(57)【要約】      （修正有）【課題】撥液材料の経時的な流動によってノズル内に撥液基が侵入することによって滴吐出特性のバラツキが生じることを防止することができるノズル板を提供する。【解決手段】液滴を吐出するノズル４となる複数のノズル孔４１が形成されたノズル基材４０を有し、ノズル基材４０の滴吐出面４０ａ側には撥液膜４２が形成されているノズル板であって、ノズル孔４１は滴吐出面４０ａ側から所定の径のストレート部４３を有し、ストレート部４３に続くテーパ形状部４４を有し、ノズル孔４１のストレート部４３を含むノズル内壁面４１ａには、撥液膜４２に含有される撥液基４２ａが付着し、ノズル4内に純水を充填したとき、純水のメニスカスがストレート部４３の壁面部分４３ａに位置する。【選択図】図３
2016083928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出するノズルとなる複数のノズル孔が形成されたノズル基材を有し、
前記ノズル基材の滴吐出面側には撥液膜が形成されているノズル板であって、
前記ノズル孔は滴吐出面側から所定の径の直線状部を有し、
前記ノズル孔の前記直線状部を含むノズル内壁面には、前記撥液膜に含有される撥液基が付着し、
前記ノズル内に純水を充填したときに、前記純水のメニスカスが前記直線状部の壁面部分に位置する
ことを特徴とするノズル板。
【請求項２】
前記ノズル孔は、前記滴吐出面に対して前記直線状部の中心軸が傾いている
ことを特徴とする請求項１に記載のノズル板。
【請求項３】
前記撥液膜を形成する撥液材料がパーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）骨格を分子中に有する化合物であり、
前記ノズル孔内に純水を充填した状態で、
前記ノズル孔の直線状部の長さをＬ（μｍ）、
前記ノズル孔の直線状部の直径をＤ（μｍ）、
前記滴吐出面から前記ノズル孔内の前記純水までの距離をＸ（μｍ）、
前記直線状部の中心軸と前記滴吐出面に対する垂直方向とがなす角度をα（°）、とするとき、
Ｌ・ｃｏｓα−（Ｄ・ｔａｎα）／２＞Ｘ・ｃｏｓα  ・・・（１）
が成り立つ
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のノズル板。
【請求項４】
前記ノズル内壁面において、純水との静的接触角θが９０°以上の領域が、前記直線状部の壁面部分に存在し、前記直線状部以外の壁面部分には存しない
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のノズル板。
【請求項５】
前記撥液膜の膜厚が５ｎｍ〜３０ｎｍの範囲内である
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のノズル板。
【請求項６】
前記ノズル基材の表面には複数の窪みが形成され、
前記窪み内部において前記撥液膜を形成する撥液材料が流動性を持った状態で保持されている
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のノズル板。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか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８】
請求項７に記載の液体吐出ヘッドを含むことを特徴とする液体吐出ユニット。
【請求項９】
前記液体吐出ヘッドに供給する液体を貯留するヘッドタンク、前記液体吐出ヘッドを搭載するキャリッジ、前記液体吐出ヘッドに液体を供給する供給機構、前記液体吐出ヘッドの維持回復を行う維持回復機構、前記液体吐出ヘッドを主走査方向に移動させる主走査移動機構の少なくともいずれか一つと前記液体吐出ヘッドとを一体化した
ことを特徴とする請求項８に記載の液体吐出ユニット。
【請求項１０】
請求項７に記載の液体吐出ヘッド、又は、請求項８若しくは９に記載の液体吐出ユニットを備えていることを特徴とする液体を吐出する装置。
【請求項１１】
前記液体吐出ヘッドから吐出させる液体が、界面活性剤を含み、静的表面張力が３０×１０−２Ｎ／ｍ以下である
ことを特徴とする請求項１０に記載の液体を吐出する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はノズル板、液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、液体を吐出する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴を吐出する液体吐出ヘッドのノズル板は、安定した滴吐出を行うために、滴吐出面側（単に、「吐出面」ともいう。）に撥液膜が形成される。
【０００３】
例えば、撥液膜を形成する撥液材料としてはパーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）骨格を分子中に有する化合物を使用するものが知られている（特許文献１）。
【０００４】
また、ノズルとなるノズル孔を形成したノズル基材の滴吐出面側表面及びノズルの内壁面の少なくとも滴吐出面側に撥液膜が形成され、ノズルの内壁面に形成された撥液膜の表面は、滴吐出面側から滴吐出面側と反対側に向かって連続的に単位面積当りの撥液基の数が少なくなっているものが知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２３７２５９号公報
【特許文献２】特開２０１４−０５４７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ノズル板の撥液膜は、吐出方向曲りや滴速度の変動を低減する上ではノズル基材の表面（滴吐出面）のみに形成することが好ましい。
【０００７】
しかしながら、上述したＰＦＰＥなどの流動性の高い撥液材料を使用する場合、滴吐出面のみに撥液膜を成膜しても、時間の経過とともに、撥液材料の流動によって撥液基がノズル内壁面に侵入する。
【０００８】
ここで、複数のノズルを有する場合に、撥液基がノズル内壁面に侵入する程度はすべてのノズルで同じではなく、結果として、メニスカス位置がノズルごとにばらつき、滴吐出特性のバラツキが生じ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、撥液材料の経時的な流動による滴吐出特性のバラツキを低減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となる複数のノズル孔が形成されたノズル基材を有し、
前記ノズル基材の滴吐出面側には撥液膜が形成されているノズル板であって、
前記ノズル孔は滴吐出面側から所定の径の直線状部を有し、
前記ノズル孔の前記直線状部を含むノズル内壁面には、前記撥液膜に含有される撥液基が付着し、
前記ノズル内に純水を充填したときに、前記純水のメニスカスが前記直線状部の壁面部分に位置する
構成とした。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、撥液材料の経時的な流動による滴吐出特性のバラツキを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係るノズル板の第１実施形態の断面説明図である。
【図２】同ノズル板の１つのノズル部分の拡大断面説明図である。
【図３】ノズル孔への撥液材料の撥液基の侵入と侵入位置の規定の説明に供する説明図である。
【図４】ノズル板のノズル孔形状の他の例の説明に供する説明図である。
【図５】ノズル板の製造工程の一例の一覧を説明する説明図である。
【図６】本発明に係る液体吐出ヘッドの一例の外観斜視説明図である。
【図７】図６のＡ―Ａ線に沿う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８】図６のＢ−Ｂ線に沿うノズル配列方向（液室短手方向）の断面説明図である。
【図９】実施例１〜３及び比較例１のノズル板のノズル孔形状と純水のメニスカスの位置の関係を説明する説明図である。
【図１０】純水メニスカス位置の測定方法を説明する説明図である。
【図１１】撥液膜の膜厚の説明に供する説明図である。
【図１２】ノズル板に形成された複数のノズル間におけるストレート部とテーパ形状部との境界部のバラツキ及びメニスカス位置のバラツキの説明に供する説明図である。
