(57)【要約】【課題】製造プロセスを増加することなくノズル基材と撥液膜との密着性を向上することができない。【解決手段】ノズル板３は、ステンレス材３３１からなるノズル基材３１の滴吐出側表面に撥液膜３２を成膜して形成し、ノズル基材３１であるステンレス材３３１は、撥液膜３２を成膜する表面３３１ａ側に、クロム濃度（Ｃｒ／Ｆｅ）がステンレス材自体（母材）のクロム濃度（Ｃｒ／Ｆｅ）よりも高い表層領域３３１Ａを有し、表層領域３３１ＡのＦｅに対するＣｒの割合（Ｃｒ／Ｆｅ）が０．８以上である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出するノズル孔が形成されたノズル基材の少なくとも滴吐出面側表面に、撥液膜が形成されたノズル板であって、
前記ノズル基材は、ステンレス材からなり、
前記ステンレス材は、前記撥液膜が形成される表面側にクロムの濃度が前記ステンレス材自体のクロムの濃度よりも高い表層領域を有し、
前記表層領域のＦｅに対するＣｒの割合（Ｃｒ／Ｆｅ）が０．８以上である
ことを特徴とするノズル板。
【請求項２】
前記撥液膜の材料が、ポリイミド、ポリアミドイミド、フッ素含有ポリイミド、ＰＴＦＥ、パールフオロポリオキセタン、変形パーフルオロポリオキセタン、又は、これらの混合物であることを特徴とする請求項１に記載のノズル板。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のノズル板を製造する製造方法であって、
前記ノズル基材の表面を研磨剤によって研磨し、前記研磨剤のエッチング作用で前記ステンレス材の表層領域のＦｅを除去し、Ｃｒと酸素Ｏを結合する
ことを特徴とするノズル板の製造方法。
【請求項４】
前記研磨剤の水素イオン濃度（ｐＨ）が、４≧ｐＨ≧２、であることを特徴とする請求項４に記載のノズルプレート製造方法。
【請求項５】
前記撥液膜を、スピンコート法、ディッピング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、スパッタリング法、イオンプレーティング法のいずれかにより形成することを特徴とする請求項４又は５に記載のノズル板の製造方法。
【請求項６】
請求項１又は２に記載のノズル板を備えていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項７】
請求項６に記載の液体吐出ヘッドを備えていることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はノズル板、ノズル板の製造方法、液体吐出ヘッド及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、これらの複合機等の画像形成装置として、例えば液滴を吐出する液体吐出ヘッド（液滴吐出ヘッド）からなる記録ヘッドを用いた液体吐出記録方式の画像形成装置としてインクジェット記録装置などが知られている。
【０００３】
液体吐出ヘッドにおいては、ノズルから液滴を吐出するために、ノズルの形状及び精度が滴体積や滴速度など滴吐出特性に大きな影響を与える。また、ノズルとなるノズル孔が形成されるノズル形成部材であるノズル基材の表面特性が、滴吐出特性に大きな影響を与えることも知られている。例えば、ノズル基材表面のノズル孔周辺部に液体（インク）が付着すると、滴吐出方向が曲げられ、あるいは、滴の大きさにバラツキが生じ、あるいは滴吐出速度が不安定になるなどの不都合が生じる。
【０００４】
そこで、ノズル板の滴吐出側表面に撥液膜（撥インク膜）を形成することにより、ノズルの滴吐出側表面の均一性を高めることで滴吐出特性の安定化を図っている。
【０００５】
この場合、ノズル板の滴吐出面は維持回復動作におけるワイピング動作で払拭されるため、撥水膜がワイピングによってノズル基材から剥がれ難くする（耐ワイピング性を有する）必要がある。 
【０００６】
そこで、従来のノズル板として、例えば、ノズル基材と撥液膜との密着性を高めるために、ノズル基材の表面にＳｉＯ２膜を形成し、ＳｉＯ２膜の表面にフッ素系撥液膜を形成したもの（特許文献１）、ノズル基材の表面にクロム層、ＳｉＯ２層、シロキサン含有ポリイミド層を順次形成し、シロキサン含有ポリイミド層の表面にフッ素系撥液膜を形成したもの（特許文献２）などが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３４１０７０号公報
【特許文献２】特開平０７−２５０１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１，２に開示されているように、ノズル基材の表面に撥液膜の密着性を向上させる膜（層）を形成しただけでは、撥液膜が剥がれ易くなり、また製造プロセスが増加して製造コストが高くなるという課題がある。
【０００９】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、製造プロセスを増加することなく、ノズル基材と撥液膜との密着性を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明に係るノズル板は、
液滴を吐出するノズル孔が形成されたノズル基材の少なくとも滴吐出面側表面に、撥液膜が形成されたノズル板であって、
前記ノズル基材は、ステンレス材からなり、
前記ステンレス材は、前記撥液膜が形成される表面側にクロムの濃度が前記ステンレス材自体のクロムの濃度よりも高い表層領域を有し、
前記表層領域のＦｅに対するＣｒの割合（Ｃｒ／Ｆｅ）が０．８以上である
構成とした。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、製造プロセスを増加することなく、ノズル基材と撥液膜との密着性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るノズル板の断面説明図である。
