(57)【要約】【課題】ＳｉＯ2被膜とフッ素系撥水被膜との密着性を高めて耐ワイピング性能を向上できるノズルプレート、このノズルプレートを有する液滴吐出ヘッド、及び、この液滴吐出ヘッドを有する液滴吐出装置を提供する。【解決手段】ノズル板４３は、ノズルプレート１２１と、被膜積層体１２５と、を有している。この被膜積層体１２５は、ＳｉＯ2薄膜層１２２とフッ素系撥水層１２３とを順次重ねて形成されており、さらに、当該被膜積層体１２５に内包されるとともにＳｉＯ2薄膜層１２２とフッ素系撥水層１２３とにまたがるように配置された多数のＳｉＯ2粒子１２４が設けられている。【選択図】図１
2012166366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板状の金属で構成されたプレート基材と、前記プレート基材の表面に酸化ケイ素で構成されたＳｉＯ2被膜とフッ素系撥水材料で構成されたフッ素系撥水被膜とを順次重ねて形成された被膜積層体と、を有するノズルプレートにおいて、
前記被膜積層体には、当該被膜積層体に内包されるとともに前記ＳｉＯ2被膜と前記フッ素系撥水被膜とにまたがるように配置された多数の酸化金属粒が設けられていることを特徴とするノズルプレート。
【請求項２】
前記酸化金属粒が、前記プレート基材の表面に突き刺されて設けられてい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】
前記酸化金属粒が、酸化ケイ素、又は、酸化アルミニウムで構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のノズルプレート。
【請求項４】
前記プレート基材の表面には、オレンジピールが形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のノズルプレート。
【請求項５】
液滴を吐出するノズルを有するノズルプレートと、前記ノズルが連通する液室と、を有する、前記液室の容積を変化させて前記ノズルから液滴を吐出させる、液滴吐出ヘッドにおいて、
前記ノズルプレートが、請求項１〜４のいずれか一項に記載のノズルプレートで構成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
液滴吐出ヘッドを有する液滴吐出装置において、
前記液滴吐出ヘッドが、請求項５に記載の液滴吐出ヘッドで構成されていることを特徴とする液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴を吐出するノズルプレート、前記ノズルプレートを有する液滴吐出ヘッド、及び、前記液滴吐出ヘッドを有する液滴吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、複写機、複合機等の画像形成装置に用いられるインクジェットヘッドにおいては、ノズルからインク滴（液滴）を吐出させて記録を行うため、ノズルの形状、精度がインク滴の噴射特性に大きな影響を与える。また、ノズル孔を形成しているノズル形成部材の表面の特性もインク滴の噴射特性に影響を与えることが知られている。例えば、ノズル形成部材表面のノズル孔周辺部にインクが付着して不均一なインクだまりが発生すると、インク滴の吐出方向が曲げられたり、インク滴の大きさにバラツキが生じたり、インク滴の飛翔速度が不安定になる等の不都合が生じることが知られている。そこで、インクジェットヘッドにおいては、ノズルの吐出側表面に撥水層（撥インク層）を形成して撥水性（撥インク性）を持たせ、ノズル形成部材の表面の均一性を高め、インク滴の飛翔特性の安定化を図るようにすることが必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、樹脂材料をノズル形成部材として使用する場合、撥水層を樹脂材料の表面に形成することになるが、樹脂材料と撥水剤（撥インク剤）との密着性が悪いという問題があった。すなわち、塗布後の初期には撥水性は得られているが、ノズル形成部材表面やノズル開口部に付着したインク滴やゴミ等の除去のために行われるワイピングによって表面が擦られるため、密着性が十分でない分、徐々に撥水層の剥がれが発生し、撥水性が劣化してしまうという問題があった。
【０００４】
上述のような問題を解決するために、例えば、特許文献１に開示されたノズル形成部材は、熱硬化性ポリイミドなどの有機樹脂部材とコバール材などの高剛性部材とを熱可塑性ポリイミド接着剤で接合し、有機樹脂部材の表面に有機物系の微粒子を含む微粒子層と撥水層とを順次積層して形成されることにより、有機樹脂部材の表面に微粒子層を介して撥水層を形成して、密着性を高めて耐ワイピング性能を高めていた。しかしながら、このような構成においては、微粒子層内の微粒子の均一分布の制御が難しいので、ノズル形成部材と撥水層との密着性を十分に得ることが難しく、また、微粒子層を形成するために、アンダーコートなどの工程が必要になり、製造コストが高くなってしまうという問題があった。
【０００５】
