JP2013193447A - インクジェットヘッド - Google Patents
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Abstract
【課題】気泡を巻き込むことなく圧力室内にインクを充填できるとともに、インクから保護された電極を有するインクジェットヘッドを提供することである。
【解決手段】実施形態のインクジェットヘッドは、絶縁基板（２）と、前記絶縁基板上に列をなして形成された複数の圧電部材（３）であって、隣接する２つの間に、インクが供給される圧力室（１１）を形成する圧電部材と、前記圧電部材の表面および前記絶縁基板の表面に連続して設けられた電極（１２）とを有する。前記電極の前記インクに接触する面は有機保護膜（１４）で覆われ、この有機保護膜は１００℃以下の温度で成膜された親水膜（１８）で覆われる。前記圧電部材の列を囲んで、前記絶縁基板上の前記電極の上に枠部材（４）が設けられ、この枠部材の上には、前記圧力室に開口するノズル（１６）を有するノズルプレート（５）が設けられている。
【選択図】図３
【解決手段】実施形態のインクジェットヘッドは、絶縁基板（２）と、前記絶縁基板上に列をなして形成された複数の圧電部材（３）であって、隣接する２つの間に、インクが供給される圧力室（１１）を形成する圧電部材と、前記圧電部材の表面および前記絶縁基板の表面に連続して設けられた電極（１２）とを有する。前記電極の前記インクに接触する面は有機保護膜（１４）で覆われ、この有機保護膜は１００℃以下の温度で成膜された親水膜（１８）で覆われる。前記圧電部材の列を囲んで、前記絶縁基板上の前記電極の上に枠部材（４）が設けられ、この枠部材の上には、前記圧力室に開口するノズル（１６）を有するノズルプレート（５）が設けられている。
【選択図】図３
Description
本発明の実施形態は、インクジェットヘッドに関する。
インクジェットプリンターのインクジェットヘッドは、圧力室が設けられた絶縁基板とノズルが形成されたノズルプレートとを備えている。圧力室にはインクが供給され、ノズルはインク滴を吐出する。圧力室は、絶縁基板上の圧電部材に複数の溝を設けることによって形成され、側面および底面に電極を有している。電極に電圧が印加されると、圧電部材が変形して圧力室の容積が変化する。圧力室が縮小することにより内部のインクが加圧されて、ノズルからインク滴として吐出される。
電極からインクに電流が流れるのを防止するために、通常、インクに接する電極の表面には有機保護膜が形成される。この有機保護膜は、電気絶縁性が高いものの撥水性も高く水をはじき易い。インク中に気泡が巻き込まれるのを避けるために、有機保護膜にＵＶ処理およびプラズマ処理のような親水化処理を施して、親水性を高めることが提案されている。有機保護膜上に親水性の高い無機膜を形成した場合もインクに接する表面の親水性を高めることができ、無機膜の形成にはスパッタリング法またはＰＥ−ＣＶＤ法が用いられている。
なお、親水性とは逆の撥水性を有する疎水性絶縁膜を電極上に形成する際に、原子層堆積（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＡＬＤ）法を用いることが提案されている。
有機保護膜に施されたプラズマ処理による親水化の効果は、時間の経過とともに低下して数週間で消失してしまう。インクジェットヘッドの製造工程においては、プラズマ処理後に加熱や超音波洗浄が行なわれることがある。こうした場合には、プラズマ処理による効果が低減して、水系インクを使用した際には気泡を巻き込むことになる。
スパッタリング法およびＰＥ−ＣＶＤ法といった成膜法では、微細な圧力室内全体に無機膜を均一な厚さで形成することが困難である。圧力室内の上部には厚く成膜されるが、下部には成膜されにくく、圧力室の場所によって親水性に差が生じる。しかも、こうした方法で無機膜を成膜する際、成膜槽内は１５０℃以上の高温となる。この高温によって有機保護膜がダメージを受けて、電極をインクから保護する効果が低下する。
本発明が解決しようとする課題は、気泡を巻き込むことなく圧力室内にインクを充填できるとともに、インクから保護された電極を有するインクジェットヘッドを提供することにある。