【図２】同ノズル板のノズル基材の模式的説明図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るノズル板の製造方法の説明に供する断面説明図である。
【図４】同じく研磨加工の説明に供する説明図である。
【図５】同実施形態に係る製造方法で製造したノズル板のＸＰＳによる組成分析の説明に供する説明図である。
【図６】同分析結果の説明に供する説明図である。
【図７】比較例１のノズル板のＸＰＳによる組成分析の分析結果の説明に供する説明図である。
【図８】同実施形態におけるステンレス材の表層領域におけるＣｒ濃度の高濃度化の説明に供する模式的説明図である。
【図９】同実施形態における研磨工程における研磨剤の水素イオン濃度（ｐＨ）とステンレス材の表層領域におけるクロム濃度（Ｃｒ／Ｆｅ）との関係の一例を示す説明図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るノズル板の断面説明図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係るノズル板の製造方法の説明に供する断面説明図である。
【図１２】本発明の第３実施形態に係るノズル板の断面説明図である。
【図１３】本発明の第３実施形態に係るノズル板の製造方法の説明に供する断面説明図である。
【図１４】本発明の第４実施形態に係るノズル板の断面説明図である。
【図１５】本発明の第４実施形態に係るノズル板の製造方法の説明に供する断面説明図である。
【図１６】本発明に係る液体吐出ヘッドの一例のノズル配列方向と直交する方向（液室長手方向）の断面説明図である。
【図１７】同じくノズル配列方向（液室短手方向）の断面説明図である。
【図１８】本発明に係る画像形成装置の一例の機構部の側面説明図である。
【図１９】同機構部の要部平面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。本発明の第１実施形態に係るノズル板について図１及び図２を参照して説明する。図１は同ノズル板の断面説明図、図２は同ノズル板のノズル基材の模式的説明図である。
【００１４】
このノズル板３は、ステンレス材３３１からなるノズル基材３１の滴吐出側表面に撥液膜３２を直接成膜して形成している。
【００１５】
ここで、ノズル基材３１であるステンレス材３３１は、図２に模式的に示すように、撥液膜３２を成膜する表面３３１ａ側に、クロム濃度（Ｃｒ／Ｆｅ）がステンレス材自体（母材）のクロム濃度（Ｃｒ／Ｆｅ）よりも高い表層領域３３１Ａを有している。
【００１６】
つまり、撥液膜３２を成膜する表面３３１ａを含む表層領域３３１ＡのＣｒ濃度は、母材領域３３１ＢのＣｒ濃度よりも、濃度を高くしている。ここでは、具体的には、ステンレス母材領域３３１ＢのＣｒ濃度（Ｃｒ／Ｆｅ）は約０．２４であるのに対し、表層領域３３１ＡのＣｒ濃度（Ｃｒ／Ｆｅ）を約１.２としている。
【００１７】
このように、撥液膜３２を成膜するノズル基材３１としてのステンレス材３３１の表層領域３３１ＡのＣｒ濃度が高いので、酸化しやすいＣｒがより多くの酸素Ｏと結びついた状態となる。撥液膜３２を成膜するときに、撥液膜３２に含まれる主たる構成元素である炭素が、表層領域３３１ＡのＣｒと、表層領域３３１Ａの酸素Ｏを媒介として化学的に結合し、撥液膜３２とノズル基材３１との強固な密着性が得られる。
【００１８】
これにより、ノズル板３のワイピング耐性が向上する。
【００１９】
このように、ノズル基材となるステンレス材は、撥液膜が形成される表面側にクロムの濃度がステンレス材自体のクロムの濃度よりも高い表層領域を有し、表層領域のＦｅに対するＣｒの割合（Ｃｒ／Ｆｅ）が０．８以上である構成とすることで、後述する製造プロセスを採用することができて、製造プロセスを増加することなく、ノズル基材と撥液膜との密着性が向上する。
【００２０】
次に、本発明の第１実施形態に係るノズル板の製造方法について図３及び図４を参照して説明する。図３は同製造方法の説明に供する断面説明図、図４は同じく研磨加工の説明に供する説明図である。
【００２１】
図３（ａ）に示すように、ノズル基材となるステンレス材３３１を準備する。ここでは、ステンレス材３３１として、圧延機を用いて材料を厚み０．０５ｍｍの薄板状に延ばして形成したステンレスＳＵＳ３１６Ｌを使用した。
【００２２】
そして、図３（ｂ）に示すように、ステンレス材３３１にプレス加工によって所定の箇所にノズル４の半抜き形状を形成する。ここでは、先端径φ２２μｍの円柱形状のポンチを用いてプレス加工を行った。
【００２３】
その後、図３（ｃ）に示すように、平面研磨機を用いてステンレス材３３１の撥水膜を成膜する表面３３１ａを研磨加工して、ステンレス材３３１にノズル４を形成する。
【００２４】
ここで、研磨工程では、図４に示すように、平均粒径１μmのアルミナ（酸化アルミニウム）粒子、硝酸を含む研磨剤４０１をステンレス材３３１の表面３３１ａに適量滴下するとともに、発泡ポリウレタンからなる円板状の研磨パッド（ＭＨ−Ｃ１４Ｂ：日本ニッタ・ハース製）を表面３３１ａに当てて接触させ、研磨パッド４０２を回転させつつ揺れ動かし、更にステンレス材３３１も回転させて、平坦化研磨を実施した。
【００２５】
研磨工程後においては、粗さ曲線の最大断面高さ（ＪＩＳ Ｂ０６０１ ２００１）でＲｔ＝０．１μｍ程度であった。研磨剤４０１に含まれる粒子としては、アルミナ（酸化アルミニウム）粒子以外にも、ＳｉＯ２粒子を使用することもできる。
【００２６】
この研磨工程を実施することにより、ステンレス材３３１の表層領域３３１Ａに含まれるＦｅが研磨材４０１によるエッチング作用により除去され、図３（ｃ）に示すように、ステンレス材３３１の母材領域３３１Ｂのクロム濃度よりもクロム濃度が高い表層領域３３１Ａが形成される。
【００２７】
その後、図３（ｄ）に示すように、ステンレス材３３１の表面３３１ａに撥液膜３２を成膜した。
【００２８】
