JP2014124878A - ノズルプレート、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ノズル開口内面や吐出面の耐液性に優れたシリコンノズルプレート並びにそれを用いた液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供する。
【解決手段】 シリコン基板に複数のノズル開口21を設けたノズルプレート20であって、前記シリコン基板の両面及び前記ノズル開口21内面には原子層堆積により形成された酸化ハフニウム膜又は酸化ジルコニウム膜201が設けられ、吐出面の前記酸化ハフニウム膜又は前記酸化ジルコニウム膜201上には、プラズマCVDにより形成された酸化ハフニウム膜又は酸化ジルコニウム膜202が積層されている。
【選択図】 図1
【解決手段】 シリコン基板に複数のノズル開口21を設けたノズルプレート20であって、前記シリコン基板の両面及び前記ノズル開口21内面には原子層堆積により形成された酸化ハフニウム膜又は酸化ジルコニウム膜201が設けられ、吐出面の前記酸化ハフニウム膜又は前記酸化ジルコニウム膜201上には、プラズマCVDにより形成された酸化ハフニウム膜又は酸化ジルコニウム膜202が積層されている。
【選択図】 図1
Description
本発明は、液滴を吐出するためのノズル開口を有するノズルプレート並びにそれを具備する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。
液体噴射ヘッドの代表例として知られているインクジェット式記録ヘッドは、一般に、液滴を吐出するための複数のノズル開口が形成されたノズルプレートと、ノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板を具備する。このような液体噴射ヘッドにおいては、ノズルの高密度化に伴い、流路形成基板やノズルプレートにシリコン基板が用いられ、両者は接着剤により接合されて用いられる。
このようなシリコンノズルプレートの流路形成基板との接合面やノズル開口の内面には、熱酸化による酸化シリコン膜からなる第1の耐インク保護膜と、熱CVDやプラズマCVDにより形成された五酸化タンタル膜などの金属酸化物からなる第2の耐インク保護膜とを具備し、また、インクの吐出面には、さらに、熱CVDやプラズマCVDにより形成された五酸化タンタル膜などの金属酸化物からなる第3のインク保護膜(下地膜)及び撥水膜(撥インク膜)を形成し、上記のインク残留を抑制する手法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、ノズル吐出面の撥液膜としては、シリコーン材料のプラズマ重合膜等の下地膜と、下地膜上に設けた金属アルコキシドが重合した分子膜等の撥液膜とを設けた構造が知られている(特許文献2参照)。
しかしながら、CVDで金属酸化物からなる耐インク保護膜を設けると、ノズル開口内面の、特に吐出面近傍まで均一な膜が形成でき難く、耐インク性に問題が生じ易い、また、全面に十分な膜を形成しようとすると、膜厚が厚く且つ不均一な状態となり易い、吐出されるインク滴が不均一になるなどの問題が生じる場合がある。上述のノズルプレートがシリコン基板に異方性エッチングを用いてノズル孔を形成したシリコンノズルプレートである場合、インク保護膜の密着性が問題となる場合がある。
また、特許文献2のシリコーン材料のプラズマ重合膜等の下地膜は微細欠陥が生じる可能性があり、このような微細欠陥に起因して撥液膜が剥離する等の問題が生じる場合がある。
本発明はこのような事情に鑑み、ノズル開口内面や吐出面の耐液性に優れたノズルプレート並びにそれを用いた液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決する本発明の態様は、シリコン基板に複数のノズル開口を設けたノズルプレートであって、前記シリコン基板の両面及び前記ノズル開口内面には原子層堆積により形成された酸化ハフニウム膜又は酸化ジルコニウム膜が設けられ、吐出面の前記酸化ハフニウム膜又は前記酸化ジルコニウム膜上には、プラズマCVDにより形成された酸化ハフニウム膜又は酸化ジルコニウム膜が積層されていることを特徴とするノズルプレートにある。
かかる態様では、原子層堆積により成膜された酸化ハフニウム膜又は酸化ジルコニウム膜がノズル開口内周面などの小さな領域にも均一で且つ緻密に形成されるので、強アルカリ液や強酸液に対する保護膜として有効に機能する。また、原子層堆積法により成膜された酸化ハフニウム膜又は酸化ジルコニウム膜上に撥液膜の下地となるプラズマCVDにより形成された酸化ハフニウム膜又は酸化ジルコニウム膜を設けたので、厚膜で機械的強度に優れ、耐液性にも優れ、撥液膜を設ける際の密着性が良好となる。
