(57)【要約】【課題】接触角、密着性を維持しつつ、ワイピング時にワイピングブレードの進行方向の後面に回り込んだインクの移動し易さ、つまり転落特性（転落角）を向上させてインクをワイピングブレードの移動に追随させ、ワイピング性能の向上を図って長期間の吐出制度の維持を図る。【解決手段】吐出面から外部にインク液滴２５を吐出するためのノズル孔１２を有するノズルプレート基材１１Ａと、吐出面上にフッ素系シランカップリング剤で形成される撥液層１１Ｂであって、厚さのばらつきが５ｎｍ以下の撥液層１１Ｂとを備える。【選択図】図３
2007106024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出面から外部にインク液滴を吐出するための吐出孔を有するノズルプレート基材と、
前記吐出面上にフッ素系シランカップリング剤で形成される撥液層であって、厚さのばらつきが５ｎｍ以下の撥液層と、を備えたことを特徴とするノズルプレート。
【請求項２】
前記撥液層は、平均の厚さが１ｎｍ以上、４ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のノズルプレート。
【請求項３】
前記ノズルプレート基材は、前記吐出面と前記撥液層との間に密着層を有することを特徴とする請求項１に記載のノズルプレート。
【請求項４】
前記密着層は、無機酸化物であることを特徴とする請求項３に記載のノズルプレート。
【請求項５】
前記ノズルプレート基材は、紫外線エネルギを吸収する高分子材料であり、
前記吐出孔は、エキシマレーザを用いて形成したことを特徴とする請求項１に記載のノズルプレート。
【請求項６】
前記密着層は、平均の厚さが５ｎｍ以上、３０ｎｍ以下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。
【請求項７】
インク室を有するヘッド部と、
ノズル孔が前記インク室に連通した状態で前記ヘッド部に接着された請求項１〜６の何れかに記載のノズルプレートと、を備えたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項８】
インク液滴を所望の位置に吐出するインクジェット装置において、
請求項７に記載のインクジェットヘッドを備えたことを特徴とするインクジェット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、インク液滴を吐出する吐出面側に撥液層を備えたノズルプレート、このノズルプレートを備えたインクジェットヘッド、及びこのインクジェットヘッドを備えたインクジェット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的にインクジェット装置には、直線状に配列された複数のノズル孔（吐出孔）を有する平面状のノズルプレートを備えたインクジェットヘッドが設けられている。インクジェットヘッドは、インクをノズル孔に供給するとともに、ノズル孔からインク液滴が吐出されるようにインク液内に圧力パルスを発生させる手段を備え、数ｐＬから数十ｐＬ程度の微量なインク液滴を吐出することが可能である。
【０００３】
このようなインクジェット装置において、高精度の印刷を行うためには、ノズル孔から吐出されたインク液滴を精度よく被印刷体に着弾させることが必要である。そのためには、ノズル孔と被印刷体との相対位置を正確に制御する必要がある。さらに、吐出するインク液滴の量を制御して微小化させること、及びインク液滴の吐出方向の正確な制御が必要である。その中でも、インク液滴の吐出方向を正確に制御するには、インク液滴をノズルプレートに対して垂直方向に吐出する必要があるが、ノズル孔付近に残存するインクと干渉する等の原因により安定してインク液滴を垂直方向に吐出するのは難しい。
【０００４】
例えば、ノズルプレートの吐出面上におけるノズル孔近傍にインク液滴が溜まっている状態で吐出を行うと、新たに吐出されたインク液滴がそのインク溜まりに接触する場合がある。そのような場合には、ノズル孔近傍に溜まっているインクと干渉して、新たに吐出されたインク液滴の吐出方向が変化してしまう。また、このインク溜まりが乾燥した場合には、同様にインク液滴の吐出方向が変化してしまい、さらにはノズル孔自体が目詰まりを起こしてインク液滴の不吐出となるといった弊害が生じてしまう。
【０００５】
そのため、従来のノズルプレートには、このようなインクの付着、吸着を防止するためにノズルプレートを構成するノズルプレート基材の吐出面に撥液処理を行っている。
【０００６】
近年、インクジェット技術の開発が進むにつれ、その応用分野も幅広く発展し、様々な吐出材料が吐出に用いられている。その中でも、顔料や樹脂成分を含むインクは、ノズルプレートに付着し易いため、このような吐出材料を使用する場合には特に高い撥液性を有する撥液層を設ける必要がある。
【０００７】
ところが撥液層を有するノズルプレートであっても、インクの吐出時に飛び散った微量なインク液滴がノズルプレートの吐出面に付着する場合がある。上述したように付着したインク液滴、及びインク液滴が乾燥した付着物は吐出精度の劣化を引き起こす原因となりうるため、一般的にインクジェット装置にはこれらを除去するため、ワイピングブレードでワイピングを行うノズル孔のクリーニング機構が設けられている。
【０００８】
このとき、予めノズルプレートの吐出面に撥液層が形成されていると、吐出面に付着したインク液滴をワイピング操作によって除去し易くすることができる。すなわち、ノズルプレートに撥液層を形成することによる目的は、ノズル孔の近傍にインク溜まりが発生することを抑制することと、インク液滴やインク液滴の乾燥したものが固着することを防止し、ノズルプレートのクリーニングを容易にすることである。その結果、高い吐出精度を長期的に保持することができる。
【０００９】
微粒子分散系のインク、例えば、顔料や銀ナノ粒子を含有するインクを使用する場合において、ノズルプレートの吐出面上においてインクが乾燥した付着物は、再び吐出されたインク、もしくは溶媒に接触させても再溶解し難いので、ワイピングブレードによるワイピングによって物理的に除去する必要がある。この時、ワイピングブレードの当接によって撥液層が受けるダメージを軽減するため、ノズルプレートの吐出面をインクで濡らすことでワイピングブレードを濡らした状態で行うのが一般的である。
【００１０】
撥液材料としては、シリコン系、フッ素系の材料が主として用いられるが、フッ素系とシリコン系を比較した場合、低エネルギ表面を形成するためには、材料的にはフッ素系の材料の方が高い撥液性を示すことから様々なフッ素系撥液材料が検討されている。
【００１１】
また、撥液層を形成する撥液材料としては、高い撥液性に加えてノズルプレート基材との密着性も有することが重要である。これは、ノズルクリーニング時の物理的ダメージや、インクの種類によって浸漬等の化学的なダメージを受け、ノズルプレート基材から剥離してしまう場合があるからである。
【００１２】
このような点から従来のインクジェットヘッドには、種々のフッ素系撥液材料の中でも水酸基等の反応基を表面に有する酸化物結合層（密着層）を介してノズルプレート基材と化学的に強固に結合させるため、密着性、耐磨耗性に優れるフッ素系シランカップリング剤を撥液層として用いた構成がある（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１の構成では、フッ素系シランカップリング剤をノズルプレート基材と化学的に結合させることにより、インク浸漬後もノズルプレートからの剥離が起こることを防止し、初期の接触角を維持している。
【００１３】
