JP6517671B2 - ノズルプレート、およびそれを用いた液体吐出ヘッド、ならびに記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、ノズルプレート、およびそれを用いた液体吐出ヘッド、ならびに記録装置に関するものである。

液体吐出ヘッドに使用するノズルプレートとしてニッケルを主成分とするものが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。

特開２００５−１３１９４９号公報

しかしながら、ニッケルは、酸に対する耐食性が比較的低く、酸性の液体を使用した際に、ノズルが変形するなどの問題があった。

したがって、本発明の目的は、耐食性の高いノズルプレート、およびそれを用いた液体吐出ヘッド、ならびに記録装置を提供することにある。

本発明のノズルプレートは、第１主面、該第１主面の反対側の面である第２主面、および前記第１主面と前記第２主面とを繋いでいる、ノズルとなる貫通孔を有する基材と、前記第１主面に設けられている第１金属膜と、前記貫通孔の内壁および前記第２主面の少なくとも一方に設けられている第２金属膜と、を有するノズルプレートであって、前記基材は、ニッケルを主成分としており、前記第１金属膜および前記第２金属膜は、ニッケルおよびパラジウムを主成分としているとともに、硫黄を含有しており、前記第１金属膜の硫黄含有率Ｓ１［質量％］が、前記第２金属膜の硫黄含有率Ｓ２［質量％］よりも大きいことを特徴とする。

また、本発明の液体吐出ヘッドは、前記ノズルプレートと、前記貫通孔の前記第２主面側に繋がっている加圧室と、該加圧室に圧力を加える加圧部とを備えていることを特徴とする。

また、本発明の記録装置は、前記液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、前記液体吐出ヘッドを制御する制御部とを備えていることを特徴とする。

本発明のノズルプレートを用いた液体吐出ヘッドによれば、使用する液体による腐食が生じ難い。

（ａ）は、本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッドを含む記録装置の側面図であり、（ｂ）は平面図である。 図１の液体吐出ヘッドを構成するヘッド本体の平面図である。 図２の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した平面図である。 図２の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した平面図である。 （ａ）は、図３のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の吐出孔８付近の拡大縦断面図である。

図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッド２を含む記録装置であるカラーインクジェットプリンタ１（以下で単にプリンタと言うことがある）の概略の側面図であり、図１（ｂ）は、概略の平面図である。プリンタ１は、記録媒体である印刷用紙Ｐをガイドローラ８２Ａから搬送ローラ８２Ｂへと搬送することにより、印刷用紙Ｐを液体吐出ヘッド２に対して相対的に移動させる。制御部８８は、画像や文字のデータに基づいて、液体吐出ヘッド２を制御して、記録媒体Ｐに向けて液体を吐出させ、印刷用紙Ｐに液滴を着弾させて、印刷用紙Ｐに印刷などの記録を行なう。

本実施形態では、液体吐出ヘッド２はプリンタ１に対して固定されており、プリンタ１はいわゆるラインプリンタとなっている。本発明の記録装置の他の実施形態としては、液体吐出ヘッド２を、印刷用紙Ｐの搬送方向に交差する方向、例えば、ほぼ直交する方向に往復させるなどして移動させる動作と、印刷用紙Ｐの搬送を交互に行なう、いわゆるシリアルプリンタが挙げられる。

プリンタ１には、印刷用紙Ｐとほぼ平行となるように平板状のヘッド搭載フレーム７０（以下で単にフレームと言うことがある）が固定されている。フレーム７０には図示しない２０個の孔が設けられており、２０個の液体吐出ヘッド２がそれぞれの孔の部分に搭載されていて、液体吐出ヘッド２の、液体を吐出する部位が印刷用紙Ｐに面するようになっている。液体吐出ヘッド２と印刷用紙Ｐとの間の距離は、例えば０．５〜２０ｍｍ程度とされる。５つの液体吐出ヘッド２は、１つのヘッド群７２を構成しており、プリンタ１は、４つのヘッド群７２を有している。

液体吐出ヘッド２は、図１（ａ）の手前から奥へ向かう方向、図１（ｂ）の上下方向に細長い長尺形状を有している。この長い方向を長手方向と呼ぶことがある。１つのヘッド群７２内において、３つの液体吐出ヘッド２は、印刷用紙Ｐの搬送方向に交差する方向、例えば、ほぼ直交する方向に沿って並んでおり、他の２つの液体吐出ヘッド２は搬送方向に沿ってずれた位置で、３つの液体吐出ヘッド２の間にそれぞれ一つずつ並んでいる。液体吐出ヘッド２は、各液体吐出ヘッド２で印刷可能な範囲が、印刷用紙Ｐの幅方向に（印刷用紙Ｐの搬送方向に交差する方向に）繋がるように、あるいは端が重複するように配置されており、印刷用紙Ｐの幅方向に隙間のない印刷が可能になっている。

４つのヘッド群７２は、記録用紙Ｐの搬送方向に沿って配置されている。各液体吐出ヘッド２には、図示しない液体タンクから液体、例えば、インクが供給される。１つのヘッド群７２に属する液体吐出ヘッド２には、同じ色のインクが供給されるようになっており、４つのヘッド群７２で４色のインクが印刷できる。各ヘッド群７２から吐出されるインクの色は、例えば、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）である。このようなインクを、制御部８８で制御して印刷すれば、カラー画像が印刷できる。