かかる態様では、原子層堆積により成膜された酸化ハフニウム膜又は酸化ジルコニウム膜がノズル開口内周面などの小さな領域にも均一で且つ緻密に形成されるので、強アルカリ液や強酸液に対する保護膜として有効に機能する。また、原子層堆積法により成膜された酸化ハフニウム膜又は酸化ジルコニウム膜上に撥液膜の下地となるプラズマCVDにより形成された酸化ハフニウム膜又は酸化ジルコニウム膜を設けたので、厚膜で機械的強度に優れ、耐液性にも優れ、撥液膜を設ける際の密着性が良好となる。
ここで、前記原子層堆積により形成された前記酸化ハフニウム膜又は前記酸化ジルコニウム膜の厚さは、0.3Å以上、50nm以下の範囲にあり、プラズマCVDにより形成された前記酸化ハフニウム膜又は前記酸化ジルコニウム膜の厚さは、200nm以上、1000nm以下の範囲にあることが好ましい。これによれば、耐液性が十分に確保され、また、ノズル開口内の開口状態に影響を与えることがない。
また、前記原子層堆積により形成された前記酸化ハフニウム膜又は前記酸化ジルコニウム膜の厚さは、0.3Å以上、50nm以下の範囲にあり、前記下地膜の厚さは、200nm以上、1000nm以下の範囲にあることが好ましい。これにより、耐液性がさらに向上する。
また、前記プラズマCVDにより形成された前記酸化ハフニウム膜又は前記酸化ジルコニウム膜上には、金属アルコキシド膜をアニールした撥液膜が積層されていることが好ましい。これによれば、吐出面の撥液性が向上し、また、ノズル開口内やノズル開口の近傍の撥液膜が形成された領域との境界部で撥液膜が形成されていない部分の耐液性が高度に確保され、シリコン基板が液体に浸食されるなどの問題に起因する撥液膜の剥がれなどの問題が解消される。
さらに、本発明の他の態様は、前記態様のノズルプレートと、該ノズルプレートに接合され且つ前記ノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板と、該流路形成基板の前記ノズルプレートとは反対側に設けられ前記圧力発生室内の圧力変化を生じさせる圧力発生手段とを具備することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、耐液性に優れ、撥液膜の剥がれの問題もなく、ノズル開口の開口バラツキの少ないノズルプレートを有するので、耐久性に優れ且つ吐出バラツキのない液体噴射ヘッドが実現できる。
かかる態様では、耐液性に優れ、撥液膜の剥がれの問題もなく、ノズル開口の開口バラツキの少ないノズルプレートを有するので、耐久性に優れ且つ吐出バラツキのない液体噴射ヘッドが実現できる。
また、本発明の他の態様は、前記態様の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。これによれば、耐久性に優れ且つ吐出バラツキのない液体噴射装置が実現できる。
(実施形態1)
まず、本発明の実施形態1に係るノズルプレートの一例について説明する。図1は、ノズルプレートの斜視図及びその要部拡大断面図である。
まず、本発明の実施形態1に係るノズルプレートの一例について説明する。図1は、ノズルプレートの斜視図及びその要部拡大断面図である。
図1に示すように、ノズルプレート20は、ドット形成密度に対応したピッチで複数のノズル開口21を列状に形成したシリコン単結晶基板からなる部材である。本実施形態では、180dpiのピッチで180個のノズル開口21を列設することでノズル列が構成されている。また、各ノズル開口21は、ドライエッチングによって形成され、内径が異なる連続する2つの円筒状の空部から構成されている。即ち、ノズルプレート20の板厚方向におけるインクが吐出される側に形成された内径の小さい第1円筒部22と、インクが吐出される側とは反対側(インク流路側)に形成された内径の大きい第2円筒部23と、からノズル開口21が構成されている。ノズル開口21の形状については、例示したものには限られず、例えば、内径が一定な円筒部(ストレート部)と、噴射側からインク流路側に向けて内径が次第に拡大するテーパー部と、からノズル開口21が構成されていてもよい。上記ノズルプレート20の両面及びノズル開口21の内周面には、シリコンの熱酸化膜200、及び原子層堆積により形成された酸化ハフニウム膜又は酸化ジルコニウム膜からなる保護膜201が順次形成されている。また、ノズルプレート20のインクが吐出される側の面(以下、吐出側表面)には、プラズマCVDにより形成された酸化ハフニウム又は酸化ジルコニウムを含む下地膜202と、撥液性を有する金属アルコキシドの分子膜を成膜し、その後、乾燥処理、アニール処理等を経て撥液膜(SCA(silane coupling agent)膜)203とが順次積層されている。なお、プラズマCVDにより形成されたとは、プラズマCVD法により成膜されたことをいう。
