JP2003341070A - インクジェットヘッド、インクジェットヘッド製造方法、及びインクジェットヘッド記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノズル形成部材表面に形成した撥水膜のワイ
ピングに対する耐久性を向上させて撥水性能を維持でき
るようにすると同時に、エキシマレーザによるノズル孔
の加工性を確保して異形孔がないようにしたノズルプレ
ートを備えるインクジェットヘッドを提供する。 【解決手段】 インク滴を吐出する複数のノズル孔４４
を有するノズル形成部材１２１と、各ノズル孔４４が連
通するノズル連通口１２７を有する複数のインク液室と
を有し、各ノズル孔４４に対応するエネルギー発生手段
を駆動することでインク液室内の容積を変化させ、ノズ
ル孔４４からインク滴を吐出させる。ノズル形成部材１
２１の表面は、フッ素系撥水剤１２３でコーティングさ
れており、ノズル形成部材１２１とフッ素系撥水剤１２
３との間にはＳｉＯ₂薄膜層１２２が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットヘ
ッド、インクジェットヘッド製造方法及びインクジェッ
ト記録装置に関し、より詳細には、撥水性，ワイピング
耐性に優れ、エキシマレーザによる加工性を向上させた
ノズルプレートを有することでインクジェットプリンタ
等に用いてより好適なインクジェットヘッド、該インク
ジェットヘッドの製造方法、及び、該インクジェットヘ
ッドを具備するインクジェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】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
側表面に撥インク膜を形成して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。

【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、撥インク膜を樹脂材料の表面に形成す
ることになるが、樹脂材料と撥インク剤との密着性があ
まり良くないため、直接塗布することは非常に困難であ
る。そのため、樹脂材料の表面を粗面化して微細な凹凸
を形成し、その上に撥水剤を塗布することで密着力の向
上を図ったりしているが、十分な密着力の確保には至っ
ていない。すなわち、塗布後の初期には撥水性は得られ
ているが、ノズルプレート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、撥水性が劣化すること
になる。そこで、ノズル形成部材と撥インク膜との密着
性を高める必要もある。

【０００４】上述のような問題を解決するために、特開
平１０−３０５５８２号公報には、支持基体の一方の面
に、テトラフルオロエチレンを成分とする共重合体を含
む有機樹脂層を撥水層として持つノズルを備えたインク
ジェット式プリントノズルヘッドが提案されている。

【０００５】また、特開平６−８７２１６号公報には、
ノズル形成部材の表面に含フッ素重合体からなるコーテ
ィング層を設け、その背面側からエキシマレーザを照射
してノズル孔加工を行うインクジェット記録ヘッドのノ
ズル形成方法が提案されている。

【０００６】更に、特許２９１４１４６号公報には、ノ
ズルプレートの一方の面に粘着部材を貼り付け、その反
対側面からレーザビームを照射し、プレートの一部が残
るように加工した後、粘着部材を剥がして残った一部を
除去するノズルプレートの製造方法が提案されている。

【０００７】また、ノズル形成部材の表面に、耐摩耗性
のある微粉末層と撥水層を重ねて設けることにより、撥
水層の密着性・ワイピング耐久性を向上させたインクジ
ェットヘッドや、ノズル周縁部を表面酸化処理したノズ
ルプレート上に、０℃〜７０℃の温度範囲で液相状態と
なり、且つ、加水分解可能な官能基を少なくともひとつ
持つ非晶質樹脂を酸素を介して重ねて構成することで、
撥水性と耐久性を向上させ、樹脂材料をノズル形成部材
とした場合、密着力が低くワイピング耐性が悪いという
問題を解決可能なインクジェット記録ヘッドを提案して
いる。

【０００８】更には、ノズル形成部材と撥水層の間に無
機酸化物の島状薄層を形成し、薄層の材料（例えば、Ｓ
ｉＯ₂，ＴｉＯ₂等）、薄層の膜厚を指定することによ
り、撥水性とエキシマレーザによる加工性を両立させた
インクジェットヘッドを提案している。

【０００９】更には、有機材料からなる耐摩耗性のある
微粒子をエキシマレーザによる加工性のある材料（ポリ
イミド）とし、当該微粒子を有する微粒子層をノズル形
成部材と撥水層との間に設けることで、ワイピング耐性
が十分でないという問題を解決したインクジェットヘッ
ドを提案している。

