JP7461184B2 - インクジェットヘッド及びインクジェットプリンタ - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、インクジェットヘッド及びインクジェットプリンタに関する。

圧電部材のせん断変形を利用してノズルからインク滴を吐出させる、所謂、せん断モード型インクジェットヘッド構造を有するインクジェットプリンタが知られている。このような構造では、例えば、ノズルが設けられたノズルプレートと、インクを保持する圧力室を形成する圧電部材とを、ノズルと圧力室とが連通するように接合する。これら微細部品の接合には、例えば、接着剤が用いられる。

特開２００７－２２３１７３号公報 特開２００６－１９２６６９号公報

本発明が解決しようとする課題は、圧電部材とノズルプレートとの間から接着剤がはみ出すことに起因したノズルの閉塞を生じ難くすることにある。

実施形態によれば、隙間を隔てて厚さ方向に並んだ複数のチャネル壁を含み、前記チャネル壁間の前記隙間を、インクを保持する圧力室として有する圧電部材と、一方の主面が前記複数のチャネル壁の端面と向き合うように設置されたノズルプレート基材であって、前記圧力室と連通し、前記インクを吐出するノズルが設けられたノズルプレート基材と、前記主面のうち前記圧力室に隣接した領域上に設けられた第１撥液膜と、前記主面と前記複数のチャネル壁の前記端面との間に介在した接着層とを備え、前記ノズルの側壁では前記ノズルプレート基材の材料が露出しているインクジェットヘッドが提供される。

図１は、実施形態に係るインクジェットヘッドを示す斜視図である。 図２は、実施形態に係るインクジェットヘッドを構成するアクチュエータ板、フレーム及びノズルプレートを示す分解斜視図である。 図３は、実施形態に係るインクジェットヘッドの部分切断上面図である。 図４は、図３に示すインクジェットヘッドの一部の、Ｙ軸に垂直な平面に沿った断面図である。 図５は、撥液膜の一例を示す模式図である。 図６は、図１乃至図４に示すノズルヘッドの製造における第１工程を示す断面図である。 図７は、図１乃至図４に示すノズルヘッドの製造における第２工程を示す断面図である。 図８は、図１乃至図４に示すノズルヘッドの製造における第３工程を示す断面図である。 図９は、図１乃至図４に示すノズルヘッドの製造における第４工程を示す断面図である。 図１０は、図１乃至図４に示すノズルヘッドの製造における第５工程を示す断面図である。 図１１は、図１乃至図４に示すノズルヘッドの製造における第５工程を示す下面図である。 図１２は、図１乃至図４に示すノズルヘッドの製造における第６工程を示す断面図である。 図１３は、実施形態に係るインクジェットプリンタを示す模式図である。

以下、実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同様又は類似した機能を発揮する構成要素には全ての図面を通じて同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

１．インクジェットヘッド
１－１．構成
実施形態に係るインクジェットヘッドは、
隙間を隔てて厚さ方向に並んだ複数のチャネル壁を含み、前記チャネル壁間の前記隙間を、インクを保持する圧力室として有する圧電部材と、
一方の主面が前記複数のチャネル壁の端面と向き合うように設置されたノズルプレート基材であって、前記圧力室と連通し、前記インクを吐出するノズルが設けられたノズルプレート基材と、
前記主面のうち前記圧力室に隣接した領域上に設けられた第１撥液膜と、
前記主面と前記複数のチャネル壁の前記端面との間に介在した接着層と
を備えている。

以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。
図１は、実施形態に係る、インクジェットプリンタのヘッドキャリッジに搭載して使用するオンデマンド型のインクジェットヘッド１を示す斜視図である。以下の説明では、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる直交座標系を用いる。図中の矢印の指し示す方向を便宜上プラス方向とする。Ｘ軸方向は印刷幅方向に対応する。Ｙ軸方向は記録媒体が搬送される方向に対応する。Ｚ軸プラス方向は記録媒体に対向する方向である。

図１を参照して概略的に説明すると、インクジェットヘッド１は、インクマニホールド１０、アクチュエータ板２０、フレーム４０及びノズルプレート５０を備えている。

アクチュエータ板２０は、Ｘ軸方向を長手方向とする矩形をなしている。アクチュエータ板２０の材料としては、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）及びチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）等が挙げられる。

アクチュエータ板２０は、インクマニホールド１０の開口端を塞ぐようにインクマニホールド１０の上に重ねられている。インクマニホールド１０は、インク供給管１１及びインク戻し管１２を介してインクカートリッジに接続される。

アクチュエータ板２０上には、フレーム４０が取り付けられている。フレーム４０上には、ノズルプレート５０が取り付けられている。ノズルプレート５０には、Ｘ軸方向に各々が延び、Ｙ軸方向に配列した２つの列を形成するように、複数のノズルＮが所定の間隔をあけて設けられている。

図２は、実施形態に係るインクジェットヘッドを構成するアクチュエータ板２０、フレーム４０及びノズルプレート５０の分解斜視図である。図３は、実施形態に係るインクジェットヘッドの部分切断上面図である。図４は、図３に示すインクジェットヘッドの一部の、Ｙ軸に垂直な平面に沿った断面図である。
このインクジェットヘッド１は、所謂、せん断モードシェアードウォールのサイドシュータ型である。なお、ここで説明する技術は、エンドシュータ型のインクジェットヘッドに適用することも可能である。

図２及び図３に示すように、アクチュエータ板２０には、Ｙ軸方向の中央部で列を形成するように、複数のインク供給口２１がＸ軸方向に沿って間隔をあけて設けられている。また、アクチュエータ板２０には、インク供給口２１の列に対してＹ軸プラス方向及びＹ軸マイナス方向に離間した位置においてそれぞれ列を形成するように、複数のインク排出口２２がＸ軸方向に沿って間隔をあけて設けられている。

