WO2019116532A1 - インクジェットヘッド、インクジェット記録装置及びインクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

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WO2019116532A1
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WO
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nozzle
recess
water repellent
opening
repellent film
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PCT/JP2017/045080
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English (en)
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陽介 中野
Original Assignee
コニカミノルタ株式会社
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
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    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles

Definitions

  • the present invention relates to an inkjet head, an inkjet recording apparatus, and a method of manufacturing an inkjet head.
  • misty ink (ink mist) is generated as ink is ejected from the nozzles.
  • ink mist misty ink
  • the opening of the nozzle is closed to cause an ink discharge failure.
  • a technique of providing a water repellent film on the surface of the nozzle opening surface to make it difficult for the ink to adhere.
  • a technique is used in which the ink on the nozzle opening surface is wiped off with a blade, a cloth, or the like.
  • Patent Document 1 discloses a technique for suppressing the decrease in water repellency due to the wear of the water repellent film by thickening the water repellent film around the opening of the nozzle.
  • An object of the present invention is to provide an ink jet head, an ink jet recording apparatus, and a method of manufacturing the ink jet head, which are less likely to cause ink discharge defects.
  • an inkjet head for discharging ink from a circular discharge opening, comprising: A substrate provided with a nozzle, A water repellent film provided along a nozzle opening surface in which the opening of the nozzle is formed in the base material, and the discharge opening connected to the nozzle is formed on the surface; A nozzle forming member having The surface of the water repellent film has a recess whose edge is circular, The discharge opening is provided at the deepest portion of the recess, Assuming that the depth of the recess is a, the diameter of the edge of the recess is b, and the diameter of the discharge opening is c, the following relational expression (1) and relational expression (2) are satisfied.
  • Relational expression (2) 0 ⁇ m ⁇ (b ⁇ c) / 2 ⁇ 65 ⁇ m
  • the invention according to claim 2 is the inkjet head according to claim 1 in which The depth of the recess is equal to or less than the thickness of the portion of the water repellent film which forms the edge of the recess.
  • the invention described in claim 3 is the inkjet head according to claim 2 in which The depth of the recess is smaller than the thickness of the portion of the water repellent film that forms the edge of the recess.
  • the invention according to claim 4 is the inkjet head according to claim 1 in which
  • the nozzle opening surface has a base recess provided with the opening of the nozzle at the deepest portion,
  • the surface of a portion provided along the base recess is the recess.
  • the invention described in claim 5 is the inkjet head according to claim 4 in which
  • the substrate is a silicon substrate provided with an oxide film forming the nozzle opening surface.
  • the invention described in claim 6 is the inkjet head according to any one of claims 1 to 4 in which The substrate is a silicon substrate.
  • the invention according to claim 7 is the ink jet head according to any one of claims 1 to 6,
  • the water repellent film is made of perfluoropolymer.
  • the water repellent film is bonded to the nozzle opening surface by an amide bond.
  • the invention according to claim 9 is the ink jet head according to claim 8.
  • the nozzle opening surface of the substrate has an amino group on the surface
  • the water repellent film is made of a perfluoropolymer having a carboxyl group, and is bonded to the nozzle opening surface by an amide bond of the amino group and the carboxyl group.
  • the invention according to claim 10 is the ink jet head according to claim 8.
  • the nozzle opening surface of the substrate has hydroxyl groups on the surface
  • the water repellent film is composed of a perfluoropolymer in which an alkoxysilyl group is bonded by an amide bond,
  • the silanol group formed by hydrolysis of the alkoxysilyl group of the water repellent film and the hydroxyl group are dehydrated and condensed.
  • the invention according to claim 11 is the inkjet head according to any one of claims 1 to 10, wherein The recess has a shape such that ink discharged from the discharge opening does not hit the inner wall surface of the recess.
  • the invention according to claim 12 is the ink jet head according to any one of claims 1 to 11,
  • the recess has a shape in which the cross-sectional area parallel to the reference surface gradually increases as the distance from the reference surface formed by the discharge opening increases.
  • the inner wall surface of the recess forms a predetermined angle with the nozzle axis at any cross section passing through the center of the discharge opening and passing through the nozzle axis perpendicular to the reference surface, and the minimum value of the predetermined angle
  • the reference angle which is the minimum value at which the ink discharged from the discharge opening of the recess does not hit the inner wall surface of the recess, is equal to or greater than the reference angle.
  • Relational expression (3) a ⁇ c / 2
  • the invention of the inkjet recording apparatus according to claim 15 includes the inkjet head according to any one of claims 1 to 14.
  • the invention of a method of manufacturing an ink jet head according to claim 16 is: A method of manufacturing an ink jet head for discharging ink from a circular discharge opening, comprising: A substrate provided with a nozzle, and a water repellent member provided along a nozzle opening surface of the substrate on which the opening of the nozzle is formed, and the discharge opening connected to the nozzle is formed on the surface
  • a nozzle forming member manufacturing process for manufacturing a nozzle forming member having a film In the nozzle forming member manufacturing process, The surface of the water repellent film has a recess whose edge is circular, The discharge opening is provided at the deepest portion of the recess, and Assuming that the depth of the recess is a, the diameter of the edge of the recess is b, and the diameter of the discharge opening is c, the nozzle satisfies the following relational expression (1) and relational expression (2)
  • the forming member is manufactured.
  • the invention according to claim 17 is the method for manufacturing an ink jet head according to claim 16.
  • the invention according to claim 18 is the method for manufacturing an ink jet head according to claim 16.
  • the nozzle forming member manufacturing process Forming, on the surface of the substrate, a base recess provided with the opening of the nozzle at the deepest portion; Forming the water repellent film having on the surface the concave portion provided with the discharge opening at the deepest portion on the surface of the base on which the base concave portion is formed; including.
  • the invention according to claim 19 is the method for manufacturing an ink jet head according to claim 18.
  • the substrate is a silicon substrate, Before the process of forming the said base recessed part in the said surface of the said base material, the process of oxidizing the said surface of the said base material and forming an oxide film is included.
  • FIG. 1 is a view showing a schematic configuration of an inkjet recording apparatus. It is a figure explaining the maintenance operation
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the inkjet head as viewed from the side. It is sectional drawing which shows the structure of a nozzle board
  • FIG. 1 is a view showing a schematic configuration of an inkjet recording apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the inkjet recording apparatus 100 includes a conveyance belt 101, a conveyance roller 102, a head unit 103, a maintenance unit 104, and the like.
  • the conveyance roller 102 rotates about a rotation axis parallel to the X direction in FIG. 1 by driving of a conveyance motor (not shown).
  • the conveyance belt 101 is a ring-shaped belt whose inside is supported by a pair of conveyance rollers 102, and circulates around the pair of conveyance rollers 102 as the conveyance roller 102 rotates.
  • the conveyance belt 101 rotates at a speed corresponding to the rotation speed of the conveyance roller 102 to convey the recording medium M.
  • a conveying operation of conveying in the movement direction (Y direction in FIG. 1) is performed.
  • the head unit 103 discharges ink from the nozzles to the recording medium M conveyed by the conveyance belt 101 based on the image data, and records an image on the recording medium M.
  • four head units 103 respectively corresponding to four color inks of yellow (Y), magenta (M), cyan (C), and black (K) are in the conveyance direction of the recording medium M. They are arranged in order from the upstream side at predetermined intervals.
  • Each head unit 103 has a flat base portion 1031 and a plurality of (here, four) inkjet heads 1 fixed to the base portion 1031 in a state of being fitted to a hole penetrating the base portion 1031.
  • the inkjet head 1 has an ink ejection surface 1a (see FIG. 2) provided with an opening of a nozzle, and in each head unit 103, the ink ejection surface 1a of the inkjet head 1 faces the transport surface of the transport belt 101 Placed in position.
  • a plurality of nozzles for ejecting ink are arranged in a direction (in the present embodiment, in the width direction orthogonal to the transport direction, that is, the X direction) intersecting the transport direction of the recording medium M. Further, in each inkjet head 1, a plurality of (for example, four) nozzle rows including nozzles arranged one-dimensionally in the X direction are provided, and in the plurality of nozzle rows, the positions of the nozzles are mutually offset in the X direction It is provided in relation.
  • the four inkjet heads 1 in each head unit 103 are staggered such that the arrangement range of the nozzles in the X direction covers the width in the X direction of the area on which the image can be recorded on the recording medium M on the transport belt 101. They are arranged in a grid. As described above, in the inkjet recording apparatus 100 in which the inkjet head 1 is disposed, the recording medium M is conveyed by discharging the ink from the inkjet head 1 at an appropriate timing according to the image data in a state where the head unit 103 is fixed. Images can be recorded on top. That is, the inkjet recording apparatus 100 records an image by a single pass method.
  • the head units 103 are separately provided so as to be movable in the X direction. Thus, when the image formation is not performed, the ink discharge surface 1 a of the ink jet head 1 can be moved to a position facing the maintenance unit 104.
  • FIG. 1 shows a state in which the head unit 103 that discharges black ink moves in the X direction and faces the maintenance unit 104.
  • the maintenance unit 104 is disposed at a position where the ink ejection surface 1 a of the inkjet head 1 can be cleaned when the head unit 103 moves in the X direction.
  • the maintenance unit 104 may be provided separately for each head unit 103, or maintenance of all the head units 103 may be performed by a single maintenance unit 104.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the maintenance operation by the maintenance unit 104.
  • the maintenance unit 104 includes a cleaning roller 1041 (a wiping unit) that wipes and cleans the ink ejection surface 1 a of the inkjet head 1 exposed from the lower surface of the base 1031.
  • the cleaning roller 1041 has a wiping cloth containing a predetermined chemical solution wound on the outer peripheral surface, and is disposed so that the rotation axis is parallel to the Y direction.
  • the maintenance unit 104 has a rotating motor and a conveying motor (not shown), and the cleaning roller 1041 rotates in response to the operation of the rotating motor, and is moved in the Z direction and the X direction according to the operation of the conveying motor.
  • the cleaning roller 1041 is moved in the Z direction by the operation of the conveyance motor to abut the ink ejection surface 1a of the inkjet head 1, and is rotated by the operation of the rotation motor in this state.
  • the ink discharge surface 1a is wiped by moving in the X direction according to the operation of the transport motor.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the ink jet head 1 as viewed from the side ( ⁇ X direction side).
  • a cross section of the inkjet head 1 in a plane including four nozzles N included in four nozzle rows is shown.
  • the inkjet head 1 includes a head chip 2, a common ink chamber 70, a support substrate 80, a wiring member 3, a drive unit 4 and the like.
  • the head chip 2 has a configuration for discharging ink from the nozzles N, and a plurality of, here, four plate-like substrates are stacked.
  • the lowermost substrate in the head chip 2 is a nozzle substrate 10 (nozzle forming member).
  • the nozzle substrate 10 is provided with a plurality of nozzles N, and ink can be ejected from the opening of the nozzle N substantially perpendicularly to the exposed surface (ink ejection surface 1 a) of the nozzle substrate 10.
  • the pressure chamber substrate 20 (chamber plate), the spacer substrate 40, and the wiring substrate 50 are adhered and stacked in order toward the upper side (the Z direction in FIG. 3) on the opposite side of the nozzle substrate 10 to the ink ejection surface 1a. ing.