【図１３】本発明に係るノズル板の第２実施形態における１つのノズル部分の拡大断面説明図である。
【図１４】本発明に係るノズル板の第３実施形態におけるノズル板の平面説明図である。
【図１５】図１４のＣ−Ｃ線に沿う拡大断面説明図である。
【図１６】同ノズル板のノズル基材の平面説明図である。
【図１７】図１６のＤ−Ｄ線に沿う拡大断面説明図である。
【図１８】同ノズル基材の窪み形成領域の説明に供する平面説明図である。
【図１９】本発明に係る液体を吐出する装置の一例の要部平面説明図である。
【図２０】同装置の要部側面説明図である。
【図２１】本発明に係る液体吐出ユニットの他の例の要部平面説明図である。
【図２２】本発明に係る液体吐出ユニットの更に他の例の正面説明図である。
【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。本発明に係るノズル板の第１実施形態について図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１つのノズル部分の拡大断面説明図である。
【００１４】
ノズル板１は、液滴を吐出するノズル４となる複数のノズル孔４１が形成されたノズル基材４０を有し、ノズル基材４０の滴吐出面４０ａ側には撥液膜４２が形成されている。
【００１５】
ノズル孔４１は、ノズル基材４０の滴吐出面４０ａ側から所定の径の直線状部であるストレート部４３を有している。そして、ストレート部４３の滴吐出方向と反対方向における終端部分を境界部４１ｂとして、ノズル基材４０の液室面（滴吐出面と反対側の面）４０ｂ側までテーパ形状に形成されたテーパ形状部４４を有している。
【００１６】
撥液膜４２は、パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）骨格を分子中に有する化合物である撥液材料を使用してノズル基材４０の滴吐出面４０ａに厚さ５ｎｍ〜３０ｎｍの範囲内で形成している。
【００１７】
次に、ノズル孔への撥液材料の撥液基の侵入と侵入位置の規定について図３も参照して説明する。図３は同説明に供する説明図である。
【００１８】
ここでは、ノズル孔４１の中心軸４６が滴吐出面４０ａの垂直方向に対して角度α°傾いて形成されている（ただし、α＝０を含み、傾きがないものも含む。）ものとする。
【００１９】
撥液膜４２を滴吐出面４０ａにのみ形成した場合でも、ＰＦＰＥ骨格を分子中に有する化合物のように、撥液材料が流動性を有すると、経時的に、撥液材料ないし撥液材料に含まれる撥液基、本実施形態ではフッ素原子４２ａがノズル孔４１内に侵入し、ノズル内壁面４１ａに付着して、ノズル内壁面４１ａも撥液性を付与される。なお、ノズル内壁面４１ａは、ストレート部４３の壁面部分４３ａとテーパ形状部４４の壁面部分４４ａとで構成される壁面とする。
【００２０】
そこで、本実施形態においては、ノズル孔４１は滴吐出面側から所定の径の直線状部であるストレート部４３を有し、ノズル孔４１のストレート部４３を含むノズル内壁面４１ａには、撥液膜に含有される撥液基（ここではフッ素原子４２ａ）が付着し、ノズル内に純水を充填したときに、純水のメニスカスがストレート部４３に位置する構成としている。
【００２１】
例えば、本実施形態においては、ノズル内壁面４１ａにおいて、純水との静的接触角θが９０°以上の領域が、ストレート部（直線状部）４３の壁面部分４３ａに存在し、ストレート部４３以外の部分には存しないように規定している。
【００２２】
より具体的には、純水との静的接触角θが９０°以上の領域は、ストレート部４３の壁面部分４３ａに存在し、ストレート部４３とテーパ形状部４４との境界部４１ｂからテーパ形状部４４の壁面部分４４ａには存しないようにしている。
【００２３】
つまり、本実施形態のノズル板１では、撥液膜４２を形成する撥液材料がパーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）骨格を分子中に有する化合物である。
【００２４】
そして、ノズル孔４１内に純水を充填した状態で、ノズル孔４１のストレート部４３の長さをＬ（μｍ）、ノズル孔４１のストレート部４３の直径をＤ（μｍ）、滴吐出面４０ａからノズル孔４１内の純水の液面までの距離をＸ（μｍ）、ストレート部４３の中心軸４６と滴吐出面４０ａに対する垂直方向とがなす角度をα（°）、とするとき、次の（１）式が成り立つ。ただし、α（°）は０°を含み９０°未満とする。
【００２５】
【数１】
2016083928.tif 000003
【００２６】
この（１）式は、ストレート部４３の中心軸４６が滴吐出面４０ａに対して傾いている（角度α°のズレがある）場合であっても、純水のメニスカス位置（液面位置）がストレート部４３内にあることを規定している。
【００２７】
このように、ノズル孔４１のストレート部４３を含むノズル内壁面４１ａには、撥液膜に含有される撥液基が付着し、ノズル内に純水を充填したときに、純水のメニスカスがストレート部４３に位置する構成とすることで、ノズル４内に形成されるインクなどの液体のメニスカスはストレート部４３の領域に維持されることになり、撥液基４２ａがノズル内壁面４１ａに侵入した場合でも、滴吐出特性のバラツキが低減する。
【００２８】
すなわち、純水以外の液体（例えばインク）は純水よりもノズル孔４１内を滴吐出面４０ａ側に向けて上がりやすいので、純水をノズル内に充填したときに、純水のメニスカス位置がストレート部４３に位置する構成とすることで、吐出する液体のメニスカス位置はストレート部４３の領域に確実に維持される。
【００２９】
そして、ノズル内壁面４１ａにおいて、純水との静的接触角θが９０°以上の領域が、ストレート部（直線状部）４３の壁面部分４３ａに存在し、ストレート部４３以外（直線状部以外）の壁面部分には存しないようにすることで、静的接触各θが９０°以上の領域とそうでない領域との境界がストレート部４３内部に位置することになる。これにより、ノズル内に純水を充填したとき、純水のメニスカス位置が確実にストレート内部４３内に位置する構成とできる。ただし、９０°未満であっても、純水のメニスカス位置がストレート内部に位置するのであれば本発明に含まれる。
【００３０】
そして、上記のように構成することで、ノズル孔４１と連通する圧力室に圧力変動があり、圧力室内が負圧になったとしても、吐出する液体のメニスカス位置はテーパ形状部４４ａ側に移動しないので、滴吐出曲がりが低減する。
【００３１】
ここで、長さＬ（μｍ）、直径Ｄ（μｍ）、距離Ｘ（μｍ）、角度α（°）の測定方法について説明する。
【００３２】
長さＬ：樹脂で抱埋したノズル基材４０を、ノズル孔４１の中心断面が出るまで徐々に研磨して、ＳＥＭ等を用いて顕微鏡観察により、長さを測定する。樹脂としては常温硬化型エポキシ系樹脂を用いることができる。
【００３３】
直径Ｄ：ノズル孔４１を吐出面側から金属顕微鏡観察することで、ノズル孔４１の出口部の直径を計測する。
【００３４】
距離Ｘ：ノズル内壁面４ａにおける、ノズル基材４０の表面（滴吐出面４０ａ）から純水までの距離（μｍ）を表している。
【００３５】
角度α：研磨後、ノズル孔４１の中心軸の傾き角度αは、ノズル孔４１の吐出面４０ａ側出口円の中心と、液室面４０ｂ側出口円の中心のずれを共焦点顕微鏡による観察から求め、それを板厚で割った値から求めることができる。
【００３６】
次に、ノズル板１の具体例について図４も参照して説明する。図４はノズル孔形状の他の例の説明に供する説明図である。
【００３７】
ノズル板１のノズル孔４１は、例えば、図２のような形状に限らず、図４に示すように、だれ部分４５が生じている形状でもよい。このだれ部分４５のダレ幅４５ａ及びダレ高さ４５ｂとするとき、ダレ幅×ダレ高さ／２をダレ量と定義することができ、ダレ量が小さいことが好ましい。
【００３８】
ノズル基材４０としては、ステンレスを用いることができるが、これに限られるものではない。例えば、Ａｌ、Ｂｉ、Ｃｒ、ＩｎＳｎ、ＩＴＯ、Ｎｂ、Ｎｂ２Ｏ５、ＮｉＣｒ、Ｓｉ、ＳｉＯ２、Ｓｎ、Ｔａ２Ｏ５、Ｔｉ、Ｗ、ＺＡＯ（ＺｎＯ＋Ａｌ２Ｏ３）、Ｚｎや、これらを他の基材上に成膜したもの等を用いることができる。
【００３９】
撥液膜４２は、上述したとおり、パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）骨格を分子中に含む化合物からなる膜（層）である。
【００４０】