プリンタ１に搭載されている液体吐出ヘッド２の個数は、単色で、１つの液体吐出ヘッド２で印刷可能な範囲を印刷するのなら１つでもよい。ヘッド群７２に含まれる液体吐出ヘッド２の個数や、ヘッド群７２の個数は、印刷する対象や印刷条件により適宜変更できる。例えば、さらに多色の印刷をするためにヘッド群７２の個数を増やしてもよい。また
、同色で印刷するヘッド群７２を複数配置して、搬送方向に交互に印刷すれば、同じ性能の液体吐出ヘッド２を使用しても搬送速度を速くできる。これにより、時間当たりの印刷面積を大きくすることができる。また、同色で印刷するヘッド群７２を複数準備して、搬送方向と交差する方向にずらして配置して、印刷用紙Ｐの幅方向の解像度を高くしてもよい。

さらに、色の付いたインクを印刷する以外に、印刷用紙Ｐの表面処理をするために、コーティング剤などの液体を印刷してもよい。

プリンタ１は、記録媒体である印刷用紙Ｐに印刷を行なう。印刷用紙Ｐは、給紙ローラ８０Ａに巻き取られた状態になっており、２つのガイドローラ８２Ａの間を通った後、フレーム７０に搭載されている液体吐出ヘッド２の下側を通り、その後２つの搬送ローラ８２Ｂの間を通り、最終的に回収ローラ８０Ｂに回収される。印刷する際には、搬送ローラ８２Ｂを回転させることで印刷用紙Ｐは、一定速度で搬送され、液体吐出ヘッド２によって印刷される。回収ローラ８０Ｂは、搬送ローラ８２Ｂから送り出された印刷用紙Ｐを巻き取る。搬送速度は、例えば、７５ｍ／分とされる。各ローラは、制御部８８によって制御されてもよいし、人によって手動で操作されてもよい。

記録媒体は、印刷用紙Ｐ以外に、ロール状の布などでもよい。また、プリンタ１は、印刷用紙Ｐを直接搬送する代わりに、搬送ベルトを直接搬送して、記録媒体を搬送ベルトに置いて搬送してもよい。そのようにすれば、枚葉紙や裁断された布、木材、タイルなどを記録媒体にできる。さらに、液体吐出ヘッド２から導電性の粒子を含む液体を吐出するようにして、電子機器の配線パターンなどを印刷してもよい。またさらに、液体吐出ヘッド２から反応容器などに向けて所定量の液体の化学薬剤や化学薬剤を含んだ液体を吐出させて、反応させるなどして、化学薬品を作製してもよい。

また、プリンタ１に、位置センサ、速度センサ、温度センサなどを取り付けて、制御部８８が、各センサからの情報から分かるプリンタ１各部の状態に応じて、プリンタ１の各部を制御してもよい。例えば、液体吐出ヘッド２の温度や液体タンクの液体の温度、液体タンクの液体が液体吐出ヘッド２に加えている圧力などが、吐出される液体の吐出量や吐出速度などの吐出特性に影響を与えている場合などに、それらの情報に応じて、液体を吐出させる駆動信号を変えるようにしてもよい。

次に、本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッド２について説明する。図２は、図１に示された液体吐出ヘッド２の要部であるヘッド本体１３を示す平面図である。図３は、図２の一点鎖線で囲まれた領域の拡大平面図であり、ヘッド本体１３の一部を示す図である。図４は、図３と同じ位置の拡大平面図である。図３および図４では、図を分かりやすくするため、一部の流路を省略して描いている。また、図３および図４では、図面を分かりやすくするために、圧電アクチュエータ基板２１の下方にあって破線で描くべき加圧室１０、しぼり１２および吐出孔８などを実線で描いている。図５（ａ）は図３のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の吐出孔８付近の拡大縦断面図である。

ヘッド本体１３は、平板状の流路部材４と、流路部材４上に、圧電アクチュエータ基板２１とを有している。流路部材４は、吐出孔を有するノズルプレート３１と、プレート２２〜３０が積層された流路部材本体とが積層されて成っている。圧電アクチュエータ基板２１は台形形状を有しており、その台形の１対の平行対向辺が流路部材４の長手方向に平行になるように流路部材４の上面に配置されている。また、流路部材４の長手方向に平行な２本の仮想線のそれぞれに沿って２つずつ、つまり合計４つの圧電アクチュエータ基板２１が、全体として千鳥状に流路部材４上に配列されている。流路部材４上で隣接し合う
圧電アクチュエータ基板２１の斜辺同士は、流路部材４の短手方向について部分的にオーバーラップしている。このオーバーラップしている部分の圧電アクチェータ基板２１を駆動することにより印刷される領域では、２つの圧電アクチュエータ基板２１により吐出された液滴が混在して着弾することになる。

流路部材４の内部には液体流路の一部であるマニホールド５が形成されている。マニホールド５は流路部材４の長手方向に沿って延び細長い形状を有しており、流路部材４の上面にはマニホールド５の開口５ｂが形成されている。開口５ｂは、流路部材４の長手方向に平行な２本の直線（仮想線）のそれぞれに沿って５個ずつ、合計１０個形成されている。開口５ｂは、４つの圧電アクチュエータ基板２１が配置された領域を避ける位置に形成されている。マニホールド５には開口５ｂを通じて図示されていない液体タンクから液体が供給されるようになっている。

流路部材４内に形成されたマニホールド５は、複数本に分岐している（分岐した部分のマニホールド５を副マニホールド５ａということがある）。開口５ｂに繋がるマニホールド５は、圧電アクチュエータ基板２１の斜辺に沿うように延在しており、流路部材４の長手方向と交差して配置されている。２つの圧電アクチュエータ基板２１に挟まれた領域では、１つのマニホールド５が、隣接する圧電アクチュエータ基板２１に共有されており、副マニホールド５ａがマニホールド５の両側から分岐している。これらの副マニホールド５ａは、流路部材４の内部の各圧電アクチュエータ基板２１に対向する領域に互いに隣接してヘッド本体１３の長手方向に延在している。