  • the respective substrates of the nozzle substrate 10, the pressure chamber substrate 20, the spacer substrate 40, and the wiring substrate 50 are collectively or collectively referred to as a laminated substrate 10, 20, 40, 50 or the like.
  • the laminated substrate 10, 20, 40, 50 is provided with an ink flow passage communicating with the nozzle N, and is opened at the surface of the wiring substrate 50 on the exposed side (the + Z direction side).
  • a common ink chamber 70 is provided on the exposed surface of the wiring substrate 50 so as to cover all the openings.
  • the ink stored in the ink chamber forming member 70 a of the common ink chamber 70 is supplied to each nozzle N from the opening of the wiring substrate 50.
  • a pressure chamber 21 (ink storage unit) is provided in the middle of the ink flow path.
  • the pressure chamber 21 is provided penetrating the pressure chamber substrate 20 in the vertical direction (Z direction), and the upper surface of the pressure chamber 21 is a diaphragm 30 provided between the pressure chamber substrate 20 and the spacer substrate 40. It is composed of In the ink in the pressure chamber 21, the diaphragm 30 (pressure chamber 21) is deformed by the displacement (deformation) of the piezoelectric element 60 in the storage unit 41 provided adjacent to the pressure chamber 21 via the diaphragm 30. By doing this, a pressure change is given. By applying an appropriate pressure change to the ink in the pressure chamber 21, the ink in the ink flow path is discharged as a droplet from the nozzle N communicating with the pressure chamber 21.
  • the support substrate 80 is bonded to the top surface of the head chip 2 and holds the ink chamber forming member 70 a of the common ink chamber 70.
  • the support substrate 80 is provided with an opening having substantially the same size and shape as the opening of the lower surface of the ink chamber forming member 70a, and the ink in the common ink chamber 70 is the opening of the lower surface of the ink chamber forming member 70a,
  • the upper surface of the head chip 2 is supplied through the opening of the support substrate 80.
  • the wiring member 3 is, for example, a flexible printed circuit (FPC) or the like, and is connected to the wiring of the wiring substrate 50.
  • the piezoelectric element 60 is displaced by a drive signal transmitted to the wiring 51 and the connection portion 52 (conductive member) in the storage portion 41 through the wiring.
  • the wiring member 3 is drawn through the support substrate 80 and connected to the drive unit 4.
  • the drive unit 4 receives a control signal from the control unit of the ink jet printing apparatus, power supply from the power supply unit, and the like, and appropriates the piezoelectric element 60 according to the ink discharge operation and non-discharge operation from each nozzle N.
  • Drive signal is output to the wiring member 3.
  • the driving unit 4 is configured by an IC (Integrated Circuit) or the like.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the nozzle substrate 10.
  • the cross section of the portion in the vicinity of the nozzle N in the nozzle substrate 10 is shown enlarged.
  • the nozzle substrate 10 has a silicon substrate 11 (base material) provided with a through hole consisting of a nozzle N and a communication passage 111 communicating with the nozzle N, and an inner wall surface of the nozzle N and the communication passage 111.
  • a protective film 12 provided thereover and a water repellent film 13 provided on the lower surface of the silicon substrate 11 (nozzle opening surface 11a provided with the opening N1 of the nozzle N) are provided.
  • the silicon substrate 11 is a plate-like member made of silicon and having a thickness of about 100 to 200 ⁇ m.
  • the nozzle N can be processed with high accuracy, and the nozzle N with less positional error and shape variation can be formed.
  • SOI Silicon on Insulator
  • the nozzle N is a cylindrical hole having a circular opening N1 on the lower surface of the silicon substrate 11.
  • the opening on the opposite side to the opening N 1 of the nozzle N is in communication with the communication passage 111.
  • the communication passage 111 is a cylindrical hole having a diameter larger than that of the nozzle N and concentric with the nozzle N, and has an opening on the upper surface of the silicon substrate 11.
  • the diameter of the opening N1 of the nozzle N can be in the range of 15 to 30 ⁇ m. In the present embodiment, the diameter of the opening N1 is 20 ⁇ m.
  • the length (nozzle length) of the nozzle N in the Z direction can be 10 to 30 ⁇ m, and the diameter of the communication passage 111 can be 100 to 200 ⁇ m.
  • a coupling layer 112 is provided on the lower surface of the silicon substrate 11.
  • the coupling layer 112 in the present embodiment is a monolayer of a silane coupling agent (aminosilane) having an amino group.
  • the protective film 12 is provided from the inner wall surface of the nozzle N and the communication passage 111 to the upper surface (surface opposite to the nozzle opening surface 11 a).
  • the protective film 12 may be made of a material which does not dissolve upon contact with the ink, for example, a metal oxide film (tantalum pentoxide, hafnium oxide, niobium oxide, titanium oxide, zirconium oxide etc.) or a metal oxide film containing silicon.
  • the metal silicate film tantalum silicate, hafnium silicate, niobium silicate, titanium silicate, zirconium silicate, etc.
  • an organic film such as polyimide, polyamide or parylene may be used.
  • the thickness of the protective film 12 is not particularly limited, but can be, for example, 10 nm to several tens of ⁇ m, preferably 10 nm to 1 ⁇ m. By making the protective film 12 thinner, the influence on the opening area of the nozzle N can be reduced.
  • the water repellent film 13 is provided along the lower surface (nozzle opening surface 11a) of the silicon substrate 11, and the surface thereof forms the ink discharge surface 1a.
  • the water repellent film 13 is a layer provided to impart water repellency to the ink ejection surface 1 a to suppress adhesion of ink and foreign matter to the ink ejection surface 1 a.
  • a resin (perfluoropolymer) obtained by polymerizing perfluorodiene which is a fully fluorinated hydrocarbon having two double bonds can be used. Furthermore, by using a perfluoropolymer having a carboxyl group at the end of the molecule, it can be firmly fixed by the amide bond with the amide group of the coupling layer 112.
  • the water condensation on the silicon substrate 11 is achieved by dehydration condensation of the silanol group generated by hydrolysis of the alkoxysilyl group of the water repellent film 13 and the hydroxyl group on the nozzle opening surface 11 a of the silicon substrate 11.
  • the membrane 13 can be firmly fixed.
  • the water repellent film 13 and the silicon substrate 11 are bonded via an amide bond.
  • Cytop (M type) (registered trademark) (made by Asahi Glass Co., Ltd.) is mentioned as an example of the perfluoro polymer which the alkoxy silyl group has joined by the amide bond.
  • a through hole having a tapered side surface is formed at the formation position of the nozzle N.
  • the through hole has a circular shape in which one opening (discharge opening 14a) matches the opening N1 of the nozzle N and the other opening has a larger area than the discharge opening 14a.
  • the ejection opening 14 a is an opening on the nozzle substrate 10 where ink is finally ejected.
  • the surface of the water repellent film 13 has the recess 14 in which the opening N1 of the nozzle N is provided at the deepest portion (here, the bottom surface).
  • the recess 14 (through hole of the water repellent film 13) has a truncated cone shape such that the cross-sectional area at the edge 141 (opening) on the exposed surface side of the water repellent film 13 is the largest.
  • the inner wall surface 142 has a tapered shape. That is, the recess 14 has a shape in which the cross-sectional area parallel to the reference surface gradually increases as the distance from the reference surface formed by the discharge opening 14a increases.
  • the tapered inner wall surface 142 of the recess 14 passes through the center of the discharge opening 14a and at any cross section (for example, the cross section in FIG. 4) passing through the nozzle axis perpendicular to the reference plane (that is, extending in the Z direction).
  • the inclination angle ⁇ (predetermined angle) formed with the nozzle axis is equal to or larger than a predetermined reference angle.
  • the reference angle is the minimum value of the inclination angle ⁇ at which the ink ejected from the ejection opening 14 a of the recess 14 does not hit the inner wall surface 142.
  • the reference angle may be defined within the range of the inclination angle ⁇ where ink does not hit by forming the concave portion 14 having tapered side surfaces at a plurality of different inclination angles ⁇ , and simulation of the behavior of the ejected ink It may be determined based on When the inclination angle ⁇ is not constant in the plane of the inner wall surface 142, the minimum value of the inclination angle ⁇ may be equal to or larger than the reference angle.
  • the recess 14 has a depth of the recess 14 (in this embodiment, the thickness of the water repellent film 13) a, a diameter b of a circle formed by the edge 141 of the recess 14 and a diameter c of the discharge opening 14a.
  • Relational expression (1) a ⁇ 0.8 ⁇ m
  • Relational expression (2) 0 ⁇ m ⁇ (b ⁇ c) / 2 ⁇ 65 ⁇ m
  • (b-2) / 2 corresponds to the average distance from the discharge opening 14 a to the edge 141 of the recess 14.
  • Relational expression (3) a ⁇ c / 2
  • a 1 ⁇ m
  • b 70 ⁇ m
  • the distance in the Z direction between the edge 141 of the recess 14 and the discharge opening 14 a can be secured.
  • the cleaning roller 1041 of the maintenance unit 104 the cleaning roller 1041 is a discharge opening portion of the water repellent film 13. It is possible to suppress the deformation of the vicinity portion by abutting on the vicinity portion including the edge of 14a.
  • the diameter of the edge 141 of the recess 14 is not made too large relative to the diameter of the discharge opening 14 a. it can. Also in this case, the cleaning roller 1041 can be inhibited from contacting the water repellent film 13 in the vicinity of the discharge opening 14 a.
  • FIG. 5 and 6 are cross-sectional views showing a method of manufacturing the nozzle substrate 10.
  • the coupling layer 112 is formed on the lower surface of the silicon substrate 11, and then the water repellent film 13 is formed on the surface of the coupling layer 112 (step S101 in FIG. 5).
  • a stock solution of an aminosilane coupling agent for example, Shin-Etsu Chemical Co., Ltd .; KBE 903; KBE 603 etc.
  • an aminosilane coupling agent for example, Shin-Etsu Chemical Co., Ltd .; KBE 903; KBE 603 etc.
  • the obtained solution is applied on the silicon substrate 11 by spin coating (for example, at 1500 to 4000 rpm for 20 seconds) to form a coupling layer 112. After formation, baking is performed at 100 ° C. for 30 minutes to improve adhesion.
  • the raw material solution of perfluoropolymer (For example, Asahi Glass Co., Ltd. product; Cytop (A type) (registered trademark) etc.) is spin-coated (for example, 2000-3000 rpm, 20 seconds) It is applied on the coupling layer 112 of the silicon substrate 11, and after film formation, baking is performed at 180 to 250.degree.
  • the surface of the water repellent film 13 is surface-treated with a CF 4 / O 2 mixed gas plasma, and then the resist 90 a is formed on the surface of the water repellent film 13 (for example, Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd .; OFPR (registered trademark) etc.) (Step S102 in FIG. 5).
  • the flow rate of CF 4 / O 2 gas is set to 15 sccm / 5 sccm, respectively, and is performed for 1 minute under an atmospheric pressure of 3 Pa.
  • baking is performed at 110 ° C. for 90 seconds.
  • the resist 90a is exposed by the contact aligner using the mask 91 having an opening at the position of the nozzle N (Step S103 in FIG. 5). At this time, exposure is performed in a state where a predetermined gap is provided between the mask 91 and the resist 90a. Further, the light amount in the exposure is, for example, 50 mJ / cm 2 .
