JPWO2017057063A1 - 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

Abstract

本開示のノズルプレートは、ノズル（吐出孔８）となる貫通孔８ａを有する基材３１ａと、基材３１ａの、少なくとも貫通孔８ａの内壁に配置されている金属膜３１ａａとを有しており、基材３１ａは、ニッケルを主成分としており、金属膜３１ａａは、ニッケルおよびパラジウムを主成分としており、基材３１ａおよび金属膜３１ａａを含む断面の、基材３１ａと金属膜３１ａａとの界面に沿った仮想線Ａ上における、金属膜３１ａのパラジウム含有率のばらつきが４原子％以下であることを特徴とする。【選択図】 図５

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

本開示のノズルプレートは、ノズルとなる貫通孔を有する基材と、該基材の、少なくとも前記貫通孔の内壁に配置されている金属膜とを有しており、前記基材は、ニッケルを主成分としており、前記金属膜は、ニッケルおよびパラジウムを主成分としており、前記基材および前記金属膜を含む断面の、前記基材と前記金属膜との界面に沿った仮想線上における、前記金属膜のパラジウム含有率のばらつきが４原子％以下であることを特徴とする。

また、本開示の液体吐出ヘッドは、前記ノズルプレートと、前記複数の貫通孔にそれぞれ繋がっている複数の加圧室と、該複数の加圧室にそれぞれ圧力を加える複数の加圧部とを備えていることを特徴とする。

また、本開示の記録装置は、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。

（ａ）は、本開示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）の吐出孔の拡大縦断面図であり、（ｃ）は、（ｂ）の一部をさらに拡大した縦断面図である。

図１（ａ）は、本開示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、印刷用紙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。本開示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、印刷用紙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、本開示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、ノズルプレート３１に形成されている吐出孔８の拡大縦断面図であり、図５（ｃ）は、ノズルプレート３１をさらに拡大した縦断面図である。

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本の仮想直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本の仮想直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３１ｂが設けられている。金属膜３１ｂ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。

ノズルプレート３１は、ニッケルを主成分とする基材３１ａと、基材３１ａの表面に設けられた、ニッケルおよびパラジウムを主成分とする金属膜３１ｂとを有している。基材には貫通孔８ａが形成されており、金属膜３１ｂは、少なくとも貫通孔８ａの内壁に設けられている。なお、貫通孔８ａは、基材３１ａ単体の状態で開いている孔であり、ノズルである吐出孔８は、貫通孔８ａに金属膜３１ｂが設けられたものである。

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面積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、片側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面積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。

本実施形態では、金属膜３１ｂは、貫通孔８ａの内壁のほぼ全体を覆っており、さらに、基材３１の表面のほぼ全体を覆っている。なお、図５（ｂ）に図示したノズルプレート３１は、実際には図の左右方向の外側にさらに伸びている。また、図５（ａ）では、金属膜３１は省略して描いていない。

基材３１ａ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３１ａを電鋳で形成することで、貫通孔８ａを所望の寸法で、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３１ａは、ニッケルを主成分としており、ニッケルの含有率は９５原子％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原子％以上、さらに９９原子％以上であるのが好ましい。ただし、上記ニッケルの含有率は、基材３１ａの中央部、より具体的には、基材３１の厚さ方向の半分の位置における値であり、周囲の吐出孔８の壁面などから、基材３１の厚さの半分以上離れた部位における値である。詳細は後述するが、基材３１ａと金属膜３１ｂとの界面付近の基材３１ａは、基材３１ａの中央部よりも酸素含有率の高い酸素リッチ層３１ａａとなっている。

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の形状が崩れて、吐出精度が低下することがある。

また、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撥水膜が形成されることがある。撥水膜は、ノズル面４−１に後述の金属膜３１ｂが形成されている場合は、金属膜３１ｂの表面に形成され、金属膜３１ｂが形成されていない場合は、基材３１の表面に形成される。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。撥水膜は、通常数μｍ以上といった厚い膜ではないため、使用する液体は、撥水膜を通して、その内側の材料に触れることになる。内側の材料がニッケルで、使用する液体が酸性の場合、ニッケルが少しずつ溶け、その結果、撥水膜が剥がれてしまうことがある。撥水膜が剥がれるのは、撥水膜の内側の材料が腐食されるためなので、使用する液体に対する撥水膜の耐食性を高くしても、この現象を抑制するのは難しい。