流路部材４は、複数の加圧室１０がマトリクス状（すなわち、２次元的かつ規則的）に形成されている４つの加圧室群９を有している。加圧室１０は、角部にアールが施されたほぼ菱形の平面形状を有する中空の領域である。加圧室１０は流路部材４の上面に開口するように形成されている。これらの加圧室１０は、流路部材４の上面における圧電アクチュエータ基板２１に対向する領域のほぼ全面にわたって配列されている。したがって、これらの加圧室１０によって形成された各加圧室群９は圧電アクチュエータ基板２１とほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有している。また、各加圧室１０の開口は、流路部材４の上面に圧電アクチュエータ基板２１が接着されることで閉塞されている。

本実施形態では、図３に示されているように、マニホールド５は、流路部材４の短手方向に互いに平行に並んだ４列のＥ１〜Ｅ４の副マニホールド５ａに分岐し、各副マニホールド５ａに繋がった加圧室１０は、等間隔に流路部材４の長手方向に並ぶ加圧室１０の列を構成し、その列は、短手方向に互いに平行に４列配列されている。副マニホールド５ａに繋がった加圧室１０の並ぶ列は副マニホールド５ａの両側に２列ずつ配列されている。

全体では、マニホールド５から繋がる加圧室１０は、等間隔に流路部材４の長手方向に並ぶ加圧室１０の列を構成し、その列は、短手方向に互いに平行に１６列配列されている。各加圧室列に含まれる加圧室１０の数は、アクチュエータである変位素子５０の外形形状に対応して、その長辺側から短辺側に向かって次第に少なくなるように配置されている。

ノズルである吐出孔８は、ヘッド本体１３の解像度方向である長手方向において、約４２μｍ（６００ｄｐｉならば２５．４ｍｍ／１５０＝４２μｍ間隔である）の間隔で略等間隔に配置されている。これによって、ヘッド本体１３は、長手方向に６００ｄｐｉの解像度で画像形成が可能となっている。台形形状の圧電アクチュエータ基板２１がオーバーラップしている部分では、２つの圧電アクチュエータ基板２１の下方にある吐出孔８が、互いに補完し合うように配置されていることにより、吐出孔８は、ヘッド本体１３の長手方向に６００ｄｐｉに相当する間隔で配置されている。

また、各副マニホールド５ａには平均すれば１５０ｄｐｉに相当する間隔で個別流路３２が接続されている。これは、６００ｄｐｉ分の吐出孔８を４つ列の副マニホールド５ａに分けて繋ぐ設計をする際に、各副マニホールド５ａに繋がる個別流路３２が等しい間隔で繋がるとは限らないため、マニホールド５ａの延在方向、すなわち主走査方向に平均１７０μｍ（１５０ｄｐｉならば２５．４ｍｍ／１５０＝１６９μｍ間隔である）以下の間隔で個別流路３２が形成されているということである。

圧電アクチュエータ基板２１の上面における各加圧室１０に対向する位置には後述する個別電極３５がそれぞれ形成されている。個別電極３５は加圧室１０より一回り小さく、加圧室１０とほぼ相似な形状を有しており、圧電アクチュエータ基板２１の上面における加圧室１０と対向する領域内に収まるように配置されている。

流路部材４の下面である吐出孔面４−１には、吐出孔８が多数開口している。吐出孔８は、流路部材４の下面側に配置された副マニホールド５ａと対向する領域を避けた位置に配置されている。また、吐出孔８は、流路部材４の下面側における圧電アクチュエータ基板２１と対向する領域内に配置されている。吐出孔８の集まりである吐出孔群は圧電アクチュエータ基板２１とほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有しており、対応する圧電アクチュエータ基板２１の変位素子５０を変位させることにより吐出孔８から液滴が吐出できる。そして、それぞれの吐出孔群内の吐出孔８は、流路部材４の長手方向に平行な複数の直線に沿って等間隔に配列されている。

ヘッド本体１３に含まれる流路部材４は、複数のプレートが積層された積層構造を有している。これらのプレートは、流路部材４の上面から順に、キャビティプレート２２、ベースプレート２３、アパーチャ（しぼり）プレート２４、サプライプレート２５、２６、マニホールドプレート２７、２８、２９、カバープレート３０およびノズルプレート３１である。これらのプレートには多数の孔が形成されている。各プレートは、これらの孔が互いに連通して個別流路３２および副マニホールド５ａを構成するように、位置合わせして積層されている。ヘッド本体１３は、図５に示されているように、加圧室１０は流路部材４の上面に、副マニホールド５ａは内部の下面側に、吐出孔８は下面にと、個別流路３２を構成する各部分が異なる位置に互いに近接して配設され、加圧室１０を介して副マニホールド５ａと吐出孔８とが繋がる構成を有している。

各プレートに形成された孔について説明する。これらの孔には、次のようなものがある。第１に、キャビティプレート２２に形成された加圧室１０である。第２に、加圧室１０の一端から副マニホールド５ａへと繋がる流路を構成する連通孔である。この連通孔は、ベースプレート２３（詳細には加圧室１０の入り口）からサプライプレート２５（詳細には副マニホールド５ａの出口）までの各プレートに形成されている。なお、この連通孔には、アパーチャプレート２４に形成されたしぼり１２と、サプライプレート２５、２６に形成された個別供給流路６とが含まれている。

