JP3943971B2 - インクジェットプリンタヘッドおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
【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を有するインクが使用可能なインクジェットプリンタヘッドおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、インクが供給される複数の圧力室と、各圧力室毎に設けられてその圧力室と外部とを連通させるノズルと、各圧力室を形成する壁部の少なくとも一部に設けられて電圧が印可されることにより圧力室内のインクの圧力を可変させる電圧印加部（例えば、圧電部材、発熱部材等）と、電圧印加部に電圧を印加するための電圧印加手段とを備え、電圧印加手段により電圧印加部に電圧を印加することにより圧力室内のインクの圧力を高め、そのインクの一部をインク滴として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知られている。
【０００３】
このようなインクジェットプリンタヘッドの一例として、特開平８−５２８７２号公報には、インクの変質を防止するために、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition＝化学蒸着）法等によって、パリレン膜等の絶縁性有機膜を圧力室内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。同公報に開示された発明によれば、圧力室内の電極を絶縁性有機膜によって保護することで、導電性を有するインクを用いる場合にも電極からインク内に電流が流れることを防止し、インク内に電流が流れることが原因となるインクの変質を防止することが可能になる。
【０００４】
また、インクジェットプリンタヘッドのノズルを形成する方法の一例として、圧力室の端面にノズルプレートを接着し、接着したノズルプレートにエキシマレーザから出射されたレーザ光を照射することによりノズルを形成する方法が、特開平１０−２９１３１８号公報に開示されている。この方法によれば、インク滴の吐出を良好に行うことができるノズルを形成することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、パリレン膜などの絶縁性有機膜は、エキシマレーザから出射される紫外領域のレーザ光により加工されるという特性がある。そのため、圧力室内に設けられている電極を被覆しているパリレン膜などの絶縁性有機膜にレーザ光が照射されると、その絶縁性有機膜が損傷を受けて絶縁性が損なわれ、露出した電極からインク内に電流が流れることによりインクが変質する。
【０００６】
本発明の目的は、水性インク等の導電性を有するインクの使用に際して、インク内に電流が流れることが原因となるインクの変質を防止し、かつ、ノズルからのインク滴の吐出安定性を向上させることができインクジェットプリンタヘッド及びその製造方法を得ることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のインクジェットプリンタヘッドは、インクが供給される複数の圧力室と、前記圧力室を形成する壁部の少なくとも一部に設けられて電圧が印可されることにより前記圧力室内のインクの圧力を可変させる圧電部材により形成された電圧印加部と、前記圧力室に連通されて前記圧力室にインクを供給するインク流路と、前記圧力室毎に設けられて前記圧力室と外部とを連通させるノズルと、前記圧力室毎に設けられて前記電圧印加部に電圧を印可するための電極と、有機高分子材料により形成されて少なくとも前記電極と前記ノズルの内周面及び両端のエッジ部分とを被覆するように成膜された絶縁性を有する保護膜と、を備える。
【０００８】
従って、インクとして水性インク等の導電性を有するインクを用いる場合でも、電極からインク内に電流が流れることが防止される。さらに、ノズルのエッジ部分等が平滑になり、ノズルからのインク滴の吐出安定性が向上する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態を図１ないし図４に基づいて説明する。図１はインクジェットプリンタヘッドを示す斜視図、図２は溝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、図３はノズルプレートの接着工程、ノズル形成工程及び保護膜成形工程を示す工程図、図４は蒸着重合装置を示す概略図である。
【００１０】
このインクジェットプリンタヘッド１は、ＰＺＴ等の圧電材料により形成された電圧印加部である圧電部材（図２参照）２、３を、２層積層した積層圧電部材４を有している。積層圧電部材４における圧電部材２、３の分極方向は、板厚方向に沿って互いに反対方向である。
【００１１】
積層圧電部材４には、上側および前面側が開放された複数の溝５が、平行に形成されている。これらの溝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る。これにより、それぞれの溝５は、後述する圧力室１３の壁部の一部となる支柱６によって仕切られる。本実施の形態の溝５は、深さ（図２中の上下方向）が０．２〜１ｍｍ、幅（図２中の左右方向）が２０〜２００μｍ、長さ（図２中の紙面直交方向）が０．５〜５００ｍｍの範囲内に収まるように形成されている。
【００１２】
溝５の内面および積層圧電部材４の上面部分には、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。
【００１３】
公知の技術であるため説明を省略するが、電極７の形成に際して無電解ニッケルメッキ法を用いることで、溝５の内面等の微細な領域にも、電極７を容易に形成することができる。
【００１４】
なお、本実施の形態では、電極７をニッケルにより形成したがこれに限られるものではなく、例えば、金、銅等によって電極を形成してもよい。
【００１５】
溝５において積層圧電部材４の前面側に向けて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。本実施の形態のノズルプレート１０は、エキシマレーザからのレーザ光を照射することによりノズル９の微細加工が可能となる部材、例えば、ポリイミドフィルムにより形成され、その厚さ寸法は１０〜１００μｍ程度である。
【００１６】
また、溝５において積層圧電部材４の上側に向けて開口している上側開口部１１は、蓋部材１２により閉塞されている。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複数の圧力室１３にインクを供給するインク供給管１４が連通される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】
上述した圧力室１３は、溝５の前面開口部８をノズルプレート１０で閉塞され、溝５の上側開口部１１を蓋部材１２で閉塞されることにより形成されている。複数の圧力室１３は、インク供給路１５を介してそれぞれ連通されている。
【００１８】
インクジェットプリンタヘッド１には、図示しない制御部や電源に接続されたフレキシブルケーブル（図示せず）が接続されている。印字に際しては、フレキシブルケーブルを介して、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】
さらに、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、すなわち、圧力室１３の内面と、ノズル９とに、有機高分子材料であるポリイミドによって形成された絶縁性を有する保護膜１６が蒸着重合法によって成膜されている。
【００２０】
ここで、ノズル９に保護膜１６が成膜されているという意味は、図３（ｃ）に示すように、少なくとも、ノズル９の内周面９ａ、ノズル９の両端のエッジ部分９ｂ、９ｃを被覆するように保護膜１６が成膜されていることを意味する。本実施の形態では、さらに、ノズルプレート１０の表面９ｄ及び裏面９ｅをも被覆するように保護膜１６が成膜されている。
【００２１】
つぎに、ノズルプレート１０を溝５の圧力室１３の端面（前面開口部８を閉塞する位置）へ接着する工程（接着工程）、ノズルプレート１０へノズル９を形成する工程（ノズル形成工程）、電極７とノズル９とを保護膜１６で被覆する工程（保護膜成膜工程）について、図３を参照して説明する。
【００２２】
図３（ａ）には、溝５が形成され、さらに、その溝５の内面及び積層圧電部材４の上面部分に電極７が設けられた積層圧電部材４に対し、溝５の前面開口部８を閉塞するようにノズルプレート１０（但し、ノズル９が形成される以前のもの）が接着され、さらに、図３では図示されていないが、溝５の上側開口部１１を閉塞するように蓋部材１２（図１、図２参照）が接着された状態が示されている。
【００２３】
図３（ｂ）には、ノズルプレート１０にエキシマレーザ等から出射されたレーザ光が照射され、ノズルプレート１０にノズル９が形成された状態が示されている。ノズル９の穴径は、インクの吐出側で小さく、溝５側（圧力室１３側）で大きく形成されている。
【００２４】
図３（ｃ）では、図４に示す蒸着重合装置１７を用いて電極７とノズル９とに保護膜１６が成膜された状態が示されている。
【００２５】
ここで、蒸着重合法とは、熱エネルギーによって蒸発させ、活性化させた複数種類のモノマーを、保護膜の成膜を目的とするサンプルの表面に付着させ、そのサンプル表面で重合反応を生じさせることにより、サンプル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ミドによって形成される保護膜１６を成膜したが、これに限られるものではなく、ポリイミド以外にも、例えばポリ尿素、ポリイミドアミド、ポリアミド、ポリアゾメチン等によって形成される有機高分子膜を成膜することができる。
