JP2005088357A - 液滴吐出ヘッド及びその製造方法並びに画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ノズル形成部材と撥水層の密着力が十分でなく、ワイピングに対する耐久性が低く、あるいは、密着力を向上させると、加工上十分なノズル径精度が得られなくなる。
【解決手段】 金属部材からなり、ノズル先穴５１を形成した基材としてのノズル形成部材５２の液滴吐出面側に、ポリイミド樹脂／ポリアミド樹脂層５３、ポリイミド／ポリアミド樹脂層５３上にＳｉＯ_２層５４が、このＳｉＯ_２層５４上にフッ素系撥水層５５を、それぞれ順次積層形成し、液室側からレーザ光でノズル４内にはみ出す部分を除去することで、径精度の高いノズル４を形成するとともに、ノズル形成部材５２とフッ素系撥水層５５の密着力を向上して耐久性を向上する。
【選択図】図５

Description

本発明は液滴吐出ヘッド及びその製造方法並びに画像形成装置に関する。

例えば、プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像形成装置としては、液滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する液室（吐出室、圧力室、加圧室、インク流路等とも称される。）と、この液室内の液体を加圧するためのエネルギーを発生するアクチュエータ手段とを備えた液滴吐出ヘッドを搭載したものである。

この液滴吐出ヘッドにおいて、ノズルから液滴を吐出するために、ノズルの形状及び精度は、滴体積や滴速度など滴吐出特性に大きな影響を与える。また、ノズルが形成されるノズル形成部材の表面特性が滴吐出特性に大きな影響を与えることも知られており、例えば、ノズル形成部材表面のノズル孔周辺部に液体（インク）が付着すると、滴吐出方向が曲げられたり、滴の大きさにバラツキが生じ、あるいは滴吐出速度が不安定になるなどの不都合が生じる。

そのため、ノズルの吐出側表面に撥水膜（撥インク膜）を形成することによって、ノズルの吐出側表面の均一性を高めることで、滴吐出特性の安定化が図られている。

ここで、ノズル形成部材として樹脂材料を用いる場合、樹脂材料と撥水剤との密着性が高くないために、撥水剤を樹脂材料からなるノズル形成部材表面に直接塗布して形成することは極めて困難である。

そのため、樹脂材料からなるノズル形成部材の表面を粗面化して微小な凹凸を形成し、その後撥水剤を塗布することも行われているが、これでもノズル形成部材と撥水層との十分な密着力を得ることができていない。
特開２００３−０８９２０７号公報

一方、ノズル形成部材にノズル孔を加工する方法としては、ノズルが連通する液室を形成した液室構成部材にノズル形成部材となる樹脂部材を予め接合した後、ノズル形成部材にエキシマレーザーを用いてノズル孔を加工する方法が知られている。
特開平２−１２１８４２号公報 特開平１−１０８０５６号公報

そこで、樹脂材料とフッ素系撥水剤（層）との密着性を高めるために、ノズル形成部材の少なくとも表面が樹脂材料で形成され、この樹脂材料の表面に微粉末層及び撥水層を順次積層し、これにエキシマレーザー加工でノズル穴を形成したものもある。
特開２００２−２４８７７３号公報

上述したように、ノズル形成部材と撥水層の密着力が十分でないと、撥水剤を塗布して撥水層を形成した初期には撥水性が得られていても、液滴吐出ヘッドではノズル形成部材の表面やノズル周辺部に付着した液体やゴミなどの異物を除去するためのワイピング動作が不可避であるため、経時的に撥水層表面が擦られることから、徐々に撥水層が剥がれて撥水性が低下することになる。

そこで、特許文献４に記載のように樹脂材料の表面に微粉末層及び撥水層を順次積層することで樹脂材料に対する撥水層の密着性を向上させることが行われるが、エキシマレーザー加工でノズル穴を加工するときに、ノズル穴壁面となる位置に微粉末が位置するとレーザーで加工しきれずに、凸状粒子として残ってしまうことがある。この場合には、微粒子の大小にかかわらず、ノズルとしては異形ノズルとなって滴吐出特性に影響が出ることになる。かといって、微粒子の粒径を小さくすると、耐久性が低下することになる。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、ノズル径精度及び耐久性に優れ安定した滴吐出特性が得られる液滴吐出ヘッド及びその製造方法、並びにその液滴吐出ヘッド或いはその製造方法を用いて製造した液滴吐出ヘッドを搭載した画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明に係る液滴吐出ヘッドは、ノズル先穴を形成した金属部材からなるノズル形成部材の滴吐出面側にポリイミド樹脂又はポリアミド樹脂層、ＳｉＯ_２層及びフッ素系撥水層が順次積層形成されている構成としたものである。

