JP2017226100A - 液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズル部から噴射される液体の帯電を抑制することが可能な液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置を提供する。【解決手段】液体が噴射されるノズル部（４２）が開口したノズル形成面（４３ａ）を有する液体噴射ヘッド（１０）であって、ノズル形成面には、フッ素を含む撥液膜（４７）が下地膜（４８）を介して形成され、下地膜の総厚さが６７０〔ｎｍ〕以下であることを特徴とする。また、飛行時間型二次イオン質量分析法による撥液膜における分子量３０１の信号強度が、０．００００５以上０．０００２０以下であり、好ましくは０．００００５以上０．０００１５以下である。【選択図】図４

Description

本発明は、例えばインクジェット記録装置等に搭載される液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置に関し、特に、ノズル部が開口したノズル形成面を有する液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置に関するものである。

圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズルから液滴として噴射（吐出）させる液体噴射ヘッドとしては、例えば、インクジェット式記録装置（以下、単にプリンターという）などの画像記録装置に用いられるインクジェット式記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドという）、液晶ディスプレイなど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（Electro Luminescence）ディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）などの電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドなどがある。そして、画像記録装置用の記録ヘッドでは液状のインクを噴射し、ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドではＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を噴射する。また、電極形成装置用の電極材噴射ヘッドでは液状の電極材料を噴射し、チップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッドでは生体有機物の溶液を噴射する。

ところで、液体噴射ヘッドを搭載した液体噴射装置では、当該液体噴射ヘッドのノズル部から増粘した液体や気泡を強制的に排出するクリーニング処理が行われることがある（例えば、特許文献１参照）。より具体的には、液体噴射ヘッドのノズル部が開口したノズル形成面にキャップを当接させた状態で、このキャップ内部を吸引手段により負圧化させてノズル部から液体噴射ヘッドの内部の増粘液体や気泡等が排出される。このようなクリーニング処理では、キャップ内に一度に多くの液体が排出されるため、しぶきや跳ね返りにより液体がノズル形成面に付着しやすい。このため、クリーニング処理の後には、払拭部材（ワイピング部材）によりノズル形成面が払拭されるワイピング処理も行われる。そして、上記液体噴射ヘッドでは、ワイピング処理におけるノズル形成面に付着した液体の拭き取り性の向上等のためノズル形成面には撥液膜が形成されており、これによりノズル形成面の撥液性が高められている。

特開２０１２−１１６００１号公報 特開２０１４−１２４８７４号公報

図９〜図１２は、従来の構成におけるクリーニング処理について説明する図である。図９に示すように、クリーニング処理中においてはノズル部５５から排出された液体がノズル形成面５４に付着して広がっている。ノズル形成面５４には上述した撥液膜５６が形成されており、この撥液膜５６に含まれるフッ素は帯電列においてより負極性側の順位にある。このため、フッ素を含む撥液膜５６は、液体との接触・摩擦により負極性に帯電しやすい。クリーニング処理が完了して吸引手段による吸引が停止されると、液体噴射ヘッドの内部流路の負圧状態がある程度維持されるので、図１０に示すように、ノズル形成面５４に付着している液体がノズル部５５から流路内部へと吸い込まれる（図１０中の矢印で示す方向）。このとき、ノズル形成面５４に付着していた液体は撥液膜５６に接触しつつ流路内に吸い込まれるため、図１１に示すように、撥液膜５６において液体と接触した部位は、液体との摩擦帯電により負極性（−）に帯電する。このような状態でノズル部５５から液体が液滴Ｉｄとして噴射される際、図１２に示すように、当該液滴Ｉｄは帯電した部位による静電誘導により、当該部位の帯電極性（負極）とは逆極性である正極性（＋）に帯電する。このため、液体の着弾対象が正極性に帯電している場合、当該液体の噴射に伴って発生する微小なミストが液体噴射ヘッドのノズル形成面５４に付着しやすいという課題があった。特に、液体の着弾対象である記録媒体等が、噴射された液体と同電位に帯電した場合、当該記録媒体と液体とが反発し合い、これによりノズル形成面５４への液体の付着がより生じやすくなる。このような課題は、噴射される液体の導電率が、水（水道水：１．０×１０^−２〔Ｓ／ｍ〕）より低いほど放電し難くなるため、より顕著となる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ノズル部から噴射される液体の帯電を抑制することが可能な液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、液体が噴射されるノズル部が開口したノズル形成面を有する液体噴射ヘッドであって、
前記ノズル形成面には、フッ素を含む撥液膜が下地膜を介して形成され、
前記下地膜の総厚さが６７０〔ｎｍ〕以下であることを特徴とする。

本発明によれば、必要な撥液性を確保しつつも、液体との接触によるノズル形成面（撥液膜）の帯電を抑制することができる。このため、ノズル部から噴射された液体が帯電することが抑制される。これにより、当該液体が帯電することによる不具合、例えば、液体の噴射に伴って発生したミストがノズル形成面や液体噴射装置内の構成部品に付着することが抑制される。

上記構成において、飛行時間型二次イオン質量分析法による前記撥液膜における分子量３０１の信号強度が、０．００００５以上０．０００２０以下である構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、飛行時間型二次イオン質量分析法による分子量３０１の信号強度が、０．００００５以上０．０００２０以下となるように撥液膜におけるフッ素の含有量が規定されることにより、ノズル形成面における撥液膜がより帯電し難くなり、これにより、液体の帯電をより低減することができる。