ここで、シリコンの熱酸化膜200は、シリコン基板を熱酸化することにより形成されるもので、両面及びノズル開口21の内周面に形成されている。厚さは例えば100nm程度である。
かかる熱酸化膜200は必ずしも設ける必要はなく、この場にはシリコン基板に直接保護膜201が形成される。なお、熱酸化膜200を設けない場合にもシリコン基板と保護膜201との間にはシリコンの自然酸化膜が形成されている場合があるが、これも勿論本発明に包含されるものである。
一方、保護膜201は、二酸化ハフニウムに代表される酸化ハフニウム(HaOx)又は二酸化ジルコニウムに代表される酸化ジルコニウム(ZrOx)を含むものである。本実施形態では、酸化ハフニウムを含むものとした。かかる保護膜201は、原子層堆積により形成されたものであり、CVD法などの他の気相法で形成した膜と比較して薄い膜厚で形成でき、また、小さなノズル開口21の内周面にも確実に且つ均一な膜厚で形成できるという特徴がある。なお、原子層堆積により形成されたとは、原子層堆積法(ALD法)により成膜されたことを言う。さらに、ALD法によると、高い膜密度で形成できるという利点がある。つまり、保護膜201を高い膜密度で形成することで、保護膜201の耐インク性(耐液体性)を向上して、シリコン基板がインク(液体)によって侵食されるのを抑制することができる。特に、耐インク性で問題が生じ易いノズル開口21の内周面や、吐出面側の表面とノズル開口21との境界の角部にも確実に且つ膜密度の高い保護膜201が形成されるので、ノズルプレート20の耐インク性が著しく向上する。
このような保護膜201の厚さは、0.3Å以上、50nmの範囲とすればよく、10nm以上、30nm以下の範囲が好適である。このように原子層堆積法によって形成される保護膜201は、CVD法などにより形成される100nm程度の膜よりかなり薄い膜である。これより薄いと全体に均一な膜が形成されない虞があり、また、これより厚いと、成膜に時間がかかりコスト高になり、共に好ましくない。
下地膜202は、プラズマCVDにより成膜された酸化ハフニウム又は酸化ジルコニウムであり、保護膜201との密着性は勿論、撥液膜203との密着性も良好なものである。下地膜202の厚さは、200nm以上、1000nm以下の範囲であり、吐出面の機械的強度の向上に貢献するものである。プラズマCVDによる成膜はALD法と比較して成膜レートが著しく早く、200nm以上、1000nm以下という厚さの下地膜202も比較的短時間で成膜できる。
撥液膜203は、撥液性(撥水性および撥油性)を有していれる金属アルコキシドを成膜し、その後、乾燥処理、アニール処理等を経て成膜された分子膜である。撥液膜203を形成する前に、下地膜202の表面を紫外線(UV)照射、プラズマ処理、オゾン処理などで表面改質を行うのが好ましい。
原料となる金属アルコキシドは撥水性および撥油性を有していればいかなるものでもよいが、好ましくはフッ素を含む長鎖高分子基(以下、長鎖RF基という)を有する金属アルコキシドまたは撥液基を有する金属酸塩を用いる。前記金属アルコキシドとしては、例えばTi、Li、Si、Na、K、Mg、Ca、St、Ba、Al、In、Ge、Bi、Fe、Cu、Y、Zr、Ta等を使用する様々なものがあるが、ケイ素、チタン、アルミニウム、ジルコニウム等が一般的に用いられる。本実施形態ではケイ素を用いた物を使用し、好ましくはフッ素を含む長鎖RF基を有するアルコキシシラン、または撥液基を有する金属酸塩がよい。
長鎖RF基としては、分子量は1000以上であり、例えば、パーフルオロアルキル鎖、パーフルオポリエーテル鎖等が挙げられる。
この長鎖RF基を有するアルコキシシランとして、例えば、長鎖RF基を有するシランカップリング剤等が挙げられる。
撥液膜203を成膜するものとして適している長鎖RF基を有するシランカップリング剤としては、例えば、ヘプタトリアコンタフルオロイコシルトリメトキシシランなどが挙げられるが、製品としては オプツールDSX(商標、ダイキン工業社製)、KY−130(商標、信越化学工業社製)が挙げられる。
フッ化炭素基(RF基)はアルキル基より表面自由エネルギーが小さいため、金属アルコキシドにRF基を含有させることにより、形成する撥液膜の撥液性を向上させることができると共に、耐薬品性、耐候性、耐摩擦性等の特性も向上させることができる。また、RF基としては、長鎖構造が長いものが、より撥液性を持続させることができる。さらに、撥液基を有する金属酸塩として、例えばアルミネートおよびチタネート等が挙げられる。
次に、ノズルプレート20の詳細、特にその製造工程について説明する。
図2は、ノズルプレート20の製造工程について説明する模式図である。