パーフルオロポリエーテルとしては、公知のものを用いることができ、特に制限されるものではない。例えばｋｒｙｔｏｘＦＳＬ（Ｄｕｐｏｎｔ社製）、ｋｒｙｔｏｘＦＳＨ（Ｄｕｐｏｎｔ社製）、ＦｏｍｂｌｉｎＺ（ソルベイソレクシス社製）、ＦＬＵＯＲＯＬＩＮＫＳ１０（ソルベイソレクシス社製）、ＦＬＵＯＲＯＬＩＮＫＣ１０（ソルベイソレクシス社製）、モレスコホスファロールＡ２０Ｈ（（株）松村石油研究所製）、モレスコホスファロールＡＤＯＨ（（株）松村石油研究所製）、モレスコホスファロールＤＤＯＨ（（株）松村石油研究所製）、フロロサーフＦＧ５０１０（フロロテクノロジー社製）、フロロサーフＦＧ５０２０（フロロテクノロジー社製）、フロロサーフＦＧ５０６０（フロロテクノロジー社製）、フロロサーフＦＧ５０７０（フロロテクノロジー社製）などが挙げられる。
【００４１】
撥液膜４２の平均膜厚（ノズル板１の吐出面側における平均膜厚）は５〜３０ｎｍが好ましい。５ｎｍ以上にすることで、撥液膜４２に欠陥が生じにくくなる。また、３０ｎｍ以下にすることで、部分的に厚くなった箇所がワイピングで脱落して不純物となることもない。また、この膜厚とすることで、撥液膜４２を形成する撥液材料がノズル孔４１内壁へ回り込む回り込み量が適正に保たれて好ましい。
【００４２】
次に、ノズル板１の製造工程の一例について図５を参照して説明する。図５は同工程の一覧を説明する説明図である。
【００４３】
ここでは、上流工程、前処理工程、撥液膜の成膜工程、後処理工程、下流工程を行っている。また、以下では、ノズル基材４０として、ステンレス板を例に説明するが、これに限られるものではない。
【００４４】
−上流工程−
上流工程とは、ノズル基材４０の表面、すなわち、液滴を吐出する面である吐出面を研磨する工程である。
【００４５】
ノズル孔４１を形成したノズル基材４０の表面（滴吐出面４０ａ側の面）の研磨方法としては、例えば、超精密揺動型片面ポリンシングマシン（ＣＭＰ研磨装置）にて、ポリウレタンパッドを用いてノズル基材４０の表面を研磨する方法がある。研磨は、ポリウレタンパッドを１〜２０ｒｐｍで回転させ、ノズル基材４０の表面の表面粗さＲａが０．１μｍ以下になるまで研磨することが好ましい。
【００４６】
ノズル基材４０の吐出面の表面粗さＲａの測定方法は、例えば次のように求めることができる。表面粗さＲａの測定方法としては、ＪＩＳ  ０６０１に従って測定することが可能であり、例えば触針式表面形状測定装置Ｄｅｋｔａｋ１５０（アルバック社製）を用いて測定することができる。
【００４７】
表面粗さＲａを調整するためには、例えば、ポリウレタンパッドでノズル基材４０の表面を押さえる際の圧力、ポリウレタンパッドを回転させる際の回転速度（ｒｐｍ：１分間に回転させる回数）、研磨液の流量、研磨時間等を変えることにより調整することが可能である。
【００４８】
−前処理工程−
前処理工程とは、表面を研磨したノズル基材４０の処理であり、超音波洗浄する工程である。超音波以外にもスクラブ洗浄・シャワー洗浄（高圧スプレー洗浄・超音波シャワー洗浄）・浸漬洗浄（流水洗浄・噴流洗浄・バブリング洗浄）・蒸気洗浄などのウェット洗浄を行うことも可能である。
【００４９】
研磨後のノズル基材４０は、研磨された表面が乾燥しないよう、ウェット環境下で有機溶剤による超音波洗浄にかける。ウェット環境としては、湿度５０％以上とすることが、乾燥防止のために好ましい。
【００５０】
有機溶剤には、アセトン、エタノール、イソプロパノールなどのアルコールや、ノベック（住友３Ｍ社製）、バートレル（Ｄｕｐｏｎｔ社製）、ガルデン（ソルベイソレクシス社製）などのハイドロフルオロエーテルなどいずれも使用可能である。
【００５１】
−撥液膜の成膜工程−
撥液膜４２の成膜工程は次のとおりである。
【００５２】
まず、撥液膜４２を形成するための、ＰＦＰＥを有するディップ液を調整する。
【００５３】
前記の前処理を行った後のノズル基材４０の表面、すなわち、液滴の吐出面をプラズマ処理する。プラズマ処理以外にも真空洗浄（イオンビーム洗浄）・常圧洗浄（ＵＶオゾン洗浄・アイススクラバ洗浄・レーザ洗浄）などのドライ洗浄を行うことも可能である。
【００５４】
その後、ノズル基材４０に、調整したディップ液をディッピング法に塗布する。常温（約２５度）に放置した後、加熱し、余剰パーフルオロポリエーテルを除去するための超音波洗浄を行う。超音波洗浄を行うことで、余剰のＰＦＰＥが除去され、撥液膜４２の膜厚が単分子層レベルに整えられて好ましい。
【００５５】
撥液膜４２のディップ液としては、パーフルオロポリエーテル誘導体をフッ素系溶媒に１重量％以下に希釈したものを用いることができる。パーフルオロポリエーテル誘導体は、末端に極性基を有しているものが好ましい。ここでいう極性基は、−ＯＨ、Ｃ＝Ｏ、−ＣＯＯＨ、−ＮＨ２、−ＮＯ２、−ＮＨ３＋、−ＣＮなどが挙げられる。
【００５６】
フッ素系溶媒としては、ノベック（住友３Ｍ社製）、バートレル（Ｄｕｐｏｎｔ社製）、ガルデン（ソルベイソレクシス社製）などのハイドロフルオロエーテルが挙げられる。
【００５７】
さらに、ノズル基材４０の吐出面を、酸素プラズマ処理を実施する。
【００５８】
撥液膜４２の成膜は、例えば溶液中にノズル基材４０を浸漬し、引き上げ、続いて常温環境下で自然乾燥し、さらに加熱処理し定着する方法が挙げられる。加熱温度や加熱時間は目的に応じて変更することができる。
【００５９】
また、ノズル基材４０の吐出面の表面に過剰に付着したパーフルオロポリエーテルは、前記フッ素系溶媒中で超音波洗浄することで除去できる。
【００６０】
−後処理工程−
後処理工程は次のとおりである。撥液膜４２の表面を保護するため、ラミネート材で吐出面を覆い（ラミネート加工を行い）、ノズル基材４０の裏面、すなわち吐出面と反対側の面をプラズマ処理する。
【００６１】
上記のようにして得られたノズル板１は、ノズル面を保護した状態で酸素プラズマを照射し、逆スパッタすることで液室面及びノズル内壁面４１ａに付着した撥液材料を除去する。
【００６２】
このようにノズル内壁面４１ａに付着した撥液材料を除去したとしても、前述したように、撥液材料の流動性によって、経時的に、ノズル内壁面４１ａ内に撥液基４２ａが侵入して付着する。
【００６３】
−下流工程−
下流工程は必要に応じて行われる工程であり、下流工程はノズル板１と液室を構成する部材等とを接着し、加熱により接着力を強める工程である。
【００６４】
上記の後処理工程で得られたノズル板１は下流工程の接着工程にて、流路板と低温硬化型エポキシ系接着剤等を用いて接着する。接着状態を長期に維持するためには加熱・圧着して接着するのが好ましい。
【００６５】
用いる接着剤としては、低温硬化型エポキシ系接着剤等が挙げられる。
【００６６】
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの一例について図６ないし図８を参照して説明する。図６は同ヘッドの外観斜視説明図、図７は図６のＡ―Ａ線に沿う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８は図６のＢ−Ｂ線に沿うノズル配列方向（液室短手方向）の断面説明図である。
【００６７】
この液体吐出ヘッドは、本発明に係るノズル板１と、流路板２と、壁面部材としての振動板部材３とを積層接合している。そして、振動板部材３を変位させる圧電アクチュエータ１１と、共通流路部材としてのフレーム部材２０とを備えている。
【００６８】
ノズル板１、流路板２及び振動板部材３によって、液滴を吐出する複数のノズル４が通じる個別流路５を形成している。個別流路５は、ノズル４側を下流側とするとき、下流側からノズル４が通じる個別液室６と、個別液室６に液体を供給する流体抵抗部７と、流体抵抗部７に通じる液導入部８とで構成される。
【００６９】
そして、フレーム部材２０の共通流路としての共通液室１０から振動板部材３に形成した導入口部（供給口）９を通じて、個別流路５に液体が導入され、液導入部８、流体抵抗部７を経て個別液室６に液体が供給される。なお、導入口部９にはフィルタが設けられても良い。
【００７０】
ここで、ノズル板１は、上述した本発明に係るノズル板であって、液滴吐出側面には撥液膜が設けられているものである。
【００７１】
流路板２は、ＳＵＳ基板をエッチングして、個別液室６、流体抵抗部７、液導入部８などの個別流路５を形成する貫通部を形成している。
【００７２】
振動板部材３は、流路板２の個別液室６の壁面を形成する壁面部材である。この振動板部材３は３層構造とし、流路板２側を１層目とするとき、１層目で個別液室６に対応する部分に変形可能な振動領域（振動板）３０を形成している。