そこで、特許文献２に開示されたノズル形成部材は、樹脂部材と高剛性部材とを熱可塑性接着剤で接合し、樹脂部材の表面にＳｉＯ2薄膜層とフッ素系撥水層とを順次積層して形成されることにより、上記微粒子層を不要とするものであったが、ＳｉＯ2薄膜層とフッ素系撥水層との密着性が十分に得られず、そのため、十分な耐ワイピング性能を得ることができず、上述した撥水性が劣化してしまうという問題を十分に解決するものではなかった。
【０００６】
本発明は、上記課題に係る問題を解決することを目的としている。即ち、本発明は、ＳｉＯ2被膜とフッ素系撥水被膜との密着性を高めて耐ワイピング性能を向上できるノズルプレート、このノズルプレートを有する液滴吐出ヘッド、及び、この液滴吐出ヘッドを有する液滴吐出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
インクジェットヘッドに用いられるノズルプレートは、その表面の研磨方法として、例えば、テープ研磨や電解研磨などが一般的に用いられており、微粒子を含む研磨剤を用いた研磨方法は、表面に研磨剤が残留してコンタミネーションが生じてしまうので、従来用いられることがなかった。また、表面の研磨に伴って微細凹凸（オレンジピール）が生じてしまったノズルプレートは、従来不良品と判定されていた。
【０００８】
そして、本発明者らは、従来、回避されていた上記研磨剤の残留及びオレンジピールに着目して、鋭意検討を重ねた結果、これらを積極的に利用することにより、ノズルプレートの撥水層の密着性を向上できることを見出し、本発明に至った。
【０００９】
請求項１に記載された発明は、上記目的を達成するために、薄板状の金属で構成されたプレート基材と、前記プレート基材の表面に酸化ケイ素で構成されたＳｉＯ2被膜とフッ素系撥水材料で構成されたフッ素系撥水被膜とを順次重ねて形成された被膜積層体と、を有するノズルプレートにおいて、前記被膜積層体には、当該被膜積層体に内包されるとともに前記ＳｉＯ2被膜と前記フッ素系撥水被膜とにまたがるように配置された多数の酸化金属粒が設けられていることを特徴とするノズルプレートである。
【００１０】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記酸化金属粒が、前記プレート基材の表面に突き刺されて設けられていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３に記載された発明は、請求項１又は２に記載された発明において、前記酸化金属粒が、酸化ケイ素、又は、酸化アルミニウムで構成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４に記載された発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載された発明において、前記プレート基材の表面には、オレンジピールが形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項５に記載された発明は、上記目的を達成するために、液滴を吐出するノズルを有するノズルプレートと、前記ノズルが連通する液室と、を有する、前記液室の容積を変化させて前記ノズルから液滴を吐出させる、液滴吐出ヘッドにおいて、前記ノズルプレートが、請求項１〜４のいずれか一項に記載のノズルプレートで構成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッドである。
【００１４】
請求項６に記載された発明は、上記目的を達成するために、液滴吐出ヘッドを有する液滴吐出装置において、前記液滴吐出ヘッドが、請求項５に記載の液滴吐出ヘッドで構成されていることを特徴とする液滴吐出装置である。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載された発明によれば、酸化ケイ素で構成されたＳｉＯ2被膜とフッ素系撥水材料で構成されたフッ素系撥水被膜とを順次重ねて形成された被膜積層体には、当該被膜積層体に内包されるとともにＳｉＯ2被膜とフッ素系撥水被膜とにまたがるように配置された多数の酸化金属粒が設けられているので、これら多数の酸化金属粒が鎹（かすがい）となって、ＳｉＯ2被膜とフッ素系撥水被膜とを強固に密着させ、そのため、ＳｉＯ2被膜とフッ素系撥水被膜との密着性を高めることができ、耐ワイピング性能を向上できる。
【００１６】
請求項２に記載された発明によれば、酸化金属粒が、プレート基材の表面に突き刺されて設けられているので、酸化金属粒が錨（いかり）となって、プレート基材と被膜積層体とを強固に密着させて、プレート基材と被膜積層体との密着性を高めることができ、耐ワイピング性能をさらに向上できる。
【００１７】
請求項３に記載された発明によれば、酸化金属粒が、酸化ケイ素、又は、酸化アルミニウムで構成されているので、酸化ケイ素、又は、酸化アルミニウムはフッ素系撥水材料との結合性がよく、そのため、ＳｉＯ2被膜とフッ素系撥水被膜とをより強固に密着させることができる。
【００１８】
請求項４に記載された発明によれば、被膜積層体が重ねられるプレート基材の表面には、オレンジピール、即ち、微細凹凸が設けられているので、プレート基材表面が極めて平坦な場合に比べて、プレート基材表面の微細凹凸と被膜積層体とが噛み合い、そのため、プレート基材と被膜積層体とをより強固に密着させることができる。
