JP5643629B2 - 流体吐出装置の防湿 - Google Patents

Description

本願発明は、概して流体液滴の吐出に関する。

流体液滴吐出装置の実施態様には、シリコン基板などの基板内に、流体ポンプ室、下降部及びノズルが形成されているものがある。印刷動作などにおいて、流体の液滴をノズルから媒体上に吐出することができる。ノズルは下降部に流体連結されていて、下降部は流体ポンプ室に流体連結されている。流体ポンプ室を、サーマルアクチュエータ又は圧電アクチュエータなどのトランスデューサによって、ノズルから流体液滴を吐出するように駆動することができる。媒体を、流体吐出装置に対して移動させることができ、ノズルからの流体液滴の吐出と媒体の移動とのタイミングを合わせることにより、媒体上の所望の位置に流体液滴を配置することができる。流体吐出装置は、一般に複数のノズルを有し、通常、サイズ及び速度が均一な流体液滴を同じ方向に吐出することにより、媒体上に流体液滴を均一に打滴することが望ましい。

米国特許出願公開第２００５／００９９４６７号明細書 特開平１１−２０７９５７号公報 特開２００２−３０１８２４号公報 米国特許第４，８８２，２４５号明細書 米国特許第７，０４７，６４２号明細書 米国特許第６，９９４，４２２号明細書

流体吐出装置からの流体液滴吐出に関連する一つの問題は、湿気（例えば、吐出されている液滴に由来する）が、圧電アクチュエータの電極又は圧電材や圧電アクチュエータを駆動する集積回路要素などの、電気部品や作動部品に侵入する可能性がある、ということである。湿気は、電極間の電気的短絡や圧電材の劣化による流体吐出装置の故障を起こす可能性があり、流体吐出装置の寿命を短くする可能性がある。

対策の一つは、アクチュエータ領域をポリマー防湿層で覆うことである。しかしながら、ポリマー材料からなる薄い層を使用するにはポリマー材料を通る湿気の拡散速度は大きすぎる可能性があり、厚い層は、膜の偏向を阻害してアクチュエータの機能を損なうおそれがある。

この問題に対する解決法は、一つ又は複数のポリマー層と共に、湿気の拡散速度がポリマーに比べて実質的に低い材料からなる薄膜を使用することである。ポリマー層を、電気的絶縁機能を提供するのに十分厚くすることができ、一方で、薄膜を、防湿層機能を提供しつつ追加の剛性をほとんどもたらさないように十分薄くすることができる。

或いは、ポリマー層の代わりに、湿気の拡散速度がより低い他の絶縁体層を用いることができる。任意に、この絶縁体層を、湿気の拡散速度が絶縁体層に比べて実質的に低い材料からなる薄膜で覆うことができる。絶縁体層を、電気的絶縁機能を提供するのに十分厚くすることができ、一方で、薄膜を、防湿層機能を提供しつつ追加の剛性をほとんどもたらさないように十分薄くすることができる。

一つの態様において、流体吐出装置は、流体流のための複数の流体通路及び複数の流体通路に流体連結された複数のノズルを有する基板と、基板の上部に配置され、複数の流体通路内の流体が複数のノズルから吐出されるようにする複数のアクチュエータと、複数のアクチュエータの少なくとも一部の上に形成された保護層であって、固有透湿度が２．５×１０^−３ｇ／ｍ・ｄａｙ未満である保護層と、を有する。