【００７３】
この振動板部材３は、ニッケル（Ｎｉ）の金属プレートから形成したもので、エレクトロフォーミング法（電鋳）で製造したものを用いている。これに限らず、その他の金属部材、樹脂部材、樹脂層と金属層の積層部材などを用いることができる。
【００７４】
そして、この振動板部材３の個別液室６とは反対側に、振動板部材３の振動領域３０を変形させる駆動手段（アクチュエータ手段、圧力発生手段）としての電気機械変換素子を含む圧電アクチュエータ１１を配置している。
【００７５】
この圧電アクチュエータ１１は、ベース部材１３上に接着剤接合した複数の積層型圧電部材１２を有し、圧電部材１２にはハーフカットダイシングによって溝加工して１つの圧電部材１２に対して所要数の圧電柱１２Ａ、１２Ｂを所定の間隔で櫛歯状に形成している。
【００７６】
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駆動圧電柱（駆動柱）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非駆動圧電柱（非駆動柱）１２Ｂとして区別している。
【００７７】
そして、駆動柱１２Ａを振動板部材３の振動領域３０に形成した島状の厚肉部である凸部３０ａに接合している。また、非駆動柱１２Ｂを振動板部材３の厚肉部である凸部３０ｂに接合している。
【００７８】
この圧電部材１２は、圧電層と内部電極とを交互に積層したものであり、内部電極がそれぞれ端面に引き出されて外部電極が設けられ、駆動柱１２Ａの外部電極に駆動信号を与えるための可撓性を有するフレキシブル配線基板としてのＦＰＣ１５が接続されている。
【００７９】
フレーム部材２０は、例えばエポキシ系樹脂或いは熱可塑性樹脂であるポリフェニレンサルファイト等で射出成形により形成し、図示しないヘッドタンクや液体カートリッジから液体が供給される共通液室１０が形成されている。
【００８０】
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駆動柱１２Ａが収縮し、振動板部材３の振動領域３０が下降して個別液室６の容積が膨張することで、個別液室６内に液体が流入する。
【００８１】
その後、駆動柱１２Ａに印加する電圧を上げて駆動柱１２Ａを積層方向に伸長させ、振動板部材３の振動領域３０をノズル４方向に変形させて個別液室６の容積を収縮させることにより、個別液室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。
【００８２】
そして、駆動柱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３の振動領域３０が初期位置に復元し、個別液室６が膨張して負圧が発生するので、このとき、共通液室１０から個別液室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。
【００８３】
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。
【００８４】
このように、この液体吐出ヘッドは本発明に係るノズル板を備えているので、滴吐出特性のバラツキの少ない安定した滴吐出を行うことができる。
【００８５】
ここで、本発明に係る液体吐出ヘッドで吐出する液体としてのインクの一例について説明する。
【００８６】
インクの構成成分としては、色材、湿潤剤、水溶性有機溶剤、界面活性剤、その他の添加剤（ｐＨ調整剤、防腐防黴剤、防錆剤、水溶性紫外線吸収剤、水溶性赤外線吸収剤等）、樹脂等が挙げられる。
【００８７】
−色材−
色材としては、公知の顔料や染料を適宜使用することができ、例えば無機顔料、有機顔料を用いることができる。
【００８８】
無機顔料としては、酸化チタン、酸化鉄、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、バリウムイエロー、カドミウムレッド、クロムイエロー、及びコンタクト法、ファーネス法、サーマル法などの公知の方法によって製造されたカーボンブラック等を使用することができる。
【００８９】
有機顔料としては、アゾ顔料（アゾレーキ、不溶性アゾ顔料、縮合アゾ顔料、キレートアゾ顔料などを含む）、多環式顔料（例えば、フタロシアニン顔料、ぺリレン顔料、ぺリノン顔料、アントラキノン顔料、キナクリドン顔料、ジオキサジン顔料、インジゴ顔料、チオインジゴ顔料、イソインドリノン顔料、キノフラロン顔料など）、染料キレート（例えば、塩基性染料型キレート、酸性染料型キレートなど）、ニトロ顔料、ニトロソ顔料、アニリンブラックなどを使用できる。
【００９０】
これらの中でも、溶媒と親和性の良いものが好ましい。
【００９１】
上記の他に、顔料（例えばカーボン）の表面にスルホン基やカルボキシル基等の官能基を付加し水中に分散可能とした自己分散顔料等も使用できる。また、顔料をマイクロカプセルに包含させ、該顔料を水中に分散可能なものとしたものであっても良い。
【００９２】
インク中の色材としての顔料の添加量は、０．５〜２５重量％が好ましく、より好ましくは２〜１５重量％である。
【００９３】
−水溶性有機溶剤−
水溶性有機溶剤としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコーノレ、ポリプロピレングリコール、１，５−ペンタンジオール、１，６−へキサンジオール、グリセリン、１，２，６−へキサントリオール、１，２，４−ブタントリオール、１，２，３−ブタントリオール、ペトリオール等の多価アルコール類；エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の多価アルコールアルキルエーテル類；エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノベンジルエーテル等の多価アルコールアリールエーテル類、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ−ヒドロキシエチル−２−ピロリドン、２−ピロリドン、１，３−ジメチルイミダゾリジノン、ε−カプロラクタム等の含窒素複素環化合物；ホルムアミド、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等のアミド類；モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、モノエチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン等のアミン類；ジメチルスルホキシド、スルホラン、チオジエタノール等の含硫黄化合物類；プロピレンカーボネート、炭酸エチレン、γ−ブチロラクトン等が挙げられる。
【００９４】
−界面活性剤−
界面活性剤は洗浄性を上げたり、洗浄液兼充填液の混合安定性を上げたり、洗浄後の再充填性を上げるなどのために必要に応じて添加される。
【００９５】
界面活性剤としては、フッ素系界面活性剤、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、両性界面活性剤などが挙げられる。
【００９６】
フッ素系界面活性剤としては、パーフルオロアルキルスルホン酸塩、パーフルオロアルキルカルボン酸塩、パーフルオロアルキルリン酸エステル、パーフルオロアルキルエチレンオキサイド付加物、パーフルオロアルキルベタイン、パーフルオロアルキルアミンオキサイド化合物、パーフルオロアルキルエーテル基を側鎖に有するポリオキシアルキレンエーテルポリマー及びこの硫酸エステル塩、フッ素系脂肪族系ポリマーエステルが挙げられる。
【００９７】
フッ素系界面活性剤として市販されているものとしては、サーフロンＳ−１１１、Ｓ−１１２、Ｓ−１１３、Ｓ１２１、Ｓ１３１、Ｓ１３２、Ｓ−１４１、Ｓ−１４５（旭硝子社製）、などが挙げられる。
【００９８】
アニオン界面活性剤としては、アルキルアリル又はアルキルナフタレンスルホン酸塩、アルキルリン酸塩、アルキル硫酸塩、アルキルスルホン酸塩、アルキルエーテル硫酸塩、アルキルスルホコハク酸塩、アルキルエステル硫酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸塩、アルキルアリールエーテルリン酸塩、アルキルアリールエーテル硫酸塩、アルキルアリールエーテルエステル硫酸塩、オレフィンスルホン酸塩、アルカンオレフィンスルホン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、エーテルカルボキシレート、スルホコハク酸塩、α−スルホ脂肪酸エステル、脂肪酸塩、高級脂肪酸とアミノ酸の縮合物、ナフテン酸塩等が挙げられる。