また、撥液層の接触角をさらに高めるべく、基材と未反応で付着しているだけのフッ素系シランカップリング剤を除去するフッ素系シランカップリング剤の成膜方法が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平６−１７１０９４号公報
【特許文献２】特開平６−２１０８５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上述の特許文献１，２の構成では、ノズルプレートの吐出面をワイピングする際、残存しているインク液溜まりを除去することはできるが、ワイピングのために吐出面を濡らしたインクが新たに目視不可能な程度微量に吐出面に残留してしまう。この新たに残留した微量のインクが付着物としてインク液滴の吐出精度に悪影響を及ぼす。さらに、この付着物を核としてインク溜まりが発生し易くなることから、吐出精度を劣化させ、また付着物の発生を促進させることになる。
【００１５】
これは、ワイピング時におけるワイピングブレードを濡らすために供給したインクが、ワイピングブレードの進行方向の前面側に保持された状態からワイピングブレードの側方等からワイピングブレードの進行方向の後面に回り込んでしまうからである。つまり、ワイピングブレードが回り込んだインクを引きずりながらワイピングを行ってしまっているからである。
【００１６】
ワイピングブレードの進行方向の後面に回り込んだインクは、一部がワインピングブレードの移動に追随できず、途中で離間することになる。特に、ワイピングブレードが当接するノズルプレートの吐出面に段差が形成されている場合は、段差によりインクがワイピングブレードの後面に回り込むため段差部の近傍にインクが溜まり易くなり、インクの残留が顕著に現れる。
【００１７】
この発明の目的は、接触角、密着性を維持しつつ、ワイピング時にワイピングブレードの進行方向の後面に回り込んだインクの移動し易さ、つまり転落特性（転落角）を向上させてインクをワイピングブレードの移動に追随させ、ワイピング性能の向上を図って長期間の吐出制度の維持を図ることができるノズルプレート、インクジェットヘッド、及びインクジェット装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この発明は、上記の課題を解決するために、以下の構成を備えている。
【００１９】
（１）吐出面から外部にインク液滴を吐出するための吐出孔を有するノズルプレート基材と、
前記吐出面上にフッ素系シランカップリング剤で形成される撥液層であって、厚さのばらつきが５ｎｍ以下の撥液層と、を備えたことを特徴とする。
【００２０】
この構成においては、接触角の高いフッ素系シランカップリング剤でノズルプレート基材の吐出面上に撥液層が形成されている。また、撥液層の厚さのばらつきが５ｎｍ以下に形成されている。そのため、撥液層の転落角が９０°未満となる。また、１．５ｎｍ以下では転落角が４０°以下となる。
【００２１】
したがって、接触角、密着性が低下することなく、転落特性が向上するのでインクがワイピングブレードの移動に追随し易くなり、ワイピングブレードの移動の途中で追随するインクが離間することが低減され、付着物の発生が抑制される。
【００２２】
（２）前記撥液層は、平均の厚さが１ｎｍ以上、４ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００２３】
この構成においては、平均の厚さが１ｎｍ以上、４ｎｍ以下で撥液層がノズルプレート基材の吐出面に形成されている。フッ素系シランカップリング剤の撥液性を示すフッ素炭素基は、フッ素の数が多いほど表面エネルギが小さい。固体表面の接触角で比較するとＣＦ3＞ＣＦ2＜ＣＦとなる。そのため、平均の厚さが４ｎｍよりも大きいとフッ素系シランカップリング剤同士が絡み合い、最も臨海表面エネルギの小さい末端部のＣＦ3 が表面を被覆する割合が減少し、撥液性が劣化する虞がある。
【００２４】
一方、平均の厚さが１ｎｍ未満と薄すぎると、厚さのばらつきが生じ易く、また一部の撥液層がノズルプレート基材と反応しない箇所が発生する虞があり、密着性および撥液性に影響を与える。
【００２５】
したがって、撥液層の平均の厚さが１ｎｍ以上、４ｎｍ以下で形成されるので、密着性および撥液性が低下しない。
【００２６】
（３）前記ノズルプレート基材は、前記吐出面と前記撥液層との間に密着層を有することを特徴とする。
【００２７】
この構成においては、ノズルプレート基材の吐出面上に密着層が形成され、さらに密着層上に撥液層が形成されている。したがって、ノズルプレート基材の材質によって吐出面に十分な水酸基が存在しない場合であっても密着性が低下することがない。
【００２８】
（４）前記密着層は、無機酸化物であることを特徴とする。
【００２９】
この構成においては、無機酸化物で形成された密着層がノズルプレート基材の吐出面と撥液層との間に備えられている。無機酸化物は、表面に結合に十分な多くの水酸基を有しているのでフッ素系シランカップリング剤に結合し易い。
【００３０】
（５）前記ノズルプレート基材は、紫外線エネルギを吸収する高分子材料であり、
前記吐出孔は、エキシマレーザを用いて形成したことを特徴とする。
【００３１】
この構成においては、ノズルプレート基材に加工精度の高いエキシマレーザを照射して吐出孔が形成されている。また、ノズルプレート基材が紫外線エネルギを吸収する高分子材料で形成されているので、エキシマレーザの加工精度が低下しない。
【００３２】
（６）前記密着層は、平均の厚さが５ｎｍ以上、３０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００３３】
この構成においては、平均の厚さが５ｎｍ以上、３０ｎｍ以下で形成された密着層がノズルプレート基材の吐出面と撥液層との間に備えられている。ノズルプレート基材に密着層、撥液層を形成した後に吐出孔を形成する際は、加工精度が密着層の厚さによって影響されるので、密着層の平均の厚さが３０ｎｍより厚いと加工ムラが生じる虞がある。これは、密着層で形成される無機酸化物は、無機−酸素原子間の結合エネルギが高く、化学的にも安定な材料であるため、エキシマレーザによっても精度よく加工することが難しいからである。また、密着層の平均の厚さが３０ｎｍより厚いと膜ムラも生じ易い。この膜ムラによって、撥液層の膜ムラを引き起こす虞がある。
【００３４】
一方、密着層の平均の厚さが５ｎｍ以下であるとノズルプレート基材上に密着層が満遍なくかつ再現性よく被覆できない場合があり、撥液層の密着性、撥液性、転落特性が確保できない虞がある。
【００３５】
したがって、密着層の平均の厚さが５ｎｍ以上、３０ｎｍ以下であるので、撥液層を満遍なくかつ再現性よく形成することができるとともに、吐出孔に加工ムラが生じることが防止される。
【００３６】
（７）インク室を有するヘッド部と、
ノズル孔が前記インク室に連通した状態で前記ヘッド部に接着された請求項１〜６の何れかに記載のノズルプレートと、を備えたことを特徴とする。
【００３７】
この構成においては、インク室に収容されているインク液滴が（１）〜（６）の何れかに記載のノズルプレートに形成されている吐出孔から吐出される。また、ノズルプレートを構成するノズルプレート基材の吐出面上には、接触角の高いフッ素系シランカップリング剤で撥液層が形成されている。また、撥液層の厚さのばらつきが５ｎｍ以下に形成されている。そのため、撥液層の転落角が９０°未満となる。また、１．５ｎｍ以下では転落角が４０°以下となる。
【００３８】
したがって、接触角、密着性が低下することなく、転落特性が向上するのでインクがワイピングブレードの移動に追随し易くなり、ワイピングブレードの移動の途中で追随するインクが離間することが低減され、付着物の発生が抑制される。
【００３９】
（８）インク液滴を所望の位置に吐出するインクジェット装置において、
請求項７に記載のインクジェットヘッドを備えたことを特徴とする。
【００４０】