ここで、ノズル形成部材がニッケル電鋳で形成されていることが好ましい。また、フッ素系撥水層の膜厚が１Å以上３０Å以下の範囲内であることが好ましい。さらに、フッ素系撥水層の材料が変性パーフルオロポリオキセタンであることが好ましい。さらにまた、ＳｉＯ_２の膜厚が１Å以上３０Å以下の範囲内であることが好ましい。また、ポリイミド樹脂又はポリアミド樹脂層の膜厚が、０．１μｍ以上５μｍ以下の範囲内であることが好ましい。

本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、本発明に係る液滴吐出ヘッドを製造する製造方法であって、ノズル形成部材上に液状の状態のポリイミド樹脂又はポリアミド樹脂をコーティングしてポリイミド樹脂又はポリアミド樹脂層を形成するものである。

ここで、ノズル形成部材に樹脂をコーティングする前に、ノズル形成部材にはノズル穴に相当する部位に先穴加工が施されていることが好ましい。

この場合、ノズル形成部材にポリイミド樹脂又はポリアミド樹脂層、ＳｉＯ_２層及びフッ素系撥水層を順次積層して形成した後、ノズル形成部材をマスクとして先穴を介してレーザ光を照射し、ポリイミド樹脂又はポリアミド樹脂層、ＳｉＯ_２層及びフッ素系撥水層のはみ出し部分を除去してノズルのエッジを形成することが好ましい。

あるいは、ノズル形成部材の両面及び先穴部分にポリイミド樹脂又はポリアミド樹脂を塗布した後、液滴吐出面側にのみＳｉＯ_２層及びフッ素系撥水層を順次形成し、液室側から先穴を含む領域にレーザ光を照射して、先穴部分のポリイミド又はポリアミド樹脂を除去するとともに、吐出面側のポリイミド樹脂又はポリアミド樹脂層、ＳｉＯ_２層及びフッ素系撥水層のはみ出し部分を除去してノズルのエッジを形成することが好ましい。

さらに、フッ素系撥水層は、真空蒸着法でコーティングして形成することが好ましい。この場合、フッ素系撥水層を形成するための真空蒸着は、真空中でのＳｉＯ_２層形成に引き続いて同一チャンバで連続して行われることが好ましい。さらにまた、ＳｉＯ_２膜はＳｉをスパッタ後Ｏ_２イオン処理をして形成されることが好ましい。また、ＳｉＯ_２膜を形成した後フッ素系撥水剤を真空蒸着してフッ素系撥水層を形成した後、エキシマレーザでノズル孔加工をすることが好ましい。

本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る液滴吐出ヘッド又は本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法によって製造された液滴吐出ヘッドを搭載したものである。

本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、ポリイミド樹脂又はポリアミド樹脂層とフッ素系撥水層との間にＳｉＯ２層を介在させることで、フッ素系撥水剤が化学的結合によってＳｉＯ２層と密着するため、ノズル形成部材との密着力が高くなり、ワイピングなどのこすりに対する耐久性が向上し、ノズル穴を形成したノズル形成部材にポリイミド樹脂或いはポリアミド樹脂層、ＳｉＯ２層及び撥水層を順次積層形成することで、はみ出し部の除去処理を施すことによりノズル径精度を格段に向上させることができ、耐久性及び径精度に優れたヘッドが得られる。

