JP2009113263A

JP2009113263A - 液滴吐出ヘッド及びその製造方法、液滴吐出装置

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Publication number: JP2009113263A
Application number: JP2007287011A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Suzuki; 克己鈴木
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2007-11-05
Filing date: 2007-11-05
Publication date: 2009-05-28
Also published as: KR101029766B1; US7914116B2; KR20090046705A; US20090115817A1; CN101428503A

Abstract

【課題】接合部に吐出液が浸透することを防止し、液滴吐出ヘッドの耐久性を向上させ、吐出液の種類が制限されない液滴吐出ヘッド及びその製造方法、液滴吐出装置を提供する。
【解決手段】液体Ｌを液滴として吐出するノズル開口１４７が形成されたノズル基板１４３と、ノズル開口１４７に連通する液体Ｌの流路Ｒが形成された流路基板１４２と、流路Ｒの壁面を構成する振動板１４１と、が積層されて接着剤を介して接合され、ノズル基板１４３、流路基板１４２、および前記振動板１４１の前記液体Ｌとの接液面１４３ｒ，１４２ｒ，１４１ｒに液体Ｌに耐性を有する耐液性膜Ｃが連続して形成されていることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

この発明は、液滴吐出ヘッド及びその製造方法、液滴吐出装置に関するものである。

従来から、ノズルプレートがヘッド本体の先端面にエポキシ樹脂等の接着剤で接着されることに形成されたインクジェットヘッドが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、シリコン基板を液室形成部材に用いて液流路壁面に耐液性薄膜（耐インク薄膜）としての酸化膜や窒化チタン膜を成膜し、シリコンがインクに溶出することを防止すると共に、耐液性薄膜の内部応力によって液室形成部材全体に反りが生じることを防止することができるインクジェット記録装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平７−２２３３１６号公報特開２００３−２７６１９２号公報

しかしながら、上記従来の液滴吐出装置では、液滴吐出ヘッドのノズルプレート、液室形成部材等の接合にエポキシ、アクリル等の接着剤を用いるため、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（N-methylpyrrolidone：ＮＭＰ）、ブチルセロソルブ、γブチルラクトン等の溶剤インク、アルカリ性インク等の吐出液の充填や吐出の際に、接合部に吐出液が浸透して接着剤が膨潤するという課題がある。このため、液滴吐出ヘッドの耐久性が低下して寿命が短くなり、頻繁に交換しなくてはらならないという問題がある。また、接着剤の溶出による吐出液の汚染を防止するために、吐出液の溶媒の種類が制限されるという問題がある。

そこで、この発明は、接合部に吐出液が浸透することを防止し、液滴吐出ヘッドの耐久性を向上させ、吐出液の種類が制限されない液滴吐出ヘッド及びその製造方法、液滴吐出装置を提供するものである。

上記の課題を解決するために、本発明の液滴吐出ヘッドは、液体を液滴として吐出するノズル開口が形成されたノズル基板と、前記ノズル開口に連通する前記液体の流路が形成された流路基板と、前記流路の壁面を構成する振動板と、が積層されて接着剤を介して接合され、前記ノズル基板、前記流路基板、および前記振動板の前記液体との接液面に前記液体に耐性を有する耐液性膜が連続して形成されていることを特徴とする。

このように構成することで、液体の流路においてノズル基板と流路基板との接合部、および流路基板と振動板との接合部が連続する耐液性膜によって覆われて、各接合部に流路内の液体が接触しなくなる。これにより、各接合部の隙間に流路内の液体が浸入したり、各接合部の流路側に露出した接着剤に液体が接触したりすることが防止される。このため、接着剤に液体が浸透して接着剤が膨潤することを防止でき、液滴吐出ヘッドの耐久性を向上させることができる。また、接着剤が液体から隔離されるので、接着剤の溶出による液体の汚染が防止され、接着剤の材質により吐出できる液体の種類が制限されることがない。

また、本発明の液滴吐出ヘッドは、前記流路に設けられた圧力室の容積を、前記振動板を介して変化させる圧電素子を保持すると共に、前記流路へ前記液体を供給するための液体供給流路が形成されたケーシングを備え、前記振動板に前記ケーシングが接着剤を介して接合され、前記液体供給流路に面する前記ケーシングの表面が、前記振動板の接液面から連続する前記耐液性膜により覆われていることを特徴とする。

