(57)【要約】  インク吐出面におけるワイピングの耐久性を向上させることが可能な、インクジェットヘッド、インクジェット画像形成装置、ノズルプレートの製造方法、およびインクジェットヘッドの製造方法を提供する。インクジェットヘッドは、インクが吐出されるノズル孔を備えたノズル基板を含むインクジェットヘッドであって、ノズル基板は、インク吐出面において、インクに含まれるインク粒子が入り込み且つインク吐出面を拭くワイピング部材が入り込まないように形成された凹凸構造を有する。
2020170351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクが吐出されるノズル孔を備えたノズル基板を含むインクジェットヘッドであって、
前記ノズル基板は、インク吐出面において、前記インクに含まれるインク粒子が入り込み且つ前記インク吐出面を拭くワイピング部材が入り込まないように形成された凹凸構造を有する、
インクジェットヘッド。
【請求項２】
前記ワイピング部材は、繊維からなり、
前記凹凸構造の少なくとも一部は、下記数式１および数式２を満たすように構成されている、
請求項１に記載のインクジェットヘッド。
Ｗ≧ｐ≧ｒ・・・（数式１）
ｄ≧ｒ・・・（数式２）
但し、ｐは凹凸構造における凹凸の幅、ｄは凹凸構造における凹凸の高さ、ｒはインク粒子の径、Ｗはワイピング部材の繊維の幅である。
【請求項３】
前記インク粒子は、カーボンブラック粒子である、
請求項１または２記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記インク吐出面の表面には、撥水下地層が設けられている、
請求項１から３のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記撥水下地層の上に、該撥水下地層とシロキサン結合を形成している単分子撥水膜が設けられている、
請求項４に記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記ノズル基板の材料は、シリコン、金属、または樹脂である、
請求項１から５のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
前記カーボンブラック粒子は、凝集した複数のカーボンブラックの一次粒子からなる、
請求項３に記載のインクジェットヘッド。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載のインクジェットヘッドを備えたインクジェット画像形成装置。
【請求項９】
インクジェットヘッドに用いられ、ノズル孔からインクが吐出されるノズルプレートの製造方法であって、
前記ノズルプレートにおけるインク吐出面に、前記インクに含まれるインク粒子が入り込み且つ前記インク吐出面を拭くワイピング部材が入り込まないような凹凸構造を形成する、
ノズルプレートの製造方法。
【請求項１０】
前記凹凸構造を、ブラスト処理によって形成する、
請求項９に記載のノズルプレートの製造方法。
【請求項１１】
前記凹凸構造を、エッチング処理によって形成する、
請求項９に記載のノズルプレートの製造方法。
【請求項１２】
インクが吐出されるノズル孔が形成されるノズルプレートにおけるインク吐出面に、前記インクに含まれるインク粒子が入り込み且つ前記インク吐出面を拭くワイピング部材が入り込まないような凹凸構造を形成する工程を有する、
インクジェットヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットヘッド、インクジェット画像形成装置、ノズルプレートの製造方法、およびインクジェットヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンタでは、インクジェットヘッドのノズルからインクが吐出される側のノズル面（以下、インク吐出面ともいう。）に霧状のインク(インクミスト)が付着すると、固化したインクがノズルの開口部を塞いでしまい、インクの射出曲り、ひいては画像不良の原因になる。【０００３】
従来、この問題に対しては、インク吐出面に撥水膜層を形成して、かかる面におけるインクの撥水性を向上させるとともに、ゴムや布などの素材からなるワイピング部材によってインクを払拭除去(ワイピング)する技術を用いている。しかしながら、かかる従来技術では、ワイピング回数が増えるほど撥水膜層が摩耗して、インク吐出面の撥水性が低下する問題があった。このため、インク吐出面におけるワイピングの耐久性を向上させる技術が求められており、かかる課題に対応したものとして、例えば、以下の特許文献１、特許文献２に記載の技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１１３３５１号公報
【特許文献２】特許第５５２０１９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術は、インク吐出面に凹凸のある保護膜を設け、かかる保護膜の凹凸に沿って撥水膜を形成するものである。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、保護膜の凹凸のパラメータは撥水構造を持たせるための値であり、また、凹凸の形成に特殊な技術や手間が必要となる。【０００６】