中央のインク供給口２１の列と一方のインク排出口２２の列との間には、複数の圧電部材３０が設けられている。これら圧電部材３０は、Ｘ軸方向に延びた列を形成している。また、中央のインク供給口２１の列と他方のインク排出口２２の列との間にも、複数の圧電部材３０が設けられている。これら圧電部材３０も、Ｘ軸方向に延びた列を形成している。

複数の圧電部材３０からなる列の各々は、図４に示すように、アクチュエータ板２０上に積層された第１圧電体３０１及び第２圧電体３０２で構成されている。第１圧電体３０１及び第２圧電体３０２の材料としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）等が挙げられる。第１圧電体３０１及び第２圧電体３０２は、厚さ方向に沿って互いに逆向きに分極されている。

第１圧電体３０１及び第２圧電体３０２からなる積層体には、Ｙ軸方向に各々が延び、Ｘ軸方向に配列した複数の溝が設けられている。これら溝は、第２圧電体３０２側で開口しており、第２圧電体３０２の厚さよりも大きな深さを有している。以下、この積層体のうち、隣り合った溝に挟まれた部分は、チャネル壁Ｗである。これらチャネル壁Ｗは、隙間を隔てて厚さ方向に並んでいる。ここでは、これらチャネル壁Ｗは、Ｙ軸方向に各々が延び、Ｘ軸方向に配列している。

圧電部材３０は、後述するノズルＮと連通する位置に圧力室３２を形成し、圧力室３２内の圧力を変化させて圧力室３２内のインクを吐出させる。なお、インクが流通する圧力室３２は、隣り合った２つのチャネル壁Ｗの間の隙間、即ち溝内の空間である。圧力室３２の幅、ここでは、圧力室３２のＸ軸方向に沿った寸法は、好ましくは２０μｍ以上１００μｍ以下の範囲内にあり、より好ましくは、５０μｍ以上８０μｍ以下の範囲内にある。

圧力室３２を取り囲む側壁及び底には、電極３３が形成されている。即ち、圧電部材３０のうち、圧力室３２と隣接した部分には、電極３３が形成されている。これら電極３３は、Ｙ軸方向に沿って延びた配線パターン３１に接続されている。電極３３は、圧電部材３０に駆動パルスを印加する。

後述するフレキシブルプリント基板との接続部を除き、電極３３及び配線パターン３１を含むアクチュエータ板２０の表面には、電極保護膜３４が形成されている。電極保護膜３４は、絶縁性を有する。電極保護膜３４は、例えば、複数層の無機絶縁膜及び有機絶縁膜を含む。電極保護膜３４は、例えば、後述する第１撥液膜５０３と比較して撥液性が低い。換言すれば、インクは、第１撥液膜５０３と比較して、電極保護膜３４に対してより高い親和性を示す。電極保護膜３４は省略してもよい。

ノズルプレート５０は、図４に示すように、ノズルプレート基材５０１と、第１撥液膜５０３と、第２撥液膜５０２とを含んでいる。

ノズルプレート基材５０１は、例えば、ポリイミドフィルムなどの樹脂フィルムからなる。
ノズルプレート基材５０１は、第１主面と、その裏面である第２主面とを有している。第１主面は、圧電部材３０と向き合う面である。第２主面は、記録媒体と向き合う媒体対向面、即ち、ノズルＮからインクを吐出する吐出面である。ここでは、第１及び第２主面は平滑な面である。ノズルプレート基材５０１は、第１主面がチャネル壁Ｗの端面と向き合うように設置されている。後述するように、第１主面は、ノズルＮの一方の開口が位置した第１領域と、第１領域を取り囲んだ第２領域と、第２領域を間に挟んで第１領域と隣り合った第３領域とを含んでいる。

第１撥液膜５０３は、第２領域上に設けられている。第１撥液膜５０３は、第１及び第３領域上には設けられていない。第１撥液膜５０３は、例えば、フッ素化合物を含む膜である。このフッ素化合物については、後で詳述する。

第２撥液膜５０２は、第２主面上に設けられている。第２撥液膜５０２は、例えば、フッ素化合物を含む膜である。第２撥液膜５０２の材料は、第１撥液膜５０３の材料と同一であってもよく、異なっていてもよい。第２撥液膜５０２は、省略することができる。但し、第２撥液膜５０２を設けると、ノズルプレート５０の媒体対向面へのインクの付着を生じ難くすることができる。

ノズルＮの側壁では、ノズルプレート基材５０１の材料が露出していることが好ましい。ノズルＮの側壁が撥液膜で覆われると、適正なメニスカスを生じさせることが難しくなり、吐出が不安定になる可能性がある。

フレーム４０は、図２及び図３に示すように、開口部を有している。この開口部は、アクチュエータ板２０よりも小さく、且つ、アクチュエータ板２０のうち、インク供給口２１、圧電部材３０、及びインク排出口２２が設けられた領域よりも大きい。フレーム４０は、例えばセラミックスからなる。フレーム４０は、図示しない接着層によりアクチュエータ板２０に接合されている。フレーム４０は省略してもよい。

ノズルプレート５０は、フレーム４０の開口部よりも大きい。ノズルプレート５０は、図示しない接着層によりフレーム４０に接合されている。

ノズルプレート５０（又はノズルプレート基材５０１）には、記録媒体へ向けてインクを吐出する複数のノズルＮが設けられている。これらノズルＮは、圧力室３２に対応して２つの列を形成している。ノズルＮは、媒体対向面から圧力室３２の方向に進むに従って径が大きくなっている。ノズルＮの寸法は、インクの吐出量に応じて所定の値に設定される。ノズルＮは、例えば、エキシマレーザを用いたレーザ加工を施すことによって形成することができる。

