not performed, the
冷却を行う場合も行わない場合も、複数のヘッドチップ10が互いにチャネル15の開口部を塞さがないように配置することが好ましい。
Whether or not cooling is performed, it is preferable that the plurality of
本発明の保護膜形成方法をインクジェットヘッドのヘッドチップの保護膜形成に適用することにより、動作時間で数万時間以上の耐久性を有するインクジェットヘッドを実現することが可能になる。 By applying the protective film forming method of the present invention to the protective film formation of the head chip of the inkjet head, it is possible to realize an inkjet head having durability of tens of thousands of hours or more in operation time.
保護膜としてポリパラキシリレンを用いる場合を述べたが、保護膜として求められる特性により、その誘導体であるテトラクロロポリパラキシリレン、ジフロロポリパラキシリレン等を用いても良い。また、ポリパラキシリレンやその誘導体以外の材料でも、ガスとして噴出することが可能な材料であれば、保護膜が形成される液滴吐出ヘッドに適した材料を用いて保護膜形成を行うことも本発明の範囲内である。 Although the case where polyparaxylylene is used as the protective film has been described, tetrachloropolyparaxylylene, difluoropolyparaxylylene, etc., which are derivatives thereof, may be used depending on the characteristics required for the protective film. In addition, if a material other than polyparaxylylene or a derivative thereof can be ejected as a gas, the protective film should be formed using a material suitable for the droplet discharge head on which the protective film is formed. Are also within the scope of the present invention.
1 製膜装置
4 製膜室
5 製膜ガス導入手段
10 ヘッドチップ
12 保持手段
15 チャネル
16 電極
17 基板
18 カバー材
19 保護膜
20 揺動手段
30 ペルチエ素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Film forming apparatus 4
Claims (2)
前記製膜室を減圧する工程と、
製膜ガスを前記製膜室の内部に導入する工程と、
前記製膜ガスの雰囲気下にて前記ヘッドチップを前記チャネルの長さ方向に揺動させて前記チャネルの内面に保護膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする保護膜形成方法。 In a film forming chamber provided with a film forming gas introducing means, a protective film forming method for forming a protective film on the inner surface of a tunnel-shaped channel having an opening formed in a head chip used for a droplet discharge head,
Depressurizing the film forming chamber;
Introducing a film forming gas into the film forming chamber;
Forming a protective film on the inner surface of the channel by swinging the head chip in the length direction of the channel in an atmosphere of the film-forming gas;
A method for forming a protective film, comprising:
前記電極を冷却した状態で前記製膜ガスを前記製膜室の内部に導入することを特徴とする請求項1に記載の保護膜形成方法。 The inner surface of the channel is at least partly formed as an electrode,
The method for forming a protective film according to claim 1, wherein the film forming gas is introduced into the film forming chamber in a state where the electrode is cooled.
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