第３に、加圧室１０の他端から吐出孔８へと連通する流路を構成する連通孔であり、この連通孔は、以下の記載においてディセンダ（部分流路）と呼称される。ディセンダは、ベースプレート２３（詳細には加圧室１０の出口）からノズルプレート３１（詳細には吐出孔８）までの各プレートに形成されている。ディセンダの吐出孔８側は特に断面積が小さい、ノズルプレート３１に形成された吐出孔８となっている。ノズルプレート３１の表面には、金属膜６１が設けられている。金属膜６１については、後述する。

第４に、副マニホールド５ａを構成する連通孔である。この連通孔は、マニホールドプレート２７〜３０に形成されている。

このような連通孔が相互に繋がり、副マニホールド５ａからの液体の流入口（副マニホールド５ａの出口）から吐出孔８に至る個別流路３２を構成している。副マニホールド５ａに供給された液体は、以下の経路で吐出孔８から吐出される。まず、副マニホールド５ａから上方向に向かって、個別供給流路６を通り、しぼり１２の一端部に至る。次に、しぼり１２の延在方向に沿って水平に進み、しぼり１２の他端部に至る。そこから上方に向かって、加圧室１０の一端部に至る。さらに、加圧室１０の延在方向に沿って水平に進み、加圧室１０の他端部に至る。そこから少しずつ水平方向に移動しながら、主に下方に向かい、下面に開口した吐出孔８へと進む。

圧電アクチュエータ基板２１は、図５に示されるように、２枚の圧電セラミック層２１ａ、２１ｂからなる積層構造を有している。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂはそれぞれ２０μｍ程度の厚さを有している。圧電アクチュエータ基板２１の変位する部分である変位素子５０の厚さは４０μｍ程度であり、１００μｍ以下であることにより、変位量を大きくすることができる。圧電セラミック層２１ａ、２１ｂのいずれの層も複数の加圧室１０を跨ぐように延在している（図３参照）。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂは、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなる。

圧電アクチュエータ基板２１は、Ａｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる共通電極３４、Ａｕ系などの金属材料からなる個別電極３５を有している。個別電極３５は上述のように圧電アクチュエータ基板２１の上面における加圧室１０と対向する位置に配置されている。個別電極３５の一端は、加圧室１０と対向している個別電極本体３５ａと、加圧室１０と対向している領域外に引き出されて引出電極３５ｂからなっている。

圧電セラミック層２１ａ、ｂおよび共通電極３４は、それぞれ略同じ形状であることにより、これらを同時焼成により作製する場合に、反りを小さくできる。１００μｍ以下の圧電アクチュエータ基板２１は焼成過程で反りが生じやすく、その量も大きくなる。また、反りが生じていると、流路部材４に積層した際に、その反りを変形させて接合することになり、その際の変形が変位素子５０の特性変動に影響し、ひいては液体吐出特性のばらつきにつながるため、反りは、圧電アクチュエータ基板２１の厚さと同程度以下に小さいことが望ましい。そして、内部電極のある場所とない場所の焼成収縮挙動の差による反りを少なくするために内部電極３４は内部にパターンのないベタで形成される。なお、ここで略同じ形状であるとは、外周の寸法の差がその部分の幅の１％以内であることを言う。圧電セラミック層２１ａ、ｂの外周は、基本的に焼成前に重ねられた状態で切断して形成されるので、加工精度の範囲内で同じ位置になる。内部電極３４も、ベタ印刷した後に、圧電セラミック層２１ａ、ｂと同時に切断することで形成されると反りが生じ難いが、圧電セラミック層２１ａ、ｂと相似形状で少し小さいパターンで印刷することにより、圧電アクチュエータ２１の側面に内部電極３４が露出しなくなるため、電気的信頼性が高くなる。

詳細は後述するが、個別電極３５には、制御部８８から外部配線であるＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）を通じて駆動信号（駆動電圧）が供給される。駆動信号は、印刷媒体Ｐの搬送速度と同期して一定の周期で供給される。共通電極３４は、圧電セラミック層２１ａと圧電セラミック層２１ｂとの間の領域に面方向のほぼ全面にわたって形成されている。すなわち、共通電極３４は、圧電アクチュエータ基板２１に対向する領域内のすべての加圧室１０を覆うように延在している。共通電極３４の厚さは２μｍ程度である。共通電極３４は図示しない領域において接地され、グランド電位に保持されている。本実施形態では、圧電セラミック層２１ｂ上において、個別電極３５からなる電極群を避ける位置に個別電極３５とは異なる表面電極（不図示）が形成されている。表面電極は、圧電セ
ラミック層２１ｂの内部に形成されたスルーホールを介して共通電極３４と電気的に接続されているとともに、多数の個別電極３５と同様に外部配線と接続されている。

なお、後述のように、個別電極３５に選択的に所定の駆動信号が供給されることにより、この個別電極３５に対応する加圧室１０内の液体に圧力が加えられる。これによって、個別流路３２を通じて、対応する吐出孔８から液滴が吐出される。すなわち、圧電アクチュエータ基板２１における各加圧室１０に対向する部分は、各加圧室１０および吐出孔８に対応する個別の変位素子５０（アクチュエータ）に相当する。つまり、２枚の圧電セラミック層からなる積層体中には、図５に示されているような構造を単位構造とする変位素子５０が加圧室１０毎に、加圧室１０の直上に位置する振動板２１ａ、共通電極３４、圧電セラミック層２１ｂ、個別電極３５により作り込まれており、圧電アクチュエータ基板２１には変位素子５０が複数含まれている。なお、本実施形態において１回の吐出動作によって吐出孔８から吐出される液体の量は５〜７ｐＬ（ピコリットル）程度である。