実施形態のインクジェットヘッドは、絶縁基板と、前記絶縁基板上に列をなして形成された複数の圧電部材であって、隣接する２つの間に、インクが供給される圧力室を形成する圧電部材と、前記圧電部材の表面および前記絶縁基板の表面に連続して設けられた電極とを有する。前記電極の前記インクに接触する面は有機保護膜で覆われ、この有機保護膜は１００℃以下の温度で成膜された親水膜で覆われる。前記圧電部材の列を囲んで、前記絶縁基板上の前記電極の上に枠部材が設けられ、この枠部材の上には、前記圧力室に開口するノズルを有するノズルプレートが設けられている。
以下、図面を参照して実施形態を具体的に説明する。
図１は、一実施形態におけるインクジェットヘッド１の構成を概略的に示す一部切欠き斜視図である。この図１におけるＦ１−Ｆ１に沿った断面図を、図２に示す。
インクジェットヘッド１は、マニホールド７、絶縁基板２、ノズルプレート５、および駆動ＩＣ６を有する。このインクジェットプリンタヘッド１は、第１方向Ｘと、これに概ね直交する長手の第２方向Ｙとを有する概略直方体形状である。Ｘ−Ｙ平面に直交する方向が第３方向Ｚであり、インク滴はこの第３方向Ｚに吐出される。したがって、このインクジェットヘッド１は、いわゆるサイドシュータ型である。
絶縁基板２の上には、枠部材４に囲まれて圧電部材３の列が配置されている。
絶縁基板２は、例えば、アルミナなどのセラミックス製またはガラス製の基板であり、第２方向Ｙに長手を有する概略長方形の板状である。この絶縁基板２は、ノズルプレート５と対向する側に上面２ａを有するとともに、マニモールド７と対向する側に下面２ｂを有している。このような絶縁基板２は、インク供給口９およびインク排出口１０を有している。インク供給口９およびインク排出口１０は、上面２ａから下面２ｂまで絶縁基板２を貫通している。
枠部材４は、例えば金属製の矩形枠状である。この枠部材４は、絶縁基板２の上面２ａに配置されている。絶縁基板２の上面２ａにおいて枠部材４で囲まれた内側には、圧電部材３の列が配置されている。各圧電部材３は、第２方向Ｙに沿って並び、隣接する圧電部材３の間の空間は圧力室となる。したがって、複数の圧力室が第２方向Ｙに沿って並んでいる。
圧電部材３は、例えばＰＺＴ製であり、ＰＺＴ製の２枚の圧電板を互いの分極方向を反対向きとするように貼り合わせて形成されている。圧電部材３は、Ｘ−Ｚ平面内において台形状の断面し、Ｙ−Ｚ平面内においては矩形の断面を有している。
図１に示す例では、第２方向Ｙに沿って並んだ圧電部材３の列が２列形成されている。複数のインク供給口９は、絶縁基板２の略中央部、すなわち、２列の圧電部材の列の間において第２方向Ｙに沿って並んでいる。複数のインク排出口１０は、絶縁基板２の周辺部、すなわち、圧電部材３と枠部材４との間において第２方向Ｙに沿って並んでいる。各圧力室は、インク供給口９とインク排出口１０とによって挟まれており、このような構成により、インク供給口９のそれぞれから圧力室に向けてインクが供給され、圧力室を通過したインクがインク排出口１０のそれぞれから排出される。
ノズルプレート５は、例えば、ポリイミドなどの樹脂製、あるいは、ニッケル合金やステンレスなどの耐熱性を有する金属製であり、第２方向Ｙに長手を有する概略長方形の板状である。このノズルプレート５は、枠部材４を介して絶縁基板２の上に配置されている。このノズルプレート５と、枠部材４および圧電部材３とは、図示しない接着剤により接着されている。
このようなノズルプレート５は、複数のノズル１６を有している。各ノズル１６は、圧電部材３に隔てられたそれぞれの圧力室に対向して形成されており、各圧力室に連通している。複数のノズル１６は、概略第２方向Ｙに沿って並んでノズル列を形成している。図示する例では、ノズルプレート５には、２列のノズル列が形成されているが、これに限定されない。ノズル列は、１列であってもよく、３列以上であってもよい。なお、互いに隣接するノズル１６は、厳密には、第２方向Ｙに沿った同一直線上にない場合があるが、ここでは詳細な説明を省略する。
マニホールド７は、図示しない接着剤によって絶縁基板２の下面２ｂに接着されている。マニホールド７と絶縁基板２とを接着する接着剤、絶縁基板２と枠部材４とを接着する接着剤、ノズルプレート７と枠部材４および圧電部材３とを接着する接着剤としては、インク耐性を有する熱硬化型樹脂を用いることができる。具体的には、エポキシ系接着剤、シリコン系接着剤、およびアクリル系接着剤などが挙げられる。
