喷墨头及喷墨打印机的制作方法

本发明的实施方式涉及一种喷墨头及喷墨打印机。

背景技术：

近年，在喷墨头中，为了喷出导电性油墨等多种油墨，要求保护电极等不受油墨的侵害。

针对这种要求，以包覆电极的方式设置有具有绝缘性的被膜的喷墨头广为人知。

技术实现要素：

发明所要解决的课题

本发明所要解决的课题是提供绝缘耐久性优良的喷墨头及具备这种喷墨头的喷墨打印机。

用于解决课题的手段

根据实施方式，提供一种喷墨头，所述喷墨头具备：喷嘴板，设置有向记录介质喷出油墨的喷嘴；压电构件，其在与喷嘴连通的位置处形成压力室，并使压力室内的压力变化以使压力室内的油墨喷出；电极，其位于压电构件中与压力室邻接的部分，并向压电构件施加驱动脉冲；以及电极保护膜，包覆电极。该电极保护膜包括：绝缘层，包含具有聚对二甲苯骨架的化合物；以及基底层，由电阻率为1×10¹³ω·cm²以上的材料构成，所述基底层位于电极和绝缘层之间，且所述基底层的位于压电构件和压力室之间的部分的膜厚在1μm至10μm的范围内。

附图说明

图1是示出实施方式涉及的喷墨头的立体图。

图2是示出构成实施方式涉及的喷墨头的致动器基板、框架及喷嘴板的分解立体图。

图3是实施方式涉及的喷墨头的部分剖面俯视图。

图4是示出图3所示的喷墨头的一部分的、沿垂直于y轴的平面的剖视图。

图5是示出实施方式涉及的喷墨打印机的示意图。

图6是用于说明在实施方式涉及的喷墨头中施加于基底层、绝缘层的电压的电路图。

图7是示出电极保护膜的漏电流值的变化量与施加电压脉冲的次数的关系的图表。

附图标记说明

1：喷墨头；30：压电构件；301：第一压电体；302：第二压电体；32：压力室；33：电极；34：电极保护膜；341：基底层；342：绝缘层；50：喷嘴板；n：喷嘴；100：喷墨打印机；115bk：喷墨头；115c：喷墨头；115m：喷墨头；115y：喷墨头。

具体实施方式

以下参照附图对实施方式进行说明。

图1是示出实施方式涉及的、安装于喷墨打印机的头滑架来使用的按需型喷墨头1的立体图。在以下的说明中，使用由x轴、y轴、z轴构成的正交坐标系。方便起见，设图中箭头所指示的方向为正向。x轴方向与印刷宽度方向对应。y轴方向与输送记录介质的方向对应。z轴正向为与记录介质相对的方向。

参照图1简要来说，喷墨头1具备油墨集流管10、致动器基板20、框架40以及喷嘴板50。

致动器基板20呈以x轴方向为长边方向的矩形。作为致动器基板20的材料可以举出例如氧化铝(al2o3)、氮化硅(si3n4)、碳化硅(sic)、氮化铝(aln)以及锆钛酸铅(pzt：pb(zr，ti)o3)等。

致动器基板20以堵住油墨集流管10的开口端的方式重叠于油墨集流管10上。油墨集流管10借助油墨供给管11和油墨回流管12与油墨盒连接。

在致动器基板20上安装有框架40。在框架40上安装有喷嘴板50。在喷嘴板50以沿y轴形成两列的方式沿x轴方向隔开预定间隔设置有多个喷嘴n。

图2是构成实施方式涉及的喷墨头的致动器基板、框架及喷嘴板的分解立体图。图3是实施方式涉及的喷墨头的部分剖面俯视图。图4是示出图3所示的喷墨头的一部分的、沿垂直于y轴的平面的剖视图。

该喷墨头1是所谓的剪切模式共享壁式的侧射类型。

如图2和图3所示，在致动器基板20上，以在y轴方向的中央部形成列的方式沿x轴方向隔开间隔设置有多个油墨供给口21。此外，在致动器基板20上，以相对于油墨供给口21的列分别在y轴正方向和y轴负方向上形成列的方式沿x轴方向隔开间隔设置有多个油墨排出口22。