圧電アクチュエータ基板２１を平面視したとき、個別電極本体３５ａは加圧室１０と重なるように配置されており、加圧室１０の中央に位置している部位の、個別電極３５と共通電極３４とに挟まれている圧電セラミック層２１ｂは、圧電アクチュエータ基板２１の積層方向に分極されている。分極の向きは上下どちらに向かっていてもよく、その方向に対応し駆動信号を与えることで駆動できる。

図５に示されるように、共通電極３４と個別電極３５とは、最上層の圧電セラミック層２１ｂのみを挟むように配置されている。圧電セラミック層２１ｂにおける個別電極３５と共通電極３４とに挟まれた領域は活性部と呼称され、その部分の圧電セラミックスには厚み方向に分極が施されている。本実施形態の圧電アクチュエータ基板２１においては、最上層の圧電セラミック層２１ｂのみが活性部を含んでおり、圧電セラミック２１ａは活性部を含んでおらず、振動板として働く。この圧電アクチュエータ基板２１はいわゆるユニモルフタイプの構成を有している。

本実施の形態における実際の駆動手順は、あらかじめ個別電極３５を共通電極３４より高い電位（以下高電位と称す）にしておき、吐出要求がある毎に個別電極３５を共通電極３４と一旦同じ電位（以下低電位と称す）とし、その後所定のタイミングで再び高電位とする。これにより、個別電極３５が低電位になるタイミングで、圧電セラミック層２１ａ、ｂが元の形状に戻り、加圧室１０の容積が初期状態（両電極の電位が異なる状態）と比較して増加する。このとき、加圧室１０内に負圧が与えられ、液体がマニホールド５側から加圧室１０内に吸い込まれる。その後再び個別電極３５を高電位にしたタイミングで、圧電セラミック層２１ａ、ｂが加圧室１０側へ凸となるように変形し、加圧室１０の容積減少により加圧室１０内の圧力が正圧となり液体への圧力が上昇し、液滴が吐出される。つまり、液滴を吐出させるため、高電位を基準とするパルスを含む駆動信号を個別電極３５に供給することになる。このパルス幅は、加圧室１０内において圧力波がマニホールド５から吐出孔８まで伝播する時間長さであるＡＬ（Acoustic Length）が理想的である。
これによると、加圧室１０内部が負圧状態から正圧状態に反転するときに両者の圧力が合わさり、より強い圧力で液滴を吐出させることができる。

図５（ｂ）は、吐出孔８付近の流路部材４の部分縦断面図である。ノズルプレート３１は、ニッケルを主成分とする基材６０と、基材６０の表面に設けられている、ニッケルおよびパラジウムを主成分とする金属膜６１とを有している。基材６０は、流路部材４の外部側に位置する第１主面６０ａと、第１主面６０ａの反対側の面である第２主面６０ｂとを有している。また、基材６０は、第１主面６０ａと第２主面６０ｂとを繋いでいる貫通孔８ａを有している。本実施形態では、金属膜６１は、基材６０のほぼ全面に設けられているが、基材６０の一部に設けられていてもよい。

基材６０の第１主面６０ａには、金属膜６１である第１金属膜６１ａが設けられている。第１金属膜６１の外側の面は、吐出孔面４−１となっている。

貫通孔８ａの内壁には、内壁金属膜６１ｂａが設けられている。なお、貫通孔８ａは、基材６０単体の状態で開いている孔を指す。貫通孔８ａの内壁に、内壁金属膜６１ｂａが設けられる場合は、内壁金属膜６１ｂａが設けられた状態が吐出孔８であり、内壁金属膜６１ｂａが設けられない場合は、吐出孔８と貫通孔８とは同じものを指す。

基材６０の第２主面６０ｂには、金属膜６１である内部金属膜６１ｂｂが設けられている。吐出孔８は、流路部材４に配置されている個別流路３２の一部となっている。ノズルプレート３１に配置されている吐出孔８に繋がっている流路は、加圧室１０まで繋がっている。貫通孔８ａの周囲のノズルプレート３１の第２主面６０ｂには、個別流路３２に面している領域６０ｂａが存在する。内部金属膜６１ｂｂは、少なくとも個別流路３２に面している領域６０ｂａ全体に設けられているのが好ましい。

第２金属膜６１ｂは、貫通孔８ａの内壁あるいは第２主面６０ｂに設けられた金属膜６１を表すものである。すなわち、内壁金属膜６１ｂａは第２金属膜６１ｂであり、内部金属膜６１ｂｂも第２金属膜６１ｂである。

ノズルプレート３１の厚さは、例えば、２０〜１００μｍである。吐出孔８の断面形状は、円形状であるのが好ましいが、楕円形状、三角形状、四角形状などの他の回転対称な形状であってもよい。吐出孔８は、吐出孔面４−１に近づくにしたがって断面の直径が小さくなっているテーパー形状をしている。テーパー角は、例えば、１０〜３０度である。吐出孔８の吐出孔面４−１付近は、吐出孔面４−１付近に近づくにしたがってわずかに直径が大きくなっていく逆テーパー形状をしていてもよい。吐出孔面４−１における吐出孔８の開口の直径は、例えば、１０〜２００μｍである。

基材６０は、例えば、電鋳により形成された電鋳膜である。電鋳膜をパターンニングして形成することで、貫通孔８ａが形成される。基材６０を電鋳で形成することで、貫通孔８ａを所望の形状で、高い精度で形成することができる。例えば、パンチングや、レーザーで貫通孔８ａを形成すると、繰り返し精度が低くなるおそれがある。