本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、ノズル形成部材上に液状の状態のポリイミド樹脂又はポリアミド樹脂をコーティングしてポリイミド樹脂又はポリアミド樹脂層を形成するので、先穴加工をしたノズル形成部材を用いることにより、ノズル径精度を向上することができる。
本発明に係る画像形成装置によれば、本発明に係る液滴吐出ヘッド又は本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法によって製造された液滴吐出ヘッドを備えているので、安定した滴吐出特性が得られて高画質記録を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。まず、本発明に係る液滴吐出ヘッドの一例について図１ないし図４を参照して説明する。なお、図１は同ヘッドの平断面説明図、図２は同ヘッドを分解した状態の平面説明図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う断面説明図、図４は図２のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図である。

このインクジェットヘッドは、アクチュエータ基板（アクチュエータユニット）１と、流路基板２及びノズル基板３を積層接合し、これら３枚の基板１、２、３を接合することで、液滴を吐出するノズル４が連通口であるノズル連通路５を介して連通する液室６、液室６に液体（インク）を供給するための流体抵抗部７及びインク供給孔８を形成している。各液室６は液室間隔壁９で仕切られている。

アクチュエータ基板１には、アクチュエータ素子１１が各液室６に対応して形成されている。このアクチュエータ素子１１は、振動板１２と、この振動板１２と犠牲層エッチングで形成されたギャップ（空隙）１３を介して対向する電極（個別電極）１４とで構成される。

また、アクチュエータ基板１には流路基板２のインク供給孔８が臨み、外部からインクが供給されるインク供給路１８を形成している。

一方、ノズル・液室ユニット１０を構成する流路基板２は、例えば、結晶面方位（１１０）の単結晶シリコン（Ｓｉ）基板をＫＯＨ水溶液などの強アルカリ性エッチング液で異方性エッチングすることによってノズル連通路５及び液室６となる凹部を形成したものである。

また、ノズル基板３は、金属部材上にポリイミド樹脂又はポリアミド樹脂層を形成し、ポリイミド樹脂又はポリアミド樹脂層上にＳｉＯ２層、撥水層を順次積層形成したものである。

ここで、アクチュエータ基板１の具体的構成について図３及び図４を参照して説明しておくと、シリコン基板２１上に熱酸化膜２２などの絶縁膜を形成し、この熱酸化膜２２上に個別電極１４を所要の電極形状にパターニングして形成し、この個別電極１４に絶縁膜２３、ポリシリコンなどの犠牲層２４、絶縁膜２５を順次積層し、この絶縁膜２５上に振動板電極２６を所要の形状にパターニングして形成し、更に絶縁膜２７を形成した後、絶縁膜２５、２７にエッチングホール（犠牲層除去孔）２８を形成して、個別電極１４と振動板電極２６との間の犠牲層をエッチングで除去することでギャップ１３及び連通路１７並びに振動板１２を形成し、その後、犠牲層除去孔２８を封止するとともに、アクチュエータ素子１１の耐接液性を向上するための樹脂材料からなる封止接液膜２９を振動板１２上に形成している。

なお、個別電極１４及び振動板電極２６としては、ポリシリコン膜を用いている。電極の材料としては、高温耐性を有し、加工性に優れ、且つ成膜表面の凹凸が少ない材料が好ましく、ポリシリコン以外では例えばＴｉＮなどの高融点金属材料も好ましい。また、個別電極１６はパッド配線３１を介して外部の電極パッド３２と接続されている。

また、個別電極１４及び振動板電極２６の対向面側に形成した個別電極側絶縁膜２３及び振動板側絶縁膜２５は、当接時の短絡、放電による損傷を防止するとともに、犠牲層２４の残存部分と相俟ってギャップ１３のスペーサーを兼ねるようしている。さらに、振動板１２上に形成し、エッチングホール２８を封止する封止接液膜２９としては、ＰＢＯ膜（ポリベンゾオキサゾール膜）が好ましい。

以上のように構成したヘッドにおいては、振動板１２を共通電極とし、個別電極１４との間に駆動パルス電圧を印加することによって、振動板１２と個別電極１４間に発生した静電力によって振動板１２が個別電極１４側に変形変位する。その後、駆動パルス電圧を放電することによって、振動板１２が復帰変形して、液室６の内容積の変化、及び圧力の作用によってノズル４からインク滴が吐出する。