在中央的油墨供给口21的列和一侧的油墨排出口22的列之间设置有多个压电构件30。这些压电构件30形成沿x轴方向延伸的列。此外，在中央的油墨供给口21的列和另一侧的油墨排出口22的列之间也设置有多个压电构件30。这些压电构件30也形成沿x轴方向延伸的列。

如图4所示，由多个压电构件30构成的列中的每一个由层叠于致动器基板20上的第一压电体301和第二压电体302构成。作为第一压电体301和第二压电体302的材料可以列举出例如锆钛酸铅(pzt)、铌酸锂(linbo3)、钽酸锂(litao3)等。第一压电体301和第二压电体302沿厚度方向以彼此逆向的方式极化。

在由第一压电体301和第二压电体302构成的层叠体中设置有多个分别沿y轴方向延伸且沿x轴方向排列的多个槽。这些槽在第二压电体302侧开口，具有大于第二压电体302的厚度的深度。以下将由该层叠体中相邻的槽夹着的部分称为通道壁。这些通道壁中的每一个均沿y轴方向延伸，且沿x轴方向排列。

压电构件30在其与后述的喷嘴n连通的位置形成压力室32，并使压力室32内的压力变化以使压力室32内的油墨喷出。另外，供油墨流通的压力室32是位于相邻的两个通道壁之间的槽处的空间。压力室32的宽度、此处即压力室32的沿x轴方向的尺寸优选在20至100μm的范围内，更优选为在30至70μm的范围内。

在围绕压力室32的侧壁和底处形成有电极33。即，在压电构件30中与压力室32邻接的部分处形成有电极33。这些电极33与沿y轴方向延伸的布线图案31连接。电极33向压电构件30施加驱动脉冲。

除了与后述的柔性印刷基板之间的连接部以外，在包括电极33和布线图案31的致动器基板20的表面形成有电极保护膜34。关于电极保护膜34将在后面详细说明。

如图2和图3所示，框架40具有开口部。该开口部小于致动器基板20，且大于致动器基板20中设置有油墨供给口21、压电构件30、及油墨排出口22的区域。框架40例如由陶瓷构成。框架40例如通过粘结剂接合到致动器基板20。

喷嘴板50包括喷嘴板基板以及设置于其介质相对面(从喷嘴n喷出油墨的喷出面)的防油膜。喷嘴板基板例如由聚酰亚胺膜等树脂膜构成。另外，也可以省略防油墨。

喷嘴板50大于框架40的开口部。喷嘴板50例如通过粘结剂接合到框架40。

在喷嘴板50上设置有多个向记录介质喷出油墨的喷嘴n。这些喷嘴n对应压力室32形成两列。喷嘴n的直径随着从记录介质相对面向压力室32的方向前近而逐渐变大。喷嘴n的尺寸根据油墨的喷出量设定为预定的值。喷嘴n例如可以通过实施应用准分子激光的激光加工来形成。

致动器基板20、框架40以及喷嘴板50以图1所示方式一体化，并形成中空结构。由致动器基板20、框架40以及喷嘴板50包围的区域为油墨流通室。油墨以下述的方式循环：从油墨集流管10穿过油墨供给口21供给至油墨流通室，通过压力室32，剩余的油墨从油墨排出口22返回至油墨集流管10。油墨的一部分在流经压力室32期间从喷嘴n喷出以用于印刷。

在布线图案31中，在致动器基板20上且框架40的外侧的位置处连接有柔性印刷基板60。驱动压电构件30的驱动电路61安装于柔性印刷基板60。

电极保护膜34包括绝缘层342和基底层341。

电极保护膜34的厚度优选在1至10μm的范围内，更优选在2至5μm的范围内。在电极保护膜34的膜厚过大的情况下，存在压力室32的容积变得过小的风险，还存在妨碍压力室32进行扩大以及缩小这种变形的风险。若减小电极保护膜34的膜厚的话，则存在反复施加电压脉冲后的绝缘性不足，或初始绝缘性不足的风险。因此，采用上述的构成在不妨碍压电构件30的运作，获得长期具备优良绝缘耐久性的喷墨头上是有利的。