基材６０は、ニッケルを主成分としており、ニッケルの含有率は９５質量％以上である。ニッケル以外の成分は、基本的に不純物であり、ニッケルの含有率は９８質量％以上、さらに９９質量％以上であるのが好ましい。

ニッケルは電鋳膜を形成する上では、好ましい材料であるが、酸に対する耐食性が比較的劣る。そのため、酸性の液体を吐出させていると、吐出孔８や、第２主面６０ｂの個別流路３２に面した領域６０ｂａの形状が崩れて、吐出精度が低下することがある。

ニッケルおよびパラジウムを主成分とするニッケルパラジウムは、ニッケルよりも酸などに対する耐食性が高い。ニッケルを主成分とする基材６０の表面に、ニッケルパラジウムの金属膜６１を設けて、ノズルプレート３１の耐食性を高くすることができる。金属膜６１におけるパラジウム含有率は、６０質量％以上、さらに７０質量％以上、特に８５質量％以上が好ましい。パラジウム含有率を高くすることで、耐食性を高くすることができる。金属膜６１におけるパラジウム含有率は、９８質量％以下、さらに、９５質量％以下であるのが好ましい。また、金属膜６１におけるニッケル含有率は、２質量％以上、さらに５質量％以上にするのが好ましい。パラジウム含有率を低くし、ニッケル含有率を高くすることで、基材との接合強度を強くできる。また、ニッケルの方が安価であるため、コ
ストを低くすることができる。

なお、ニッケルおよびパラジウムを主成分とするとは、ニッケル含有率とパラジウム含有率との合計が８０質量％以上であることを指す。ニッケル含有率とパラジウム含有率との合計は、さらに９５質量％以上、特に９９質量％以上であるのが好ましい。

なお、ノズルプレート３１のノズル面４−１には、使用する液体に対する接触角が大きくなるように、さらに撥水膜が形成してもより。なお、使用する液体の主成分が水でない場合もあるが、そのような場合も含めて便宜上、撥水膜と呼ぶ。

金属膜６１には、硫黄が含まれている。硫黄は、耐食性の観点から言えば、含まれていない方が望ましいが、不純物として含まれている場合が多く、検出不能なレベルまで含有率を減らすのは現実的には難しい。硫黄の含有量は、耐食性に影響するため、不純物量として調整される。また、硫黄が微量含まれていると、金属粒子間に硫黄が存在することで金属膜６１が変形しやすくなり、ノズルプレート３１に生じる反りを少なくできる効果もあるため、微量添加することもある。

金属膜６１が腐食されたり、物理的に傷ついたり、あるいは金属膜６１に微小な欠陥が存在したりすると、基材６０と、金属膜６１と、吐出させる液体とが接触した状態になることがある。基材６０と金属膜６１とでは、電位に差があるので、液体がイオン電導など生じるものであれば、接触電位差により電気が流れて、ニッケルイオンが液体に溶け出すことで、腐食がより進むことになる。そして、この際に、金属膜６１に硫黄が含まれていると腐食の進行がより速くなる。

上述したように、金属膜６１には、吐出孔面４−１に存在する第１金属膜６１ａと、個別流路３２に面している部分に存在する第２金属膜６１ｂとがある。第２金属膜６１ｂは、液体吐出ヘッド２を使用している間、ほぼ継続して液体と接触していることになる。これに対して、第１金属膜６１ａは、液体に接触している時間は限られる。すなわち、第１金属膜６１ａが液体に接触するのは、吐出の際にいったん吐出孔８から液体が柱状にせり出した後、柱状の液体が吐出孔８に引き戻される際に吐出孔８に戻りきれずに溢れたり、吐出した液体の一部が、いったんミストになった後に付着したりした場合であり、時間的に限られる。また、吐出孔面４−１への液体の付着が多くなってくると、液体の吐出に影響を与えることになるので、吐出孔面４−１に付着した液体は、ワイピングなどにより定期的に取り除かれる。

すなわち、第１金属膜６１ａは、第２金属膜６１ｂよりも液体に接触している時間が短いため、その分、腐食の進行は遅くなる。その結果、金属膜６１あるいは金属膜６１に接触している部分の基材６０が腐食することによる吐出特性の変動などは、第２金属膜６１ｂあるいは第２金属膜６１ｂに接触している部分の基材６０が腐食することにより生じることになる。

そこで、第１金属膜６１ａの硫黄の含有率Ｓ１［質量％］を、第２金属膜６１ｂの硫黄の含有率Ｓ２［質量％］よりも多くする。このようにすれば、第１金属膜６１ａ周辺と、第２金属膜６１ｂ周辺との両方で接着電位差による腐食が進行している場合に、第１金属膜６１ａ周辺において流れている電流の影響で、第２金属膜６１ｂ周辺における電位差が小さくなるので、第２金属膜６１ｂ周辺での腐食の進行が遅くなる。

第１金属膜６１ａ周辺における腐食の進行は、硫黄の含有率を多くした分、速くなるが、上述したように、第１金属膜６１ａで腐食が進行する時間は限られているので、その分も考慮した腐食の進行が、第２金属膜６１ｂ周辺のよりも速くならなければよい。

第１金属膜６１ａの硫黄含有率Ｓ１［質量％］および第２金属膜６１ｂ硫黄含有率Ｓ２［質量％］は、そもそも腐食の進行が速くならないように、１質量％以下であるのが好ましく、さらに０．５質量％以下、特に０．２質量％以下であるのが好ましい。また、第１金属膜６１ａおよび第２金属膜６１ｂが硫黄を含有しているとは、硫黄含有率Ｓ１［質量％］および硫黄含有率Ｓ２［質量％］が０．０１質量％以上であること意味する。硫黄を実質的に含まない０．０１質量％未満とするのは、現実的には難しい。