実施態様は、以下の特徴のうちの一つ又は複数を含むことができる。複数のアクチュエータの少なくとも一部の上に、複数の保護層を形成することができ、複数の保護層は、絶縁性の内側保護層を含んでもよく、保護層は、内側保護層を覆う外側保護層である。外側保護層は、内側保護層よりも固有透湿度が低くてもよい。内側保護層は、ポリマー層、例えばＳＵ−８を含んでもよい。外側保護層は、金属、酸化物、窒化物及び酸窒化物のいずれかの膜を含んでもよい。内側保護層は、酸化物、窒化物及び酸窒化物のいずれかの層を含んでもよく、外側保護層は金属の膜であってもよい。内側保護層は酸化ケイ素の層を含んでもよい。外側保護層は、金属の膜のみからなってもよい。金属は、アルミニウム、金、ニッケルクロム合金及びチタンタングステン合金からなる群から選択されてもよい。金属の膜の厚さは、３００ｎｍ以下、例えば１００ｎｍ以下であってもよい。金属の膜の厚さは１０ｎｍ以上であってもよい。金属の膜は接地されていてもよい。保護層は、複数のアクチュエータの上に直接配置されてもよく、酸化物、窒化物及び酸窒化物のいずれかの膜を含んでもよく、例えば酸化ケイ素層を含んでもよい。保護層は、酸化物、窒化物及び酸窒化物のいずれか、例えば二酸化ケイ素、アルミナ、窒化ケイ素及び酸窒化ケイ素のいずれか、のみからなってもよい。膜の厚さは５００ｎｍ以下であってもよい。保護層は、内側保護ポリマー層を覆う外側保護層であってもよい。外側保護層の材料は、ポリマー層の材料よりも固有透湿度が低くてもよい。外側保護層は、ポリマー層よりも湿気の拡散速度が低くてもよい。保護層は、複数のアクチュエータの全てを覆う連続層であってもよい。保護層は、複数のアクチュエータのみを覆うようにパターニングされていてもよい。ハウジングコンポーネントが、基板に固定されてもよく、基板に隣接する室を画成してもよい。複数のアクチュエータは、その室内にあってもよい。複数の集積回路要素が、その室内にあってもよい。その室内に吸湿層があってもよく、吸湿層は、保護層より吸湿力が高くてもよい。吸湿層は、乾燥剤を含んでもよい。複数のアクチュエータは、圧電アクチュエータであってもよい。

別の態様では、複数の保護層を形成する方法は、アクチュエータの少なくとも一部の上にポリマー層を堆積させる工程と、ポリマー層の上に金属、酸化物、窒化物及び酸窒化物のいずれかの膜を堆積させる工程と、を含む。

実施態様は、以下の特徴のうちの一つ又は複数を含むことができる。ポリマー層を堆積させる工程は、アクチュエータに露出部分を残さなくてもよい。ポリマー層を堆積させる工程は、ＳＵ−８の層を堆積させることを含んでもよい。膜を堆積させる工程は、連続膜を堆積させることを含んでもよい。膜は、アクチュエータの上のみを覆うようにパターニングされてもよい。膜は金属の膜であって膜を堆積させる工程はスパッタリングを含んでもよい。膜は、ポリマー層よりも湿気の拡散速度が低くてもよい。

ポリマー層に金属、酸化物、窒化物及び酸窒化物のいずれかの薄膜を付加することにより、流体吐出装置のアクチュエータに流体や湿気に対する保護層を形成することができる。限定する意図はないが、一理論として、この流体や湿気に対するより優れた保護は、薄膜材料中の流体や湿気の拡散速度がポリマー材料中の拡散速度に比べて実質的に低いことに起因している可能性がある。

一つ又は複数の実施形態の詳細を、添付図面及び以下の説明において示す。他の特徴、態様及び利点は、説明、図面及び特許請求の範囲から明らかとなろう。

例示的な流体吐出装置の斜視図である。 例示的な流体吐出装置の一部の断面概略図である。 流体吐出装置の一部の断面拡大図である。 ポリマー層を備えた流体吐出装置の別の実施態様の一部の断面拡大図である。 ポリマー層を備えた流体吐出装置の別の実施態様の一部の断面拡大図である。 薄膜で覆われたポリマー層を備えた流体吐出装置の別の実施態様の一部の断面拡大図である。 薄膜で覆われたポリマー層を備えた流体吐出装置の別の実施態様の一部の断面拡大図である。 上部インターポーザ及び下部インターポーザを備えた例示的な基板の略半透明斜視図である。 ハウジング内に通路を有する例示的な流体吐出装置の一部の斜視図である。 ハウジング内に通路を有する例示的な流体吐出装置の一部の斜視図である。 ハウジング内に通路を有する例示的な流体吐出装置の一部の斜視図である。 フレックス回路に取り付けられた吸湿材を有する例示的な流体吐出装置の一部の斜視図である。

それぞれの図面における同様の参照番号及び名称は同様の要素を示す。

図１に示すように、流体吐出装置１００の実施態様は、流体吐出モジュールを含んでいる。流体吐出モジュールは、例えば四辺形の板状のプリントヘッドモジュールであり、プリントヘッドモジュールは、半導体処理技術を用いて製造されるダイであってもよい。流体吐出モジュールは、複数の流体流路１２４（図２Ａ及び図２Ｂ参照）が形成された基板１０３と、複数の流体流路のノズルからの流体の吐出を個別に制御する複数のアクチュエータと、を含んでいる。