この構成においては、（７）に記載のインクジェットヘッドから所望の位置にインク液滴を吐出する。インクジェットヘッドを構成するノズルプレートを構成するノズルプレート基材の吐出面上には、接触角の高いフッ素系シランカップリング剤で撥液層が形成されている。また、撥液層の厚さのばらつきが５ｎｍ以下に形成されている。そのため、撥液層の転落角が９０°未満となる。また、１．５ｎｍ以下では転落角が４０°以下となる。
【００４１】
したがって、接触角、密着性が低下することなく、転落特性が向上するのでインクがワイピングブレードの移動に追随し易くなり、ワイピングブレードの移動の途中で追随するインクが離間することが低減され、付着物の発生が抑制される。
【発明の効果】
【００４２】
この発明によれば、以下の効果を奏することができる。
【００４３】
（１）ノズルプレートの吐出面上にフッ素系シランカップリング剤を用いて厚さのばらつきが５ｎｍ以下の撥液層を備えたことによって、転落特性を向上でき、ワイピングによる付着物の発生を抑制できるのでワイピング性能を向上でき、接触角、密着性を維持しつつ長期的に高い吐出精度を維持することができる。また、厚さのばらつきが１．５ｎｍ以下であればより付着物の発生を抑制できる。
【００４４】
さらに、転落特性を向上できるので、ワイピング時にワイピングブレードに必要な押し当て圧力を小さくすることが可能となり、摩耗や擦傷といった問題が解決できるので、ノズルプレートのワイピングに対する耐久性を向上させることができる。
【００４５】
（２）平均の厚さが１ｎｍ以上、４ｎｍ以下の撥液層をノズルプレート基材の吐出面上に形成することによって、撥液性、密着性が低下することを防止できる。
【００４６】
（３）ノズルプレート基材の吐出面と撥液層との間に密着層を形成することによって、ノズルプレートの材質によって吐出面に十分な水酸基が存在しない場合であっても密着性を確保することができる。
【００４７】
（４）密着層を無機酸化物で形成することによって、ノズルプレート基材の吐出面と撥液層とを強固に結合させることができ、密着性を確保することができる。
【００４８】
（５）紫外線エネルギを吸収する高分子材料で形成されたノズルプレート基材にエキシマレーザを用いて吐出孔を形成することによって、加工精度の高い吐出孔を安定して形成でき、吐出精度を確保することができる。
【００４９】
（６）平均の厚さが５ｎｍ以上、３０ｎｍ以下の密着層をノズルプレート基材の吐出面上に形成することによって、撥液層を満遍なくかつ再現性よく形成することができるとともに、吐出孔の加工ムラを防止できるので、安定した吐出精度を確保することができる。
【００５０】
（７）ヘッド部に（１）〜（６）に記載のノズルプレートを接着することによって、転落特性を向上でき、ワイピングによる付着物の発生を抑制できるのでワイピング性能を向上でき、接触角、密着性を維持しつつ長期的に高い吐出精度を維持することができる。    さらに、転落特性を向上できるので、ワイピング時にワイピングブレードに必要な押し当て圧力を小さくすることが可能となり、摩耗や擦傷といった問題が解決できるので、ノズルプレートのワイピングに対する耐久性を向上させることができる。
【００５１】
（８）（７）に記載のインクジェットヘッドを備えたことによって、転落特性を向上でき、ワイピングによる付着物の発生を抑制できるのでワイピング性能を向上でき、接触角、密着性を維持しつつ長期的に高い吐出精度を維持することができる。
【００５２】
さらに、転落特性を向上できるので、ワイピング時にワイピングブレードに必要な押し当て圧力を小さくすることが可能となり、摩耗や擦傷といった問題が解決できるので、ノズルプレートのワイピングに対する耐久性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
以下、この発明の最良の実施形態に係るインクジェット装置を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、かかる実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。
【００５４】
図１は、この発明の実施形態に係るインクジェット装置の簡単な構成を示す説明図である。インクジェット装置２０は、液滴吐出ユニット２１、メンテナンスユニット２２、及び液滴硬化ユニット２３等から構成されている。液滴吐出ユニット２１は、インクジェットヘッド１０を搭載している。メンテナンスユニット２２は、後述するノズルプレートの吐出面をワイピングによりクリーニングする。液滴硬化ユニット２３は、必要に応じて被印刷体２４に着弾したインク液滴２５を硬化させる。
【００５５】
液滴吐出ユニット２１は、ＸＹステージ２６、インクジェットヘッド１０、ＣＣＤカメラ２７、制御装置２８、ＸＹステージドライバユニット２９、インクジェットヘッドドライバユニット３０、及び支持部材３１等から構成されている。
【００５６】
ＸＹステージ２６は、被印刷体２４が載置され、水平面座標である２次元平面座標を表すＸ軸及びＹ軸の２軸方向に移動可能に支持されている。インクジェットヘッド１０は、ノズルプレートが有する複数のノズル孔からインク液滴２５を吐出する。ＣＣＤカメラ２７は、電荷結合素子（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ；略称ＣＣＤ）を有し、被印刷体２４表面に略垂直な方向から被印刷体２４上に着弾したインク液滴２５を撮像し、撮像した画像データを制御装置２８に送信する。
【００５７】
制御装置２８は、インクジェット装置２０全体の動作を制御する。ＸＹステージドライバユニット２９及びインクジェットヘッドドライバユニット３０は、制御装置２８に接続されている。支持部材３１は、インクジェットヘッドドライバ３０及びＣＣＤカメラ２７を支持する。
【００５８】
ＸＹステージ２６は、平坦な一表面部を有し、該一表面部が被印刷体２４を載置する載置面となる。ＸＹステージ２６は、図示しない突起形状の位置決めピンによって被印刷体２４を位置決めし、図示しない真空吸着手段によって被印刷体２４を真空吸着して載置面に固定する。
【００５９】
また、ＸＹステージ２６は、ＸＹステージドライバユニット２９を介して制御装置２８によって駆動される。制御装置２８は、ＸＹステージ２６に載置された被印刷体２４におけるインク液滴２５が着弾すべき位置がＣＣＤカメラ２７で撮像可能な位置となるように、ＸＹステージ２６の位置を調整する。また、制御装置２８は、ＸＹステージ２６に載置された被印刷体２４の撮像された画像データで確認したインク液滴２５が着弾すべき位置がインクジェットヘッド１０から液体材料を吐出可能な位置となるように、ＸＹステージ２６の位置を調整する。
【００６０】
インクジェットヘッド１０は、インクジェットヘッドドライバユニット３０を介して制御装置２８によって駆動される。制御装置２８は、ＸＹステージ２６に載置される被印刷体２４の撮像された画像データで確認したインク液滴２５が着弾すべき位置に吐出材料が吐出されるように、インクジェットヘッド１０を駆動する。これによって、インク液滴２５が着弾すべき位置にインクジェットヘッド１０から吐出材料が吐出される。
【００６１】
メンテナンスユニット２２は、吸引キャップ３２、ゴムブレード（ワイピングブレード）３３等から構成され、ノズルプレート１１の吐出面をワイピングによりクリーニングする。吸引キャップ３２は、ノズル孔を覆い、また覆ったノズル孔からインクを吸引する。ゴムブレード３３は、ノズルプレート１１の吐出面上に残るインク液滴を拭き取る。
【００６２】
なお、吸引キャップ３２及びゴムブレード３３は、複数個設けることも可能であり、例えば、複数のインクジェットヘッド１０を搭載している場合に、一度に複数個のインクジェットヘッド１０のインクの吸引及びワイピングを行うことができる。