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３１ａの表面に、ニッケルパラジウムの金属膜３１ｂ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３１ｂにおけるパラジウム含有率は、平均で４５原子％以上、さらに５５原子％以上、特に７５原子％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３１ｂにおけるパラジウム含有率は、平均で９０原子％以下、さらに、８５原子％以下であるのが好ましい。パラジウム含有率を低くすることで、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。

金属膜３１ｂは、めっきによるめっき膜として設けることができる。金属膜３１ｂをめっきする前には、基材３１ａの表面の汚れが少ないことが好ましい。汚れを減らすには、単に洗浄するだけでなく、炭素成分などを酸化させて取り除くアッシングを行なう。アッシングは、例えば、ノズルプレート３１を、減圧した環境に置き、プラズマ化した酸素に晒すことで行なう。アッシングにより、基材３１ａの表面には、中央部よりも酸素含有率の高い酸素リッチ層３１ａａが形成される。酸素リッチ層３１ａａは、最終的には、基材３１ａの界面３１ｃ側に位置することになる。

酸素リッチ層３１ａａの平均酸素含有率は、基材３１ａの中央部の平均酸素含有率よりも、０．１〜３原子％高くするのが好ましい。酸素リッチ層３１ａａの平均酸素含有率は、１〜４原子％であるのが好ましい。また、酸素リッチ層３１ａａの厚さは、１０〜３００ｎｍ程度である。

アッシング条件を強くすると、酸素リッチ層３１ａａの酸素含有率は高くなり、層の厚さは厚くなる。アッシング条件を弱くすると、酸素リッチ層３１ａａの酸素含有率は低くなり、層の厚さは薄くなる。なお、アッシング条件を強くするとは、酸化がより進む加工条件にすることであり、例えば、酸素などの、使用する酸化剤の濃度を高くしたり、処理時間を長くすることで行なう。平均酸素含有率が１原子％よりも高くなるようなアッシングを行なうことで、表面の汚れを効果的に少なくことができる。平均酸素含有率を４原子％より低くすることで、金属膜３１ｂにおけるパラジウム含有率のばらつきを低減できる。この点について以下で説明する。

アッシングにより、基材３１ａの表面の酸素含有率は高くなっていくが、一様に高くなるわけではなく、ある程度のばらつきが生じる。すなわち、酸素リッチ層３１ａａにおける酸素含有率は一様ではなく、場所により差が生じる。なお、酸素含有率は、基本的に、界面３１ｃでもっとも高く、界面３１ｃから離れるにしたがって低くなっていくが、ここで述べているのは、界面３１ｃに沿った方向における酸素含有率の差である。

基材３１ａに金属膜３１ｂをめっきする際には、酸素リッチ層３１ａａを介して電流が流れることになる。酸素含有率の高いニッケルは、酸素含有率の低いニッケルよりも電気抵抗が高い。酸素リッチ層３１ａａは、場所により酸素含有率がばらついているので、電気抵抗もばらついた状態になっている。

そして、酸素リッチ層３１ａａの酸素含有率のばらつきが大きいと、金属膜３１ｂのパラジウム含有率のばらつきが大きくなる。これは、ニッケルおよびパラジウムをめっきする場合、流れる電流の量により、ニッケルとパラジウムが析出する割合に差が生じることが原因であると考えられる。より具体的には、流れる電流が多い場合に、パララジウムが析出する割合が増えるためであると考えられる。そして、ばらつきによりパラジウム含有率が低くなった部位の金属膜３１ｂは、周囲よりも耐食性が劣るため、酸性の液体などに局所的に腐食され、上述したように、吐出孔８の変形や、撥水膜の剥がれが生じることがある。

金属膜３１ｂ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３１ａに到達した液体により基材３１ａが腐食される可能性を小さくできる。金属膜３１ｂ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の平坦性が低くなってしまうことを起き難くできる。