また、流体吐出装置１００は、プリントヘッドモジュールを支持する内側ハウジング１１０及び外側ハウジング１４２と、内側ハウジング１１０及び外側ハウジング１４２をプリントバーに連結する取付枠と、フレキシブル回路即ちフレックス回路２０１（図２Ａ参照）と、外部プロセッサからデータを受け取ってダイに駆動信号を提供する、関連するプリント回路基板１５５（図４Ｃ参照）と、を含むことができる。外側ハウジング１４２を内側ハウジング１１０に、それらの間に空隙１２２が形成されるように取り付けることができる。内側ハウジング１１０を仕切り壁１３０で仕切ることにより、流入室１３２及び流出室１３６を画成することができる。流入室１３２及び流出室１３６は、それぞれフィルタ１３３及び１３７を含むことができる。流入室１３２及び流出室１３６には、それぞれ開口１５２及び１５６を介して、流体を搬送する配管１６２及び１６６を連結することができる。仕切り壁１３０を、基板１０３の上方のインターポーザアセンブリ１４６に着座する支持体１４０によって保持することができる。内側ハウジング１１０は、ダイキャップ１０７を更に含むことができ、ダイキャップ１０７は、流体吐出装置１００内の空隙９０１（図２Ａ参照）を封止し、基板１０３と共に使用される流体吐出装置の構成部品に対して接合領域を用意するように構成されている。実施態様によっては、支持体１４０及びダイキャップ１０７は同じ部材であってもよい。流体吐出装置１００は、流体が流入室１３２から基板１０３を通って流出室１３６内へ循環することができるようにする、流体入口１０１及び流体出口１０２を更に有している。

図２Ａに示すように、基板１０３は、ノズル１２６で終端する流体流路１２４を含むことができる（図２Ａには一つの流路しか示していない）。一つの流体流路１２４は、流体供給部１７０と、上昇部１７２と、ポンプ室１７４と、ノズル１２６で終端する下降部１７６と、を含んでいる。流体流路は、再循環流路１７８を更に含むことができ、それにより、流体が吐出されていない時にもインクがインク流路１２４を流れることができる。

図２Ｂに示すように、基板１０３は流路体１８２を含むことができ、流路体１８２内には流路１２４が半導体処理技術（例えば、エッチング）によって形成されている。基板１０３は、ポンプ室１７４の一つの面を封止するシリコン層などの膜１８０と、ノズル１２６が貫通して形成されるノズル層１８４と、を更に含むことができる。膜１８０、流路体１８２及びノズル層１８４を、それぞれ半導体材料（例えば、単結晶シリコン）から構成することができる。

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、流体吐出装置１００は、個々に制御可能なアクチュエータ４０１も含むことができる（図２Ａ及び図２Ｂには一つのアクチュエータ４０１しか示していない）。アクチュエータ４０１は、基板１０３上に支持されていて、対応する流体流路１２４のノズル１２６から選択的に流体を吐出させる。いくつかの実施形態では、アクチュエータ４０１の駆動により、膜１８０をポンプ室１７４内部へ偏向させ、流体を下降部１７４を介してノズル１２６から押し出す。例えば、アクチュエータ４０１は、圧電アクチュエータであってもよく、下部導電層１９０と、例えばジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）から形成される圧電層１９２と、パターニングされた上部導電層１９４と、を含むことができる。圧電層１９２の厚さは、例えば約１μｍ〜２５μｍ、更に例えば約２μｍ〜４μｍであってもよい。或いは、アクチュエータ４０１はサーマルアクチュエータであってもよい。各アクチュエータ４０１は、入力パッドと駆動信号を搬送する一つ又は複数の導電トレース４０７とを含む、いくつかの対応する電気部品を有する。図２Ｂには図示しないが、アクチュエータ４０１を、流体入口１０１と流体出口１０２との間の領域に整列配置することができる。各流路１２４は、それに付随するアクチュエータ４０１と共に、個々に制御可能なＭＥＭＳ流体吐出装置ユニットを提供する。