本実施形態におけるノズルプレート20の材料としては、上述したシリコン単結晶基板(シリコン基板)25が用いられ、1つのシリコン基板25から複数のノズルプレート20が作製される。このシリコン基板25に対して、図2(a)に示すように、まずドライエッチングによって第1円筒部22及び第2円筒部23からなるノズル開口21が形成される。
図2は、ノズルプレート20の製造工程について説明する模式図である。
本実施形態におけるノズルプレート20の材料としては、上述したシリコン単結晶基板(シリコン基板)25が用いられ、1つのシリコン基板25から複数のノズルプレート20が作製される。このシリコン基板25に対して、図2(a)に示すように、まずドライエッチングによって第1円筒部22及び第2円筒部23からなるノズル開口21が形成される。
次に、図2(b)に示すように、インクが吐出される側の吐出側面(図で下側の面。以下、第1の面)、この面とは反対側の面(図で上側の面。以下、第2の面)、及びノズル開口21の内周面に、熱処理によりシリコンの熱酸化膜200が形成される。熱酸化膜200は、二酸化シリコンからなり、厚さは約100nmである。
なお、かかる熱酸化膜200の形成工程は省略してもよい。
なお、かかる熱酸化膜200の形成工程は省略してもよい。
次に、図2(c)に示すように、インクが吐出される側の第1の面、第2の面、及びノズル開口21の内周面に、原子層堆積法により酸化ハフニウム又は酸化ジルコニウムからなる保護膜201が成膜される。本実施形態では酸化ハフニウムを含む保護膜201とした。原子層堆積法により酸化ハフニウム又は酸化ジルコニウムを成膜する際の酸化剤はH2O又はO3を用い、成膜温度は120℃〜350℃とする。また、保護膜201の厚さは、原子層堆積法では均一且つ緻密(高膜密度)に成膜されるので、0.3Å以上、50nm以下の範囲とすればよく、10nm以上、30nm以下の範囲が好適である。また、ZrO2は、アルカリには不溶で、耐酸性は、硫酸とフッ化水素酸以外の溶液には溶けないという特徴をもつので、強アルカリ液や強酸液に対する保護膜として有効である。また、HfO2は、アルカリにも酸にも不溶という特徴をもつので、強アルカリ液や強酸液に対する保護膜として万能である。
続いて、図2(d)に示すように、第1の面の保護膜201上に、プラズマCVDにより酸化ハフニウム又は酸化ジルコニウムからなる下地膜202が成膜され、この下地膜202の表面を紫外線(UV)照射、プラズマ処理、オゾン処理などで表面改質を行った後、その上に、撥液性を有する金属アルコキシドの分子膜を成膜し、その後、乾燥処理、アニール処理等を経て撥液膜203が形成される。プラズマCVDはALD法と比較して成膜レートが著しく厚いので、容易に厚い膜を形成できる。本実施形態では酸化ハフニウムを含む下地膜202とした。また、下地膜202の膜厚は、200nm以上、1000nm以下の範囲とするのが好ましい。
ここで、上記の撥液膜203は、保護膜201や下地膜202と比較して電気的に絶縁性が高いので、第1の面において導電部材が取り付けられて導通をとる場合には、導通領域以外の領域のみに形成される。この導通領域に関し、第1の面の全体に撥液膜203を形成した後に該当する部分のみ撥液膜203及び必要に応じて下地膜202を除去してもよいし、撥液膜203を形成する際に該当する部分だけマスクすることで当該部分に最初から下地膜202及び撥液膜203が形成されないようにしてもよい。
撥液膜203を形成した後、シリコン基板25を分割することにより複数のノズルプレート20を得る。このような工程を経て、ノズルプレート20が作製される。
(実施形態2)
以下、上述した実施形態1のノズルプレート20を用いた液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドについて説明する。
以下、上述した実施形態1のノズルプレート20を用いた液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドについて説明する。
図3は、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、図4は、図3の平面図及びそのA−A′線断面図であり、図5は、図4(b)のB−B′線断面図である。
図示するように、本実施形態の液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドIが備える流路形成基板10は、本実施形態では、例えば、シリコン単結晶基板からなる。この流路形成基板10には、複数の隔壁11によって区画された圧力発生室12が同じ色のインクを吐出する複数のノズル開口21が並設される方向に沿って並設されている。以降、この方向を圧力発生室12の並設方向、又は第1の方向Xと称する。また、この第1の方向Xと直交する方向を、以降、第2の方向Yと称する。