【００６３】
吸引キャップ３２には、インクジェットヘッド１０のノズルプレート１１の吐出面の周囲を覆うとともに、密閉性を保つために弾性を有するリップ部が備えられている。さらに、この吸引キャップ３２は、ノズルプレート１１とによって形成された空間内部を吸引する図示しない吸引ポンプ、大気連通弁が背面に連結されている。この吸引ポンプが、吸引キャップ３２により覆われ、密閉された状態のノズルプレート１１の吐出面を、吸引キャップ３２を介して吸引する。
【００６４】
また、メンテナンスユニット２２には、ゴムブレード３３を支持し、このゴムブレード３３の当接面をノズルプレート１１の吐出面に平行に回動させる図示しないブレード可動部が備えられている。なお、ゴムブレード３３は、弾性体で形成され、使用する吐出材料にもよるが、耐薬品性に優れるパーフロロフッ素ゴムなどが望ましい。
【００６５】
液滴硬化ユニット２３は、吐出材料が硬化性樹脂等である場合に必要に応じて被印刷体２４に着弾したインク液滴２５を乾燥させる。これにより、同一装置上においてインク液滴２５の吐出と乾燥処理とを行うことができ、より簡便に印刷を完了させることができる。
【００６６】
液滴硬化ユニット２３は、例えば、吐出材料に紫外線硬化性樹脂組成物等の光硬化性樹脂組成物を用いる場合には、紫外線等の光照射機構３４を搭載すればよい。光照射機構３４は、図１に示すように、被印刷体２４が載置される基板台３４１と、被印刷体２４に光を照射するランプ３４２と、ランプ３４からの光の照射量を調整する照射量調整装置３４３とを含んで構成されている。なお、吐出材料を硬化させる必要がない場合には、液滴硬化ユニット２３を有しない構成とすることもできる。
【００６７】
また、熱硬化性樹脂組成物を用いる場合には、光照射機構３４に代えて、固化成分を加熱する図示しない加熱手段を設ければよい。加熱手段としては、赤外線ランプやホットプレートなどが挙げられるが、使用者が適宜選択すればよい。
【００６８】
図２は、この発明の実施形態に係るインクジェット装置２０に備えられたインクジェットヘッド１０の構成を示す説明図である。また、図２はノズルプレート１１がインクジェットヘッド１０に接着される前の状態を示している。なお、インクジェットヘッド１０は内部構造がわかるように断面の図を示している。
【００６９】
インクジェットヘッド１０は、ノズルプレート１１、ピエゾ素子１３、カバープレート１４等から構成されている。一般的にインクジェットヘッドは、ピエゾ方式とサーマル方式に大別される。前者は、電圧をかけることで変形する圧電素子（ピエゾ素子）を用い、ピストンのような仕組みを作って、インクを吐出する方法である。対して、後者は、インクにヒーターで高温を加え、インクを瞬間的に気化させ、このとき発生する泡によって、インクをノズル孔より吐出させる。
【００７０】
本実施形態に係るインクジェットヘッド１０はピエゾ方式であるが、サーマル方式や他の方式のインクジェットヘッドにも適用することが可能である。
【００７１】
ノズルプレート１１は、複数のノズル孔１２を有し、ノズル孔１２がインク流路１５に連通した状態でピエゾ素子１３及びカバープレート１４が接着されたヘッド部に接着される。ピエゾ素子１３は、分極方向が異なる上部１３Ａと下部１３Ｂの素子とからなる。これらピエゾ素子１３Ａ，１３Ｂに電圧を印加することによって、ピエゾ素子１３Ａ、１３Ｂの隔壁を駆動し、隔壁の囲まれた部分（インク流路１５）の体積を変化させる。これにより、インク流路１５内の圧力が変化し、インク室１４に供給されているインクがノズル孔１２から吐出される。ノズル孔１２は、本発明の吐出孔に相当する。
【００７２】
カバープレート１４は、インクを収容するインク室１６を備え、ピエゾ素子１３Ａに接着される。
【００７３】
また、ノズルプレート１１は、図３（Ａ）に示すように、ノズルプレート基材１１Ａ、及び撥液層１１Ｂから構成されている。ノズルプレート基材１１Ａは、撥液層１１Ｂと結合すべく多くの水酸基を有する材料である、鉄、アルミニウム、ニッケル、ステンレス等の金属材料やガラス等で形成されている。
【００７４】
なお、ノズルプレート基材１１Ａの材料については、フッ素系シランカップリング剤と反応するために十分な水酸基を有するものであれば、上述したものに限らず、使用者が適宜選択することができる。
【００７５】
したがって、上記以外の材料でも、酸素プラズマ等を用いて吐出面に水酸基を導入することができる材料であれば使用可能である。水酸基を導入できる材料としては、シリコンウエハ、酸化ジルコニウム等の無機材料や、ポリイミド、ポリプロピレン等の樹脂材料が挙げられる。
【００７６】
ただし、水酸基が存在する部分については、ノズルプレート基材１１Ａとフッ素系シランカップリング剤とが化学的に強固に結合できるが、水酸基が不十分であると良好な密着性及び撥液性が得られないことがあるので、所望とする耐摩耗性や撥液性によって、ノズルプレート基材１１Ａの材料を選択する、もしくは適切な処理を施す必要がある。
【００７７】
撥液層１１Ｂは、フッ素系シランカップリング剤に類する撥液層材料から構成されている。フッ素系シランカップリング剤は、ＹnＳｉＸ4-n（ｎ＝１、２、３）で表されるケイ素化合物であり、Ｘはノズルプレート基材１１Ａの吐出面の水酸基あるいは吸着水との縮合により結合可能な基からなる。そして、Ｙの本数によって用途が異なり、例えば、ｎ＝１のものはカップリング剤として、ｎ＝２はシロキサンポリマーの原料、ｎ＝３はシリル化剤あるいはポリマーのエンドキャッピング剤として用いられている。
【００７８】
特に、Ｙにフッ化炭素鎖を含むシランカップリング剤は、フッ素系シランカップリング剤と称され、撥水性と撥油性の両性質を有しており、撥液、防汚、防臭、潤滑などを目的とする表面処理剤として広く用いられている。
【００７９】
なお、フッ化炭素化合物とは、電気陰性度の最も大きなフッ素が炭素と結合し、炭素が最も酸化された状態となっているため、耐酸化性に優れ、不燃性で、化学的に極めて安定であるという特徴を有する。また、電気陰性度が高いため、炭素−フッ素の結合エネルギが大きく、さらにフッ素原子が水素原子よりも１０％程度大きいだけであるため、炭素−フッ素間の結合距離が短い。
【００８０】
しかも、フッ化炭素鎖は炭素数１３のねじれ周期を持つ剛直な棒状の構造をしている。この剛直な棒の内部にある炭素骨格は、その表面に隙間なく存在するフッ素原子で覆われ、つまり炭素鎖がフッ素製のサヤを被せたような状態になっている。したがって、フッ化炭素化合物は炭素とフッ素とが分子内で極めて強く結合している反面、分子間は極めて弱い相互作用しか示さないことから上述した特性を有している。
【００８１】
本発明の撥液層材料としては、カップリング剤として使用されるＹＳｉＸ3 で表される化合物であって、Ｙにフッ化炭素鎖を含むフッ素系シランカップリング剤であればよい。
【００８２】
例えば、Ｙとしては、ＣＦ3 （ＣＦ２ ）n （ＣＨ2 ）2   （ｎ＝３、５、７、９）、（ＣＦ3 ）2 ＣＦ（ＣＦ2 ）n （ＣＨ2 ）2 （ｎ＝４、６、８）、ＣＦ3 （ＣＦ2 ）n （Ｃ6 Ｈ4 ）（ＣＨ2 ）2   （ｎ＝０、３、５、７）が挙げられる。
【００８３】
一般的に、フッ素系シランカップリング剤の撥液性を示すフッ化炭素鎖は、直鎖で、かつそのフッ化炭素鎖が長いほど、撥液性が良好であることが知られている。したがって、上述したＹの中でも、ＣＦ3 （ＣＦ2 ）7 （ＣＨ2 ）2 やＣＦ3 （ＣＦ2 ）9 （ＣＨ2 ）2 の撥液層材料を用いることが望ましい。
【００８４】
また、Ｘは、ノズルプレート基材１１Ａの吐出面の水酸基や吸着水と縮合して結合するために、加水分解性の結合基である必要があり、例えば、Ｃｌ、ＯＣＨ3 、ＯＣＨ2 ＣＨ3 が挙げられる。ただし、ノズルプレート基材１１Ａとの反応性を抑制する必要がある場合は、Ｘが３基とも上述したものである必要はなく、１又は２基が加水分解性のないＣＨ3 等であってもよい。