  • the silicon substrate 11 is immersed for 60 to 90 seconds in a developing solution (for example, Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd .; NMD-3) at 25 ° C. to remove the photosensitive portion of the resist 90a (Step S104 in FIG. 5).
  • a developing solution for example, Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd .; NMD-3
  • the irradiation light wraps around the back side of the opening of the mask 91, and the light is exposed with a wider width as the position is closer to the mask 91. That is, an opening having a tapered side surface is formed such that the cross-sectional area increases toward the exposed surface side (the side opposite to the water repellent film 13).
  • the water repellent film 13 is etched by O 2 plasma using the resist 90 a as a mask to form a recess 14 (step S 105 in FIG. 5).
  • the opening of the resist 90a has a tapered shape, the opening of the resist 90a is eroded and gradually enlarged as the processing time passes.
  • through holes (recesses 14) having tapered side surfaces are formed in the water repellent film 13 such that the cross-sectional area increases toward the resist 90a.
  • dry etching is performed at an output of 200 W for 1 to 2 minutes under a pressure of 10 Pa using an etching apparatus (eg, SAMCO Co., Ltd .; RIE-100C) at an O 2 flow rate of 50 sccm.
  • an etching apparatus eg, SAMCO Co., Ltd .; RIE-100C
  • etching is performed in the direction perpendicular to the silicon substrate 11 using the resist 90a and the water repellent film 13 as a mask to form an opening pattern of the nozzle N (step S106 in FIG. 6).
  • the etching in this step S106 is performed using a dry etching apparatus such as an RIE (Reactive Ion Etching) apparatus or an ICP (Inductively Coupled Plasma) -RIE etching apparatus which is a dry etching apparatus adopting an inductive coupling method for a discharge type. Can.
  • etching process with excellent verticality is performed by the Bosch process that uses SF 6 or C 4 F 8 as a process gas and repeatedly forms a protective film to protect the side of the etching opening and dry etching in the vertical direction.
  • the etching can be stopped when the etching progresses to the etching stopper layer, so that the nozzle length of the nozzle N can be formed with high accuracy.
  • the protective film formation conditions for the side face are ICP power: 3000 W, pressure: 10 Pa, C 4 F 8 flow rate: 200 sccm
  • the O 2 flow rate can be 10 sccm
  • the etching conditions can be ICP power: 3000 W, pressure: 30 Pa, SF 6 flow rate: 600 sccm, and O 2 flow rate: 10 sccm.
  • a resist 90b is formed on the surface of the silicon substrate 11 opposite to the water repellent film 13, and an opening pattern having the same shape as the opening of the communication passage 111 is formed by photolithography similar to steps S103 and S104.
  • the resist 90b can be the same as the resist 90a. However, in step S107, it is not necessary to make the opening of the resist 90b into a tapered shape, so the mask used in photolithography is in close contact with the resist 90b.
  • step S108 etching is performed in a direction perpendicular to the silicon substrate 11 using the resist 90b as a mask to form an opening pattern of the communication path 111 (step S108 in FIG. 6).
  • the etching in step S108 can be performed by the same method as in step S106.
  • step S109 the resist 90a and the resist 90b are removed from the silicon substrate 11 (step S109 in FIG. 6).
  • This step S109 can be performed by a process of immersing the silicon substrate 11 in acetone, an O 2 ashing process, or the like.
  • the protective film 12 is formed from the inner wall surface of the nozzle N and the communication passage 111 to the upper surface of the silicon substrate 11 (step S110 in FIG. 6).
  • CVD Chemical Vapor Deposition
  • ALD Advanced Layer Deposition
  • the above-mentioned organic film is formed as the protective film 12
  • an electrodeposition method, a vapor deposition method, or the like can be used.
  • the process of steps S101 to S110 described above constitutes a nozzle forming member manufacturing process.
  • the diameter c of the discharge opening 14a (hereinafter referred to as the nozzle diameter c) is 20 ⁇ m
  • the diameter b of the edge 141 of the recess 14 (hereinafter referred to as the recess diameter b)
  • the depth a of the recess 14 The abrasion resistance of the water repellent film 13 in the vicinity of the discharge opening 14a was evaluated in the case of changing the above.
  • the value of (b ⁇ c) / 2 described above is set to seven levels of 12 ⁇ m, 18 ⁇ m, 35 ⁇ m, 40 ⁇ m, 60 ⁇ m, 65 ⁇ m, and 100 ⁇ m, and the depth a of the recess 14 is set to these levels.
  • a plurality of samples (about 30 to 70) were respectively prepared with 0.3 ⁇ m, 0.5 ⁇ m, 0.8 ⁇ m, and 1.0 ⁇ m. Further, for comparison, a plurality of samples in which the concave portion 14 was not provided were similarly prepared. Then, with respect to each sample, the ink discharge surface 1a was wiped off under the following conditions.
  • dried wipe agent made by teswipe; TX4009
  • TX4009 dried wipe agent
  • the predetermined contact pressure was set to two levels of 4 kPa and 10 kPa.
  • the ink discharge surface 1a of the sample is observed with a scanning electron microscope, and the discharge opening in which the water repellent film 13 near the discharge opening 14a is deformed by the rubbing of the wipe agent.
  • the part 14a (hereinafter referred to as a damaged opening) was identified. Specifically, when the water-repellent film 13 has a line scratch across the discharge opening 14 a or a recess formed at the edge of the discharge opening 14 a or a burr applied to the discharge opening is observed, the discharge opening The portion 14a was determined to be a damaged opening.
  • the damage ratio the ratio of the damaged openings to all the discharge openings 14a (hereinafter referred to as the damage ratio) was determined.
  • FIG. 7A and 7B show the results of the above experiment.
  • FIG. 7A the average value of the damage rates of the samples having the same level of the value (bc) / 2 and the depth a of the recess 14 is shown for the case where the contact pressure is 4 kPa.
  • FIG. 7B shows the average value of the damage rates of the samples in which the value of (b ⁇ c) / 2 and the depth a of the recess 14 are at the same level when the contact pressure is 10 kPa.
  • Relational expression (1) a ⁇ 0.8 ⁇ m
  • Relational expression (2) 0 ⁇ m ⁇ (b ⁇ c) / 2 ⁇ 65 ⁇ m It is confirmed that the damage rate is suppressed to 3% or less in the sample in which the above is satisfied (the range surrounded by the broken line in FIG. 7A). On the other hand, in the sample which does not satisfy at least one of the relational expressions (1) and (2) and the sample for comparison in which the concave portion 14 is not provided, the damage rate sometimes exceeds 3%.
  • the shape of the recess 14 preferably satisfies the relational expressions (1) and (2), and more preferably that the relational expressions (1) and (4) are satisfied.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing the configuration of the nozzle substrate 10 of the present modification.
  • the recess 14 having a depth smaller than the thickness of the portion of the water repelling film 13 forming the edge 141 of the recess 14 is formed on the exposed surface side of the water repelling film 13.
  • the recess 14 is a cylindrical hole having a diameter larger than that of the nozzle N and concentric with the nozzle N. Therefore, the recess 14 has a circular bottom surface and a side surface perpendicular to the exposed surface of the water repellent film 13.
  • the bottom surface and the side surface constitute an inner wall surface 142.
  • the discharge opening 14 a is formed on the bottom of the recess 14, and the discharge opening 14 a and the nozzle N communicate with each other through a cylindrical path provided in the water repellent film 13.
  • the recess 14 of this modification can be formed by partially etching in the vertical direction from the exposed surface side of the water repellent film 13.
  • the inkjet head 1 is the inkjet head 1 that ejects ink from the circular ejection opening 14 a, and the silicon substrate 11 provided with the nozzles N and the silicon substrate 11
  • the nozzle substrate 10 has a water repellent film 13 provided along the nozzle opening surface 11a in which the opening N1 of the nozzle N is formed, and the discharge opening 14a connected to the nozzle N is formed on the surface.
  • the surface of the water repellent film 13 has a recess 14 whose edge 141 is circular, and the discharge opening 14 a is provided at the deepest portion of the recess 14, and the depth of the recess 14 is a, the edge of the recess 14
  • Relational expression (1) a ⁇ 0.8 ⁇ m
  • Relational expression (2) 0 ⁇ m ⁇ (b ⁇ c) / 2 ⁇ 65 ⁇ m
  • the water repellent film 13 by providing the water repellent film 13, it is possible to suppress the occurrence of the ink discharge failure due to the ink and the foreign matter adhering to the discharge opening 14a.
  • a normal contact pressure for example, 4 kPa or less
  • the deformation of the water repellent film 13 in the vicinity of the discharge opening 14a can be effectively suppressed. It is possible to suppress the occurrence of an ink discharge failure caused by the deformation of the film 13.
  • the distance in the Z direction between the edge 141 of the recess 14 and the discharge opening 14 a can be secured.
  • the cleaning roller 1041 abuts on the water repellent film 13 in the vicinity of the discharge opening 14a and suppresses deformation of the vicinity thereof. be able to.
  • the diameter of the edge 141 of the recess 14 is not made too large relative to the diameter of the discharge opening 14 a. it can.
  • the cleaning roller 1041 can be inhibited from contacting the water repellent film 13 in the vicinity of the discharge opening 14 a. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of the ink discharge failure due to the deformation of the water repellent film 13 in the vicinity portion. Further, as described above, since the deformation of the water repellent film 13 can be suppressed in the vicinity of the discharge opening 14a, the peeling of the water repellent film 13 in the vicinity is naturally suppressed. Thus, it is possible to effectively suppress the decrease in water repellency in the vicinity of the discharge opening 14a.
  • the depth of the recess 14 is equal to or less than the thickness of the portion of the water repellent film 13 which forms the edge 141 of the recess 14. According to such a configuration, since the water repellent film 13 having a thickness larger than the depth of the recess 14 is provided, a problem that the water repellent film 13 is worn by the cleaning roller 1041 and the water repellency is reduced is hard to occur. It is possible to effectively suppress the occurrence of the problem that the nozzle opening surface 11a of the silicon substrate 11 is eroded by the ink.
  • the depth of the recess 14 in the above modification is smaller than the thickness of the portion forming the edge 141 of the recess 14 in the water repellent film 13, the water repellency is more effectively reduced and the nozzle opening surface 11 a of the silicon substrate 11 is more effective. Erosion of the ink can be suppressed.
  • the nozzle N can be processed with high accuracy, and the nozzle N with less positional error and less variation in shape can be formed. it can.
  • the water repellent film 13 made of a perfluoropolymer, it is possible to secure water repellency sufficient to suppress the adhesion of the ink to the ink ejection surface 1 a.
  • the water repellent film 13 can be firmly fixed to the silicon substrate 11 by forming the water repellent film 13 and the nozzle opening surface 11 a by the amide bond. As a result, it is possible to effectively suppress the occurrence of the problem that the water repellent film 13 peels off from the silicon substrate 11 at the time of wiping by the cleaning roller 1041 or the like.
  • the nozzle opening surface 11a of the silicon substrate 11 has an amino group on the surface
  • the water repellent film 13 is made of a perfluoropolymer having a carboxyl group
  • the water repellent film 13 has an amide bond by an amino group and a carboxyl group.
  • the water-repellent film 13 and the silicon substrate 11 can be firmly fixed via an amide bond by being configured to be bonded to the nozzle opening surface 11 a.