また、流路形成基板10の圧力発生室12の長手方向の一端部側、すなわち第1の方向Xに直交する第2の方向Yの一端部側には、インク供給路13と連通路14とが複数の隔壁11によって区画されている。連通路14の外側(第2の方向Yにおいて圧力発生室12とは反対側)には、各圧力発生室12の共通のインク室(液体室)となるマニホールド100の一部を構成する連通部15が形成されている。すなわち、流路形成基板10には、圧力発生室12、インク供給路13、連通路14及び連通部15からなる液体流路が設けられている。
ここで、流路形成基板10の圧力発生室12、インク供給路13、連通路14及び連通部15からなる液体流路の内壁表面(内面)には、耐インク性(耐液性)を有する材料、例えば、五酸化タンタルなどの酸化タンタル(TaOx;アモルファス)からなる耐液膜210が設けられている。なお、このような耐液膜210の材料は、酸化タンタルに限定されず、使用するインクのpH値によっては、例えば、酸化シリコン(SiO2)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化ハフニウム(HfO2)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)等を用いてもよい。
また、耐液膜210は、スパッタリング法、原子層堆積法(ALD)等の気相法によって形成することができるが、特に耐液膜210は、原子層堆積法(ALD)を用いて形成するのが好ましい。原子層堆積法によれば、耐液膜210を比較的薄い膜厚で、高い膜密度で形成することができる。つまり、耐液膜210を高い膜密度で形成することで、耐液膜210の耐インク性(耐液性)を向上して、振動板50や流路形成基板10等がインク(液体)によって侵食されるのを抑制することができる。したがって、耐液膜210の厚さを薄くすることができる。また、原子層堆積法によって耐液膜210を形成することで、CVD法等に比べて薄く形成することができる。ただし、原子層堆積法は、スパッタリング法に比べて成膜に時間がかかるため、厚さのある膜の形成には向かない。
流路形成基板10の一方面側、すなわち圧力発生室12等の液体流路が開口する面には、各圧力発生室12に連通するノズル開口21が形成された実施形態1のノズルプレート20が、接着剤や熱溶着フィルム等によって接合されている。すなわち、ノズルプレート20には、第1の方向Xにノズル開口21が並設されている。
流路形成基板10の他方面側には、熱酸化により形成された酸化シリコン(SiO2)からなる弾性膜51と、弾性膜51上に形成された酸化ジルコニウム(ZrO2)を含む材料で形成された絶縁体層52と、が積層されている。なお、圧力発生室12等の液体流路は、流路形成基板10を一方面側(ノズルプレート20が接合された面側)から異方性エッチングすることにより形成されており、圧力発生室12等の液体流路の他方面は、弾性膜51で画成されている。
絶縁体層52上には、第1電極60と圧電体層70と第2電極80とを有する圧電アクチュエーター300が形成されている。ここで、圧電アクチュエーター300は、第1電極60、圧電体層70及び第2電極80を含む部分をいう。一般的には、圧電アクチュエーター300の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層70を各圧力発生室12毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層70から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部320という。本実施形態では、第1電極60を圧電アクチュエーター300の共通電極とし、第2電極80を圧電アクチュエーター300の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。
圧電体層70は、第1電極60上に形成される分極構造を有する酸化物の圧電材料からなり、例えば、一般式ABO3で示されるペロブスカイト型酸化物からなることができ、Aは、鉛を含み、Bは、ジルコニウムおよびチタンのうちの少なくとも一方を含むことができる。前記Bは、例えば、さらに、ニオブを含むことができる。具体的には、圧電体層70としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O3:PZT)、シリコンを含むニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti,Nb)O3:PZTNS)などを用いることができる。