パラジウムおよび酸素含有率は、例えば、次のようにして測定することができる。図５（ｃ）は、ノズルプレート３１の断面であり、例えば、ＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）で観察できる。基材３１ａと金属膜３１ｂとの間には、界面３１ｃが存在する。パラジウム含有率は、金属膜３１ｂ中の、界面３１ｃに沿った仮想線Ａ上を、ＥＤＳ（Energy Dispersive x-ray Spectroscopy）で、数カ所測定する。図５（ｃ）では、界面３１ｃは、ほぼ直線状に伸びており、仮想線Ａは、界面３１ｃと平行な直線である。

界面３１ｃから仮想線Ａまでの距離は、例えば、１μｍとすればよい。金属膜３１ｂの厚さが１μｍより薄い場合は、測定可能な範囲で、ノズル面４−１に近い位置で測定する。測定は、例えば、測定のスポット径を１０ｎｍとし、仮想線Ａ上で４０ｎｍ毎に、４カ所測定する。以下における含有率のばらつきの数値は、４カ所の測定結果のうちの最大値と最小値の差である。また、含有率の数値は、４カ所の測定結果の平均値である。

酸素含有率は、基材３１ａ中の、界面３１ｃに沿った仮想線Ｂに沿って、パラジウム比率と同様に測定する。界面３１ｃからの距離は、例えば、２０〜１００ｎｍとする。酸素含有率は、基本的には、界面３１ｃに向かって高くなっていくので、測定のスポット径も考慮して、界面３１ｃ付近の金属膜３１ｂの影響が大きくならない範囲で、界面３１ｃに近い位置で測定する。

アッシングの条件を変えて、ノズルプレート３１を作製したときに酸素リッチ層３１ａａの酸素濃度が、約１．５原子％となる条件Ａ、約３．５原子％となる条件Ｂ、約６．５原子％となる条件Ｃの後で、パラジウム：ニッケルが、８：２程度となるようにめっきを行なった場合、パラジウム含有率および酸素含有率のばらつきは次のようになる。

条件Ｃでは、パラジウム含有率のばらつきは５．５原子％、酸素含有率のばらつきは１．５原子％であり、ノズルプレート３１を酸性のインクに浸した後の重量減は３．４％となる。重量減は、ノズルプレート３１の一部がインクに溶解することによるものである。条件Ｂでは、パラジウム含有率のばらつきは３．２原子％、酸素含有率のばらつきは０．３原子％であり、ノズルプレート３１を酸性のインクに浸した後の重量減は０．５％となる。条件Ａでは、パラジウム含有率のばらつきは２．５原子％、酸素含有率のばらつきは０．２原子％であり、ノズルプレート３１を酸性のインクに浸した後の重量減は０．０％（０．０５％未満）となる。

また、条件Ｂでアッシングした後、パラジウム：ニッケルが、６：４程度となるようにめっきを行なった場合、パラジウム含有率のばらつきは３．０原子％、酸素含有率のばらつきは０．５原子％であり、ノズルプレート３１を酸性のインクに浸した後の重量減は０．８％となる。

金属膜３１ｂのパラジウム含有率のばらつきを４原子％以下、さらに３原子％以下にすれば、ノズルプレート３１の耐食性が高くなる。また、そのようにするために、酸素リッチ層３１ａａの酸素含有率のばらつきは、１原子％以下、さらに０．５原子％以下、特に０．３原子以下であるのが好ましい。さらに、酸素リッチ層３１ａａの酸素含有率のばらつきを少なくするために、酸素リッチ層３１ａａの酸素含有率は、４原子％以下、さらに２原子％以下であるのが好ましい。

またさらに、アッシングを強くすると基材３１ａの中央部における酸素含有率も高くなり、条件Ａでは０．８原子％、条件Ｂでは１原子％、条件Ｃでは１．５原子％となる。基材３１ａの中央部における酸素含有率は１原子％以下であるのが好ましい。