【００８５】
以上のように、本発明のフッ系シランカップリング剤からなる撥液層材料としては、上述したＸ、Ｙの組み合わせのうち、所望とする撥液性やノズルプレート１１Ａ基材との反応性等によって、使用者が適宜使用する撥液層材料を選択して構わない。
【００８６】
撥液層１１Ｂとしてフッ素系シランカップリング剤を水酸基を有するノズルプレート基材１１Ａの吐出面に塗布すると、結合基の１つがノズルプレート１１Ａ基材の水酸基と縮合反応する。その結果、ＳｉとＯが化学的に結合したシロキサン（−Ｓｉ−Ｏ−）結合によって、ノズルプレート基材１１Ａとフッ素系シランカップリング剤とが強固に結合するため高い密着性が発現する。
【００８７】
また、残る２基の結合基は水との反応で水酸基に変わり、シラノール（−Ｓｉ−ＯＨ）基となって、隣り合うフッ素系シランカップリング剤のシラノール（−Ｓｉ−ＯＨ）基と縮合反応するので、フッ素系シランカップリング剤同士の間にもシロキサン（−Ｓｉ−Ｏ−）ネットワークが形成される。
【００８８】
上述したフッ素系シランカップリング剤のうち、Ｙ＝ＣＦ3 （ＣＦ2 ）n （ＣＨ2 ）2
の場合を例として、撥液化されたノズルプレート基材１１Ａの吐出面における面構造を図４に模式的に示す。フッ素系シランカップリング剤は、結合基が基材と縮合反応し、シロキサン（- Ｓｉ- Ｏ- ）結合１１１Ｂを介して、ノズルプレート基材１１Ａと化学的に結合している。
【００８９】
さらに、もう一端のフッ化炭素鎖１１２Ｂがノズルプレート基材１１Ａの吐出面を覆うような構造となって、ノズルプレート基材１１Ａの吐出面上に撥液層１１Ｂを形成する。その結果、フッ化炭素鎖１１２Ｂの持つ撥液性、不燃性、化学的不活性等の特性が、ノズルプレート基材１１Ａの吐出面に付与される。また、各フッ素系シランカップリング剤同士もシロキサン（- Ｓｉ- Ｏ- ）結合１１１Ｂによって、強固に結合している。
【００９０】
また、本実施形態では、ノズルプレート基材１１Ａの吐出面上に撥液層１１Ｂを形成しているが、図３（Ｂ）に示すように吐出面と撥液層１１Ｂとの間に密着層１１Ｃを設けてもよい。これは、酸素プラズマ処理等を用いてもノズルプレート基材１１Ａの吐出面に十分な水酸基を発現できない場合に、ノズルプレート１１Ａの吐出面上に水酸基を付与することができ、密着性を確保できる点で有効である。
【００９１】
密着層１１Ｃを形成する密着層材料としては、例えば、アルミナやチタニア、シリコン酸化物といった無機酸化物が望ましい。この無機酸化物の表面には、多くの水酸基が存在するため、フッ素系シランカップリング剤の密着層として好適である。そのため、フッ素系シランカップリング剤が密着層１１Ｃの多くの水酸基と結合し、高密度な撥液層を形成できるので、高い撥液性が得られる。さらに、ノズルプレート基材１１Ａとの密着性も高められ、撥液層の物理的及び化学的な耐久性が付与される。
【００９２】
また、無機酸化物は一般的に自由エネルギが大きく、化学的に安定であるため、密着層自体の耐薬液性にも繋がる。
【００９３】
なお、密着層１１Ｃの形成方法は特に指定されることはなく、例えば、無機酸化物をノズルプレート基材１１Ａの吐出面上にスパッタ成膜して形成するスパッタ法や、アルミニウムやチタン、シリコン等の未酸化状態の材料を用いて、酸素を導入しつつスパッタ成膜を行う反応性スパッタ法がある。
【００９４】
また、アルミニウムやチタン、シリコン等の単体をスパッタ法により成膜した後、酸素プラズマ等を用いて酸化処理を行い、無機酸化物の密着層を形成することも可能である。
【００９５】
撥液層１１Ｂ、密着層１１Ｃを有するノズルプレート１１の製造工程の一例を説明する。
【００９６】
撥液層材料、ノズルプレート基材１１Ａ、密着層材料については、上記したものの中から使用者が適宜選択して使用すればよく、以下に示すのは一例である。
【００９７】
ノズルプレート基材１１Ａとして、ポリイミドフィルム（宇部興産社製  ユーピレックスＳ５０）を使用する場合を例として説明する。ポリイミドフィルムは、機械強度、耐熱性、耐薬液性に優れるという特徴を持ち、またレーザー加工性も良好であるため、ノズルプレート基材１１Ａに好適である。ただし、上記の通り、ノズルプレート基材１１Ａは、これに限定されるものではない。
【００９８】
なお、ノズルプレート基材１１Ａは密着層１１Ｃの形成前に、表面の油脂汚れを除去する目的で、必要に応じて洗浄することが好ましい。例えば、ポリイミドフィルムを用いた場合は、中性洗剤による洗浄を行い、表面の油脂汚れを除去した後、洗剤成分が残留することのないよう純水を用いて十分に水洗する等の洗浄処理を行えばよい。
【００９９】
また、密着層材料は、上記の通り、表面に水酸基を多く有する無機酸化物を用いることが望ましい。
【０１００】
まず、ＲＦスパッタによりシリコン酸化物を１０ｎｍの膜厚でノズルプレート基材１１Ａの吐出面上に成膜し、密着層１１Ｃを形成する。密着層１１Ｃの成膜方法についても、上記の通り、特に限定されることはなく、公知の方法を使用者が適宜選択すればよい。
【０１０１】
撥液層材料はフッ素系シランカップリング剤を用いる。一般的に、フッ素系シランカップリング剤のフッ化炭素鎖が、直鎖で、かつそのフッ化炭素鎖が長いほど、撥液性が良好である。したがって、高い撥液性を必要とする場合は、フッ素系シランカップリング剤を使用すればよいが、その種類は特に限定されることはない。所望とする撥液性やノズルプレート基材１１Ａとの反応性等を考慮して使用者が適宜選択すればよい。
【０１０２】
また、フッ素系シランカップリング剤の撥液性を示すフッ素炭素基は、そのフッ素の数が多いほど、表面エネルギが小さく、固体表面の接触角で比較すれば、ＣＦ３＞ＣＦ２＞ＣＦの順に接触角が高くなる。したがって、フッ素系シランカップリング剤が絡み合って基材表面を分厚く被覆しているよりも、図４に示すように末端のＣＦ3 がきれいに表面に現れるように、フッ素系シランカップリング剤がノズルプレート基材１１Ａの吐出面に過不足なく、単分子膜の状態で配列している撥液層１１Ｂの方が良好な撥液性が得られる。
【０１０３】
使用する撥液層溶液は、フッ素系シランカップリング剤の濃度が高すぎると、フッ素系シランカップリング剤同士のシロキサン（−Ｓｉ−Ｏ−）結合が進行しやすく、絡み合ってしまい、かえって撥液性を劣化させてしまう恐れがあるため、適当な濃度に希釈することが望ましい。
【０１０４】
ここで、使用することのできる溶媒としては、クロロフルオロカーボン、パーフルオロヘキサン等のフッ素系溶剤やメタノール、エタノール、酢酸エチル、ベンゼン等が挙げられ、１％以下の低濃度に希釈することが好ましい。
【０１０５】
このように調整したフッ素系シランカップリング剤溶液を密着層１１Ｃが形成されたノズルプレート基材１１Ａの吐出面上に塗布し、撥液層１１Ｂを形成する。
【０１０６】
なお、フッ素系シランカップリング剤溶液の塗布方法としては、特に限定されることはなく、刷毛塗り、スプレーコート、ディップコート、スピンコート、蒸着法等を用いてもよい。但し、塗りムラの起こらないように塗布することが重要である。
【０１０７】
また、フッ素系シランカップリング剤塗布後に加熱処理を行ってもよい。一般的に、フッ素系シランカップリング剤塗布後に加熱処理を行うことは、シロキサン（−Ｓｉ−Ｏ−）ネットワークの形成を促進する効果があるからである。
【０１０８】
一般的に、フッ素系シランカップリング剤を塗布して撥液層１１Ｂを形成する場合には、余剰のフッ素系シランカップリング剤を除去する目的で溶媒洗浄が行われる。ここで、使用する溶媒は、フッ素系シランカップリング剤を希釈する際に使用したものと同じであってもよいし、上記に例として挙げた他の溶剤を使用しても構わない。溶媒洗浄方法は、例えば、希釈剤に使用した溶媒中に、数分程度浸漬すればよい。