【００２６】
蒸着重合装置１７の概略構造、及び、蒸着重合の作業手順について図４を参照して説明する。蒸着重合装置１７は、蒸着重合法による成膜を目的とするサンプル（本実施の形態では、溝５および電極７が形成された積層圧電部材４にノズルプレート１０と蓋部材１２とが接着され、ノズルプレート１０にノズル９が形成されたもの）Ａを保持するステージ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Ａ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。
【００２７】
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、ポリイミドによる保護膜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２００℃程度に保持されている。
【００２８】
また、特に図示しないが、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外へ排気するような機構であってもよい。
【００２９】
チャンバー１９の上側には混合漕２０が設けられている。チャンバー１９と混合漕２０とは、複数の孔が形成されたシャワープレート２１を介して連通されている。
【００３０】
また、蒸着重合装置１７は、サンプルＡに付着させる原料モノマーを保持する複数の蒸発漕２２を備えている。本実施の形態では、ポリイミドによる保護膜１６を成膜するための原料モノマーとして、４，４ジアミノフェニルメタン（ＭＤＡ）と、４，４ジフェニルメタンイソシアナートとが、それぞれの蒸発漕２２に保持されている。
【００３１】
特に図示しないが、各蒸発漕２２には、原料モノマーを加熱する加熱機構が設けられている。また、各蒸発漕２２には、各蒸発漕２２と混合漕２０とをそれぞれ連通させるモノマー導入管２３が設けられている。各モノマー導入管２３には、それぞれのモノマー導入管２３を開放制御するバルブ２４が設けられている。モノマー導入管２３は、蒸着重合を行う時以外は、バルブ２４によって閉塞されている。
【００３２】
保護膜１６の成膜に際しては、まず、蒸着重合法による成膜を目的とするサンプル（本実施の形態では、溝５および電極７が形成された積層圧電部材４にノズルプレート１０と蓋部材１２が接着され、そのノズルプレート１０にノズル９が形成されたもの）Ａを、ステージ１８に取り付ける。なお、このサンプルＡにおける保護膜１６の成膜が不要な部分には、予めマスキングをしておく。
【００３３】
つぎに、加熱機構によって蒸発漕２２内を加熱する。加熱された原料モノマーは、気体となって蒸発する。原料モノマーが十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に導入される。混合漕２０では、各種モノマーが均一に混ざった混合モノマーが生成される。
【００３４】
加えて、減圧機構によってチャンバー１９内を減圧する。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内に導入される。
【００３５】
チャンバー１９内に導入された混合モノマーは、サンプルＡ上の保護膜１６を成膜したい部分に付着する。サンプルＡとチャンバー１９内の温度とを制御することにより、サンプルＡに付着した原料モノマーが重合を開始する。これによって、サンプルＡ上の保護膜１６を成膜したい部分（ノズル９及び圧力室１３内の電極７）には、目的とするポリイミドの保護膜１６が成膜される。
【００３６】
蒸着重合法は、成膜したい物質をモノマー単位でサンプルＡに付着させてサンプルＡ上で重合させるため、複雑な形状をしたサンプルＡに対してもモノマー分子が良好に回り込むので、サンプルＡ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。
【００３７】
また、蒸着重合法は良好な密着性と優れた付き回り性とを有するので、このような蒸着重合法を用いて保護膜１６を成膜することにより、サンプルＡに対する下地処理等を行うことを不要とすることができる。
【００３８】
このような構成において、この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、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圧力室１３の両側に位置する電極７へ制御部からの制御により電圧が印可される。これにより、電圧が印加された電極７に対応する一対の支柱６は、分極方向が相反する圧電部材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。ついで、この電極７に印加する電圧の極性が逆転されることにより、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た際に圧力室１３内のインクが加圧され、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から吐出し、吐出したインク滴が搬送ローラ等の記録媒体搬送手段により搬送される記録媒体上に付着して画像が形成される。
【００３９】
本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド１では、電極７に保護膜１６が成膜されており、しかも、この保護膜１６は、溝５の前面開口部８を閉塞する位置に接着されたノズルプレート１０に対してレーザ光の照射によりノズル９を形成した後に成膜されるため、レーザ光が保護膜１６に照射されることによりその保護膜１６が損傷を受けて電極７が露出するということが発生しない。このため、インクとして水性インク等の高い導電性を有するインクを使用した場合でも、電極７からインク内に電流が流れるということを防止でき、インク内を電流が流れることが原因となるインクの変質を防止できる。
【００４０】
さらに、ノズル９に保護膜１６が成膜されているため、ノズル９の内周面９ａやエッジ部分９ｂ、９ｃを平滑に仕上げることができる。これにより、ノズル９から吐出されるインク滴の吐出安定性が向上し、記録媒体上に形成される画像の品質が高くなる。
【００４１】
また、電極７の表面を含む圧力室１３の内周面とノズル９とに同一材料の保護膜１６が成膜されるため、圧力室１３及びノズル９の各部においてインクに対する塗れ性の差が発生せず、インク滴の吐出状態が安定し、良好な画像形成を行える。
【００４２】
また、本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド１では、電極７から電圧が印可される電圧印加部として圧電部材２、３を用いているため、圧電部材２、３を用いるインクジェットプリンタヘッド１において、インクとして水性インク等の導電性を有するインクを用いる場合でも、電極７からインク内に電流が流れることを防止でき、さらに、ノズル９のエッジ部分９ｂ、９ｃ等が平滑になり、ノズル９からのインク滴の吐出安定性が向上する。
【００４３】
また、本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド１では、保護膜１６の成膜を蒸着重合法で行っているため、この蒸着重合法によれば、成膜したい物質をモノマー単位でサンプルＡに付着させてサンプルＡ上で重合させることができ、複雑な形状をしたサンプルＡに対してもモノマー分子が良好に回り込むので、サンプルＡ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。さらに、良好な密着性と優れた付き回り性とを有する蒸着重合法を用いて保護膜１６を成膜することにより、サンプルＡに対して下地処理等を行うことを不要とすることができる。
【００４４】
また、本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド１では、保護膜１６がポリイミドにより形成されているため、このポリイミドは蒸着重合法として従来より広く使用されている材料であって蒸着重合法で使用する際の実績が有るために使いやすく、保護膜としての十分な機能を発揮させることができる。しかも、安価な材料であるのでインクジェットプリンタヘッド１のコスト低減を図ることができる。
【００４５】
また、本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド１の製造方法では、有機高分子材料により形成されて絶縁性を有する保護膜１６を少なくとも電極７とノズル９とを被覆するように蒸着重合法により成膜する保護膜成膜工程を有するため、この保護膜成膜工程によれば成膜したい物質をモノマー単位でサンプルＡに付着させてサンプルＡ上で重合させるため、複雑な形状をしたサンプルＡに対してもモノマー分子が良好に回り込むので、サンプルＡ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。さらに、ノズル９に保護膜１６が成膜されているため、ノズル９の内周面９ａやエッジ部分９ｂ、９ｃ等を平滑に仕上げることができ、ノズル９から吐出されるインク滴の吐出安定性を向上させ、記録媒体上に形成される画像の品質を高くすることができる。
【００４６】