【００１９】
請求項５に記載された発明によれば、液滴吐出ヘッドが有するノズルプレートが、請求項１〜４のいずれか一項に記載のノズルプレートで構成されているので、ノズルプレートにおける耐ワイピング性能を向上でき、耐久性を高めることができる。
【００２０】
請求項６に記載された発明によれば、液滴吐出装置が有する液滴吐出ヘッドが、請求項５に記載の液滴吐出ヘッドで構成されているので、液滴吐出ヘッドのノズルプレートの耐ワイピング性能を向上でき、耐久性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のノズルプレートの一実施形態であるノズル板を模式的に示す断面図である。
【図２】図１のノズル板を構成するプレート基材表面の粗さのプロファイルの一例を示すグラフである。
【図３】図１のノズル板を構成するプレート基材の研磨加工に用いられる平面研磨機の一部を模式的に示す図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は、図１のノズル板の製造工程を模式的に示した図である。
【図５】図１のノズル板を製造する際に使用する装置について概要を示す図である。
【図６】本発明に係る液滴吐出装置の一実施形態であるインクジェット記録装置の機構部の概略斜視図である。
【図７】図６に示したインクジェット記録装置の機構部の側面図である。
【図８】図６に示したインクジェットヘッドの分解斜視図である。
【図９】図６に示したインクジェットヘッドの振動板長手方向に沿う断面図である。
【図１０】図６に示したインクジェットヘッドの振動板長手方向に沿う要部断面図である。
【図１１】図６に示したインクジェットヘッドの振動板短手方向に沿う要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係るノズルプレートの一実施形態であるノズル板４３について、図１〜図５を参照して説明する。
【００２３】
ノズル板４３は、図１に模式的に示すように、プレート基材１２１と、ＳｉＯ2薄膜層１２２、フッ素系撥水層１２３、及び、多数のＳｉＯ2粒子１２４を有する被膜積層体１２５と、を有して構成されている。
【００２４】
プレート基材１２１は、例えば、ステンレスやニッケルなどの金属を薄板状に延ばし、帯状に打ち抜いて形成されている。本実施形態では、プレート基材１２１を、ステンレスＳＵＳ３１６Ｌを用いて、縦１８０ｍｍ、横１３５ｍｍ、厚み０．０５ｍｍの薄帯板形状に形成している。勿論、このようなプレート基材１２１の形状は一例であって、本発明の目的に反しない限り、プレート基材の形状は任意である。
【００２５】
このプレート基材１２１は、その表面１２１ａに対して後述する研磨加工を行うことにより、微細凹凸、即ち、オレンジピール１３５が形成されている。このオレンジピール１３５とは、研磨加工により加工対象物表面に生じた丸みを帯びた無数の波状の凹凸のことであり、本実施形態においては、表面最大粗さが０．１２μｍＲｔ程度である。図２にオレンジピール１３５が生じたプレート基材１２１の表面１２１ａにおける粗さのプロファイルの一例を示す。後述するように、プレート基材１２１は図３の平面研磨機を用いて研磨加工が施されるため、加工中にプレート基材１２１の片あたりは生じにくく、プレート基材全面にオレンジピールが発生することとなる。オレンジピールと呼ばれる微細凹凸の周期や幅などは研磨加工条件に大きく依存する。図２に示されているように、本実施形態において、微細凹凸の周期としては、１００μｍ〜５００μｍである。
【００２６】
プレート基材１２１の表面１２１ａは、図３に一部を模式的に示す平面研磨機を用いて研磨加工が施される。本実施形態では、平均粒径１００ｎｍのＳｉＯ2粒子を含む研磨剤を表面１２１ａ上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１２１ａに当接させ、研磨パッドを回転させ、さらに、プレート基材１２１も回転させて、平坦化研磨を実施したのち、余分な研磨剤を洗浄除去する。オレンジピールを発生させるために、研磨圧力は重要である。プレート基材１２１であるＳＵＳ３１６Ｌの場合、研磨圧力を高くすれば、よりオレンジピールが発生しやすいが、材料自体が伸びやすいため、本実施形態では、研磨圧力を７ｋＰａに設定した。この研磨加工を行うことで、表面１２１ａにオレンジピール１３５が形成されると共に、研磨剤に含まれるＳｉＯ2粒子の一部が表面１２１ａ上に残留する。この残留した多数のＳｉＯ2粒子が、被膜積層体１２５を構成する酸化金属粒としてのＳｉＯ2粒子１２４となる。ＳｉＯ2粒子１２４は、研磨加工時に上方から表面１２１ａに向けて圧力をかけられるので、表面１２１ａにその一部を突き刺されて、つまり、ＳｉＯ2粒子１２４の一部が埋没されて、表面１２１ａ上に存在している。研磨剤としては、ＳｉＯ2粒子以外にも、アルミナ（酸化アルミニウム）粒子など酸化金属粒を含むものであれば、本発明の目的に反しない限り、研磨剤の種類は任意である。
【００２７】