このように構成することで、液体供給流路においてケーシングと振動板との接合部が耐液性膜によって覆われて、接合部に流路内の液体が接触しなくなる。これにより、接合部の隙間に液体供給流路内の液体が浸入したり、接合部の流路側に露出した接着剤に液体が接触したりすることが防止される。このため、接合部に液体が浸透して接着剤が膨潤することを防止でき、液滴吐出ヘッドの耐久性を向上させることができる。また、接着剤が液体から隔離されるので、接着剤の溶出による液体の汚染が防止され、接着剤の材質により吐出液の種類が制限されることがない。

また、本発明の液滴吐出ヘッドは、前記耐液性膜が親液性を有する材料により形成されていることを特徴とする。

このように構成することで、液滴吐出ヘッドの内部の液体に接する部分の濡れ性を向上させ、ノズルから液滴を吐出する際に、液体のメニスカスを整えることができる。これにより、液滴の吐出性能を向上させることができる。

また、本発明の液滴吐出ヘッドは、前記耐液性膜が撥液性を有する材料により形成されていることを特徴とする。

このように構成することで、耐液性膜が液体を接合部から隔離する性能が向上し、耐液性膜を薄膜化することができる。

また、本発明の液滴吐出ヘッドは、前記耐液性膜の膜厚が一分子層以上かつ１μｍ以下であることを特徴とする。

このように構成することで、耐液性膜が液体の隔離性能を十分に発揮することができ、かつ液体の吐出に影響を及ぼすことを防止できる。

また、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、液体を液滴として吐出するノズル開口が形成されたノズル基板と、前記ノズル開口に連通する前記液体の流路が形成された流路基板と、前記流路の壁面を構成する振動板と、を積層させて接着剤を介して接合する組立工程と、前記流路に、耐液性膜材料液を充填する材料液充填工程と、前記耐液性膜材料液を前記流路から排出し、前記ノズル基板、前記流路基板、および前記振動板の前記流路に面する各表面に前記耐液性膜材料液を付着させた状態で、前記耐液性膜材料液を加熱乾燥させて、前記各表面に前記液体に対する耐性を有する耐液性膜を連続させて形成する耐液性膜形成工程と、を有することを特徴とする。

このように製造することで、ノズル基板と流路基板との接合部、および流路基板と振動板との接合部が連続する耐液性膜によって覆われる。このため、液滴の吐出時に流路に液体を充填しても、各接合部に流路内の液体が接触しなくなる。これにより、各接合部の隙間に流路内の液体が浸入したり、各接合部の流路側に露出した接着剤に液体が接触したりすることが防止される。このため、接着剤に液体が浸透して接着剤が膨潤することを防止でき、液滴吐出ヘッドの耐久性を向上させることができる。また、接着剤が液体から隔離されるので、接着剤の溶出による液体の汚染が防止され、接着剤の材質により吐出できる液体の種類が制限されることがない。

また、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、前記流路に設けられた圧力室の容積を、前記振動板を介して変化させる圧電素子を保持すると共に、前記流路へ前記液体を供給するための液体供給流路を有するケーシングを、前記組立工程において前記振動板に接着剤を介して接合し、前記材料液充填工程において、前記流路と前記液体供給流路に前記耐液性膜材料液を充填し、前記耐液性膜形成工程において、前記液体供給流路に面する前記ケーシングの表面に前記耐液性膜材料液を付着させた状態で、前記耐液性膜材料液を加熱乾燥させて、前記流路に面する前記振動板の表面から前記液体供給流路に面する前記ケーシングの表面まで連続する前記耐液性膜を形成することを特徴とする。

このように製造することで、ケーシングと振動板との接合部が耐液性膜によって覆われる。このため、液滴の吐出時に流路に液体を充填しても、接合部に流路内の液体が接触しなくなる。これにより、接合部の隙間に流路内の液体が浸入したり、接合部の流路側に露出した接着剤に液体が接触したりすることが防止される。このため、接合部に液体が浸透して接着剤が膨潤することを防止でき、液滴吐出ヘッドの耐久性を向上させることができる。また、接着剤が液体から隔離されるので、接着剤の溶出による液体の汚染が防止され、接着剤の材質により吐出液の種類が制限されることがない。

また、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、前記材料液充填工程においてＳｉを含む前記耐液性膜材料液を用いることを特徴とする。