ここでは、ステンレス材３３１の表面３３１ａにポリアミド酸の溶液を塗布し、乾燥後に熱処理でポリイミド化させることにより、ポリイミドからなる撥液膜３２を成膜した。
【００２９】
撥液膜３２としては、例えば、ポリイミド以外には、ポリアミドイミド、フッ素含有ポリイミド、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、パールフオロポリオキセタン、変形パーフルオロポリオキセタン、又は、これらの混合物などの撥液性材料で形成することもできる。
【００３０】
また、撥液膜３２の形成は、スピンコート法、ディッピング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法（化学的蒸着法）、ＰＶＤ法（物理的蒸着法）、スパッタリング法、イオンプレーティング法などの方法によることもできる。
【００３１】
次に、本実施形態の製造方法で製造したノズル板（これを「実施例１のノズル板」という。）のステンレス材の表層領域３３１ＡにおけるＣｒ濃度の高濃度化について説明する。
【００３２】
まず、Ｘ線光電子分光装置（ＸＰＳ Ｋ−Ａｌｐｈａ (Ｔｈｅｒｍｏ  ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＣ)）を用いて、上述したノズル板の組成分析を行った。
【００３３】
ＸＰＳは、図５（ａ）ないし（ｃ）に示すように、試料表面をＡｒ（アルゴン）イオンのエッチングにより掘り進めながら、随時、試料面に存在する元素を検出して、深さ方向の元素の組成を把握する分析手法である。ここでは、ノズル板３の撥液膜３２であるポリイミド層からノズル基材３１であるステンレスＳＵＳ３１６Ｌ側へ向かって掘り進めて分析を行った。
【００３４】
この分析結果を図６に示している。図６において、横軸は、エッチング時間（掘り進み時間）であり、エッチングで試料表面に加えるエネルギーは一定であるので、このエッチング時間は試料表面からの深さと見ることもできる。縦軸は、エッチング時間（深さ）ごとの構成元素の割合（原子％）である。
【００３５】
ここで、ポリイミドの構成元素中、最も組成比の高い炭素を検出すれば、高感度にポリイミドとステンレスＳＵＳ３１６Ｌの界面を把握することができる。したがって、ここでは、エッング時間が約６０（ｍｉｎ）の場所が、ポリイミド（撥液膜３２）とステンレスＳＵＳ３１６Ｌ（ノズル基材３１）の界面と考えることができる。
【００３６】
そうすると、この図６の分析結果から、ステンレスＳＵＳ３１６Ｌ（ノズル基材３１）のポリイミド（撥液膜３２）との界面近傍におけるクロムと酸素の量が、界面より深い位置（ステンレス母材）のクロムと酸素の量よりも著しく大きくなっていることが分かる。
【００３７】
一方、比較のために、ノズル基材としてステンレスＳＵＳ３１６Ｌを使用し、エッチング液に塩化第二鉄を使用して、エッチングによりノズル孔を加工し、ポリイミドの撥液膜を成膜したノズル板（これを「比較例１のノズル板」という。）を製作し、上述と同様にＸＰＳによる組成分析を行った。つまり、この比較例１では本発明の第１実施形態に係るノズル板の製造方法と異なり、図４に示す研磨工程を実施していない。
【００３８】
この分析結果を図７に示している。この図７より、比較例１のノズル板では、ポリイミド（撥液膜）とステンレスＳＵＳ３１６Ｌ（ノズル基材）の界面近傍では、クロムと酸素の量が、上記本実施形態のノズル板と比較して明らかに少ないことが分かる。
【００３９】
同様に、ノズル基材としてステンレスＳＵＳ３１６Ｌを使用し、エッチング液に塩化第二鉄を使用して、エッチングによりノズル孔を加工し、更にスパッタリング法によってステンレスＳＵＳ３１６の表面にクロム薄膜を成膜した後、クロム薄膜の表面にポリイミドの撥液膜を成膜したノズル板（これを「比較例２のノズル板」という。）を製作し、上述と同様にＸＰＳによる組成分析を行った。つまり、この比較例２においても、本発明の第１実施形態に係るノズル板の製造方法と異なり、図４に示す研磨工程を実施していない。
【００４０】
この分析結果の図示は省略するが、この比較例２のノズル板では、ポリイミドとクロム薄膜の界面近傍では酸素の量が非常に少ないことが確認された。
【００４１】
以上のことから、本実施形態による製造方法を実施し、図８（ａ）に示すノズル基材３１となるステンレス材３３１に対して上記の研磨工程を行うことにより、図８（ｂ）に示すように、ステンレス材３３１の表層領域３３１Ａに含まれるＦｅが研磨材４０１によるエッチング作用により除去され、クロム濃度（Ｃｒ／Ｆｅ）が高くなり、Ｃｒは酸素と結び付きやすいため、ステンレス材３０１の表面にクロムリッチな膜が形成されると考えられる。
【００４２】
そして、本実施形態による製造方法を実施することで、製造プロセスを増加することなく、ノズル基材と撥液膜との密着性が向上することができる。
【００４３】
次に、実施例１のノズル板、上記比較例１、２のノズル板を備える液体吐出ヘッドを作製して画像形成装置に搭載し、その性能を評価した。
【００４４】
この結果、実施例１のノズル板においては、長期間に使用しても、撥液膜３２の剥離による液滴の吐出方向の曲がりや、滴飛翔速度が不安定になる等の不具合が生じることはなく、優れた印字品質を維持することができた。また、１５０００回のワイピング試験を行った後においても、接触角の劣化がないことが確認された。
【００４５】
これに対し、比較例１のノズル板では、５０００回のワイピング試験後において接触角の劣化が生じることが確認された。また、比較例２の比較例１のノズル板では、５０００回のワイピング試験後において接触角の劣化が生じることが確認された。
【００４６】
この結果から、実施例１のノズル板においては、ポリイミドとステンレスＳＵＳ３１６Ｌの界面近傍におけるクロムと酸素の量が、ノズル基材と撥液膜の密着力の向上に大きく寄与しており、表層領域に含まれるクロムと、撥液膜に含まれる主構成元素である炭素が、表層領域に含まれる酸素を媒介として化学的に結合しているために密着力が比較例１、２に対して向上したものと考えられる。