ＳｉＯ2薄膜層１２２は、請求項中のＳｉＯ2被膜に相当し、プレート基材１２１の表面１２１ａに重ねて形成されている。ＳｉＯ2薄膜層１２２は、真空チャンバ内でのスパッタリングによって、プレート基材１２１の表面１２１ａ上にＳｉ膜を形成したあと、Ｓｉ膜の表面にＯ2イオンを当てることで形成している。ＳｉＯ2薄膜層１２２の膜厚は、数Å〜１０００Å程度が適しており、本実施形態では、８０ｎｍ（８００Å）に形成している。これにより、ＳｉＯ2薄膜層１２２が形成されると、平均粒径１００ｎｍのＳｉＯ2粒子１２４の一部（図１において上部分）が、ＳｉＯ2薄膜層１２２より突き出した状態となる。
【００２８】
フッ素系撥水層１２３は、請求項中のフッ素系撥水材料層に相当し、例えば、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フッ素非晶質化合物などのフッ素系撥水材料を、ＳｉＯ2薄膜層１２２の表面に重ねて形成している。本実施形態では、「オプツールＤＳＸ」（ダイキン工業製）を用いた（「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）。フッ素系撥水層１２３は、スピンコータ、ロールコータ、スクリーン印刷、スプレーコータなどの塗布方法により、ＳｉＯ2薄膜層１２２の表面に塗布形成することも可能であるが、真空蒸着で成膜することにより、ＳｉＯ2薄膜層１２２との密着性をより向上させることができる。フッ素系撥水層１２３は、ＳｉＯ2薄膜層１２２を形成した後、引き続き真空チャンバ内で真空蒸着を行うことで、ＳｉＯ2薄膜層１２２とフッ素系撥水層１２３との密着性をより高めることができる。本実施形態において、フッ素系撥水層１２３は、ＳｉＯ2薄膜層１２２より突き出したＳｉＯ2粒子１２４の上記一部を完全に覆うように、膜厚が５０ｎｍに形成されている。つまり、ＳｉＯ2粒子１２４は、当該被膜積層体１２５に内包されるとともに前記ＳｉＯ2薄膜層１２２とフッ素系撥水層１２３とにまたがるように配置されている。
【００２９】
このノズル板４３の被膜積層体１２５では、ＳｉＯ2粒子１２４が、ＳｉＯ2薄膜層１２２とフッ素系撥水層１２３とにまたがって配置されているので、ＳｉＯ2粒子１２４が、これら両層を強固に結びつける鎹（かすがい）のように機能する。また、ＳｉＯ2粒子１２４が、被膜積層体１２５に内包されているので、表面の平坦性を確保できる。
【００３０】
さらに、ＳｉＯ2粒子１２４が、プレート基材１２１の表面１２１ａにその一部を突き刺されて設けられているので、ＳｉＯ2粒子１２４が、被膜積層体１２５を表面１２１ａに強固に結びつける錨（いかり）のように機能する。
【００３１】
さらに、プレート基材１２１の表面１２１ａにオレンジピール１３５が設けられているので、ＳｉＯ2薄膜層１２２はオレンジピール１３５内に入り込み、プレート基材１２１とＳｉＯ2薄膜層１２２とが互いに噛み合って密着される。
【００３２】
上述したノズル板４３の製造方法について、ノズル板製造工程を模式的に示した図４（ａ）〜（ｅ）を参照して説明する。
【００３３】
図４（ａ）に示すように、プレート基材１２１となるＳＵＳ３１６を圧延機で所望の厚みとなるように薄く引き延ばした後、図４（ｂ）に示すように、プレス加工によって所定の箇所にノズル孔４４の半抜き形状を形成する。このプレス加工では、先端径φ２２μｍの円柱形状のポンチを用いた。そして、図４（ｃ）に示すように、図３の平面研磨機を用いてプレート基材１２１の表面１２１ａを研磨加工して、プレート基材１２１を貫通するノズル孔４４を形成する。またこの研磨加工により、プレート基材１２１の表面１２１ａには、オレンジピール１３５が形成されるとともに研磨剤に含まれるＳｉＯ2粒子１２４が表面１２１ａに突き刺された状態で残留する。
【００３４】
そして、図４（ｄ）に示すように、プレート基材１２１の表面１２１ａ上にＳｉＯ2薄膜層１２２を形成する。このＳｉＯ2薄膜層１２２の形成は真空チャンバ内で行われるスパッタリング工法が適しており、ここでは８０ｎｍの厚みに形成している。ＳｉＯ2薄膜層１２２の厚みを８０ｎｍにすることによって、表面１２１ａに残留した平均粒径１００ｎｍのＳｉＯ2粒子が、その一部をＳｉＯ2薄膜層１２２から突き出した状態となる。ここで、スパッタリングの方法としては、Ｓｉをスパッタした後、Ｓｉ表面にＯ2イオンを当てることでＳｉＯ2膜を形成する方法を用いることが、ＳｉＯ2膜のプレート基材１２１への密着力が向上すると共に、均質で緻密な膜が得られ、撥水膜のワイピング耐久性向上により効果的である。
【００３５】
そして、図４（ｅ）に示すように、ＳｉＯ2薄膜層１２２上にフッ素系撥水層１２３を形成する。このフッ素系撥水層１２３は、フッ素系撥水材料を真空蒸着して成膜する方法が撥水膜の密着性を向上させることにつながるので、より効果的である。また、その真空蒸着は、図４（ｄ）でのＳｉＯ2薄膜層１２２を形成した後、そのまま真空チャンバ内で実施することでさらに良い効果が得られることもわかった。すなわち、従来は、ＳｉＯ2薄膜層１２２を形成後、一旦真空チャンバからワークを取り出すと、不純物などが表面に付着することにより密着性が損なわれるものと考えられる。なお、フッ素系撥水材料については、いろいろな材料が知られているが、ここでは、フッ素非晶質化合物としてパーフルオロポリオキセタンまたは変形パーフルオロポリオキセタンまたは双方の混合物を使用することで、インクに対する必要な撥水性を得ることができる。フッ素系撥水材料をＳｉＯ2薄膜層１２２上に蒸着したあとに空中放置することで、フッ素系撥水材料とＳｉＯ2薄膜層１２２とが、空気中の水分を仲介として化学的結合をし、フッ素系撥水層１２３が形成される。このようにして、ノズル板４３が製造される。