なお、ここでは、本発明に係る液滴吐出ヘッドとして、アクチュエータに静電型アクチュエータを用いる例で説明したが、これに限るものではなく、電気機械変換素子などの圧電型アクチュエータ、電気熱変換素子に膜沸騰を利用するサーマル型アクチュエータなどを用いることもできる。ただし、静電型アクチュエータは、小型化、高速化、高密度化、省電力化において他の方式に比べて優位な点を有している。

次に、このヘッドにおけるノズル基板（以下「ノズル板」ともいう。）３の詳細について図５を参照して説明する。なお、同図は同ノズル板のノズル部分の拡大断面説明図である。
このノズル板３は、金属部材からなり、ノズル先穴５１を形成した基材としてのノズル形成部材５２の液滴吐出面側に、ポリイミド樹脂又はポリアミド樹脂層（以下「ポリイミド／ポリアミド樹脂層」という。）５３、このポリイミド／ポリアミド樹脂層５３上にＳｉＯ_２層５４が、このＳｉＯ_２層５４上にフッ素系撥水層５５が、それぞれ順次積層形成されている。なお、これらのポリイミド／ポリアミド樹脂層５３、ＳｉＯ_２層５４及びフッ素系撥水層５５の開口部分をノズルエッジ４ａと称し、ノズルエッジ４ａとノズル先穴５１とを併せてノズル４という。

ノズル形成部材５２は上述したように金属部材からなるが、Ｎｉ電鋳によって形成することで、ノズル径を精度よく形成できるとともに、レーザ加工の際に高精度なマスクの役割を果たし、フッ素系撥水層の穴径を精度よく形成することができるようになる。

ポリイミド／ポリアミド樹脂層５３を形成する材料としては種々のものが使用可能であるが、後述するように、液状の樹脂材料を塗布することが好ましく、このような材料としてはユピファイン（商品名、宇部興産製）、ケミタイト（商品名、東芝ケミカル製）などが市販されている。

このポリイミド／ポリアミド樹脂層５３は、膜厚が厚くなると、滴吐出面側の径精度の劣化をもたらし、薄すぎるとピンホール等の発生により、ＳｉＯ_２層５４やフッ素系撥水層５４の剥離を引き起こすことになる。このため、この樹脂層５３の膜厚としては、０．１〜５μｍの範囲にすることが好ましい。この範囲とすることにより、ノズル径の精度を損ねることなく、ポリイミド／ポリアミド樹脂層のピンホールによる撥水層の密着不良も防止することができる。

そして、ポリイミド／ポリアミド樹脂層５３は上述したように状態でノズル形成部材５２にコーティングすることによって、０．１〜５μｍの範囲の膜厚を容易にえることができ、高耐久性の高撥水性のノズル板を容易に得ることができる。

ＳｉＯ_２層（膜）５４の形成には、比較的熱のかからない、つまり、樹脂層５３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ことが好ましい。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。

このＳｉＯ_２層（膜）５４の膜厚は、撥水層５５と樹脂層５３の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、コストから見て有利である。このＳｉＯ_２層５４の膜厚があまり厚くなると、エキシマレーザーでのノズル孔加工に支障が生じる場合がある。すなわち、ポリイミド／ポリアミド樹脂層５３はきれいにノズル孔形状に加工されていても、ＳｉＯ_２層５４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、エキシマレーザー加工時にＳｉＯ_２層５４が残らない範囲として、膜厚１Å以上３００Å以下の範囲が好ましい。特に好ましくは、１０Å〜１００Åの範囲である。

実験結果によると、ＳｉＯ_２層５４の膜厚が３０Åでも密着性は十分であり、エキシマレーザーによる加工もまったく問題なく行うことができた。また、膜厚が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、３００Åを超えると、かなり大きな加工残りが発生し、使用不可能なノズル異形が現出した。

フッ素系撥水層５５に使用するフッ素系撥水材料としては、いろいろな材料が知られているが、ここでは変性パーフルオロポリオキセタン（ダイキン工業（株）製、商品名：オプツールＤＳＸ）を用いて、膜厚（層厚）が１Å以上３０Å以下の範囲内になるように蒸着することで必要な撥水性を得ている。変性パーフルオロポリオキセタンをフッ素系撥水剤として使用することにより、ＳｉＯ_２層との密着性が高くなってワイピング耐久性が向上するとともに、ＳｉＯ_２層及び撥水膜の膜厚を薄くすることができてエキシマレーザ加工性が良好になるので、耐久性と加工性を両立することができる。