【００１０】上述のごとく、撥インク層としてフッ素系
撥水剤を使用する場合などでは、ノズル形成部材である
樹脂材料等の表面に、ＳｉＯ₂膜を形成し、その上にフ
ッ素系撥水剤を塗布することで密着力を向上することも
試みられている。この場合、ＳｉＯ₂膜厚をある程度厚
くしないと十分な密着力向上効果が得られない。ところ
が、例えば、ノズル孔加工をエキシマレーザ加工等で行
う場合、ノズル形成部材はポリイミド等で形成すればエ
キシマレーザによる加工性を確保できるが、ＳｉＯ₂膜
はエキシマレーザによる加工性が悪いため、きれいなノ
ズル孔加工ができなくなり、異形ノズル孔が発生してし
まうことになる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述のよう
な実情に鑑みてなされたもので、ノズル形成部材表面に
形成した撥水膜のワイピングに対する耐久性を向上させ
撥水性能を維持すると共に、紫外線レーザによる加工性
を確保し異形孔のないノズルプレートを提供することに
より、画像品質が良好で、且つ、経時的劣化のないイン
クジェット記録装置用のインクジェットヘッドを提供す
ることを目的としたものである。

【００１２】具体的には、ノズル形成部材に対しフッ素
系撥水剤を高い密着力でコーティングできるようにする
ことを目的としたものである。

【００１３】また、ノズル形成部材が樹脂材料である場
合であっても、フッ素系撥水剤とノズル形成部材との間
で高い密着力を得ることができるようにすることを目的
としたものである。

【００１４】更には、フッ素系撥水剤とノズル形成部材
との間で高い密着力を得ることにより、従来のように、
密着性の悪さを撥水層の厚さでカバーする、すなわち、
徐々に減ることを見込んで厚い膜を形成して摩耗に対応
することで、膜形成時間，材料費などが大きくなりコス
トがかさむということがないようにすることを目的とし
てなされたものである。

【００１５】更には、ＳｉＯ₂膜とパーフルオロポリオ
キセタンまたは変性パーフルオロポリオキセタンまたは
双方の混合物との化学的結合により高い密着力を得るこ
とを目的としてなされたものである。

【００１６】更には、撥水膜のワイピング耐久性（撥水
膜の密着性）の向上と紫外光レーザによるノズル孔加工
時の被加工性はトレードオフの関係にあるが、この両特
性が十分なレベルで両立する条件を得ることを目的とし
たものである。

【００１７】更には、ＳｉＯ₂膜形成後、チャンバから
取り出すことなくディッピングやスピンコートでのフッ
素系撥水剤の成膜を行い、表面汚染等のために高い密着
力が得られなくなることを防ぐことを目的とするもので
ある。

【００１８】更には、ＳｉＯ₂膜形成時に、Ｓｉ材料を
直接スパッタすることによって（換言すれば、ＳｉＯ₂
を直接スパッタしないことによって）ＳｉＯが一部混ざ
ったり、膜質が緻密でなかったりすることをなくし、良
質な膜が形成されるようにすることを目的としてなされ
たものである。

【００１９】更には、ノズル形成工程を短くすることに
より、部品コストを低減することと、メッキ工法を行わ
ないことにより、排水汚染などの環境問題を起こさない
ようにすることとを目的としてなされたものである。

【００２０】更には、撥水膜のワイピング耐久性と紫外
光レーザによるノズル孔加工時の被加工性とを両立した
インクジェットヘッドを具備するインクジェット記録装
置を提供することを目的としてなされたものである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、イン
ク滴を吐出する複数のノズルを有するノズル形成部材
と、前記各ノズルが連通する複数のインク液室とを有
し、前記各ノズルに対応するエネルギー発生手段を駆動
することで前記インク液室内の容積を変化させ、前記ノ
ズルからインク滴を吐出させるインクジェットヘッドに
おいて、前記ノズル形成部材の表面がフッ素系撥水剤で
コーティングされていること、及び前記ノズル形成部材
と前記フッ素系撥水剤との間に、ＳｉＯ₂膜が形成され
ていることを特徴としたものである。

【００２２】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記ノズル形成部材が、ポリイミド樹脂で形成され
ていることを特徴としたものである。