【００３６】
図５は、ノズル板を製造する際に使用する装置について概要を示す図で、この装置２００は、ＵＳＡのＯＣＬＩ（ＯＰＴＩＣＡＬ  ＣＯＡＴＩＮＧ  ＬＡＢＯＲＡＴＯＲＹ  ＩＮＣ．）が開発した、「メタモードプロセス」と呼ばれる工法を装置化したものであり、上記ノズル板の製造以外にも、ディスプレイなどの反射防止・防汚膜の作製に使用されている。図にあるように、ドラム２０１の周囲４個所にステーションであるＳｉスパッタ２０２、Ｏ2イオンガン２０３、Ｎｂスパッタ２０４、オプツール蒸着２０５が配置されて、全体が真空引きできるチャンバの中にある。先ずＳｉスパッタ２０２によりＳｉをスパッタし、その後、Ｏ2イオンガン２０３によりＯ2イオンをＳｉに当ててＳｉＯ2とする。そのあとＮｂスパッタ２０４、オプツール蒸着２０５でＮｂ、オプツールＤＳＸを適宜蒸着する。反射防止膜の場合は、ＮｂとＳｉＯ2を所定の厚さで必要層数重ねた後蒸着することになる。本発明の場合は、反射防止膜の機能は必要ないので、Ｎｂは不要でＳｉＯ2、オプツールＤＳＸを１層ずつつければ良い。この装置を使用することで、上述したように、ＳｉＯ2薄膜層１２２を形成した後、そのまま真空チャンバ内でオプツールＤＳＸの真空蒸着を実施するのが可能となる。
【００３７】
以上より、本発明によれば、ＳｉＯ2薄膜層１２２とフッ素系撥水層１２３とを順次重ねて形成された被膜積層体１２５には、当該被膜積層体１２５に内包されるとともにＳｉＯ2薄膜層１２２とフッ素系撥水層１２３とにまたがるように配置された多数のＳｉＯ2粒子１２４が設けられているので、これら多数のＳｉＯ2粒子１２４が鎹（かすがい）となって、ＳｉＯ2薄膜層１２２とフッ素系撥水層１２３とを強固に密着させ、そのため、ＳｉＯ2薄膜層１２２とフッ素系撥水層１２３との密着性（接合強度又は剥がれにくさともいう）を高めることができ、耐ワイピング性能を向上できる。また、ＳｉＯ2粒子１２４が、被膜積層体１２５に内包されているので、表面の平坦性を確保できる。
【００３８】
また、ＳｉＯ2粒子１２４が、プレート基材１２１の表面に突き刺して設けられているので、ＳｉＯ2粒子１２４が錨（いかり）となって、プレート基材１２１と被膜積層体１２５とを強固に密着させて、プレート基材１２１と被膜積層体１２５との密着性を高めることができ、耐ワイピング性能をさらに向上できる。
【００３９】
また、ＳｉＯ2粒子１２４は、フッ素系撥水材料との結合性がよく、そのため、ＳｉＯ2薄膜層１２２とフッ素系撥水層１２３とをより強固に密着させることができる。
【００４０】
また、被膜積層体１２５が重ねられるプレート基材１２１の表面１２１ａには、オレンジピール１３５（即ち、微細凹凸）が設けられているので、プレート基材表面１２１ａが極めて平坦な場合に比べて、プレート基材表面１２１ａのオレンジピール１３５と被膜積層体１２５とが噛み合い、そのため、プレート基材１２１と被膜積層体１２５とをより強固に密着させることができる。
【００４１】
次に、本発明の液滴吐出装置の一実施形態であるインクジェット記録装置について図６、図７を参照して説明する。図６は、インクジェット記録装置の機構部の概略斜視図、図７は、同機構部の側面図である。
【００４２】
図６、図７に示すインクジェット記録装置１は、その内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへのインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部２等を収納し、給紙カセット４或いは手差しトレイ５から給送される用紙３を取り込み、印字機構部２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ６に排紙する。
【００４３】
印字機構部２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド１１と従ガイドロッド１２とでキャリッジ１３を主走査方向（図７で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ１３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴（液滴）を吐出するインクジェットヘッドからなるインクジェットヘッド１４をインク滴吐出方向を下方に向けて装着し、キャリッジ１３の上側にはインクジェットヘッド１４に各色のインクを供給するための各インクタンク（インクカートリッジ）１５を交換可能に装着している。
【００４４】
インクカートリッジ１５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッド１４へインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッド１４へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。このインクカートリッジ１５からインクをインクジェットヘッド１４内に供給する。