绝缘层342包含具有聚对二甲苯骨架的化合物。

优选，绝缘层342包含由以下通式(i)表示的的化合物作为具有聚对二甲苯骨架的化合物。

【化学式1】

在通式(i)中，r1至r8既可以是氢原子，也可以是卤原子。优选，r1至r4为氢原子或氟原子，r5至r8为氢原子或氯原子。

优选，绝缘层342包含在上述通式(i)中r1至r8全部都是氢原子的化合物作为具有聚对二甲苯骨架的化合物，或r1至r4是氢原子、r5至r8中的任意一个或多个原子是氯原子且r5至r8中的其他原子是氢原子的化合物作为具有聚对二甲苯骨架的化合物。即，优选，绝缘层342包含聚对二甲苯或聚一氯对二甲苯。更优选，绝缘层342包含聚一氯对二甲苯。

作为构成绝缘层342的化合物的一个例子可以举出dix(注册商标；kisco公司制造)。

绝缘层342可以采用现有众所周知的方法成膜。例如，绝缘层342可以通过气相沉积法成膜。

根据一例，绝缘层342的厚度在1μm至5μm的范围内。

基底层341位于电极33和绝缘层342之间。

基底层341由与绝缘层342的材料不同的材料构成。此外，基底层341由电阻率是1×10¹³ω·cm²以上的材料构成。优选，基底层341的材料的电阻率在1×10¹³ω·cm²至1×10¹⁷ω·cm²的范围内，更优选，在1×10¹⁵ω·cm²至1×10¹⁶ω·cm²的范围内。优选，基底层341的材料具有与绝缘层342的材料的电阻率相同或比其大的电阻率。

在基底层341的材料的电阻率过小的情况下，需要增大基底层341的膜厚。在这种情况下，由于电极保护膜34的膜厚变得过大，存在后述的压力室32的容积变得过小的风险，还存在妨碍压力室32进行扩大和缩小这种变形的风险。虽然电阻率的上限值无特别限制，但是，一般，能够在后述的膜厚的范围内形成基底层341的材料具有上述上限值以下的电阻率。

作为这种材料可以使用例如环氧类树脂。作为环氧类树脂可以使用例如用以下化学式(ii)表示的双酚a型环氧树脂。还可以使用硅润滑脂类树脂作为构成基底层341的材料。

【化学式2】

基底层341的位于压电构件30和压力室32之间的部分的膜厚在1μm至10μm的范围内。优选该膜厚在2μm至5μm的范围内。在基底层341的膜厚过大的情况下，存在后述的压力室32的容积变得过小的风险，还存在妨碍压力室32进行扩大和缩小这种变形的风险。在基底层341的膜厚过小的情况下，存在反复施加电压脉冲后的绝缘性不足，或初始的绝缘性不足的风险。

在位于压电构件30和压力室32之间的部分中，基底层341的膜厚与绝缘层342的膜厚的比值优选在1至3的范围内，更优选在1至2的范围内。如果减小该比值，则存在反复施加电压脉冲后的绝缘性不足的风险。此外，如果减小该比值，在例如基底层341的材料具有比绝缘层342的材料的电阻率小的电阻率的情况下，存在电极保护膜34的绝缘性不足的可能性。另外，如果增大该比值，则存在压力室32的容积变的过小的风险，存在妨碍压力室32进行扩大和缩小这种变形的风险。

基底层341例如可以通过以下方法成膜。即，可以举出例如高频溅射法和热蒸镀法等气相沉积法作为基底层341的成膜方法。另外，在这些方法中，为了使基底层341成膜于压电构件30的侧壁，优选将基底层的材料沿斜向沉积于之前提到的的侧壁。

通常，电极33的表面具有与压电构件30的表面的凹凸对应的凹凸。包覆电极33的基底层341的表面比电极33的表面光滑。因此，如果设置基底层341，则能够抑制在绝缘层342产生针孔。因此，该结构在获取发挥优良绝缘性的喷墨头上是有利的。

以下对压电构件30的动作进行说明。此处，以相邻的三个压力室32中的中央的压力室32为对象来说明动作。另外，设与相邻的三个压力室32对应的电极33为电极a、b、c，设与中央的压力室32对应的电极33为电极b。

当未在与通道壁正交的方向上施加电场时，通道壁为直立状态。

为了使油墨从喷嘴n喷出，首先例如对中央的电极b施加电位高于两边相邻的电极a和c的电位的电压脉冲，以在与通道壁正交的方向上产生电场。由此，以剪切模式驱动通道壁，使夹着中央的压力室32的一对通道壁以扩大中央的压力室32的体积的方式变形。