特許文献２に記載の技術は、インク吐出面に凹凸構造を形成したフッ素含有ＤＬＣ膜を設けることで、特許文献１に記載の凹凸構造よりも機械的強度を向上させている。しかしながら、特許文献２に記載の技術も、凹凸の形成に特殊な技術や手間が必要になる。【０００７】
本発明の目的は、インク吐出面におけるワイピングの耐久性を向上させることが可能な、インクジェットヘッド、インクジェット画像形成装置、ノズルプレートの製造方法、およびインクジェットヘッドの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るインクジェットヘッドは、
インクが吐出されるノズル孔を備えたノズル基板を含むインクジェットヘッドであって、
前記ノズル基板は、インク吐出面において、前記インクに含まれるインク粒子が入り込み且つ前記インク吐出面を拭くワイピング部材が入り込まないように形成された凹凸構造を有する。【０００９】
本発明に係るインクジェット画像形成装置は、上記のインクジェットヘッドを備える。【００１０】
本発明に係るノズルプレートの製造方法は、
インクジェットヘッドに用いられ、ノズル孔からインクが吐出されるノズルプレートの製造方法であって、
前記ノズルプレートにおけるインク吐出面に、前記インクに含まれるインク粒子が入り込み且つ前記インク吐出面を拭くワイピング部材が入り込まないような凹凸構造を形成する。【００１１】
本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法は、
インクが吐出されるノズル孔が形成されるノズルプレートにおけるインク吐出面に、前記インクに含まれるインク粒子が入り込み且つ前記インク吐出面を拭くワイピング部材が入り込まないような凹凸構造を形成する工程を有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、インク吐出面におけるワイピングの耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施の形態におけるインクジェット画像形成装置の構成例を示す図である。
【図２】本実施の形態におけるインクジェットヘッドの一例を示す概略構成図である。
【図３】本実施の形態におけるインクジェットヘッドの断面図である。
【図４】本実施の形態におけるインクジェットヘッドのインク吐出面に形成される凹凸構造の概要を説明する図である。
【図５】図５Ａおよび図５Ｂは、各々、インク吐出面に形成される凹凸構造の比較例１および比較例２を説明する図である。
【図６】インク吐出面における凹凸構造の形成方法を説明するための図である。
【図７】インク吐出面に形成される凹凸構造の一実施例を説明するためのノズル基板のインク吐出面における断面プロファイルを示す図である。
【図８】インク吐出面における凹凸構造の実施例および比較例を対比して示す表である。
【図９】インク吐出面における凹凸構造の形成方法の他の例を説明する工程図である。
【図１０】インク吐出面における凹凸構造の形成方法のさらに他の例を説明する工程図である。
【図１１】インク吐出面における凹凸構造の形成方法のさらなる他の例を説明する工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。また、本発明は、以下の形態に限定されるものではない。
【００１５】
本実施の形態におけるインクジェット画像形成装置は、例えば、後述の本実施の形態に係るインクジェットヘッドを有する以外は、特開２００２−２７３８６７号公報に記載のインクジェット画像形成装置などの公知のインクジェット画像形成装置と同様に構成することができる。以下、図を用いてより詳しく説明する。
【００１６】
インクジェット画像形成装置１００は、図１に示すように、インクジェットヘッド１と、インク供給装置１２０と、搬送装置１３０と、メインタンク１４０とを有している。
【００１７】
インクジェットヘッド１は、インク滴を被印刷物である用紙などの記録媒体１５０に吐出するための複数のノズルを有する。たとえば、インクジェットヘッド１には、色の異なる複数種のインクがそれぞれ特定のノズルに供給されるように構成される。インクジェットヘッド１は、例えば、画像を形成すべき記録媒体１５０の搬送方向Ｘを横切る方向に走査自在に配置されている。インクジェットヘッド１の構成については後述する。
【００１８】
搬送装置１３０は、インクジェットヘッド１に対して記録媒体１５０を搬送するための装置である。搬送装置１３０は、例えば、ベルトコンベア１３１と、回転自在な送りローラー１３２とを備える。ベルトコンベア１３１は、回転自在なプーリー１３３、１３３と、これらのプーリー１３３、１３３に張設されている無端状のベルト１３４と、から構成される。送りローラー１３２は、記録媒体１５０の搬送方向Ｘにおける上流側のプーリー１３３に対向する位置に、ベルト１３４と記録媒体１５０を挟持してベルト１３４上に記録媒体５０を送り出すように配置されている。
【００１９】