図２Ｂ及び図３に示すように、流体吐出装置１００は、一つ又は複数の集積回路要素１０４を更に含み、集積回路要素１０４は、例えば導電トレース４０７に電気信号を提供することによりアクチュエータ４０１を制御するように構成されている。集積回路要素１０４は、基板１０３以外のマイクロチップであってもよく、そこに、集積回路が例えば半導体製造及び実装技術によって形成される。例えば、集積回路要素１０４は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）要素であってもよい。各集積回路要素１０４は、入力パッド４０２、出力トレース４０３、トランジスタ及び他のパッドやトレースなどの、対応する電気部品を含むことができる。集積回路要素１０４を、流体入口１０１又は流体出口１０２に平行する列状に、基板１０３上に直接取り付けることができる。

図２Ａ、図２Ｂ及び図３に示すように、いくつかの実施形態では、内側ハウジング１１０は、流体をアクチュエータ４０１及び／又は集積回路要素１０４の電気部品から分離する下部インターポーザ１０５を含んでいる。図２Ａに示すように、下部インターポーザ１０５は、本体４３０及びフランジ４３２を含むことができ、フランジ４３２は、本体４３０から下方に突出して、集積回路要素１０４とアクチュエータ４０１との間の領域において基板１０３と接触する。フランジ４３２は、本体４３０を基板の上方に保持することにより、アクチュエータのための空隙４３４を形成する。これにより、本体４３０がアクチュエータ４０１に接触してその動きに干渉することが防止される。図示はされていないが、アクチュエータのある空隙４３４を、ＡＳＩＣ１０４のある空隙９０１に連結することができる。例えば、フランジ４３２は、流体供給流路１７０の周囲にのみ（例えば、ドーナツ形に）延在することができ、それにより、空隙４３４及び９０１は一つの空隙を形成し、隣接するフランジ間を空気が通ることができる。

いくつかの実施態様（図２Ｂに示す）では、膜層１８０、及び存在する場合はアクチュエータ４０１の層、を貫通して、開口が形成されていて、それによりフランジ４３２が流路体１８２に直接接触する。或いは、フランジ４３２は、膜１８０又は基板１０３を覆う別の層に接触することができる。流体吐出装置１００は、流体をアクチュエータ４０１や集積回路要素１０４から更に分離する上部インターポーザ１０６を更に含むことができる。

いくつかの実施形態では、下部インターポーザ１０５は基板１０３に直接的に（それらの間に接合層を介して又は介さないで）接触し、上部インターポーザ１０６は下部インターポーザ１０５に直接的に（それらの間に接合層を介して又は介さないで）接触する。このように、下部インターポーザ１０５は、空隙４３４を維持しながら、基板１０３と上部インターポーザ１０６との間に挟まれている。フレックス回路２０１（図２Ａ参照）は、基板１０３の上面の周縁部に接合される。ダイキャップ１０７を上部インターポーザ１０６の一部に接合することができ、それにより空隙９０１が形成される。ダイキャップ１０７は上部フレックス回路２０１の上面に接触しているように図示されているが、実際には、ダイキャップ１０７とフレックス回路２０１との間に、わずかな間隙、例えば約２０μｍの間隙があってもよい。フレックス回路２０１は、ダイキャップ１０７の底部の周囲で屈曲し、ダイキャップ１０７の外側に沿って延在することができる。集積回路要素１０４は、フレックス回路２０１に比べて、基板１０３の長手方向に伸びる中心軸などの基板１０３の中心軸に近く、下部インターポーザ１０５に比べて、基板１０３の周縁部に近く、基板１０３の上面に接合される。いくつかの実施形態では、下部インターポーザ１０５の側面は、集積回路要素１０４に隣接していて、基板１０３の上面に対して垂直に延在している。

いくつかの実施形態では、導電トレースや電極や圧電部などの脆弱な構成部品への湿気の透過を低減するために、流体吐出装置モジュール上に一つ又は複数の保護層が配置される。保護層（複数の保護層が存在する場合は、それら保護層の少なくとも一つ）は、固有透湿度が、ＳＵ−８より低く、即ち２．５×１０^−３ｇ／ｍ・ｄａｙ未満であり、例えば約１×１０^−３ｇ／ｍ・ｄａｙ未満である。保護層の固有透湿度は、ＳＵ−８の固有透湿度よりも何桁も低くてもよく、例えば約２．５×１０^−６ｇ／ｍ・ｄａｙ未満であってもよい。例えば、保護層の固有透湿度は、約２．５×１０^−７ｇ／ｍ・ｄａｙ未満、例えば約１×１０^−７ｇ／ｍ・ｄａｙ未満、更に例えば約２．５×１０^−８ｇ／ｍ・ｄａｙ未満であってもよい。特に、保護層は、アクチュエータの動作を阻害しないように十分に薄い場合であっても、装置の耐用寿命が１年を上回って例えば３年であるように、十分に非透湿性であり得る。