また、圧電体層70は、鉛を含まない非鉛系圧電材料、例えば、鉄酸ビスマスや鉄酸マンガン酸ビスマスと、チタン酸バリウムやチタン酸ビスマスカリウムとを含むペロブスカイト構造を有する複合酸化物などとしてもよい。
さらに、このような圧電アクチュエーター300の個別電極である各第2電極80には、インク供給路13側の端部近傍から引き出され、振動板50上にまで延設される、例えば、金(Au)等からなるリード電極90が接続されている。
このような圧電アクチュエーター300が形成された流路形成基板10上、すなわち、第1電極60、振動板50及びリード電極90上には、マニホールド100の少なくとも一部を構成するマニホールド部31を有する保護基板30が接着剤35を介して接合されている。このマニホールド部31は、本実施形態では、保護基板30を厚さ方向に貫通して圧力発生室12の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板10の連通部15と連通されて各圧力発生室12の共通のインク室となるマニホールド100を構成している。また、流路形成基板10の連通部15を圧力発生室12毎に複数に分割して、マニホールド部31のみをマニホールドとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板10に圧力発生室12のみを設け、流路形成基板10と保護基板30との間に介在する振動板50にマニホールドと各圧力発生室12とを連通するインク供給路13を設けるようにしてもよい。
保護基板30には、圧電アクチュエーター300に対向する領域に、圧電アクチュエーター300の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電アクチュエーター保持部32が設けられている。なお、圧電アクチュエーター保持部32は、圧電アクチュエーター300の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。
また、保護基板30には、保護基板30を厚さ方向に貫通する貫通孔33が設けられている。そして、各圧電アクチュエーター300から引き出されたリード電極90の端部近傍は、貫通孔33内に露出するように設けられている。
また、保護基板30上には、信号処理部として機能する駆動回路120が固定されている。駆動回路120としては、例えば、回路基板や半導体集積回路(IC)等を用いることができる。そして、駆動回路120とリード電極90とは、貫通孔33を挿通させたボンディングワイヤー等の導電性ワイヤーからなる接続配線121を介して電気的に接続されている。
保護基板30としては、流路形成基板10の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板10と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
また、保護基板30上には、封止膜41及び固定板42とからなるコンプライアンス基板40が接合されている。ここで、封止膜41は、剛性が低く可撓性を有する材料、例えば、ポリフェニレンサルファイド(PPS)フィルムからなり、この封止膜41によってマニホールド部31の一方面が封止されている。また、固定板42は、金属等の硬質の材料、例えば、ステンレス鋼(SUS)等で形成される。この固定板42のマニホールド100に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部43となっているため、マニホールド100の一方面は可撓性を有する封止膜41のみで封止されている。
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドIでは、図示しない外部インク供給手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、マニホールド100からノズル開口21に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路120からの記録信号に従い、圧力発生室12に対応するそれぞれの第1電極60と第2電極80との間に電圧を印加し、振動板50、第1電極60及び圧電体層70をたわみ変形させることにより、各圧力発生室12内の圧力が高まりノズル開口21からインク滴が吐出する。