インク供給装置１２０は、インクジェットヘッド１と一体的に配置されている。インク供給装置１２０は、インクの種類ごとに配置されている。たとえば、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）およびＫ（ブラック）の４色のインクを用いる場合では、インク供給装置１２０は、インクジェットヘッド１に四つ配置される。
【００２０】
各インク供給装置１２０は、メインタンク１４０に接続された管１６１および弁１６４を介して、メインタンク１４０内のインクが供給される。また、各インク供給装置１２０は、管１６２を介してインクジェットヘッド１の後述する共通インク室２と連通し、各色のインクを所望の共通インク室２の供給口２ａへ供給可能に接続されている。
【００２１】
インクジェットヘッド１は、上記の管１６１から分岐するバイパス管１６３によってメインタンク１４０にも接続されている。管１６１とバイパス管１６３との分岐点には、これら管１６１および１６３の一方または両方にインクの流路を切換、設定可能な弁１６４が配置されている。管１６１、１６２、およびバイパス管１６３は、例えばいずれも可撓性を有するチューブである。弁１６４は、例えば三方弁である。
【００２２】
メインタンク１４０は、インクジェットヘッド１に供給されるべきインクを収容するためのタンクである。メインタンク１４０は、インクジェットヘッド１とは分離して配置されている。メインタンク１４０は、例えば、不図示の撹拌装置を有している。メインタンク１４０は、インクジェット画像形成装置１００の画像形成性能や大きさなどに応じて適宜に決めることが可能である。たとえば、インクジェット画像形成装置の画像形成速度が１〜３ｍ２／分である場合、メインタンク１４０の容量は、例えば１Ｌである。
【００２３】
また、インクジェット画像形成装置１００では、インクジェットヘッド１の後述する吐出口を含むインク吐出面（図１中、インクジェットヘッド１の下側の面）に付着したインクを払拭して除去するためのワイピング部材（図１では図示せず。）が使用される。ワイピング部材の材質は、例えばゴムや布などが用いられる。
【００２４】
インクジェット画像形成装置１００は、図示しないアクチュエータ等により、インクジェットヘッド１のインク吐出面に対してワイピング部材を離接可能に構成し、インク吐出量等に応じてワイピング部材を動作させることにより、インク吐出面を自動で清掃する構成としてもよい。あるいは、ユーザーがワイピング部材を動かしてインク吐出面を手作業で清掃する構成としてもよい。
【００２５】
次に、インクジェットヘッド１の構成について、図２及び図３を参照して説明する。図２は、インクジェットヘッドの概略構成図、図３は、インクジェットヘッドの断面図である。
【００２６】
図２及び図３に示す装置は、上述したインクジェット画像形成装置１００に用いられるインクジェットヘッド１の概要を示す斜視図である。図２に示すように、インクジェットヘッド１は、共通インク室２と、保持部３と、ヘッドチップ４と、フレキシブル配線基板５と、を有している。
【００２７】
共通インク室２は、中空の略直方体状に形成されており、一面が開口している。共通インク室２の開口と反対側の一面には、インク供給装置１２０のインクを供給するためのインク供給口２ａと、インクをインク供給装置１２０に排出するためのインク排出口２ｂが設けられている。
【００２８】
図３に示すように、共通インク室２の室内２ｃには、フィルタ７が設けられている。フィルタ７は、メッシュ状の部材で形成されている。フィルタ７は、インク供給口２ａから供給されたインクから異物を取り除くと共に、インク内に含有する気泡を細かく破砕する。そして、共通インク室２の開口を覆うようにして保持部３が配置されている。
【００２９】
保持部３は、略中央に開口部３ａを有する略平板状に形成されている。保持部３の一方の面には、開口部３ａを覆うようにして共通インク室２が接続される。また、保持部３の他方の面には、開口部３ａを覆うようにしてヘッドチップ４が接続される。そして、保持部３の開口部３ａを介して共通インク室２と、ヘッドチップ４が連通する。
【００３０】
保持部３の外周部には、挿通孔３ｂが設けられている。挿通孔３ｂには、フレキシブル配線基板５が挿通する。フレキシブル配線基板５は、後述するヘッドチップ４の配線基板５０に接続される。また、フレキシブル配線基板５は、保持部３に設けた挿通孔３ｂを保持部３の他方の面から挿通して、共通インク室２側に引き出される。
【００３１】
ヘッドチップ４は、ノズルプレート１０と、中間プレート２０と、圧力室形成プレート３０と、駆動プレート４０と、配線基板５０とを有している。また、ヘッドチップ４は、インクの吐出面側から、ノズルプレート１０、中間プレート２０、圧力室形成プレート３０、駆動プレート４０、配線基板５０の順に積層されている。
【００３２】
ノズルプレート１０には、複数のノズル孔１１と、流路１２が形成されている。ノズル孔１１は、ノズルプレート１０の一面から他面にかけて貫通している。このノズル孔１１は、吐出口となる先端側が小径となるように絞り込まれた断面形状を有し、共通インク室２から供給されたインクを吐出口から外部に吐出する。また、ノズル孔１１は、ノズルプレート１０に複数（例えば、５００〜２０００個）設けられ、マトリックス状に配置されている。このノズル孔１１は、ノズルプレート１０に積層される中間プレート２０を介して圧力室形成プレート３０に形成された圧力室３１と連通する。