【００４７】
次に、研磨工程における研磨剤の水素イオン濃度（ｐＨ）とステンレス材の表層領域におけるクロム濃度（Ｃｒ／Ｆｅ）との関係について図９を参照して説明する。図９は同関係の一例を示す説明図である。
【００４８】
この図９より、研磨剤の水素イオン濃度（ｐＨ）が小さい（酸性が強い）ほど、クロム濃度が高くなることが分かる。
【００４９】
ここで、一般的に、ステンレスの表層には、ステンレス材料中に含まれるクロムと空気中の酸素とが結びついてつくる薄く緻密なクロムリッチなクロム酸化物からなる膜厚１〜４ｎｍ程度の不動体膜が形成されやすい。そして、通常の空気雰囲気中におけるクロム酸化物層表面の材料組成におけるクロム濃度（Ｃｒ／Ｆｅ）は０．４程度である。
【００５０】
これに対して、本実施形態では、硝酸を含む研磨剤を用いて平坦化研磨を実施している。この研磨工程を行うことで、研磨剤に含まれる硝酸の酸化作用により、ステンレス材３３１の表層には、空気雰囲気中よりも、クロム酸化物の生成が促進されているもの考えられる。この結果、上記研磨工程を実施することにより、クロム濃度（Ｃｒ／Ｆｅ）は、Ｃｒ／Ｆｅ≧０．６（原子％）となる。
【００５１】
そして、クロム濃度（Ｃｒ／Ｆｅ）がＣｒ／Ｆｅ≧０．６（原子％）となっているノズル板の性能評価を行ったところ、Ｃｒ／Ｆｅが大きくなるほど、ノズル基材と撥液膜の密着性が向上し、ワイピング試験の結果（耐ワイピング性）も向上することが判明した。
【００５２】
そうすると、研磨剤の水素イオン濃度（ｐＨ）を小さく（酸性を強く）して、Ｃｒ／Ｆｅを大きくすると、ノズル基材と撥液膜の密着性が向上してワイピング性能が向上することが分かる。
【００５３】
しかしながら、研磨剤の酸性を強くすると，ノズル基材が溶かされて所要の寸法精度が得られなくなり、クロムも溶かされるため，逆にノズル基材の表層領域のクロム濃度が低下するおそれがある。また、研磨剤の酸性を強くすると、研磨剤の酸化作用によって研磨機自体がサビの発生などで劣化しやすくなり、耐久性に問題が生じる。さらに、水素イオン濃度（ｐＨ）が小さい（酸性が強い）研磨剤は取り扱い難いという問題も生じる。
【００５４】
そうすると、ノズル基材であるステンレス材の表層領域におけるクロム濃度（Ｃｒ／Ｆｅ）は、Ｃｒ／Ｆｅ≧０．８とすることが好ましく、特に、１．２≧Ｃｒ／Ｆｅ≧０．８とすることで、ノズル基材と撥液膜の密着性の向上、寸法精度の確保を図りつつ、研磨機の劣化や研磨剤の取り扱い性の低下を防止することができる。
【００５５】
そして、上述した特に好ましい範囲である、１．２≧Ｃｒ／Ｆｅ≧０．８のクロム濃度とするには、図９から、研磨剤の水素イオン濃度（ｐＨ）を４≧ｐＨ≧２とすることが好ましいことが分かる。
【００５６】
次に、本発明の第２実施形態に係るノズル板について図１０を参照して説明する。図１０は同製造方法の説明に供する断面説明図である。
【００５７】
本実施形態では、ノズル基材３１の表面（ステンレス材３３１の表層領域３３１Ａの表面）を粗面化している。
【００５８】
これにより、アンカー効果によって、ノズル基材３１と撥液膜３２との密着性が更に向上し、耐ワイピング性能が大幅に向上する。
【００５９】
次に、本発明の第２実施形態に係るノズル板の製造方法について図１１を参照して説明する。図１０は同ノズル板の断面説明図である。
【００６０】
図１１（ａ）に示すように、ノズル基材となるステンレス材３３１を準備する。ここでは、ステンレス材３３１として、圧延機を用いて材料を厚み０．０５ｍｍの薄板状に延ばして形成したステンレスＳＵＳ３１６Ｌを使用した。
【００６１】
そして、図１１（ｂ）に示すように、ステンレス材３３１にプレス加工によって所定の箇所にノズル４の半抜き形状を形成する。ここでは、先端径φ２２μｍの円柱形状のポンチを用いてプレス加工を行った。
【００６２】
その後、図１１（ｃ）に示すように、平面研磨機を用いてステンレス材３３１の撥水膜を成膜する表面３３１ａを研磨加工して、ステンレス材３３１にノズル４を形成する。
【００６３】
ここで、研磨工程では、平均粒径５μmのアルミナ（酸化アルミニウム）粒子、硝酸を含む研磨剤をステンレス材３３１の表面３３１ａに適量滴下するとともに、発泡ポリウレタンからなる円板状の研磨パッド（ＭＨ−Ｃ１４Ｂ：日本ニッタ・ハース製）を表面３３１ａに当てて接触させ、研磨パッドを回転させつつ揺れ動かし、更にステンレス材３３１も回転させて、平坦化研磨を実施した。
【００６４】
研磨工程後においては、粗さ曲線の最大断面高さ（ＪＩＳ Ｂ０６０１ ２００１）でＲｔ＝０．３μｍ程度であった。本実施形態では、前記第１実施形態に係る研磨工程よりも表面粗さが大きくなる研磨剤を使用している。研磨剤に含まれる粒子としては、アルミナ（酸化アルミニウム）粒子以外にも、ＳｉＯ２粒子を使用することもできる。
【００６５】
この研磨工程を実施することにより、図１１（ｃ）に示すように、ステンレス材３３１の母材領域３３１Ｂのクロム濃度よりもクロム濃度が高い表層領域３３１Ａが形成される。
【００６６】
その後、図１１（ｄ）に示すように、ステンレス材３３１の表面３３１ａに撥液膜３２を成膜した。
【００６７】
ここでは、ステンレス材３３１の表面３３１ａにポリアミド酸の溶液を塗布し、乾燥後に熱処理でイミド化させることにより、ポリイミドからなる撥液膜３２を成膜した。
【００６８】
本実施形態に係る製造方法で製造したノズル板（実施例２のノズル板）を備える液体吐出ヘッドを作製して画像形成装置に搭載し、その性能を評価した。その結果、長期間に使用しても、撥液膜３２の剥離による液滴の吐出方向の曲がりや、滴飛翔速度が不安定になる等の不具合が生じることはなく、優れた印字品質を維持することができた。また、１８０００回のワイピング試験を行った後においても、接触角の劣化がないことが確認された。
【００６９】