このように製造することで、耐液性膜形成工程において形成される耐液性膜は、例えば、ＳｉＯ_Ｘ等の親液性を有する耐液性膜となる。これにより、液滴吐出ヘッドの内部の液体に接する部分の濡れ性を向上させ、ノズルから液滴を吐出する際に、液体のメニスカスを整えることができる。これにより、液滴の吐出性能を向上させることができる。

また、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、耐液性膜形成工程において、フッ素系、シリコーン系、フッ素含有オルガノポリシロキサン系の材料液を用いることを特徴とする。

このように製造することで、耐液性膜形成工程において形成される耐液性膜は撥液性を有する耐液性膜となる。これにより、耐液性膜が液体を接合部から隔離する性能を向上させ、耐液性膜を薄膜化することができる。

また、本発明の液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを備えている。
そのため、液滴吐出ヘッドの接合部に吐出液が浸透することが防止され、液滴吐出ヘッドの耐久性を向上され、吐出液の種類が制限されない液滴吐出装置を提供することができる。

次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、液滴吐出装置１０の概略構成を示す模式図である。図１に示すように、液滴吐出装置（液体噴射装置）１０は、ベース３１と、基板移動手段３２と、ヘッド移動手段３３と、液滴吐出ヘッド３４と、インク供給部３５と、制御装置４０とを備えて構成されている。ベース３１の上には、基板移動手段３２と、ヘッド移動手段３３とが設置されている。
また、液滴吐出装置１０は、クリーニングユニット５３と、キャッピングユニット５５とを備えている。

基板移動手段３２はベース３１上に設けられ、Ｙ軸方向に沿って配置されたガイドレール３６を有している。この基板移動手段３２は、例えばリニアモータ（図示せず）により、スライダ３７をガイドレール３６に沿って移動させるよう構成されている。
スライダ３７上にはステージ３９が固定されており、このステージ３９は、基板Ｐを位置決めして保持するためのものである。即ち、このステージ３９は、公知の吸着保持手段（図示せず）を有し、この吸着保持手段を作動させることにより、基板Ｐをステージ３９の上に吸着保持するように構成されている。基板Ｐは、例えばステージ３９の位置決めピン（図示せず）により、ステージ３９上の所定位置に正確に位置決めされ、保持されるようになっている。

ヘッド移動手段３３は、ベース３１の後部側に立てられた一対の架台３３ａ、３３ａと、これら架台３３ａ、３３ａ上に設けられた走行路３３ｂを備え、この走行路３３ｂをＸ軸方向、即ち前記の基板移動手段３２のＹ軸方向と直交する方向に沿って配置したものである。走行路３３ｂは、架台３３ａ、３３ａ間に渡された保持板３３ｃと、この保持板３３ｃ上に設けられた一対のガイドレール３３ｄ、３３ｄとを備え、ガイドレール３３ｄ、３３ｄの長さ方向に液滴吐出ヘッド３４を搭載するキャリッジ４２を移動可能に保持している。キャリッジ４２は、リニアモータ（図示せず）等の作動によってガイドレール３３ｄ、３３ｄ上を走行し、これにより液滴吐出ヘッド３４をＸ軸方向に移動させるように構成されている。

ここで、このキャリッジ４２は、ガイドレール３３ｄ、３３ｄの長さ方向、即ちＸ軸方向に、例えば、１μｍ単位で移動可能になっている。キャリッジ４２のこのような移動はコンピュータ等からなる制御装置４０によって制御可能に構成されている。
制御装置４０は、液滴吐出ヘッド３４の位置情報、即ち液滴吐出ヘッド３４のガイドレール３３ｄ、３３ｄ上での位置（Ｘ座標）とそのときの各ノズルの位置（Ｘ座標）とを検知して記憶するものである。

液滴吐出ヘッド３４は、キャリッジ４２に取付部４３を介して回動可能に取り付けられたものである。取付部４３にはモータ４４が設けられており、液滴吐出ヘッド３４はその支持軸（図示せず）がモータ４４に連結している。このような構成のもとに、液滴吐出ヘッド３４はその周方向に回動可能となっている。また、モータ４４も制御装置４０に接続されており、これによって液滴吐出ヘッド３４はその周方向への回動が、制御装置４０に制御されるようになっている。

インク供給部３５は、インクＬが充填されたインク供給容器４５と、このインク供給容器４５から液滴吐出ヘッド３４にインクＬを送るためのインク供給チューブ４６とを備えたものである。