また、上記構成において、前記信号強度が、好ましくは０．００００５以上０．０００１５以下である。

この構成によれば、ノズル形成面における撥液膜がより一層帯電し難くなり、これにより、液体の帯電をより確実に低減することができる。

さらに、上記構成において、前記下地膜は、酸化シリコン膜、酸化タンタル膜、およびシリコン材料のプラズマ重合膜のうち少なくとも１つ以上で構成されることが望ましい。

この構成によれば、酸化シリコン膜、酸化タンタル膜、およびシリコン材料のプラズマ重合膜のうち少なくとも１つ以上で構成されることにより、ノズル形成面に対する撥液膜の密着性を向上させることが可能となる。

また、本発明の液体噴射装置は、上記何れかの構成の液体噴射ヘッドを備えることを特徴とする。

この発明によれば、液体噴射ヘッドのノズル部から噴射された液体の帯電が抑制されるので、液体の帯電による不具合を抑制することができ、その結果、液体噴射装置としての信頼性が向上する。

液体噴射装置（プリンター）の構成を説明する平面図である。 液体噴射ヘッド（記録ヘッド）の断面図である。 液体噴射ヘッドの下面図である。 ノズル部周辺の断面図である。 撥液膜における分子量３０１の信号強度と、インクの帯電に基づくインク電位、ノズル形成面におけるミスト付着量、および、印刷品質との関係を説明するグラフである。 インク電位を計測する構成を説明する模式図である。 下地膜の層構成および総厚さとインク電位との関係を示す表である。 下地膜の総厚さとインク電位との関係を示したグラフである。 従来構成におけるクリーニング処理について説明する模式図である。 従来構成におけるクリーニング処理について説明する模式図である。 従来構成におけるクリーニング処理について説明する模式図である。 従来構成におけるクリーニング処理について説明する模式図である。

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下においては、本発明の液体噴射装置として、インクジェット式記録装置（以下、プリンター）を例に挙げて説明する。

図１は、本発明の液体噴射ヘッドの一種である記録ヘッド１０を搭載するプリンター１の構成を示す平面図である。このプリンター１は、フレーム２と、このフレーム２内に配設されたプラテン３とを備えており、紙送りモーターの駆動により回転する紙送りローラー（何れも図示せず）によってプラテン３上に記録用紙、布帛、あるいは、樹脂シート等の記録媒体（液体の着弾対象物の一種）が搬送されるようになっている。また、フレーム２内には、プラテン３と平行にガイドロッド４が架設されており、このガイドロッド４には、記録ヘッド１０を収容したキャリッジ５が摺動可能に支持されている。このキャリッジ５は、キャリッジ移動機構６の駆動により、ガイドロッド４に沿って記録媒体の搬送方向に直交する主走査方向に往復移動するように構成されている。このプリンター１は、プラテン３上に載置される記録媒体に対してキャリッジ５を主走査方向に相対移動させながら記録ヘッド１０の後述するノズル部４２からインク（本発明における液体の一種）を噴射させて、記録媒体上に当該インクを着弾させることにより文字や画像等の着弾パターンを形成（記録・印刷）する。

フレーム２の一側には、インクを貯留したインクカートリッジ７を着脱可能に搭載するカートリッジホルダー８が設けられている。本実施形態では、合計４個のインクカートリッジ７がカートリッジホルダー８に搭載されている。インクとしては、例えば、水系の染料インクもしくは顔料インクや、これらの水系のインクよりも耐候性が高められた有機溶剤系（エコソルベント系）インクや、紫外線の照射による硬化する光硬化型インク等、周知の種々の組成のものを用いることができる。本実施形態におけるインクカートリッジ７は、エアチューブ９を介してエアーポンプ１３と接続されており、このエアーポンプ１３からの空気が各インクカートリッジ７内に供給される。そして、この空気によるインクカートリッジ７内の加圧により、インク供給チューブ１１を通じて記録ヘッド１０側にインクが供給（圧送）される。インク供給チューブ１１は、例えば、耐インク性を備えたエラストマー或いはフッ素等の合成樹脂で作製された可撓性を有する中空部材であり、このインク供給チューブ１１の内部には、各インクカートリッジ７に対応するインク流路が形成されている。また、プリンター１本体側と記録ヘッド１０側との間には、プリンター本体側の制御部（図示せず）から記録ヘッド１０側に駆動信号等を伝送するためのＦＦＣ（フレキシブルフラットケーブル）１２が配線されている。

プリンター１の非記録領域であるホームポジションには、キャリッジ５に搭載された記録ヘッド１０のノズルプレート４３のノズル形成面４３ａ（プラテン３と対向する面。図３等参照。）を払拭するワイピング機構１４が配設されている。このワイピング機構１４は、ワイパーブレード１５（ワイピング部材の一種）を有しており、このワイパーブレード１５としては、ゴムやエラストマー等の弾性部材により構成される。このワイピング機構１４は、ワイパーブレード１５を、その先端部がワイピング時において記録ヘッド１０のノズル形成面４３ａに接触可能な位置に配置する。そして、記録ヘッド１０の通過に伴ってワイパーブレード１５の先端部がノズル形成面４３ａに接触し、両者の相対移動により当該ワイパーブレード１５によってノズル形成面４３ａが払拭される。