【００２３】請求項３の発明は、請求項１または２の発
明において、前記フッ素系撥水剤の膜厚が、１Å以上３
０Å以下であることを特徴としたものである。

【００２４】請求項４の発明は、請求項１乃至３のいず
れか１の発明において、前記フッ素系撥水剤が、パーフ
ルオロポリオキセタンまたは変性パーフルオロポリオキ
セタンまたは双方の混合物であることを特徴としたもの
である。

【００２５】請求項５の発明は、請求項１乃至４のいず
れか１の発明において、前記ＳｉＯ ₂膜の膜厚が、１Å
以上３００Å以下であることを特徴としたものである。

【００２６】請求項６の発明は、請求項１乃至５のいず
れか１のインクジェットヘッドを製造するインクジェッ
トヘッド製造方法において、前記フッ素系撥水剤は、前
記ＳｉＯ₂膜が形成されたノズル形成部材に真空蒸着法
でコーティングされることを特徴としたものである。

【００２７】請求項７の発明は、請求項６の発明におい
て、前記フッ素系撥水剤の真空蒸着は、真空中での前記
ＳｉＯ₂膜の形成に引き続いて同一チャンバ内で連続し
て行われることを特徴としたものである。

【００２８】請求項８の発明は、請求項６または７の発
明において、前記ノズル形成部材と前記フッ素系撥水剤
との間に形成する前記ＳｉＯ₂膜は、前記ノズル形成部
材に対してＳｉをスパッタ後、Ｏ₂イオン処理をして形
成することを特徴としたものである。

【００２９】請求項９の発明は、請求項６乃至８のいず
れか１の発明において、前記ノズル形成部材に前記Ｓｉ
Ｏ₂膜を形成し、その後前記フッ素系撥水剤を真空蒸着
した後、紫外光レーザでノズル孔を加工することを特徴
としたものである。

【００３０】請求項１０の発明は、記録信号に応じて駆
動される駆動素子の発生する駆動エネルギーにより、ノ
ズルからインク滴を吐出して記録媒体上に画像を記録す
るインクジェット記録装置であって、少なくとも請求項
１乃至５のいずれか１のインクジェットヘッドを具備す
ることを特徴としたものである。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。図１は、本発明に係るインク
ジェット記録装置の機構部の概略斜視図、図２は、同機
構部の側面図で、このインクジェット記録装置は、記録
装置本体１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。

【００３２】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２で
紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ１
３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１
４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。

【００３３】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。

【００３４】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１
２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１
７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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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３
１，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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】次に、図１に示したインクジェット記録装
置のヘッド１４を構成するインクジェットヘッドについ
て図３乃至図６を参照して説明する。ここで、図３は、
図１に示したインクジェットヘッドの分解斜視図、図４
は、同ヘッドの振動板長手方向に沿う断面図、図５は、
同ヘッドの振動板長手方向に沿う要部断面図、図６は、
同ヘッドの振動板短手方向に沿う要部断面図である。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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５
５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５
７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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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、吐出面には撥水処理を施
している。ここでは、このノズル板４３は、後に詳述す
るように、樹脂部材と金属部材との複層部材からなる。
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。

【００５２】このように、このインクジェットヘッド４
０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。

【００５３】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４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。

【００５４】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。

【００５５】このフレーム部材６５とノズル板４３との
間は、図４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表面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。

【００５６】そして、このインクジェットヘッド１４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。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】次に、図７から図１１を用いて、従来例及
び本発明の詳細を説明する。図７は、従来のインクジェ
ットヘッドの一例を示した断面図で、ノズル板４３は樹
脂部材１０１と高剛性部材１０２とを熱可塑性接着剤１
０３で接合し、樹脂部材１０１の表面に微粉末層１０４
及び撥水膜１０５を順次積層形成したものであり、樹脂
部材１０１に所要精度のノズル孔４４を形成し高剛性部
材１０２にノズル孔４４に連通するノズル連通口１０６
を形成している。そして、このノズル板４３は高剛性部
材１０２側を接着剤で流路基板に接合している。微粉末
層１０４はアンダーコート剤１１１に耐磨耗性を有する
微粉末１１２を混合分散している。このように、樹脂材
料の表面に耐磨耗性を有する微粉末層及び撥水層を順次
積層することでワイピング耐性を向上させている。