金属膜３１ｂは、パラジウム含有率が高いと耐食性が強くなるが、平均の含有率よりも、含有率のばらつきの方が、耐食性への影響が大きい。これは、ばらつきにより生じた、測定部分よりももっとパラジウム含有率の低い部分が、酸性のインクに腐食されるか、測定スポット径よりも狭い範囲で、パラジウム含有率の低い部分があり、その部分が酸性のインクによって最初に腐食され、その腐食が広がっていくからだと考えられる。いずれにしても、条件Ｃで、パラジウム：ニッケルを８：２程度とした場合には、パラジウム含有率のばらつきは５．５原子％となり、ノズルプレート３１の重量減は３．４％となるのに対して、条件Ｂで、パラジウム：ニッケルを６：４程度とした場合には、パラジウム含有率のばらつきは３．２原子％となり、ノズルプレート３１の重量減は０．８％となる。パラジウム含有率が低くても、パラジウム含有率ばらつきが少ない方が、ノズルプレート３１の重量減は少なくなっており、耐食性が強くなっている。

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３１ａ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３１ａを得ることができる。

基材３１ａに、酸素でアッシングを行ない、基材３１ａ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減らす。これにより、基材３１ａの表面のほぼ全面に酸素リッチ層３１ａａ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３１ａａ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３１の表面の炭素などを効果的に少なくことができる。

ここで、基材３１ａ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３１ｂと基材３１ａとの接合が強くなる。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３１ａとする。また、ニッケルストライクめっきの層は、酸素リッチ層３１ａａよりも酸素含有率が低くなることが多いため、酸素リッチ層の酸素含有率およびそのばらつきを測定する際は、基材３１ａと金属膜３１ｂとの界面３１ｃから基材３１ａ側に向かって酸素含有率を測定して、酸素含有率が高くなる距離を調べ、界面３１ｃからその距離離れた仮想線Ｂ上で測定する。基材３１ａと金属膜３１ｂとの間には、厚くても数百ｎｍ程度の他の組成の薄膜を形成してもよい。

続いて、基材３１ａに、ニッケルおよびパラジウムのめっき行ない、めっき膜である金属層３１ｂを形成する。さらに、金属層３１ｂ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。

１・・・プリンタ
２・・・液体吐出ヘッド
４・・・流路部材
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
７・・・ノズル配置領域
８・・・吐出孔（ノズル）
８ａ・・・貫通孔
９・・・加圧室群
１０・・・加圧室
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ・・・加圧室列
１２・・・しぼり
１３・・・ヘッド本体
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ・・・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）
３１ａ・・・基材
３１ａａ・・・酸素リッチ層
３１ｂ・・・金属膜
３１ｃ・・・（基材と金属膜との）界面
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
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
Ａ、Ｂ・・・仮想線
Ｐ・・・印刷用紙

Claims (8)

1. ノズルとなる貫通孔を有する基材と、該基材の、少なくとも前記貫通孔の内壁に配置されている金属膜とを有しており、
   前記基材は、ニッケルを主成分としており、
   前記金属膜は、ニッケルおよびパラジウムを主成分としており、
   前記基材および前記金属膜を含む断面の、前記基材と前記金属膜との界面に沿った仮想線Ａ上における、前記金属膜のパラジウム含有率のばらつきが４原子％以下であることを特徴とするノズルプレート。
2. 前記金属膜の厚さが０．１〜５μｍであることを特徴とする請求項１に記載のノズルプレート。
3. 前記基材の前記界面側には、前記基材の中央部における、酸素含有率よりも酸素含有率が高い酸素リッチ層が存在することを特徴とする請求項１または２に記載のノズルプレート。
4. 前記基材および前記金属膜を含む断面の、前記基材と前記金属膜との界面に沿った仮想線Ｂ上における、前記酸素リッチ層の酸素含有率のばらつきが１原子％以下であることを特徴とする請求項３に記載のノズルプレート。
5. 仮想線Ｂ上の前記酸素リッチ層の、平均酸素含有率が１〜４原子％であることを特徴とする請求項３または４に記載のノズルプレート。
6. 前記基材の中央部の、酸素含有率が１原子％以下であることを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載のノズルプレート。
7. 請求項１から６のいずれかに記載のノズルプレートと、前記貫通孔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。
8. 請求項７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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