このワイピング機構１４に隣接して、上記ホームポジション若しくはその近傍に、キャッピング機構１６が配設されている。キャッピング機構１６は、記録ヘッド１０のノズル形成面４３ａに当接し得るトレイ状のキャップ１７を有する。このキャッピング機構１６では、キャップ１７内の空間が封止空部として機能し、この封止空部内に記録ヘッド１０のノズル部４２を臨ませた状態でノズル形成面４３ａに密着可能に構成されている。また、このキャッピング機構１６には、図示しないポンプユニット（吸引手段の一種）が接続されており、このポンプユニットの作動によって封止空部内を負圧化することができる。そして、ノズル形成面４３ａへの密着状態でポンプユニットが作動され、封止空部（密閉空間）内が負圧化されると、ノズル部４２から記録ヘッド１０内のインクや気泡が吸引されてキャップ１７の封止空部内に排出される。封止空部内に排出されたインクは、キャップ１７に接続された排液チューブを介して図示しない排液タンクに排出される。このキャッピング機構１６による一連の処理が、吸引式クリーニング処理（以下、単にクリーニング処理という）である。また、本実施形態におけるプリンター１は、記録ヘッド１０よりも上流側（インクカートリッジ７側）のインク供給経路を、例えばエアーポンプ１３により加圧することにより、記録ヘッド１０の流路内を加圧してノズル部４２から増粘したインク等を排出させて、当該ノズル部４２の噴射能力を回復させる加圧式のクリーニング処理を行うことも可能である。

また、ホームポジションとはプラテン３を挟んで主走査方向の他端部（図１中、左側）には、フラッシング領域としてフラッシングボックス１８が設けられている。フラッシングボックス１８は、記録媒体に対する印刷動作（吐出動作）とは別に記録ヘッド１０のノズル部４２からインクを強制的に吐出させるフラッシング動作の際に吐出されたインクを受ける。このフラッシングボックス１８には、図示しない排液チューブの一端が接続されており上記の排液タンクに連通されている。また、排液チューブの途中には吸引ポンプが設けられており、この吸引ポンプを作動させることで、フラッシングボックス１８内のインクが、排液チューブを通じて排液タンクに排出される。

図２は、本実施形態における記録ヘッド１０の断面図、図３は、記録ヘッド１０の下面図である。本実施形態における記録ヘッド１０は、インク導入部材１９、中継基板２０、中間流路部材２１、ヘッドユニット２２、およびホルダー２３等を積層して備えている。なお、以下においては、便宜上、各部材の積層方向を上下方向として説明する。

インク導入部材１９の上面にはインク導入針２４が、フィルター２５を介在させた状態で複数立設されている。このインク導入針２４は、インクの種類（色）毎に設けられている。インク導入部材１９およびインク導入針２４は、いずれも合成樹脂により作製されている。また、フィルター２５は、インク導入針２４から導入されたインクを濾過する部材であり、このフィルター２５によってインク内の異物や気泡が捕捉される。本実施形態においては、インク導入部材１９の上面側に図示しないサブタンクが装着され、当該サブタンクの内部にインク導入針２４が挿入される。そしてインクカートリッジ７内のインクはインク供給チューブ１１を通じて一旦サブタンクに導入され、当該サブタンクからインク導入針２４の先端部に設けられた図示しない導入孔を介してインク導入針２４の内部流路に導入される。インク導入針２４からインクが導入されると、フィルター２５を通過して供給流路２６を通り、インク導入部材１９の下方に配置されている中間流路部材２１に流路接続部２９を介して供給される。なお、本実施形態におけるインク導入部材１９では、針状のインク導入針２４が採用されているが、これには限られない。例えば、インク導入部材１９のインク導入部分に不織布やスポンジ等の多孔質材が配設されるとともにインクカートリッジやサブタンク等のインク貯留部材のインク導出部分にも同様な多孔質材が設けられ、両者の多孔質部材同士が接触して毛細管現象によりインクの授受を行う所謂フォーム形式の構成を採用することもできる。

中間流路部材２１は、インク導入針２４から導入されたインクをヘッドユニット２２側に案内する中間流路２８が形成された基板である。この中間流路部材２１の上面において、中間流路２８の入り口側開口の周縁には、円筒状の流路接続部２９が突設されている。この流路接続部２９の高さ（中間流路部材２１の上面からの突出長）は、インク導入部材１９と中間流路部材２１との間に配置される中継基板２０の厚さ以上に設定されている。そして、流路接続部２９は、インク導入部材１９の供給流路２６と連通して当該インク導入部材１９側からのインクを受けて中間流路２８側に導入する。中間流路２８は、中間流路部材２１の下面に開口して、ホルダー２３の仕切板３０に開設された連通流路３１と連通する。また、中間流路部材２１には、中間流路２８から外れた位置に板厚方向を貫通する配線開口部３２が開設されている。この配線開口部３２は、後述する中継基板２０の配線挿通口３３と連通するとともに、ホルダー２３の仕切板３０に形成された配線貫通口２７と連通し、フレキシブル基板３４が挿通される空部である。

インク導入部材１９と中間流路部材２１との間に配置される中継基板２０は、ＦＦＣ１２を介してプリンター本体側からの駆動信号や噴射データ（ラスターデータ）等を受け、この駆動信号を、フレキシブル基板３４を通じてヘッドユニット２２側の圧電素子３７へ供給するための配線パターン等が形成されたプリント基板である。この中継基板２０の上面（ヘッドユニット２２側の下面とは反対側の面）には、フレキシブル基板３４と接続される基板端子が形成されており、また、プリンター本体側からのＦＦＣ１２が接続されるコネクターやその他の電子部品等が実装されている（何れも図示せず）。