【００６０】しかし、この従来例では、アンダーコート
層（微粉末層）１０４に加える微粉末の粒径は適当な範
囲に入っている必要がある。すなわち、あまり粒径が大
きいと次工程のエキシマレーザ加工でノズル孔を加工し
た際、ちょうどノズル外形部に粒子が存在するとエキシ
マレーザで加工しきれずに、凸状粒子として残ってしま
うことになる。凸状粒子が残れば当然ノズル外周部が異
形となり噴射特性に影響が出ることになる。また、粒径
が小さすぎると撥水層のワイピング耐性が低下し、撥水
性能が必要な寿命まで持たないことになる。また、粒径
が小さくても、やはりノズル外周となる部分に粒子が存
在すると、影響が小さいとはいえ、微小な凸状粒子は残
るため、噴射特性への影響は少なからず発生することに
なる。

【００６１】図８は、本発明のインクジェットヘッドの
一実施例を示した図で、エキシマレーザ加工でノズル孔
が形成された状態を示している。ノズル板４３は樹脂部
材１２１と高剛性部材１２５とを熱可塑性接着剤１２６
で接合したもので、樹脂部材１２１の表面はＳｉＯ₂薄
膜層１２２とフッ素系撥水層１２３を順次積層形成した
ものであり、樹脂部材１２１に所要径のノズル孔４４を
形成し、高剛性部材１２５にはノズル孔４４に連通する
ノズル連通口１２７を形成している。ＳｉＯ₂薄膜層１
２２の形成には、比較的熱のかからない、すなわち、樹
脂部材に熱的影響の発生しない範囲の温度で成膜可能な
方法で形成する。具体的にはスパッタリング，イオンビ
ーム蒸着，イオンプレーティング，ＣＶＤ（化学蒸着
法），Ｐ−ＣＶＤ（プラズマ蒸着法）などが適している
といえる。

【００６２】ＳｉＯ₂薄膜層１２２の膜厚は、密着力が
確保できる範囲で必要最小限の厚さとするのが工程時
間，材料費から見て有利である。この膜厚があまり厚く
なると、エキシマレーザでのノズル孔加工に支障がでて
くる場合があるからである。すなわち、樹脂部材１２１
はきれいにノズル孔形状に加工されていても、ＳｉＯ₂
薄膜層１２２の一部が十分に加工されず、加工残りにな
ることがある。したがって、具体的には密着力が確保で
き、エキシマレーザ加工時にＳｉＯ₂薄膜層１２２が残
らない範囲として、膜厚１Å〜３００Åの範囲が適して
いるといえる。より好適には、１０Å〜１００Åの範囲
が適している。実験結果では、ＳｉＯ₂膜厚が３０Åで
も密着性は十分であり、エキシマレーザによる加工性に
ついてはまったく問題がなかった。また、３００Åでは
僅かな加工残りが観察されたが使用可能範囲であり、３
００Åを超えるとかなり大きな加工残りが発生し、使用
不可能なほどのノズル異形が見られた。

【００６３】フッ素系撥水層１２３に使用されるフッ素
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、パーフルオロポリオキセタン及び変性パ
ーフルオロポリオキセタンの混合物（ダイキン工業製、
商品名：オプツールＤＳＸ）を１Å〜３０Åの厚さに蒸
着することで必要な撥水性を得ている。実験結果では、
オプツールＤＳＸの厚さは、１０Åでも２０Å，３０Å
でも撥水性，ワイピング耐久性能に差は見られなかっ
た。よって、コストなどを考慮するとより好適には、１
Å〜２０Åが良い。また、フッ素系撥水層１２３の表面
には樹脂製のフィルムに粘着材を塗布した粘着テープ１
２４が貼り付けられていて、エキシマレーザ加工時の補
助機能をはたしている。

【００６４】図９は、ノズル孔を加工する際に使用する
エキシマレーザ加工機の構成を示した図で、レーザ発振
器８１から射出されたエキシマレーザビーム８２はミラ
ー８３，８５，８８によって反射され、加工テーブル９
０に導かれている。レーザビーム８２が加工テーブル９
０に至るまでの光路には、加工物に対して最適なビーム
が届くように、ビームエキスパンダ８４，マスク８６，
フィールドレンズ８７，結像光学系８９が所定の位置に
設けられている。加工物（ノズルプレート）９１は加工
テーブル９０の上に載置され、レーザビームを受けるこ
とになる。加工テーブル９０は、周知のＸＹＺテーブル
等で構成されていて、必要に応じて加工物９１を移動し
所望の位置にレーザビームを照射することができるよう
になっている。ここでレーザは、エキシマレーザを利用
して説明したが、アブレーション加工が可能である短波
長な紫外光レーザであれば、種々なレーザが利用可能で
ある。

