JP6900998B2 - 吐出用基板、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、液滴吐出ヘッドの構成部品である吐出用基板に関し、詳しくは、優れた吐出安定性を実現し、アルカリ性の高い液滴を吐出しても腐食されず、吐出安定性を維持することができる吐出用基板に関する。また、この吐出用基板を用いた液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置に関する。

従来、吐出用基板に形成されたノズルから液滴を吐出して記録媒体上に画像形成を行う液滴吐出ヘッドが提案され、この液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置、例えばインクジェットプリンタが提案されている。

液滴吐出ヘッドにおいては、液滴を吐出したときに、液滴流路内において蒸気（ミスト）化した液体や、記録媒体から跳ね返る液体の影響等により、ノズル面（ノズルの吐出側開口の周囲）に液体が付着してしまうことがある。ノズル面に液体が付着していると、ノズルから液滴を吐出するときに、ノズル面に付着した液体の影響を受けて、吐出角度が曲がってしまうことが知られている。

そこで、従来、吐出安定性を確保するため、図１７に示すように、ノズル面２０１上に撥液層２０２を形成した吐出用基板が提案されている（特許文献１）。この吐出用基板においては、ノズル面２０１に形成した酸化物層２０３上に撥液層２０２を形成している。

また、液滴吐出ヘッドは、記録媒体が例えば布地等である場合には、アルカリ性の液体を吐出することがある。この場合には、吐出用基板には、アルカリ耐性が必要となる。そこで、図１８に示すように、ノズル２０４内の表面及びノズル２０４に至る液体流路内にアルカリ耐性の高い保護層２０５を形成した吐出用基板が提案されている（特許文献２）。この吐出用基板においては、ノズル面２０１及びノズル２０４内の表面には酸化物層２０３を形成し、この酸化物層２０３上に撥液層２０２を形成している。

特開平６−１７１０９４号公報 特許第５１０８５６５号公報

特許文献１に記載された吐出用基板においては、酸化物層２０３の一部（ノズル２０４の内方の臨んだ断面）が吐出する液体に曝されるので、この液体がアルカリ性である場合には、酸化物層２０３が腐食され、撥液層２０２が剥離する虞がある。

特許文献２に記載された吐出用基板においては、ノズル２０４内の表面に形成された撥液層２０２が図示されており、吐出安定性が損なわれると考えられる。吐出される液体のメニスカスの端部（エッジ）が、ノズル２０４の内方にある保護層２０５と撥液層２０２との境界線上に形成される蓋然性が高いからである。

そこで、本発明は、優れた吐出安定性を実現し、アルカリ性の高い液滴を吐出しても腐食されず、吐出安定性を維持することができる吐出用基板を提供することを課題とする。また、この吐出用基板を用いた液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置を提供することを課題とする。

本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。

上記課題は、以下の各発明によって解決される。

１．
液滴吐出ヘッドの構成部品である吐出用基板であって、
前記液滴吐出ヘッドから吐出される液体が通過するノズルが形成された基材を有し、
前記ノズル内の表面には、アルカリ耐性の高い保護層が形成され、
前記基材の液滴吐出側の表面には、前記保護層よりも接触角が大きい撥液層が形成されている吐出用基板。
２．
前記撥液層と前記基材との間に、酸化物層が形成されており、
前記保護層は、前記酸化物層よりもアルカリ耐性が高い前記１記載の吐出用基板。
３．
前記保護層は、前記酸化物層の前記ノズル内に臨む断面を覆っている前記２記載の吐出用基板。
４．
前記保護層は、前記酸化物層の断面とともに前記撥液層の前記ノズル内に臨む断面を覆っている前記３記載の吐出用基板。
５．
前記酸化物層は、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、チタン（Ｔｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、レニウム（Ｒｅ）、イリジウム（Ｉｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）、カーボン（Ｃ）の少なくとも一つの酸化物からなる前記２、３又は４記載の吐出用基板。
６．
前記基材には、前記ノズルに連通し該ノズルよりも開口断面積が大きく、該ノズルから吐出される液体が通過する液体流路が形成されており、
前記保護層は、前記ノズル内の表面から連続して前記液体流路内の表面を被覆しており、その被覆厚さが、前記液体流路内の表面よりも前記ノズル内の表面において薄くなっている前記１〜５の何れかに記載の吐出用基板。
７．
前記ノズル内の表面を被覆する前記保護層は、液滴吐出側ほどテ―パ状に薄くなっている前記１〜６の何れかに記載の吐出用基板。
８．
前記保護層は、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ニオビウム（Ｎｂ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、モリブテン（Ｍｏ）、バナジウム（Ｖ）、ランタン（Ｌａ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、イットリウム（Ｙ）、プラチナ（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、レニウム（Ｒｅ）、イリジウム（Ｉｒ）、セリウム（Ｃｅ）、アルミニウム（Ａｌ）の少なくとも一つの酸化物、窒化物、窒酸化物、ケイ酸塩（シリケート）又はシリサイド、或いは、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、又は、感光性エポキシ樹脂からなる前記１〜７の何れかに記載の吐出用基板。
９．
前記撥液層は、少なくとも、アルコキシシリル基又はホスホン酸基と、パーフルオロアルキル基又はパーフルオロポリエーテル基とを有する混合物からなる前記１〜８の何れかに記載の吐出用基板。
１０．
前記基材は、シリコン（Ｓｉ）、ステンレス、ニッケル（Ｎｉ）、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、又は、ポリエチレンテレフタレート樹脂からなる前記１〜９の何れかに記載の吐出用基板。
１１．
共通液体室と、
前記共通液体室内の液体が供給されるとともに、駆動信号が供給され、供給された液体に前記駆動信号に応じて圧力を印加する複数の圧力室と、
前記１〜１０の何れかに記載の吐出用基板とを備え、
前記圧力室において圧力が印加された液体が前記吐出用基板の前記ノズルを経て吐出される液滴吐出ヘッド。
１２．
前記１１記載の液滴吐出ヘッドと、
前記液滴吐出ヘッドの前記共通液体室に前記液体を供給する液体供給手段と、
描画データに応じた駆動信号を前記液滴吐出ヘッドの圧力室に供給する駆動回路と、
前記液滴吐出ヘッドから吐出される前記液体が付着する記録媒体の、該液滴吐出ヘッドに対する相対位置を移動操作する移動操作機構とを備えた液滴吐出装置。