アクチュエータ板２０、フレーム４０及びノズルプレート５０は、図１に示すように一体化されており、中空構造を形成している。アクチュエータ板２０、フレーム４０及びノズルプレート５０によって囲まれた領域は、インク流通室である。インクは、インクマニホールド１０からインク供給口２１を通してインク流通室に供給され、圧力室３２を通過し、余剰のインクがインク排出口２２からインクマニホールド１０へ戻るように循環する。インクの一部は、圧力室３２を流れる間にノズルＮから吐出されて印刷に用いられる。

配線パターン３１には、アクチュエータ板２０上であってフレーム４０の外側の位置でフレキシブルプリント基板６０が接続されている。フレキシブルプリント基板６０には、圧電部材３０を駆動する駆動回路６１が搭載されている。

ノズルプレート５０のノズルプレート基材５０１は、接着層７０を介して圧電部材３０と接合されている。接着層７０は、圧電部材３０とノズルプレート基材５０１との間に介在している。接着層７０は、チャネル壁Ｗの端面３０２１とノズルプレート基材５０１の第３領域との間に位置している。

接着層７０は、エポキシ系接着剤などの接着剤からなる。接着層７０は、フッ素化合物を含んでいない。

１－２．撥液膜
上記のインクジェットヘッド１では、第１撥液膜５０３及び第２撥液膜５０２にフッ素化合物を使用することができる。フッ素化合物は、以下に説明する構造を有していることが好ましい。

図５は、第１撥液膜の一例を示す模式図である。
図５に示す第１撥液膜５０３は、フッ素化合物の単分子層である。このフッ素化合物は、結合部位５０３１とスペーサ連結基５０３２とパーフルオロアルキル基５０３３とを含んでいる。このフッ素化合物は、一方の末端に結合部位５０３１を有し、他方の末端にパーフルオロアルキル基（末端パーフルオロアルキル基）５０３３を有し、それらの間にスペーサ連結基５０３２を有している直鎖状分子である。

結合部位５０３１は、例えば、ノズルプレート基材５０１の表面に存在している官能基との反応によってノズルプレート基材５０１と結合した部位である。

第１撥液膜５０３の原料としてのフッ素化合物は、例えば、結合部位５０３１に相当する部位に反応性官能基を含んでいる。この場合、反応性官能基がノズルプレート基材５０１の表面に存在している官能基と反応することによって、結合部位５０３１はノズルプレート基材５０１と結合する。反応性官能基は、例えば、ヒドロキシ基、エポキシ基、アミノ基、メタクリル基、ビニル基などの不飽和炭化水素基、又はメルカプト基である。ノズルプレート基材５０１の表面に存在している官能基は、例えば、ヒドロキシ基、エステル結合、アミノ基、又はチオール基である。

或いは、第１撥液膜５０３の原料としてのフッ素化合物は、結合部位５０３１に相当する部位がアルコキシシリル基を含んでいる。この場合、アルコキシシリル基の加水分解によって生じたシラノール基が、ノズルプレート基材５０１の表面に存在しているヒドロキシ基などの官能基と反応することによって、結合部位５０３１はノズルプレート基材５０１と結合することができる。

或いは、第１撥液膜５０３の原料としてのフッ素化合物は、結合部位５０３１に相当する部位が、アルコキシシリル基と他の反応性官能基とを含んでいる。ここで、他の反応性官能基は、例えば、ヒドロキシ基、エポキシ基、アミノ基、メタクリル基、ビニル基などの不飽和炭化水素基、又はメルカプト基である。この場合、例えば、他の反応性官能基をノズルプレート基材５０１の表面に存在している官能基と反応させることによって、結合部位５０３１をノズルプレート基材５０１と結合させることができる。また、アルコキシシリル基の加水分解によって生じたシラノール基を脱水縮合させることにより、フッ素化合物に分子間結合を生じさせることができる。

ノズルプレート基材５０１上で隣り合ったフッ素化合物は、結合部位５０３１が相互に結合している。一例によれば、結合部位５０３１は、反応性官能基とスペーサ連結基５０３２との間に１以上のシリコン原子を更に含み、ノズルプレート基材５０１上で隣り合ったフッ素化合物は、結合部位５０３１がシロキサン結合（Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ）によって相互に結合している。

末端パーフルオロアルキル基５０３３は、例えば、直鎖状のパーフルオロアルキル基である。末端パーフルオロアルキル基５０３３の炭素数は、例えば、３乃至７（Ｃ３乃至Ｃ７）の範囲内で選択することができる。末端パーフルオロアルキル基５０３３は、ノズルプレート基材５０１の垂線方向に沿って直立していることが好ましい。

スペーサ連結基５０３２は、結合部位５０３１に末端パーフルオロアルキル基５０３３を連結している。スペーサ連結基５０３２が存在すると、末端パーフルオロアルキル基５０３３がノズルプレート基材５０１の垂線方向に沿って直立した構造をとるのに有利になる。スペーサ連結基５０３２は、例えば、パーフルオロポリエーテル基である。

このような第１撥液膜５０３の原料としては、例えば、下記一般式（１）又は（２）で表されるフッ素化合物を使用することができる。

一般式（１）及び（２）において、ｐは１乃至５０の自然数であり、ｎは１乃至１０の自然数である。
このような第１撥液膜５０３は、例えば、１０ｎｍ程度の厚さを有する。

図５に示す第１撥液膜５０３は、例えば、以下のようにして得られる。なお、ここでは、一例として、第１撥液膜５０３の原料としてのフッ素化合物は、結合部位に相当する部位にアルコキシシリル基を含んでいるとする。

ノズルプレート基材５０１は、上述したように、例えば、ポリイミドフィルムなどの樹脂フィルムからなる。この場合、ノズルプレート基材５０１は、その表面にフッ素化合物との結合に必要なヒドロキシ基を殆ど有していない。そのため、第１撥液膜５０３の形成に先立ち、ノズルプレート基材５０１に以下のような前処理を行うことが好ましい。