【００６５】図１０は、本発明のインクジェットヘッド
の製造方法におけるノズル板製造工程を模式的に示した
図で、図１０（Ａ）は、ノズル形成部材の基材となる材
料を示しており、ここでは、樹脂フィルム１２１とし
て、例えば、Ｄｕｐｏｎｔ製ポリイミドフィルムである
カプトン（商品名）の粒子無しのフィルムを使用してい
る。一般的なポリイミドフィルムはロールフィルム取り
扱い装置での取り扱い性（滑り）からフィルム材料の中
にＳｉＯ₂（シリカ）などの粒子が添加されている。と
ころが、エキシマレーザでノズル孔加工を行う場合に
は、ＳｉＯ₂（シリカ）の粒子がエキシマレーザによる
加工性が悪いためノズル異形が発生する。よって、本発
明の材料は、ＳｉＯ₂（シリカ）の粒子が添加されてい
ないフィルムを使用しているのである。

【００６６】図１０（Ｂ）は、樹脂フィルム１２１の表
面にＳｉＯ₂薄膜層１２２を形成する工程を示してお
り、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、膜厚は数
Å〜２００Å程度が適しており、ここでは１０〜５０Å
の厚さに形成している。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膜の樹脂フィルム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ことがわかった。

【００６７】図１０（Ｃ）は、フッ素系撥水剤１２３ａ
を塗布する工程であり、塗布方法としては、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
どの方法が使用可能であるが、真空蒸着で成膜する方法
が撥水膜の密着性を向上させることにつながるので、よ
り効果的であることが確認された。また、その真空蒸着
は、図１０（Ｂ）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
ワークを取り出すので、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た。前述のダイキ
ン工業製「オプツールＤＳＸ」は「アルコキシシラン末
端変性パーフルオロポリエーテル」と称されることもあ
る。

【００６８】図１０（Ｄ）は、撥水膜蒸着後の空中放置
工程であり、これによりフッ素系撥水剤１２３ａとＳｉ
Ｏ₂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になる。

【００６９】図１０（Ｅ）は、粘着テープ１２４を貼り
付ける工程であり、フッ素系撥水層１２３の塗布された
面に粘着テープ１２４を貼り付ける。この粘着テープ１
２４を貼るときには気泡が生じないように貼り付けるこ
とが必要である。気泡があると、気泡のある位置に開け
たノズル孔は、加工時の付着物などで品質の良くないも
のになってしまうことがあるからである。

【００７０】図１０（Ｆ）は、ノズル孔４４の加工工程
で、ポリイミドフィルム１２１側からエキシマレーザを
照射してノズル孔４４を形成する。ノズル孔４４の加工
後は、粘着テープ１２４を剥がして使用することにな
る。なお、ここでは、図８で説明したノズル板４３の剛
性を上げるために用いられる高剛性部材１２５は説明を
省略したが、この工程に適用すれば、図１０（Ｄ）工程
と図１０（Ｅ）工程の間に実施するのが適当である。

【００７１】図１１は、本発明におけるインクジェット
ヘッド製造方法によりインクジェットヘッドを製造する
際に使用する装置について概要を示す図で、この装置２
００は、ＵＳＡのＯＣＬＩ（ＯＰＴＩＣＡＬ ＣＯＡＴ
ＩＮＧ 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、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２０
２，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Ｓ
ｉ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。

【００７２】

【発明の効果】（請求項１の効果）ノズル形成部材とフ
ッ素系撥水剤の間にＳｉＯ₂膜を介在させることで、フ
ッ素系撥水剤が化学的結合によりＳｉＯ₂膜と密着する
ため、ノズル形成部材との密着力が高くなり、ワイピン
グなどの擦りに対し強い耐性を持つ撥水膜が得られる。

【００７３】（請求項２の効果）ノズル形成部材をポリ
イミド樹脂で形成したので、ノズル孔の加工方法の選択
範囲が広くなり、具体的には、紫外光レーザ加工での精
度の高いノズル孔加工が効率的に、且つ、低コストで可
能となった。

【００７４】（請求項３の効果）ＳｉＯ₂膜とフッ素系
撥水剤が化学的結合により密着するため、フッ素系撥水
膜を非常に薄くすることが可能になり、必要材料が低減
でき、且つ、処理時間も短縮できコストダウンができ
た。