また、本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド１の製造方法では、ノズル９が形成される以前のノズルプレート１０を圧力室１３の端面に接着する接着工程と、圧力室１３の端面に接着されたノズルプレート１０にレーザ光を照射してノズル９を形成するノズル形成工程と、有機高分子材料により形成されて絶縁性を有する保護膜１６を少なくとも電極７とノズル９とを被覆するように蒸着重合法により成膜する保護膜成膜工程と、を有するため、蒸着重合法は成膜したい物質をモノマー単位でサンプルＡに付着させてサンプルＡ上で重合させることができるので、モノマー分子をノズル９から圧力室１３内にスムーズに入り込ませることができ、積層圧電部材４にノズルプレート１０と蓋部材１２とを接着して圧力室１３を形成した後であっても、圧力室１３内の電極７上への保護膜１６の成膜を良好に行うことができる。しかも、レーザ光を照射してノズル９を形成した後に保護膜１６を成膜するため、ノズル９を形成するレーザ光が保護膜１６に照射されて保護膜１６が損傷を受けて電極７が露出するということを防止でき、その電極７の露出部分からインク内に電流が流れるということを防止できる。
【００４７】
また、本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド１の製造方法では、電極７から電圧が印可される電圧印加部として圧電部材２、３を用いているため、圧電部材２、３を用いるインクジェットプリンタヘッド１を製造した場合でも、電極７からインク内に電流が流れることを防止でき、さらに、ノズル９からのインク滴の吐出安定性を向上させることができる。
【００４８】
また、本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド１の製造方法では、保護膜１６がポリイミドにより形成されているので、このポリイミドは蒸着重合法として従来より広く使用されている材料であって蒸着重合法で使用する際の実績が有るために使いやすく、保護膜としての十分な機能を発揮させることができる。しかも、安価な材料であるのでインクジェットプリンタヘッド１のコスト低減を図ることができる。
【００４９】
つぎに、本発明の第２の実施の形態を説明する。なお、本実施の形態の外観上の構成及び基本的な構成は第１の実施の形態と同じであり、図１ないし図４を援用して説明する。
【００５０】
本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド１及びその製造方法が、第１の実施の形態のインクジェットプリンタヘッド１及びその製造方法と異なる点は、本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド１及びその製造方法では、電極７とノズル９とを被覆するように成膜された保護膜１６がポリ尿素により形成されている点である。他の部分は第１の実施の形態のインクジェットプリンタヘッド１及びその製造方法と同じである。
【００５１】
このような構成において、保護膜１６がポリ尿素により形成されており、このポリ尿素は１００℃以下の低音で蒸着重合させることができる。
【００５２】
ここで、本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド１では、圧電部材２、３の分極方向と、圧電部材２、３に電圧を印加することにより発生する電界の方向とが直交している。このように、圧電部材２、３のシェアモード変形を利用するインクジェットプリンタヘッド１では、圧電部材２、３の分極が劣化すると再度分極することが困難である。
【００５３】
圧電部材２、３の分極性能は、例えば、圧電部材２、３が過剰に加熱されることにより劣化するが、本実施の形態では、低温で重合を開始するポリ尿素を保護膜１６の材料として使用することにより、圧電部材２、３の分極性能の劣化が発生しない程度の十分な低温で、電極７上に保護膜１６を成膜することができる。これによって、シェアモード変形を利用したインクジェットプリンタヘッド１に対して、圧電部材２、３を劣化させずに、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ができる。
【００５４】
つぎに、本発明の第３の実施の形態を説明する。なお、本実施の形態の外観上の構成及び基本的な構成は第１又は第２の実施の形態と同じであり、図１ないし図４を援用して説明する。
【００５５】
本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド１の製造方法が、第１の実施の形態のインクジェットプリンタヘッド１の製造方法と異なる点は、本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド１及びその製造方法では、ノズルプレート１０に対して予めノズル９を形成し、既にノズル９が形成されているノズルプレート１０を溝５の前面開口部８を閉塞する位置に接着工程で接着するようにしたものである。
【００５６】
このような構成において、本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド１の製造方法によれば、溝５の前面開口部８を閉塞する位置に接着されるノズルプレート１０には予めノズル９が形成されているため、ノズル９の形成の自由度を高めることができる。さらに、保護膜１６の成膜を蒸着重合法で行っているため、第１の実施の形態と同じように、積層圧電部材４にノズルプレート１０と蓋部材１２とを接着して圧力室１３を形成した後であっても、圧力室１３内の電極７上への保護膜１６の成膜を良好に行うことができる。さらに、ノズル９に保護膜１６が成膜されているため、ノズル９の内周面９ａやエッジ部分９ｂ、９ｃ等を平滑に仕上げることができ、ノズル９から吐出されるインク滴の吐出安定性を向上させ、記録媒体上に形成される画像の品質を高くすることができる。
【００５７】
つぎに、本発明の第４の実施の形態について図５に基づいて説明する。なお、図１ないし図４において説明した部分と同じ部分は同じ符号で示し、説明も省略する（以下の各実施の形態でも同じ）。
【００５８】
本実施の形態では、圧電部材の分極方向が第１の実施の形態と異なり、図５中の左右方向に分極されている。
【００５９】
図５は、本実施の形態のインクジェットプリンタヘッドを、溝の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。インクジェットプリンタヘッド２５は、基板２６の上に積層された電圧印加部である圧電部材２７を備えている。基板２６と圧電部材２７との間には電極２８が形成されており、基板２６と圧電部材２７とは電極２８を介して、図示しない導電性接着剤によって接着されている。
【００６０】
また、このインクジェットプリンタヘッド２５は、基板２６および圧電部材２７によって後述する圧力室３２の壁部の一部となる支柱２９が形成され、一対の支柱２９の間にそれぞれ溝３０が形成されている。溝３０の上側および前面側は、開放されている。
【００６１】
また、このインクジェットプリンタヘッド２５には、溝３０の上側開口部１１を閉塞する蓋部材３１と、溝３０の前面開口部８（図１、図４参照）を閉塞するノズルプレート１０（図１、図４参照）とが設けられ、溝３０の上側開口部１１を蓋部材３１で閉塞し、溝３０の前面開口部８をノズルプレート１０で閉塞することにより、一対の支柱２９の間に位置する複数の圧力室３２が形成されている。蓋部材３１の溝３０に対向する側の面には共通電極３３が形成され、蓋部材３１は、共通電極３３を介して図示しない導電性接着剤により支柱２９の上面に接着されている。ノズルプレート１０には複数のノズル９（図１、図４参照）が形成されている。
【００６２】
さらに、このインクジェットプリンタヘッド２５では、溝３０の上側開口部１１を蓋部材３１で閉塞し、溝３０の前面開口部８をノズルプレート１０で閉塞することにより圧力室３２を形成した後、図４に示した蒸着重合装置１７を用いて蒸着重合を行うことにより、電極２８、３３の表面を含む圧力室３２の内面とノズル９とを被覆するように、有機高分子材料であるポリイミドにより形成された絶縁性を有する保護膜３４が成膜されている。
【００６３】
この保護膜３４の成膜に関しては、第１の実施の形態で説明したように、接着したノズルプレート１０にレーザ光を照射してノズル９を形成した後に蒸着重合法により成膜してもよく、又は、第３の実施の形態で説明したように、ノズル９が形成されたノズルプレート１０を接着した後に蒸着重合法により成膜してもよい。
【００６４】
このような構成において、このインクジェットプリンタヘッド２５を有するインクジェットプリンタでの印字に際しては、圧力室３２内にインクを供給した状態で、インクを吐出させる圧力室３２の両側に位置する電極２８へ電圧を印加する。これによって、電圧が印加された電極２８に対応する一対の圧電部材２７が圧力室３２内の容積を大きくするように変形した後、再び圧力室３２内の容積を収縮させることで圧力室３２内のインクが加圧され、圧力室３２内のインクの一部がインク滴となってノズル９から吐出し、吐出したインク滴が搬送ローラ等の記録媒体搬送手段により搬送される記録媒体上に付着して画像が形成される。
【００６５】
本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド２５では、電極２８、３３に保護膜３４が成膜されているため、インクとして水性インク等の高い導電性を有するインクを使用した場合でも、電極２８、３３からインク内に電流が流れるということが防止され、インク内を電流が流れることが原因となるインクの変質を防止できる。
【００６６】
さらに、ノズル９に保護膜３４が成膜されているため、ノズル９の内周面９ａやエッジ部分９ｂ、９ｃ（図４参照）を平滑に仕上げることができる。これにより、ノズル９から吐出されるインク滴の吐出安定性が向上し、記録媒体上に形成される画像の品質が高くなる。
【００６７】
また、電極２８、３３の表面を含む圧力室３２の内周面とノズル９とに同一材料の保護膜３４が成膜されるため、圧力室３２及びノズル９の各部においてインクに対する塗れ性の差が発生せず、インク滴の吐出状態が安定し、良好な画像形成を行える。
【００６８】