【００９９】
カチオン界面活性剤としては、アルキルアミン塩、ジアルキルアミン塩、脂肪族アミン塩、ベンザルコニウム塩、第４級アンモニウム塩、アルキルピリジニウム塩、イミダゾリニウム塩、スルホニウム塩、ホスホニウム塩等が挙げられる。
【０１００】
ノニオン系界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレングリコールエステル、ポリオキシエチレン脂肪酸アミド、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール、グリセリンエステル、ソルビタンエステル、ショ糖エステル、グリセリンエステルのポリオキシエチレンエーテル、ソルビタンエステルのポリオキシエチレンエーテル、ソルビトールエステルのポリオキシエチレンエーテル、脂肪酸アルカノールアミド、アミンオキシド、ポリオキシエチレンアルキルアミン、グリセリン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル、アルキル（ポリ）グリコキシド等が挙げられる。
【０１０１】
両性界面活性剤としては、イミダゾリニウムベタイン等のイミダゾリン誘導体、ジメチルアルキルラウリルベタイン、アルキルグリシン、アルキルジ（アミノエチル）グリシン等が挙げられる。
【０１０２】
−その他の添加剤−
その他の添加剤としては、ｐＨ調整剤、防腐防黴剤等が挙げられる。
ｐＨ調整剤としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属元素の水酸化物；炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等のアルカリ金属の炭酸塩；第４級アンモニウム水酸化物やジエタノールアミン、トリエタノ−ルアミン等のアミン；水酸化アンモニウム、第４級ホスホニウム水酸化物等が挙げられる。
防腐防黴剤としては、１，２−ベンズイソチアゾリン−３−オン、安息香酸ナトリウム、デヒドロ酢酸ナトリウム、ソルビン酸ナトリウム、ぺンタクロロフェノールナトリウム、２−ピリジンチオール−１−オキサイドナトリウム等が挙げられる。
【０１０３】
−樹脂−
樹脂は、画像定着性の向上、画質の向上、顔料分散性の向上等の目的で必要に応じて添加する。その例としては、親水性高分子として、天然系ではアラビアガム、トラガンガム、グーアガム、カラヤガム、ローカストビーンガム、アラビノガラクトン、ペクチン、クインスシードデンプン等の植物性高分子；アルギン酸、カラギーナン、寒天等の海藻系高分子；ゼラチン、カゼイン、アルブミン、コラーゲン等の動物系高分子；キサンテンガム、デキストラン等の微生物系高分子、半合成系ではメチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース等の繊維素系高分子；デンプングリコール酸ナトリウム、デンプンリン酸エステルナトリウム等のデンプン系高分子；アルギン酸ナトリウム、アルギン酸ブロピレングリコールエステル等の海藻系高分子、純合成系ではポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、アクリル酸−アクリロニトリル共重合体、酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重合体、アクリル酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体、スチレン−アクリル酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−メタクリル酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−α−メチルスチレン−アクリル酸共重合体、スチレン−α−メチルスチレン−アクリル酸共重合体、アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、ビニルナフタレン−マレイン酸共重合体、酢酸ビニル−エチレン共重合体、酢酸ビニル−脂肪酸ビニルエチレン共重合体、酢酸ビニル−マレイン酸エステル共重合体、酢酸ビニル−クロトン酸共重合体、酢酸ビニル−アクリル酸共重合体等、及びこれらの塩が挙げられる。
これらの樹脂の添加量は、信頼性を考慮した上で適宜選択される。
【０１０４】
また、最近は溶媒に溶けるタイプの樹脂ではなく、溶媒中で微粒子として分散したいわゆる樹脂エマルジョンが用いられることが多い。樹脂エマルジョンとは、樹脂微粒子を連続相としての溶媒中に分散したものであり、必要に応じて界面活性剤のような分散剤を含有させても良い。
【０１０５】
分散相成分としての樹脂微粒子の含有量（樹脂エマルジョン中の樹脂微粒子の含有量）は一般的には１０〜７０重量％程度であり、樹脂微粒子の粒径は特にインクジェット記録装置に使用することを考慮すると、平均粒径で１０〜１０００ｎｍが好ましく、さらに２０〜３００ｎｍが好ましいが、特に限定されるものではない。
【０１０６】
分散相の樹脂微粒子成分としてはアクリル系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、スチレン系樹脂、ブタジエン系樹脂、スチレン−ブタジエン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、アクリルスチレン系樹脂、アクリルシリコン系樹脂などが挙げられ、特にアクリルシリコン系樹脂が効果的であるが、特に限定されるものではなく、公知のものを用いた場合に信頼性を確保するためのものであり、市販の樹脂エマルジョンを用いることも可能である。
【０１０７】
インク中の前記樹脂微粒子の含有量としては、一般的には０．１〜５０重量％、好ましくは０．５〜２０重量％、さらに好ましくは１〜１０重量％であるが、特に限定されるものではない。
【０１０８】
−静的表面張力−
本発明に用いるインクとしては、前記フッ素系界面活性剤を含み、静的表面張力が３０×１０−２Ｎ／ｍ以下であるインクを用いることが好ましい。静的表面張力が３０×１０−２Ｎ／ｍ以下であるインクを製造するには、浸透剤、例えば２−エチル−１,３−ヘキサンジオールの量並びに、フッ素系界面活性剤の添加量により、調整することができる。静的表面張力が３０×１０−２Ｎ／ｍより小さくする事で、記録媒体に対するインクの浸透性が向上し、高画質な画像が得られて好ましい。
【０１０９】
表面張力は、例えばＺｉｓｍａｎ法で求めることができる。これによると、表面張力が既知の液体を撥液膜４２の上にたらし、接触角θを測定し、液体の表面張力をｘ軸に、ｃｏｓθをｙ軸にプロットすると右肩下がりの直線が得られる（Ｚｉｓｍａｎ  Ｐｌｏｔと称される）。この直線について、ｙ＝１（θ＝０°）となるときの表面張力を臨界表面張力γｃとして算出することができる。
【０１１０】
また、上記以外のその他の方法として、Ｆｏｗｋｅｓ法、Ｏｗｅｎｓ  ａｎｄ  Ｗｅｎｄｔ法、Ｖａｎ  Ｏｓｓ法を用いて臨界表面張力を求めることもできる。
【０１１１】
次に、本発明の具体的な実施例について比較例とともに説明する。
【０１１２】
（実施例１〜３、比較例１〜３）
直径が２５μｍのノズル孔４１を形成したステンレスのノズル基材４０の吐出面側表面の研磨を行った。
【０１１３】
研磨は、超精密揺動型片面ポリンシングマシン（ＣＭＰ研磨装置、ＥＢＡＲＡ社製）を用い、ポリウレタンパッドを１０ｋＰａの圧力で押さえながら行った。研磨の際は、アルミナ研磨粉が分散された液体であるＰＯＬＩＰＬＡ１０３（ＦＵＪＩＭＩ社製）を純水で４倍希釈（体積比は、ＰＯＬＩＰＬＡ１０３：純水＝１：３）したものを研磨部に付与しながら、ステンレスノズルプレートを５０ｒｐｍで回転させて研磨した。
【０１１４】
このとき、滴吐出面の表面粗さＲａが０．１μｍ以下になるまで研磨されたことを確認した。表面粗さＲａは、ＪＩＳ  ０６０１に従い、触針式表面形状測定装置Ｄｅｋｔａｋ１５０（アルバック社製）を用いて測定した。
【０１１５】
研磨時間・圧力を調整することでノズル孔４１内のストレート部４３の長さを制御した。研磨時間・圧力は表１のとおりである。