【０１０９】
次に、撥液層１１Ｂが形成されたノズルプレート基材１１Ａに対し、エキシマレーザ加工装置を用いてノズル孔１２を形成する。なお、ノズル孔１２の加工は、撥液層１１Ｂが形成されていないノズルプレート基材１１Ａの面側から加工を行う。加工するノズル孔径は、マスクサイズによって規定され、所望とするインクの吐出量に応じて適宜設定することが可能である。インクジェットヘッド１０用のノズル孔１２は、一般的に直径１０μｍ乃至１００μｍの円形のものが用いられる。
【０１１０】
なお、エキシマレーザによる加工における加工精度をさらに高めるため、紫外線を吸収するポリイミドフィルム、ポリプロピレン等の高分子材料をノズルプレート基材１１Ａに用いるのがよい。
【０１１１】
（実施例１）
本発明のノズルプレート１１について、撥液層１１Ｂの厚さのばらつきが異なるノズルプレートを生成して性能比較を行い、また生成した撥液層１１Ｂの表面状態を観察した結果について示す。なお、本実施例１では、密着層１１Ｃを設けない構成にて性能評価等を行った。
【０１１２】
本実施例１では、熱酸化シリコン基板（エレクトロニクスエンドマテリアルズコーポレーション社製）をノズルプレート基材１１Ａとして用いる。熱酸化シリコン基板は表面に緻密なシリコン酸化物層が形成されているため、十分な水酸基を有していることから高密度にフッ素系シランカップリング剤を成膜することができるとともに、基板表面が極めて平坦であるため、形成した撥液層１１Ｂの厚さばらつきを見積もることができる。
【０１１３】
熱酸化シリコン基板は、直径１５０ｍｍ、厚み６２５μｍ、表層に形成されているシリコン酸化物層の厚みが５００ｎｍである。これを５０ｍｍ角に切り出したものをノズルプレート基材１１Ａとして使用した。
【０１１４】
撥液層１１Ｂを形成する撥液層材料は、オプツールＤＳＸ（ダイキン工業株式会社製）を用い、希釈剤としてデムナムソルベントＳＯＬ−１（ダイキン工業株式会社製）を用いて２００倍に希釈したものを使用した。オプツールＤＳＸは、それ自体がフッ素炭素系化合物が溶媒によって２０％希釈されたものであり、生成した撥液層溶液のフッ素炭素系化合物濃度は０．１％となる。
【０１１５】
撥液層溶液（フッ素系シランカップリング剤溶液）の塗布方法は、スピンコートを用いた。スピンコートは、撥液層溶液をシリンジを用いて１ｍＬ量り取り、ノズルプレート基材１１Ａの吐出面上に滴下し、回転数５００ｒｐｍにおいて３０秒間行った。その後、溶媒洗浄ならびに加熱処理を行った。
【０１１６】
加熱処理は、１００℃のオーブンの中で２時間行った。溶媒洗浄には、希釈剤に使用したデムナムソルベントＳＯＬ−１を用いた。この溶媒洗浄は、シャーレに１００ｍＬ程度デムナムソルベントＳＯＬ−１を量り入れ、ノズルプレート基材１１Ａを２分間浸漬した後、そのまま引き上げて完了した。
【０１１７】
上述の手順で行った結果、撥液層１１Ｂを有するノズルプレート１１の試料Ａ〜Ｅが形成された。この試料Ａ〜Ｅは、同一のノズルプレート基材１１Ａ及び同一の撥液層材料を用い、撥液性材料の塗布量等も同一であるが、後述するように転落角が異なっている。
【０１１８】
また、同一の撥液層材料、ノズルプレート基材１１Ａを用いて、撥液層１１Ｂを真空蒸着により成膜した試料Ｆを形成した。なお、資料Ａ〜Ｆについての撥液層１１Ｂの平均の厚さはほぼ同一である。
【０１１９】
試料Ａ〜Ｆについて、接触角及び転落角の測定を行い、撥液層１１Ｂの性能比較を行った。
【０１２０】
接触角及び転落角の測定には、協和界面科学社の接触角計（Ｄｒｏｐ  Ｍａｓｔｅｒ７００）を用いた。接触角は、試料上に純水１．３μｌを滴下し、水滴が試料表面となす角度をθ／２法によって算出した値である。転落角の測定では、試料上に純水１．８μｌを滴下し、約４０秒で０°から９０°まで連続的に試料台を傾斜させる。このとき、滴下した純水をＣＣＤカメラにより観察し、水滴が動き始めるときの試料台の傾斜角度を転落角とした。
【０１２１】
図５は、試料Ａ〜Ｆにおける接触角及び転落角の測定結果を示す図である。接触角は全試料Ａ〜Ｆにおいて１１３°以上と高い値が得られたが、転落角が大きくばらつく結果が得られた。なお、この値は優れた撥水材料として知られるテフロン（登録商標）（ＰＴＦＥ）の接触角約１０９°を上回る値である。
【０１２２】
ここで、同様のスピンコートにより塗布を行った試料Ａ〜Ｅにおいてもばらついているので、転落角のばらつきは、スピンコートと蒸着との塗布方法の違いによって生じたものではない。
【０１２３】
このような撥液層１１Ｂをインクジェット用のノズルプレート１１に形成して使用する場合において、特に樹脂と顔料を含有するインクのように、液体の付着力が大きな作用を及ぼすインクを使用する構成では、単にノズルプレート１１とインクとの静的な接触角のみでワイピング性能の良し悪しを評価することは不適切で、転落特性（転落角）についても考慮する必要がある。
【０１２４】
そこで、転落角の違いによるワイピング性能の確認実験を行った。転落特性の良好な試料Ａ（転落角１３°）と転落特性の悪い試料Ｂ（転落角＞９０°）を、インクに浸漬することによって、ノズルプレート１１の吐出面がワイピング時にインクで濡れる状況を再現した。使用したインクは、有機溶剤を溶媒として、顔料と合成樹脂とをそれぞれ１０％程度分散させたものであり、常温での表面張力は約３０ｍＮ／ｍであり、粘度は約１０ｃＰである。
【０１２５】
１時間程度浸漬した後、インクから約２０ｍｍ／秒の速度で引き上げ、顕微鏡観察を行うと、図６に示すような１μｍ程度の付着物４０が確認された。図６は転落特性の良好な試料Ａの場合の写真であるが、転落特性の悪い試料Ｂも同程度の付着物４０が確認されたため、写真を省略する。なお、このとき両試料Ａ，Ｂとも目視レベルでのインク液滴は残留しなかった。これは、両試料とも１１３°以上という高い撥液性を有しているためであると考えられる。
【０１２６】
付着物４０を有する両試料Ａ，Ｂについて、浸漬に使用したものと同一のインクをたらし、ゴムブレードを用いて、手動でのワイピングを行った。なお、このゴムブレードは、幅１６．１ｍｍ、厚み０．５ｍｍであり、ゴム硬度は７０度である。
【０１２７】
ワイピング後に再び顕微鏡観察を行った結果を、転落特性の良好な試料Ａについて図７、転落特性の悪い試料Ｂについて図８に示す。図７に示すように、転落特性の良好な試料Ａでは付着物４０を除去することができたが、転落特性の悪い試料Ｂでは図８に示すように、付着物４０がスジ状に残り、除去することができなかった。
【０１２８】
なお、両試料とも、インクをたらさずにワイピングを行った場合には、付着物４０が除去されたことを確認している。したがって、ノズルプレート１１をインクから引き上げた時点で既に発生していた付着物４０については、ワイピングによって、物理的に除去することができると考えられる。
【０１２９】
本実験の結果について、図９に示すワイピング動作の模式図を用いて次のように考察する。上記確認実験より、インクから引き上げた時点で発生していた付着物４０は、ゴムブレード３３によるワイピングを行えば、ゴムブレード３３のエッジ部分の物理的接触によって、撥液層１１Ｂ表面から除去することができているはずである。
【０１３０】
しかしながら、図９に示すように、ゴムブレードを濡らすために供給したインク４１が、ゴムブレード３３の図９の矢印に示すワイピング方向の前面に保持された状態でワイピングが行われているのではなく、ゴムブレード３３の側方等を伝わってゴムブレード３３のワイピング方向の後面にも回り込み、実際にはゴムブレード３３のワイピング方向の後面に位置するインク４１を引きずりながらワイピングが行われている。
【０１３１】