中継基板２０において中間流路部材２１の流路接続部２９に対応する位置には、この流路接続部２９が挿通される逃げ穴３５が開設されている。逃げ穴３５は、流路接続部２９の外径よりも少し大きい貫通穴である。また、中継基板２０において基板端子と隣接する位置には、基板厚さ方向を貫通する配線挿通口３３が当該基板端子の並設方向に沿って形成されている。この配線挿通口３３は、一端が圧電素子３７の素子端子と接続されたフレキシブル基板３４の他端側が挿通される穴である。本実施形態における配線挿通口３３の長手方向および短手方向の内寸は、フレキシブル基板３４が支障なく挿通可能な程度の大きさに設定されている。

ホルダー２３の内部には、ヘッドユニット２２を収容可能な空間である収容空部３８が複数区画されている。この収容空部３８は、下面側（プリンター１において印刷動作中に記録媒体と相対する側）が開口しており、この開口から固定板３６に接合されたヘッドユニット２２が収容される。固定板３６は、例えば、ステンレス鋼等の金属製の板材から構成されている。図３に示すように、この固定板３６には、各ヘッドユニット２２のノズルプレート４３におけるノズル部４２が形成された領域を露出させるための開口部４０が開設されている。この固定板３６に各ヘッドユニット２２の底面が接合されることにより、これらのヘッドユニット２２の高さ方向（ノズルプレート４３に垂直な方向の位置）が規定され、また、開口部４０にはノズルプレート４３のノズル部４２が露出される。

ホルダー２３において収容空部３８よりも上面側には、中間流路部材２１および中継基板２０が配置される基板載置部３９が設けられている。基板載置部３９と収容空部３８とは仕切板３０によって仕切られており、当該仕切板３０の上面に中間流路部材２１が載置される。この仕切板３０には、連通流路３１および配線貫通口２７が板厚方向を貫通した状態で形成されている。ヘッドユニット２２が収容空部３８に位置決めされた状態で収容されると、ヘッドユニット２２のノズル部４２や圧力室４１を含むインク流路が、連通流路３１と連通する。これにより、インク導入針２４を通じて導入されたインクは、フィルター２５で濾過された後、供給流路２６、中間流路２８、および連通流路３１を通じてヘッドユニット２２のノズル部４２に至るまでのインク流路（液体流路の一種）を満たす。

本実施形態におけるヘッドユニット２２は、ノズル部４２が開設されたノズルプレート４３、ノズル部４２に連通する圧力室４１、圧力室４１内のインクに圧力変動を生じさせる駆動素子としての圧電素子３７等を備えている。ノズルプレート４３には、複数のノズル部４２が列状に開設された板材である。本実施形態では、所定のピッチでノズル部４２が複数列設されてノズル列４４が構成されている。圧力室４１および圧電素子３７は、ノズル部４２毎に設けられている。圧電素子３７の図示しない電極端子には、中継基板２０に他端側が接続されたフレキシブル基板３４の一端側の端子が接続される。中継基板２０およびフレキシブル基板３４を通じて駆動信号（駆動電圧）が圧電素子３７に印加されると、当該圧電素子３７は印加電圧の変化に応じて圧電能動部が撓み変形することにより、圧力室４１の一面を区画する可撓面が、ノズル部４２に近づく側またはノズル部４２から遠ざかる方向に変位する。これにより、圧力室４１内のインクに圧力変動が生じ、この圧力変動を利用してノズル部４２からインクが噴射される。なお、記録ヘッド１０の構成に関し、例示した構成には限られず、例えば、インクを噴射させるためのアクチュエーターとして、発熱素子や静電アクチュエーター等の他のアクチュエーターを採用したもの等、種々の構成の記録ヘッド（液体噴射ヘッド）を採用することができる。

次に、ノズルプレート４３の詳細について説明する。ノズルプレート４３は、所定のピッチで複数のノズル部４２が列状に開設された部材である。このノズルプレート４３の素材としては、シリコン基板あるいはステンレス鋼等の金属板が用いられる。本実施形態においては、記録媒体の搬送方向に対応する方向に並設された複数のノズル部４２からノズル列４４が構成されており、各ヘッドユニット２２のノズルプレート４３には、それぞれ２条のノズル列４４が形成されている。このため、本実施形態における記録ヘッド１０には、図３に示すように、合計４条のノズル列４４ａ〜４４ｄが、記録ヘッド１０の主走査方向に沿って並設されている。そして、このノズルプレート４３のインクが噴射される側の面であって、プラテン３上の記録媒体と対向する面が、記録ヘッド１０のノズル形成面に相当する。なお、ノズル部４２とは、ノズルプレート４３に開設された貫通孔を意味し、後述するようにノズル形成面に撥液膜４７や下地膜４８を有する構成では、これらの膜を貫通する孔も含めてノズル部４２とする。つまり、撥液膜４７や下地膜４８を有するノズルプレート４３に形成された貫通孔のノズル形成面４３ａ側の開口から反対側（圧力室４１側）の面の開口までの範囲をノズル部４２とする。

図４は、ノズル部４２の中心軸方向（インク噴射方向）に沿った断面図である。なお、図４において上側がインク噴射方向における上流側（圧力室４１側）であり、下側がインク噴射方向における下流側（プラテン３側）である。本実施形態におけるノズル部４２は、下流側の第１ノズル部４５と上流側の第２ノズル部４６とにより２段の円筒状を呈し、第１ノズル部４５の流路断面積は、第２ノズル部４６の流路断面積よりも小さくなっている。これらの第１ノズル部４５と第２ノズル部４６とは、平面視においていずれも真円状を呈している。第１ノズル部４５の第２ノズル部４６側とは反対側の開口からインクが噴射される。ここで、真円状とは、完全な真円のみならず、多少不完全な真円をも含む意味である。要するに、目視で概ね真円であると一般的に認識できる程度であれば真円状に含まれる。なお、第２ノズル部４６の内径が、下流側（第１ノズル部４５側）から上流側（圧力室４１側）に向けて拡大するように内壁面が傾斜したテーパー形状のものであってもよい。