例えば、ノズルプレート基材５０１の第１主面に対して、アルゴン－酸素混合ガス中でイオンプラズマ処理を施し、表面の改質を行う。イオンプラズマ処理は、例えば、以下のように行なう。即ち、ノズルプレート基材５０１を真空チャンバ内に設置し、チャンバ内の空気を真空引きする。そして、ノズルプレート基材５０１を取り巻く雰囲気をアルゴン－酸素混合ガスへと切替え、その後、プラズマを発生させる。

酸素を含んだ雰囲気中でイオンプラズマ処理を行なうことで、ノズルプレート基材５０１の表面を、ヒドロキシ基で修飾する。これに加えて、アルゴンを含んだ雰囲気中でイオンプラズマ処理を行なうことで、ノズルプレート基材５０１の表面に付着しているゴミを除去する。

イオンプラズマ処理は、好ましくは、酸素濃度が５０体積％以下のアルゴン－酸素混合ガス中で行い、より好ましくは、酸素濃度が２０乃至５０体積％の範囲内にあるアルゴン－酸素混合ガス中で行う。なお、酸素濃度が大きすぎる場合、ノズルプレート基材５０１の表面が損傷し、表面荒れを生じる虞がある。ノズルプレート基材５０１に表面荒れが生じた場合、第１撥液膜５０３との結合が不十分となる虞がある。

イオンプラズマ処理は、１００秒以上行なうことが好ましく、２００秒以上行うことがより好ましい。プラズマ照射時間が短すぎる場合、ノズルプレート基材５０１への表面修飾が十分に行われない虞がある。

次に、上述したフッ素化合物をノズルプレート基材５０１の表面に供給する。この供給は、例えば、真空蒸着法などの気相堆積法によって行う。

次いで、ノズルプレート基材５０１の表面へと供給したフッ素化合物のアルコキシシリル基を加水分解させる。
フッ素化合物のアルコキシシリル基が加水分解すると、シラノール基が生成する。このシラノール基と、ノズルプレート基材５０１の第１主面に存在しているヒドロキシ基とは、脱水縮合を起こす。こうして、ノズルプレート基材５０１とフッ素化合物とが、結合部位５０３１が含んでいるシリコン原子によるシロキシ基（Ｓｉ－Ｏ－）を介して結合する。また、隣り合ったフッ素化合物は、結合部位５０３１のシリコン原子同士がシロキサン結合（Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ）によって相互に結合する。

結合部位５０３１のシリコン原子には、スペーサ連結基５０３２であるパーフルオロポリエーテル基を介して末端パーフルオロアルキル基５０３３が結合している。スペーサ連結基５０３２は、上記の通り、末端パーフルオロアルキル基５０３３をノズルプレート基材５０１の垂線方向に沿って直立させる機能を有する。
従って、以上のようにして、図５に示す第１撥液膜５０３が得られる。

或いは、第１撥液膜５０３の原料として、例えば、下記一般式（３）で表されるように、結合部位５０３１となるべき部位が、アルコキシシリル基とヒドロキシ基などの反応性官能基とを有しているフッ素化合物、好ましくは、結合部位５０３１となるべき部位が複数のアルコキシシリル基と１つの反応性官能基と有しているフッ素化合物を使用することもできる。

一般式（３）において、ｐは１乃至５０の自然数であり、ｎは１乃至１０の自然数である。
このような第１撥液膜５０３も、例えば、１０ｎｍ程度の厚さを有する。

結合部位５０３１となるべき部位がアルコキシシリル基とヒドロキシ基とを有しているフッ素化合物を使用した場合、図５に示す第１撥液膜５０３は、例えば、以下のようにして得られる。

先ず、上述したのと同様の方法により、ノズルプレート基材５０１に前処理を行う。上記のフッ素化合物を、上述したのと同様の方法により、ノズルプレート基材５０１の表面に供給する。

次いで、ノズルプレート基材５０１の表面に存在しているヒドロキシ基とフッ素化合物のヒドロキシ基との脱水縮合を生じさせる。これにより、フッ素化合物をノズルプレート基材５０１に結合させる。

その後、フッ素化合物のアルコキシシリル基を加水分解させる。そして、隣り合ったフッ素化合物間で、シラノール基の脱水縮合を生じさせる。これにより、フッ素化合物の分子間結合を形成する。
以上のようにして、図５に示す第１撥液膜５０３を得る。

この方法では、フッ素化合物の分子間結合の形成に先立って、フッ素化合物をノズルプレート基材５０１へ結合させる。それ故、この方法は、末端パーフルオロアルキル基５０３３がノズルプレート基材５０１の垂線方向に沿って直立した構造を得るうえで有利である。

この第１撥液膜５０３では、末端パーフルオロアルキル基５０３３が主として撥液性を発揮する。そして、図５に示す構造では、末端パーフルオロアルキル基５０３３がノズルプレート基材５０１の垂線方向に沿って直立している。ＣＦ_３基は、ＣＦ_２基よりも撥液性への寄与が大きい。また、アルゴン－酸素混合ガス中でイオンプラズマ処理を施されたノズルプレート基材５０１の表面には、フッ素化合物が高い密度で結合している。即ち、第１撥液膜５０３の表面には、ＣＦ_２基よりも撥液性への寄与が大きいＣＦ_３基が、高い密度で存在している。従って、第１撥液膜５０３は、高い撥液性を発揮する。

また、このような第１撥液膜５０３では、隣り合ったフッ素化合物は、結合部位５０３１同士が結合している。それ故、第１撥液膜５０３は、その表面を繰り返し擦っても、膜の破壊や剥離を生じ難い。そして、このような第１撥液膜５０３は、その表面を繰り返し擦っても、末端パーフルオロアルキル基５０３３は横方向に揺れるだけで、撥液膜５０３の表面からなくなることはない。従って、第１撥液膜５０３は、その表面を繰り返し擦ったとしても、撥液性の劣化を招くことがない。