このように、本実施形態に係るノズル板では、撥液膜３２を成膜するノズル基材３１としてのステンレス材３３１の表層領域３３１ＡのＣｒ濃度が高いので、撥液膜３２を成膜するときに、撥液膜３２に含まれる主たる構成元素である炭素が、表層領域３３１ＡのＣｒと、表層領域３３１ＡのＯを媒介として化学的に結合していることに加え、表層領域３３１Ａの表面状態を制御して意図的に表面粗さを大きくしてアンカー効果を与えることによって、アンカー効果によって、ノズル基材３１と撥液膜３２との密着性が更に向上し、耐ワイピング性能が大幅に向上する。
【００７０】
次に、本発明の第３実施形態に係るノズル板について図１２を参照して説明する。図１２は同ノズル板の断面説明図である。
【００７１】
本実施形態では、ノズル基材３１の表面（ステンレス材３３１の表層領域３３１Ａの表面）を活性化した状態で撥液膜３２を形成している。
【００７２】
これにより、ノズル基材３１と撥液膜３２との密着性が更に向上し、耐ワイピング性能が大幅に向上する。
【００７３】
次に、本発明の第３実施形態に係るノズル板の製造方法について図１３を参照して説明する。図１３は同製造方法の説明に供する断面説明図である。
【００７４】
図１３（ａ）に示すように、ノズル基材となるステンレス材３３１を準備する。ここでは、ステンレス材３３１として、圧延機を用いて材料を厚み０．０５ｍｍの薄板状に延ばして形成したステンレスＳＵＳ３１６Ｌを使用した。
【００７５】
そして、図１３（ｂ）に示すように、ステンレス材３３１にプレス加工によって所定の箇所にノズル４の半抜き形状を形成する。ここでは、先端径φ２２μｍの円柱形状のポンチを用いてプレス加工を行った。
【００７６】
その後、図１３（ｃ）に示すように、平面研磨機を用いてステンレス材３３１の撥水膜を成膜する表面３３１ａを研磨加工して、ステンレス材３３１にノズル４を形成する。
【００７７】
ここで、研磨工程では、平均粒径１μmのアルミナ（酸化アルミニウム）粒子、硝酸を含む研磨剤をステンレス材３３１の表面３３１ａに適量滴下するとともに、発泡ポリウレタンからなる円板状の研磨パッド（ＭＨ−Ｃ１４Ｂ：日本ニッタ・ハース製）を表面３３１ａに当てて接触させ、研磨パッドを回転させつつ揺れ動かし、更にステンレス材３３１も回転させて、平坦化研磨を実施した。
【００７８】
研磨工程後においては、粗さ曲線の最大断面高さ（ＪＩＳ Ｂ０６０１ ２００１）でＲｔ＝０．１μｍ程度であった。研磨剤に含まれる粒子としては、アルミナ（酸化アルミニウム）粒子以外にも、ＳｉＯ２粒子を使用することもできる。
【００７９】
この研磨工程を実施することにより、図１３（ｃ）に示すように、ステンレス材３３１の母材領域３３１Ｂのクロム濃度よりもクロム濃度が高い表層領域３３１Ａが形成される。
【００８０】
その後、図１３（ｄ）に示すように、ステンレス材３３１の表層領域３３１Ａの表面３３１ａをプラズマ処理して、クロム、酸素が他の元素と反応しやすくなるように活性化状態にして、撥液膜３２を成膜した。
【００８１】
ここでは、活性化処理は、アルゴンを用いてプラズマ処理を実施した。
【００８２】
また、ステンレス材３３１の表面３３１ａに、ワニス状のポリアミドイミドをスピンコート法で所望の厚さまで伸ばし、オーブンで３０〜６０分間、１００〜１４０℃に加熱して溶媒飛ばした後、乾燥させて撥液膜３２を成膜した。
【００８３】
本実施形態に係る製造方法で製造したノズル板（実施例３のノズル板）を備える液体吐出ヘッドを作製して画像形成装置に搭載し、その性能を評価した。その結果、長期間に使用しても、撥液膜３２の剥離による液滴の吐出方向の曲がりや、滴飛翔速度が不安定になる等の不具合が生じることはなく、優れた印字品質を維持することができた。また、１８０００回のワイピング試験を行った後においても、接触角の劣化がないことが確認された。
【００８４】
このように、本実施形態に係るノズル板では、撥液膜３２を成膜するノズル基材３１としてのステンレス材３３１の表層領域３３１ＡのＣｒ濃度が高いので、撥液膜３２を成膜するときに、撥液膜３２に含まれる主たる構成元素である炭素が、表層領域３３１ＡのＣｒと、表層領域３３１ＡのＯを媒介として化学的に結合していることに加え、表層領域３３１Ａの表面を活性化した状態で撥液膜３２を成膜することで、ノズル基材３１と撥液膜３２との密着性が更に向上し、耐ワイピング性能が大幅に向上する。
【００８５】
次に、本発明の第４実施形態に係るノズル板について図１４を参照して説明する。図１４は同ノズル板の断面説明図である。
【００８６】
本実施形態では、ノズル基材３１の表面（ステンレス材３３１の表層領域３３１Ａの表面）に下地膜としてＳｉＯ２膜３３を成膜し、ＳｉＯ２膜３３上に撥液膜３２を形成している。
【００８７】
これにより、ノズル基材３１とＳｉＯ２膜３３の密着性が向上し、ＳｉＯ２膜３３と撥液膜３２との密着性は高いので、耐ワイピング性能が大幅に向上する。
【００８８】
次に、本発明の第４実施形態に係るノズル板の製造方法について図１５を参照して説明する。図１５は同製造方法の説明に供する断面説明図である。
【００８９】
図１５（ａ）に示すように、ノズル基材となるステンレス材３３１を準備する。ここでは、ステンレス材３３１として、圧延機を用いて材料を厚み０．０５ｍｍの薄板状に延ばして形成したステンレスＳＵＳ３１６Ｌを使用した。
【００９０】
そして、図１５（ｂ）に示すように、ステンレス材３３１にプレス加工によって所定の箇所にノズル４の半抜き形状を形成する。ここでは、先端径φ２２μｍの円柱形状のポンチを用いてプレス加工を行った。
【００９１】
その後、図１５（ｃ）に示すように、平面研磨機を用いてステンレス材３３１の撥水膜を成膜する表面３３１ａを研磨加工して、ステンレス材３３１にノズル４を形成する。
【００９２】
ここで、研磨工程では、平均粒径１μmのアルミナ（酸化アルミニウム）粒子、硝酸を含む研磨剤をステンレス材３３１の表面３３１ａに適量滴下するとともに、発泡ポリウレタンからなる円板状の研磨パッド（ＭＨ−Ｃ１４Ｂ：日本ニッタ・ハース製）を表面３３１ａに当てて接触させ、研磨パッドを回転させつつ揺れ動かし、更にステンレス材３３１も回転させて、平坦化研磨を実施した。