  • the nozzle opening surface 11a of the silicon substrate 11 has a hydroxyl group on the surface
  • the water repellent film 13 is made of a perfluoropolymer in which an alkoxysilyl group is bonded by an amide bond, and is generated by hydrolysis of the alkoxysilyl group.
  • the water repellent film 13 and the silicon substrate 11 can be firmly fixed via the amide bond also by the configuration in which the silanol group and the hydroxyl group are dehydrated and condensed.
  • the recess 14 has a shape such that the ink discharged from the discharge opening 14 a does not hit the inner wall surface 142 of the recess 14. As a result, it is possible to suppress the occurrence of an abnormality relating to the discharge direction and the discharge amount of the ink caused by the discharged ink hitting the inner wall surface 142 of the recess 14.
  • the recess 14 has a shape in which the cross-sectional area parallel to the reference surface gradually increases as the distance from the reference surface formed by the discharge opening 14a increases, and the inner wall surface 142 of the recess 14 has the center of the discharge opening 14a.
  • the predetermined angle ⁇ is made with the nozzle axis, and the minimum value of the angle ⁇ corresponds to the ink ejected from the ejection opening 14 a of the recess 14.
  • the angle is equal to or greater than the reference angle which is the minimum value that does not hit the inner wall surface 142 of the recess 14.
  • the ink ejected from the ejection opening 14 a flies within the above range, so that the occurrence of the problem in which the ejected ink hits the inner wall surface 142 of the recess 14 can be suppressed more reliably.
  • the silicon substrate 11 provided with the nozzle N and the nozzle opening surface 11 a of the silicon substrate 11 in which the opening N1 of the nozzle N is formed.
  • a nozzle forming member manufacturing process for manufacturing the nozzle substrate 10 having the water repellent film 13 provided on the surface, and the discharge opening 14a connected to the nozzle N is formed on the surface;
  • the surface 13 has a recess 14 whose edge 141 is circular, the discharge opening 14a is provided at the deepest portion of the recess 14, and the depth of the recess 14 is a and the diameter of the edge 141 of the recess 14 is b.
  • the nozzle substrate 10 is manufactured such that the above-mentioned relational expression (1) and the relational expression (2) are satisfied. According to such a manufacturing method, it is possible to manufacture an ink jet head in which an ink discharge failure due to the deformation of the water repellent film 13 is unlikely to occur.
  • the water repellent film 13 having a thickness equal to or greater than the depth of the recess 14 is provided, so that the water repellent film 13 is abraded by the cleaning roller 1041 so that the water repellency does not easily deteriorate. It is possible to effectively suppress the occurrence of a defect in which the ink is corroded by the ink.
  • the recess 14 is formed by processing the water repellent film 13.
  • the base hole is formed in the base on which the water repellent film 13 is formed, and the base hole The recess 14 is formed by forming the water repellent film 13 along the surface of the base material having the Hereinafter, differences from the first embodiment will be mainly described.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing the configuration of the nozzle substrate 10 of the second embodiment.
  • the oxide film 113 is formed on both sides of the silicon substrate 11.
  • the oxide film 113 is a silicon thermal oxide film (SiO 2 ) formed on the surface of the silicon substrate 11 by heat-treating the silicon substrate 11 at a high temperature, and has a thickness of about 0.5 ⁇ m to 1.5 ⁇ m. There is.
  • a base recess 1131 (here, a through hole) is provided at the formation position of the nozzle N.
  • the base recess 1131 is a cylindrical through hole having a diameter larger than that of the nozzle N and concentric with the nozzle N.
  • the base recess 1131 is not limited to the structure penetrating the oxide film 113, and may be a recess having a depth smaller than the thickness of the oxide film 113.
  • a communication passage 111 communicating with the nozzle N is provided from the surface of the oxide film 113 provided on the opposite side to the nozzle opening surface 11 a to a part of the silicon substrate 11.
  • a protective film 12 is formed on the base concave portion 1131, the inner wall surface of the nozzle N and the communication path 111, and the surface of the oxide film 113.
  • the material of the protective film 12 is the same as that of the first embodiment.
  • the water repellent film 13 is provided along the surface of the oxide film 113 on the side of the nozzle opening surface 11 a and the inner wall surface of the base recess 1131.
  • the water repellent film 13 of the present embodiment is a fluorine-based silane coupling agent provided with a substantially uniform thickness, and has a surface shape reflecting the shape of the base recess 1131. Therefore, in the nozzle opening surface 11 a, the recess 14 in which the inner wall surface is formed of the water repellent film 13 provided along the base recess 1131 is formed.
  • the concave portion 14 of the present embodiment has a cylindrical shape concentric with the nozzle N similarly to the base concave portion 1131, and the discharge opening portion 14a is provided on the inner wall surface (here, the deepest portion). Further, in the recess 14 of the present embodiment, the depth a and the diameter b of the edge 141 have the above-described relational expressions (1) to (3) (more preferably, the relational expressions (1), (3), (4)) It is provided in the shape which fulfills.
  • step S201 is cross-sectional views showing a method of manufacturing the nozzle substrate 10 of the second embodiment.
  • oxide film 113 is formed by heating silicon substrate 11 for about 5 to 10 hours in an environment of 1050 ° C. into which O 2 gas is introduced.
  • a resist 90c is formed on the surface of the oxide film 113 on the nozzle opening surface 11a side, and an opening pattern having the same shape as the opening N1 of the nozzle N is formed at the formation position of the nozzle N by photolithography (FIG. Step S202).
  • This step S202 can be performed by the same process as steps S102 to S104 of the first embodiment.
  • the mask used in photolithography is in close contact with the resist 90c.
  • etching is performed in the direction perpendicular to the oxide film 113 and the silicon substrate 11 using the resist 90c as a mask to form an opening pattern of the nozzle N (Step S203 in FIG. 10).
  • Etching of these oxide film 113 for example, an etching apparatus; using (Samco Co. RIE-100C or the like), the flow rate of CF 4 and 50 sccm, 30 ⁇ 60 minutes under a pressure of 1 ⁇ 3 Pa, 100 ⁇ Perform dry etching at an output of 200 W.
  • the etching of the silicon substrate 11 can be performed by the same process as step S106 of the first embodiment.
  • Step S204 in FIG. 10 a resist 90d having an opening pattern having the same shape as the base recess 1131 is formed.
  • the resist 90c used in step S203 is removed, and after the resist 90d is formed again, an opening pattern having the same shape as the base recess 1131 is formed in the resist 90d by photolithography.
  • step S205 etching is performed in the direction perpendicular to the oxide film 113 using the resist 90d as a mask to form the base recess 1131 in the oxide film 113 (step S205 in FIG. 11).
  • This step S205 can be performed by the same process as the etching of the oxide film 113 in step S203.
  • a resist 90e is formed on the oxide film 113 on the opposite side to the nozzle opening surface 11a, and an opening pattern having the same shape as the opening of the communicating passage 111 is formed by photolithography. Etching is performed in the direction perpendicular to the above to form an opening pattern of the communication passage 111 (step S206 in FIG. 11). This step S206 can be performed by the same process as step S202 and step S203.
  • step S207 can be performed by the same processing as step S109 and step S110 of the first embodiment.
  • the water repellent film 13 is formed along the surface of the oxide film 113 on the nozzle opening surface 11a side and the inner wall surface of the base recess 1131 (step S208 in FIG. 11).
  • the silicon substrate 11 is immersed and pulled up in a solution in which a fluorine-based silane coupling agent (manufactured by Daikin Industries, Ltd .; Optool (registered trademark) or the like) is diluted to a specified concentration with a fluorine-based solvent. Subsequently, it is humidified and heated for about one hour under conditions such as 60 ° C. and 90%.
  • the water film 13 is removed.
  • the order of forming the protective film 12 and the water repellent film 13 is not limited to the above, and the protective film 12 may be formed after the water repellent film 13 is formed first.
  • the nozzle forming member manufacturing process is configured by the processes of steps S201 to S208 described above.
  • the base recess 1131 is provided in the oxide film 113 in the silicon substrate 11 having the oxide film 113 on the surface to form the recess 14, but in the present modification, the silicon substrate 11 itself without the oxide film 113
  • the base recess 114 is provided to form the recess 14.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing the configuration of the nozzle substrate 10 of the present modification.
  • the oxide film 113 is not provided on the surface of the silicon substrate 11, and the cylindrical shape concentric with the nozzle N has a diameter larger than that of the nozzle N on the surface on the nozzle opening surface 11a side of the silicon substrate 11.
  • the base recess 114 is formed.
  • the water repellent film 13 is provided along the surface of the silicon substrate 11 on the nozzle opening surface 11 a side including the inner wall surface of the underlying concave portion 114, whereby the concave portion 14 whose inner wall surface is the water repellent film 13 is formed. ing.
  • the nozzle opening surface 11a has the base recess 1131 (in the modification, the base recess 114) in which the opening N1 of the nozzle N is provided at the deepest portion.
  • the surface of the portion of the water repellent film 13 provided along the base recess 1131 (114) forms a recess 14.
  • the silicon substrate 11 is provided with an oxide film 113 forming the nozzle opening surface 11 a.
  • the nozzle forming member manufacturing step is a step of forming in the surface of the silicon substrate 11 a base recess 1131 in which the opening N1 of the nozzle N is provided at the deepest portion.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and various modifications can be made.
  • the recess 14 has been described using an example having a shape satisfying the relational expressions (1) to (3), but the shape of the discharge opening 14a and the ink for discharging the ink If the angle range of the ink discharge direction can be limited to a narrow range by devising the voltage signal of the drive waveform, the discharged ink does not hit the inner wall surface 142 of the recess 14 even if the relational expression (3) is not satisfied. If it is possible, the relational expression (3) may not necessarily be satisfied.
  • the shape of the concave portion 14 is not limited to those shown in the above-described embodiments and the respective modifications, and the discharge opening portion 14a is provided at the deepest portion, the inner wall surface is made of the water repellent film 13 and the edge 141 is circular. It can be of any other shape.
  • the recess 14 may have a hemispherical inner wall surface.
  • the cleaning roller 1041 has been described as an example of the wiping unit for wiping the ink ejection surface 1a in each of the above-described embodiments and the modifications, the configuration of the wiping unit is not limited thereto.
  • the ink ejection surface 1a It may be a blade or the like for scraping out foreign substances and ink.
  • the configuration of the water repellent film 13 is not limited to those of the above-described embodiments and the respective modifications.
  • a metal layer may be used in which resin particles containing fluorine and having water repellency are dispersed so as to be exposed on the surface.
  • Such a water repellent film can be formed by composite plating with resin particles.
  • substrate 10 makes a metal substrate a base material. May be configured.
  • a method of forming the recess 14 in this case for example, a cylindrical resist pattern corresponding to the recess 14 is formed on a predetermined support substrate, and a metal substrate having a nozzle by electroforming on the support substrate and the resist pattern. Can be used to remove the support substrate and the resist pattern from the metal substrate, and to form a water repellent film on the surface after the removal.
  • the protective film 12 is formed from the inner wall surface of the nozzle N and the communication passage 111 to the upper surface (the lower surface in the second embodiment) of the silicon substrate 11 has been described.
  • the protective film 12 may be provided on at least the inner wall surface of the nozzle N and the communication passage 111, and may not necessarily be provided on the upper surface or the lower surface of the silicon substrate 11.