更に、上述したフッ素化合物から得られる膜は、紫外線照射により、照射部においてフッ素化合物の分解を生じさせることができる。一例によれば、上述したフッ素化合物から得られた膜に紫外線を照射すると、その照射部において、フッ素化合物の酸素原子を含んだ結合、例えばＣ－Ｏ結合が切断される。それ故、照射部において、フッ素の量を低減することができる。例えば、照射部において、フッ素の量をほぼゼロにすることができる。その結果、照射部では、撥液性が大幅に低下する。従って、第１撥液膜５０３は、例えば、上述したフッ素化合物から得られる膜を連続膜として形成し、その後、この膜を紫外線でパターン露光することにより得ることができる。

なお、撥液膜が上記の構造を有しているか否かの判断には、Ｘ線光電子分光分析（ＸＰＳ）法による分析を利用することができる。

上記の第１撥液膜５０３を、ＸＰＳ法によって分析すると、ＣＦ_２基のピーク、ＣＦ_３基のピーク及びＣＦ_３基よりも結合エネルギーが高いＣＦ_３＋δ基のピークが検出される。

ＸＰＳの原理は、以下の通りである。
物質に数ｋｅＶ程度の軟Ｘ線を照射すると、原子軌道の電子が光エネルギーを吸収し、光電子として外にたたき出される。束縛電子の結合エネルギーＥ_ｂと、光電子の運動エネルギーＥ_ｋとの間には、下記の関係がある。
Ｅ_ｂ＝ｈν－Ｅ_ｋ－ψ_ｓｐ
ここで、ｈνは入射Ｘ線のエネルギー、ψ_ｓｐは分光器の仕事関数である。

このため、Ｘ線のエネルギーが一定（即ち単一波長）であれば、光電子の運動エネルギーＥ_ｋに基づいて電子の結合エネルギーＥ_ｂを求めることができる。電子の結合エネルギーＥ_ｂは元素によって固有なので、元素分析を行うことができる。また、結合エネルギーのシフトは、その元素の化学結合状態や価電子状態（酸化数など）を反映しているため、構成元素の化学結合状態を調べることができる。

なお、「ＣＦ_３＋δ基」のピークとは、隣接する末端パーフルオロアルキル基のＣＦ_３基が重なり合うことでＣＦ_３基よりも大きな結合エネルギーを有しているかの如く検出されるピークである。即ち、ＣＦ_３＋δのピークの出現は、フッ素化合物が高い密度でノズルプレート基材５０１に結合していること、特には、撥液膜の表面近傍にＣＦ_３基が高い密度で存在していることを意味している。

ＣＦ_２基のピーク面積を１としたとき、ＣＦ_３基のピーク面積の比率は、例えば０．１乃至０．３である。この比率は、末端パーフルオロアルキル基５０３３の炭素原子数が３である場合には約０．３である。また、この比率は、末端パーフルオロアルキル基５０３３の炭素原子数が７に近づくほど、０．１に近くなる。

１－３．インクの吐出
以下、図３及び図４を参照しながら圧電部材３０の動作を説明する。ここでは、中央の圧力室３２の両隣にも、圧力室３２が形成されているものとして動作を説明する。なお、隣り合う３つの圧力室３２に対応する電極３３をそれぞれ電極Ａ、Ｂ及びＣとし、中央の圧力室３２に対応した電極３３は、電極Ｂであるとする。

ノズルＮからインクを吐出させるには、先ず、例えば、中央の電極Ｂに、両隣の電極Ａ及びＣの電位よりも高い電位の電圧パルスを印加して、チャネル壁Ｗに直交する方向に電界を生じさせる。こうして、チャネル壁Ｗをせん断モードで駆動させ、中央の圧力室３２を挟む一対のチャネル壁Ｗを、中央の圧力室３２が拡張するように変形させる。

次に、両隣の電極Ａ及びＣに、中央の電極Ｂの電位よりも高い電位の電圧パルスを印加して、チャネル壁Ｗに直交する方向に電界を生じさせる。こうして、チャネル壁Ｗをせん断モードで駆動させ、中央の圧力室３２を挟む１対のチャネル壁Ｗを、中央の圧力室３２が縮小するように変形させる。この動作により、中央の圧力室３２内のインクに圧力を加え、この圧力室３２に対応するノズルＮからインクを吐出させて記録媒体に着弾させる。このように、このインクジェットヘッド１では、圧電部材３０をアクチュエータとして利用して、ノズルＮからインクを吐出させる。

このインクジェットヘッド１を用いた印刷プロセスでは、例えば、全てのノズルＮを３つの群に分けて、上述した駆動操作を時分割制御して３サイクル行い、記録媒体への印刷を行う。

１－４．製造方法
実施形態に係るインクジェットヘッドの製造方法は、
隙間を隔てて厚さ方向に並んだ複数のチャネル壁を含み、前記チャネル壁間の前記隙間を、インクを保持する圧力室として有する圧電部材を準備することと、
前記複数のチャネル壁の端面が接合されるべきノズルプレート基材の一方の主面上に第１撥液膜を形成することと、
前記撥液膜のうち前記複数のチャネル壁の前記端面に対応した部分へ向けて紫外線を照射して、前記紫外線を照射した領域で撥液性を低下させることと、
前記領域に接着剤を供給することと、
前記圧力室に対応した位置で前記ノズルプレート基材にノズルを形成することと、
前記領域に前記接着剤を介して前記複数のチャネル壁の前記端面を接合させることと
を含む。