【００３３】
図３中、ノズルプレート１０の下側の面がインク吐出面１０ｓとなる。ノズルプレート１０のインク吐出面１０ｓは、上述したワイピング部材でワイピングされる（擦られる）ことによって、付着しているインクが拭き取られて清掃される。また、ノズルプレート１０のインク吐出面１０ｓには、吐出されたインクの残部を清掃しやすくするため、撥水性を有する撥水膜層（図示せず）が形成される。
【００３４】
ノズルプレート１０の材質は、シリコン、金属、または樹脂を用いることができる。図３では、説明の便宜のため、ノズルプレート１０を単層として表している。他方、ノズルプレート１０は、上述した材質（異なる材質）の板材を組み合わせた複数の層で構成してもよい。あるいは、ノズルプレート１０は、ＳＯＩ（Silicon on Insulator)基板などの、活性層および酸化膜層を有する複数の層からなる基板を加工して形成してもよい。
【００３５】
流路１２は、ノズル孔１１に連続して形成されている。この流路１２は、ノズルプレート１０に一面から他面に向けて凹んだ凹部である。そして、流路１２は、ノズル孔１１の軸方向と交差する方向に延びている。この流路１２により、ノズルプレート１０を通過するインクの流路抵抗を低減させている。
【００３６】
中間プレート２０は、ノズルプレート１０と、圧力室形成プレート３０との間に配置される。中間プレート２０には、ノズル孔１１と後述する圧力室形成プレート３０に設けた圧力室３１とを連通する第１連通孔２１が設けられている。この第１連通孔２１は、ノズルプレート１０のノズル孔１１と対応する位置に設けられ、中間プレート２０の一面から他面にかけて貫通している。
【００３７】
圧力室形成プレート３０は、複数の圧力室３１と、振動板３２とを有している。圧力室３１は、圧力室形成プレート３０の一面から他面にかけて貫通している。この圧力室３１によって、ノズル孔１１から吐出されるインクに吐出圧力が付与される。また、圧力室３１は、ノズルプレート１０のノズル孔１１及び中間プレート２０の第１連通孔２１と対応する位置に設けられている。
【００３８】
振動板３２は、圧力室３１における中間プレート２０とは反対側の開口を覆うように配置されている。この振動板３２には、圧力室３１と連通する第２連通孔３３が設けられている。振動板３２における圧力室３１側の一面と反対側の一面には、駆動プレート４０が配置されている。
【００３９】
駆動プレート４０は、空間部４１と、第２連通孔３３と連通する第３連通孔４２とを有している。空間部４１は、振動板３２を間に挟んで圧力室３１と対向する位置に配置されている。空間部４１には、アクチュエータ６０が収容されている。
【００４０】
アクチュエータ６０は、圧電素子６１と、第１電極６２と、第２電極６３とを有している。第１電極６２は、振動板３２の一面に積層されている。そして、第１電極６２には、圧電素子６１が積層されて、振動板３２及び第１電極６２を間に挟んで圧力室３１と対向する位置に配置される。そして、圧電素子６１は、圧力室３１毎（チャネル毎）に設けられる。
【００４１】
圧電素子６１は、電圧が印加されることによって変形する材料で構成されており、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの強誘電体材料で構成されている。また、圧電素子６１における第１電極６２とは反対側の面には、第２電極６３が積層されている。第２電極６３は、バンプ６４を介して後述する配線基板５０に設けられた配線層５１と接続される。
【００４２】
配線基板５０は、配線層５１と、配線層５１が一面に形成されたシリコン層５２とを有している。配線層５１は、第２電極６３に設けたバンプ６４と、半田５１ａを介して接続される。また、配線層５１の外縁部は、フレキシブル配線基板５に接続される。さらに、配線層５１における駆動プレート４０と反対側の一面には、シリコン層５２が配置される。シリコン層５２は、保持部３に接合される。
【００４３】
また、配線基板５０には、配線層５１及びシリコン層５２を貫通する第４連通孔５３が設けられている。この第４連通孔５３は、駆動プレート４０の第３連通孔４２と、保持部３の開口部３ａを介して共通インク室２と連通する。
【００４４】
インクジェットヘッド１では、互いに連通された配線基板５０の第４連通孔５３、駆動プレート４０の第３連通孔４２、および振動板３２の第２連通孔３３により、共通インク室２内のインクを圧力室３１に供給する流路となるインレットが構成される。インレットは、共通インク室２から圧力室３１に流入されるインクの流路抵抗（流量）を絞る役割を担う。また、互いに連通された中間プレート２０の第１連通孔２１およびノズルプレート１０のノズル孔１１により、圧力室３１内のインクを記録媒体１５０に向けて吐出するためのアウトレットが構成される。
【００４５】
かかる構成を備えたインクジェットヘッド１では、共通インク室２に収容されたインクは、インレット（すなわち第４連通孔５３、第３連通孔４２及び第２連通孔３３）を通過して、圧力室３１に流れ込む。そして、第１電極６２と第２電極６３に電圧が印加されることで、圧電素子６１が変形すると共に圧電素子６１の変形に伴い、振動板３２が変形する。この振動板３２が変形することで、圧力室３１内にインクを吐出するための圧力が発生する。かかる圧力の発生により、圧力室３１内のインクは、アウトレット（すなわち第１連通孔２１およびノズル孔１１）に押し出され、ノズル孔１１の先端（ノズル開口）から記録媒体１５０に向けて吐出される。