  • the inner wall surface of the nozzle N may be tapered so that the cross-sectional area parallel to the nozzle opening surface 11a decreases as the opening N1 of the nozzle N is closer.
  • the single-pass inkjet recording apparatus 100 has been described as an example, but the present invention is not limited to the inkjet recording apparatus that performs image recording while scanning a head unit or an inkjet head. You may apply.
  • the piezoelectric inkjet recording apparatus 100 using the piezoelectric element 60 has been described as an example, but the present invention is not limited to this.
  • air bubbles are generated in the ink by heating.
  • the present invention can be applied to an inkjet recording apparatus of another type such as a thermal type inkjet recording apparatus which ejects ink.
  • the present invention can be used for an inkjet head, an inkjet recording apparatus, and a method of manufacturing an inkjet head.

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Abstract

よりインクの吐出不良が生じにくいインクジェットヘッド、インクジェット記録装置及びインクジェットヘッドの製造方法を提供する。インクジェットヘッドは、円形の吐出開口部からインクを吐出するインクジェットヘッドであって、ノズルが設けられた基材と、基材のうちノズルの開口部が形成されているノズル開口面に沿って設けられ、ノズルに繋がる吐出開口部が表面に形成されている撥水膜と、を有するノズル形成部材を備え、撥水膜の表面は、縁が円形である凹部を有し、吐出開口部は、凹部の最深部に設けられており、凹部の深さをａ、凹部の縁の直径をｂ、吐出開口部の直径をｃとした場合に、関係式（１）：ａ≧０．８μｍ、及び関係式（２）：０μｍ＜（ｂ－ｃ）／２≦６５μｍを満たす。

Description

インクジェットヘッド、インクジェット記録装置及びインクジェットヘッドの製造方法
　本発明は、インクジェットヘッド、インクジェット記録装置及びインクジェットヘッドの製造方法に関する。
　従来、インクジェットヘッドに設けられたノズルからインクを吐出させて画像などを形成するインクジェット記録装置がある。インクジェット記録装置では、ノズルからのインク吐出に伴って霧状のインク（インクミスト）が発生する。このようなインクが、インクジェットヘッドにおいてノズルの開口部が設けられたノズル開口面に付着すると、ノズルの開口部を塞いでインクの吐出不良を生じさせるという問題がある。これに対し、従来、ノズル開口面の表面に撥水膜を設けてインクを付着しにくくする技術がある。また、ノズル開口面のインクをブレードや布帛などにより払拭（ワイピング）して除去する技術が用いられている。
　しかしながら、撥水膜は、機械的な耐久性や堅牢性に乏しく、ワイピングにより摩耗したり変形したりするという問題がある。これに対し、特許文献１には、ノズルの開口部周辺の撥水膜を厚くすることで、撥水膜の摩耗による撥水性の低下を抑制する技術が開示されている。
特開２０１５－２２７０２７号公報
　しかしながら、上記従来の技術では、撥水膜の摩耗や変形自体が抑制されるわけではない。このため、ノズルの開口部周辺の撥水膜がワイピングにより変形すると、ノズルから吐出されるインクが変形した撥水膜に当たってインクの吐出不良を生じさせ得ることがあるという課題がある。
　この発明の目的は、よりインクの吐出不良が生じにくいインクジェットヘッド、インクジェット記録装置及びインクジェットヘッドの製造方法を提供することにある。
　上記目的を達成するため、請求項１に記載のインクジェットヘッドの発明は、
　円形の吐出開口部からインクを吐出するインクジェットヘッドであって、
　ノズルが設けられた基材と、
　前記基材のうち前記ノズルの開口部が形成されているノズル開口面に沿って設けられ、前記ノズルに繋がる前記吐出開口部が表面に形成されている撥水膜と、
　を有するノズル形成部材を備え、
　前記撥水膜の表面は、縁が円形である凹部を有し、
　前記吐出開口部は、前記凹部の最深部に設けられており、
　前記凹部の深さをａ、前記凹部の縁の直径をｂ、前記吐出開口部の直径をｃとした場合に、下記の関係式（１）及び関係式（２）を満たす。
　関係式（１）：ａ≧０．８μｍ
　関係式（２）：０μｍ＜（ｂ－ｃ）／２≦６５μｍ
　請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインクジェットヘッドにおいて、
　前記凹部の深さは、前記撥水膜のうち前記凹部の縁をなす部分の厚さ以下である。
　請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のインクジェットヘッドにおいて、
　前記凹部の深さは、前記撥水膜のうち前記凹部の縁をなす部分の厚さより小さい。
　請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のインクジェットヘッドにおいて、
　前記ノズル開口面は、前記ノズルの開口部が最深部に設けられた下地凹部を有し、
　前記撥水膜は、前記下地凹部に沿って設けられた部分の表面が前記凹部をなしている。
　請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のインクジェットヘッドにおいて、
　前記基材は、前記ノズル開口面をなす酸化膜が設けられたシリコン基板である。
　請求項６に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
　前記基材は、シリコン基板である。
　請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
　前記撥水膜は、パーフルオロポリマーからなる。
　請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のインクジェットヘッドにおいて、
　前記撥水膜は、前記ノズル開口面とアミド結合により結合されている。
　請求項９に記載の発明は、請求項８に記載のインクジェットヘッドにおいて、
　前記基材の前記ノズル開口面は、表面にアミノ基を有し、
　前記撥水膜は、カルボキシル基を有するパーフルオロポリマーからなり、前記アミノ基及び前記カルボキシル基によるアミド結合により前記ノズル開口面と結合されている。
　請求項１０に記載の発明は、請求項８に記載のインクジェットヘッドにおいて、
　前記基材の前記ノズル開口面は、表面に水酸基を有し、
　前記撥水膜は、アルコキシシリル基がアミド結合により結合しているパーフルオロポリマーからなり、
　前記撥水膜の前記アルコキシシリル基の加水分解により生じたシラノール基と前記水酸基とが脱水縮合結合している。
　請求項１１に記載の発明は、請求項１から１０のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
　前記凹部は、前記吐出開口部から吐出されたインクが前記凹部の内壁面に当たらない形状を有する。
　請求項１２に記載の発明は、請求項１から１１のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
　前記凹部は、前記吐出開口部がなす基準面からの距離が増大するに従って前記基準面に平行な断面積が漸増する形状を有し、
　前記凹部の内壁面は、前記吐出開口部の中心を通り前記基準面に垂直なノズル軸を通る任意の断面において、前記ノズル軸との間で所定の角度をなし、前記所定の角度の最小値が、前記凹部の前記吐出開口部から吐出されたインクが前記凹部の内壁面に当たらない最小値である基準角度以上となっている。
　請求項１３に記載の発明は、請求項１１又は１２に記載のインクジェットヘッドにおいて、下記の関係式（３）を満たす。
　関係式（３）：ａ≦ｃ／２
　請求項１４に記載の発明は、請求項１から１３のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、下記の関係式（４）を満たす。
　関係式（４）：０μｍ＜（ｂ－ｃ）／２≦１８μｍ
　また、上記目的を達成するため、請求項１５に記載のインクジェット記録装置の発明は、請求項１から１４のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドを備える。
　また、上記目的を達成するため、請求項１６に記載のインクジェットヘッドの製造方法の発明は、
　円形の吐出開口部からインクを吐出するインクジェットヘッドの製造方法であって、
　ノズルが設けられた基材と、当該基材のうち前記ノズルの開口部が形成されているノズル開口面に沿って設けられ、前記ノズルに繋がる前記吐出開口部が表面に形成されている撥水膜と、を有するノズル形成部材を製造するノズル形成部材製造工程を含み、
　前記ノズル形成部材製造工程では、
　前記撥水膜の表面が、縁が円形である凹部を有し、
　前記吐出開口部が前記凹部の最深部に設けられ、かつ、
　前記凹部の深さをａ、前記凹部の縁の直径をｂ、前記吐出開口部の直径をｃとした場合に、下記の関係式（１）及び関係式（２）が満たされるように前記ノズル形成部材を製造する。
　関係式（１）：ａ≧０．８μｍ
　関係式（２）：０μｍ＜（ｂ－ｃ）／２≦６５μｍ
　請求項１７に記載の発明は、請求項１６に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、
　前記ノズル形成部材製造工程は、
　前記基材の表面に沿って前記撥水膜を形成する工程、
　前記撥水膜に、前記吐出開口部が最深部に設けられた前記凹部を形成する工程、
　を含む。
　請求項１８に記載の発明は、請求項１６に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、
　前記ノズル形成部材製造工程は、
　前記基材の表面に、前記ノズルの開口部が最深部に設けられた下地凹部を形成する工程、
　前記下地凹部が形成された前記基材の前記表面に、前記吐出開口部が最深部に設けられた前記凹部を表面に有する前記撥水膜を形成する工程、
　を含む。
　請求項１９に記載の発明は、請求項１８に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、
　前記基材は、シリコン基板であり、
　前記基材の前記表面に前記下地凹部を形成する工程の前に、前記基材の前記表面を酸化させて酸化膜を形成する工程を含む。