【００９３】
研磨工程後においては、粗さ曲線の最大断面高さ（ＪＩＳ Ｂ０６０１ ２００１）でＲｔ＝０．１μｍ程度であった。研磨剤に含まれる粒子としては、アルミナ（酸化アルミニウム）粒子以外にも、ＳｉＯ２粒子を使用することもできる。
【００９４】
この研磨工程を実施することにより、図１５（ｃ）に示すように、ステンレス材３３１の母材領域３３１Ｂのクロム濃度よりもクロム濃度が高い表層領域３３１Ａが形成される。
【００９５】
その後、図１５（ｄ）に示すように、ステンレス材３３１の表層領域３３１Ａの表面３３１ａにＳｉＯ２膜３３を成膜する。
【００９６】
ここでは、表層領域３３１Ａの表面３３１ａにＳｉ膜を形成した後、Ｓｉ膜の表面にＯ２イオンを当ててＳｉＯ２膜３３を形成した。ＳｉＯ２膜３３の膜厚は、数Å〜１０００Å程度が好ましく、本実施形態では、８０ｎｍ（８００Å）とした。
【００９７】
そして、図１５（ｅ）に示すように、
ステンレス材３３１の表層領域３３１ＡのＳｉＯ２膜３３上に撥液膜３２を成膜した。
【００９８】
ここでは、本実施形態では、「オプツールＤＳＸ」（ダイキン工業製：「アルコキシシラン末端変成パーフルオロポリエーテル」と称されることもある）を使用して、真空蒸着で撥液膜３２を形成した。
【００９９】
本実施形態に係る製造方法で製造したノズル板（実施例４のノズル板）を備える液体吐出ヘッドを作製して画像形成装置に搭載し、その性能を評価した。その結果、長期間に使用しても、撥液膜３２の剥離による液滴の吐出方向の曲がりや、滴飛翔速度が不安定になる等の不具合が生じることはなく、優れた印字品質を維持することができた。また、１８０００回のワイピング試験を行った後においても、接触角の劣化がないことが確認された。
【０１００】
このように、本実施形態に係るノズル板では、撥液膜３２を成膜するノズル基材３１としてのステンレス材３３１の表層領域３３１ＡのＣｒ濃度が高いので、ＳｉＯ２膜３３が、表層領域３３１ＡのＣｒと、表層領域３３１ＡのＯを媒介として化学的に結合していることから、表層領域３３１ＡとＳｉＯ２膜３３との密着性が向上し、耐ワイピング性能が大幅に向上する。
【０１０１】
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの一例について図１６及び図１７を参照して説明する。図１６は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向（液室長手方向）の断面説明図、図１７は同じくノズル配列方向（液室短手方向）の断面説明図である。
【０１０２】
この液体吐出ヘッドは、流路板（液室基板、流路部材）１と、この流路板１の下面に接合した振動板部材２と、流路板１の上面に接合したノズル部材である本発明に係るノズル板３とを有している。
【０１０３】
これらによって液滴（液体の滴）を吐出する複数のノズル４がそれぞれ通路５を介して通じる複数の液室（加圧液室、圧力室、加圧室、流路などとも称される。）６、液室６にインクを供給する供給路を兼ねた流体抵抗部７、この流体抵抗部７を介して液室６と連通する連通部８を形成し、連通部８に振動板部材２に形成した供給口９を介して後述するフレーム部材１７に形成した共通液室１０からインクを供給する。
【０１０４】
流路板１は、シリコン基板をエッチングして通路５、液室６、流体抵抗部７などの開口をそれぞれ形成している。なお、流路板１は、例えば、ＳＵＳ基板を、酸性エッチング液を用いてエッチング、あるいは打ち抜き（プレス）などの機械加工することで形成することもできる。
【０１０５】
振動板部材２は、各液室６に対応してその壁面を形成する各振動領域（ダイアフラム部）２ａを有し、振動領域２ａの面外側（液室６と反対面側）に島状凸部２ｂが設けられ、この島状凸部２ｂに振動領域２ａを変形させ、液滴を吐出させるエネルギーを発生する駆動素子（アクチュエータ手段、圧力発生手段）としての積層型圧電部材１２、１２の柱状の圧電素子（以下、「圧電柱」という。）１２Ａ、１２Ｂの上端面（接合面）を接合している。また、積層型圧電部材１２の下端面はベース部材１３に接合している。
【０１０６】
ここで、圧電部材１２は、ＰＺＴなどの圧電材料層２１と内部電極２２ａ、２２ｂとを交互に積層したものであり、内部電極２２ａ、２２ｂをそれぞれ端面に引き出して、この側面に形成された端面電極（外部電極）２３ａ、２３ｂに接続し、端面電極（外部電極）２３ａ、２３ｂに電圧を印加することで積層方向の変位を生じる。この圧電部材１２は、ハーフカットダイシングによる溝加工を施して１つの圧電部材に対して所要数の圧電柱１２Ａ、１２Ｂを形成したものである。
【０１０７】
なお、圧電部材１２の圧電柱１２Ａ、１２Ｂは、同じものであるが、駆動波形を与えて駆動させる圧電柱を圧電柱１２Ａ、駆動波形を与えないで単なる支柱として使用する圧電柱を圧電柱１２Ｂとして区別している。この場合、図２に示すように、駆動用圧電柱１２Ａと支柱用圧電柱１２Ｂとを交互に使用するバイピッチ構成でも、あるいは、すべての圧電柱を駆動用圧電柱１２Ａとして使用するノーマルピッチ構成のいずれでも採用できる。
【０１０８】
これにより、ベース部材１３上に駆動素子としての複数の駆動用圧電柱１２Ａが並べて配置された駆動素子列（駆動用圧電柱１２Ａの列）が２列設けられた構成としている。
【０１０９】
また、圧電部材１２の圧電方向としてｄ３３方向の変位を用いて液室６内インクを加圧する構成としているが、積層型圧電部材１２の圧電方向としてｄ３１方向の変位を用いて液室６内インクを加圧する構成とすることもできる。
【０１１０】