【００４６】
ところで、インクジェットヘッド１では、ノズルプレート１０におけるインクが吐出される側の面であるインク吐出面１０ｓに霧状のインク(インクミスト)が付着すると、固化したインクがノズル孔１１の先端側を塞いでしまい、インクの射出曲り、ひいては画像不良の原因になる。
【００４７】
従来は、この問題に対して、ゴムや布などにより形成されたワイピング部材によって、ノズルプレート１０のインク吐出面１０ｓを払拭除去(ワイピング)する技術で対応していた。他方、かかる技術では、ワイピング回数が増えるほど撥水膜層が摩耗して、インク吐出面１０ｓの撥水性が低下する問題があった。このため、ノズルプレート１０のインク吐出面１０ｓにおけるワイピングの耐久性を向上させる技術が求められている。
【００４８】
さらには、インクジェットヘッド１においてカーボンブラック粒子を含有するインクが残存したノズルプレート１０のインク吐出面１０ｓをワイピング部材によって他の顔料インクと同様に払拭した場合、カーボンブラック粒子により撥水膜層が損傷しやすい問題があった。言い換えると、カーボンブラック粒子を含有するインクが付着したインク吐出面１０ｓをワイピング部材によって清掃した場合、比較的少ないワイピング回数でも撥水膜層が劣化（摩耗等）して、インク吐出面１０ｓの撥水性が低下する問題があった。上述した特許文献１および２に記載された凹凸の構造では、カーボンブラック粒子を含有するインクが付着されたインク吐出面をワイピング部材で払拭した場合の効果について記載がなく、このような場合には撥水層が損傷しやすいものと考えられる。
【００４９】
そこで、本実施の形態では、ノズルプレート１０のインク吐出面１０ｓに、インクに含まれるカーボンブラック粒子が入り込み且つインク吐出面１０ｓを拭くワイピング部材が入り込まないような凹凸構造を設けることとした。以下、かかる凹凸構造について、図４を参照して説明する。
【００５０】
図４は、ノズルプレート１０のインク吐出面１０ｓの一部を拡大して示す模式的な断面図であり、図３と異なり、インク吐出面１０ｓを上側にして表している。また、図４では、複数本の繊維が織り込まれてなる布製のワイピング部材を使用した場合を想定し、かかるワイピング部材（布）を構成する一本の繊維を符号２００で示している。
【００５１】
図４中に示さないが、本実施の形態におけるノズルプレート１０のインク吐出面１０ｓの表面（図４中の上側の凹凸面）には、撥水膜が設けられる。また、撥水膜とインク吐出面１０ｓとの間に、撥水下地層が介層される。
【００５２】
この撥水下地層は、撥水膜との密着度向上と耐インク性の向上を図るものであり、例えば、耐インク性の保護膜材料として、炭化ケイ素、チタン、アルミニウム、ジルコニウム、クロム、ハフニウム、ニッケル、タンタル、シリコンなどの酸化物、窒化物などを用いることができる。なお、これら酸化物、窒化物の構成としては、上述した種々の元素のうちの１つの元素のみを含む場合、或いは、耐久性を向上させる目的から、２つ以上の元素を含有する構成としても良い。２つ以上の元素を含有する構成としては、一例えば、ハフニアとシリコンを含んだハフニウムシリケート、タンタルとシリコンを含んだタンタルシリケートなどが挙げられる。
【００５３】
本実施の形態では、インク吐出面１０ｓに、上述した撥水下地層が設けられ、撥水下地層の上には、かかる撥水下地層とシロキサン結合を形成する単分子撥水膜が設けられる。このように、撥水膜の下地層と撥水膜とを化学結合させることによって、撥水膜が下地層に強固に担持される。また、かかる撥水膜がインク吐出面１０ｓの表面に設けられることにより、インク吐出面１０ｓ上のインク付着が抑制される。
【００５４】
本実施の形態におけるノズルプレート１０のインク吐出面１０ｓは、図４に示すように、カーボンブラック粒子５００が入り込める程度の深さを有する。ここで、カーボンブラック粒子５００は、凝集した複数のカーボンブラックの一次粒子からなる。簡明化のため、図４では、カーボンブラック粒子５００を球状に示しているが、実際のカーボンブラック粒子５００の外形は、非球形であり、粒子径もまちまちである。他方、本発明者らが統計的に算出した結果、カーボンブラック粒子５００の粒子径（直径）の中央値は、約１１０ｎｍであることが分かった。
【００５５】
図４中、インク吐出面１０ｓの凹凸構造（マイクロラフネス構造）における凹凸の高さを符号ｄで、凹凸幅（各凸部間のピッチ）を符号ｐで、ワイピング部材の幅（この例では繊維２００の太さないし径）を符号Ｗで、各々示している。
【００５６】
図４では、簡明化のため、インク吐出面１０ｓの個々の凹凸の断面形状が均一（すなわち各凸部の頂点同士が面一）かつ正弦波状であるように示している。他方、形成方法にもよるが、個々の凹凸の断面形状、ひいては凹凸の高さｄや凹凸幅ｐは、実際には不均一であり得る。また、ワイピング部材を構成する繊維２００の太さないし径Ｗも、実際には不均一であり得る。