本発明によれば、優れた吐出安定性を実現し、アルカリ性の高い液滴を吐出しても腐食されず、吐出安定性を維持することができる吐出用基板を提供することができる。また、この吐出用基板を用いた液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置を提供することができる。

本発明の吐出用基板が用いられる液滴吐出ヘッドを示す斜視図 図１に示す液滴吐出ヘッドの断面図 本発明の吐出用基板を示す断面図 本発明の吐出用基板の他の例を示す断面図 本発明の吐出用基板のさらに他の例を示す断面図 本発明の吐出用基板のさらに他の例を示す断面図 本発明の吐出用基板のさらに他の例を示す断面図 図４に示す吐出用基板においてノズル内の保護層が薄い例を示す断面図 図５に示す吐出用基板においてノズル内の保護層が薄い例を示す断面図 図６に示す吐出用基板においてノズル内の保護層が薄い例を示す断面図 図７に示す吐出用基板においてノズル内の保護層が薄い例を示す断面図 図４に示す吐出用基板においてノズル内の保護層がテ―パ状の例を示す断面図 図５に示す吐出用基板においてノズル内の保護層がテ―パ状の例を示す断面図 図７に示す吐出用基板においてノズル内の保護層がテ―パ状の例を示す断面図 本発明の吐出用基板の製造工程を示す工程図 本発明の液滴吐出装置の構成を示すブロック図である。 従来の吐出用基板のヘッドを示す断面図 従来の吐出用基板のヘッドの他の例を示す断面図

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

〔液滴吐出ヘッド〕
図１は、本発明の吐出用基板が用いられる液滴吐出ヘッドを示す斜視図である。

図１に示すように、本発明の吐出用基板１１は、液滴吐出ヘッドの構成部品であり、液体流路を経た液体をノズル１１ａから液滴として吐出する。この実施の形態は、本発明の液滴吐出ヘッドを、液滴としてインク滴を吐出するインクジェットヘッド１として構成した形態である。なお、本発明の液滴吐出ヘッドは、インク滴に限られず、種々の液滴を吐出する装置として構成することができる。

図１では、１つのインクジェットヘッド１のみを示している。一般にインクジェット記録装置には、例えばイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）等の各色インク用の複数のインクジェットヘッド１が搭載される。

吐出用基板１１は、平面であるインク吐出面Ｐに二次元配列されて設けられた複数のノズル１１ａを備えている。これらノズル１１ａからは、インク吐出面Ｐから離間する方向（図１中の下方）に向けてインクが吐出される。

以下、複数のノズル１１ａが設けられたインク吐出面Ｐに平行な平面をＸ−Ｙ平面とし、Ｘ−Ｙ平面に平行な方向であって互いに直交する方向を、それぞれ「Ｘ方向」及び「Ｙ方向」とする。また、Ｘ−Ｙ平面に直交する方向を「Ｚ方向」とする。「Ｚ方向」のうち、インクが吐出される方向を「下方」とし、その反対方向を「上方」とする。

複数のノズル１１ａは、Ｙ方向に配列された複数のノズル１１ａからなるノズル列が、Ｘ方向に複数列設けられて、二次元配列されている。

図２は、図１に示す液滴吐出ヘッドの断面図である。なお、図２では、複数のノズル１１ａのうち、４つのノズル１１ａについて図示している。

複数のノズル１１ａは、図２に示すように、吐出用基板１１をなす平板状の基材１１ｂを厚み方向（Ｚ方向）に貫いた貫通孔として形成されている。基材１１ｂには、ノズル１１ａに連通しノズル１１ａよりも開口断面積が大きい液体流路が形成されている。液体流路には、ノズル１１ａから外方に吐出される液体が通過する。

基材１１ｂのうちのノズル１１ａの長さに相当する厚さ部分のみを、ノズルプレートという。吐出用基板１１は、ノズル１１ａの長さに相当する厚さの基材１１ｂから構成（すなわち、ノズルプレートのみから構成）してもよい。この場合には、基材１１ｂには、液体流路は形成されない。

吐出用基板１１には、複数のノズル１１ａからインクが吐出される方向（下方）の反対方向（上方）に、複数の基板等の板状部材が積層されている。吐出用基板１１には、近い側から、圧力室基板６０、スペーサ部材６１及び配線基板６２が積層され、積層体Ａを構成している。