【００４５】
ここで、キャリッジ１３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１１に摺動自在に装着し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド１２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１７で回転駆動される駆動プーリ１８と従動プーリ１９との間にタイミングベルト２０を張装し、このタイミングベルト２０をキャリッジ１３に固定しており、主走査モータ１７の正逆回転によりキャリッジ１３が往復駆動される。
【００４６】
また、記録ヘッドとしてここでは各色のインクジェットヘッド１４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のインクジェットヘッドでもよい。さらに、インクジェットヘッド１４としては、後述するように、インク流路の壁面の少なくとも一部を形成する振動板とこれに対向する電極とを備え、静電力で振動板を変形変位させてインクを加圧する静電型インクジェットヘッドを用いている。
【００４７】
一方、給紙カセット４にセットした用紙３をインクジェットヘッド１４の下方側に搬送するために、給紙カセット４から用紙３を分離給装する給紙ローラ２１及びフリクションパッド２２と、用紙３を案内するガイド部材２３と、給紙された用紙３を反転させて搬送する搬送ローラ２４と、この搬送ローラ２４の周面に押し付けられる搬送コロ２５、及び、搬送ローラ２４からの用紙３の送り出し角度を規定する先端コロ２６とを設けている。搬送ローラ２４は副走査モータ２７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００４８】
そして、キャリッジ１３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ２４から送り出された用紙３をインクジェットヘッド１４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材２９を設けている。この印写受け部材２９の用紙搬送方向下流側には、用紙３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ３１、拍車３２を設け、さらに、用紙３を排紙トレイ６に送り出す排紙ローラ３３及び拍車３４と、排紙経路を形成するガイド部材３５、３６とを配設している。
【００４９】
記録時には、キャリッジ１３を移動させながら画像信号に応じてインクジェットヘッド１４を駆動することにより、停止している用紙３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙３を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙３を排紙する。
【００５０】
また、キャリッジ１３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、インクジェットヘッド１４の吐出不良を回復するための回復装置３７を配置している。回復装置３７は、キャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ１３は印字待機中にはこの回復装置３７側に移動されてキャッピング手段でインクジェットヘッド１４をキャッピングされ、吐出口部（ノズル孔）を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出する（パージする）ことにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【００５１】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でインクジェットヘッド１４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等をクリーニング手段により除去し吐出不良を回復する。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【００５２】
次に、本発明の液滴吐出ヘッドの一実施形態であるインクジェットヘッドについて図８〜図１１を参照して説明する。ここで、図８は、図６に示したインクジェットヘッドの分解斜視図、図９は、同ヘッドの振動板長手方向に沿う断面図、図１０は、同ヘッドの振動板長手方向に沿う要部断面図、図１１は、同ヘッドの振動板短手方向に沿う要部断面図である。
【００５３】