【００７５】（請求項４の効果）パーフルオロポリオキ
セタンまたは変性パーフルオロポリオキセタンまたは双
方の混合物をフッ素系撥水剤として使用することで、撥
水膜のワイピング耐久性の向上と紫外光レーザによる加
工性の向上を両立することができた。すなわち、パーフ
ルオロポリオキセタンまたは変性パーフルオロオキセタ
ンまたは双方の混合物とＳｉＯ₂膜との密着性が高いの
で、ＳｉＯ₂膜厚及び撥水剤膜厚を薄くすることがで
き、紫外光レーザによる加工が良好になった。

【００７６】（請求項５の効果）請求項４の効果で記載
したように、ＳｉＯ₂膜厚を薄くすることが可能になっ
たため、紫外光レーザによる加工が良好となり、精度の
高いノズル孔加工が効率的に、且つ、低コストで可能と
なった。

【００７７】（請求項６の効果）フッ素系撥水剤を真空
蒸着によって形成するため、薄く均質で、且つ、ＳｉＯ
₂膜との密着性が高い撥水膜が得られる。

【００７８】（請求項７の効果）真空中で連続してＳｉ
Ｏ₂蒸着処理とフッ素系撥水膜蒸着処理とを行うため、
ＳｉＯ₂膜とフッ素系撥水膜との間がゴミ，汚れなどで
汚染される恐れがなくなり、ＳｉＯ₂膜とフッ素系撥水
膜との間で高い密着性が得られる。

【００７９】（請求項８の効果）Ｓｉをスパッタ後、Ｏ
₂イオン処理をしてＳｉＯ₂膜を形成するため、緻密、且
つ、均質で完全なＳｉＯ₂膜が形成でき、ノズル形成部
材とフッ素系撥水剤双方共に、ＳｉＯ₂膜と強固な密着
性を得ることができる。

【００８０】（請求項９の効果）ＳｉＯ₂膜とフッ素系
撥水剤の真空蒸着を同一チャンバ内で連続して行った
後、紫外光レーザ加工によりノズル孔を形成するため、
ＳｉＯ₂膜を薄くしてもＳｉＯ₂膜とフッ素系撥水膜との
密着力、ワイピング耐久性が確保できると共に、ＳｉＯ
₂膜を薄くすることで、紫外光レーザによる加工性も確
保できる。すなわち、精度の高いノズルを低コストで実
現できる。

【００８１】（請求項１０の効果）低コストで、画像品
質が高く、安定した性能を持つインクジェット記録装置
が提供可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係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２】 本発明に係るインクジェット記録装置の機構
部の側面図である。

【図３】 図１に示したインクジェットヘッドの分解斜
視図である。

【図４】 図１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５】 図１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６】 図１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。

【図７】 従来のインクジェットヘッドの一例を示した
断面図である。

【図８】 本発明のインクジェットヘッドの一実施例を
示した図である。

【図９】 ノズル孔を加工する際に使用するエキシマレ
ーザ加工機の構成を示した図である。

【図１０】 本発明のインクジェットヘッドの製造方法
におけるノズル板製造工程を模式的に示した図である。

【図１１】 本発明におけるインクジェットヘッド製造
方法によりインクジェットヘッド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。