【００５７】
以上を考慮した上で、ノズルプレート１０のインク吐出面１０ｓにおける凹凸構造およびワイピング部材の寸法に関するパラメータは、下記の数式１および数式２を満たすようにする。
Ｗ≧ｐ≧ｒ・・・（数式１）
ｄ≧ｒ・・・（数式２）
【００５８】
上記数式１および数式２において、ｐ、ｄ、ｒ、およびＷの値は、各々、統計的な値（統計量）であればよい。詳しくは、ｐの値は、凹凸構造における凹凸の幅の統計量すなわち寸法分布の中央値または平均値であればよい。また、ｄの値は、凹凸構造における凹凸の高さの中央値または平均値であればよい。また、ｒの値は、カーボンブラック粒子５００の粒子径（直径）の中央値または平均値であればよい。さらに、Ｗの値は、ワイピング部材を構成する個々の繊維２００の径の寸法分布の中央値または平均値であればよい。
【００５９】
図４に示すインク吐出面１０ｓの凹凸構造の例は、上記数式１および数式２を満たす例である。かかる凹凸構造によれば、ノズル孔１１からインクが吐出された後、カーボンブラック粒子５００は、インクを構成する液体よりも比重が高いことから、図４に示すように、インク吐出面１０ｓの凹部（底側）に溜まる。
【００６０】
また、ワイピング部材を構成する繊維２００の径Ｗがインク吐出面１０ｓの凹凸構造の各凸部間のピッチｐよりも大きいことから、かかる繊維２００は、図４に示すように、インク吐出面１０ｓの各凸部上を移動し、凹部にまで達することはない。
【００６１】
したがって、ワイピング部材でノズルプレート１０のインク吐出面１０ｓを払拭した場合、ワイピング部材（繊維２００）と、インク吐出面１０ｓに残存したカーボンブラック粒子５００と、が直接接触することが防止される。
【００６２】
かくして、インク吐出面１０ｓの清掃時には、インク吐出面１０ｓの凹凸構造に形成された撥水膜のうち、凸部の領域の撥水膜だけがワイピング部材によって擦られる。このとき、インク吐出面１０ｓの凹部側に溜まったカーボンブラック粒子５００を含むインク液は、各々の繊維２００に染み込んで、ワイピング部材により清掃される。
【００６３】
このように、インク吐出面１０ｓの凹部の領域に形成された撥水膜は、ワイピング部材が直接接触されない非接触領域となり、この結果、カーボンブラック粒子５００がワイピング部材（繊維２００）に押圧されて移動されることに起因した膜の劣化（摩耗等）を抑制できる。
【００６４】
総じて、本実施の形態におけるインク吐出面１０ｓの凹凸構造によれば、インク吐出面１０ｓの凹部の領域に形成された撥水膜の耐久性が高められ、インク吐出面１０ｓ全体としての撥水性を維持することができる。したがって、インク吐出面１０ｓにおけるワイピングの耐久性を向上させることができる。
【００６５】
上記数式１または数式２を満たさない場合の比較例としての凹凸構造の例を、図５Ａおよび図５Ｂを参照して説明する。
【００６６】
図５Ａに示す例は、インク吐出面１０ｓの凹凸構造における凹凸の高さｄが小さすぎる場合であり、凹凸構造の凹部に残存するカーボンブラック粒子５００の上部が凹凸構造の凸部よりも上の位置にあることが分かる。このような凹凸構造の場合、ワイピング部材でインク吐出面１０ｓをワイピングした際に、繊維２００によってカーボンブラック粒子５００を押圧しながらインクを拭き取る動作となる。かかる動作により、インク吐出面１０ｓに形成された撥水膜がカーボンブラック粒子５００によって削られ、撥水膜の耐久性を保つことができなくなる。
【００６７】
図５Ｂに示す例は、インク吐出面１０ｓの凹凸構造における凹凸の幅（凸部間のピッチ）ｐが広すぎる場合であり、ワイピング部材の繊維２００が凹部の底面近くまで入り込んでいることが分かる。このような凹凸構造の場合でも、ワイピング部材でインク吐出面１０ｓをワイピングした際に、繊維２００によってカーボンブラック粒子５００を押圧しながらインクを拭き取る動作となる。かかる動作により、インク吐出面１０ｓに形成された撥水膜（主に凹部の領域の撥水膜）がカーボンブラック粒子５００によって削られ、撥水膜の耐久性を保つことができなくなる。
【００６８】
したがって、本実施の形態では、上述した数式１および数式２を満たすように、凹凸構造における深さｄ、幅（ピッチ）ｐの値を設計し、ノズルプレート１０を製作する。
【００６９】
なお、ノズルプレート１０のインク吐出面１０ｓの全ての領域の凹凸形状が上記数式１および数式２を満たす必要はない。例えば、インク吐出面１０ｓのうち、ノズル孔１１からある程度離れた部分では、上記数式１および数式２を満たさなくても構わない。一方、インク吐出面１０ｓのうち、ノズル孔１１に近い領域すなわちノズル孔１１を取り囲む周囲の部分では、上記数式１および数式２を満たす凹凸形状部分が出来るだけ多いこと（理想的にはかかる周囲部分の全ての凹凸が上記数式１および数式２を満たすこと）が望ましい。
【００７０】
上述した数式１および数式２を満たすような凹凸構造は、種々の方法で作製することができる。以下は、ブラスト法を用いてノズルプレート１０のインク吐出面１０ｓに上述した凹凸構造を形成する場合を説明する。
【００７１】