いくつかの実施形態では、この保護層は複数のアクチュエータの上に直接的に配置され、他のいくつかの実施形態では、保護層は外側保護層であって、複数のアクチュエータと外側保護層との間に絶縁体内側保護層が配置される。なお、上部導電層１９４は、アクチュエータの一部であって湿気から保護されるべき層であるとみなされ、保護層構造の一部ではない。保護層は、例えば空隙４３４内の環境に露出する最外層であってもよく、又は空隙から二番目の層であってもよく、例えば、保護層が絶縁体又は非湿潤コーティングで覆われていてもよい。

いくつかの実施形態では、図２Ｃに示すように、保護層９１０が流体吐出装置モジュールの上に配置されている。この保護層９１０は、トレース４０７、電極１９４及び／又は圧電層１９２と接触することができる。保護層９１０は絶縁材料である。実施態様によっては、保護層９１０はポリマーであって、例えばポリイミド、エポキシ及び／又はＳＵ−８の層などのフォトレジストである。好適なＳＵ−８は、アメリカ合衆国マサチューセッツ州ニュートンに所在するＭｉｃｒｏＣｈｅｍ社から入手することができる。実施態様によっては、保護層９１０は、固有透湿度がＳＵ−８より低い無機材料であって、例えば二酸化ケイ素などの、酸化物、窒化物又は酸窒化物である。

保護層は、電気部品を流体吐出装置内の流体や湿気から保護するために、アクチュエータ４０１のトレース４０７の上に形成される。ポンプ室の上の膜１８０の動作を阻害しないように、ポンプ室１７４の上部の領域には保護層がなくてもよい。

図２Ｃ〜図２Ｆは単層のみからなる保護層９１０を示すが、これらの実施形態の任意のものにおいて、この構造の代わりに、複数の絶縁性保護層、例えば複数の絶縁体層を含む保護層積層体を用いることができる。保護層積層体は、少なくともいくつかの異なる材料の層（例えば、二つのポリマー層の間に置かれる酸化物層）を含む層の組み合わせを含むことができる。

或いは、図２Ｄに示すように、保護層が、アクチュエータ４０１（図２Ｂ参照）が適切に機能することができるように十分に薄いか可撓性である場合、保護層９１０を、ポンプ室１７４の上を含むトレース４０７及びアクチュエータ４０１の上に、形成することができる。この場合、例えば、インターポーザが基板１０３と接触するように下方に突出している、基板の流体流路の入口及び出口を包囲する領域では、保護層が除去されていてもよい。実施態様によっては、保護層９１０は、基板の上面を覆う連続層であって、例えば全てのアクチュエータを覆いアクチュエータ間の間隙にも及ぶ。この場合、連続層は、開口を有していてもよいが、完全に切れ目なく単体であるように連結されている。

保護層９１０は、０．５μｍより厚くてもよく、例えば酸化物、窒化物又は酸窒化物である場合は厚さ約０．５μｍ〜３μｍ、またポリマー、例えばＳＵ−８である場合は厚さ３μｍ〜５μｍであってもよい。複数の層が存在する場合は、全体の厚さが約５μｍ〜８μｍであってもよい。酸化物層が用いられる場合は、酸化物層の厚さは約１μｍ以下であってもよい。保護層構造を、スピンコーティング、スプレーコーティング、スパッタリング又はプラズマ蒸着によって堆積させることができる。

或いは又は更に、保護層９１０は、トレース４０７及び／又はアクチュエータ４０１の上に形成された、分子凝集体などの非湿潤コーティングを含むことができる。即ち、フォトレジスト層などの他の保護ポリマー層の代わりに又はその上に、非湿潤コーティングを形成してもよい。