転落特性が悪い試料Ｂでは、このゴムブレード３３に引きずられるインク４２がゴムブレード３３の移動に追随することができずに離間し、目視不可能な程度微量に撥液層１１Ｂ上に残留してしまう。この微量なインクが乾燥した結果、新たな付着物４３となってワイピング操作後の撥液層１１Ｂ上に発生するものと考えられる。
【０１３２】
このことを支持するように、図８には矢印に示すゴムブレードのワイピング方向に沿ってスジ状に付着物４０が確認されている。つまり、図８に示すスジ状の付着物４０は新たな付着物４３に相当すると考えられる。これに対して、転落特性が良好な試料Ａでは、ゴムブレード３３のワイピング方向の後面に回り込んだインク４１がゴムブレード３３の動きに追随して、容易に撥液層１１Ｂ上を移動することができるので、ワイピング後に新たな付着物４３が発生することなく、付着物４０を除去できたと考えることができる。
【０１３３】
以上のことより、転落特性の良好な撥液層１１Ｂ上ではワイピングにより付着物４０の除去が可能であることが示され、本発明の課題とするインクジェットヘッド１０に用いるノズルプレート１１の転落特性の重要性も確認できた。
【０１３４】
上記確認実験では、ノズルプレート基材１１Ａとして熱酸化シリコン基板を用いた結果を記載したが、ポリイミドやポリプロピレン等の樹脂材料をノズルプレート基材１１Ａに用いたノズルプレート１１の構成でも同様の転落特性の効果を確認した。また、ノズルプレート基材１１Ａの吐出面と撥液層１１Ｂとの間に密着層１１Ｃを設けた構成についても同様の転落特性の効果を確認した。
【０１３５】
次に、各試料Ａ〜Ｆについて、撥液層１１Ｂの表面状態（最大高低差）の観察を行った結果を図１０に示す。表面状態の観察は、セイコーインスツルメンツ社の原子間力顕微鏡（ＳＰＡ４００）を使用し、測定範囲は２０μｍ角である。図１０は、試料Ａ〜Ｆの最大高低差と転落角との関係を示した図である。
【０１３６】
ここで、最大高低差とは、原子間力顕微鏡に備えられた測定パラメータのうちＰ−Ｖとして算出される値で、測定範囲面における最も高い点と最も低い点の高さの差である。なお、本実施例にてノズルプレート基材１１Ａとして使用した熱酸化シリコン基板のみの吐出面の最大高低差は、０．５ｎｍである。
【０１３７】
図１０に示されるように、撥液層１１Ｂにおける転落角及び最大高低差には明らかな相関が見られ、最大高低差が小さいほど転落角が小さくなる傾向があることが明確である。
【０１３８】
そこで、撥液層１１Ｂにおける最大高低差と転落角との関係について以下のように考察する。なお、最大高低差は、平均の厚さに対する最大の厚さ（高さ）と、最小の厚さ（低さ）との差であり、厚さのばらつきを示す。
【０１３９】
はじめに、最大高低差の値が意味する撥液層１１Ｂの表面状態について説明する。上述したようにノズルプレート基材１１Ａのみの最大高低差は０．５ｎｍであり、例えば測定した試料のノズルプレート１１の最大高低差がＸｎｍである場合を考える。この測定値Ｘには、ノズルプレート基材１１Ａのみの最大高低差も加算されているので、ノズルプレート基材１１Ａの吐出面上に形成されている撥液層１１Ｂ自体の厚さのばらつきは、Ｘ−０．５〜Ｘ＋０．５ｎｍと見積もることができる。
【０１４０】
すなわち、ノズルプレート基材１１Ａのみの最大高低差が既知であれば、撥液層１１Ｂを形成したノズルプレート１１の吐出面の最大高低差を測定することで、ノズルプレート基材１１Ａのみの最大高低差分の厚さのばらつきを含んではいるが、撥液層１１Ｂ自体の厚さのばらつきを知ることができる。
【０１４１】
次に、図１０に示す試料Ａ〜Ｆの最大高低差と転落角との関係から、所望の転落角を有する撥液層１１Ｂを形成するために必要な撥液層１１Ｂの厚さのばらつきを見積もることができることを説明する。
【０１４２】
例えば、吐出面の転落角がＹ°であったときのノズルプレート１１の最大高低差の値を図１０のグラフから読み取った値がＸｎｍであるとする。このときの撥液層１１Ｂ自体の厚さばらつきはＸ−０．５〜Ｘ＋０．５ｎｍであると考えることができる。したがって、転落角がＹ°の撥液層１１Ｂを形成するためには、撥液層１１Ｂの厚さのばらつきが少なくともＸ−０．５ｎｍ以下であれば、転落角Ｙ°を実現することができると考えられる。
【０１４３】
なお、図１０に示すプロット点は、ノズルプレート１１の最大高低差の測定値であり、ノズルプレート基材１１Ａのみの最大高低差も含まれた値となっている。図１０はプロット点についてのプレート基材１１Ａのみの最大高低差（±０．５ｎｍ）をエラーバーＴA 〜ＴF として図示しているので、上記した転落角Ｙ°を実現するための撥液層１１Ｂの厚さのばらつき（Ｘ−０．５ｎｍ）の値はエラーバーの最下点に対応している。
【０１４４】
したがって、図１０に示すように、撥液層１１Ｂ自体の厚さばらつきが５ｎｍ以下である場合は、転落特性を有する（転落角＜９０°）撥液層１１Ｂを形成できる。さらに好ましくは厚さのばらつきを１．５ｎｍ以下とすることにより、転落角を４０°以下にでき、転落特性のより良好な撥液層１１Ｂを形成することが可能である。
【０１４５】
転落角は、小さいほどわずかな厚さのばらつきによって大きく左右される一方で、厚さのばらつきが５ｎｍ以上になってしまうと、厚さのばらつきに関わらず転落特性は完全に失われ、吐出面に付着したインク液滴２５が転落しなくなってしまう。
【０１４６】
転落しない試料Ｂ及びＤにおいて、５ｎｍ以上の突起のようなものが確認された。このような突起が存在する場合は、撥液層１１Ｂの厚さのばらつきが大きくなって、表面の均一性が失われ、転落特性が悪くなると考えられる。
【０１４７】
したがって、公知の方法を用いて撥液層１１Ｂ等を塗布してノズルプレート１１を形成した後、原子間力顕微鏡等を用いて撥液層１１Ｂの厚さのばらつきを測定し、厚さのばらつきが５ｎｍ又は１．５ｎｍ以下のノズルプレート１１のみを選択してインクジェットヘッド１０の製造を行えばよい。
【０１４８】
なお、本実施例１では、最大高低差を測定するために、原子間力顕微鏡による測定を行ったが、透過型電子顕微鏡による断面観察等によっても測定可能である。透過型電子顕微鏡を使用する場合には、薄片状の観察試料を生成する必要があるが、例えば、撥液層１１Ｂが形成されたノズルプレート基材１１Ａをエポキシ樹脂などに埋包した後に薄片状に切り出すことによって生成することができる。切断方法としては、集束イオンビーム（ＦＩＢ）法やダイアモンドナイフによるウルトラミクロトーム法等があり、ノズルプレート基材１１Ａや撥液層材料の種類により使用者が適宜選択すればよい。
【０１４９】
また、本実施例１では、試料の最大高低差の測定を容易にするため、ノズルプレート基材１１Ａとして熱酸化シリコン基板を用いたが、これに限定されるものではなく、５ｎｍ以下の厚さのばらつきの撥液層１１Ｂを形成すれば、同程度の転落特性を有するノズルプレート１１を形成することができる。
【０１５０】
以上のように、撥液層１１Ｂの厚さのばらつきを５ｎｍ以下に形成することによって、転落特性を向上でき、ワイピングによる新たな付着物４３の発生を抑制できるのでワイピング性能を向上でき、接触角、密着性を維持しつつ長期的に高い吐出精度を維持することができる。また、厚さのばらつきが１．５ｎｍ以下であればより付着物の発生を抑制できる。
【０１５１】
さらに、ワイピング時にゴムブレード３３に必要な押し当て圧力を小さくすることが可能であり、摩耗や擦傷といった問題が解決できるので、ノズルプレート１１のワイピングに対する耐久性が高められる。
【０１５２】
なお、本実施形態では、撥液層材料をノズルプレート基材の吐出面上に形成しているが、ノズルプレートに限らず、例えば、自動車用の窓ガラスや液晶ディスプレイ、光学レンズ表面などに対する表面処理用途に適用することも可能である。
【０１５３】
（実施例２）
次に、ノズルプレート１１の５つの試料を形成し、撥液層１１Ｂの平均の膜厚（厚さ）と撥液性、転落特性との関係についての試験を行った結果を図１１に示す。
【０１５４】