図６に、本実施の形態におけるインク吐出面１０ｓの凹凸構造の形成方法の第１の方法を示す。第１の方法では、図３で上述したノズル孔１１および流路１２を形成するようにシリコン部材を加工して、ノズルプレート１０を作製する（ステップＳ１０）。続いて、ノズル開口面（すなわちインク吐出面１０ｓ）をブラスト処理することによって、上述した凹凸構造を形成する（ステップＳ２０）。ここで、ブラスト処理は、既知のブラスト処理を用いることができる。かかる第１の方法によれば、低コストにて凹凸構造を形成することができる。
【００７２】
（実施例等）
本発明者らは、第１の方法を用いて、上述した凹凸構造の実施例および比較例となるノズルプレート１０を試作した。また、各試作品（ノズルプレート１０）のインク吐出面１０ｓに、上述した撥水下地層と、この撥水下地層とシロキサン結合を形成する単分子撥水膜を形成して、インク吐出面１０ｓをワイピング（擦過）して撥液性が低下するか否かについて試験（以下、撥液性低下試験という）を行った。撥液性低下試験では、上記の撥水下地層および単分子撥水膜が形成された各試作品のインク吐出面１０ｓにカーボンブラック粒子を含有するインクを付着させ、ワイピング部材によってインク吐出面１０ｓを擦過し、擦過後のインク吐出面１０ｓの撥液性の低下の有無を調べた。
【００７３】
実施例および比較例における共通条件として、ワイピング部材は、アズワン株式会社製のアズピュアワイパー（ポリエステル製）を使用した。かかるワイピング部材の繊維の径（太さ）Ｗを測定したところ、Ｗ＝５μｍ〜１４μｍの範囲の値を示した。また、インクは、１次粒子径ｒ（平均値）＝７０ｎｍのカーボンブラック粒子を含有するインクを使用した。ノズルプレート１０は、シリコン製の基板を使用した。
【００７４】
実施例では、凹凸構造におけるピッチｐ（中央値）＝９７０ｎｍ、深さｄ（中央値）＝１２２ｎｍの微細な凹凸（マイクロラフネス）をインク吐出面１０ｓに形成した。図７は、かかる実施例の断面形状のプロファイルを示す表である。表中、ｘ軸方向がピッチｐに沿った方向を表し、ｚ軸方向が深さｄに沿った方向である。また、ｚ軸における７０（ｎｍ）の位置が、ブラスト処理前のインク吐出面１０ｓの位置である。
【００７５】
また、図５Ａの態様に相当する比較例（比較例１）として、凹凸構造におけるピッチｐ（中央値）＝３００ｎｍ、深さｄ（中央値）＝４３ｎｍの凹凸をインク吐出面１０ｓに形成した。
【００７６】
さらに、図５Ｂの態様に相当する他の比較例（比較例２）として、凹凸構造におけるピッチｐおよび深さｄ（いずれも中央値）＝数十μｍｍの凹凸をインク吐出面１０ｓに形成した。なお、この比較例では、ｐおよびｄの値が大きく、実施例と同じブラスト処理を用いての作製が困難であったため、シリコン製の基板をエッチングして作製した。
【００７７】
図８は、上記の実施例および比較例１，２の各試作品（ノズルプレート１０）のインク吐出面１０ｓにおける凹凸構造の概要、および撥液性劣化試験の結果を示す表である。表中、「×」は、擦過後のインク吐出面１０ｓの撥液性の低下が認められたもの、「○」は、擦過後のインク吐出面１０ｓの撥液性の低下が認められなかったものを示す。この表に示すように、数式１および数式２の両方を満たす凹凸構造を備えた実施例によれば、インク吐出面１０ｓに付着したカーボンブラック含有インクをワイピングした場合でもインク吐出面の凹部の撥水膜が残存し、撥水性を維持することができることが分かった。
【００７８】
図９に、本実施の形態におけるインク吐出面１０ｓの凹凸構造の形成方法の第２の方法を示す。図９中、上述した第１の方法と同等の工程には同一のステップ番号を付している。図９に示す第２の方法は、図６で説明した第１の方法と比較して分かるように、ノズル開口面（インク吐出面１０ｓ）をブラスト処理して凹凸構造を形成する工程（ステップＳ２０）に先立って、ステップＳ１１〜ステップＳ１４の工程を実行する。
【００７９】
具体的には、まず、図３で上述したノズル孔１１および流路１２を形成するようにシリコン部材を加工して、ノズルプレート１０を作製する（ステップＳ１０）。
【００８０】
次に、ノズルプレート１０の両面（図３中の上面および下面）にドライフィルムをラミネートする（ステップＳ１１）。このドライフィルムは、ステップＳ２０のブラスト処理時に、本来不必要な領域にブラスト処理を施さないようにする役割を担う。続いて、ノズル開口面（インク吐出面１０ｓ）にラミネートされたドライフィルムのノズル孔１１を含む所定領域（例えばノズル孔１１を中心とした円形の領域）に、レジストパターンを形成する（ステップＳ１２）。次に、レジストパターンが形成された領域を、フォトリソグラフィ法により、ドライフィルムとともに除去する。具体的には、レジストパターンが形成された領域に光を照射して該領域を反応させる露光の工程（ステップＳ１３）および、露光後のノズルプレート１０を現像液に浸し、余分な部分のレジストを除去する現像の工程（ステップＳ１４）を実行する。この後、第１の方法と同様に、インク吐出面１０ｓをブラスト処理することによって、ノズル孔１１を含む所定領域（ドライフィルムが除去されたインク吐出面１０ｓの領域）に、上述した凹凸構造を形成する（ステップＳ２０）。この後、余分なドライフィルムを剥離する（ステップＳ２１）。
【００８１】