この方法において、前記第１撥液膜は、例えば、前記ノズルプレート基材と結合した結合部位と、末端パーフルオロアルキル基とを含んだ化合物からなる。

この方法は、ノズルプレート基材の他方の主面上に第２撥液膜を形成することを更に含むことができる。前記第２撥液膜は、例えば、前記部分への紫外線の照射後に形成する。

前記ノズルは、例えば、第１撥液膜を形成した後に行う。前記第２撥液膜を形成する場合、前記ノズルは、例えば、前記第１撥液膜及び前記第２撥液膜を形成した後に行う。

以下に、図１乃至図４に示すインクジェットヘッド１の製造方法を説明する。
先ず、図２及び図３に示すようにアクチュエータ板２０上に圧電部材３０などが設けられた構造を、従来公知の方法によって形成する。次に、図２に示すフレーム４０を、アクチュエータ板２０の上面に接着層を介して取り付ける。

その一方で、図１乃至図４に示すノズルプレート５０を準備する。そして、ノズルプレート５０を、図２に示すフレーム４０の上面及び図２乃至図４に示す圧電部材３０の上面に、図４に示す接着層７０を介して取り付ける。

ノズルプレート５０の製造並びにそのフレーム４０及び圧電部材３０への取り付けは、例えば、図６乃至図１２を参照しながら以下に説明する方法により行う。

図６乃至図１０は、それぞれ、図１乃至図４に示すノズルヘッドの製造における第１乃至第５工程を示す断面図である。図１１は、図１乃至図４に示すノズルヘッドの製造における第５工程を示す下面図である。図１２は、図１乃至図４に示すノズルヘッドの製造における第６工程を示す断面図である。

この方法では、先ず、図６に示すように、ノズルＮが設けられていないノズルプレート基材５０１を準備する。そして、ノズルプレート基材５０１の第１主面に、上述した方法により、連続膜としての第１撥液膜５０３を形成する。

次に、図７に示すように、第１撥液膜５０３の上方に、フォトマスク９０を設置する。フォトマスク９０のうち、第３領域に対応した部分は紫外線を透過させ、他の部分は紫外線を遮る。

フォトマスク９０は、第１撥液膜５０３から離間させてもよく、第１撥液膜５０３と接触させてもよい。上記の通り、第１撥液膜５０３は耐擦過性に優れている。従って、フォトマスク９０を第１撥液膜５０３と接触させても、第１撥液膜５０３の損傷は生じない。

次いで、フォトマスク９０を介して、第１撥液膜５０３を紫外線で露光する。紫外線としては、例えば、波長が２００ｎｍ以下のものを使用する。ここで使用する紫外線は、波長が１７２乃至１８５ｎｍの範囲内にあることが好ましい。また、この紫外線露光は、照射部の露光量が１０乃至１００ｍＷ／ｍ^２の範囲内になるように行うことが好ましい。

上記の通り、照射部では、フッ素化合物の分解を生じ、フッ素の量が減少する。例えば、照射部では、フッ素の量はほぼゼロになる。その結果、図８に示すように、照射部の位置で開口した第１撥液膜５０３が得られる。なお、一例によれば、照射部には、フッ素化合物の分解生成物は残留しない。他の例によれば、照射部には、フッ素化合物の分解生成物、例えば、シリコンを含有した化合物が残留する。

照射部でフッ素の量が減少すると、照射部と非照射部との間で撥液性に相違を生じる。一例によれば、非照射部での純水の接触角は１１０°であったのに対し、照射部での純水の接触角は８０°であった。

次に、図９に示すように、ノズルプレート基材５０１の第２主面に、連続膜としての第２撥液膜５０２を形成する。そのような第２撥液膜５０２は、例えば、連続膜としての第１撥液膜５０３について上述したのと同様の方法により形成することができる。

次いで、ノズルプレート基材５０１に対してレーザ加工を施して、ノズルＮを形成する。ノズルプレート基材５０１に対してレーザ加工に伴い、ノズルプレート基材５０１に貫通孔が形成されるのに加え、その貫通孔の位置で、第１撥液膜５０３及び第２撥液膜５０２も開口する。以上のようにして、図１０及び図１１に示すノズルプレート５０を得る。

なお、図１０及び図１１において、第１領域ＡＡは、ノズルプレート基材５０１の第１主面のうち、ノズルＮの一方の開口が位置した領域である。また、第２領域ＡＢは、ノズルプレート基材５０１の第１主面のうち、第１領域ＡＡを取り囲んだ領域である。そして、第３領域ＡＣは、ノズルプレート基材５０１の第１主面のうち、第２領域ＡＢを間に挟んで第１領域ＡＡと隣り合った領域である。

第１領域ＡＡは、第１撥液膜５０３によって覆われていない。第１領域ＡＡは、ノズルＮの第１主面における開口と略相似した形状を有している。また、第１領域ＡＡは、ノズルＮの第１主面における開口以上の寸法、例えば、ノズルＮの第１主面における開口よりも大きな寸法を有している。

第２領域ＡＢは、第１撥液膜５０３よって覆われている。第２領域ＡＢは、一方向、ここではＹ軸方向に伸びた形状を有している。第２領域ＡＢは、ノズルＮの位置で開口している。第２領域ＡＢの幅は、図４に示す圧力室３２の幅とほぼ等しい。

第３領域ＡＣは、第１撥液膜５０３によって覆われていない。第３領域ＡＣは、第２領域ＡＢの長さ方向に伸びた形状を有している。第３領域ＡＣの幅は、隣り合った圧力室３２間の距離とほぼ等しい。

その後、図１２に示すように、ノズルプレート５０に、液状の接着剤７０１を塗布する。例えば、液状の接着剤を第３領域ＡＣに印刷する。液状の接着剤７０１は、第１撥液膜５０３によって弾かれるため、第１領域ＡＡまで広がることはない。

液状の接着剤７０１は、ノズルプレート５０の第１撥液膜５０３側の面全体に、例えばスピンコートにより塗布してもよい。この場合、ノズルＮへ接着剤７０１が供給されるのを防ぐために、ノズルＮを形成するためのレーザ加工は、接着剤７０１の塗布後に行ってもよい。