いくつかの実施形態では、図２Ｅに示すように、保護層９１０（又は保護層積層体）は、ポンプ室の上、例えばトレース４０７及びアクチュエータ４０１の上に延在し、別の保護層、即ちアクチュエータを湿気から更に保護する薄膜９１４で覆われる。いくつかの実施形態では、膜９１４の位置は、保護層９１０と概ね同じである。例えば、薄膜は、トレース４０７を含む空隙４３４内の全領域を覆うように連続的であってもよい。他の実施形態では、図２Ｆに示すように、薄膜９１４は、ポンプ室１７４及びアクチュエータ４０１と概ね位置合わせされてそれらのみを覆いトレース４０７は覆わないように、パターニングされる。概して、薄膜は、例えばポンプ室の上の、電圧が圧電材に印加される領域を少なくとも覆う。

保護層９１０と同様に、薄膜９１４は、全てのアクチュエータを覆いアクチュエータ間の間隙にも及ぶ連続層であってもよい。少なくともアクチュエータの上の領域において、薄膜９１４は、基板上の最外層であってもよく、例えば空隙４３４内の環境に露出していていもよい。

これらの実施形態のうちの任意のものにおいて、導電層１９０及び１９４への接点が必要な領域、例えばＡＳＩＣ１０４が取り付けられるトレース４０７の端部のボンディングパッドの位置において、保護層９１０及び薄膜９１４に開口が形成されていてもよいが、こうした開口はポンプ室１７４の上にはない。薄膜９１４及び付加的な非湿潤コーティングの両方を含む実施形態では、非湿潤コーティングは薄膜９１４の上に配置され、即ち、薄膜９１４は保護層９１０と非湿潤コーティングとの間にある。

膜９１４を、固有透湿度がポリマー材料（例えば、保護層９１０のポリマー材料）より低く、アクチュエータに対して著しく機械的に荷重をかけたり拘束したりしない、材料から形成することができる。膜９１４は、固有透湿度がＳＵ−８より低く例えば上述した範囲であり例えば約２．５×１０^−７ｇ／ｍ・ｄａｙ未満である保護層を提供することができる。実施態様によっては、薄膜９１４は、その下にある保護層９１０よりも固有透湿度が低い材料から形成される。実施態様によっては、薄膜９１４は、保護層９１０よりも低い拡散透湿度、つまり低い拡散速度を有していてもよい。

薄膜９１４は、その下にある保護層９１０よりも機械的剛性度が高くてもよい。保護層９１０が薄膜よりも可撓性が高い場合は、保護層９１０が薄膜９１４を圧電層１９２から部分的に機械的に分離させる可能性がある。

防湿性薄膜の材料の例には、金属、酸化物、窒化物又は酸窒化物がある。膜９１４は、十分な段差被覆性を保ち、かつ満足な非浸透性を提供するようにピンホールが十分に少ないように、十分な厚さを有しつつ、可能な限り薄いことが好ましい。

実施態様によっては、薄膜９１４は金属、例えば導電性金属である。薄膜９１４が導電性である場合は、絶縁性保護層９１０が、上部薄膜９１４とアクチュエータ４０１との間に電気的絶縁性を提供することができる。

薄膜９１４に使用することができる金属の例には、アルミニウム、金、ニッケルクロム合金、チタンタングステン合金、プラチナ、イリジウム又はそれらの組み合わせが含まれるが、他の金属も可能である。膜は、接合層（例えば、チタンタングステン合金、チタン又はクロム）を含んでいてもよい。金属膜の厚さは、概ね１０ｎｍ以上であるがとても薄く、例えば３００ｎｍ以下である。実施態様によっては、膜９１４の厚さは２００ｎｍ〜３００ｎｍであってもよい。接合層が存在する場合は、接合層の厚さは２０ｎｍ以下であってもよい。実施態様によっては、膜９１４の厚さは、１００ｎｍ以下であり、例えば５０ｎｍ以下である。金属膜を接地することにより、防湿だけでなくＥＭＩ遮蔽などの更なる利益を得ることができる。金属層を、スパッタリングによって堆積させることができる。