【０１１６】
【表１】
2016083928.tif 000004
【０１１７】
次に、ステンレスのノズル基材４０の吐出面をヤマト科学社製プラズマ処理装置ＰＤＣ−５１０にて５００Ｗ、０．００１２ｇ／ｓで１分間、酸素プラズマ処理を実施した。
【０１１８】
次に、パーフルオロポリエーテルとして、フロロサーフＦＧ５０２０（フロロテクノロジー社製）を用い、これをフッ素系溶媒（ノベックＨＦＥ７１００、住友３Ｍ社製）により、０．２重量％に希釈したものをディッピング液とし、ノズル基材４０の吐出面に塗布した。
【０１１９】
塗布は、溶液中にノズル基材４０を浸漬し、３ｍｍ／ｓｅｃで引き上げて行った。
【０１２０】
ここで、プラズマ処理時間及び引き上げ速度を変化させることで、表２に示すように、実施例１〜３及び比較例１の異なった膜質のパーフルオロポリエーテルの撥液膜４２を成膜した。
【０１２１】
【表２】
2016083928.tif 000005
【０１２２】
このとき、撥液膜４２の膜厚は、１２ｎｍであった。
【０１２３】
さらに、成膜後、ノベックＨＦＥ７１００（住友３Ｍ社製）溶媒による超音波洗浄を５分間行った。
【０１２４】
このようにして得られた撥液膜４２を形成したノズル基材４０は、ノズル面（吐出面）にイクロステープ（三井化学社製）でラミネート保護し、プラズマクリーナＰＤＣ−５１０（ヤマト科学社製）にて酸素プラズマを照射し（０．００１２ｇ／ｓ、１分間）、逆スパッタすることで液室面及びノズル孔４１の内壁面４ａに付着した撥液膜４２を除去した。
【０１２５】
続いて、流路板２と低温硬化型エポキシ系接着剤を介して７０℃、５時間で加熱・加圧接着した。低温硬化型の接着剤は、常温で硬化せず６０〜１００℃で硬化開始するタイプの接着剤、ＡＥ９０１シリーズ（味の素ファインテクノ社製）を用いた。
【０１２６】
ノズル内壁面４１ａにおける、ノズル板１の表面（吐出面）から純水のメニスカスまでの距離Ｘ（μｍ）は、プラズマ処理時間や、ディッピング液からの引き上げ速度で調整した。処理時間、引き上げ速度、距離Ｘ（μｍ）は、表２に示すとおりとした。
【０１２７】
以上のようにして、実施例１〜３、比較例１のノズル板１を得た。
【０１２８】
ここで、実施例１〜３及び比較例１のノズル板１について、前述した（１）式の各部の寸法や（１）式を満たすか否かの判定結果を表３に示している。また、実施例１〜３及び比較例１のノズル板１について、ノズル孔形状と純水のメニスカスの位置の関係を図９に示している。
【０１２９】
【表３】
2016083928.tif 000006
【０１３０】
そこで、実施例１〜３及び比較例１で得られたノズル板１について、ニスカス位置・吐出曲がり量の測定を行った。
【０１３１】
（メニスカス位置の測定）
図１０に純水メニスカス位置の測定方法を示している。図１０（ａ）は全体図を、（ｂ）は（ａ）のＥ部の拡大図を、（ｃ）は（ｂ）のＦ部の拡大図をそれぞれ示している。
【０１３２】
スライドガラス上にスポイトで純水を垂らし、その上にノズル板１を液室面側が純水に触れる形で静置する。ノズル孔４１内に毛管力であがってきた水面位置をレーザ顕微鏡で捉え、ノズル板１の撥液膜４２表面からの距離を純水メニスカス位置と定義する。
【０１３３】
（吐出曲がり量の測定）
吐出曲がり量の測定は、インクジェット用着弾位置測定装置やインク滴吐出方向観察装置を用いて測定することが可能である。例えば、ＪｅｔＳｃｏｐｅ（ＭＩＣＲＯＪＥＴ社製）を用いて測定した。評価は、株式会社リコー製のインクジェットプリンタＲＩＣＯＨ  ＧＸ−３０００付属のノズルチェックパターンを印刷して実施した。正しい吐出位置と、実際の吐出位置との差を、吐出曲がり量（μｍ）として測定した。
【０１３４】
評価に用いたインク組成は、次のとおりである。
【０１３５】
下記処方の組成物を６０℃で撹拌溶解し、室温にて放冷後、ｐＨが９〜１０になるように水酸化リチウム１０％水溶液にて調整し、これを０．２２μｍのフィルタにて濾過し［インク１］を作製した。なお、［インク１］の静的表面張力は、３０×１０−3Ｎ／ｍであった。
【０１３６】
−インク１の処方−
Ｃ．Ｉ．ダイレクトブラック１６８                                  ３重量％
２−ピロリドン                                                    ３重量％
ジエチレングリコール                                              ４重量％
グリセリン                                                        １重量％
アルキルエーテルカルボン酸塩系界面活性剤  ＥＣＴＤ−３ＮＥＸ（日本サーファクタント工業化学製界面活性剤）                                      ０．１重量％
ノニポール４００（三洋化成製界面活性剤）                      ０．５重量％
サンアイバックＰ−１００（三愛石油製防腐防黴剤）                ０．４重量％
イオン交換水                                                          残量
【０１３７】
このときの測定結果を表４に示している。
【０１３８】
【表４】
2016083928.tif 000007
【０１３９】
この結果から、（１）式を満たさない比較例１は、（１）式を満たす実施例１〜３と比較して顕著に吐出方向がばらつくことが明らかとなった。
【０１４０】
（１）式を満たす実施例１〜３は、表４から分かるように、メニスカス位置が常に「ノズル孔４１のストレート部４３内」に位置することが可能であるのに対し、（1）式を満たさない比較例１は、メニスカス位置が「ノズル孔４１のストレート部４３内」と「ストレート部４３とテーパ形状部４４との境界部」にまたがって位置するため、メニスカスのノズル板１の表面に対する角度が安定せず、結果として吐出が不安定となるためと考えられる。
【０１４１】
次に、撥液膜４２の膜厚について説明する。
【０１４２】
ＰＦＰＥを含む撥液膜４２の膜厚が厚くなると、ノズル孔４１内への流れ込みが大きくなる（膜厚が大きくなると流れ込みが多くなる）。一方、ＰＦＰＥを含む撥液膜４２の膜厚が薄いと、ワイパ部材で払拭（ワイピング）したとき、劣化して所望の回数ワイピングする前に損失してしまうことになる。
【０１４３】
ここで、ＰＦＰＥを含む撥液膜４２の膜厚は、ＦＴ−ＩＲの高感度反射測定法（ＲＡＳ）で測定した。
【０１４４】
得られた赤外吸収スペクトルの１３３３ｃｍ−１付近に現れるピークのベースラインと吸収波形のピーク高さが膜厚に比例することを利用して算出する。ＩＲ−ＲＡＳによるピーク高さは撥液膜４２の膜厚が厚くなるほど高い値を示す。
【０１４５】
そして、ＩＲ−ＲＡＳによるピーク高さをＸ軸に、純水メニスカス位置をＹ軸にとり、
プロットした結果を図１１に示している。
【０１４６】
これらより、ＩＲ−ＲＡＳのピーク高さが０．０２５までは安定して純水メニスカスが上昇するが、値が大きく特に０．０４付近になると、純水メニスカス位置は大きく下がる結果となっている。
【０１４７】
そこで、撥液膜４２の膜厚は、ＩＲ−ＲＡＳのピーク高さが０．０２５以下であることが好ましい。
【０１４８】
一方、撥液膜４２の膜厚がＸＰＳにより４５Ｆａｔｍ％を下回ると、撥液性がワイピング時すぐに低下する傾向がみられる。これは、撥液膜４２のＰＦＰＥがノズル基材４０を覆えていないことが原因と推定される。
【０１４９】
したがって、撥液膜４２の膜厚はＸＰＳ測定で４５Ｆａｔｍ％以上であることが好ましい。
【０１５０】
次に、ノズル板に形成された複数のノズル間におけるストレート部とテーパ形状部との境界部のバラツキ及びメニスカス位置のバラツキについて図１２を参照して説明する。
【０１５１】
ここで、使用したノズル板１は、ストレート部４３の長さＬの目標値（設計値）を５（μｍ）としている。この目標値（設計値）に対して、実際の各ノズルのストレート部４３の長さＬを計測した。この結果を、ストレート部４３の長さを縦軸に、同じ長さを有するノズルの数（カウント）を横軸にして、図１２（ａ）に示している。
【０１５２】
このように、ストレート部４３の目標値に対する実際の長さＬのバラツキ、また、前述したストレート部４３の傾き（α°）にばらつきが発生する。
【０１５３】