接下来，向两边相邻的电极a和c施加电位高于中央的电极b的电位的电压脉冲，以在与通道壁正交的方向上产生电场。由此，以剪切模式驱动通道壁，使夹着中央的压力室32的一对通道壁以缩小中央的压力室32的体积的方式变形。通过该动作，向中央的压力室32内的油墨施加压力，使油墨从与该压力室32对应的喷嘴n喷出以着落于记录介质。由此，在该喷墨头1中，将压电构件30作为致动器使用以使油墨从喷嘴n喷出。

在使用该喷墨头1的印刷工序中，例如将所有的喷嘴n分为三组，分时控制上面说明的驱动操作来做三个循环，并执行到记录介质的印刷。

图5中示出了喷墨打印机100的示意图。

实施方式涉及的喷墨打印机100具备喷墨头1以及以与喷墨头1相对的方式保持记录介质的介质保持机构110。

图5所示的喷墨打印机100包括设置有排纸托盘118的壳体。壳体内设置有盒101a及101b、进纸辊102及103、输送辊对104及105、对齐辊对106、输送带107、风扇119、负压腔111、输送辊对112、113及114、喷墨头115c、115m、115y及115bk、油墨盒116c、116m、116y及116bk以及管117c、117m、117y及117bk。

盒101a及101b收纳尺寸不同的记录介质p。进纸辊102或103从盒101a或101b中取出与选择的记录介质的尺寸对应的记录介质p，并向输送辊对104及105和对齐辊对106输送。

输送带107由驱动辊108和2个从动辊109施与张力。在输送带107的表面以预定间隔设置有孔。在输送带107的内侧设置有用于将记录介质p吸附于输送带107的、与风扇119连结的负压腔111。在输送带107的输送方向下游设置有输送辊对112、113及114。另外，可以在从输送带107到排纸托盘118的输送路径上设置加热形成在记录介质p上的印刷层的加热器。

介质保持机构110保持记录介质p、例如记录纸张与喷墨头1相对。介质保持机构110也具有作为移动记录介质的记录纸张移动机构的功能。介质保持机构110包括输送带107、驱动辊108、从动辊109、负压腔111以及风扇119。在印刷时，介质保持机构110使记录介质p在与喷墨头1相对的状态下向与记录介质p的印刷面平行的方向移动。在该期间，喷墨头1从喷嘴喷出油墨滴以在记录介质p上印刷。

在输送带107的上方配置有四个根据图像数据向记录介质p喷出油墨的喷墨头。具体而言，喷出青色(c)油墨的喷墨头115c、喷出品红色(m)油墨的喷墨头115m、喷出黄色(y)油墨的喷墨头115y以及喷出黑色(bk)油墨的喷墨头115bk从上游侧开始按照此顺序配置。喷墨头115c、115m、115y以及115bk中的每一个均是参照图1和图2说明的喷墨头1。

在喷墨头115c、115m、115y及115bk的上方设置有分别收纳与这些喷墨头对应的油墨的青色(c)墨盒116c、品红色(m)墨盒116m、黄色(y)墨盒116y以及黑色(bk)墨盒116bk。这些盒116c、116m、116y及116bk分别通过管117c、117m、117y及117bk与喷墨头115c、115m、115y及115bk连结。

接下来，对该喷墨打印机100的图像形成动作进行说明。

首先，图像处理单元(图中没有示出)开始用于记录的图像处理，生成与图像数据对应的图像信号，并生成控制各种辊、负压腔111等动作的控制信号。

进纸辊102或103在图像处理单元的控制下，从盒101a或101b一张一张地取出选择的尺寸的记录介质p，并向输送辊对104及105和对齐辊对106输送。对齐辊对106校正记录介质p的歪斜，在预定的定时输送记录介质p。

负压腔111通过输送带107的孔吸入空气。因此，记录介质p在吸附于输送带107的状态下伴随输送带107的移动被依次向喷墨头115c、115m、115y及115bk的下方的位置输送。

喷墨头115c、115m、115y及115bk在图像处理单元的控制下，与输送记录介质p的定时同步以喷出油墨。由此，在记录介质p的希望的位置上形成彩色图像。

然后，输送辊对112、113及114将形成有图像的记录介质p向排纸托盘118排出。在将加热器设置于从输送带107到排纸托盘118的输送路径的情况下，可以通过加热器加热形成在记录介质p上的印刷层。如果进行通过加热器实施的加热的话，尤其是在记录介质p是非渗透性的情况下，能够提高印刷层与记录介质p的紧贴性。