圧力室基板６０には、複数のノズル１１ａに対応して連通された複数の圧力室１３が二次元配列されて形成されている。圧力室基板６０は、上面部に沿って振動板６４を有している。圧力室１３は、圧力室基板６０を厚み方向（Ｚ方向）に貫いた貫通孔が、上面側を振動板６４によって閉蓋され、下面側を吐出用基板１１によって閉蓋された空間である。振動板６４は、圧力室１３の天井面を構成しており、圧力室１３の一部をなしている。

複数のノズル１１ａ及び液体流路は、圧力室１３を吐出用基板１１の下面において外方（下方）に連通させている。複数のノズル１１ａは、圧力室１３内の液体を液滴として外方（下方）に吐出する。

圧力室基板６０の上面には、振動板６４を介して、複数のアクチュエータ６５が設けられている。アクチュエータ６５は、圧力室１３に対応して配置されている。アクチュエータ６５は、振動板６４を振動させることにより、圧力室１３内に圧力を印加する。

アクチュエータ６５は、圧力室基板６０の上面に積層されたスペーサ部材６１に設けられた複数の開口部内に位置している。この開口部は、スペーサ部材６１をＺ方向に貫通した透孔である。スペーサ部材６１は、アクチュエータ６５の厚さ（例えば５０μｍ程度）よりも厚く形成され、その厚さは、例えば１００μｍ程度である。したがって、アクチュエータ６５は、開口部内に全体が収納された状態で設置されている。スペーサ部材６１は、圧力室基板６０と配線基板６２との間で、アクチュエータ６５及びアクチュエータ６５への接続部９０のＺ方向に沿った厚さに対応するスペースを確保している。

アクチュエータ６５は、接続部９０を介して、配線基板６２の下面側に設けられた配線６６と電気的に接続されている。配線６６は、アクチュエータ６５に駆動信号を供給する図示しない駆動回路に接続されている。アクチュエータ６５は、接続部９０及び配線６６を介して駆動回路に接続されることにより、駆動回路の制御下で動作する。

スペーサ部材６１及び配線基板６２には、圧力室１３に連通する複数の導通路が開設されている。これら導通路は、スペーサ部材６１及び配線基板６２を厚み方向（Ｚ方向）に貫いた貫通孔であり、互いに連通してインク流路を構成している。

圧力室基板６０には、圧力室基板６０の上面から圧力室１３内にインクを供給するための流路が形成されている。この流路は、スペーサ部材６１及び配線基板６２に形成されたインク流路を経て、配線基板６２の上方に設けられた共通液体室である共通インク室７０に連通されている。したがって、圧力室１３は、共通インク室７０に連通されている。

共通インク室７０は、配線基板６２の上方に配置された筐体８０内に設けられ、図示しない液体供給手段となるインク供給手段に接続される。なお、共通インク室７０と配線基板６２との間、及び、共通インク室７０と筐体８０との間には、樹脂材料やＳｉＯ_２からなる絶縁物層が設けられている。インク供給手段から共通インク室７０に供給されたインクは、導通路及び流路を通って圧力室１３に供給される。圧力室１３に供給されたインクは、アクチュエータ６５の動作に応じて振動板６４が振動することにより、圧力が印加され、ノズル１１ａから吐出される。

なお、この液滴吐出ヘッドにおいて、ノズル１１ａは、開口断面が円形であることが好ましいが、これに限定されず、四角形やその他の形状の開口断面を有するものであってもよい。また、液体流路の開口断面は、ノズル１１ａの開口断面に対応して円形とすることが多いが、これに限定されず、圧力室１３の開口断面に対応させてもよいし、四角形やその他の形状としてもよい。

〔吐出用基板〕
吐出用基板１１は、平板状の基材１１ｂにより形成されており、シリコン（Ｓｉ）、ステンレス、ニッケル（Ｎｉ）又はその他の金属材料、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂又はその他の有機物材料により形成されることが好ましく、ホウ素（Ｂ）をドーピングしたシリコン（Ｓｉ）も好ましい。

価格の点（安価であること）では、ステンレス、ポリイミド樹脂材料が優れており、加工の容易性では、ステンレス、ポリイミド樹脂材料が優れており、加工精度では、シリコン材料が優れており、化学的安定性では、ポリイミド樹脂材料が優れている。

近年、テキスタイル分野における液滴吐出装置の使用が拡大しており、布地を記録媒体として液滴吐出装置により画像形成を行うことが多くなってきている。液滴吐出装置による画像形成においては、旧来の捺染法に比較して、版を作る必要が無いことから少数ロットへの対応が可能であり、インク廃液の量も少ないというメリットがある。

ポリエステル等の合成繊維からなる布地に液滴吐出装置により画像形成を行う場合には、分散染料インクや昇華性インクなどの水系インクが用いられる。このような水系インクは、分散剤などの添加剤を含むことにより、液性がアルカリ性となっている。また、インクそのものの液性が中性や弱アルカリ性であっても、発色性改善等のために、液性がアルカリ性である前処理剤を塗布した布地を用いることがある。なお、普通紙用の水性インクにおいても、紙への浸透防止等の目的のため、液性がアルカリ性となっていることは多い。

図３は、本発明の吐出用基板を示す断面図である。
なお、以下の図３〜図７を用いた説明においては、吐出用基板１１のうちのノズルプレート（ノズル１１ａの長さに相当する厚さ部分のみ）について説明する。