図１０に、本実施の形態におけるインク吐出面１０ｓの凹凸構造の形成方法の第３の方法を示す。第３の方法では、ノズルプレート１０の材料として多層のＳＯＩ基板を使用することを前提とし、上述した第１の方法におけるステップＳ１０（ノズル孔１１および流路１２の形成）の前処理として、ステップＳ９の処理を実行する。すなわち、ステップＳ９では、ＳＯＩ基板を構成する複数の層のうちの活性層側をブラスト処理することによって、かかる活性層に上述した凹凸構造を形成する。この後、図３で上述したノズル孔１１および流路１２を形成するようにシリコン部材を加工して、ノズルプレート１０を作製する（ステップＳ１０）。一例では、ＳＯＩ基板に対して、レジストパターンを形成し、ボッシュ法を用いたＤｅｅｐ−ＲＩＥ装置（図示せず）でドライエッチングを行い、流路１２とノズル孔１１を形成する。
【００８２】
図１１に、本実施の形態におけるインク吐出面１０ｓの凹凸構造の形成方法の第４の方法を示す。図１１中、ステップＳ２２以外は、図９で説明した工程と同一または類似の工程に同一または類似のステップ番号を付している。第４の方法では、ノズルプレート１０の材料として多層のＳＯＩ基板を使用することを前提とし、上述した第１の方法におけるステップＳ１０（ノズル孔１１および流路１２の形成、図１１ではステップＳ２２）の前処理として、ステップＳ１１ａ〜ステップＳ２１の工程を実行する。
【００８３】
具体的には、ステップＳ１１ａでは、ＳＯＩ基板の両面にドライフィルムをラミネートする。続いて、ノズル開口面（インク吐出面１０ｓ）にラミネートされたドライフィルムの所定領域（例えば、ステップＳ２２でノズル孔１１が形成される部分を中心とした円形の領域）に、レジストパターンを形成する（ステップＳ１２）。次に、レジストパターンが形成された領域を、上述した露光（ステップＳ１３）および現像（ステップＳ１４）により除去する。この後、第３の方法と同様に、ＳＯＩ基板の活性層側をブラスト処理することによって、上記の所定領域（ドライフィルムが除去されたインク吐出面１０ｓの領域）に、上述した凹凸構造を形成する（ステップＳ２０ａ）。続いて、余分なドライフィルムを剥離し（ステップＳ２１）、この後、図３で上述したノズル孔１１および流路１２を形成するようにシリコン部材を加工して、ノズルプレート１０を作製する（ステップＳ２２）。
【００８４】
上述した実施の形態では、ワイピング部材の材質が布である場合を前提とし、この場合の凹凸構造の好適な形成方法として、ブラスト法（ブラスト処理）を用いた種々の方法を説明した。他方、ワイピング部材が他の材質（例えばゴム）の場合、布の場合と比較して、Ｗの値が非常に大きくなるケースもあり得る。このような場合、凹凸構造におけるｐやｄの値を大きくすることができ、ブラスト法（ブラスト処理）以外の方法、例えばエッチング処理を用いて凹凸構造を形成することができる。具体的には、図９で説明したステップＳ２０の工程において、ブラスト処理に変えてウェットエッチングを用いて、凹凸構造を形成することができる。
【００８５】
次に、インク吐出面１０ｓに凹凸構造を形成した後の工程の一具体例について概説する。まず、ノズル孔１１の内壁を含めたノズルプレート１０の全面に、保護膜(例えばＳｉＯ２、ＳｉＣ）を形成する。続いて、かかる保護膜が形成されたノズルプレート１０に対してＲＣＡ洗浄を行って、表面の異物を除去する。
【００８６】
次に、ノズルプレート１０に撥水膜を塗布する工程を実行する。具体的には、まず、ノズルプレート１０にプラズマ処理を実施し、表面の濡れ性を向上させる。続いて、パーフルオロアルキル基を有する撥水剤(例えばオプツール)をフッ素系有機溶媒で希釈した液体に、ノズルプレート１０をディップする。この後、一定の温湿度環境でノズルプレート１０を静置して化学反応を進行させ、シロキサン結合が形成することにより、撥水膜が形成される。この状態では、未反応の成分が残存しているため、フッ素系溶媒でノズルプレートのリンスを行い余分の化合物を除去することにより、単分子の撥水膜が形成される。
【００８７】
上記の撥水膜塗布工程では、単分子撥水膜をディップで形成するため、インク吐出面１０ｓのみならず、ノズル孔１１の内壁等を含むノズルプレート１０の全面に撥水膜が形成される。このため、インク吐出面１０ｓのみに撥水膜を残すように、余分な領域の撥水膜を除去する工程を実行する。具体的には、インク吐出面１０ｓに形成されている撥水膜をマスキングテープ等で保護し、裏面よりプラズマ処理を行うことで、余分な領域の撥水膜が除去される。
【００８８】
その他、上記実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００８９】
１  インクジェットヘッド
１０  ノズルプレート
１０ｓ  インク吐出面
１１  ノズル孔
２００  ワイピング部材を構成する繊維
５００  カーボンブラック粒子
【図１】
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【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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【国際調査報告】
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