クリーニングユニット５３は、液滴吐出ヘッド３４のノズル等のクリーニングを基板Ｐの製造工程中や待機時に定期的にあるいは随時に行うことができる。
なお、インクＬを基板Ｐに吐出する際には、クリーニングユニット５３は液滴吐出ヘッド３４に干渉しない位置に保持される。

キャッピングユニット５５は、キャップ部４７と、液体吸引チューブ４８と、液体吸引チューブ４８に接続される吸引ポンプ５１とを有している。キャッピングユニット５５は、液滴吐出ヘッド３４のノズル開口面１４３ａ（図３参照）が乾燥しないようにするために、基板Ｐに対するインクＬの吐出工程中や待機時に、ノズル開口面１４３ａにキャップ部４７を被着させるものである。
また、キャッピングユニット５５は、液滴吐出ヘッド３４にインクＬを初期充填する機能も有している。この初期充填の際にも、ノズル開口面１４３ａにキャップ部４７を被着させるようになっている。

キャップ部４７は、例えば、液滴吐出装置１０内に設けられたガイド（図示せず）などに沿って上下方向に移動することで、液滴吐出ヘッド３４のノズル開口面１４３ａに当接し、これに被着されるよう構成されたものである（図４参照）。キャップ部４７は、シリコーン、フッ素樹脂等からなり、液体吸引チューブ４８を介して、インクＬを吸引する吸引ポンプ５１に接続されている。
また、吸引ポンプ５１には、インクＬを吸引する減圧度を調整するための、圧力調整弁等からなる調整機構（図示せず）が設けられている。そして、この圧力調整弁は制御装置４０に接続されており、これによって圧力の増減圧が制御されるようになっている。
なお、インクＬを基板Ｐに吐出する際には、キャッピングユニット５５は液滴吐出ヘッド３４に干渉しない位置に保持される。

図２は液滴吐出ヘッド３４の構成を説明する断面図、図３は液滴吐出ヘッド３４の要部断面図である。
この実施の形態における液滴吐出ヘッド３４は、導入針ユニット１１７、ヘッドケース１１８（ケーシング）、流路ユニット１１９及びアクチュエータユニット１２０を主な構成要素としている。
導入針ユニット１１７の上面にはフィルタ１２１を介在させた状態で２本のインク導入針１２２が横並びで取り付けられている。これらのインク導入針１２２には、サブタンク１０２がそれぞれ装着される。また、導入針ユニット１１７の内部には、各インク導入針１２２に対応したインク導入路１２３が形成されている。
このインク導入路１２３の上端はフィルタ１２１を介してインク導入針１２２に連通し、下端はパッキン１２４を介してヘッドケース１１８内部に形成されたケース流路１２５（液体供給流路）と連通する。

フィルタ１２１は、インクＬに含まれる異物を除去するために配設され、その材質は、例えば、ステンレス鋼であって、メッシュ状に形成されている。

サブタンク１０２は、ポリプロピレン等の樹脂製材料によって成型されている。このサブタンク１０２には、インク室１２７となる凹部が形成され、この凹部の開口面に弾性シート１２６を貼設してインク室１２７が区画されている。
また、サブタンク１０２の下部にはインク導入針１２２が挿入される針接続部１２８が下方に向けて突設されている。サブタンク１０２におけるインク室１２７は、底の浅いすり鉢形状をしている。インク室１２７の側面における上下中央よりも少し下の位置には、針接続部１２８との間を連通する接続流路１２９の上流側開口が臨んでおり、この上流側開口にはインクＬを濾過するタンク部フィルタ１３０が取り付けられている。

針接続部１２８の内部空間にはインク導入針１２２が液密に嵌入されるシール部材１３１が嵌め込まれている。このサブタンク１０２には、図４に示すように、インク室１２７に連通する連通溝部１３２ａを有する延出部１３２が形成されており、この延出部１３２の上面にはインク導入口１３３が突設されている。

インク導入口１３３には、インク供給部３５のインク供給容器４５に貯留されたインクＬを供給するインク供給チューブ４６が接続される。従って、インク供給チューブ４６を通ってきたインクＬは、このインク導入口１３３から連通溝部１３２ａを通ってインク室１２７に流入する。
上記の弾性シート１２６は、インク室１２７を収縮させる方向と膨張させる方向とに変形可能である。そして、この弾性シート１２６の変形によるダンパ機能によって、インクＬの圧力変動が吸収される。即ち、弾性シート１２６の作用によってサブタンク１０２が圧力ダンパとして機能する。従って、インクＬは、サブタンク１０２内で圧力変動が吸収された状態で液滴吐出ヘッド３４側に供給される。