ノズル１１ａ内の表面には、図３に示すように、アルカリ耐性の高い保護層３０が形成されている。この保護層３０は、ノズル１１ａ内の表面から連続して、基材１１ｂの裏面（圧力室１３側）に亘って表面を被覆していることが好ましい。アルカリ性インクが接触する可能性のある箇所は全て、保護層３０によって保護することが望ましいからである。

保護層３０は、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ニオビウム（Ｎｂ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、モリブテン（Ｍｏ）、バナジウム（Ｖ）、ランタン（Ｌａ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、イットリウム（Ｙ）、プラチナ（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、レニウム（Ｒｅ）、イリジウム（Ｉｒ）、セリウム（Ｃｅ）、アルミニウム（Ａｌ）の少なくとも一つの酸化物、窒化物、窒酸化物、ケイ酸塩（シリケート）又はシリサイド、或いは、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、又は、感光性エポキシ樹脂からなることが好ましい。これらは、アルカリ性の液体に対して高い耐性を示す。

保護層３０のアルカリ耐性は、以下の試験方法によって確認している。すなわち、吐出用基板１１に保護膜３０を形成したテストピースをサンプルとして、捺染前処理液を想定したｐＨ１１の水・溶剤混合溶液の浸漬させる。浸漬条件としては、７０℃で１週間とした。浸漬後のサンプルにおける保護膜３０の膜厚変化を、ＳＥＭにより確認する。保護膜３０の膜厚が、浸漬前後で変化がないことを、耐アルカリの合格基準とした。

そして、吐出用基板１１のインク吐出側の表面（下面）、すなわち、ノズル１１ａの吐出側開口の周囲部（インク吐出面Ｐ）には、撥液層である撥インク性コーティング層４０が形成されている。撥インク性コーティング層４０は、保護層３０よりも、接触角が大きく、撥水性を有している。

撥インク性コーティング層４０は、少なくとも、アルコキシシリル基又はホスホン酸基と、パーフルオロアルキル基又はパーフルオロポリエーテル基とを有する混合物からなることが好ましく、例えば、「オプツール」（商品名）を用いることができる。

図４は、本発明の吐出用基板の他の例を示す断面図である。

撥インク性コーティング層４０と吐出用基板１１との間には、図４に示すように、酸化物層５０を形成することが好ましい。この酸化物層５０を設けるのは撥インク性コーティング層４０の密着性を確保することが主目的であり、したがって、酸化物層５０は、保護層３０よりもアルカリ耐性が低くてよい。

酸化物層５０は、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、チタン（Ｔｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、レニウム（Ｒｅ）、イリジウム（Ｉｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）、カーボン（Ｃ）の少なくとも一つの酸化物からなることが好ましい。ＳｉＯ_２のように、これらのうちの一つ元素の酸化物でもよいし、ＴａＳｉＯのように、これらのうちの二つ以上の元素が結合した酸化物でもよい。これらは、撥インク性コーティング層４０に対する高い密着性を確保することができる。

保護層３０は、酸化物層５０のノズル１１ａ内方に臨む断面を覆うことが好ましい。酸化物層５０は、必ずしもアルカリ耐性が高くないので、アルカリ性インクが接触する可能性のある断面は、アルカリ耐性の高い保護層３０によって保護することが望ましい。酸化物層５０の断面が保護層３０によって覆われることにより、酸化物層５０は、アルカリ性インクによって腐食されることがなく、撥インク性コーティング層４０に対する密着性を維持することができる。

また、吐出される液体（インク）のメニスカスＭの端部（エッジ）は、前述したように、保護層３０と撥インク性コーティング層４０との境界線上に形成される蓋然性が高い。保護層３０が撥インク性コーティング層４０の断面を覆っていることにより、メニスカスＭの端部は、保護層３０及び撥インク性コーティング層４０を設けないノズル１１ａ単体の場合と同様の位置に形成され、液滴の吐出安定性が良好である。

図５は、本発明の吐出用基板のさらに他の例を示す断面図である。

図５に示すように、保護層３０は、酸化物層５０の断面とともに、撥インク性コーティング層４０のノズル１１ａ内に臨む断面をも覆うことが望ましい。撥インク性コーティング層４０の断面が保護層３０によって覆われることにより、酸化物層５０は、より確実にアルカリ性インクによる腐食が防止され、撥インク性コーティング層４０に対する密着性を維持することができる。

図６は、本発明の吐出用基板のさらに他の例を示す断面図である。

図６に示すように、撥インク性コーティング層４０は、保護層３０のノズル１１ａ内の下断面を覆って形成してもよい。保護層３０は、酸化物層５０のノズル１１ａ内に臨む断面を覆って形成され、下断面が酸化物層５０の下面に面一となっている。撥インク性コーティング層４０は、酸化物層５０の下面に、保護層３０の下断面に亘って形成されている。

酸化物層５０は、撥インク性コーティング層４０及び保護層３０によって覆われることにより、より確実にアルカリ性インクによる腐食が防止され、撥インク性コーティング層４０に対する密着性を維持することができる。

図７は、本発明の吐出用基板のさらに他の例を示す断面図である。

図７に示すように、酸化物層５０のノズル１１ａ内に臨む断面を保護層３０により覆い、保護層３０の下断面を撥インク性コーティング層４０により覆った場合においては、撥インク性コーティング層４０のノズル１１ａの周囲部（保護層３０の下断面を覆う部分）を、ノズル１１ａに向けてテーパ状に薄くしてもよい。