つぎに、本発明の第５の実施の形態を図６に基づいて説明する。本実施の形態は、圧電部材の分極方向が一方向である点が、上述した各実施の形態と異なる点である。このような方式のインクジェットプリンタヘッドを、ノーマルモードのインクジェットプリンタヘッドという。
【００６９】
図６は、本実施の形態のインクジェットプリンタヘッドを、溝の延出方向に沿って水平に切断した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３５は、圧電部材が多層積層された電圧印加部である多層積層圧電部材３６が、所定の間隔毎に基板３７上に配列されている。これによって、多層積層圧電部材３６間に溝３８が形成されており、本実施の形態ではこの多層積層圧電部材３６が後述する圧力室４２の壁部の一部とされている。
【００７０】
ところで、一般的に、多層積層圧電部材３６に対して溝３８を形成することは困難である。本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド３５では、予め短冊形状に形成された多層積層圧電部材３６を所定の間隔毎に基板３７上に配設することによって、溝３８を形成している。これによって、多層積層圧電部材３６を用いる場合にも、溝３８を容易に形成することができる。
【００７１】
多層積層圧電部材３６の両側面（図６中の多層積層圧電部材３６の左右の面）には、電極３９が形成されている。この電極３９には、各多層積層圧電部材３６毎に電圧を印加するための図示しない制御部や電源に接続されたフレキシブルケーブルが接続されている。
【００７２】
また、このインクジェットプリンタヘッド３５には、溝３８の後端側（図６中の紙面上側）を閉塞する閉塞部材４０と、溝３８の前面開口部４１を閉塞するノズルプレート１０と、溝３８の上側開口部を閉塞する蓋部材１２（図１参照）とが設けられている。そして、溝３８の後端側を閉塞部材４０で閉塞し、溝３８の前面開口部４１をノズルプレート１０で閉塞し、溝３８の上側開口部を蓋部材１２で閉塞することにより、多層積層圧電部材３６の間に位置する複数の圧力室４２が形成されている。
【００７３】
さらに、このインクジェットプリンタヘッド３５では、溝３８の後端側を閉塞部材４０で閉塞し、溝３８の前面開口部４１をノズルプレート１０で閉塞し、溝３８の上側開口部を蓋部材１２で閉塞することにより圧力室４２を形成した後、図４に示した蒸着重合装置１７を用いて蒸着重合を行うことにより、電極３９の表面を含む圧力室４２の内面とノズル９とに、有機高分子材料であるポリイミドによって形成された絶縁性を有する保護膜４３が成膜されている。
【００７４】
この保護膜４３の成膜に関しては、第１の実施の形態で説明したように、接着したノズルプレート１０にレーザ光を照射してノズル９を形成した後に蒸着重合法により成膜してもよく、又は、第３の実施の形態で説明したように、ノズル９が形成されたノズルプレート１０を接着した後に蒸着重合法により成膜してもよい。
【００７５】
このような構成において、このインクジェットプリンタヘッド３５を有するインクジェットプリンタでの印字に際しては、圧力室４２内にインクを供給した状態で、インクを吐出させる圧力室４２の両側に位置する電極３９へ電圧を印加する。これによって、電圧が印加された電極３９に対応する一対の多層積層圧電部材３６が圧力室４２内の容積を大きくするように変形した後、再び圧力室４２内の容積を収縮させることで圧力室４２内のインクが加圧され、圧力室４２内のインクの一部がインク滴となってノズル９から吐出し、吐出したインク滴が搬送ローラ等の記録媒体搬送手段により搬送される記録媒体上に付着して画像が形成される。
【００７６】
本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド３５では、電極３９に保護膜４３が成膜されているため、インクとして水性インク等の高い導電性を有するインクを使用した場合でも、電極３９からインク内に電流が流れるということが防止され、インク内を電流が流れることが原因となるインクの変質を防止できる。
【００７７】
さらに、ノズル９に保護膜４３が成膜されているため、ノズル９の内周面９ａやエッジ部分９ｂ、９ｃ（図４参照）を平滑に仕上げることができる。これにより、ノズル９から吐出されるインク滴の吐出安定性が向上し、記録媒体上に形成される画像の品質が高くなる。
【００７８】
また、電極３９の表面を含む圧力室４２の内周面とノズル９とに同一材料の保護膜４３が成膜されるため、圧力室４２及びノズル９の各部においてインクに対する塗れ性の差が発生せず、インク滴の吐出状態が安定し、良好な画像形成を行える。
【００７９】
なお、上述の各実施の形態では、電圧の印加により変形する圧電部材２、３、２７、３６を電圧印加部として使用したインクジェットプリンタヘッド１、２５、３５において、電圧を印可するための電極７、２８、３３、３９とノズル９とを被覆するように有機高分子材料により形成された絶縁性を有する保護膜１６、３４、４３を成膜した場合を例に挙げて説明したが、本発明が適用されるインクジェットプリンタヘッド及びその製造方法としては、電圧印加部として圧電部材を使用したものに限定されない。例えば、電圧の印加により発熱する発熱部材を電圧印加部として使用し、発熱部材へ電圧を印可することにより発熱部材の表面から気泡（バブル）を発生させ、その気泡により圧力室内のインクの圧力を高めてインク滴を吐出させるようにした方式のインクジェットプリンタヘッド及びその製造方法においても本発明を適用することができる。
【００８０】
【発明の効果】
本発明によれば、各圧力室毎に設けられている電極を被覆するように有機高分子材料により形成された絶縁性を有する保護膜が成膜されているので、インクとして水性インク等の導電性を有するインクを用いる場合でも電極からインク内に電流が流れることを防止でき、それにより、インク内に電流が流れることが原因となるインクの変質を防止でき、さらに、ノズルを被覆するように有機高分子材料により形成された絶縁性を有する保護膜が成膜されているので、ノズルのエッジ部分等を平滑にすることができ、それにより、ノズルからのインク滴の吐出安定性を向上させることができるとともにそのインク滴が付着することにより記録媒体上に形成される画像の品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のインクジェットプリンタヘッドを示す斜視図である。
【図２】溝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。
【図３】ノズルプレートの接着工程、ノズル形成工程及び保護膜成形工程を示す工程図である。
【図４】蒸着重合装置を示す概略図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態のインクジェットプリンタヘッドを溝の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６】本発明の第５の実施の形態のインクジェットプリンタヘッドを溝の延出方向に沿って水平に切断した一部を示す断面図である。
【符号の説明】
２、３ 電圧印加部、圧電部材
６ 壁部
７ 電極
９ ノズル
１０ ノズルプレート
１３ 圧力室
１５ インク流路
１６ 保護膜
２７ 電圧印加部、圧電部材
２８、３３ 電極
２９ 壁部
３２ 圧力室
３４ 保護膜
３６ 電圧印加部、圧電部材、壁部
３９ 電極
４２ 圧力室
４３ 保護膜
【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を有するインクが使用可能なインクジェットプリンタヘッドおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、インクが供給される複数の圧力室と、各圧力室毎に設けられてその圧力室と外部とを連通させるノズルと、各圧力室を形成する壁部の少なくとも一部に設けられて電圧が印可されることにより圧力室内のインクの圧力を可変させる電圧印加部（例えば、圧電部材、発熱部材等）と、電圧印加部に電圧を印加するための電圧印加手段とを備え、電圧印加手段により電圧印加部に電圧を印加することにより圧力室内のインクの圧力を高め、そのインクの一部をインク滴として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知られている。
【０００３】
このようなインクジェットプリンタヘッドの一例として、特開平８−５２８７２号公報には、インクの変質を防止するために、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition＝化学蒸着）法等によって、パリレン膜等の絶縁性有機膜を圧力室内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。同公報に開示された発明によれば、圧力室内の電極を絶縁性有機膜によって保護することで、導電性を有するインクを用いる場合にも電極からインク内に電流が流れることを防止し、インク内に電流が流れることが原因となるインクの変質を防止することが可能になる。
【０００４】
また、インクジェットプリンタヘッドのノズルを形成する方法の一例として、圧力室の端面にノズルプレートを接着し、接着したノズルプレートにエキシマレーザから出射されたレーザ光を照射することによりノズルを形成する方法が、特開平１０−２９１３１８号公報に開示されている。この方法によれば、インク滴の吐出を良好に行うことができるノズルを形成することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、パリレン膜などの絶縁性有機膜は、エキシマレーザから出射される紫外領域のレーザ光により加工されるという特性がある。そのため、圧力室内に設けられている電極を被覆しているパリレン膜などの絶縁性有機膜にレーザ光が照射されると、その絶縁性有機膜が損傷を受けて絶縁性が損なわれ、露出した電極からインク内に電流が流れることによりインクが変質する。