第１金属膜６１ａの硫黄含有率Ｓ１［質量％］は、第２金属膜６１ｂの硫黄含有率Ｓ２［質量％］よりも、０．０３質量％以上大きいことが好ましい。硫黄含有率の差が大きいことにより、第１金属膜６１ａ周辺と第２金属膜６１ｂ周辺との両方で腐食が進行している際に、第２金属膜６１ｂ周辺における腐食の進行を遅らせることができる。第２金属膜６１ｂ周辺における腐食の進行をより遅らせるように、Ｓ１−Ｓ２は０．０５以上であることがより好ましい。

第１金属膜６１ａ周辺の腐食が、第２金属膜６１ｂ周辺の腐食よりも速く進行しないようにするのが望ましいが、これには、液体吐出ヘッド２が使用される際に、吐出孔面４−１に液体が付着した状態になっている時間の割合が影響する。吐出孔面４−１に液体が付着した状態が続かないような使用条件であれば、第１金属膜６１ａの硫黄含有率Ｓ１［質量％］を１質量％以下にすれば十分である。一般的な使用状況においては、Ｓ１−Ｓ２を０．５以下とすればよく、さらに０．２以下とすればよい。

第１金属膜６１ａにおいて、ノズルプレート３１の外側における硫黄含有率は、基材６０側における硫黄含有率よりも低いことが好ましい。硫黄含有率が高くなっていると、その部分の第１金属膜６１ａは変形しやすくなる。第１金属膜６１ａ全体の平均の硫黄含有率が同じ場合、主成分に差がある基材６０に近い側が変形しやすくなっていることで、ノズルプレート３１の反りを小さくできる。また、ノズルプレート３１の外側における硫黄含有率が低いことで、初期の腐食を進行し難くできる。

第２金属膜６１ｂにおいて、ノズルプレート３１の外側における硫黄含有率は、基材６０側における硫黄含有率よりも低いことが好ましい。硫黄含有率が高くなっていると、その部分の第２金属膜６１ｂは変形しやすくなる。第２金属膜６１ｂ全体の平均の硫黄含有率が同じ場合、主成分に差がある基材６０に近い側が変形しやすくなっていることで、ノズルプレート３１の反りを小さくできる。また、ノズルプレート３１の外側における硫黄含有率が低いことで、初期の腐食を進行し難くできる。

第１金属膜６１ａの中では、吐出孔８の近傍は、液体に接触している時間が比較的長くなる。液体吐出ヘッド２の使用条件によっては、吐出孔８の近傍では、第１金属膜６１ａの腐食の進行が速くなることがある。そこで、吐出孔８の近傍より外側の第１金属膜６１ｂの硫黄含有率を、第２金属膜６１ｂの硫黄含有率よりも大きくし、吐出孔８の近傍の第１金属膜６１ａの硫黄含有率は、第２金属膜６１ｂの硫黄含有率と同程度にしてもよい。また、吐出孔８の近傍の第１金属膜６１ａの硫黄含有率を、第２金属膜６１ｂの硫黄含有率よりも大きく、吐出孔８の近傍より外側の第１金属膜６１ｂの硫黄含有率よりも小さくしてもよい。ここで、吐出孔８の近傍とは、吐出孔８の縁から吐出孔８の開口径程度離れた範囲のことを指す。

金属膜６１の厚さは０．１μｍ以上、さらに０．５μｍ以上とするのが好ましい。厚さ厚くするよることにより、基材６０に到達した液体により基材６０が腐食される可能性を小さくできる。金属膜６１の厚さは５μｍ以下、さらに３μｍ以下とするのが好ましい。厚みを薄くすることで、厚みばらつきが大きくなり吐出孔８の形状のばらつきが大きくな
ったり、ノズル面４−１の平坦性が低くなることを低減できる。

続いて、このような吐出孔８を備えたノズルプレート３１を作製する方法について説明する。まず、ステンレスなどの金属からなる電鋳基板を準備する。続いて、電鋳基板にネガ型のフォトレジスト膜を形成する。

所望の寸法および配置で貫通孔８ａが形成できるようにマスクパターンが形成されたフォトマスクを準備する。フォトマスクを通して、フォトレジスト膜に露光する。フォトマスクには、貫通孔８ａとなる部分で光を透過するようになっており、その部分のフォトレジスト膜に光が当たり、硬化する。硬化しなかった部分は、現像液により溶解させられて、取り除かれ、硬化した部分が残る。

続いて、電鋳基板にニッケルめっきを行ない、基材３１となる電鋳膜を形成する。フォトレジスト膜が硬化して残っている部分には、電鋳膜が形成されないため、その部分が貫通孔８ａとなる。続いて、貫通孔８ａ内部のフォトレジスト膜を、有機溶剤などを用いて除去する。さらに、電鋳膜を電鋳基板から剥離することで、貫通孔８ａの形成された基材６０を得ることができる。

基材６０に、酸素でアッシングを行ない、基材６０表面にある、フォトレジスト膜の残渣などの炭素などの汚れを取り除く。これにより、基材６０の表面のほぼ全面に酸素リッチ層が形成される。ノズルプレート３１になった状態における酸素リッチ層の酸素含有率が１原子％以上となるようにアッシングを行なうことにより、基材６０の表面の炭素などを効果的に取り除くことができる。