酸化物層５０は、撥インク性コーティング層４０及び保護層３０によって覆われることにより、より確実にアルカリ性インクによる腐食が防止され、撥インク性コーティング層４０に対する密着性を維持することができる。また、撥インク性コーティング層４０のノズル１１ａの周囲部が、保護層３０から剥離することが防止される。

以下、図８〜図１４を用いて説明する吐出用基板１１は、ノズル１１ａ及びノズル１１ａよりも開口断面積が大きい液体流路１１ｃ（ノズル１１ａの上方側）が形成されている。これらの吐出用基板１１においては、保護層３０の被覆厚さは、液体流路１１ｃ内の表面と、ノズル１１ａ内の表面とで等しくしてよい。ただし、製造の容易性や、液滴（インク）の吐出安定性の観点からは、液体流路１１ｃ内の表面と、ノズル１１ａ内の表面とで、保護層３０の被覆厚さを異ならせてもよい。

図８は、図４に示す吐出用基板においてノズル内の保護層が薄い例を示す断面図である。

図８に示すように、保護層３０により酸化物層５０のノズル１１ａ内方に臨む断面を覆った場合において、保護層３０の被覆厚さは、液体流路１１ｃ内（ノズル１１ａの上方側）の表面よりも、ノズル１１ａ内の表面において薄くしてもよい。ノズル１１ａ内の表面の保護層３０の被覆厚さを厚くすることは煩雑であるので、この被覆厚さが薄くてもよいことにより、製造が容易化される。

図９は、図５に示す吐出用基板においてノズル内の保護層が薄い例を示す断面図である。

図９に示すように、保護層３０により酸化物層５０の断面及び撥インク性コーティング層４０の断面を覆った場合において、保護層３０の被覆厚さは、液体流路１１ｃ内（ノズル１１ａの上方側）の表面よりも、ノズル１１ａ内の表面において薄くしてもよい。ノズル１１ａ内の表面の保護層３０の被覆厚さを厚くすることは煩雑であるので、この被覆厚さが薄くてもよいことにより、製造が容易化される。

図１０は、図６に示す吐出用基板においてノズル内の保護層が薄い例を示す断面図である。

図１０に示すように、撥インク性コーティング層４０により保護層３０のノズル１１ａ内の下断面を覆った場合において、保護層３０の被覆厚さは、液体流路１１ｃ内（ノズル１１ａの上方側）の表面よりも、ノズル１１ａ内の表面において薄くしてもよい。ノズル１１ａ内の表面の保護層３０の被覆厚さを厚くすることは煩雑であるので、この被覆厚さが薄くてもよいことにより、製造が容易化される。

図１１は、図７に示す吐出用基板においてノズル内の保護層が薄い例を示す断面図である。

図１１に示すように、酸化物層５０のノズル１１ａ内に臨む断面を保護層３０により覆い、保護層３０の下断面を撥インク性コーティング層４０により覆い、撥インク性コーティング層４０のノズル１１ａの周囲部をノズル１１ａに向けてテーパ状に薄くした場合において、保護層３０の被覆厚さは、液体流路１１ｃ内（ノズル１１ａの上方側）の表面よりも、ノズル１１ａ内の表面において薄くしてもよい。ノズル１１ａ内の表面の保護層３０の被覆厚さを厚くすることは煩雑であるので、この被覆厚さが薄くてもよいことにより、製造が容易化される。

図１２は、図４に示す吐出用基板においてノズル内の保護層がテ―パ状の例を示す断面図である。

図１２に示すように、保護層３０により酸化物層５０のノズル１１ａ内方に臨む断面を覆った場合において、保護層３０の被覆厚さは、ノズル１１ａ内の表面において、液滴吐出側ほどテ―パ状に薄くしてもよい。ノズル１１ａ内の液滴吐出側の保護層３０の被覆厚さを厚くすることは煩雑であるので、この被覆厚さがテ―パ状に薄くてもよいことにより、製造が容易化される。

また、保護層３０の被覆厚さが液滴吐出側ほどテ―パ状に薄くなっていることにより、メニスカスの端部が形成される位置（保護層３０と撥インク性コーティング層４０との境界線上）が、保護層３０及び撥インク性コーティング層４０を設けないノズル１１ａ単体の場合に近くなるので、液滴（インク）の吐出安定性が良好である。

図１３は、図５に示す吐出用基板においてノズル内の保護層がテ―パ状の例を示す断面図である。

図１３に示すように、保護層３０により酸化物層５０の断面及び撥インク性コーティング層４０の断面を覆った場合において、保護層３０の被覆厚さは、ノズル１１ａ内の表面において、液滴吐出側ほどテ―パ状に薄くしてもよい。ノズル１１ａ内の液滴吐出側の保護層３０の被覆厚さを厚くすることは煩雑であるので、この被覆厚さがテ―パ状に薄くてもよいことにより、製造が容易化される。

また、保護層３０の被覆厚さが液滴吐出側ほどテ―パ状に薄くなっていることにより、メニスカスの端部が形成される位置（保護層３０と撥インク性コーティング層４０との境界線上）が、保護層３０及び撥インク性コーティング層４０を設けないノズル１１ａ単体の場合に近くなるので、液滴（インク）の吐出安定性が良好である。