【０００６】
本発明の目的は、水性インク等の導電性を有するインクの使用に際して、インク内に電流が流れることが原因となるインクの変質を防止し、かつ、ノズルからのインク滴の吐出安定性を向上させることができインクジェットプリンタヘッド及びその製造方法を得ることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のインクジェットプリンタヘッドは、インクが供給される複数の圧力室と、前記圧力室を形成する壁部の少なくとも一部に設けられて電圧が印可されることにより前記圧力室内のインクの圧力を可変させる圧電部材により形成された電圧印加部と、前記圧力室に連通されて前記圧力室にインクを供給するインク流路と、前記圧力室毎に設けられて前記圧力室と外部とを連通させるノズルと、前記圧力室毎に設けられて前記電圧印加部に電圧を印可するための電極と、有機高分子材料により形成されて少なくとも前記電極と前記ノズルの内周面及び両端のエッジ部分とを被覆するように成膜された絶縁性を有する保護膜と、を備える。
【０００８】
従って、インクとして水性インク等の導電性を有するインクを用いる場合でも、電極からインク内に電流が流れることが防止される。さらに、ノズルのエッジ部分等が平滑になり、ノズルからのインク滴の吐出安定性が向上する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態を図１ないし図４に基づいて説明する。図１はインクジェットプリンタヘッドを示す斜視図、図２は溝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、図３はノズルプレートの接着工程、ノズル形成工程及び保護膜成形工程を示す工程図、図４は蒸着重合装置を示す概略図である。
【００１０】
このインクジェットプリンタヘッド１は、ＰＺＴ等の圧電材料により形成された電圧印加部である圧電部材（図２参照）２、３を、２層積層した積層圧電部材４を有している。積層圧電部材４における圧電部材２、３の分極方向は、板厚方向に沿って互いに反対方向である。
【００１１】
積層圧電部材４には、上側および前面側が開放された複数の溝５が、平行に形成されている。これらの溝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る。これにより、それぞれの溝５は、後述する圧力室１３の壁部の一部となる支柱６によって仕切られる。本実施の形態の溝５は、深さ（図２中の上下方向）が０．２〜１ｍｍ、幅（図２中の左右方向）が２０〜２００μｍ、長さ（図２中の紙面直交方向）が０．５〜５００ｍｍの範囲内に収まるように形成されている。
【００１２】
溝５の内面および積層圧電部材４の上面部分には、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。
【００１３】
公知の技術であるため説明を省略するが、電極７の形成に際して無電解ニッケルメッキ法を用いることで、溝５の内面等の微細な領域にも、電極７を容易に形成することができる。
【００１４】
なお、本実施の形態では、電極７をニッケルにより形成したがこれに限られるものではなく、例えば、金、銅等によって電極を形成してもよい。
【００１５】
溝５において積層圧電部材４の前面側に向けて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。本実施の形態のノズルプレート１０は、エキシマレーザからのレーザ光を照射することによりノズル９の微細加工が可能となる部材、例えば、ポリイミドフィルムにより形成され、その厚さ寸法は１０〜１００μｍ程度である。
【００１６】
また、溝５において積層圧電部材４の上側に向けて開口している上側開口部１１は、蓋部材１２により閉塞されている。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複数の圧力室１３にインクを供給するインク供給管１４が連通される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】
上述した圧力室１３は、溝５の前面開口部８をノズルプレート１０で閉塞され、溝５の上側開口部１１を蓋部材１２で閉塞されることにより形成されている。複数の圧力室１３は、インク供給路１５を介してそれぞれ連通されている。
【００１８】
インクジェットプリンタヘッド１には、図示しない制御部や電源に接続されたフレキシブルケーブル（図示せず）が接続されている。印字に際しては、フレキシブルケーブルを介して、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】
さらに、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、すなわち、圧力室１３の内面と、ノズル９とに、有機高分子材料であるポリイミドによって形成された絶縁性を有する保護膜１６が蒸着重合法によって成膜されている。
【００２０】
ここで、ノズル９に保護膜１６が成膜されているという意味は、図３（ｃ）に示すように、少なくとも、ノズル９の内周面９ａ、ノズル９の両端のエッジ部分９ｂ、９ｃを被覆するように保護膜１６が成膜されていることを意味する。本実施の形態では、さらに、ノズルプレート１０の表面９ｄ及び裏面９ｅをも被覆するように保護膜１６が成膜されている。
【００２１】
つぎに、ノズルプレート１０を溝５の圧力室１３の端面（前面開口部８を閉塞する位置）へ接着する工程（接着工程）、ノズルプレート１０へノズル９を形成する工程（ノズル形成工程）、電極７とノズル９とを保護膜１６で被覆する工程（保護膜成膜工程）について、図３を参照して説明する。
【００２２】
図３（ａ）には、溝５が形成され、さらに、その溝５の内面及び積層圧電部材４の上面部分に電極７が設けられた積層圧電部材４に対し、溝５の前面開口部８を閉塞するようにノズルプレート１０（但し、ノズル９が形成される以前のもの）が接着され、さらに、図３では図示されていないが、溝５の上側開口部１１を閉塞するように蓋部材１２（図１、図２参照）が接着された状態が示されている。
【００２３】
図３（ｂ）には、ノズルプレート１０にエキシマレーザ等から出射されたレーザ光が照射され、ノズルプレート１０にノズル９が形成された状態が示されている。ノズル９の穴径は、インクの吐出側で小さく、溝５側（圧力室１３側）で大きく形成されている。
【００２４】
図３（ｃ）では、図４に示す蒸着重合装置１７を用いて電極７とノズル９とに保護膜１６が成膜された状態が示されている。
【００２５】
ここで、蒸着重合法とは、熱エネルギーによって蒸発させ、活性化させた複数種類のモノマーを、保護膜の成膜を目的とするサンプルの表面に付着させ、そのサンプル表面で重合反応を生じさせることにより、サンプル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ミドによって形成される保護膜１６を成膜したが、これに限られるものではなく、ポリイミド以外にも、例えばポリ尿素、ポリイミドアミド、ポリアミド、ポリアゾメチン等によって形成される有機高分子膜を成膜することができる。
【００２６】
蒸着重合装置１７の概略構造、及び、蒸着重合の作業手順について図４を参照して説明する。蒸着重合装置１７は、蒸着重合法による成膜を目的とするサンプル（本実施の形態では、溝５および電極７が形成された積層圧電部材４にノズルプレート１０と蓋部材１２とが接着され、ノズルプレート１０にノズル９が形成されたもの）Ａを保持するステージ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Ａ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。
【００２７】
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、ポリイミドによる保護膜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２００℃程度に保持されている。
【００２８】
また、特に図示しないが、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外へ排気するような機構であってもよい。
【００２９】
チャンバー１９の上側には混合漕２０が設けられている。チャンバー１９と混合漕２０とは、複数の孔が形成されたシャワープレート２１を介して連通されている。
【００３０】
また、蒸着重合装置１７は、サンプルＡに付着させる原料モノマーを保持する複数の蒸発漕２２を備えている。本実施の形態では、ポリイミドによる保護膜１６を成膜するための原料モノマーとして、４，４ジアミノフェニルメタン（ＭＤＡ）と、４，４ジフェニルメタンイソシアナートとが、それぞれの蒸発漕２２に保持されている。
【００３１】
特に図示しないが、各蒸発漕２２には、原料モノマーを加熱する加熱機構が設けられている。また、各蒸発漕２２には、各蒸発漕２２と混合漕２０とをそれぞれ連通させるモノマー導入管２３が設けられている。各モノマー導入管２３には、それぞれのモノマー導入管２３を開放制御するバルブ２４が設けられている。モノマー導入管２３は、蒸着重合を行う時以外は、バルブ２４によって閉塞されている。
【００３２】
保護膜１６の成膜に際しては、まず、蒸着重合法による成膜を目的とするサンプル（本実施の形態では、溝５および電極７が形成された積層圧電部材４にノズルプレート１０と蓋部材１２が接着され、そのノズルプレート１０にノズル９が形成されたもの）Ａを、ステージ１８に取り付ける。なお、このサンプルＡにおける保護膜１６の成膜が不要な部分には、予めマスキングをしておく。