以上説明したように、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドIでは、実施形態1のノズルプレート20を具備するので、耐インク性に優れ、インク滴が均一な吐出が実現できる。すなわち、ノズルプレート20の両面及びノズル開口21の内周面に原子層堆積法により形成された酸化ハフニウム又は酸化ジルコニウム膜からなる保護膜201が形成され、その上の吐出面に下地膜202及び撥液膜203が形成されているので、ノズル開口21内面の、特に吐出面近傍まで均一な酸化ハフニウム又は酸化ジルコニウム膜からなる保護膜201が形成され、耐インク性に優れたものとなる。また、酸化ハフニウム又は酸化ジルコニウム膜からなる保護膜201はノズル開口21の内周面に比較的薄い膜で均一に形成されるので、吐出されるインク滴が不均一になるなどの問題もない。さらに、保護膜201上に、撥液膜203の下地膜202として厚膜の酸化ハフニウム又は酸化ジルコニウム膜が形成されるので、吐出面のノズル開口21の周縁部が下地膜202で覆われ、さらに耐液性に優れ、また、耐擦性にも優れたものとなる。
(他の実施形態)
以上、本発明の実施形態1、2について説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。
以上、本発明の実施形態1、2について説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。
上述した実施形態2では、ノズル開口21からインク滴を吐出する圧力発生手段として、薄膜型の圧電アクチュエーター300を用いて説明したが、特にこれに限定されるものではなく、例えば、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型の圧電アクチュエーターや、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型の圧電アクチュエーターを用いてもよい。
また、上述した実施形態2では、圧力発生室12に圧力変化を生じさせる圧力発生手段として、薄膜型の圧電アクチュエーター300を用いて説明したが、特にこれに限定されず、例えば、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型の圧電アクチュエーターや、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型の圧電アクチュエーターなどを使用することができる。また、圧力発生手段として、圧力発生室内に発熱素子を配置して、発熱素子の発熱で発生するバブルによってノズル開口から液滴を吐出するものや、振動板と電極との間に静電気を発生させて、静電気力によって振動板を変形させてノズル開口から液滴を吐出させるいわゆる静電式アクチュエーターなどを使用することができる。
また、上述した実施形態2では、流路形成基板10として、シリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、SOI基板、ガラス等の材料を用いるようにしてもよい。
また、これら各実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図6は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。
図6に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット1A及び1Bは、インク供給手段を構成するカートリッジ2A及び2Bが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット1A及び1Bを搭載したキャリッジ3は、装置本体4に取り付けられたキャリッジ軸5に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット1A及び1Bは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
そして、駆動モーター6の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト7を介してキャリッジ3に伝達されることで、記録ヘッドユニット1A及び1Bを搭載したキャリッジ3はキャリッジ軸5に沿って移動される。一方、装置本体4にはキャリッジ軸5に沿ってプラテン8が設けられており、図示しない給紙ローラーなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートSがプラテン8に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
また、上述したインクジェット式記録装置IIでは、インクジェット式記録ヘッドI(記録ヘッドユニット1A、1B)がキャリッジ3に搭載されて主走査方向に移動するものを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、インクジェット式記録ヘッドIが固定されて、紙等の記録シートSを副走査方向に移動させるだけで印刷を行う、所謂ライン式記録装置にも本発明を適用することができる。