防湿性薄膜を提供することができる酸化物、窒化物及び酸窒化物材料のいくつかの例は、アルミナ、酸化ケイ素、窒化ケイ素及び酸窒化ケイ素である。これらの膜は、概して、厚さが５００ｎｍ以下である。酸化物、窒化物又は酸窒化物の層を、プラズマ化学気相成長法によって堆積させることができる。概して、金属膜は、とても低い透湿度を提供しつつとても薄くすることができるので有利である。いかなる特定の理論にも限定されないが、これは、金属層は低いピンホール密度でスパッタリングによって堆積させることができるためでありえる。ピンホールのない膜は、金属であっても非金属であっても、優れた非透湿性のために有利ではあるが、それは必須ではない。ピンホールのサイズ（ｒ_ｈ）がポリマー層の厚さ（ｔ_ｐ）より十分に小さく、即ちｒ_ｈ＜＜ｔ_ｐであり、ピンホールの面積密度がとても低く、即ち「ピンホールの面積」＜＜「総面積」であれば、優れた防湿性を達成することができる。例示的な値として、ｔ_ｐ：ｒ_ｈの比は１００：１以上であってもよく、「総面積」：「ピンホールの面積」の比は１０，０００：１以上であってもよい。

更に、図２Ｂ及び図３に示すように、空隙４３４の内側に吸湿層９１２を配置することができる。或いは又は更に、吸湿層９１２を空隙９０１の内側に配置することができる。吸湿層９１２は、保護層９１０より吸湿力が高くてもよい。吸湿層を、例えば乾燥剤から作製することができる。乾燥剤は、例えば、シリカゲル、硫酸カルシウム、塩化カルシウム、モンモリナイト粘土、モレキュラーシーブ（分子篩）、ゼオライト、アルミナ、臭化カルシウム、塩化リチウム、アルカリ土類酸化物、炭酸カリウム、硫酸銅、塩化亜鉛又は臭化亜鉛であってもよい。吸湿層９１２を形成するために、乾燥剤を接着剤などの他の材料と混合することができ、例えば吸湿材はＳＴＡＹＤＲＹ（商標）ＨｉＣａｐ２０００であってもよい。或いは、紙、プラスチック（例えば、ナイロン６、ナイロン６６又は酢酸セルロース）、有機材料（例えば、澱粉又はＫａｐｔｏｎ（商標）ポリイミドなどのポリイミド）などの吸湿材、又は吸湿材の組み合わせ（例えば、ラミネート紙）などを、空隙１２２（図１参照）内に配置することができる。吸湿層もまた、紙、プラスチック（例えば、ナイロン６、ナイロン６６又は酢酸セルロース）、有機材料（例えば、澱粉又はポリイミド）、又は吸湿材の組み合わせ（例えば、ラミネート紙）などの、他の吸湿材料から作製することができる。吸湿層９１２は、アクチュエータ４０１の適切な機能を阻害しないように、厚さが１０μｍ未満、例えば２μｍ〜８μｍであってもよい。更に、吸湿層９１２は、表面積を大きくして総吸湿力を向上させるために、空隙４３４の長さ及び幅の大部分又は全体にわたることができる。吸湿層９１２を、インターポーザ１０５の底面に、例えば堆積させて、付けることができる。

いくつかの実施形態では、図２Ａ及び図４Ａ〜図５に示すように、ダイキャップ１０７及び内側ハウジング１１０を通る溝又は通路９２２を形成することにより、湿気を集積回路要素１０４及び／又はアクチュエータ４０１から除去することが可能になる。図４Ａに示すように、通路９２２は、集積回路要素１０４の上方の空隙９０１（これは、上述したように、空隙４３４に連結してもよい）から始まり、ダイキャップ１０７を通って上方に延在することができる。通路９２２を安定させるために、ダイキャップ１０７を液晶ポリマー（ＬＣＰ）などの強化プラスチック材料から作製してもよい。図４Ｂに示すように、通路９２２は、内側ハウジング１１０を通って延在してもよいし、内側ハウジング１１０の表面上に溝を形成してもよい。更に、図４Ｃに示すように、通路９２２はプリント回路基板１５５及びフレックス回路２１０（図２Ａ参照）を通って延在することができる。

実施態様によっては、通路９２２は、内側ハウジング１１０と外側ハウジング１４２（図１参照）との間の室又は空隙１２２で終端してもよい。空隙１２２は、乾燥剤などの吸湿材を含むことができる。乾燥剤は、例えば、シリカゲル、硫酸カルシウム、塩化カルシウム、モンモリナイト粘土、モレキュラーシーブ（分子篩）、ゼオライト、アルミナ、臭化カルシウム、塩化リチウム、アルカリ土類酸化物、炭酸カリウム、硫酸銅、塩化亜鉛又は臭化亜鉛であってもよい。吸湿材を形成するために、乾燥剤を接着剤などの他の材料と混合することができ、例えば吸湿材はＳＴＡＹＤＲＹ（商標）ＨｉＣａｐ２０００であってもよい。或いは、紙、プラスチック（例えば、ナイロン６、ナイロン６６又は酢酸セルロース）、有機材料（例えば、澱粉又はＫａｐｔｏｎ（商標）ポリイミドなどのポリイミド）などの吸湿材、又は吸湿材の組み合わせ（例えば、ラミネート紙）などを、空隙１２２内に配置することができる。図５に示すように、吸湿材９３３を、例えばフレックス回路２０１又はプリント回路基板１５５に取り付けることができる。他の実施形態では、通路９２２は、空隙１２２（図１参照）の穴などを通って大気に通じることができる。