【符号の説明】

１…記録装置本体、２…印字機構部、３…用紙、４…給
紙カセット、５…トレイ、６…排紙トレイ、１１…主ガ
イドロッド、１２…従ガイドロッド、１３…キャリッ
ジ、１４…インクジェットヘッド、１５…インクカート
リッジ、１７…主走査モータ、１８…駆動プーリ、１９
…従動プーリ、２０…タイミングベルト、２１…給紙ロ
ーラ、２２…フリクションパッド、２３…ガイド部材、
２４…搬送ローラ、２５…搬送コロ、２６…先端コロ、
２７…副走査モータ、２９…部材、３１…搬送コロ、３
２…拍車、３３…排紙ローラ、３４…拍車、３５，３６
…ガイド部材、３７…回復装置、４０…インクジェット
ヘッド、４１…流路基板、４２…電極基板、４２ａ…酸
化膜層、４３…ノズル板、４４…ノズル孔、４６…加圧
室、４７…流体抵抗部、４８…共通液室流路、５０…振
動板、５４…凹部、５５…電極、５５ａ…接続部（電極
パッド部）、５６…ギャップ、５７…電極保護膜、６０
…ドライバＩＣ、６１…ＦＰＣケーブル、６２…ギャッ
プ封止剤、６５…フレーム部材、６６…インク供給穴、
６７…穴部、６８…ギャップ封止剤、７０…ジョイント
部材、７１…フィルタ、８１…レーザ発振器、８２…エ
キシマレーザビーム、８３，８５，８８…ミラー、８４
…ビームエキスパンダ、８６…マスク、８７…フィール
ドレンズ、８９…結像光学系、９０…加工テーブル、９
１…加工物、１０１…樹脂部材、１０２…高剛性部材、
１０３…熱可塑性接着剤、１０４…微粉末層、１０５…
撥水膜、１０６…ノズル連通口、１１１…アンダーコー
ト剤、１１２…微粉末、１２１…樹脂部材（樹脂フィル
ム，ポリイミドフィルム）、１２２…ＳｉＯ₂薄膜層、
１２３…フッ素系撥水層、１２３ａ…フッ素系撥水剤、
１２４…粘着テープ、１２５…高剛性部材、１２６…熱
可塑性接着剤、１２７…ノズル連通口、２００…装置、
２０１…ドラム、２０２…Ｓｉスパッタ、２０３…Ｏ₂
イオンガン、２０４…Ｎｂスパッタ、２０５…オプツー
ル蒸着。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク滴を吐出する複数のノズルを有す
   るノズル形成部材と、前記各ノズルが連通する複数のイ
   ンク液室とを有し、前記各ノズルに対応するエネルギー
   発生手段を駆動することで前記インク液室内の容積を変
   化させ、前記ノズルからインク滴を吐出させるインクジ
   ェットヘッドにおいて、前記ノズル形成部材の表面がフ
   ッ素系撥水剤でコーティングされていること、及び前記
   ノズル形成部材と前記フッ素系撥水剤との間に、ＳｉＯ
   ₂膜が形成されていることを特徴とするインクジェット
   ヘッド。
2. 【請求項２】 前記ノズル形成部材が、ポリイミド樹脂
   で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のイ
   ンクジェットヘッド。
3. 【請求項３】 前記フッ素系撥水剤の膜厚が、１Å以上
   ３０Å以下であることを特徴とする請求項１または２に
   記載のインクジェットヘッド。
4. 【請求項４】 前記フッ素系撥水剤が、パーフルオロポ
   リオキセタンまたは変性パーフルオロポリオキセタンま
   たは双方の混合物であることを特徴とする請求項１乃至
   ３のいずれか１に記載のインクジェットヘッド。
5. 【請求項５】 前記ＳｉＯ₂膜の膜厚が、１Å以上３０
   ０Å以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいず
   れか１に記載のインクジェットヘッド。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれか１に記載のイ
   ンクジェットヘッドを製造するインクジェットヘッド製
   造方法において、前記フッ素系撥水剤は、前記ＳｉＯ₂
   膜が形成されたノズル形成部材に真空蒸着法でコーティ
   ングされることを特徴とするインクジェットヘッド製造
   方法。
7. 【請求項７】 前記フッ素系撥水剤の真空蒸着は、真空
   中での前記ＳｉＯ₂膜の形成に引き続いて同一チャンバ
   内で連続して行われることを特徴とする請求項６に記載
   のインクジェットヘッド製造方法。
8. 【請求項８】 前記ノズル形成部材と前記フッ素系撥水
   剤との間に形成する前記ＳｉＯ₂膜は、前記ノズル形成
   部材に対してＳｉをスパッタ後、Ｏ₂イオン処理をして
   形成することを特徴とする請求項６または７に記載のイ
   ンクジェットヘッド製造方法。
9. 【請求項９】 前記ノズル形成部材に前記ＳｉＯ₂膜を
   形成し、その後前記フッ素系撥水剤を真空蒸着した後、
   紫外光レーザでノズル孔を加工することを特徴とする請
   求項６乃至８のいずれか１に記載のインクジェットヘッ
   ド製造方法。
10. 【請求項１０】 記録信号に応じて駆動される駆動素子
    の発生する駆動エネルギーにより、ノズルからインク滴
    を吐出して記録媒体上に画像を記録するインクジェット
    記録装置であって、少なくとも請求項１乃至５のいずれ
    か１に記載のインクジェットヘッドを具備することを特
    徴とするインクジェット記録装置。