なお、上記実施の形態においては、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを、また液体噴射装置の一例としてインクジェット式記録装置を挙げて説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド及び液体噴射装置全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドや液体噴射装置にも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレイ、FED(電界放出ディスプレイ)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオchip製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられ、かかる液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置にも適用できる。
I インクジェット式記録ヘッド(液体噴射ヘッド)、 II インクジェット式記録装置(液体噴射装置)、 10 流路形成基板、 12 圧力発生室、 13 インク供給路、 14 連通路、 15 連通部、 20 ノズルプレート、 21 ノズル開口、 30 保護基板、 40 コンプライアンス基板、 50 振動板、 51 弾性膜、 52 絶縁体層、 60 第1電極、 70 圧電体層、 80 第2電極、 90 リード電極、 100 マニホールド、 120 駆動回路、 200 熱酸化膜、 201 保護膜、 202 下地膜、 203 撥液膜、 210 耐液膜、 300 圧電アクチュエーター
Claims (6)
- シリコン基板に複数のノズル開口を設けたノズルプレートであって、
前記シリコン基板の両面及び前記ノズル開口内面には原子層堆積により形成された酸化ハフニウム膜又は酸化ジルコニウム膜が設けられ、吐出面の前記酸化ハフニウム膜又は前記酸化ジルコニウム膜上には、プラズマCVDにより形成された酸化ハフニウム膜又は酸化ジルコニウム膜が積層されていることを特徴とするノズルプレート。 - 前記原子層堆積により形成された前記酸化ハフニウム膜又は前記酸化ジルコニウム膜の厚さは、0.3Å以上、50nm以下の範囲にあり、前記プラズマCVDにより形成された酸化ハフニウム膜又は酸化ジルコニウム膜の厚さは、200nm以上、1000nm以下の範囲にあることを特徴とする請求項1に記載するノズルプレート。
- 前記原子層堆積により形成された前記酸化ハフニウム膜又は前記酸化ジルコニウム膜の下層には、シリコンの熱酸化膜が形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載するノズルプレート。
- 前記プラズマCVDにより形成された酸化ハフニウム膜又は酸化ジルコニウム膜上には、金属アルコキシド膜をアニールした撥液膜が積層されていることを特徴とするノズルプレート。
- 請求項1〜4の何れか一項に記載のノズルプレートと、該ノズルプレートに接合され且つ前記ノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板と、該流路形成基板の前記ノズルプレートとは反対側に設けられ前記圧力発生室内の圧力変化を生じさせるアクチュエーターとを具備することを特徴とする液体噴射ヘッド。
- 請求項5に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
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JP2012284500A JP2014124878A (ja) | 2012-12-27 | 2012-12-27 | ノズルプレート、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 |
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JP2018187789A (ja) * | 2017-04-28 | 2018-11-29 | キヤノン株式会社 | 積層体の製造方法および液体吐出ヘッドの製造方法 |
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2012
- 2012-12-27 JP JP2012284500A patent/JP2014124878A/ja active Pending
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