図６に示したインクジェット記録装置１のヘッド１４を構成するインクジェットヘッド４０は、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板、ＳＯＩ基板などのシリコン基板等を用いた第一基板である流路基板４１と、この流路基板４１の下側に設けたシリコン基板、パイレックス（登録商標）ガラス基板、セラミックス基板等を用いた第二基板である電極基板４２と、流路基板４１の上側に設けた第三基板である上述したノズル板４３とを備え、複数のインク滴を吐出するノズル孔４４、各ノズル孔４４が連通するインク流路である加圧室４６、各加圧室４６にインク供給路を兼ねた流体抵抗部４７を介して連通する共通液室流路４８などを形成している。図８〜図１１において、インクジェットヘッド４０は、ノズル板４３を図中上方に向けて配置されているが、上述したインクジェット記録装置１の内部に組み付けられたときは、ノズル板４３を下方に向けて配置される。
【００５４】
流路基板４１には加圧室４６及びこの加圧室４６の壁面である底部をなす第１電極を兼ねた振動板５０を形成する凹部を形成し、ノズル板４３には流体抵抗部４７を形成する溝を形成し、また流路基板４１と電極基板４２には共通液室流路４８を形成する貫通部を形成している。
【００５５】
ここで、流路基板４１は、例えば、単結晶シリコン基板を用いた場合、振動板の厚さに予めボロンを注入してエッチングストップ層となる高濃度ボロン層を形成し、電極基板４２と接合した後、加圧室４６となる凹部をＫＯＨ水溶液などのエッチング液を用いて異方性エッチングすることにより、高濃度ボロン層がエッチングストップ層となって振動板５０が高精度に形成される。また、多結晶シリコン基板で振動板５０を形成する場合は、液室基板上に振動板となる多結晶シリコン薄膜を形成する方法、または、予め電極基板４２を犠牲材料で平坦化し、その上に多結晶シリコン薄膜を成膜した後、犠牲材料を除去する方法で形成できる。
【００５６】
なお、振動板５０に別途電極膜を形成してもよいが、ここでは、上述したように、不純物の拡散などによって振動板が電極を兼ねるようにしている。また、振動板５０の電極基板４２側の面に絶縁膜を形成することもできる。この絶縁膜としてはＳｉＯ2等の酸化膜系絶縁膜、Ｓｉ3Ｎ4等の窒化膜系絶縁膜などを用いることができる。絶縁膜の成膜は、振動板表面を熱酸化して酸化膜を形成したり、成膜手法を用いたりすることができる。
【００５７】
さらに、この流路基板４１には共通電極を設けている。この共通電極は、Ａｌ等の金属をスパッタしてシンタリング（熱拡散）することにより付設しており、流路基板４１との導通を確保して、半導体基板よりなる流路基板４１とオーミックコンタクトを取っている。
【００５８】
また、電極基板４２には酸化膜層４２ａを形成し、この酸化膜層４２ａの部分に凹部５４を形成して、この凹部５４の底面に振動板５０に対向する第２電極である電極５５を設け、振動板５０と電極５５との間に所定のギャップ５６（ここでは、ギャップ０.２μｍとしている）を形成し、これらの振動板５０と電極５５とによってアクチュエータ部を構成している。なお、電極５５の表面にはＳｉＯ2膜などの酸化膜系絶縁膜、Ｓｉ3Ｎ4膜などの窒化膜系絶縁膜からなる電極保護膜５７を成膜しているが、電極５５の表面に電極保護膜５７を形成しないで、振動板５０の側に絶縁膜を形成することもできる。
【００５９】
これらの流路基板４１と電極基板４２との接合は、接着剤による接合も可能であるが、より信頼性の高い物理的な接合、例えば、電極基板４２がシリコンで形成される場合、酸化膜を介した直接接合法を用いることができる。この直接接合は１０００℃程度の高温下で実施する。また、電極基板４２がガラスの場合、陽極接合を行うことができる。電極基板４２をシリコンで形成して、陽極接合を行う場合には、電極基板４２と流路基板４１との間にパイレックス（登録商標）ガラスを成膜し、この膜を介して陽極接合を行うこともできる。さらに、流路基板４１と電極基板４２にシリコン基板を使用して金等のバインダーを接合面に介在させた共晶接合で接合することもできる。
【００６０】
また、電極基板４２の電極５５としては、通常、半導体素子の形成プロセスで一般的に用いられるＡｌ、Ｃｒ、Ｎｉ等の金属材料や、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ等の高融点金属、または不純物により低抵抗化した多結晶シリコン材料などを用いることができる。電極基板４２をシリコンウエハで形成する場合には、電極基板４２と電極５５との間には絶縁層（上述した酸化膜層４２ａ）を形成する必要がある。電極基板４２にガラス等の絶縁性材料を用いる場合には電極５５との間に絶縁層を形成する必要はない。
【００６１】
また、電極基板４２にシリコン基板を用いる場合、電極５５としては、不純物拡散領域を用いることができる。この場合、拡散に用いる不純物は基板シリコンの導電型と反対の導電型を示す不純物を用い、拡散領域周辺にｐｎ接合を形成し、電極５５と電極基板４２とを電気的に絶縁する。
【００６２】
ノズル板４３は多数のノズル孔４４を二列配置して形成したものであり、吐出面（図８〜図１１において上方を向く面）には撥水処理を施している。このノズル板４３は、上述したように複層部材からなる。このノズル板４３は流路基板４１に接着剤にて接合している。
【００６３】
このように、このインクジェットヘッド４０ではノズル孔４４を二列配置し、この各ノズル孔４４に対応して加圧室４６、振動板５０、電極５５なども二列配置し、各ノズル列の中央部に共通液室流路４８を配置して、左右の加圧室４６にインクを供給する構成を採用している。これにより、簡単なヘッド構成で多数のノズルを有するマルチノズルヘッドを構成することができる。