ヘッドケース１１８は、合成樹脂製の中空箱体状部材であり、下端面に接着剤を介して流路ユニット１１９を接合し、内部に形成された収容空部１３７内にアクチュエータユニット１２０を収容し、流路ユニット１１９側とは反対側の上端面にパッキン１２４を介在した状態で導入針ユニット１１７を取り付けるようになっている。
このヘッドケース１１８の内部には、高さ方向を貫通してケース流路１２５が設けられている。このケース流路１２５の上端は、パッキン１２４を介して導入針ユニット１１７のインク導入路１２３と連通するようになっている。
また、ケース流路１２５の下端は、流路ユニット１１９内の共通インク室１４４に連通するようになっている。従って、インク導入針１２２から導入されたインクＬは、インク導入路１２３及びケース流路１２５を通じて共通インク室１４４側に供給される。

ヘッドケース１１８の収容空部１３７内に収容されるアクチュエータユニット１２０は、図３に示すように、櫛歯状に列設された複数の圧電振動子１３８と、この圧電振動子１３８が接合される固定板１３９と、制御装置４０からの駆動信号を圧電振動子１３８に供給する配線部材としてのフレキシブルケーブル１４０とから構成される。各圧電振動子１３８は、固定端部側が固定板１３９上に接合され、自由端部側が固定板１３９の先端面よりも外側に突出している。即ち、各圧電振動子１３８は、所謂片持ち梁の状態で固定板１３９上に取り付けられている。

また、各圧電振動子１３８を支持する固定板１３９は、例えば、厚さ１ｍｍ程度のステンレス鋼によって構成されている。そして、アクチュエータユニット１２０は、固定板１３９の背面を、収容空部１３７を区画するケース内壁面に接着することで収容空部１３７内に収納・固定されている。

流路ユニット１１９は、振動板１４１、流路基板１４２及びノズル基板１４３からなる流路ユニット構成部材を積層した状態で接着剤を介して接合して一体化することにより作製されている。これらは、共通インク室１４４からインク供給口１４５及び圧力室１４６を通りノズル１４７に至るまでの一連のインク流路Ｒを形成する部材である。
圧力室１４６は、ノズル１４７の列設方向（ノズル列方向）に対して直交する方向に細長い室として形成されている。
また、共通インク室１４４は、ケース流路１２５と連通し、インク導入針１２２側からのインクＬが導入される室である。そして、この共通インク室１４４に導入されたインクＬは、インク供給口１４５を通じて各圧力室１４６に分配供給される。

ここで、この実施の形態では、ノズル基板１４３、流路基板１４２、および振動板１４１のインクＬに対する接液面であるインク流路Ｒに面する各表面１４３ｒ，１４２ｒ，１４１ｒにインクＬに耐性を有する耐液性膜Ｃが連続して形成されている。また、ケース流路１２５に面するヘッドケース１１８の表面１１８ａが、インク流路Ｒに面する振動板１４１の表面１４１ｒから連続する耐液性膜Ｃにより覆われている。
耐液性膜Ｃは、例えば、ＳｉＯ_２等のＳｉ酸化物により形成された親液性を有する膜である。また、耐液性膜Ｃの膜厚は、例えば、一分子層以上かつ１μｍ以下に形成されている。

流路ユニット１１９の底部に配置されるノズル基板１４３は、ドット形成密度に対応したピッチ（例えば１８０ｄｐｉ）で複数のノズル１４７を列状に開設した金属製の薄い板材である。この実施の形態のノズル基板１４３は、ステンレス鋼の板材によって作製され、この実施の形態においてはノズル１４７の列（即ち、ノズル列）が、各サブタンク１０２に対応して合計２２列並設されている。そして、１つのノズル列は、例えば、１８０個のノズル１４７によって構成される。
ノズル基板１４３と振動板１４１との間に配置される流路基板１４２は、インク流路となる流路部、具体的には、共通インク室１４４、インク供給口１４５及び圧力室１４６となる空部が区画形成された板状の部材である。