そして、圧電部材１２の各駆動用圧電柱１２Ａの外部電極２３ａには駆動信号を与えるために配線手段としてのＦＰＣ１５を直接接続し、このＦＰＣ１５には圧電部材１２の各駆動用圧電柱１２Ａに対して選択的に駆動波形を印加するための駆動回路（ドライバＩＣ）１６が実装されている。なお、すべての圧電柱１２Ａの外部電極２３ｂは電気的に共通に接続されてＦＰＣ１５の共通配線に同じく接続される。
【０１１１】
ノズル板３は、前述した各実施形態で説明したノズル板であり、各液室６に対応して直径１０〜３５μｍのノズル４を構成するノズル孔が形成されたノズル基材３１の液滴吐出側面（吐出方向の表面：吐出面、又は液室６側と反対の面、ノズル形成面）及びノズル４内壁面に撥液膜３２を形成して構成している。
【０１１２】
また、ＦＰＣ１５を実装した（接続した）圧電部材１２及びベース部材１３などで構成される圧電型アクチュエータユニットの外周側には、エポキシ系樹脂或いはポリフェニレンサルファイトで射出成形により形成したフレーム部材１７を接合している。そして、このフレーム部材１７には前述した共通液室１０を形成し、更に共通液室１０に外部からインクを供給するための供給口１９を形成し、この供給口１９は更に図示しないサブタンクやインクカートリッジなどのインク供給源に接続される。
【０１１３】
このように構成した液体吐出ヘッドにおいては、例えば駆動用圧電柱１２Ａに印加する電圧を基準電位から下げることによって圧電柱１２Ａが収縮し、振動板部材２の振動領域２ａが下降して液室６の容積が膨張することで、液室６内に液体が流入し、その後圧電柱１２Ａに印加する電圧を上げて圧電柱１２Ａを積層方向に伸長させ、振動板部材２をノズル４方向に変形させて液室６内の液体が加圧され、ノズル４から液滴が吐出（噴射）される。
【０１１４】
そして、圧電柱１２Ａに印加する電圧を基準電位に戻すことによって振動板部材２が初期位置に復元し、液室６が膨張して負圧が発生するので、このとき、共通液室１０から液室６内に液体が充填される。そこで、ノズル４のメニスカス面の振動が減衰して安定した後、次の液滴吐出のための動作に移行する。
【０１１５】
なお、このヘッドの駆動方法については上記の例（引き−押し打ち）に限るものではなく、駆動波形の与えた方によって引き打ちや押し打ちなどを行なうこともできる。
【０１１６】
なお、液体吐出ヘッドとして圧電型アクチュエータを使用する例で説明しているが、これに限るものではなく、電気熱変換素子を含むサーマル型アクチュエータを使用するもの、振動板と対向電極を含む静電型アクチュエータを使用するものなどにも同様に適用することができる。
【０１１７】
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを備える本発明に係る画像形成装置の一例について図１８及び図１９を参照して説明する。図１８は同装置の機構部の側面説明図、図１９は同機構部の要部平面説明図である。
【０１１８】
この画像形成装置はシリアル型画像形成装置であり、左右の側板２２１Ａ、２２１Ｂに横架したガイド部材である主従のガイドロッド２３１、２３２でキャリッジ２３３を主走査方向に摺動自在に保持し、図示しない主走査モータによってタイミングベルトを介して矢示方向（キャリッジ主走査方向）に移動走査する。
【０１１９】
このキャリッジ２３３には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色のインク滴を吐出するための本発明に係る液体吐出ヘッドと同ヘッドに供給するインクを収容するタンクを一体化した記録ヘッド２３４を複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。
【０１２０】
記録ヘッド２３４は、それぞれ２つのノズル列を有し、一方の記録ヘッド２３４ａの一方のノズル列はブラック（Ｋ）の液滴を、他方のノズル列はシアン（Ｃ）の液滴を、他方の記録ヘッド２３４ｂの一方のノズル列はマゼンタ（Ｍ）の液滴を、他方のノズル列はイエロー（Ｙ）の液滴を、それぞれ吐出する。なお、ここでは２ヘッド構成で４色の液滴を吐出する構成としているが、１ヘッド当たり４ノズル列配置とし、１個のヘッドで４色の各色を吐出させることもできる。
【０１２１】
また、記録ヘッド２３４のタンク２３５には各色の供給チューブ２３６を介して、供給ユニットによって各色のインクカートリッジ２１０から各色のインクが補充供給される。
【０１２２】
一方、給紙トレイ２０２の用紙積載部（圧板）２４１上に積載した用紙２４２を給紙するための給紙部として、用紙積載部２４１から用紙２４２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙コロ）２４３及び給紙コロ２４３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド２４４を備え、この分離パッド２４４は給紙コロ２４３側に付勢されている。
【０１２３】
そして、この給紙部から給紙された用紙２４２を記録ヘッド２３４の下方側に送り込むために、用紙２４２を案内するガイド２４５と、カウンタローラ２４６と、搬送ガイド部材２４７と、先端加圧コロ２４９を有する押さえ部材２４８とを備えるとともに、給送された用紙２４２を静電吸着して記録ヘッド２３４に対向する位置で搬送するための搬送手段である搬送ベルト２５１を備えている。
【０１２４】
この搬送ベルト２５１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ２５２とテンションローラ２５３との間に掛け渡されて、ベルト搬送方向（副走査方向）に周回するように構成している。また、この搬送ベルト２５１の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ２５６を備えている。この帯電ローラ２５６は、搬送ベルト２５１の表層に接触し、搬送ベルト２５１の回動に従動して回転するように配置されている。この搬送ベルト２５１は、図示しない副走査モータによってタイミングを介して搬送ローラ２５２が回転駆動されることによってベルト搬送方向に周回移動する。
【０１２５】