ノズルプレート４３のノズル形成面４３ａには、下地膜４８を介して撥液膜４７が形成されている。この下地膜４８は、ノズルプレート４３と撥液膜４７との間に介在して両者を結び付けるために設けられている。本実施形態における下地膜４８は、ノズルプレート４３の基材側の第１層４８ａと、中間の第２層４８ｂと、撥液膜４７側の第３層４８ｃの３層構造となっている。第１層４８ａは酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ：例えばＳｉＯ_２）、第２層４８ｂは酸化タンタル膜（ＴａＯｘ：例えばＴａ_２Ｏ_５）、第３層４８ｃはシリコン材料（アルキル基を含むポリオルガノシロキサン）のプラズマ重合膜（ＰＰＳｉ（Plasma Polymerization Silicone）膜）からそれぞれ構成されている。また、撥液膜４７は、フッ素を含む撥液剤（シランカップリング剤）が塗布されることで形成されている。この撥液剤としては、フルオロアルキル基を含むシラン化合物、例えば、トリフルオロプロピルトリメトキシシランが用いられる。また、塗布によるものではなく、例えば、蒸着あるいはスピンコート等によって撥液膜４７が形成されてもよい。ここで、帯電列においてフッ素を含む撥液膜４７はインクよりも負極性側に位置する。また、帯電列における撥液膜４７の順位とインクの順位との差は、下地膜４８の順位とインクの順位との差あるいはノズルプレート４３の素材（シリコンあるいは金属）の順位とインクの順位との差よりも大きい。したがって、撥液膜４７は、他の素材と比較してインクとの接触・摩擦により負極性に帯電しやすい。

本実施形態におけるノズルプレート４３は、以下の手順で作製される。まず、ノズル部４２が形成されたノズルプレート４３の基材（本実施形態においてはシリコン基板）の表面を酸化させることにより、酸化シリコンからなる第１層４８ａが形成される。この第１層４８ａは、ノズルプレート４３の基材の表面全体に形成されるので、ノズル部４２の内周面にも形成される。また、第１層４８ａの膜厚は、数十〔ｎｍ〕から数百〔ｎｍ〕程度であり、本実施形態においては、１００〔ｎｍ〕に調整されている。続いて、例えば、原子層堆積法（ＡＬＤ）により酸化タンタルからなる第２層４８ｂが成膜される。この第２層４８ｂは、第１層４８ａ上に重ねてノズルプレート４３の基材の表面全体に形成されるのでノズル部４２の内周面にも形成される。また、第２層４８ｂの膜厚は、十数〔ｎｍ〕程度であり、本実施形態においては、１２．５〔ｎｍ〕に調整されている。この第２層４８ｂが形成されることにより、アルカリや酸に対する耐性が向上する。つまり、当該第２層４８ｂは、ノズルプレート４３の保護膜として機能する。続いて、例えばプラズマＣＶＤ法により第２層４８ｂ上にシリコーン材料をプラズマ重合することによりＰＰＳｉ膜が形成され、当該ＰＰＳｉ膜を酸化させて第３層４８ｃが形成される。この第３層４８ｃの膜厚さは、数百〔ｎｍ〕程度であり、本実施形態においては、５００〔ｎｍ〕に調整されている。したがって、本実施形態における下地膜４８の総厚さは、６７０〔ｎｍ〕以下である６１２．５〔ｎｍ〕となっている。このように、下地膜４８の総厚さを本願発明における条件である６７０〔ｎｍ〕以下（適宜、第１条件と称する）に調整することにより、撥液膜４７の帯電を抑制することが可能となる。この点の詳細については後述する。なお、本実施形態においては、第１層４８ａ、第２層４８ｂ、および第３層４８ｃの３層により下地膜４８が構成されたが、これには限られず、酸化シリコン膜、酸化タンタル膜、ＰＰＳｉ膜の少なくとも何れか一つ以上により構成されればよい。

続いて、例えばフルオロアルキル基を含むシランカップリング剤を溶媒と混合してなる金属アルコキシド溶液にノズルプレート４３の基材全体が浸漬され、これにより下地膜４８上に金属アルコキシドの重合した分子膜が成膜される。その後、乾燥処理、アニール処理等を経て、ノズルプレート４３の基材表面全体およびノズル部４２の内周面に撥液膜４７が形成される。撥液膜４７は、主にノズル形成面４３ａに必要なものであるため、続いて余分な撥液膜４７が除去される。具体的には、例えば、ノズルプレート４３のノズル形成面４３ａとは反対側の面（圧力室４１側となる面）からプラズマ処理が施されて、ノズル形成面４３ａを除く部分の撥液膜４７が除去される。なお、撥液膜４７は、ノズル部４２の内周にも部分的に残る場合もある。