この実施の形態において、流路基板１４２は、結晶性を有する基材であるＳｉウェハーを異方性エッチング処理することによって作製されている。振動板１４１は、ステンレス鋼等の金属製の支持板上に弾性フィルムをラミネート加工した二重構造の複合板材である。この振動板１４１の圧力室１４６に対応する部分には、エッチングなどによって支持板を環状に除去することで、圧電振動子１３８の先端面が接合される島部１４８が形成されており、この部分はダイヤフラム部として機能する。即ち、この振動板１４１は、圧電振動子１３８の作動に応じて島部１４８の周囲の弾性フィルムが弾性変形するように構成されている。また、振動板１４１は、流路基板１４２の一方の開口面を封止し、コンプライアンス部１４９としても機能する。このコンプライアンス部１４９に相当する部分についてはダイヤフラム部と同様にエッチングなどにより支持板を除去して弾性フィルムだけにしている。

そして、上記の液滴吐出ヘッド３４において、フレキシブルケーブル１４０を通じて駆動信号が圧電振動子１３８に供給されると、この圧電振動子１３８が素子長手方向に伸縮し、これに伴い島部１４８が圧力室１４６に近接する方向或いは離隔する方向に移動する。これにより、圧力室１４６の容積が変化し、圧力室１４６内のインクＬに圧力変動が生じる。この圧力変動によってノズル１４７から液滴状となったインクＬが吐出される。

この実施の形態において用いるインクＬは、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（N-methylpyrrolidone：ＮＭＰ）、ブチルセロソルブ、γブチルラクトン等の溶剤インク、アルカリ性インク等である。

次に、この実施の形態の作用について説明する。
図３に示すように、ノズル基板１４３と流路基板１４２との接合部Ａ１のインク流路Ｒ側、および流路基板１４２と振動板１４１との接合部Ａ２のインク流路Ｒ側が連続する耐液性膜Ｃによって覆われている。このため、インク流路Ｒ内のインクＬが耐液性膜Ｃによって遮断され、各接合部Ａ１，Ａ２にインクＬが接触しなくなる。これにより、各接合部Ａ１，Ａ２の隙間にインク流路Ｒ内のインクＬが浸入したり、各接合部Ａ１，Ａ２のインク流路Ｒ側に露出した接着剤にインクＬが接触したりすることが防止される。このため、各接合部Ａ１，Ａ２の接着剤にインクＬが浸透して接着剤が膨潤することを防止でき、流路基板１４２と振動板１４１およびノズル基板１４３が剥離することを防止できる。したがって、流路ユニット１１９の耐久性を向上させ、液滴吐出ヘッド３４の耐久性を向上させることができる。

また、ヘッドケース１１８と振動板１４１との接合部Ａ３が耐液性膜Ｃによって覆われて、接合部Ａ３にケース流路１２５内のインクＬが接触しなくなる。これにより、接合部Ａ３の隙間にケース流路１２５内のインクＬが浸入したり、接合部Ａ３のケース流路１２５側に露出した接着剤にインクＬが接触したりすることが防止される。このため、接合部Ａ３にインクＬが浸透して接着剤が膨潤することを防止でき、ヘッドケース１１８と流路ユニット１１９とが剥離することを防止できる。したがって、液滴吐出ヘッド３４の耐久性を向上させることができる。

また、接合部Ａ１，Ａ２，Ａ３が耐液性膜ＣによってインクＬから隔離され、各接合部Ａ１，Ａ２，Ａ３に用いられた接着剤がインクＬと接触することが防止されるので、接着剤の溶出によるインクＬの汚染が防止される。したがって、接着剤の材質により吐出できるインクＬの種類が制限されることがない。

また、耐液性膜Ｃは親液性を有するＳｉＯ_２等の材料により形成されているので、液滴吐出ヘッド３４のインク流路ＲのインクＬに接する部分の濡れ性を向上させ、ノズル１４７からインクＬの液滴を吐出する際に、液滴のメニスカスを整えることができる。これにより、インクＬの液滴の吐出性能を向上させることができる。
また、耐液性膜Ｃの膜厚を、一分子層以上かつ１μｍ以下に形成することで、耐液性膜ＣがインクＬに対する耐液性および隔離性能を十分に発揮することができる。また、膜厚が十分に薄いため、インクＬの吐出に影響を及ぼすことを防止できる。

以上説明したように、この実施の形態の液滴吐出ヘッド３４によれば、接合部Ａ１，Ａ２，Ａ３にインクＬが浸透することが防止され、耐久性を向上させることができ、インクＬの種類が接着剤によって制限されない。また、この実施の形態の液滴吐出装置１０は、上記の液滴吐出ヘッド３４を備えているので、液滴吐出ヘッド３４の接合部Ａ１，Ａ２，Ａ３にインクＬが浸透することを防止でき、液滴吐出ヘッド３４の耐久性を向上させることができ、インクＬの種類が接着剤によって制限されない。