実験結果では変性パーフルオロポリオキセタンの厚さは、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、より好ましくは、１Å〜２０Åの範囲内である。

フッ素系撥水層５５を形成するフッ素系撥水材料は真空蒸着でＳｉＯ_２層５４上に形成することが好ましい。真空蒸着によることで、薄くて均質でしかもＳｉＯ_２層との密着性が高い撥水膜（層）が得られる。

次に、本発明に係る製造方法の第１実施形態としてこのノズル板３の製造工程について図６を参照して説明する。
この実施形態では、先穴５１の加工がされた金属のノズル形成部材５２に液状のポリイミド樹脂或いはポリアミド樹脂をスピンコート、ロールコートなどを用いて塗布し、硬化させてポリイミド樹脂／ポリアミド樹脂層５３を形成した後、ＳｉＯ_２層５４、フッ素系撥水層５５を形成する。

この段階では塗布によって形成されるポリイミド樹脂／ポリアミド樹脂層５３の一部がノズル形成部材５２のノズル先穴５１内にはみ出した（閉塞する場合も含む）はみ出し部５３ａとなっているので、このままではノズルとしての機能を持たない。そこで、流路面側（液室面側）からレーザ光を照射し、ノズル先穴５１内の樹脂（はみ出し部５３ａ）を除去する。

このとき、レーザ光は、液室面側から照射することによって、金属部材であるノズル形成部材５２をマスクとして使用することができ、ノズル径相当に絞る必要がなく、全面露光でもノズルを形成でき、極めて生産性に優れている。

また、ポリイミド樹脂／ポリアミド樹脂層５３は極めて薄いので、ポリイミド樹脂／ポリアミド樹脂のフィルムを貼って形成した場合のように滴吐出面側がマスク（ノズル形成部材５２）から離れていないため、ノズル径精度も極めて精度良く形成できる。

そこで、具体的に説明すると、図６（ａ）に示すように、ノズル先穴５１を形成した金属部材からなるノズル形成部材５２に液状のポリイミド樹脂或いはポリアミド樹脂を塗布する。この塗布は、スピンコート、ロールコートなどで実施することができる。これを硬化させることでポリイミド樹脂／ポリアミド樹脂層５３を形成するが、このとき、ノズル先穴５１内に樹脂が侵入してしまうので、はみ出し部５３ａが形成される。

次いで、図６（ｂ）に示すように、ポリイミド樹脂／ポリアミド樹脂層５３の表面にＳｉＯ_２膜（層）５４を形成する。このＳｉＯ_２膜（層）５４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程度が好ましく、ここでは、１０Å〜５０Åの膜厚を使用している。

また、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Ｏ_２イオンを当てることでＳｉＯ_２膜を形成する方法によることが、ＳｉＯ_２膜の樹脂層５３への密着力が向上するとともに、均質で緻密な膜が得られ、撥水層５４のワイピング耐久性向上により効果的であることが判明した。

次いで、図６（ｃ）に示すように、ＳｉＯ_２層５４上にフッ素系撥水層５５を形成する。このフッ素系撥水層５５を形成する方法としては、フッ素系撥水剤をスピンコータ、ロールコータ、スプレーコータ、スクリーン印刷などの方法で塗布することもできるが、本発明者らの実験によると、上述したように、真空蒸着で成膜する方法が撥水膜５４の密着性の向上につながることが確認された。

また、真空蒸着についても、上記ＳｉＯ_２層５４を形成した後、そのまま同じ真空チャンバ内で実施するのが、さらに良い効果が得られることが確認された。これは、ＳｉＯ_２層５３を形成した後、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推測される。

また、フッ素系撥水材料については、種々の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、シラン変性パーフロロポリエーテルを使用することで、特にインクに対する必要な撥水性を得ることができることが確認された。