図１４は、図７に示す吐出用基板においてノズル内の保護層がテ―パ状の例を示す断面図である。

図１４に示すように、酸化物層５０のノズル１１ａ内に臨む断面を保護層３０により覆い、撥インク性コーティング層４０のノズル１１ａの周囲部をノズル１１ａに向けてテーパ状に薄くした場合において、保護層３０の被覆厚さは、ノズル１１ａ内の表面において、液滴吐出側ほどテ―パ状に薄くしてもよい。ノズル１１ａ内の液滴吐出側の保護層３０の被覆厚さを厚くすることは煩雑であるので、この被覆厚さがテ―パ状に薄くてもよいことにより、製造が容易化される。

また、保護層３０の被覆厚さが液滴吐出側ほどテ―パ状に薄くなっていることにより、メニスカスの端部が形成される位置（保護層３０と撥インク性コーティング層４０との境界線上）が、保護層３０及び撥インク性コーティング層４０を設けないノズル１１ａ単体の場合に近くなるので、液滴（インク）の吐出安定性が良好である。

図４乃至図１４により前述した各実施形態において、液滴（インク）の吐出安定性は、メニスカスの端部が形成される位置（保護層３０と撥インク性コーティング層４０との境界線上）が、保護層３０及び撥インク性コーティング層４０を設けないノズル１１ａ単体の場合に近いほど優れている。最も吐出安定性が優れた実施形態は、保護層３０により酸化物層５０のノズル１１ａ内方に臨む断面を覆い撥インク性コーティング層４０の断面を覆わない態様（図４、図８、図１２）であり、次いで、撥インク性コーティング層４０のノズル１１ａの周囲部を、ノズル１１ａに向けてテーパ状に薄くした態様（図７、図１１、図１４）であり、次いで、撥インク性コーティング層４０により保護層３０のノズル１１ａ内の下断面を覆った態様（図６、図１０）であり、次いで、保護層３０により酸化物層５０の断面及び撥インク性コーティング層４０の断面を覆った態様（図５、図９、図１３）である。

また、図４乃至図１４により前述した各実施形態において、耐アルカリ性は、酸化物層５０が確実に覆われているほど優れている。最も耐アルカリ性が優れた実施形態は、保護層３０により酸化物層５０の断面及び撥インク性コーティング層４０の断面を覆った態様（図５、図９、図１３）であり、次いで、撥インク性コーティング層４０により保護層３０のノズル１１ａ内の下断面を覆った態様（図６、図１０）であり、次いで、撥インク性コーティング層４０のノズル１１ａの周囲部を、ノズル１１ａに向けてテーパ状に薄くした態様（図７、図１１、図１４）であり、次いで、保護層３０により酸化物層５０のノズル１１ａ内方に臨む断面を覆い撥インク性コーティング層４０の断面を覆わない態様（図４、図８、図１２）である。

なお、前述した各実施形態において、撥インク性コーティング層４０は、耐久性の観点から吐出用基板１１の下面全面に形成することが好ましいが、ノズル１１ａの吐出側開口の周囲部のみに形成してもよい。インクの吐出角度の曲がり等の問題を生じさせるのは、ノズル１１ａの吐出側開口の周囲部へのインクの付着だからである。

〔吐出用基板及び撥インク性コーティング層の製造方法〕
図１５は、本発明の吐出用基板の製造工程を示す工程図である。
以下、前述した各実施形態の吐出用基板の製造方法について説明する。

まず、図１５（ａ）に示すように、平板状の基材（吐出用基板の素材）１１ｂを、シリコン材料、あるいは、ステンレス、ニッケル又はその他の金属材料、ポリイミド樹脂材料又はその他の有機物材料により形成する（第１工程）。例えば、２５０μｍ程度の厚さの平板状の基材１１ｂを形成する。

次に、図１５（ｂ）に示すように、例えばシリコン材料からなる基材１１ｂに対して熱酸化処理を行い、全表面に酸化物層５０（ＳｉＯ_２膜）を形成する（第２工程）。酸化物層５０の厚さは、例えば、３０ｎｍ〜２００ｎｍである。

次に、図１５（ｃ）に示すように、基材１１ｂの上面にレジストパターンＲを形成し、ボッシュ法を用いたＤｅｅｐ−ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置により上面よりドライエッチングを行い、液体流路１１ｃを形成する（第３工程）。液体流路１１ｃの開口断面は円形で、内径は、例えば、２００μｍ〜４００μｍであり、高さは、例えば、１００μｍ〜２００μｍである。

次に、図１５（ｄ）に示すように、液体流路１１ｃ内面を保護するため、液体流路１１ｃ内及び上面（酸化物層５０上）に、例えばＳｉＯ_２膜を、ＣＶＤ法により形成する。

次に、図１５（ｅ）に示すように、基材１１ｂの下面にレジストパターンＲを形成し、ボッシュ法を用いたＤｅｅｐ−ＲＩＥ装置により下面よりドライエッチングを行い、ＳｉＯ_２膜をストッパ層とすることで、ノズル１１ａを形成する（第４工程）。なお、基材１１ｂをＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板として、その中間層をストッパ層として用いてもよい。ノズル１１ａの開口断面は円形で、内径は、例えば、１５μｍ〜３０μｍであり、高さ（長さ）は、例えば、１０μｍ〜５０μｍである。