　本発明に従うと、よりインクの吐出不良を生じにくくすることができるという効果がある。
インクジェット記録装置の概略構成を示す図である。 メンテナンス部によるメンテナンス動作を説明する図である。 インクジェットヘッドを側面側から見た断面図である。 ノズル基板の構成を示す断面図である。 ノズル基板の製造方法を示す断面図である。 ノズル基板の製造方法を示す断面図である。 実施形態の効果を確認するために行った実験の結果を示す図である。 実施形態の効果を確認するために行った実験の結果を示す図である。 第１の実施形態の変形例に係るノズル基板の構成を示す断面図である。 第２の実施形態のノズル基板の構成を示す断面図である。 第２の実施形態のノズル基板の製造方法を示す断面図である。 第２の実施形態のノズル基板の製造方法を示す断面図である。 第２の実施形態の変形例に係るノズル基板の構成を示す断面図である。
　以下、本発明のインクジェットヘッドの製造方法、インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置に係る実施の形態を図面に基づいて説明する。
　（第１の実施形態）
　図１は、本発明の実施形態であるインクジェット記録装置１００の概略構成を示す図である。
　インクジェット記録装置１００は、搬送ベルト１０１、搬送ローラー１０２、ヘッドユニット１０３及びメンテナンス部１０４などを備える。
　搬送ローラー１０２は、図示しない搬送モーターの駆動によって、図１のＸ方向に平行な回転軸を中心に回転する。搬送ベルト１０１は、一対の搬送ローラー１０２により内側が支持された輪状のベルトであり、搬送ローラー１０２が回転動作するのに従って一対の搬送ローラー１０２の回りを周回移動する。インクジェット記録装置１００は、搬送ベルト１０１上に記録媒体Ｍが載置された状態で、搬送ローラー１０２の回転速度に応じた速度で搬送ベルト１０１が周回移動することで記録媒体Ｍを搬送ベルト１０１の移動方向（図１のＹ方向）に搬送する搬送動作を行う。
　ヘッドユニット１０３は、搬送ベルト１０１により搬送される記録媒体Ｍに対して画像データに基づいてノズルからインクを吐出して記録媒体Ｍ上に画像を記録する。本実施形態のインクジェット記録装置１００では、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色のインクにそれぞれ対応する４つのヘッドユニット１０３が記録媒体Ｍの搬送方向上流側から順に所定の間隔で並ぶように配列されている。
　各ヘッドユニット１０３は、平板状の基部１０３１と、当該基部１０３１を貫通する孔部に篏合した状態で基部１０３１に固定された複数の（ここでは４つの）インクジェットヘッド１とを有する。インクジェットヘッド１は、ノズルの開口部が設けられたインク吐出面１ａ（図２参照）を有し、各ヘッドユニット１０３は、インクジェットヘッド１のインク吐出面１ａが搬送ベルト１０１の搬送面と対向する位置に配置される。
　インクジェットヘッド１では、インクを吐出する複数のノズルが記録媒体Ｍの搬送方向と交差する方向（本実施形態では搬送方向と直交する幅方向、すなわちＸ方向）に配列されている。また、各インクジェットヘッド１では、Ｘ方向に一次元配列されたノズルからなるノズル列が複数（例えば４列）設けられており、当該複数のノズル列は、ノズルの位置が互いにＸ方向にずれる位置関係で設けられている。
　各ヘッドユニット１０３における４つのインクジェットヘッド１は、ノズルのＸ方向についての配置範囲が、搬送ベルト１０１上の記録媒体Ｍのうち画像が記録可能な領域のＸ方向についての幅をカバーするように千鳥格子状に配置されている。このようにインクジェットヘッド１が配置されたインクジェット記録装置１００では、ヘッドユニット１０３を固定した状態でインクジェットヘッド１から画像データに応じた適切なタイミングでインクを吐出することで、搬送される記録媒体Ｍ上に画像を記録することができる。すなわち、インクジェット記録装置１００は、シングルパス方式で画像を記録する。
　また、ヘッドユニット１０３は、各々別個にＸ方向に移動可能に設けられている。これにより、画像形成を行っていない場合に、インクジェットヘッド１のインク吐出面１ａがメンテナンス部１０４と対向する位置に移動させることができるようになっている。図１では、ブラックのインクを吐出するヘッドユニット１０３がＸ方向に移動してメンテナンス部１０４と対向している状態が示されている。
　メンテナンス部１０４は、ヘッドユニット１０３がＸ方向に移動した場合にインクジェットヘッド１のインク吐出面１ａをクリーニング可能な位置に配置されている。メンテナンス部１０４は、各ヘッドユニット１０３に対して別個に設けられていても良いし、単一のメンテナンス部１０４により全てのヘッドユニット１０３のメンテナンスを行っても良い。
　図２は、メンテナンス部１０４によるメンテナンス動作を説明する図である。
　メンテナンス部１０４は、基部１０３１の下面から露出したインクジェットヘッド１のインク吐出面１ａを払拭（ワイピング）して清掃する清掃ローラー１０４１（払拭部）を備える。清掃ローラー１０４１は、所定の薬液を含ませたワイピングクロスが外周面に巻かれており、また回転軸がＹ方向と平行になるように配置されている。メンテナンス部１０４は、図示略の回転モーター及び搬送モーターを有し、清掃ローラー１０４１は、回転モーターの動作に応じて回転するとともに、搬送モーターの動作に応じてＺ方向及びＸ方向に移動される。上述のワイピングが行われる場合には、清掃ローラー１０４１は、搬送モーターの動作によりＺ方向に移動されることでインクジェットヘッド１のインク吐出面１ａに当接し、この状態で回転モーターの動作により回転しながら搬送モーターの動作に応じてＸ方向に移動することでインク吐出面１ａを拭う。
　図３は、インクジェットヘッド１を側面側（－Ｘ方向側）から見た断面図である。図３では、４つのノズル列に含まれる４つのノズルＮを含む面でのインクジェットヘッド１の断面が示されている。
　インクジェットヘッド１は、ヘッドチップ２と、共通インク室７０と、支持基板８０と、配線部材３と、駆動部４などを備える。
　ヘッドチップ２は、ノズルＮからインクを吐出させるための構成であり、複数、ここでは、４枚の板状の基板が積層形成されている。ヘッドチップ２における最下方の基板は、ノズル基板１０（ノズル形成部材）である。ノズル基板１０には複数のノズルＮが設けられて、当該ノズルＮの開口部からノズル基板１０の露出面（インク吐出面１ａ）に対して略垂直にインクが吐出可能とされる。ノズル基板１０のインク吐出面１ａとは反対側には、上方（図３のＺ方向）に向かって順番に圧力室基板２０（チャンバープレート）、スペーサー基板４０及び配線基板５０が接着されて積層されている。以下では、これらノズル基板１０、圧力室基板２０、スペーサー基板４０及び配線基板５０の各基板を各々又はまとめて積層基板１０、２０、４０、５０などとも記す。
　これらの積層基板１０、２０、４０、５０には、ノズルＮに連通するインク流路が設けられており、配線基板５０の露出される側（＋Ｚ方向側）の面で開口されている。この配線基板５０の露出面上には、全ての開口を覆うように共通インク室７０が設けられている。共通インク室７０のインク室形成部材７０ａ内に貯留されるインクは、配線基板５０の開口から各ノズルＮへ供給される。
　インク流路の途中には、圧力室２１（インク貯留部）が設けられている。圧力室２１は、圧力室基板２０を上下方向（Ｚ方向）に貫通して設けられており、圧力室２１の上面は、圧力室基板２０とスペーサー基板４０との間に設けられた振動板３０により構成されている。圧力室２１内のインクには、振動板３０を介して圧力室２１と隣り合って設けられている格納部４１内の圧電素子６０の変位（変形）によって振動板３０（圧力室２１）が変形することで、圧力変化が付与される。圧力室２１内のインクに適切な圧力変化が付与されることで、圧力室２１に連通するノズルＮからインク流路内のインクが液滴として吐出される。
　支持基板８０は、ヘッドチップ２の上面に接合されており、共通インク室７０のインク室形成部材７０ａを保持している。支持基板８０には、インク室形成部材７０ａの下面の開口とほぼ同じ大きさ及び形状の開口が設けられており、共通インク室７０内のインクは、インク室形成部材７０ａの下面の開口、及び支持基板８０の開口を通ってヘッドチップ２の上面に供給される。
　配線部材３は、例えば、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）などであり、配線基板５０の配線に接続されている。この配線を介して格納部４１内の配線５１及び接続部５２（導電部材）に伝えられる駆動信号により圧電素子６０が変位動作する。配線部材３は、支持基板８０を貫通して引き出されて駆動部４に接続される。
　駆動部４は、インクジェット記録装置の制御部からの制御信号や、電力供給部からの電力供給などを受けて、各ノズルＮからのインク吐出動作や非吐出動作に応じて、圧電素子６０の適切な駆動信号を配線部材３に出力する。駆動部４は、ＩＣ（Integrated Circuit）などで構成されている。
　図４は、ノズル基板１０の構成を示す断面図である。図４では、ノズル基板１０のうちノズルＮの近傍部分の断面が拡大して示されている。
　ノズル基板１０は、ノズルＮ及び当該ノズルＮに連通する連通路１１１からなる貫通孔が設けられているシリコン基板１１（基材）と、ノズルＮ及び連通路１１１の内壁面からシリコン基板１１の上面にかけて設けられた保護膜１２と、シリコン基板１１の下面（ノズルＮの開口部Ｎ１が設けられているノズル開口面１１ａ）に設けられた撥水膜１３と、を備える。
　シリコン基板１１は、厚さ１００～２００μｍ程度のシリコンからなる板状部材である。ノズル基板１０の基材としてシリコン基板１１を用いることで、高精度にノズルＮの加工を行うことができ、位置の誤差や形状のばらつきの少ないノズルＮを形成することができる。また、シリコン基板１１としてＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用いることで、後述するようにノズルＮのノズル長を高精度に作り込むことができる。
　ノズルＮは、シリコン基板１１の下面に円形の開口部Ｎ１を有する円筒状の孔である。ノズルＮの開口部Ｎ１とは反対側の開口は、連通路１１１に連通している。
　連通路１１１は、ノズルＮよりも大きな直径を有しノズルＮと同心の円筒状の孔であり、シリコン基板１１の上面に開口部を有する。
　ノズルＮの開口部Ｎ１の直径は、１５～３０μｍの範囲内とすることができる。本実施形態では、開口部Ｎ１の直径は、２０μｍである。また、ノズルＮのＺ方向の長さ（ノズル長）は、１０～３０μｍとすることができ、連通路１１１の直径は、１００～２００μｍとすることができる。
　シリコン基板１１の下面には、カップリング層１１２が設けられている。本実施形態のカップリング層１１２は、アミノ基を有するシランカップリング剤（アミノシラン）の単分子層である。
　保護膜１２は、ノズルＮ及び連通路１１１の内壁面から上面（ノズル開口面１１ａとは反対側の面）にかけて設けられている。保護膜１２としては、インクとの接触により溶解しない材質のもの、例えば、金属酸化膜（五酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化ジルコニウム等）や、金属酸化膜にシリコンを含有させた金属シリケート膜（タンタルシリケート、ハフニウムシリケート、ニオブシリケート、チタンシリケート、ジルコニウムシリケート等）などを用いることができる。また、保護膜１２として、ポリイミド、ポリアミド、パリレン等の有機膜を用いても良い。保護膜１２の厚さは、特には限られないが、例えば１０ｎｍ～数十μｍ、好ましくは１０ｎｍ～１μｍとすることができる。保護膜１２を薄くすることで、ノズルＮの開口面積への影響をより少なくすることができる。