ここで、上述したように、帯電列においてフッ素を含む撥液膜４７はインクよりも負極性側に位置するので、当該撥液膜４７に含まれるフッ素の含有量が少ないほど、インクと接触した際に帯電し難い。ただし、フッ素の含有量が少なくなると、これに伴って撥液性も低下するため、必要な撥液性を確保しつつ、インクとの接触による帯電を抑制する観点から、撥液膜４７におけるフッ素の含有量を調整することが望ましい。より具体的には、飛行時間型二次イオン質量分析法（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）を用いて撥液膜４７における１００〔μｍ〕×１００〔μｍ〕の面積を測定した際の分子量３０１（Ｃ_５Ｆ_１１Ｏ_２）の信号強度で、本願発明における条件である０．００００５以上０．０００２０以下の範囲内（適宜、第２条件と称する）となるように、撥液膜４７におけるフッ素の含有量（単位面積あたりのフッ素量）を調整することが望ましい。より好ましくは、当該信号強度が０．００００５以上０．０００１５以下の範囲内（適宜、第３条件と称する）である。このように本発明では、この分子量３０１の信号強度により撥液膜４７に含まれるフッ素の含有量が間接的に規定される。

図５は、上記の撥液膜４７における分子量３０１の信号強度と、インクの帯電に基づくインク電位〔Ｖ〕、ノズル形成面４３ａに対するミストの付着量、および、印刷品質との関係を説明する表である。また、図６は、インク電位を計測する構成を説明する模式図である。図５におけるインク電位〔Ｖ〕は、上記のクリーニング処理の後、記録ヘッド１０の全ノズル部４２（３６０ノズル×ノズル列数（インク種類））からそれぞれインクをフラッシングボックス１８に向けて合計１０，０００回噴射させたときに当該フラッシングボックス１８に着弾して捕集されたインクの帯電量を表面電位計５０（トレック・ジャパン社製・表面電位計）で測定したときの値の範囲を示している。また、ミスト付着量は、撥液膜４７とインクの帯電に起因するノズル形成面４３ａへのミストの付着量であり、当該ミストによる不具合（例えば、ミストが蓄積して形成された雫の滴下により記録媒体が汚染されること、あるいは、ノズル部４２から噴射されるインクの飛翔方向が曲がるなどインクの噴射が不安定になること等）のおそれが殆ど無い程度の付着量を「微小」とし、「微小」よりは多いが直ちには不具合が生じない程度の付着量を「少」とし、ミストによる不具合が直ちに生じる可能性がある程度の付着量を「多」としている。さらに、「印刷品質」は、記録媒体に画像等を印刷（記録）した場合においてノズル形成面４３ａに付着したミストによりインクの噴射が不安定となることによる画質への影響の程度を示すものであり、「良」はミストによる画質への影響が殆どみられないことを示し、「可」はミストによる画質への影響があるが目視では問題がない程度を示し、「不可」はミストによる画質への影響があり、画質の低下が視認できる程度を示している。なお、測定対象の記録ヘッド１０に関し、下地膜４８の構成や膜厚については同一であり、撥液膜４７に含まれるフッ素の含有量のみが異なるものを対象としている。

図５に示すように、ＴＯＦ−ＳＩＭＳによる分子量３０１の信号強度が小さいほど、すなわち、撥液膜４７に含まれるフッ素の含有量が少ないほど、インクとの摩擦による撥液膜４７の帯電が抑えられる結果、ノズル部４２から噴射されるインクが帯電し難くなることが判る。すなわち、分子量３０１の信号強度が０．００００５未満であれば、クリーニング処理直後のインク電位が１０〔Ｖ〕未満となり、ノズル形成面４３ａへのミスト付着量も「微小」となる。これにより、印刷品質も「良」となる。しかしながら、撥液膜４７におけるフッ素の含有量が少なすぎる、又はフッ素が全く含まれない構成では、ノズル形成面４３ａにおいて必要な撥液性能が得られない場合がある。このため、分子量３０１の信号強度が、本発明における第２条件である０．００００５以上０．０００２０以下の範囲内であれば、ノズル形成面４３ａの撥インク性を確保し、少なくともインク電位は３０〔Ｖ〕以下となってミスト付着量も「少」となり、印刷品質は「可」となる。そして、信号強度が第３条件である０．００００５以上０．０００１５以下の範囲内であれば、インク電位は１０〔Ｖ〕以上２０〔Ｖ〕以下となり、ミスト付着量も「微小」となり、印刷品質は「良」となるので、撥液膜４７の必要な撥液性能を確保しつつ、インクのミストによる不具合を抑制する上ではより望ましい結果となる。一方、信号強度が０．０００２０を超えると、インク電位が３０〔Ｖ〕を超える結果、ミスト付着量が「多」となり、印刷品質は「不可」となった。

図７は、下地膜４８の層構成（第１層、第２層、若しくは第３層、又はこれらの組み合わせ）の異なる複数種類の記録ヘッド１０について層構成および膜厚（総厚さ）とインク電位〔Ｖ〕との関係を示す表である。また、図８は、下地膜４８の総厚さとクリーニング処理直後のインク電位〔Ｖ〕との関係を示したグラフである。なお、インク電位〔Ｖ〕の計測方法は上述の通りである。上記のように撥液膜４７に含まれるフッ素の含有量を少なくするほどインクの帯電を抑制することができるが、さらに、下地膜４８の厚さをより薄くすることで、インクの帯電をさらに抑制することができる。従来例の記録ヘッドは、第２層を有さず、第１層の膜厚が１００〔ｎｍ〕、第３層の膜厚が１３００〔ｎｍ〕で、下地膜の総厚さが１４００〔ｎｍ〕と、図７および図８の中で最も厚く、本願発明における第１条件である６７０〔ｎｍ〕以下を満たさない構成となっている。また、分子量３０１の信号強度についても０．０００２３と図７の表中で最も大きくなっており、本願発明における第２条件および第３条件を満たさない構成となっている。すなわち、従来例の記録ヘッドは、本願発明における何れの条件も満たしていない。この従来例の記録ヘッドでは、インク電位が４２〔Ｖ〕（図８では３９〔Ｖ〕または４０〔Ｖ〕）となっており、最もインクが帯電しやすくなっている。このため、ノズル形成面にミストが付着しやすく、当該ミストによる不具合が生じやすい。