ノズル１１ａは、基材１１ｂに対するレーザ加工によっても形成することができる。また、ノズル１１ａは、基材１１ｂに対するポンチ加工による穴開けの後に、穴周辺を研磨して形成することができる。ノズル１１ａをポンチ加工により形成する場合には、ステンレスからなる基材１１ｂを用いることが好ましい。ノズル１１ａの形成には、これらの何れの方法を採用してもよい。

次に、図１５（ｆ）に示すように、インク吐出面Ｐ以外の酸化物層５０をドライエッチングにより除去する（第５工程）。

次に、図１５（ｇ）に示すように、インク吐出面Ｐを保護して、保護層３０（Ｔａ_２Ｏ_３、ＴａＳｉＯなど）を、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）、スパッタ、ＰＥ−ＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）などにより蒸着する（第６工程）。保護層３０の厚さは、例えば、５０ｎｍ〜１００ｎｍである。

次に、図１５（ｈ）に示すように、インク吐出面ＰにＥＢ蒸着などにより撥インク性コーティング層４０を形成し、アッシング、ＵＶ照射などによって、余分な部分の撥インク性コーティング層４０を取り除く（第７工程）。

なお、保護層３０により酸化物層５０の断面及び撥インク性コーティング層４０の断面を覆う態様（図５、図９、図１３）の場合には、第６工程（図１５（ｇ））と第７工程（図１５（ｈ））との順序を入れ替え、保護層３０を撥インク性コーティング層４０よりも後に形成する。

〔液滴吐出装置〕
図１６は、本発明の液滴吐出装置の構成を示すブロック図である。

本発明に係るインクジェット記録装置は、図１６に示すように、前述したインクジェットヘッド１（図２参照）と、共通インク室７０内にインクを供給するインク供給手段１００と、インクジェットヘッド１の吐出動作を制御する制御部となる駆動回路１０２と、インクジェットヘッド１及び記録媒体１０１の相対位置を移動操作する移動操作機構１０４とを備えて構成される。

駆動回路１０２は、メモリ１０３から描画データを取得し、この描画データに基づいて、インクジェットヘッド１のアクチュエータ６５に駆動信号を供給する。駆動信号を供給されたアクチュエータ６５は、圧力室１３内のインクを、記録媒体１０１に向けてノズル１１ａから吐出させる。

また、駆動回路１０２は、インク供給手段１００を制御して、インクジェットヘッド１の共通インク室７０内にインクを供給させる。インク供給手段１００は、インクを貯留するインクタンク、インクタンクからインクジェットヘッド１に至る流路、流路中をインクジェットヘッド１に向けてインクを流すポンプを有している。駆動回路１０２は、ポンプを駆動させて、インクジェットヘッド１にインクを供給させる。

駆動回路１０２は、移動操作機構１０４を制御して、インクジェットヘッド１及び記録媒体１０１を相対移動操作させる。移動操作機構１０４は、記録媒体１０１を移動操作するための支持機構及び駆動機構と、インクジェットヘッド１を移動操作するための支持機構及び駆動機構とを有している。駆動回路１０２は、描画データに基づいて、駆動機構に駆動電流を供給して、インクジェットヘッド１及び記録媒体１０１を相対移動操作させる。

描画を行うときは、インクジェットヘッド１及び記録媒体１０１の相対移動方向は、主走査方向である。駆動回路１０２は、このように主走査をさせながら、複数のノズル１１ａから液滴を吐出させ、記録媒体１０１への描画データに基づく描画を行わせる。

次に駆動回路１０２は、描画を行わずに、副走査方向にインクジェットヘッド１及び記録媒体１０１を相対移動させる。このような副走査が終了すると、駆動回路１０２は、再び主走査及び描画を行う。このようにして、主走査及び描画と、副走査とが繰り返されることにより、記録媒体１０１上に、描画データに基づく画像が形成される。

本発明は、前述した各実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行ってもよい。

前述した実施形態において、液滴吐出装置は、インク以外の他の液体を吐出する液滴吐出装置であってもよい。また、ここでいう液体は、液滴吐出装置から吐出させることができるような材料であればよい。例えば、物質が液相であるときの状態のものであればよく、粘性の高い又は低い液状体、ゾル、ゲル水、その他の無機溶剤、有機溶剤、溶液、液状樹脂、液状金属（金属融液）のような流状体を含むものとする。また、物質の一状態としての液体のみならず、顔料や金属粒子などの固形物からなる機能材料の粒子が溶媒に溶解、分散又は混合されたものなども含むものとする。液体の代表的な例としては上記実施形態で説明したようなインクや液晶等が挙げられる。ここで、インクとは一般的な水性インク及び油性インク並びにジェルインク、ホットメルトインク等の各種液体組成物を包含するものとする。

液滴吐出装置の具体例としては、例えば、液晶ディスプレイ、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイ、面発光ディスプレイ、カラーフィルターの製造等に用いられる電極材や色材等の材料を分散又は溶解のかたちで含む液体を液滴にして吐出する液滴吐出装置がある。また、バイオチップ製造に用いられる生体有機物を吐出する液滴吐出装置、精密ピペットとして用いられ試料となる液体を吐出する液滴吐出装置等であってもよい。さらに、時計やカメラ等の精密機械にピンポイントで潤滑油を吐出する液滴吐出装置、光通信素子等に用いられる半球レンズ（光学レンズ）などを形成するために紫外線硬化樹脂等の透明樹脂液を基板上に吐出する液滴吐出装置であってもよい。また、基板などをエッチングするために酸又はアルカリ等のエッチング液を吐出する液滴吐出装置であってもよい。