【００３３】
つぎに、加熱機構によって蒸発漕２２内を加熱する。加熱された原料モノマーは、気体となって蒸発する。原料モノマーが十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に導入される。混合漕２０では、各種モノマーが均一に混ざった混合モノマーが生成される。
【００３４】
加えて、減圧機構によってチャンバー１９内を減圧する。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内に導入される。
【００３５】
チャンバー１９内に導入された混合モノマーは、サンプルＡ上の保護膜１６を成膜したい部分に付着する。サンプルＡとチャンバー１９内の温度とを制御することにより、サンプルＡに付着した原料モノマーが重合を開始する。これによって、サンプルＡ上の保護膜１６を成膜したい部分（ノズル９及び圧力室１３内の電極７）には、目的とするポリイミドの保護膜１６が成膜される。
【００３６】
蒸着重合法は、成膜したい物質をモノマー単位でサンプルＡに付着させてサンプルＡ上で重合させるため、複雑な形状をしたサンプルＡに対してもモノマー分子が良好に回り込むので、サンプルＡ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。
【００３７】
また、蒸着重合法は良好な密着性と優れた付き回り性とを有するので、このような蒸着重合法を用いて保護膜１６を成膜することにより、サンプルＡに対する下地処理等を行うことを不要とすることができる。
【００３８】
このような構成において、この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、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圧力室１３の両側に位置する電極７へ制御部からの制御により電圧が印可される。これにより、電圧が印加された電極７に対応する一対の支柱６は、分極方向が相反する圧電部材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。ついで、この電極７に印加する電圧の極性が逆転されることにより、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た際に圧力室１３内のインクが加圧され、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から吐出し、吐出したインク滴が搬送ローラ等の記録媒体搬送手段により搬送される記録媒体上に付着して画像が形成される。
【００３９】
本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド１では、電極７に保護膜１６が成膜されており、しかも、この保護膜１６は、溝５の前面開口部８を閉塞する位置に接着されたノズルプレート１０に対してレーザ光の照射によりノズル９を形成した後に成膜されるため、レーザ光が保護膜１６に照射されることによりその保護膜１６が損傷を受けて電極７が露出するということが発生しない。このため、インクとして水性インク等の高い導電性を有するインクを使用した場合でも、電極７からインク内に電流が流れるということを防止でき、インク内を電流が流れることが原因となるインクの変質を防止できる。
【００４０】
さらに、ノズル９に保護膜１６が成膜されているため、ノズル９の内周面９ａやエッジ部分９ｂ、９ｃを平滑に仕上げることができる。これにより、ノズル９から吐出されるインク滴の吐出安定性が向上し、記録媒体上に形成される画像の品質が高くなる。
【００４１】
また、電極７の表面を含む圧力室１３の内周面とノズル９とに同一材料の保護膜１６が成膜されるため、圧力室１３及びノズル９の各部においてインクに対する塗れ性の差が発生せず、インク滴の吐出状態が安定し、良好な画像形成を行える。
【００４２】
また、本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド１では、電極７から電圧が印可される電圧印加部として圧電部材２、３を用いているため、圧電部材２、３を用いるインクジェットプリンタヘッド１において、インクとして水性インク等の導電性を有するインクを用いる場合でも、電極７からインク内に電流が流れることを防止でき、さらに、ノズル９のエッジ部分９ｂ、９ｃ等が平滑になり、ノズル９からのインク滴の吐出安定性が向上する。
【００４３】
また、本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド１では、保護膜１６の成膜を蒸着重合法で行っているため、この蒸着重合法によれば、成膜したい物質をモノマー単位でサンプルＡに付着させてサンプルＡ上で重合させることができ、複雑な形状をしたサンプルＡに対してもモノマー分子が良好に回り込むので、サンプルＡ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。さらに、良好な密着性と優れた付き回り性とを有する蒸着重合法を用いて保護膜１６を成膜することにより、サンプルＡに対して下地処理等を行うことを不要とすることができる。
【００４４】
また、本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド１では、保護膜１６がポリイミドにより形成されているため、このポリイミドは蒸着重合法として従来より広く使用されている材料であって蒸着重合法で使用する際の実績が有るために使いやすく、保護膜としての十分な機能を発揮させることができる。しかも、安価な材料であるのでインクジェットプリンタヘッド１のコスト低減を図ることができる。
【００４５】
また、本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド１の製造方法では、有機高分子材料により形成されて絶縁性を有する保護膜１６を少なくとも電極７とノズル９とを被覆するように蒸着重合法により成膜する保護膜成膜工程を有するため、この保護膜成膜工程によれば成膜したい物質をモノマー単位でサンプルＡに付着させてサンプルＡ上で重合させるため、複雑な形状をしたサンプルＡに対してもモノマー分子が良好に回り込むので、サンプルＡ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。さらに、ノズル９に保護膜１６が成膜されているため、ノズル９の内周面９ａやエッジ部分９ｂ、９ｃ等を平滑に仕上げることができ、ノズル９から吐出されるインク滴の吐出安定性を向上させ、記録媒体上に形成される画像の品質を高くすることができる。
【００４６】
また、本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド１の製造方法では、ノズル９が形成される以前のノズルプレート１０を圧力室１３の端面に接着する接着工程と、圧力室１３の端面に接着されたノズルプレート１０にレーザ光を照射してノズル９を形成するノズル形成工程と、有機高分子材料により形成されて絶縁性を有する保護膜１６を少なくとも電極７とノズル９とを被覆するように蒸着重合法により成膜する保護膜成膜工程と、を有するため、蒸着重合法は成膜したい物質をモノマー単位でサンプルＡに付着させてサンプルＡ上で重合させることができるので、モノマー分子をノズル９から圧力室１３内にスムーズに入り込ませることができ、積層圧電部材４にノズルプレート１０と蓋部材１２とを接着して圧力室１３を形成した後であっても、圧力室１３内の電極７上への保護膜１６の成膜を良好に行うことができる。しかも、レーザ光を照射してノズル９を形成した後に保護膜１６を成膜するため、ノズル９を形成するレーザ光が保護膜１６に照射されて保護膜１６が損傷を受けて電極７が露出するということを防止でき、その電極７の露出部分からインク内に電流が流れるということを防止できる。
【００４７】
また、本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド１の製造方法では、電極７から電圧が印可される電圧印加部として圧電部材２、３を用いているため、圧電部材２、３を用いるインクジェットプリンタヘッド１を製造した場合でも、電極７からインク内に電流が流れることを防止でき、さらに、ノズル９からのインク滴の吐出安定性を向上させることができる。
【００４８】
また、本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド１の製造方法では、保護膜１６がポリイミドにより形成されているので、このポリイミドは蒸着重合法として従来より広く使用されている材料であって蒸着重合法で使用する際の実績が有るために使いやすく、保護膜としての十分な機能を発揮させることができる。しかも、安価な材料であるのでインクジェットプリンタヘッド１のコスト低減を図ることができる。
【００４９】
つぎに、本発明の第２の実施の形態を説明する。なお、本実施の形態の外観上の構成及び基本的な構成は第１の実施の形態と同じであり、図１ないし図４を援用して説明する。
【００５０】
本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド１及びその製造方法が、第１の実施の形態のインクジェットプリンタヘッド１及びその製造方法と異なる点は、本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド１及びその製造方法では、電極７とノズル９とを被覆するように成膜された保護膜１６がポリ尿素により形成されている点である。他の部分は第１の実施の形態のインクジェットプリンタヘッド１及びその製造方法と同じである。
【００５１】