そこで、図１２（ｂ）に示すように、ノズル４の純水を充填したとき、純水のメニスカス位置がストレート部４３に位置するようにすることで、インクのメニスカスの存在範囲を、ストレート部４３の目標値に対する実際の長さＬのバラツキ範囲を外れた位置にすることができる。
【０１５４】
これによって、ノズル板１に形成された複数のノズル４間におけるメニスカス位置が安定して、滴吐出特性のバラツキが低減する。
【０１５５】
次に、本発明に係るノズル板の第２実施形態について図１３を参照して説明する。図１３は同実施形態における１つのノズル部分の拡大断面説明図である。
【０１５６】
本実施形態のノズル板１においては、ノズル基材４０は、基材４８と、基材４８の少なくとも滴吐出面側表面４０ａ及びノズル内壁面４１ａに下地膜４９とで構成している。
【０１５７】
下地膜４９は、撥液膜４２とノズル基材４０（ここでは、基材４８）との密着性を高める膜である。下地膜４９としては、ＳｉＯ２膜、Ｔｉ膜、Ｈｆ、Ｔａ、Ｚｒなどを含有する膜などを挙げることができる。
【０１５８】
そして、本実施形態においても、ノズル孔４１は滴吐出面側から所定の径の直線状部であるストレート部４３を有し、ノズル孔４１のストレート部４３を含むノズル内壁面４１ａには、撥液膜４２に含有される撥液基（ここではフッ素原子４２ａ）が付着し、ノズル内に純水を充填したときに、純水のメニスカスがストレート部４３に位置する構成としている。
【０１５９】
例えば、本実施形態においては、ノズル内壁面４１ａにおいて、純水との静的接触角θが９０°以上の領域が、ストレート部（直線状部）４３の壁面部分４３ａに存在し、ストレート部４３以外の部分には存しないように規定している。
【０１６０】
より具体的には、純水との静的接触角θが９０°以上の領域は、ストレート部４３の壁面部分４３ａに存在し、ストレート部４３とテーパ形状部４４との境界部４１ｂからテーパ形状部４４の壁面部分４４ａには存しないようにしている。
【０１６１】
本実施形態のノズル板を使用した液体吐出ヘッドの例は前述したものと同様である。
【０１６２】
次に、本発明に係るノズル板の第３実施形態について図１４ないし図１８を参照して説明する。図１４は同実施形態におけるノズル板の平面説明図、図１５は図１４のＣ−Ｃ線に沿う拡大断面説明図、図１６は同ノズル板のノズル基材の平面説明図、図１７は図１６のＤ−Ｄ線に沿う拡大断面説明図、図１８は同ノズル基材の窪み形成領域の説明に供する平面説明図である。
【０１６３】
本実施形態では、ノズル基材４０の滴吐出面４０ａには複数の窪み（以下「ディンプル」という。）１４３が形成されている。なお、各図では説明を簡単にするためにディンプル１４３の配置を単純化して示しているが、複数のノズル４が配列されたノズル列の周囲には多数のディンプル１４３が形成配置される。
【０１６４】
ディンプル１４３はノズル孔４１の孔径よりも大きくしている。また、ディンプル１４３の壁面は曲面形状とすることが好ましい。また、ディンプル１４３は、図８に示すように、ノズル孔４１の周囲の領域４０ｂを除く領域４０ｃに形成されている。具体的には、ディンプル１４３はノズル孔４１の中心から少なくとも１５０μｍ離れた位置に形成されている。また、ディンプル１４３の形成によるノズル基材４０の表面粗さＲａは０．１μｍ以下としている。
【０１６５】
このノズル基材４０の滴吐出面４０ａにパーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）骨格を分子中に有する化合物である撥液材料のような流動性を有する撥液材料を塗布して撥液膜４２を形成する。
【０１６６】
このとき、ディンプル１４３の内部において撥液膜４２を形成する撥液材料が流動性を持った状態で保持される。
【０１６７】
つまり、ディンプル１４３の内部において、撥液膜４２の分子は、ノズル基材４０との界面側ではノズル基材４０と結合しているが、ノズル基材４０との界面以外に位置する（撥液膜４２の表面側、撥液膜４２の表面とノズル基材４０との界面との間）分子は遊離状態にある。なお、「ノズル基材４０との界面」とは、ノズル基材４０が下地層を含むときには、下地層との界面の意味である。
【０１６８】
ここで、ディンプル１４３は、例えば、直径８０〜１２０μｍ、深さ２〜４μｍの窪みであることが好ましい。また、ディンプル１４３は内壁面がなだらかな傾斜を有することが好ましい。
【０１６９】
本実施形態のノズル板を含む液体吐出ヘッドを使用する液体を吐出する装置では、液体吐出ヘッドの性能を維持、回復するため、後述するように、弾性部材からなる払拭部材であるワイパ部材４２２によってノズル面（ここでは、撥液膜４２の表面となる）を払拭するワイピング動作が行われる。
【０１７０】
このとき、ワイパ部材４２２がディンプル１４３内に入り込むことで、ディンプル１４３の内部で流動性を持って保持されている撥液膜４２の撥液材料が掻き出される。
【０１７１】
したがって、ノズル４周囲の撥液膜４２がワイピング動作で薄くなり、あるいは、剥離した場合でも、ディンプル１４３から掻き出される撥液材料がノズル４の周囲に移動して、撥液膜４２を回復する。
【０１７２】
これによって、ワイピング動作に伴う経時的な撥液膜の撥液性の低下を抑制し、長期にわたって撥液性を維持することができる。
【０１７３】
本実施形態のノズル板を使用した液体吐出ヘッドの例は前述したものと同様である。
【０１７４】
次に、本発明に係る液体を吐出する装置の一例について図１９及び図２０を参照して説明する。図１９は同装置の要部平面説明図、図２０は同装置の要部側面説明図である。
【０１７５】
この装置は、シリアル型装置であり、主走査移動機構４９３によって、キャリッジ４０３は主走査方向に往復移動する。主走査移動機構４９３は、ガイド部材４０１、主走査モータ４０５、タイミングベルト４０８等を含む。ガイド部材４０１は、左右の側板４９１Ａ、４９１Ｂに架け渡されてキャリッジ４０３を移動可能に保持している。そして、主走査モータ４０５によって、駆動プーリ４０６と従動プーリ４０７間に架け渡したタイミングベルト４０８を介して、キャリッジ４０３は主走査方向に往復移動される。
【０１７６】
このキャリッジ４０３には、本発明に係るノズル板を含む本発明に係る液体吐出ヘッド４０４及びヘッドタンク４４１を一体にした液体吐出ユニット４４０を搭載している。
【０１７７】
液体吐出ユニット４４０の液体吐出ヘッド４０４は、例えば、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色の液体を吐出する。また、液体吐出ヘッド４０４は、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置し、吐出方向を下方に向けて装着している。
【０１７８】
液体吐出ヘッド４０４の外部に貯留されている液体を液体吐出ヘッド４０４に供給するための供給機構４９４により、ヘッドタンク４４１には、液体カートリッジ４５０に貯留されている液体が供給される。
【０１７９】
供給機構４９４は、液体カートリッジ４５０を装着する充填部であるカートリッジホルダ４５１、チューブ４５６、送液ポンプを含む送液ユニット４５２等で構成される。液体カートリッジ４５０はカートリッジホルダ４５１に着脱可能に装着される。ヘッドタンク４４１には、チューブ４５６を介して送液ユニット４５２によって、液体カートリッジ４５０から液体が送液される。
【０１８０】
この装置は、用紙４１０を搬送するための搬送機構４９５を備えている。搬送機構４９５は、搬送手段である搬送ベルト４１２、搬送ベルト４１２を駆動するための副走査モータ４１６を含む。
【０１８１】
搬送ベルト４１２は用紙４１０を吸着して液体吐出ヘッド４０４に対向する位置で搬送する。この搬送ベルト４１２は、無端状ベルトであり、搬送ローラ４１３と、テンションローラ４１４との間に掛け渡されている。吸着は静電吸着、あるいは、エアー吸引などで行うことができる。
【０１８２】
そして、搬送ベルト４１２は、副走査モータ４１６によってタイミングベルト４１７及びタイミングプーリ４１８を介して搬送ローラ４１３が回転駆動されることによって、副走査方向に周回移動する。
【０１８３】
さらに、キャリッジ４０３の主走査方向の一方側には搬送ベルト４１２の側方に液体吐出ヘッド４０４の維持回復を行う維持回復機構４２０が配置されている。
【０１８４】
維持回復機構４２０は、例えば液体吐出ヘッド４０４のノズル面（ノズルが形成された面）をキャッピングするキャップ部材４２１、ノズル面を払拭するワイパ部材４２２などで構成されている。