本実施例２において形成したノズルプレート１１の５つの試料は、実施例１で用いた同一のノズルプレート基材１１Ａ、撥液層材料を用い、実施例１の試料Ｆと同様に真空蒸着法により形成した。５つの試料における撥液層１１Ｂの平均の厚さは、０．５、１、２、４、６ｎｍである。なお、５つの試料は、撥液層１１Ｂの厚さのばらつきがほぼ同一のものを用いた。
【０１５５】
接触角は撥液層１１Ｂの平均の厚さが１ｎｍ以上であれば、１１３°以上と高い値が得られたが、０．５ｎｍでは接触角の劣化が見られた。これは、撥液層１１Ｂの厚さが薄すぎると、厚さのばらつきが生じ易く、また一部の撥液層１１Ｂがノズルプレート基材１１Ａと反応しない箇所が発生している可能性があるからである。
【０１５６】
一方、転落角については、撥液層１１Ｂの平均の厚さが４ｎｍ以上になると急激に大きくなり、転落特性が劣化し、平均の厚さが６ｎｍでは転落特性が消失する結果が得られた。これは、撥液層１１Ｂの平均の厚さが厚くなると、フッ素系シランカップリング剤同士が絡み合い、最も臨海表面エネルギの小さい末端部のＣＦ3 基が表面を被覆する割合が減少してしまうためであると考えられる。また、不規則にシロキサン（−Ｓｉ−Ｏ−）ネットワークが形成され、撥液層１１Ｂの厚さのばらつきが大きくなってしまうためであると考えられる。
【０１５７】
一方、撥液層１１Ｂの平均の厚さが１ｎｍ以下になると転落角が高くなる傾向が見られる。これは、撥液層１１Ｂの厚さがばらついていることや、撥液層１１Ｂがノズルプレート基材１１Ａの一部を被覆していない箇所があるためであると考えられる。
【０１５８】
なお、平均の厚さが５ｎｍであっても、図１１に示すように接触角および転落角が適切な範囲に含まれると考えられるが、転落角が９０°を超えてしまう可能性があるため４ｎｍ以下が適切であると考えられる。
【０１５９】
以上の結果から、撥液層１１Ｂの平均の厚さを１ｎｍ以上、４ｎｍ以下とすることによって、撥液性、転落特性ならびにノズルプレート基材１１Ａとの密着性が良好なノズルプレート１１を形成することができる。
【０１６０】
（実施例３）
次に本発明のノズルプレート１１について、密着層１１Ｃの平均の膜厚（厚さ）とノズル孔１２の加工精度との関係について行った試験結果を図１２に示す。
【０１６１】
ノズルプレート基材１１Ａは、宇部興産社製のユーピレックスＳ５０を用い、密着層１１Ｃの形成前に、中性洗剤による洗浄を行い、表面の油脂汚れを除去した後、洗剤成分が残留することのないよう純水を用いて十分に水洗したものを使用した。密着層材料としてシリコン酸化物（ＳｉＯ２）を用い、ＲＦスパッタにより密着層１１Ｃの平均の厚さが３、５、３０、１００ｎｍを有するノズルプレート１１の４つの試料を形成した。
【０１６２】
なお、各試料の撥液層１１Ｂは、真空蒸着法を用いて形成し、平均の厚さが２ｎｍである。また、形成工程において各試料の撥液層１１Ｂの厚さのばらつきが異なってしまうのを避けるため、撥液層１１Ｂの形成は、同一バッチで処理を行った。したがって、４つの試料は、ほぼ同一の厚さのばらつきである。
【０１６３】
撥液層１１Ｂを形成後、大気雰囲気中で１日以上放置する時間を設け、その後、エキシマレーザを用いてノズル孔１２を加工した。ノズル孔１２は、ノズルプレート基材１１Ａの撥液層１１Ｂが形成された面の裏面側から、波長２４８ｎｍ、照射パワー約０．６Ｊ／ｃｍ２で直径が約２０μｍの円形に加工した。
【０１６４】
図１２は、ノズルプレート１１の撥液層１１Ｂが形成された吐出面側におけるノズル孔１２周辺の観察写真を示す。観察写真は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて撮像した。図１２（Ａ）〜（Ｄ）は、密着層１１Ｃの平均の厚さが３，５，３０，１００ｎｍの各試料の観察写真である。
【０１６５】
図１２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、密着層１１Ｃの平均の厚さが３ｎｍ〜３０ｎｍである場合は、ノズル孔１２の形状に加工ムラが見られないが、図１２（Ｄ）に示すように、密着層１１Ｃの平均の厚さが１００ｎｍである場合は、ノズル孔１２のエッジ部にバリのような加工ムラが観察され、真円度が著しく低下したことが分かる。
【０１６６】
シリコン酸化物からなる密着層１１Ｃの平均の厚さが大きい場合は、エキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）では加工が困難であるからである。したがって、密着層１１Ｃの平均の厚さは極力薄くすべきであり、３０ｎｍ以下にすることで、ノズル孔１２を高精度に形成することができる。
【０１６７】
一方、密着層１１Ｃの平均の厚さが３ｎｍの場合は、加工ムラがないが、シリコン酸化物からなる密着層１１Ｃがポリイミドフィルムからなるノズルプレート基材１１Ａを完全に被覆できない。密着層１１Ｃの連続膜を形成するための条件は、ノズルプレート基材１１Ａの表面粗さと関係する。一般的に市販されているポリイミドフィルムの表面粗さは、概ね３ｎｍ以下であるので、５ｎｍ以上の膜厚があれば、連続膜を形成できると考えられる。
【０１６８】
したがって、ノズルプレート１１の吐出面の転落特性を高くするためには、密着層１１Ｃの平均の厚さを５ｎｍ以上に形成するべきであることがわかる。密着層１１Ｃの平均の厚さを５ｎｍ以上にすることで、ノズルプレート基材１１Ａを密着層１１Ｃで満遍なく被覆できるので、撥液層１１Ｂも満遍なく再現性よく形成することができる。
【０１６９】
以上の試験結果から、密着層１１Ｃの平均の厚さは、ノズル孔１２の加工精度の維持と、ノズルプレート１１の良好な転落特性とをともに満足させるべく、５ｎｍ以上３０ｎｍ以下に設定することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【０１７０】
【図１】この発明の実施形態に係るインクジェット装置の簡単な構成を示す説明図である。
【図２】インクジェットヘッドの構成を示す説明図である。
【図３】ノズルプレートの構成を示す断面図である。
【図４】フッ素系シランカップリング剤によって撥液化されたノズルプレート基材の表面構造を示す模式図である。
【図５】試料Ａ〜Ｆにおける接触角及び転落角の測定結果を示す図である。
【図６】転落角の違いによるワイピング性能の確認実験の結果を示す図である。
【図７】転落角の違いによるワイピング性能の確認実験の結果を示す図である。
【図８】転落角の違いによるワイピング性能の確認実験の結果を示す図である。
【図９】ワイピング時におけるインク及び付着物の状態を示す説明図である。
【図１０】試料Ａ〜Ｆの最大高低差と転落角との関係を示す図である。
【図１１】撥液層の平均の厚さと撥液性（接触角）および転落特性（転落角）との関係を示す図である。
【図１２】密着層の平均の厚さとノズル孔の加工精度との関係を示す図である。
【符号の説明】
【０１７１】
１０−インクジェットヘッド
１１−ノズルプレート
１１Ａ−ノズルプレート基材
１１Ｂ−撥液層
１１Ｃ−密着層
１２−ノズル孔
２０−インクジェット装置
【図１】
2007106024.tif 000003
【図２】
2007106024.tif 000004
【図３】
2007106024.tif 000005
【図４】
2007106024.tif 000006
【図５】
2007106024.tif 000007
【図６】
2007106024.tif 000008
【図７】
2007106024.tif 000009
【図８】
2007106024.tif 000010
【図９】
2007106024.tif 000011
【図１０】
2007106024.tif 000012
【図１１】
2007106024.tif 000013
【図１２】
2007106024.tif 000014