このような構成において、保護膜１６がポリ尿素により形成されており、このポリ尿素は１００℃以下の低音で蒸着重合させることができる。
【００５２】
ここで、本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド１では、圧電部材２、３の分極方向と、圧電部材２、３に電圧を印加することにより発生する電界の方向とが直交している。このように、圧電部材２、３のシェアモード変形を利用するインクジェットプリンタヘッド１では、圧電部材２、３の分極が劣化すると再度分極することが困難である。
【００５３】
圧電部材２、３の分極性能は、例えば、圧電部材２、３が過剰に加熱されることにより劣化するが、本実施の形態では、低温で重合を開始するポリ尿素を保護膜１６の材料として使用することにより、圧電部材２、３の分極性能の劣化が発生しない程度の十分な低温で、電極７上に保護膜１６を成膜することができる。これによって、シェアモード変形を利用したインクジェットプリンタヘッド１に対して、圧電部材２、３を劣化させずに、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ができる。
【００５４】
つぎに、本発明の第３の実施の形態を説明する。なお、本実施の形態の外観上の構成及び基本的な構成は第１又は第２の実施の形態と同じであり、図１ないし図４を援用して説明する。
【００５５】
本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド１の製造方法が、第１の実施の形態のインクジェットプリンタヘッド１の製造方法と異なる点は、本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド１及びその製造方法では、ノズルプレート１０に対して予めノズル９を形成し、既にノズル９が形成されているノズルプレート１０を溝５の前面開口部８を閉塞する位置に接着工程で接着するようにしたものである。
【００５６】
このような構成において、本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド１の製造方法によれば、溝５の前面開口部８を閉塞する位置に接着されるノズルプレート１０には予めノズル９が形成されているため、ノズル９の形成の自由度を高めることができる。さらに、保護膜１６の成膜を蒸着重合法で行っているため、第１の実施の形態と同じように、積層圧電部材４にノズルプレート１０と蓋部材１２とを接着して圧力室１３を形成した後であっても、圧力室１３内の電極７上への保護膜１６の成膜を良好に行うことができる。さらに、ノズル９に保護膜１６が成膜されているため、ノズル９の内周面９ａやエッジ部分９ｂ、９ｃ等を平滑に仕上げることができ、ノズル９から吐出されるインク滴の吐出安定性を向上させ、記録媒体上に形成される画像の品質を高くすることができる。
【００５７】
つぎに、本発明の第４の実施の形態について図５に基づいて説明する。なお、図１ないし図４において説明した部分と同じ部分は同じ符号で示し、説明も省略する（以下の各実施の形態でも同じ）。
【００５８】
本実施の形態では、圧電部材の分極方向が第１の実施の形態と異なり、図５中の左右方向に分極されている。
【００５９】
図５は、本実施の形態のインクジェットプリンタヘッドを、溝の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。インクジェットプリンタヘッド２５は、基板２６の上に積層された電圧印加部である圧電部材２７を備えている。基板２６と圧電部材２７との間には電極２８が形成されており、基板２６と圧電部材２７とは電極２８を介して、図示しない導電性接着剤によって接着されている。
【００６０】
また、このインクジェットプリンタヘッド２５は、基板２６および圧電部材２７によって後述する圧力室３２の壁部の一部となる支柱２９が形成され、一対の支柱２９の間にそれぞれ溝３０が形成されている。溝３０の上側および前面側は、開放されている。
【００６１】
また、このインクジェットプリンタヘッド２５には、溝３０の上側開口部１１を閉塞する蓋部材３１と、溝３０の前面開口部８（図１、図４参照）を閉塞するノズルプレート１０（図１、図４参照）とが設けられ、溝３０の上側開口部１１を蓋部材３１で閉塞し、溝３０の前面開口部８をノズルプレート１０で閉塞することにより、一対の支柱２９の間に位置する複数の圧力室３２が形成されている。蓋部材３１の溝３０に対向する側の面には共通電極３３が形成され、蓋部材３１は、共通電極３３を介して図示しない導電性接着剤により支柱２９の上面に接着されている。ノズルプレート１０には複数のノズル９（図１、図４参照）が形成されている。
【００６２】
さらに、このインクジェットプリンタヘッド２５では、溝３０の上側開口部１１を蓋部材３１で閉塞し、溝３０の前面開口部８をノズルプレート１０で閉塞することにより圧力室３２を形成した後、図４に示した蒸着重合装置１７を用いて蒸着重合を行うことにより、電極２８、３３の表面を含む圧力室３２の内面とノズル９とを被覆するように、有機高分子材料であるポリイミドにより形成された絶縁性を有する保護膜３４が成膜されている。
【００６３】
この保護膜３４の成膜に関しては、第１の実施の形態で説明したように、接着したノズルプレート１０にレーザ光を照射してノズル９を形成した後に蒸着重合法により成膜してもよく、又は、第３の実施の形態で説明したように、ノズル９が形成されたノズルプレート１０を接着した後に蒸着重合法により成膜してもよい。
【００６４】
このような構成において、このインクジェットプリンタヘッド２５を有するインクジェットプリンタでの印字に際しては、圧力室３２内にインクを供給した状態で、インクを吐出させる圧力室３２の両側に位置する電極２８へ電圧を印加する。これによって、電圧が印加された電極２８に対応する一対の圧電部材２７が圧力室３２内の容積を大きくするように変形した後、再び圧力室３２内の容積を収縮させることで圧力室３２内のインクが加圧され、圧力室３２内のインクの一部がインク滴となってノズル９から吐出し、吐出したインク滴が搬送ローラ等の記録媒体搬送手段により搬送される記録媒体上に付着して画像が形成される。
【００６５】
本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド２５では、電極２８、３３に保護膜３４が成膜されているため、インクとして水性インク等の高い導電性を有するインクを使用した場合でも、電極２８、３３からインク内に電流が流れるということが防止され、インク内を電流が流れることが原因となるインクの変質を防止できる。
【００６６】
さらに、ノズル９に保護膜３４が成膜されているため、ノズル９の内周面９ａやエッジ部分９ｂ、９ｃ（図４参照）を平滑に仕上げることができる。これにより、ノズル９から吐出されるインク滴の吐出安定性が向上し、記録媒体上に形成される画像の品質が高くなる。
【００６７】
また、電極２８、３３の表面を含む圧力室３２の内周面とノズル９とに同一材料の保護膜３４が成膜されるため、圧力室３２及びノズル９の各部においてインクに対する塗れ性の差が発生せず、インク滴の吐出状態が安定し、良好な画像形成を行える。
【００６８】
つぎに、本発明の第５の実施の形態を図６に基づいて説明する。本実施の形態は、圧電部材の分極方向が一方向である点が、上述した各実施の形態と異なる点である。このような方式のインクジェットプリンタヘッドを、ノーマルモードのインクジェットプリンタヘッドという。
【００６９】
図６は、本実施の形態のインクジェットプリンタヘッドを、溝の延出方向に沿って水平に切断した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３５は、圧電部材が多層積層された電圧印加部である多層積層圧電部材３６が、所定の間隔毎に基板３７上に配列されている。これによって、多層積層圧電部材３６間に溝３８が形成されており、本実施の形態ではこの多層積層圧電部材３６が後述する圧力室４２の壁部の一部とされている。
【００７０】
ところで、一般的に、多層積層圧電部材３６に対して溝３８を形成することは困難である。本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド３５では、予め短冊形状に形成された多層積層圧電部材３６を所定の間隔毎に基板３７上に配設することによって、溝３８を形成している。これによって、多層積層圧電部材３６を用いる場合にも、溝３８を容易に形成することができる。
【００７１】
多層積層圧電部材３６の両側面（図６中の多層積層圧電部材３６の左右の面）には、電極３９が形成されている。この電極３９には、各多層積層圧電部材３６毎に電圧を印加するための図示しない制御部や電源に接続されたフレキシブルケーブルが接続されている。
【００７２】
また、このインクジェットプリンタヘッド３５には、溝３８の後端側（図６中の紙面上側）を閉塞する閉塞部材４０と、溝３８の前面開口部４１を閉塞するノズルプレート１０と、溝３８の上側開口部を閉塞する蓋部材１２（図１参照）とが設けられている。そして、溝３８の後端側を閉塞部材４０で閉塞し、溝３８の前面開口部４１をノズルプレート１０で閉塞し、溝３８の上側開口部を蓋部材１２で閉塞することにより、多層積層圧電部材３６の間に位置する複数の圧力室４２が形成されている。
【００７３】
さらに、このインクジェットプリンタヘッド３５では、溝３８の後端側を閉塞部材４０で閉塞し、溝３８の前面開口部４１をノズルプレート１０で閉塞し、溝３８の上側開口部を蓋部材１２で閉塞することにより圧力室４２を形成した後、図４に示した蒸着重合装置１７を用いて蒸着重合を行うことにより、電極３９の表面を含む圧力室４２の内面とノズル９とに、有機高分子材料であるポリイミドによって形成された絶縁性を有する保護膜４３が成膜されている。