【０１８５】
主走査移動機構４９３、供給機構４９４、維持回復機構４２０、搬送機構４９５は、側板４９１Ａ，４９１Ｂ、背板４９１Ｃを含む筐体に取り付けられている。
【０１８６】
このように構成したこの装置においては、用紙４１０が搬送ベルト４１２上に給紙されて吸着され、搬送ベルト４１２の周回移動によって用紙４１０が副走査方向に搬送される。
【０１８７】
そこで、キャリッジ４０３を主走査方向に移動させながら画像信号に応じて液体吐出ヘッド４０４を駆動することにより、停止している用紙４１０に液体を吐出して画像を形成する。
【０１８８】
このように、この装置では、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているので、高画質画像を安定して形成することができる。
【０１８９】
次に、本発明に係る液体吐出ユニットの他の例について図２１を参照して説明する。図２１は同ユニットの要部平面説明図である。
【０１９０】
この液体吐出ユニットは、前記液体を吐出する装置を構成している部材のうち、側板４９１Ａ、４９１Ｂ及び背板４９１Ｃで構成される筐体部分と、主走査移動機構４９３と、キャリッジ４０３と、液体吐出ヘッド４０４で構成されている。
【０１９１】
なお、この液体吐出ユニットの例えば側板４９１Ｂに、前述した維持回復機構４２０、及び供給機構４９４の少なくともいずれかを更に取り付けた液体吐出ユニットを構成することもできる。
【０１９２】
次に、本発明に係る液体吐出ユニットの更に他の例について図２２を参照して説明する。図１５は同ユニットの正面説明図である。
【０１９３】
この液体吐出ユニットは、流路部品４４４が取付けられた液体吐出ヘッド４０４と、流路部品４４４に接続されたチューブ４５６で構成されている。
【０１９４】
なお、流路部品４４４はカバー４４２の内部に配置されている。流路部品４４４に代えてヘッドタンク４４１を含むこともできる。また、流路部品４４４の上部には液体吐出ヘッド４０４と電気的接続を行うコネクタ４４３が設けられている。
【０１９５】
本願において、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッド又は液体吐出ユニットを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて、液体を吐出させる装置である。液体を吐出する装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。
【０１９６】
この「液体を吐出する装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置なども含むことができる。
【０１９７】
例えば、「液体を吐出する装置」として、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物（三次元造形物）を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置（三次元造形装置）がある。
【０１９８】
また、「液体を吐出する装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。
【０１９９】
上記「液体が付着可能もの」とは液体が一時的にでも付着可能なものを意味する。「液体が付着するもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど液体が一時的でも付着可能であればよい。
【０２００】
また、「液体」は、インク、処理液、ＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料、結着剤、造形液なども含まれる。
【０２０１】
また、「液体を吐出する装置」には、特に限定しない限り、液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液体吐出ヘッドを移動させないライン型装置のいずれも含まれる。
【０２０２】
また、「液体を吐出する装置」としては他にも、用紙の表面を改質するなどの目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液をノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置などがある。
【０２０３】
「液体吐出ユニット」とは、液体吐出ヘッドに機能部品、機構が一体化したものであり、液体の吐出に関連する部品の集合体である。例えば、「液体吐出ユニット」は、ヘッドタンク、キャリッジ、供給機構、維持回復機構、主走査移動機構の構成の少なくとも一つを液体吐出ヘッドと組み合わせたものなどが含まれる。
【０２０４】
ここで、一体化とは、例えば、液体吐出ヘッドと機能部品、機構が、締結、接着、係合などで互いに固定されているもの、一方が他方に対して移動可能に保持されているものを含む。また、液体吐出ヘッドと、機能部品、機構が互いに着脱可能に構成されていても良い。
【０２０５】
例えば、液体吐出ユニットとして、図２０で示した液体吐出ユニット４４０のように、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。また、チューブなどで互いに接続されて、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。ここで、これらの液体吐出ユニットのヘッドタンクと液体吐出ヘッドとの間にフィルタを含むユニットを追加することもできる。
【０２０６】
また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジが一体化されているものがある。
【０２０７】
また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドを走査移動機構の一部を構成するガイド部材に移動可能に保持させて、液体吐出ヘッドと走査移動機構が一体化されているものがある。また、図２１で示したように、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジと主走査移動機構が一体化されているものがある。
【０２０８】
また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドが取り付けられたキャリッジに、維持回復機構の一部であるキャップ部材を固定させて、液体吐出ヘッドとキャリッジと維持回復機構が一体化されているものがある。
【０２０９】
また、液体吐出ユニットとして、図２２で示したように、ヘッドタンク若しくは流路部品が取付けられた液体吐出ヘッドにチューブが接続されて、液体吐出ヘッドと供給機構が一体化されているものがある。
【０２１０】
主走査移動機構は、ガイド部材単体も含むものとする。また、供給機構は、チューブ単体、装填部単体も含むものする。
【０２１１】
また、「液体吐出ヘッド」は、使用する圧力発生手段が限定されるものではない。例えば、上記実施形態で説明したような圧電アクチュエータ（積層型圧電素子を使用するものでもよい。）以外にも、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いるサーマルアクチュエータ、振動板と対向電極からなる静電アクチュエータなどを使用するものでもよい。
【０２１２】
また、本願の用語における、画像形成、記録、印字、印写、印刷、造形等はいずれも同義語とする。
【符号の説明】
【０２１３】
１  ノズル板
２  流路板
３  振動板部材
４  ノズル
６  個別液室
８  液導入部
１０  共通液室
１２  圧電部材
２０  フレーム部材
４０  ノズル基材
４１  ノズル孔
４１ａ  ノズル内壁面
４２  撥液膜
４３  ストレート部
４４  テーパ形状部
４３ａ、４４ａ  壁面部分
４０３  キャリッジ
４０４  液体吐出ヘッド
４４０  液体吐出ユニット
【図１】
2016083928.tif 000008
【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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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