図２の断面図に示されるように、絶縁基板２と枠部材４とノズルプレート５とによって囲まれた領域には、インクが供給される共通インク室８が存在している。圧電部材３および絶縁基板２の表面には被覆電極２０が設けられ、絶縁基板２上においては、上面２ａから側面２ｃにわたって配線パターン１３が設けられている。
インク供給口９は共通インク室８に開口し、インク排出口１０もまた、共通インク室８に開口している。インク供給口９およびインク排出口１０は、マニホールド７を介してインクタンク（図示せず）に連結される。インクタンクのインクは、インク供給口９から共通インク室８に供給され、共通インク室８内のインクは、インク排出口１０からインクタンクに回収される。
図３の拡大図に示されるように、被覆電極２０は、絶縁基板２および圧電部材３の表面のうちインクに接する領域に設けられている。具体的には、共通インク室８における絶縁基板２の表面、圧電部材３の側面、および圧力室１１の底面に、被覆電極２０が設けられている。被覆電極２０は、順次形成された電極１２、有機保護膜１４および親水膜１８の積層膜によって構成される。共通インク室８および圧力室１１に形成された電極１２は、有機保護膜１４および親水膜１８によって被覆されているので、インクに接触することは避けられる。有機保護膜１４および親水膜１８は、図３に示されるように枠部材４の外側に延出して配線パターン１３の一部を覆っていても特に問題はない。
図示する例においては、枠部材４は、接着層１５によって絶縁基板２上の親水膜１８に接着され、ノズルプレート５は、圧電部材３の上面の親水膜１８および枠部材４に、接着層１５によって接着されているが、これに限定されない。電極１２がインクに接触するのを防止できればよいので、有機保護膜１４および親水膜１８は、枠部材４の上に形成されてもよい。この場合には、枠部材４は、接着層１５によって絶縁基板２上の電極１２に接着され、ノズルプレート５は、圧電部材３の上面の親水膜１８および枠部材４の上面の親水膜１８に接着層１５によって接着される。
電極１２は、圧力室が設けられた圧電部材および絶縁基板上に例えば無電解めっきを施して金属薄膜を形成し、これをパターニングして形成することができる。金属薄膜としては、例えばニッケル薄膜、金薄膜、または銅薄膜などが挙げられ、その厚さは例えば０．５〜５μｍとすることができる。絶縁基板１２上の電極１２の一部は、配線パターン１３として作用する。
複数の配線パターン１３には駆動ＩＣ６が接続される。なお、この図３には、図１における駆動ＩＣ６が存在し、かつ、インク排出口１０が存在しない領域における断面を示してある。駆動ＩＣ６としてはフレキシブルプリント回路板が用いられ、圧電部材３を駆動してインクジェットヘッド１を制御する。この駆動ＩＣ６は、図３に示されるように接続部１７によって、配線パターン１３に接続される。接続部１７としてＡＣＦ（異方導電性フィルム）を用いた場合には、駆動ＩＣ６は配線パターン１３に熱圧着接続される。例えばＡＣＰ（異方導電ペースト）、ＮＣＦ（非導電性フィルム）、またはＮＣＰ（非導電性ペースト）のような他の手段を接続部１７として用いることもできる。
駆動ＩＣ６は、インクジェットプリンターの制御部から入力される信号に基づいて、配線パターン１３を介して電極１２に電圧を印加する。電極１２を介して電圧を印加された圧電部材３はシェアモード変形し、それによって、圧力室１１に供給されたインクを加圧する。加圧されたインクは、対応するノズル１６から吐出される。
有機保護膜１４は、電極１２がインクに接触するのを避けるために電極１２上に設けられる。有機保護膜１４は、圧電部材３の上面の電極を常法により除去した後、残された電極１２上に化学気相成長法（ＣＶＤ）等によって例えば３〜１０μｍの厚さで形成される。有機保護膜１４を形成する前に、絶縁基板２上の電極１２に接着層１５によって枠部材４を接着しておけば、枠部材４上に有機保護膜１４を形成することができる。
有機保護膜１４の形成には、絶縁性および耐インク性を有する有機材料を用いることができ、例えばパラキシレン系ポリマーが挙げられる。具体的には、いわゆるパリレンＣ（ポリクロロパラキシリレン）、パリレンＮ（ポリパラキシリレン）、およびパリレンＤ（ポリジクロロパラキシリレン）などである。さらに、ポリイミドなどの他の材料を用いて有機保護膜１４を形成してもよい。
有機保護膜１４上の親水膜１８は、１００℃以下の低温で成膜されたものであり、例えば、ＴｉＯ2膜、Ａｌ2Ｏ3膜、またはＨｆＯ2膜とすることができる。こうした親水膜は、例えば、原子層堆積（Ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＡＬＤ）法によって形成することができる。