例１の記録ヘッド１０の構成については、下地膜４８が第１層４８ａ（３４０〔ｎｍ〕）、第２層４８ｂ（１２．５〔ｎｍ〕）、および第３層４８ｃ（６５０〔ｎｍ〕）から構成され、当該下地膜４８の総厚さが１００２．５〔ｎｍ〕であって、従来例よりは薄いものの、本願発明における第１条件（６７０〔ｎｍ〕以下）を満たしていない。一方、分子量３０１の信号強度は０．０００１２であり、本願発明における第２条件である０．００００５以上０．０００２０以下の範囲内であって、第３条件である０．００００５以上０．０００１５以下の範囲内となっている。この例１の構成では、インク電位が２７〔Ｖ〕（図８では２７〔Ｖ〕または２８〔Ｖ〕）であり、撥液膜４７に含まれるフッ素の含有量が従来例よりも少なく、図５について上述したように第２条件および第３条件を満たすことによって、インクの帯電が抑えられている。また、例２の記録ヘッド１０の構成については、下地膜４８が第２層４８ｂ（１２．５〔ｎｍ〕）および第３層４８ｃ（６５０〔ｎｍ〕）から構成され、当該下地膜４８の総厚さが６６２．５〔ｎｍ〕であって、本願発明における第１条件を満たしている。一方、分子量３０１の信号強度は従来例と同じ０．０００２３であり、本願発明における第２条件および第３条件を満たしていない。この例２の構成では、インク電位が１９〔Ｖ〕であり、第２条件・第３条件を満たさない場合であっても、第１条件を満たすことにより、インクの帯電が効果的に抑制されていることが判る。すなわち、この例２の構成は、撥液膜４７に含まれるフッ素の含有量は従来例と同じで十分な撥液性能を確保しつつ、ノズル部４２から噴射されるインクの帯電を抑制することが可能となっている。

また、例３の記録ヘッド１０の構成および例４の記録ヘッド１０の構成は、いずれも本願発明の第１条件、第２条件、および第３条件の全てを満たしている。すなわち、例３の構成においては、分子量３０１の信号強度は０．０００１２であり、本願発明における第２条件である０．００００５以上０．０００２０以下の範囲内であって、第３条件である０．００００５以上０．０００１５以下の範囲内となっている。また、下地膜４８が第２層４８ｂ（１２．５〔ｎｍ〕）および第３層４８ｃ（６５０〔ｎｍ〕）から構成され、当該下地膜４８の総厚さが６６２．５〔ｎｍ〕となっており、本発明における第１条件を満たしている。この例３の構成では、インク電位が例２の場合よりも低い１３〔Ｖ〕である。また、例４の構成においては、分子量３０１の信号強度が０．０００１２であって本願発明における第２条件および第３条件を満たし、下地膜４８が第３層４８ｃ（６５０〔ｎｍ〕）のみから構成され、当該下地膜４８の総厚さが６５０〔ｎｍ〕と、例示した記録ヘッドの中で最も薄くなっており、第１条件を満たしている。この例４の構成では、インク電位が１０〔Ｖ〕以下と最も低い値となっている。すなわち、例３および例４の構成は、インクの帯電の抑制をより重視する場合に好適である。

図８に示すように、下地膜４８の層構成に拘わらず、下地膜４８の総厚さとインク電位〔Ｖ〕とには相関があり、下地膜４８の総厚さが薄いほど、インクの帯電が抑えられることが判る。すなわち、下地膜４８の厚さが薄くなることで、撥液膜４７がシリコン製あるいは金属製のノズルプレート４３の基材表面により近づくことになる。これにより、撥液膜４７が帯電したとしても、ノズルプレート４３の基材側に電荷が逃げやすくなるため、撥液膜４７が帯電し難くなり、その結果、ノズル部４２から噴射されるインクの帯電を抑制することが可能となる。したがって、下地膜４８の総厚さをより薄くすることで、インクの帯電を抑制しつつ、払拭部材によるインクの拭き取り性等の観点から必要な撥液性をノズル形成面４３ａに持たせることが可能となる。図８のグラフに示されるように、第１条件である６７０〔ｎｍ〕以下を満たせば、クリーニング処理直後におけるインク電位を２０〔Ｖ〕未満に抑えることができる。ただし、下地膜４８としては、酸化シリコン膜、酸化タンタル膜、ＰＰＳｉ膜の少なくとも何れか一つ以上により構成されることが前提となる。このため、下地膜４８の総厚さの下限値は、少なくとも０よりは大きいということになる。

このように、フッ素の含有量（ＴＯＦ−ＳＩＭＳによる測定の際の分子量３０１の信号強度）および下地膜４８の総厚さを規定することで、必要な撥液性を確保しつつも、インクとの接触によるノズル形成面４３ａの帯電を抑制することができる。これにより、ノズル部４２からインクを噴射する際に、静電誘導によりインクが正極性に帯電することが抑制される。このため、例えば、正極性に帯電した記録媒体に対して印刷・記録（インクの噴射動作）を行う場合においても当該記録媒体とインクとが反発しあって当該インクのミストがノズル形成面４３ａに付着したり、プリンター１内の他の構成部品に付着したりすることが低減される。その結果、プリンター１の信頼性が向上する。特に、導電率が１．０×１０^−３〔Ｓ／ｍ〕以下のインク（すなわち、帯電した際に放電し難いインク）を噴射する構成により効果的である。このようなインクとしては、例えば、水系のインクよりも耐候性が高められた有機溶剤系（エコソルベント系）インクや、紫外線の照射による硬化する光硬化型インク等が挙げられる。