　撥水膜１３は、シリコン基板１１の下面（ノズル開口面１１ａ）に沿って設けられており、その表面がインク吐出面１ａをなす。撥水膜１３は、インク吐出面１ａに撥水性を持たせて、インク吐出面１ａへのインクや異物の付着を抑制するために設けられている層である。撥水膜１３としては、例えば、２つの二重結合を有する全フッ素化炭化水素であるパーフルオロジエンを重合させて得られた樹脂（パーフルオロポリマー）を用いることができる。さらに、分子の末端にカルボキシル基を有するパーフルオロポリマーを用いることで、カップリング層１１２のアミド基との間のアミド結合により強固に固着させることができる。これにより、清掃ローラー１０４１による払拭時などに撥水膜１３がシリコン基板１１から剥離する不具合の発生を抑制することができる。カルボキシル基を有するパーフルオロポリマーの例としては、サイトップ（Ａタイプ）（登録商標）（旭硝子株式会社製）が挙げられる。
　なお、シリコン基板１１にカップリング層１１２を設けない場合には、アルコキシシリル基がアミド結合により結合しているパーフルオロポリマーからなる撥水膜１３を用いることができる。この場合には、撥水膜１３のアルコキシシリル基の加水分解により生じたシラノール基と、シリコン基板１１のノズル開口面１１ａ上の水酸基とを脱水縮合結合させることで、シリコン基板１１上に撥水膜１３を強固に固着させることができる。この場合においても、撥水膜１３とシリコン基板１１とは、アミド結合を介して結合される。アルコキシシリル基がアミド結合により結合しているパーフルオロポリマーの例としては、サイトップ（Ｍタイプ）（登録商標）（旭硝子株式会社製）が挙げられる。
　また、撥水膜１３には、ノズルＮの形成位置に、側面がテーパー形状を有する貫通孔が開けられている。この貫通孔は、一方の開口（吐出開口部１４ａ）がノズルＮの開口部Ｎ１に一致し、他方の開口が、吐出開口部１４ａよりも大きい面積を有する円形状をなしている。ここで、吐出開口部１４ａは、ノズル基板１０においてインクが最終的に吐出される開口である。これにより、撥水膜１３の表面は、ノズルＮの開口部Ｎ１が最深部（ここでは、底面）に設けられた凹部１４を有している。
　詳しくは、この凹部１４（撥水膜１３の貫通孔）は、撥水膜１３の露出面側の縁１４１（開口部）における断面積が最も大きくなるような円錐台形状を有しており、内壁面１４２がテーパー形状をなしている。すなわち、凹部１４は、吐出開口部１４ａがなす基準面からの距離が増大するに従って当該基準面に平行な断面積が漸増する形状を有している。また、凹部１４のテーパー形状の内壁面１４２は、吐出開口部１４ａの中心を通り基準面に垂直な（すなわち、Ｚ方向に延びる）ノズル軸を通る任意の断面（例えば、図４の断面）において、ノズル軸との間でなす傾斜角度θ（所定の角度）が所定の基準角度以上となるように設けられている。ここで、基準角度は、凹部１４の吐出開口部１４ａから吐出されたインクが内壁面１４２に当たらない傾斜角度θの最小値である。基準角度は、実際に異なる複数の傾斜角度θでテーパー形状の側面を有する凹部１４を形成してインクが当たらない傾斜角度θの範囲内で定めても良いし、吐出されるインクの挙動のシミュレーションに基づいて定めても良い。
　なお、傾斜角度θが内壁面１４２の面内で一定でない場合には、傾斜角度θの最小値が基準角度以上となっていれば良い。
　また、凹部１４は、凹部１４の深さ（本実施形態では、撥水膜１３の厚さ）をａ、凹部１４の縁１４１がなす円の直径をｂ、吐出開口部１４ａの直径をｃとした場合に、以下の関係式（１）、（２）が満たされるように設けられている。
　関係式（１）：ａ≧０．８μｍ
　関係式（２）：０μｍ＜（ｂ－ｃ）／２≦６５μｍ
　ここで、（ｂ－２）／２は、吐出開口部１４ａから凹部１４の縁１４１までの平均距離に相当する。
　さらに、吐出されたインクが凹部１４の内壁面１４２に当たらないようにするために、以下の関係式（３）が満たされる形状とすることが望ましい。
　関係式（３）：ａ≦ｃ／２
　本実施形態では、ａ＝１μｍ、ｂ＝７０μｍ、ｃ＝２０μｍ（したがって、（ｂ－ｃ）／２＝２５μｍ）とされている。
　関係式（１）が満たされることで、凹部１４の縁１４１と吐出開口部１４ａとのＺ方向の距離を確保することができる。これにより、インクジェットヘッド１のインク吐出面１ａ（すなわち、撥水膜１３の露出面）をメンテナンス部１０４の清掃ローラー１０４１により払拭する場合に、清掃ローラー１０４１が、撥水膜１３のうち吐出開口部１４ａの縁を含む近傍部分に当接して当該近傍部分が変形するのを抑制することができる。この結果、撥水膜１３が変形して吐出開口部１４ａの一部を塞ぐバリが生じるのを抑制することができ、吐出開口部１４ａから吐出されたインクが当該バリに当たることによるインク吐出不良の発生を抑制することができる。
　また、関係式（２）のうち（ｂ－ｃ）／２≦６５μｍが満たされることで、凹部１４の縁１４１の直径が吐出開口部１４ａの直径に対して大きくなりすぎないようにすることができる。これによっても、清掃ローラー１０４１が、撥水膜１３のうち吐出開口部１４ａの近傍部分に当接するのを抑制することができる。
　次に、本実施形態のインクジェットヘッド１の製造方法について、ノズル基板１０の製造方法を中心に説明する。
　図５及び図６は、ノズル基板１０の製造方法を示す断面図である。
　この製造方法では、まず、シリコン基板１１の下面にカップリング層１１２を形成し、その後、カップリング層１１２の表面に撥水膜１３を形成する（図５のステップＳ１０１）。
　このうちカップリング層１１２の形成では、まず、アミノシランカップリング剤（例えば、信越化学工業株式会社製；ＫＢＥ９０３、ＫＢＥ６０３等）の原液を水、エタノール等で０．０１～０．２％程度に希釈し、溶液を調製する。次に、得られた溶液をスピンコート（例えば、１５００～４０００ｒｐｍで２０秒）でシリコン基板１１上に塗布し、カップリング層１１２を形成する。形成後、１００℃で３０分間ベーキングして密着性を向上させる。
　また、撥水膜１３の形成では、パーフルオロポリマー（例えば、旭硝子株式会社製；サイトップ（Ａタイプ）（登録商標）等）の原料溶液をスピンコート（例えば、２０００～３０００ｒｐｍ、２０秒）でシリコン基板１１のカップリング層１１２の上に塗布し、成膜後、１８０～２５０℃でベーキングする。
　次に、撥水膜１３の表面をＣＦ4／Ｏ2混合ガスプラズマにより表面処理した後に、撥水膜１３の表面にレジスト９０ａ（例えば、東京応化工業株式会社製；ＯＦＰＲ（登録商標）等）を形成する（図５のステップＳ１０２）。ＣＦ4／Ｏ2混合ガスプラズマによる表面処理では、例えば、ＣＦ4／Ｏ2ガスの流量をそれぞれ１５ｓｃｃｍ／５ｓｃｃｍとし、３Ｐａの気圧下で１分行う。また、レジストの形成では、スピンコート（例えば、２０００ｒｐｍ、３０秒）での成膜後、１１０℃で９０秒のベーキングを行う。
　次に、コンタクトアライナーにより、ノズルＮの位置に開口を有するマスク９１を用いてレジスト９０ａを露光する（図５のステップＳ１０３）。このとき、マスク９１とレジスト９０ａとの間に所定のギャップを設けた状態で露光を行う。また、露光における光量は、例えば５０ｍＪ／ｃｍ2とする。
　次に、シリコン基板１１を２５℃の現像液（例えば、東京応化工業株式会社製；ＮＭＤ－３）に６０～９０秒浸漬してレジスト９０ａの感光部を除去する（図５のステップＳ１０４）。ステップＳ１０３の露光時に、マスク９１とレジスト９０ａとの間にギャップを設けることで、照射光がマスク９１の開口の裏側に回り込み、マスク９１に近い位置ほど広い幅で露光されるため、レジスト９０ａには、露出面側（撥水膜１３とは反対側）ほど断面積が大きくなるような、側面がテーパー形状を有する開口が形成される。
　次に、レジスト９０ａをマスクとしてＯ2プラズマにより撥水膜１３をエッチングして凹部１４を形成する（図５のステップＳ１０５）。このエッチングでは、レジスト９０ａの開口がテーパー形状を有しているため、処理時間の経過とともにレジスト９０ａの開口が浸食されて徐々に拡大していく。このようなレジスト９０ａをマスクとしてエッチングを行うことで、撥水膜１３には、レジスト９０ａ側ほど断面積が大きくなるような、側面がテーパー形状を有する貫通孔（凹部１４）が形成される。このステップでは、エッチング装置（例えば、サムコ株式会社製；ＲＩＥ－１００Ｃ）を用いて、Ｏ2流量を５０ｓｃｃｍとし、１０Ｐａの圧力下で１～２分、２００Ｗの出力でドライエッチングを行う。
　次に、レジスト９０ａ及び撥水膜１３をマスクとしてシリコン基板１１に対する垂直方向のエッチングを行い、ノズルＮの開口パターンを形成する（図６のステップＳ１０６）。このステップＳ１０６のエッチングは、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置や、放電形式に誘導結合方式を採用したドライエッチング装置であるＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）－ＲＩＥエッチング装置等のドライエッチング装置を用いて行うことができる。また、プロセスガスとして、ＳＦ6やＣ4Ｆ8などを用い、エッチング開口の側面を保護する保護膜の形成と垂直方向へのドライエッチングとを繰り返し行うボッシュプロセスによって垂直性に優れたエッチング加工を行うことができる。また、シリコン基板１１としてＳＯＩ基板を用いた場合、エッチングストッパー層までエッチングが進んだ段階でエッチングを停止させることができるため、ノズルＮのノズル長を高精度に作り込むことができる。一例として、サムコ株式会社製ＲＩＥ－８００ｉＰＢを用いてボッシュプロセスによりノズルＮの開口パターンを形成する場合、側面の保護膜形成条件は、ＩＣＰパワー：３０００Ｗ、圧力：１０Ｐａ、Ｃ4Ｆ8流量：２００ｓｃｃｍ、Ｏ２流量：１０ｓｃｃｍとすることができ、エッチング条件は、ＩＣＰパワー：３０００Ｗ、圧力：３０Ｐａ、ＳＦ6流量：６００ｓｃｃｍ、Ｏ2流量：１０ｓｃｃｍとすることができる。
　次に、シリコン基板１１の撥水膜１３とは反対側の面にレジスト９０ｂを形成し、ステップＳ１０３、ステップＳ１０４と同様のフォトリソグラフィーにより、連通路１１１の開口部と同一形状の開口パターンを形成する（図６のステップＳ１０７）。レジスト９０ｂは、レジスト９０ａと同一のものを用いることができる。ただし、ステップＳ１０７では、レジスト９０ｂの開口をテーパー形状とする必要がないため、フォトリソグラフィーで用いるマスクはレジスト９０ｂと密着させる。
　次に、レジスト９０ｂをマスクとしてシリコン基板１１に対する垂直方向のエッチングを行い、連通路１１１の開口パターンを形成する（図６のステップＳ１０８）。このステップＳ１０８のエッチングは、ステップＳ１０６と同様の方法で行うことができる。
　次に、レジスト９０ａ及びレジスト９０ｂをシリコン基板１１から除去する（図６のステップＳ１０９）。このステップＳ１０９は、シリコン基板１１をアセトンに浸漬させる処理や、Ｏ2アッシング処理などにより行うことができる。