実施態様によっては、通路９２２を、真空ポンプなどのポンプに接続することができ、そのポンプを、湿度センサ９４４などの湿度センサによって作動させることができる。湿度センサは、例えば、蒸気吸収による薄膜ポリマーの変化に基づいて湿度を検知するバルク抵抗タイプの湿度センサであってもよい。これにより、例えば空隙９０１及び／又は空隙４３４内部の湿度が例えば８０％〜９０％を越えて上昇した場合、ポンプを作動させて、空隙９０１から湿気を除去することができる。この動作により、空隙９０１及び／又は空隙４３４内の湿度が水滴の凝結を生じる程度に達することを回避することができる。

流体液滴吐出中、吐出装置を通って循環している流体から生じる湿気は、圧電アクチュエータや集積回路要素内に侵入する可能性があり、それにより、電気的短絡のために流体吐出装置が故障する可能性がある。アクチュエータや集積回路要素の近くの空隙の内部に吸湿層を含めることにより、吸湿材、例えば乾燥剤が空気の最大１０００倍の湿気を吸収することができるため、空隙内の湿度を低下させることができる。

更に、内側ハウジングに、アクチュエータや集積回路要素を収容する空隙からハウジングを通る通路を備えることにより、アクチュエータや集積回路要素を包囲する空気量を（例えば、空隙９０１及び４３４から）１００倍まで増大させることができる。例えば、空気量を、７５倍、例えば０．０７３ｃｍ^３から５．５ｃｍ^３まで増大させることができる。空気量を増大させることにより、空気が飽和するまでに要する時間を長くすることができ、それにより、アクチュエータや集積回路要素内の電気部品に悪影響を及ぼす湿気の程度を低下させることができる。乾燥剤などの吸湿材を通路の端部の室に更に追加することにより、湿気を電気部品から更に遠ざけて排出することができる。湿気を回避するこうしたステップにより、流体吐出装置の寿命を延ばすことができる。

保護層の実施態様を、乾燥剤を含む上述した他の防湿実施態様と組み合わせることができる。

明細書及び特許請求の範囲を通じて「前」、「後」、「上部」、「底部」、「上方」、「下方」といった用語は、構成要素の相対的な位置又は向きを示すために用いられる。こうした用語の使用は、吐出装置の重力に対する特定の向きを示唆するものではない。

特定の実施形態について説明した。他の実施形態は以下の特許請求の範囲内にある。

Claims (4)

1. 流体流のための複数の流体通路及び前記複数の流体通路に流体連結された複数のノズルを有する基板と、
   前記基板の上部に配置され、圧電層と電極とトレースとを有し、前記複数の流体通路内の流体が前記複数のノズルから吐出されるようにする複数のアクチュエータと、
   前記複数のアクチュエータの前記トレースの上下及び互いに隣接する前記トレースの間にＳＵ−８により形成された内側保護層と、
   前記複数のアクチュエータの前記圧電層及び前記電極の上のみに前記ＳＵ−８よりも固有透湿度が低い材料により形成された外側保護層と、
   を備える流体吐出装置。
2. 前記外側保護層は前記内側保護層よりも湿気の拡散速度が低い、請求項１に記載の流体吐出装置。
3. 前記基板に固定され、前記基板に隣接する室を画成する、ハウジング構成部を更に備え、
   前記複数のアクチュエータは前記室内にあり、
   前記室内に吸湿層を更に備え、
   前記吸湿層は前記外側保護層及び前記内側保護層よりも吸湿力が高い、
   請求項１又は２に記載の流体吐出装置。
4. 複数の集積回路要素を更に備え、
   前記複数の集積回路要素は前記室内にある、
   請求項３に記載の流体吐出装置。

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