そして、撥水膜５５を蒸着形成した後に、空中放置することにより、フッ素系撥水剤とＳｉＯ２層５４とが、空気中の水分を仲介として化学的結合をし、フッ素系撥水剤になる。このように、ＳｉＯ_２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、必要材料を低減でき、また、処理時間も短縮できてコストダウンを図れる。

そこで、図６（ｄ）に示すように、ノズル形成部材５２をマスクとして液室面側からエキシマレーザ光５６を照射することによって、ポリイミド樹脂／ポリアミド樹脂層５３のはみ出し部５３ａを、このはみ出し部５３ａ上に載るＳｉＯ_２層５４及びフッ素系撥水層５５を含めて除去することによって、ノズルエッジを４ａ形成する。これによりノズル先穴５１及びノズルエッジ４ａを含むノズル４が形成される。

ここで、ノズル孔を加工するエキシマレーザ加工機について図７を参照して簡単に説明すると、レーザー発振機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９０に導かれる。レーザビーム８２が加工テーブル９０に至るまでの光路には、加工物（ワーク）９１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９１は加工テーブル９０上に載置され、レーザビーム８２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８２を照射することができるようになっている。

次に、本発明に係る製造方法の第２実施形態としてこのノズル板３の製造工程について図８を参照して説明する。
この実施形態では、ポリイミド樹脂或いはポリアミド樹脂は金属、特にＳＵＳやＮｉとの被着性が高く、かつエポキシ接着剤等との接着力も高いことから、金属面に塗布することにより接着力改善の効果が得られる。また、安定で溶剤にも強く、インク等の液に接液してもほとんど劣化しない。そこで、これらの特性をいかすため、ポリイミド樹脂或いはポリアミド樹脂を金属部材からなるノズル形成部材の両面に塗布し、流路面側にポリイミド樹脂或いはポリアミド樹脂からなる接着改善層を形成する。

ポリイミド樹脂或いはポリアミド樹脂の塗布方法は、ディップ法などでもよいし、スピンコータ、ロールコータで片面ずつ塗る手法でもよい。このとき、ノズル内がポリイミド樹脂或いはポリアミド樹脂で閉塞されるため、レーザによってノズル内部の樹脂を除去する。この場合、照射径はノズル近傍部を除去できればよいので、ノズルをレーザで形成する場合ほど高精度を必要とせず、多穴を同時加工でき、生産性が高くなる。

これを具体的に説明すると、図８（ａ）に示すように、先穴５１の加工がされた金属のノズル形成部材５２の両面に液状のポリイミド樹脂或いはポリアミド樹脂をスピンコート、ロールコートなどを用いて塗布し、硬化させてポリイミド樹脂／ポリアミド樹脂層５３、５４を形成する。この場合、先穴５１内もポリイミド樹脂或いはポリアミド樹脂が入り込む。

その後、図８（ｂ）に示すように、吐出面側のポリイミド樹脂／ポリアミド樹脂層５３の表面にＳｉＯ２層５４を形成し、更に図８（ｄ）に示すように、ＳｉＯ_２層５４上にフッ素系撥水層５５を形成する。

次いで、図８（ｄ）に示すように、所定のマスクを用いてノズル先穴５１を含む所用の領域に液室面側からエキシマレーザ光５６を照射することによって、ノズル形成部材５２の液室側のポリイミド樹脂／ポリアミド樹脂層５３を除去して、残存部分のポリイミド樹脂／ポリアミド樹脂層５３を接合改善層５７として残し、また、ノズル形成部材５２をマスクとして液室面側からエキシマレーザ光５６を照射することによって、ノズル先穴５１内のポリイミド樹脂／ポリアミド樹脂層５３及びこれに続くノズルエッジ４ａ部分のポリイミド樹脂／ポリアミド樹脂層５３並びにＳｉＯ２層５４及びフッ素系撥水層５５を除去することによって、ノズル４を形成する。

次に、本発明の実施で使用した薄膜形成装置の概要について図９を参照して説明する。この装置は、米国のＯＣＬＩ社（ＯＰＴＩＣＡＬ ＣＯＡＴＩＮＧ ＬＡＢＯＲＡＴＯＲＹ ＩＮＣ．）によって開発された「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ものである。