次いで、ノズルプレート５０とフレーム４０と圧電部材３０とを、第１撥液膜５０３が圧電部材３０の電極保護膜３４が設けられた面と向き合い、フレーム４０がノズルプレート５０と圧電部材３０との間に介在し、ノズルＮと圧力室３２とが連通するように重ね合わせる。次いで、これを、厚さ方向に加圧した状態で加熱する。これにより、接着剤７０１が硬化してなる接着層７０を形成する。そして、これとともに、接着層７０を介して、ノズルプレート５０とフレーム４０及び圧電部材３０とを接合する。以上のようにして、図１乃至図４に示すインクジェットヘッド１を得る。

上記の通り、ノズルプレート５０は第１撥液膜５０３を含んでいる。第１撥液膜５０３は、ノズルプレート５０と第２圧電体３０２との間から接着剤７０１がはみ出た場合に、このはみ出た接着剤７０１を弾く。それ故、はみ出た接着剤７０１がノズルＮにまで到達することに起因したノズルＮの閉塞は生じ難い。

２．インクジェットプリンタ
２－１．構成
図１３に、実施形態に係るインクジェットプリンタの模式図を示す。
図１３に示すインクジェットプリンタ１００は、インクジェットヘッド１１５１乃至１１５４と、インクジェットヘッド１１５１乃至１１５４に対向して記録媒体を保持する媒体保持機構１１０とを備えている。インクジェットヘッド１１５１乃至１１５４の各々は、図１及び図２などを参照しながら説明したインクジェットヘッド１である。

インクジェットプリンタ１００は、排紙トレイ１１８が設けられた筐体を含んでいる。筐体内には、カセット１０１１及び１０１２、給紙ローラ１０２及び１０３、搬送ローラ対１０４及び１０５、レジストローラ対１０６、搬送ベルト１０７、ファン１１９、負圧チャンバ１１１、搬送ローラ対１１２乃至１１４、インクジェットヘッド１１５１乃至１１５４、インクカートリッジ１１６１乃至１１６４、並びに、チューブ１１７１乃至１１７４が設置されている。

カセット１０１１及び１０１２は、サイズの異なる記録媒体Ｐを収容している。給紙ローラ１０２又は１０３は、選択された記録媒体のサイズに対応した記録媒体Ｐをカセット１０１１又は１０１２から取り出し、搬送ローラ対１０４及び１０５並びにレジストローラ対１０６へ搬送する。

搬送ベルト１０７は、駆動ローラ１０８と２本の従動ローラ１０９とによって張力が与えられている。搬送ベルト１０７の表面には、所定間隔で穴が設けられている。搬送ベルト１０７の内側には、記録媒体Ｐを搬送ベルト１０７に吸着させるための、ファン１１９に連結された負圧チャンバ１１１が設置されている。搬送ベルト１０７の搬送方向下流には、搬送ローラ対１１２乃至１１４が設置されている。なお、搬送ベルト１０７から排紙トレイ１１８までの搬送経路には、記録媒体Ｐ上に形成された印刷層を加熱するヒータを設置することができる。

搬送ベルト１０７の上方には、画像データに応じてインクを記録媒体Ｐに吐出する４つのインクジェットヘッドが配置されている。具体的には、シアン（Ｃ）インクを吐出するインクジェットヘッド１１５１、マゼンタ（Ｍ）インクを吐出するインクジェットヘッド１１５２、イエロー（Ｙ）インクを吐出するインクジェットヘッド１１５３、及びブラック（Ｂｋ）インクを吐出するインクジェットヘッド１１５４が、上流側からこの順に配置されている。

インクジェットヘッド１１５１、１１５２、１１５３及び１１５４の上方には、これらに対応したインクをそれぞれ収容した、シアン（Ｃ）インクカートリッジ１１６１、マゼンタ（Ｍ）インクカートリッジ１１６２、イエロー（Ｙ）インクカートリッジ１１６３、及びブラック（Ｂｋ）インクカートリッジ１１６４が設置されている。これらインクカートリッジ１１６１、１１６２、１１６３及び１１６４は、それぞれ、チューブ１１７１、１１７２、１１７３及び１１７４によって、インクジェットヘッド１１５１、１１５２、１１５３及び１１５４に連結されている。

２－２．画像形成
次に、このインクジェットプリンタ１００の画像形成動作について説明する。
先ず、画像処理手段（図示しない）が、記録のための画像処理を開始し、画像データに対応した画像信号を生成するとともに、各種ローラや負圧チャンバ１１１などの動作を制御する制御信号を生成する。

給紙ローラ１０２又は１０３は、画像処理手段による制御のもと、カセット１０１１又は１０１２から、選択されたサイズの記録媒体Ｐを１枚ずつ取り出し、搬送ローラ対１０４及び１０５並びにレジストローラ対１０６へ搬送する。レジストローラ対１０６は、記録媒体Ｐのスキューを補正し、所定のタイミングで記録媒体Ｐを搬送する。

負圧チャンバ１１１は、搬送ベルト１０７の穴を介して空気を吸い込んでいる。従って、記録媒体Ｐは、搬送ベルト１０７に吸着された状態で、搬送ベルト１０７の移動に伴い、インクジェットヘッド１１５１乃至１１５４の下方の位置へと順次搬送される。

インクジェットヘッド１１５１乃至１１５４は、画像処理手段による制御のもと、記録媒体Ｐが搬送されるタイミングに同期してインクを吐出する。これにより、記録媒体Ｐの所望の位置に、カラー画像が形成される。

その後、搬送ローラ対１１２乃至１１４は、画像が形成された記録媒体Ｐを排紙トレイ１１８へ排紙する。搬送ベルト１０７から排紙トレイ１１８までの搬送経路にヒータを設置した場合、記録媒体Ｐ上に形成された印刷層をヒータによって加熱してもよい。ヒータによる加熱を行うと、特に、記録媒体Ｐが非浸透性である場合に、記録媒体Ｐに対する印刷層の密着性を高めることができる。