ここで、記録ヘッド１０が扱う複数のインクに関し、導電率が異なる場合の構成について説明する。上記のように、水系の染料インクもしくは水系の顔料インクの導電率と比べて、有機溶剤系インクや光硬化型インクの導電率は低く、このため、後者のインクはより帯電しやすくなっている。本実施形態における記録ヘッド１０においては、図４に示すように主走査方向に沿って並設されたノズル列４４ａ〜ノズル列４４ｄのうち、主走査方向における端部に位置する第１ノズル列４４ａおよび第４ノズル列４４ｄに、導電率がより低いインクが割り当てられ、主走査方向において中央部側に位置する第２ノズル列４４ｂおよび第３ノズル列４４ｃに、導電率がより高いインクが割り当てられる。このように、記録媒体と記録ヘッド１０とが相対移動しつつノズル部４２からインクを噴射させる所謂シリアル型のプリンター１において、相対移動方向である主走査方向に並ぶノズル列４４のうち主走査方向のより端部側に位置するノズル列４４ほどより導電率の低くより帯電しやすいインクが割り当てられることで、当該インクが噴射された際に帯電したとしても、これに伴って生じたミストがノズル形成面４３ａに付着しにくくなる。

なお、上記実施形態においては、記録媒体の幅方向に対して記録ヘッド１０を相対的に移動させつつインクの噴射を行う所謂シリアル型のプリンター１を例示したが、これには限られない。例えば、ノズル列の全長がプリンターにおいて印刷可能な最大サイズの記録媒体の幅に対応可能な長さに設定され、記録ヘッドの移動（走査）を行わずに記録媒体の搬送を行いつつ記録動作が行われる所謂ライン型のプリンターにも本発明を適用することが可能である。この構成においては、記録媒体の搬送方向における上流側に位置するノズル部（ノズル列）ほど導電率がより高いインクが割り当てられ、搬送方向における下流側に位置するノズル部（ノズル列）ほど導電率が低いインクが割り当てられる構成を採用することが望ましい。これにより、より上流側に位置するノズル部（ノズル列）から噴射されたインクにより記録媒体が帯電し難くなり、これよりも下流側に位置するノズル部（ノズル列）から噴射されたインクが記録媒体に反発して当該インク（ミスト）が記録ヘッドのノズル形成面等に付着することが低減される。また、記録媒体や媒体支持体が帯電し難くなるので、記録ヘッドから噴射されたインクが記録媒体上の目標とする位置により精度よく着弾する。これにより、記録画像等の画質の低下を抑制することが可能となる。

そして、上記実施形態においては、液体噴射ヘッドとしてインクジェット式記録ヘッド１０を例に挙げて説明したが、本発明は、ノズル部から液体を噴射させる他の液体噴射ヘッドにも適用することができる。例えば、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（Electro Luminescence）ディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも本発明を適用することができる。ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドでは液体の一種としてＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を噴射する。また、電極形成装置用の電極材噴射ヘッドでは液体の一種として液状の電極材料を噴射し、チップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッドでは液体の一種として生体有機物の溶液を噴射する。

１...プリンター，２...フレーム，３...プラテン，４...ガイドロッド，５...キャリッジ，６...キャリッジ移動機構，７...インクカートリッジ，８...カートリッジホルダー，９...エアチューブ，１０...記録ヘッド，１１...インク供給チューブ，１２...ＦＦＣ，１３...エアーポンプ，１４...ワイピング機構，１５...ワイパーブレード，１６...キャッピング機構，１７...キャップ，１８...フラッシングボックス，１９...インク導入部材，２０...中継基板，２１...中間流路部材，２２...ヘッドユニット，２３...ホルダー，２４...インク導入針，２５...フィルター，２６...供給流路，２７...配線貫通口，２８...中間流路，２９...流路接続部，３０...仕切版，３１...連通流路，３２...配線開口部，３３...配線挿通口，３４...フレキシブル基板，３５...逃げ穴，３６...固定板，３７...圧電素子，３８...収容空部，３９...基板載置部，４０...開口部，４１...圧力室，４２...ノズル部，４３...ノズルプレート，４３ａ...ノズル形成面，４４...ノズル列，４５...第１ノズル部，４６...第２ノズル部，４７...撥液膜，４８...下地膜，４８ａ...第１層，４８ｂ...第２層，４８ｃ...第３層，５０...表面電位計

Claims (5)

1. 液体が噴射されるノズル部が開口したノズル形成面を有する液体噴射ヘッドであって、
   前記ノズル形成面には、フッ素を含む撥液膜が下地膜を介して形成され、
   前記下地膜の総厚さが６７０〔ｎｍ〕以下であることを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 飛行時間型二次イオン質量分析法による前記撥液膜における分子量３０１の信号強度が、０．００００５以上０．０００２０以下であることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
3. 前記信号強度が、好ましくは０．００００５以上０．０００１５以下であることを特徴とする請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
4. 前記下地膜は、酸化シリコン膜、酸化タンタル膜、およびシリコン材料のプラズマ重合膜のうち少なくとも１つ以上で構成されたことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
5. 請求項１から請求項４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを備えることを特徴とする液体噴射装置。

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