紙面に直交する方向においては、図４に示されるように圧電部材３で隔てられた複数の圧力室１１が存在し、各圧力室１１は側面および底面に被覆電極２０を有している。すでに説明したように、被覆電極２０は、順次積層された電極１２、有機保護膜１４および親水膜１８によって構成される。
通常、圧力室１１の深さは３００μｍ程度であり、幅は８０μｍ程度である。ＡＬＤ法を採用することによって、こうした微細な圧力室の側面および底面の全域に渡って、ＴｉＯ2膜やＡｌ2Ｏ3膜、およびＨｆＯ2膜といった親水膜を均一に成膜することが可能となった。ＡＬＤ法によって、例えば０．００５〜０．０５μｍ程度の厚さで親水膜を成膜することができる。得られる親水膜の膜厚は均一性に優れており、膜厚のバラつきは１０％以下と小さい。親水膜は、圧電部材３の側面および絶縁基板２の表面においても、圧力室１１の側面および底面の場合と同程度の厚さで形成される。したがって、共通インク室および圧力室においては、インクに接する面の親水性が場所によって異なることはない。
しかも、ＡＬＤ法では、１００℃以下の低温で親水膜を成膜できるため有機保護膜へダメージを与えることがない。有機保護膜の絶縁性が保持されるので、電極は確実にインクから保護される。ＡＬＤ法により成膜された親水膜は、後の工程で超音波処理や加熱処理に供されてもダメージを受けず、その目的とされる親水性が損なわれることはない。したがって、水系インクを使用した際でも、気泡を巻き込むことなく圧力室にインクを充填することが可能になる。
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、変更を行なうことができる。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。
１…インクジェットヘッド； ２…絶縁基板； ２ａ…絶縁基板の上面
２ｂ…絶縁基板の下面； ２ｃ…絶縁基板の側面； ３…圧電部材： ４…枠部材
５…ノズルプレート； ６…駆動ＩＣ； ７…マニホールド； ８…共通インク室
９…インク供給口； １０…インク排出口； １１…圧力室； １２…電極
１３…配線パターン； １４…有機保護膜； １８…親水膜； ２０…被覆電極
１５…接着層； １６…ノズル； １７…接続部。
２ｂ…絶縁基板の下面； ２ｃ…絶縁基板の側面； ３…圧電部材： ４…枠部材
５…ノズルプレート； ６…駆動ＩＣ； ７…マニホールド； ８…共通インク室
９…インク供給口； １０…インク排出口； １１…圧力室； １２…電極
１３…配線パターン； １４…有機保護膜； １８…親水膜； ２０…被覆電極
１５…接着層； １６…ノズル； １７…接続部。
Claims (5)
- 絶縁基板と、
前記絶縁基板上に列をなして形成された複数の圧電部材であって、隣接する２つの間に、インクが供給される圧力室を形成する圧電部材と、
前記圧電部材の表面および前記絶縁基板の表面に連続して設けられた電極と、
前記電極の前記インクに接触する面を覆う有機保護膜と、
前記有機保護膜を覆って１００℃以下の温度で成膜された親水膜と、
前記圧電部材の列を囲んで前記絶縁基板上の前記電極の上に設けられた枠部材と、
前記枠部材上に設けられ、前記圧力室に開口するノズルを有するノズルプレートと
を具備することを特徴とするインクジェットヘッド。 - 前記有機保護膜および前記親水膜は、さらに前記絶縁基板と前記枠部材との間に位置することを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
- 前記有機保護膜および前記親水膜は、さらに前記枠部材と前記ノズルプレートとの間に位置することを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
- 前記親水膜は、原子層堆積法により成膜された膜であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
- 前記親水膜は、ＴｉＯ2膜、Ａｌ2Ｏ3膜またはＨｆＯ2膜であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
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