（液滴吐出ヘッドの製造方法）
次に、図５（ａ）〜図５（ｃ）を用いて液滴吐出ヘッド３４の製造方法を説明する。図５（ａ）〜図５（ｃ）では耐液性膜Ｃの製造工程を中心に説明し、他の工程の説明は適宜省略する。なお、耐液性膜Ｃの製造工程以外の工程については、公知のものを採用することができる。

まず、ノズル基板１４３と流路基板１４２と振動板１４１とを積層させて、それぞれ接着剤を介して接合する。接着剤としては、例えば、エポキシ、アクリル等の接着剤を用いることができる。次いで、振動板１４１に接着剤を介してヘッドケース１１８を接合する（組立工程）。

次に、図５（ａ）に示すように、ノズル１４７を上方に向けた状態でヘッドケース１１８のケース流路１２５から耐液性膜Ｃの材料液Ｂ（耐液性膜材料液）を注入し、ヘッドケース１１８のケース流路１２５と流路ユニット１１９のインク流路Ｒとに材料液Ｂを充填する（材料液充填工程）。
材料液Ｂとしては、例えば、ＳｉＯ_２ゾルゲル、Ｓｉアルコキサイド、シランカップリング剤（ＨＭＤＳ）、シラノール化合物等、Ｓｉを含み焼成後にＳｉＯ_Ｘとなる液体を用いる。また、材料液Ｂの粘度は、形成する耐液性膜Ｃの膜厚に応じて調整する。

次に、図５（ｂ）に示すように、材料液Ｂをケース流路１２５およびインク流路Ｒから排出する。これにより、ノズル基板１４３、流路基板１４２、および振動板１４１のインク流路Ｒに面する各表面１４３ｒ，１４２ｒ，１４１ｒと、ヘッドケース１１８のケース流路１２５に面する表面１１８ａとに、材料液Ｂが粘度に応じた所定の膜厚で付着した状態となる。この状態で、材料液Ｂを加熱乾燥させる（耐液性膜形成工程）。

これにより、図５（ｃ）に示すように、インクＬに対する耐性を有する耐液性膜Ｃがインク流路Ｒおよびケース流路１２５に面する各表面１４３ｒ，１４２ｒ，１４１ｒ，１１８ａに連続して形成された液滴吐出ヘッド３４を製造することができる。

この実施の形態の液滴吐出ヘッド３４の製造方法によれば、ノズル基板１４３と流路基板１４２との接合部Ａ１、および流路基板１４２と振動板１４１との接合部Ａ２が、各表面１４３ｒ，１４２ｒ，１４１ｒに連続する耐液性膜Ｃによって覆われる。このため、液滴の吐出時にインク流路ＲにインクＬを充填しても、各接合部Ａ１，Ａ２にインク流路Ｒ内のインクＬが接触しなくなる。これにより、各接合部Ａ１，Ａ２の隙間にインク流路Ｒ内のインクＬが浸入したり、各接合部Ａ１，Ａ２のインク流路Ｒ側に露出した接着剤にインクＬが接触したりすることが防止される。このため、接着剤にインクＬが浸透して接着剤が膨潤することを防止でき、液滴吐出ヘッド３４の耐久性を向上させることができる。

また、インク流路Ｒに面する振動板１４１の表面１４１ｒからケース流路１２５に面するヘッドケース１１８の表面１１８ａまで連続する耐液性膜Ｃが形成され、ヘッドケース１１８と振動板１４１との接合部Ａ３が耐液性膜Ｃによって覆われる。このため、液滴の吐出時にケース流路１２５にインクＬを充填しても、接合部Ａ３にケース流路１２５内のインクＬが接触しなくなる。これにより、接合部Ａ３の隙間にケース流路１２５内のインクＬが浸入したり、接合部Ａ３のケース流路１２５側に露出した接着剤にインクＬが接触したりすることが防止される。このため、接合部Ａ３にインクＬが浸透して接着剤が膨潤することを防止でき、液滴吐出ヘッド３４の耐久性を向上させることができる。