３．効果
上記の通り、第１撥液膜５０３は、ノズルプレート５０とフレーム４０及び圧電部材３０とを接合する際に、ノズルプレート５０と第２圧電体３０２との間からはみ出た接着剤７０１がノズルＮにまで到達することを抑制する。従って、圧電部材３０とノズルプレート５０との間から接着剤７０１がはみ出すことに起因したノズルＮの閉塞は生じ難い。

また、第１撥液膜５０３は、液状の接着剤７０１を塗布する際に、接着剤７０１が第１領域ＡＡまで広がるのを抑制する。従って、塗布した液状の接着剤７０１が第１領域ＡＡまで広がることに起因したノズルＮの閉塞も生じ難い。

それ故、高精細化のために圧力室３２の幅を狭めた場合であっても、接着剤７０１によるノズルＮの閉塞は生じ難い。即ち、高精細化のために圧力室３２の幅を狭めた場合であっても、高い歩留まりを達成できる。

また、第１撥液膜５０３は、圧力室３２内であってノズルプレート５０の近傍におけるインクの流れを促進する。更に、第１撥液膜５０３は、ノズルプレート５０へのゴミや気泡の付着を生じ難くする。従って、上記のインクジェットヘッド１は、インク吐出の安定性に優れている。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合、組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
以下に、当初の特許請求の範囲に記載していた発明を付記する。
［１］
隙間を隔てて厚さ方向に並んだ複数のチャネル壁を含み、前記チャネル壁間の前記隙間を、インクを保持する圧力室として有する圧電部材と、
一方の主面が前記複数のチャネル壁の端面と向き合うように設置されたノズルプレート基材であって、前記圧力室と連通し、前記インクを吐出するノズルが設けられたノズルプレート基材と、
前記主面のうち前記圧力室に隣接した領域上に設けられた第１撥液膜と、
前記主面と前記複数のチャネル壁の前記端面との間に介在した接着層と
を備えたインクジェットヘッド。
［２］
前記第１撥液膜は、前記ノズルプレート基材と結合した結合部位と、末端パーフルオロアルキル基とを含んだ化合物からなる項１に記載のインクジェットヘッド。
［３］
前記ノズルプレート基材の他方の主面上に設けられた第２撥液膜を更に備えた項１又は２に記載のインクジェットヘッド。
［４］
前記ノズルの側壁では前記ノズルプレート基材の材料が露出している項１乃至３の何れか１項に記載のインクジェットヘッド。
［５］
項１乃至４の何れか１項に記載のインクジェットヘッドと、
前記インクジェットヘッドと向き合うように記録媒体を保持する媒体保持機構と
を備えたインクジェットプリンタ。

１…インクジェットヘッド、１０…インクマニホールド、１１…インク供給管、１２…インク戻し管、２０…アクチュエータ板、２１…インク供給口、２２…インク排出口、３０…圧電部材、３１…配線パターン、３２…圧力室、３３…電極、３４…電極保護膜、４０…フレーム、５０…ノズルプレート、６０…フレキシブルプリント基板、６１…駆動回路、７０…接着層、９０…フォトマスク、１００…インクジェットプリンタ、１０２…給紙ローラ、１０３…給紙ローラ、１０４…搬送ローラ対、１０５…搬送ローラ対、１０６…レジストローラ対、１０７…搬送ベルト、１０８…駆動ローラ、１０９…従動ローラ、１１０…媒体保持機構、１１１…負圧チャンバ、１１２…搬送ローラ対、１１３…搬送ローラ対、１１４…搬送ローラ対、１１８…排紙トレイ、１１９…ファン、３０１…第１圧電体、３０２…第２圧電体、５０１…ノズルプレート基材、５０２…第２撥液膜、５０３…第１撥液膜、７０１…接着剤、１０１１…カセット、１０１２…カセット、１１５１…インクジェットヘッド、１１５２…インクジェットヘッド、１１５３…インクジェットヘッド、１１５４…インクジェットヘッド、１１６１…インクカートリッジ、１１６２…インクカートリッジ、１１６３…インクカートリッジ、１１６４…インクカートリッジ、１１７１…チューブ、１１７２…チューブ、１１７３…チューブ、１１７４…チューブ、３０２１…端面、５０３１…結合部位、５０３２…スペーサ連結基、５０３３…パーフルオロアルキル基、ＡＡ…第１領域、ＡＢ…第２領域、ＡＣ…第３領域、Ｎ…ノズル、Ｐ…記録媒体、Ｗ…チャネル壁。

Claims (4)

1. 隙間を隔てて厚さ方向に並んだ複数のチャネル壁を含み、前記チャネル壁間の前記隙間を、インクを保持する圧力室として有する圧電部材と、
   一方の主面が前記複数のチャネル壁の端面と向き合うように設置されたノズルプレート基材であって、前記圧力室と連通し、前記インクを吐出するノズルが設けられたノズルプレート基材と、
   前記主面のうち前記圧力室に隣接した領域上に設けられた第１撥液膜と、
   前記主面と前記複数のチャネル壁の前記端面との間に介在した接着層と
   を備え、
   前記ノズルの側壁では前記ノズルプレート基材の材料が露出しているインクジェットヘッド。
2. 前記第１撥液膜は、前記ノズルプレート基材と結合した結合部位と、末端パーフルオロアルキル基とを含んだ化合物からなる請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記ノズルプレート基材の他方の主面上に設けられた第２撥液膜を更に備えた請求項１又は２に記載のインクジェットヘッド。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載のインクジェットヘッドと、
   前記インクジェットヘッドと向き合うように記録媒体を保持する媒体保持機構と
   を備えたインクジェットプリンタ。