この装置では、周長３．５ｍ、高さ約１ｍの矢示方向に回転するドラム７１の周囲４箇所に、ステーションが配置されて、全体が真空引きできるチャンバ内に配置されている。

まず、ステーションＳ１でＳｉをスパッタし、その後ステーションＳ２でＯ_２イオンをＳｉに当ててＳｉＯ_２とする。本発明では反射防止膜の機能は必要ないのでＮｂスパッタのステーションＳ３は使用せず、オプツール蒸着を行うステーションＳ４に移行して液体を真空蒸着する。この装置を使用することによって、前述したように、ＳｉＯ_２層５４を形成した後、そのまま、同じ真空チャンバ内で撥水剤としての例えば変性パーフルオロポリオキセタンの真空蒸着を実施することができる。

次に、本発明に係る液滴吐出ヘッド又は本発明に係る製造方法により製造した液滴吐出ヘッドを搭載した画像形成装置としてのインクジェット記録装置の機構の一例について図１０及び図１１を参照して説明する。なお、図１０は同装置の斜視説明図、図１１は同装置の機構部の側面説明図である。

この画像形成装置であるインクジェット記録装置は、記録装置本体１１１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本発明に係る液滴吐出ヘッドである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１１２等を収納し、装置本体１１１の下方部には前方側から多数枚の用紙１１３を積載可能な給紙カセット１１４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙１１３を手差しで給紙するための手差しトレイ１１５を開倒することができ、給紙カセット１１４或いは手差しトレイ１１５から給送される用紙１１３を取り込み、印字機構部１１２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１１６に排紙する。

印字機構部１１２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１２１と従ガイドロッド１２２とでキャリッジ１２３を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ１２３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本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドからなるヘッド１２４を複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ１２３にはヘッド１２４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ１２５を交換可能に装着している。

インクカートリッジ１２５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へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。

また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド１２４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個のヘッドでもよい。

ここで、キャリッジ１２３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１２１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド１２２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１２３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１２７で回転駆動される駆動プーリ１２８と従動プーリ１２９との間にタイミングベルト１３０を張装し、このタイミングベルト１３０をキャリッジ１２３に固定しており、主走査モータ１２７の正逆回転によりキャリッジ１２３が往復駆動される。

一方、給紙カセット１１４にセットした用紙１１３をヘッド１２４の下方側に搬送するために、給紙カセット１１４から用紙１１３を分離給装する給紙ローラ１３１及びフリクションパッド１３２と、用紙１１３を案内するガイド部材１３３と、給紙された用紙１１３を反転させて搬送する搬送ローラ１３４と、この搬送ローラ１３４の周面に押し付けられる搬送コロ１３５及び搬送ローラ１３４からの用紙１１３の送り出し角度を規定する先端コロ１３６とを設けている。搬送ローラ１３４は副走査モータ１３７によってギヤ列を介して回転駆動される。

そして、キャリッジ１２３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１３４から送り出された用紙１１３を記録ヘッド１２４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１３９を設けている。この印写受け部材１３９の用紙搬送方向下流側には、用紙１１３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１４１、拍車１４２を設け、さらに用紙１１３を排紙トレイ１１６に送り出す排紙ローラ１４３及び拍車１４４と、排紙経路を形成するガイド部材１４５，１４６とを配設している。

記録時には、キャリッジ１２３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１２４を駆動することにより、停止している用紙１１３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙１１３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１１３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１１３を排紙する。

また、キャリッジ１２３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド１２４の吐出不良を回復するための回復装置１４７を配置している。回復装置１４７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１２３は印字待機中にはこの回復装置１４７側に移動されてキャッピング手段でヘッド１２４をキャッピングされ、吐出口部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。

吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド１２４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はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。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。

このように、このインクジェット記録装置においては本発明に係る液滴吐出ヘッド又はその製造方法によって製造された液滴吐出ヘッドを搭載しているので、長期にわたり、インク滴の吐出特性のバラツキが少なく、高い画像品質の画像を記録できる画像形成装置が得られる。