さらに、記録ヘッド２３４で記録された用紙２４２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト２５１から用紙２４２を分離するための分離爪２６１と、排紙ローラ２６２及び排紙コロ２６３とを備え、排紙ローラ２６２の下方に排紙トレイ２０３を備えている。
【０１２６】
また、装置本体の背面部には両面ユニット２７１が着脱自在に装着されている。この両面ユニット２７１は搬送ベルト２５１の逆方向回転で戻される用紙２４２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ２４６と搬送ベルト２５１との間に給紙する。また、この両面ユニット２７１の上面は手差しトレイ２７２としている。
【０１２７】
さらに、キャリッジ２３３の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド２３４のノズルの状態を維持し、回復するための回復手段を含む本発明に係るヘッドの維持回復装置である維持回復機構２８１を配置している。この維持回復機構２８１には、記録ヘッド２３４の各ノズル面をキャピングするための各キャップ部材（以下「キャップ」という。）２８２ａ、２８２ｂ（区別しないときは「キャップ２８２」という。）と、ノズル面をワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード２８３と、増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け２８４などを備えている。
【０１２８】
また、キャリッジ２３３の走査方向他方側の非印字領域には、記録中などに増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け２８８を配置し、この空吐出受け２８８には記録ヘッド２３４のノズル列方向に沿った開口部２８９などを備えている。
【０１２９】
このように構成したこの画像形成装置においては、給紙トレイ２０２から用紙２４２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙２４２はガイド２４５で案内され、搬送ベルト２５１とカウンタローラ２４６との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド２３７で案内されて先端加圧コロ２４９で搬送ベルト２５１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。
【０１３０】
このとき、帯電ローラ２５６に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加され、搬送ベルト２５１が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト２５１上に用紙２４２が給送されると、用紙２４２が搬送ベルト２５１に吸着され、搬送ベルト２５１の周回移動によって用紙２４２が副走査方向に搬送される。
【０１３１】
そこで、キャリッジ２３３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド２３４を駆動することにより、停止している用紙２４２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙２４２を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙２４２の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙２４２を排紙トレイ２０３に排紙する。
【０１３２】
このように、この画像形成装置では、本発明に係る液体吐出ヘッドを記録ヘッドとして備えるので、高画質画像を安定して形成することができる。
【０１３３】
なお、本願において、「用紙」とは材質を紙に限定するものではなく、ＯＨＰ、布、ガラス、基板などを含み、インク滴、その他の液体などが付着可能なものの意味であり、被記録媒体、記録媒体、記録紙、記録用紙などと称されるものを含む。また、画像形成、記録、印字、印写、印刷はいずれも同義語とする。
【０１３４】
また、「画像形成装置」は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体に液体を吐出して画像形成を行う装置を意味し、また、「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与すること（単に液滴を媒体に着弾させること）をも意味する。
【０１３５】
また、「インク」とは、特に限定しない限り、インクと称されるものに限らず、記録液、定着処理液、液体などと称されるものなど、画像形成を行うことができるすべての液体の総称として用い、例えば、ＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料、樹脂なども含まれる。
【０１３６】
また、「画像」とは平面的なものに限らず、立体的に形成されたものに付与された画像、また立体自体を三次元的に造形して形成された像も含まれる。
【０１３７】
また、画像形成装置には、シリアル型画像形成装置及びライン型画像形成装置のいずれも含まれる。
【符号の説明】
【０１３８】
１  流路板
２  振動板部材
３  ノズル板
４  ノズル
６  個別液室
１２  圧電部材
１７  フレーム部材
３１  ノズル基材
３２  撥液膜
３３１  ステンレス材
３３１Ａ  表層領域
３３１Ｂ  母材領域
４１１ｋ、４１１ｃ、４１１ｍ、４１１ｙ  記録ヘッド
【図１】
2014054815.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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