上述喷墨头1能够达到优良的绝缘耐久性。以下对该理由进行说明。

在将包含派瑞林c(注册商标)等化合物的被膜以单层包覆电极的情况下，喷墨头表现出优良的绝缘性。但是，在使用这种被膜的情况下，对于跨长时间的绝缘性的维持存在改善的余地。具体而言，如果对电压构件施加1×10¹¹次以上的电压脉冲的话，出现了被膜的针孔增大，且被膜无法维持绝缘性的情况。

上述喷墨头1对于电极保护膜34采用了基底层341和绝缘层342的两层结构。

图6是用于说明在实施方式涉及的喷墨头中对基底层和绝缘层施加的电压的电路图。如图6所示，对用上述电极保护膜34包覆电极33的喷墨头1施加电压v时的等效电路由串联连接的两个电阻元件构成。即，基底层341和绝缘层342在油墨i和电极33之间作为串联连接的电阻元件起作用。

基底层341的材料具有足够大的电阻率。例如，基底层341的材料具有与绝缘层342的电阻率相同的电阻率或比绝缘层342的电阻率大的电阻率。并且，基底层341足够厚。

例如，在基底层341的厚度方向上的电阻与绝缘层342的厚度方向上的电阻相同的情况下，根据分压原理，施加于绝缘层342的电压为施加于电极保护膜34的电压v的一半的大小。同样地，在基底层341的厚度方向上的电阻大于绝缘层342的厚度方向上的电阻的情况下，施加于绝缘层342的电压变更小。

因此，如果对电极保护膜34采用上述的构成的话，即使向电极保护膜34反复施加电压脉冲，也不易发生伴随大电流局部流动而产生的绝缘层342的损伤。因此，上述喷墨头1能够维持长时间的绝缘性。

此外，具备该喷墨头1的喷墨打印机100能够长时间喷出导电性油墨。

【实施例】

以下对实施例进行说明。

＜喷墨头的制造＞

(例1)

用以下方式制作图1至图4所示的喷墨头1。

首先，形成具备喷嘴板50、压电构件30以及电极33的结构体。

然后，在电极33上形成电极保护膜34。

具体而言，首先，使用气相沉积法成膜由双酚a型环氧树脂构成的基底层341。接下来，在基底层341上用气相沉积法成膜由聚一氯对二甲苯构成的绝缘层342。

其中，在位于压电构件30和压力室32之间的部分中，基底层341的膜厚是2μm，绝缘层342的膜厚是2μm。即，基底层341的膜厚与绝缘层342的膜厚的比值为1。此外，该基底层341的材料的电阻率是1×10¹⁵ω·cm²。

通过以上方法制造出了图1至图4所示的喷墨头1。以下将该喷墨头1标记为喷墨头n1。

(比较例1)

除以下内容以外，采用与例1相同的方式制造出了喷墨头1。

形成由上述绝缘层342的材料构成的单层的膜，将此作为电极保护膜。在位于压电构件30和压力室32之间的部分中，电极保护膜的膜厚是2μm。

以下将以此方式制作出的喷墨头1标记为喷墨头c1。

＜评价＞

对喷墨头n1及c1的电极33施加电压脉冲，并观测漏电流值。具体而言，首先，对喷墨头n1或c1的电极33施加1×10⁷次的振幅为60v的电压脉冲。然后，测量电极33和油墨之间的电流的泄漏。对施加了1×10⁷次、1×10⁸次、1×10⁹次、1×10¹⁰次、1×10¹¹次及1×10¹²次的电压脉冲的喷墨头也进行了同样的测量。结果由图7示出。图7是示出电极保护膜的漏电流值与施加电压脉冲的次数的关系的图表。

如图7所示，喷墨头c1由于1×10⁹次以上的电压脉冲的施加漏电流值大幅增大。另一方面，喷墨头n1即使反复施加1×10¹²次电压脉冲，漏电流值也未发生变化。即，能够实现优良的绝缘耐久性。

虽然说明了本发明的几个实施方式，但是这些实施方式仅是作为例子而提出的，并非旨在限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式实施，能够在不脱离发明的主旨的范围内进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形均包括在发明的范围、主旨内，且包括在与权利要求书记载的发明均等的范围内。