【００６４】
そして、インクジェットヘッド４０の電極５５は外部に延設して接続部（電極パッド部）５５ａとし、これにヘッド駆動回路であるドライバＩＣ６０を搭載したＦＰＣケーブル６１を異方性導電膜などを介して接続している。このとき、電極基板４２とノズル板４３との間は、図９に示すように、エポキシ樹脂等の接着剤を用いたギャップ封止剤６２にて気密封止している。
【００６５】
さらに、インクジェットヘッド４０全体をフレーム部材６５上に接着剤で接合している。このフレーム部材６５にはインクジェットヘッド４０の共通液室流路４８に外部からインクを供給するためのインク供給穴６６を形成しており、また、ＦＰＣケーブル６１等はフレーム部材６５に形成した穴部６７に収納される。
【００６６】
このフレーム部材６５とノズル板４３との間は、図９に示すように、エポキシ樹脂等の接着剤を用いたギャップ封止剤６８にて封止し、撥水性を有するノズル板４３の吐出面等のインクが電極基板４２やＦＰＣケーブル６１等に回り込むことを防止している。
【００６７】
そして、このインクジェットヘッド４０のフレーム部材６５にはインクカートリッジ１５とのジョイント部材７０が連結されて、フィルタ７１を介してインクカートリッジ１５からインク供給穴６６を通じて共通液室流路４８にインクが供給される。
【００６８】
このインクジェットヘッド４０においては、振動板５０を共通電極とし、電極５５を個別電極として、振動板５０と電極５５との間に駆動電圧を印加することによって、振動板５０と電極５５との間に発生する静電力によって振動板５０が電極５５側に変形変位し、この状態から振動板５０と電極５５との間の電荷を放電させることによって振動板５０が復帰変形して、加圧室４６の内容積（体積）／圧力が変化することによって、ノズル孔４４からインク滴が吐出される。加圧室４６は、請求項中の液室に相当する。
【００６９】
すなわち、個別電極とする電極５５にパルス電圧を印加すると、共通電極となる振動板５０との間に電位差が生じて、個別電極５５と振動板５０の間に静電力が生じる。この結果、振動板５０は印加した電圧の大きさに応じて変位する。その後、印加したパルス電圧を立ち下げることで、振動板５０の変位が復元して、その復元力により加圧室４６内の圧力が高くなり、ノズル孔４４からインク滴が吐出される。
【００７０】
以上より、本発明によれば、インクジェットヘッド４０が、上述したノズル板４３を有するので、ノズル板４３における耐ワイピング性能を向上でき、耐久性を高めることができる。
【００７１】
また、インクジェット記録装置１が、上述したインクジェットヘッド４０を有するので、インクジェットヘッド４０のノズル板４３の耐ワイピング性能を向上でき、耐久性を高めることができる。
【００７２】
上述した実施形態は、インクジェット記録装置、このインクジェット記録装置が有するインクジェットヘッド、及び、このインクジェットヘッドが有するノズル板について説明するものであったが、これに限定されるものではない。例えば、ＤＮＡの試料やプリント基板製造などに用いられる液体レジストなどを液滴として吐出する液滴吐出装置、この液滴吐出装置が有する液滴吐出ヘッド、及び、この液滴吐出ヘッドが有するノズルプレートなどであってもよく、本発明の目的に反しない限り、本発明を適用する装置及び技術分野等は任意である。
【００７３】
なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１    インクジェット記録装置（液滴吐出装置）
４０  インクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）
４３  ノズル板（ノズルプレート）
４４  ノズル孔
４６  加圧室（液室）
１２１        プレート基材
１２１ａ      プレート基材の表面
１２２        ＳｉＯ2薄膜層（ＳｉＯ2被膜）
１２３        フッ素系撥水層（フッ素系撥水被膜）
１２４        ＳｉＯ2粒子（酸化金属粒）
１２５        被膜積層体
１３５        オレンジピール
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７５】
【特許文献１】特開２００３−１２７３８６号公報
【特許文献２】特開２００３−３４１０７０号公報
【図１】
2012166366.tif 000003
【図２】
2012166366.tif 000004
【図３】
2012166366.tif 000005
【図４】
2012166366.tif 000006
【図５】
2012166366.tif 000007
【図６】
2012166366.tif 000008
【図７】
2012166366.tif 000009
【図８】
2012166366.tif 000010
【図９】
2012166366.tif 000011
【図１０】
2012166366.tif 000012
【図１１】
2012166366.tif 000013