【００７４】
この保護膜４３の成膜に関しては、第１の実施の形態で説明したように、接着したノズルプレート１０にレーザ光を照射してノズル９を形成した後に蒸着重合法により成膜してもよく、又は、第３の実施の形態で説明したように、ノズル９が形成されたノズルプレート１０を接着した後に蒸着重合法により成膜してもよい。
【００７５】
このような構成において、このインクジェットプリンタヘッド３５を有するインクジェットプリンタでの印字に際しては、圧力室４２内にインクを供給した状態で、インクを吐出させる圧力室４２の両側に位置する電極３９へ電圧を印加する。これによって、電圧が印加された電極３９に対応する一対の多層積層圧電部材３６が圧力室４２内の容積を大きくするように変形した後、再び圧力室４２内の容積を収縮させることで圧力室４２内のインクが加圧され、圧力室４２内のインクの一部がインク滴となってノズル９から吐出し、吐出したインク滴が搬送ローラ等の記録媒体搬送手段により搬送される記録媒体上に付着して画像が形成される。
【００７６】
本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド３５では、電極３９に保護膜４３が成膜されているため、インクとして水性インク等の高い導電性を有するインクを使用した場合でも、電極３９からインク内に電流が流れるということが防止され、インク内を電流が流れることが原因となるインクの変質を防止できる。
【００７７】
さらに、ノズル９に保護膜４３が成膜されているため、ノズル９の内周面９ａやエッジ部分９ｂ、９ｃ（図４参照）を平滑に仕上げることができる。これにより、ノズル９から吐出されるインク滴の吐出安定性が向上し、記録媒体上に形成される画像の品質が高くなる。
【００７８】
また、電極３９の表面を含む圧力室４２の内周面とノズル９とに同一材料の保護膜４３が成膜されるため、圧力室４２及びノズル９の各部においてインクに対する塗れ性の差が発生せず、インク滴の吐出状態が安定し、良好な画像形成を行える。
【００７９】
なお、上述の各実施の形態では、電圧の印加により変形する圧電部材２、３、２７、３６を電圧印加部として使用したインクジェットプリンタヘッド１、２５、３５において、電圧を印可するための電極７、２８、３３、３９とノズル９とを被覆するように有機高分子材料により形成された絶縁性を有する保護膜１６、３４、４３を成膜した場合を例に挙げて説明したが、本発明が適用されるインクジェットプリンタヘッド及びその製造方法としては、電圧印加部として圧電部材を使用したものに限定されない。例えば、電圧の印加により発熱する発熱部材を電圧印加部として使用し、発熱部材へ電圧を印可することにより発熱部材の表面から気泡（バブル）を発生させ、その気泡により圧力室内のインクの圧力を高めてインク滴を吐出させるようにした方式のインクジェットプリンタヘッド及びその製造方法においても本発明を適用することができる。
【００８０】
【発明の効果】
本発明によれば、各圧力室毎に設けられている電極を被覆するように有機高分子材料により形成された絶縁性を有する保護膜が成膜されているので、インクとして水性インク等の導電性を有するインクを用いる場合でも電極からインク内に電流が流れることを防止でき、それにより、インク内に電流が流れることが原因となるインクの変質を防止でき、さらに、ノズルを被覆するように有機高分子材料により形成された絶縁性を有する保護膜が成膜されているので、ノズルのエッジ部分等を平滑にすることができ、それにより、ノズルからのインク滴の吐出安定性を向上させることができるとともにそのインク滴が付着することにより記録媒体上に形成される画像の品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のインクジェットプリンタヘッドを示す斜視図である。
【図２】溝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。
【図３】ノズルプレートの接着工程、ノズル形成工程及び保護膜成形工程を示す工程図である。
【図４】蒸着重合装置を示す概略図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態のインクジェットプリンタヘッドを溝の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６】本発明の第５の実施の形態のインクジェットプリンタヘッドを溝の延出方向に沿って水平に切断した一部を示す断面図である。
【符号の説明】
２、３ 電圧印加部、圧電部材
６ 壁部
７ 電極
９ ノズル
１０ ノズルプレート
１３ 圧力室
１５ インク流路
１６ 保護膜
２７ 電圧印加部、圧電部材
２８、３３ 電極
２９ 壁部
３２ 圧力室
３４ 保護膜
３６ 電圧印加部、圧電部材、壁部
３９ 電極
４２ 圧力室
４３ 保護膜
Claims (11)
- インクが供給される複数の圧力室と、
前記圧力室を形成する壁部の少なくとも一部に設けられて電圧が印可されることにより前記圧力室内のインクの圧力を可変させる圧電部材により形成された電圧印加部と、
前記圧力室に連通されて前記圧力室にインクを供給するインク流路と、
前記圧力室毎に設けられて前記圧力室と外部とを連通させるノズルと、
前記圧力室毎に設けられて前記電圧印加部に電圧を印可するための電極と、
有機高分子材料により形成されて少なくとも前記電極と前記ノズルの内周面及び両端のエッジ部分とを被覆するように成膜された絶縁性を有する保護膜と、
を備えるインクジェットプリンタヘッド。 - 前記ノズルは前記圧力室の端面に接着されたノズルプレートに形成され、このノズルプレートの表面及び裏面を有機高分子材料による保護膜で被覆した請求項１記載のインクジェットプリンタヘッド。
- 前記保護膜は、蒸着重合法により形成されている請求項１又は２記載のインクジェットプリンタヘッド。
- 前記保護膜は、ポリ尿素により形成されている請求項１ないし３のいずれか一記載のインクジェットプリンタヘッド。
- 前記保護膜は、ポリイミドにより形成されている請求項１ないし３のいずれか一記載のインクジェットプリンタヘッド。
- インクが供給される複数の圧力室と、前記圧力室を形成する壁部の少なくとも一部に設けられて電圧が印可されることにより前記圧力室内のインクの圧力を可変させる圧電部材により形成された電圧印加部と、前記圧力室に連通されて前記圧力室にインクを供給するインク流路と、前記圧力室毎に設けられて前記圧力室と外部とを連通させるノズルと、前記圧力室毎に設けられて前記電圧印加部に電圧を印可するための電極と、を備えるインクジェットプリンタヘッドの製造方法において、
有機高分子材料により形成されて絶縁性を有する保護膜を少なくとも前記電極と前記ノズルの内周面及び両端のエッジ部分とを被覆するように蒸着重合法により成膜する保護膜成膜工程を有することを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの製造方法。 - インクが供給される複数の圧力室と、前記圧力室を形成する壁部の少なくとも一部に設けられて電圧が印可されることにより前記圧力室内のインクの圧力を可変させる圧電部材により形成された電圧印加部と、前記圧力室に連通されて前記圧力室にインクを供給するインク流路と、前記圧力室毎に設けられて前記圧力室と外部とを連通させるノズルと、前記圧力室毎に設けられて前記電圧印加部に電圧を印可するための電極と、を備えるインクジェットプリンタヘッドの製造方法において、
前記ノズルが形成されたノズルプレートを前記圧力室の端面に接着する接着工程と、
有機高分子材料により形成されて絶縁性を有する保護膜を少なくとも前記電極と前記ノズルの内周面及び両端のエッジ部分とを被覆するように蒸着重合法により成膜する保護膜成膜工程と、を有することを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの製造方法。 - インクが供給される複数の圧力室と、前記圧力室を形成する壁部の少なくとも一部に設けられて電圧が印可されることにより前記圧力室内のインクの圧力を可変させる圧電部材により形成された電圧印加部と、前記圧力室に連通されて前記圧力室にインクを供給するインク流路と、前記圧力室毎に設けられて前記圧力室と外部とを連通させるノズルと、前記圧力室毎に設けられて前記電圧印加部に電圧を印可するための電極と、を備えるインクジェットプリンタヘッドの製造方法において、
前記ノズルが形成される以前のノズルプレートを前記圧力室の端面に接着する接着工程と、
前記圧力室の端面に接着された前記ノズルプレートにレーザ光を照射してノズルを形成するノズル形成工程と、
有機高分子材料により形成されて絶縁性を有する保護膜を少なくとも前記電極と前記ノズルの内周面及び両端のエッジ部分とを被覆するように蒸着重合法により成膜する保護膜成膜工程と、を有することを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの製造方法。 - 保護膜成膜工程はノズルプレートの表面及び裏面をも有機高分子材料により被覆して保護膜を形成するようにした請求項６ないし８のいずれか一記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
- 前記保護膜は、ポリ尿素により形成されている請求項６ないし９のいずれか一記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
- 前記保護膜は、ポリイミドにより形成されている請求項６ないし９のいずれか一記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
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