本発明に係る液滴吐出ヘッドの一例を示す平断面図である。 同ヘッドを分解した状態の平面説明図である。 図２のＡ−Ａ線に沿う断面説明図である。 図２のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図である。 本発明に係る液滴吐出ヘッドのノズル板部分の拡大説明図である。 本発明に係る製造方法の第１実施形態の説明に供する説明図である。 エキシマレーザ加工装置の概略構成図である。 本発明に係る製造方法の第２実施形態の説明に供する説明図である。 本発明の実施に用いる薄膜作製装置の一例の説明に供する説明図である。 本発明に係る画像形成装置の一例を説明する斜視説明図である。 同画像形成装置の機構部の説明図である。

符号の説明

１…アクチュエータ基板
２…流路基板
３…ノズル基板（ノズル板）
４…ノズル
５…ノズル連通路
６…液室
７…流体抵抗部
８…インク供給孔
１１…アクチュエータ素子
１２…振動板
１３…ギャップ（空隙）
１４…電極（個別電極）
５１…ノズル先穴
５２…ノズル形成部材
５３…ポリイミド／ポリアミド樹脂層
５４…ＳｉＯ_２層
５５…フッ素系撥水層

Claims (15)

1. 液滴を吐出するノズルを形成するノズル形成部材を有し、前記ノズルが連通する液室内の液体を加圧し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、ノズル先穴を形成した金属部材からなる前記ノズル形成部材の滴吐出面側にポリイミド樹脂又はポリアミド樹脂層、ＳｉＯ２層及びフッ素系撥水層が順次積層形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 請求項１に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記ノズル形成部材がニッケル電鋳で形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
3. 請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記フッ素系撥水層の膜厚が１Å以上３０Å以下の範囲内であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記フッ素系撥水層の材料が変性パーフルオロポリオキセタンであることを特徴とするである液滴吐出ヘッド。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記ＳｉＯ２の膜厚が１Å以上３０Å以下の範囲内であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記ポリイミド樹脂又はポリアミド樹脂層の膜厚が、０．１μｍ以上５μｍ以下の範囲内であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを製造する製造方法において、前記ノズル形成部材上に液状の状態のポリイミド樹脂又はポリアミド樹脂をコーティングして前記ポリイミド樹脂又はポリアミド樹脂層を形成することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
8. 請求項７に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記ノズル形成部材に樹脂をコーティングする前に、前記ノズル形成部材にはノズル穴に相当する部位に先穴加工が施されていることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
9. 請求項８に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記ノズル形成部材にポリイミド樹脂又はポリアミド樹脂層、ＳｉＯ２層及びフッ素系撥水層を順次積層して形成した後、前記ノズル形成部材をマスクとして先穴を介してレーザ光を照射し、前記ポリイミド樹脂又はポリアミド樹脂層、ＳｉＯ２層及びフッ素系撥水層のはみ出し部分を除去してノズルのエッジを形成することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
10. 請求項８に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記ノズル形成部材の両面及び先穴部分にポリイミド樹脂又はポリアミド樹脂を塗布した後、液滴吐出面側にのみＳｉＯ２層及びフッ素系撥水層を順次形成し、液室側から先穴を含む領域にレーザ光を照射して、先穴部分のポリイミド又はポリアミド樹脂を除去するとともに、吐出面側の前記ポリイミド樹脂又はポリアミド樹脂層、ＳｉＯ２層及びフッ素系撥水層のはみ出し部分を除去してノズルのエッジを形成することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
11. 請求項７ないし１０のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記フッ素系撥水層は、真空蒸着法でコーティングして形成することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
12. 請求項１１に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、フッ素系撥水層を形成するための真空蒸着は、真空中でのＳｉＯ２層形成に引き続いて同一チャンバで連続して行われることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
13. 請求項７ないし１２のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記ＳｉＯ２膜はＳｉをスパッタ後Ｏ２イオン処理をして形成されることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
14. 請求項７に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、ＳｉＯ２膜を形成した後フッ素系撥水剤を真空蒸着してフッ素系撥水層を形成した後、エキシマレーザでノズル孔加工をすることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
15. ノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドを備え、記録媒体上に画像を形成する画像形成装置において、前記液滴吐出ヘッドが請求項１ないし６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド又は請求項７ないし１４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの製造方法によって製造された液滴吐出ヘッドであることを特徴とする画像形成装置。
    
    

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