ここで、基材６０の表面のほぼ全面にニッケルストライクめっきを行なってもよい。ニッケルストライクめっきを行なうことにより、ニッケルパラジウムの金属膜６１と基材６０との接合を強くなる。ニッケルストライクめっきの層の厚さは、例えば、２０〜２００ｎｍ程度とする。ニッケルストライクめっきで析出するのはニッケルであるので、ニッケルストライクめっきの層まで含めて基材６０とする。基材６０と金属膜６１との間には、他の組成の薄膜、厚くても数百ｎｍ程度のものを形成してもよい。

続いて、基材６０の第２主面６０ｂおよび貫通孔８ａにレジストを塗布し、第１主面６０ａに、ニッケルおよびパラジウムのめっき行ない、めっき膜である第１金属膜６１ａを形成する。続いて、レジストを駆使した、基材６０の第１主面６０ａに別のレジストを塗布し、第２主面６０ｂおよび貫通孔８ａの内壁に、ニッケルおよびパラジウムのめっきを行ない、めっき膜である第２金属膜６１ｂを形成する。第２金属膜６１ｂを形成する際のめっきでは、めっき槽の硫黄含有率を制御し、第２金属膜６１ｂの硫黄含有率を、第１金属膜６１ａの硫黄含有率よりも低くする。さらに、第１金属膜６１ａの表面に、フッ素樹脂やカーボンなどで撥水膜などを形成してもよい。

硫黄含有率の制御は、次のように行なってもよい。第１金属膜６１ａおよび第２金属膜６１ｂは、同時にめっきを行なうか、あるいはほぼ同じ条件でめっきを行なう。その後、ノズルプレート３１の吐出孔面４−１にレジストを塗布するか、樹脂製のフィルムなどを張り付ける。これにより第１金属膜６１ａは、それらのもので覆われた状態になる。続いて、ノズルプレート３１を大気中で加熱する。第２金属膜６１ｂに含まれている硫黄は、大気中の酸素と反応してガス化するため、ノズルプレート３１表面から硫黄は少なくなっていく。これに対して、第１金属膜６１ｂに含まれている硫黄の放出は、レジストや樹脂フィルムがあるため、あまり生じない。第２金属膜６１ｂにおける硫黄の放出元は、第２金属膜６１ｂの基材６０側まで達するため、第２金属膜６１ｂの硫黄含有率は基材６０側においても、第１金属膜６１ａの硫黄含有率よりも低くなる。また、第２金属膜６１ｂに
おける硫黄含有率は、基材６０側よりもノズルプレート３１の外側の方が低くなる。

１・・・プリンタ
２・・・液体吐出ヘッド
４・・・流路部材
４−１
５・・・マニホールド
５ａ・・・副マニホールド
５ｂ・・・マニホールドの開口
６・・・個別供給流路
８・・・吐出孔（ノズル）
８ａ・・・貫通孔
９・・・加圧室群
１０・・・加圧室
１１ａ、ｂ、ｃ、ｄ・・・加圧室列
１２・・・しぼり
１３・・・ヘッド本体
１５ａ、ｂ、ｃ、ｄ・・・吐出孔列
２１・・・圧電アクチュエータ基板
２１ａ・・・圧電セラミック層（セラミック振動板）
２１ｂ・・・圧電セラミック層
２２〜３０・・・プレート
３１・・・プレート（ノズルプレート）
３２・・・個別流路
３４・・・共通電極
３５・・・個別電極
３５ａ・・・個別電極本体
３５ｂ・・・引出電極
３６・・・接続電極
５０・・・変位素子
６０・・・（ノズルプレートの）基材
６０ａ・・・第１主面
６０ｂ・・・第２主面
６１・・・（ノズルプレートの）金属膜
６１ａ・・第１金属膜
６１ｂ・・第２金属膜
６１ｂａ・・内壁金属膜（第２金属膜）
６１ｂｂ・・内部金属膜（第２金属膜）
７０・・・ヘッド搭載フレーム
７２・・・ヘッド群
８０Ａ・・・給紙ローラ
８０Ｂ・・・回収ローラ
８２Ａ・・・ガイドローラ
８２Ｂ・・・搬送ローラ
８８・・・制御部
Ｐ・・・印刷用紙

Claims (6)

1. 第１主面、該第１主面の反対側の面である第２主面、および前記第１主面と前記第２主面とを繋いでいる、ノズルとなる貫通孔を有する基材と、
   前記第１主面に設けられている第１金属膜と、
   前記貫通孔の内壁および前記第２主面の少なくとも一方に設けられている第２金属膜と、
   を有するノズルプレートであって、
   前記基材は、ニッケルを主成分としており、
   前記第１金属膜および前記第２金属膜は、ニッケルおよびパラジウムを主成分としているとともに、硫黄を含有しており、
   前記第１金属膜の硫黄含有率Ｓ１［質量％］が、前記第２金属膜の硫黄含有率Ｓ２［質量％］よりも大きいことを特徴とするノズルプレート。
2. Ｓ１≦１、Ｓ２≦１、Ｓ１−Ｓ２≧０．０３の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載のノズルプレート。
3. 請求項１または２に記載のノズルプレートと、前記貫通孔の前記第２主面側に繋がっている加圧室と、該加圧室に圧力を加える加圧部とを備えていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
4. 前記第２金属膜が、少なくとも前記貫通孔の内壁に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記貫通孔の周囲の前記第２主面の一部には、当該貫通孔に繋がっている流路に面している領域があり、該領域に前記第２金属膜が設けられていることを特徴とする請求項３または４に記載の液体吐出ヘッド。
6. 請求項３〜５のいずれかに記載の液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、前記液体吐出ヘッドを制御する制御部とを備えていることを特徴とする記録装置。

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