インクジェットヘッド１の構成は、入口及び出口がそれぞれ設けられた複数の圧力室１３を有し、圧力室１３に対して圧電素子により圧力を付与して、圧力室１３の出口に連通するノズル１１ａからインクを吐出させる構成のものであれば、如何なる構成であってもよい。

また、上記各実施形態にあっては、インク吐出方向が上下方向と略平行となるように構成されたインクジェットヘッド１を示したが、インク吐出方向は如何なる方向であっても良く、例えば、傾斜方向や水平方向となるように構成してもよい。

さらに、その他、駆動回路１０２の制御内容や具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。加えて、今回開示された各実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１：インクジェットヘッド
１１：吐出用基板
１１ａ：ノズル
１１ｂ：基材
１１ｃ：液体流路
１３：圧力室
３０：保護層
４０：撥インク性コーティング層
５０：酸化物層
７０：共通インク室
１００：インク供給手段
１０１：記録媒体
１０２：駆動回路
１０４：移動操作機構
Ｐ：インク吐出面

Claims (12)

1. 液滴吐出ヘッドの構成部品である吐出用基板であって、
   前記液滴吐出ヘッドから吐出される液体が通過するノズルが形成された基材を有し、
   前記ノズル内の表面には、アルカリ耐性の高い保護層が形成され、
   前記基材の液滴吐出側の表面には、前記保護層よりも接触角が大きい撥液層が形成され、
   前記基材には、前記ノズルに連通し該ノズルよりも開口断面積が大きく、該ノズルから吐出される液体が通過する液体流路が形成されており、
   前記保護層は、前記ノズル内の表面から連続して前記液体流路内の表面を被覆しており、その被覆厚さが、前記液体流路内の表面よりも前記ノズル内の表面において薄くなっている吐出用基板。
2. 前記ノズル内の表面を被覆する前記保護層は、液滴吐出側ほどテ―パ状に薄くなっている請求項１記載の吐出用基板。
3. 液滴吐出ヘッドの構成部品である吐出用基板であって、
   前記液滴吐出ヘッドから吐出される液体が通過するノズルが形成された基材を有し、
   前記ノズル内の表面には、アルカリ耐性の高い保護層が形成され、
   前記基材の液滴吐出側の表面には、前記保護層よりも接触角が大きい撥液層が形成され、
   前記ノズル内の表面を被覆する前記保護層は、液滴吐出側ほどテ―パ状に薄くなっている吐出用基板。
4. 前記撥液層と前記基材との間に、酸化物層が形成されており、
   前記保護層は、前記酸化物層よりもアルカリ耐性が高い請求項１、２又は３記載の吐出用基板。
5. 前記保護層は、前記酸化物層の前記ノズル内に臨む断面を覆っている請求項４記載の吐出用基板。
6. 前記保護層は、前記酸化物層の断面とともに前記撥液層の前記ノズル内に臨む断面を覆っている請求項５記載の吐出用基板。
7. 前記酸化物層は、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、チタン（Ｔｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、レニウム（Ｒｅ）、イリジウム（Ｉｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）、カーボン（Ｃ）の少なくとも一つの酸化物からなる請求項４、５又は６記載の吐出用基板。
8. 前記保護層は、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ニオビウム（Ｎｂ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、モリブテン（Ｍｏ）、バナジウム（Ｖ）、ランタン（Ｌａ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、イットリウム（Ｙ）、プラチナ（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、レニウム（Ｒｅ）、イリジウム（Ｉｒ）、セリウム（Ｃｅ）、アルミニウム（Ａｌ）の少なくとも一つの酸化物、窒化物、窒酸化物、ケイ酸塩（シリケート）又はシリサイド、或いは、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、又は、感光性エポキシ樹脂からなる請求項１〜７の何れかに記載の吐出用基板。
9. 前記撥液層は、少なくとも、アルコキシシリル基又はホスホン酸基と、パーフルオロアルキル基又はパーフルオロポリエーテル基とを有する混合物からなる請求項１〜８の何れかに記載の吐出用基板。
10. 前記基材は、シリコン（Ｓｉ）、ステンレス、ニッケル（Ｎｉ）、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、又は、ポリエチレンテレフタレート樹脂からなる請求項１〜９の何れかに記載の吐出用基板。
11. 共通液体室と、
    前記共通液体室内の液体が供給されるとともに、駆動信号が供給され、供給された液体に前記駆動信号に応じて圧力を印加する複数の圧力室と、
    請求項１〜１０の何れかに記載の吐出用基板とを備え、
    前記圧力室において圧力が印加された液体が前記吐出用基板の前記ノズルを経て吐出される液滴吐出ヘッド。
12. 請求項１１記載の液滴吐出ヘッドと、
    前記液滴吐出ヘッドの前記共通液体室に前記液体を供給する液体供給手段と、
    描画データに応じた駆動信号を前記液滴吐出ヘッドの圧力室に供給する駆動回路と、
    前記液滴吐出ヘッドから吐出される前記液体が付着する記録媒体の、該液滴吐出ヘッドに対する相対位置を移動操作する移動操作機構とを備えた液滴吐出装置。

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