また、各接合部Ａ１，Ａ２，Ａ３に用いられる接着剤がインクＬから隔離されるので、接着剤の溶出によるインクＬの汚染が防止され、接着剤の材質によりインクＬの種類が制限されることがない。
また、前記材料液ＢとしてＳｉを含む液体を用いることで、耐液性膜ＣはＳｉＯ_Ｘ等の親液性を有する材料により形成される。これにより、液滴吐出ヘッド３４の内部のインクＬに接する部分の濡れ性を向上させ、ノズル１４７から液滴を吐出する際に、インクＬの液滴のメニスカスを整えることができる。これにより、インクＬの液滴の吐出性能を向上させることができる。

尚、この発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、例えば、耐液性膜形成工程において、フッ素系、シリコーン系、フッ素含有オルガノポリシロキサン系の材料液を用いてもよい。これにより、耐液性膜形成工程において形成される耐液性膜は撥液性を有する耐液性膜となる。耐液性膜を撥液性の材料により形成することで、耐液性膜がインクを接合部から隔離する性能を向上させ、耐液性膜を薄膜化することができる。

本発明の実施の形態に係る液滴吐出装置の全体構成を示す模式図である。本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドの構成を説明する断面図である。本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドの要部断面図である。本発明の実施の形態に係る液滴吐出装置の概略構成を示す模式図である。本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を示す拡大断面図である。

符号の説明

１０液滴吐出装置、３４液滴吐出ヘッド、１１８ヘッドケース（ケーシング）、１１８ａ表面、１２５ケース流路（液体供給流路）、１３８圧電振動子（圧電素子）、１４１振動板、１４２流路基板、１４３ノズル基板、１４１ｒ，１４２ｒ，１４３ｒ表面（接液面）、１４６圧力室、１４７ノズル（ノズル開口）、Ｂ材料液（耐液性膜材料液）、Ｃ耐液性膜、Ｌインク（液体）Ｒインク流路（流路）

Claims

液体を液滴として吐出するノズル開口が形成されたノズル基板と、
前記ノズル開口に連通する前記液体の流路が形成された流路基板と、
前記流路の壁面を構成する振動板と、が積層されて接着剤を介して接合され、
前記ノズル基板、前記流路基板、および前記振動板の前記液体との接液面に前記液体に耐性を有する耐液性膜が連続して形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
前記流路に設けられた圧力室の容積を、前記振動板を介して変化させる圧電素子を保持すると共に、前記流路へ前記液体を供給するための液体供給流路が形成されたケーシングを備え、
前記振動板に前記ケーシングが接着剤を介して接合され、
前記液体供給流路に面する前記ケーシングの表面が、前記振動板の接液面から連続する前記耐液性膜により覆われていることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
前記耐液性膜が親液性を有する材料により形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液滴吐出ヘッド。
前記耐液性膜が撥液性を有する材料により形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液滴吐出ヘッド。
前記耐液性膜の膜厚が一分子層以上かつ１μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
液体を液滴として吐出するノズル開口が形成されたノズル基板と、
前記ノズル開口に連通する前記液体の流路が形成された流路基板と、
前記流路の壁面を構成する振動板と、を積層させて接着剤を介して接合する組立工程と、
前記流路に、耐液性膜材料液を充填する材料液充填工程と、
前記耐液性膜材料液を前記流路から排出し、前記ノズル基板、前記流路基板、および前記振動板の前記液体との接液面に前記耐液性膜材料液を付着させた状態で、前記耐液性膜材料液を加熱乾燥させて、前記各接液面に前記液体に対する耐性を有する耐液性膜を連続させて形成する耐液性膜形成工程と、
を有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
前記流路に設けられた圧力室の容積を、前記振動板を介して変化させる圧電素子を保持するとともに前記流路へ前記液体を供給するための液体供給流路を有するケーシングを、前記組立工程において前記振動板に接着剤を介して接合し、
前記材料液充填工程において、前記流路と前記液体供給流路に前記耐液性膜材料液を充填し、
前記耐液性膜形成工程において、前記液体供給流路に面する前記ケーシングの表面に前記耐液性膜材料液を付着させた状態で、前記耐液性膜材料液を加熱乾燥させて、前記流路に面する前記振動板の表面から前記液体供給流路に面する前記ケーシングの表面まで連続する前記耐液性膜を形成することを特徴とする請求項６記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
前記材料液充填工程においてＳｉを含む前記耐液性膜材料液を用いることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
前記材料液充填工程において、フッ素系、シリコーン系、フッ素含有オルガノポリシロキサン系の前記耐液性膜材料液を用いることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置。