　最後に、ノズルＮ及び連通路１１１の内壁面からシリコン基板１１の上面にかけて保護膜１２を形成する（図６のステップＳ１１０）。保護膜１２として上述の金属酸化物や金属シリケート膜を形成する場合には、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）やＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）を用いることができる。また、保護膜１２として上述の有機膜を形成する場合には、電着法や蒸着法などを用いることができる。
　上記のステップＳ１０１～ステップＳ１１０の処理によりノズル形成部材製造工程が構成される。
　続いて、上記実施形態の効果を確認するために行った実験について説明する。
　この実験では、吐出開口部１４ａの直径ｃ（以下では、ノズル径ｃと記す）を２０μｍとし、凹部１４の縁１４１の直径ｂ（以下では、凹部径ｂと記す）及び凹部１４の深さａを変えた場合の、吐出開口部１４ａ近傍における撥水膜１３の耐擦過性を評価した。
　具体的には、上述の（ｂ－ｃ）／２の値を、１２μｍ、１８μｍ、３５μｍ、４０μｍ、６０μｍ、６５μｍ、１００μｍの７水準とし、これらの各水準に対して凹部１４の深さａを０．３μｍ、０．５μｍ、０．８μｍ、１．０μｍとしたサンプルをそれぞれ複数（３０～７０個程度）作成した。また、比較用として、凹部１４が設けられていないサンプルを同様に複数作成した。
　そして、各サンプルに対して、以下の条件でインク吐出面１ａを払拭した。すなわち、一辺６ｍｍの正方形の端面を有する擦過ツールの当該端面に乾燥したワイプ剤（ｔｅｓｗｉｐｅ社製；ＴＸ４００９）を巻き、当該端面で各サンプルのインク吐出面１ａを所定の接触圧で２００回擦過した。ここで、所定の接触圧は、４ｋＰａ及び１０ｋＰａの２水準とした。
　インク吐出面１ａの擦過が終了した後に、サンプルのインク吐出面１ａを走査型電子顕微鏡で観察して、吐出開口部１４ａの近傍の撥水膜１３がワイプ剤の擦過により変形している吐出開口部１４ａ（以下、損傷開口部と記す）を特定した。具体的には、撥水膜１３に吐出開口部１４ａを跨ぐ線傷が生じていたり、吐出開口部１４ａの縁に生じた凹部や吐出開口部にかかるバリが観察された場合に、当該吐出開口部１４ａを損傷開口部と判定した。このような損傷開口部、すなわち撥水膜１３が変形した吐出開口部１４ａでは、吐出されたインクが撥水膜１３のバリに当たり得るため、インクの射出特性が悪化する場合がある。
　このように特定した損傷開口部の数に基づいて、全ての吐出開口部１４ａに占める損傷開口部の割合（以下、損傷率と記す）を求めた。
　図７Ａ及び図７Ｂは、上記実験の結果を示す図である。
　図７Ａでは、接触圧を４ｋＰａとした場合について、（ｂ－ｃ）／２の値及び凹部１４の深さａが同一水準であるサンプルの損傷率の平均値が示されている。
　図７Ｂでは、接触圧を１０ｋＰａとした場合について、（ｂ－ｃ）／２の値及び凹部１４の深さａが同一水準であるサンプルの損傷率の平均値が示されている。
　図７Ａに示されるように、接触圧が４ｋＰａの場合には、
　関係式（１）：ａ≧０．８μｍ
　関係式（２）：０μｍ＜（ｂ－ｃ）／２≦６５μｍ
が満たされるサンプルにおいて（図７Ａにおいて破線で囲まれた範囲）、損傷率が３％以下に抑えられていることが確認された。他方で、関係式（１）及び（２）の少なくとも一方を満たさないサンプルや、凹部１４を設けていない比較用のサンプルでは、損傷率が３％を超える場合が生じた。
　ここで、メンテナンス部１０４を用いた機械的なワイピングや人の手によるワイピングでは、接触圧を４ｋＰａ以下に制御することは、通常行われている制御の範囲内である。よって、関係式（１）、（２）を満たすことで、インク吐出面１ａを通常の接触圧で払拭した場合における吐出開口部１４ａ近傍の撥水膜の変形を効果的に抑制できることが確認された。
　また、図７Ｂに示されるように、接触圧が４ｋＰａより大きくなり、例えば１０ｋＰａとなった場合であっても、
　関係式（４）：０μｍ＜（ｂ－ｃ）／２≦１８μｍ
を満たす場合には（図７Ａ及び図７Ｂにおいて太い直線で囲まれた範囲）、損傷率を３％以下に維持できることが確認された。
　これらの結果から、凹部１４の形状が関係式（１）、（２）を満たすことが好ましく、さらには、関係式（１）、（４）を満たすことがより好ましいことが確認された。
　（変形例）
　次に、第１の実施形態の変形例について説明する。本変形例は、凹部１４の形状が上記実施形態と異なる。以下では、主に上記実施形態との相違点について説明する。
　図８は、本変形例のノズル基板１０の構成を示す断面図である。
　本変形例では、撥水膜１３の露出面側に、当該撥水膜１３のうち凹部１４の縁１４１をなす部分の厚さよりも小さい深さを有する凹部１４が形成されている。この凹部１４は、ノズルＮよりも大きな直径を有しノズルＮと同心の円筒状の孔である。したがって、凹部１４は、円形の底面と、撥水膜１３の露出面に垂直な側面とを有している。この凹部１４では、底面及び側面により内壁面１４２が構成される。
　また、本変形例では、凹部１４の底面に吐出開口部１４ａが形成されており、当該吐出開口部１４ａとノズルＮは、撥水膜１３に設けられた円筒状の経路を介して連通している。
　本変形例の凹部１４は、撥水膜１３の露出面側から垂直方向に部分的にエッチングを行うことで形成することができる。
　このような構成で凹部１４を設けることによっても、上述の関係式（１）～（３）が満たされる形状とすることで、吐出開口部１４ａの近傍における撥水膜１３の変形に起因するインク吐出不良の発生を抑制することができる。
　以上のように、第１の実施形態に係るインクジェットヘッド１は、円形の吐出開口部１４ａからインクを吐出するインクジェットヘッド１であって、ノズルＮが設けられたシリコン基板１１と、シリコン基板１１のうちノズルＮの開口部Ｎ１が形成されているノズル開口面１１ａに沿って設けられ、ノズルＮに繋がる吐出開口部１４ａが表面に形成されている撥水膜１３と、を有するノズル基板１０を備え、撥水膜１３の表面は、縁１４１が円形である凹部１４を有し、吐出開口部１４ａは、凹部１４の最深部に設けられており、凹部１４の深さをａ、凹部１４の縁１４１の直径をｂ、吐出開口部１４ａの直径をｃとした場合に、下記の関係式（１）及び関係式（２）を満たす。
　関係式（１）：ａ≧０．８μｍ
　関係式（２）：０μｍ＜（ｂ－ｃ）／２≦６５μｍ
　このような構成によれば、撥水膜１３を設けることで、吐出開口部１４ａにインクや異物が付着することによるインク吐出不良の発生を抑制することができる。また、インク吐出面１ａを通常の接触圧（例えば、４ｋＰａ以下）で払拭した場合における吐出開口部１４ａの近傍部分での撥水膜１３の変形を効果的に抑制することができ、当該撥水膜１３の変形に起因するインク吐出不良の発生を抑制することができる。
　詳しくは、関係式（１）が満たされることで、凹部１４の縁１４１と吐出開口部１４ａとのＺ方向の距離を確保することができる。これにより、例えばインク吐出面１ａを清掃ローラー１０４１で払拭する場合に、清掃ローラー１０４１が、撥水膜１３のうち吐出開口部１４ａの近傍部分に当接して当該近傍部分が変形するのを抑制することができる。この結果、吐出開口部１４ａから吐出されたインクが、撥水膜１３の変形により生じたバリに当たることによるインク吐出不良の発生を抑制することができる。
　また、関係式（２）のうち（ｂ－ｃ）／２≦６５μｍが満たされることで、凹部１４の縁１４１の直径が吐出開口部１４ａの直径に対して大きくなりすぎないようにすることができる。これによっても、清掃ローラー１０４１が、撥水膜１３のうち吐出開口部１４ａの近傍部分に当接するのを抑制することができる。よって、当該近傍部分における撥水膜１３の変形に起因するインク吐出不良の発生を抑制することができる。
　また、これらのように、吐出開口部１４ａの近傍部分において撥水膜１３の変形を抑制できることから、当該近傍部分における撥水膜１３の剥離も当然に抑制される。これにより、吐出開口部１４ａの近傍における撥水性の低下を効果的に抑制することができる。
　また、凹部１４の深さは、撥水膜１３のうち凹部１４の縁１４１をなす部分の厚さ以下である。このような構成によれば、凹部１４の深さより大きな厚さを有する撥水膜１３が設けられるため、清掃ローラー１０４１により撥水膜１３が摩耗して撥水性が低下する不具合が生じにくく、またシリコン基板１１のノズル開口面１１ａがインクにより浸食される不具合の発生を効果的に抑制することができる。
　また、上記変形例における凹部１４の深さは、撥水膜１３のうち凹部１４の縁１４１をなす部分の厚さより小さいので、より効果的に撥水性の低下やシリコン基板１１のノズル開口面１１ａのインクによる浸食を抑制することができる。
　また、加工しやすいシリコン基板１１を基材としてノズル基板１０を構成することで、高精度にノズルＮの加工を行うことができ、位置の誤差や形状のばらつきの少ないノズルＮを形成することができる。
　また、パーフルオロポリマーからなる撥水膜１３を用いることで、インク吐出面１ａに対するインクの付着を抑制するのに十分な撥水性を確保することができる。
　また、撥水膜１３がノズル開口面１１ａとアミド結合により結合されている構成とすることで、撥水膜１３をシリコン基板１１に対して強固に固着させることができる。これにより、清掃ローラー１０４１による払拭時などに撥水膜１３がシリコン基板１１から剥離する不具合の発生を効果的に抑制することができる。
　また、シリコン基板１１のノズル開口面１１ａが表面にアミノ基を有し、撥水膜１３が、カルボキシル基を有するパーフルオロポリマーからなり、当該撥水膜１３がアミノ基及びカルボキシル基によるアミド結合によりノズル開口面１１ａと結合されている構成とすることで、撥水膜１３とシリコン基板１１とをアミド結合を介して強固に固着させることができる。
　また、シリコン基板１１のノズル開口面１１ａが表面に水酸基を有し、撥水膜１３が、アルコキシシリル基がアミド結合により結合しているパーフルオロポリマーからなり、アルコキシシリル基の加水分解により生じたシラノール基と水酸基とが脱水縮合結合している構成によっても、撥水膜１３とシリコン基板１１とをアミド結合を介して強固に固着させることができる。
　また、凹部１４は、吐出開口部１４ａから吐出されたインクが凹部１４の内壁面１４２に当たらない形状を有する。これにより、吐出されたインクが凹部１４の内壁面１４２に当たることに起因するインクの吐出方向や吐出量に係る異常の発生を抑制することができる。
　また、凹部１４は、吐出開口部１４ａがなす基準面からの距離が増大するに従って基準面に平行な断面積が漸増する形状を有し、凹部１４の内壁面１４２は、吐出開口部１４ａの中心を通り基準面に垂直なノズル軸を通る任意の断面において、ノズル軸との間で所定の角度θをなし、当該角度θの最小値が、凹部１４の吐出開口部１４ａから吐出されたインクが凹部１４の内壁面１４２に当たらない最小値である基準角度以上となっている。このような構成により、凹部１４の内壁面１４２がテーパー形状を有する場合においても吐出されたインクが内壁面１４２に当たる不具合の発生を抑制することができる。
　また、ａ≦ｃ／２を満たすことで、吐出開口部１４ａの中心を通るノズル軸から４５度の範囲内に吐出されたインクが凹部１４の内壁面１４２に当たらないようにすることができる。通常、吐出開口部１４ａから吐出されたインクは上記範囲内を飛翔するため、これにより、吐出されたインクが凹部１４の内壁面１４２に当たる不具合の発生をより確実に抑制することができる。
　また、０μｍ＜（ｂ－ｃ）／２≦１８μｍを満たすことで、インク吐出面１ａを払拭する接触圧が通常より大きくなった場合（例えば、１０ｋＰａとなった場合）であっても、吐出開口部１４ａの近傍部分における撥水膜１３の変形を効果的に抑制することができる。
　また、上記のインクジェットヘッド１を用いることで、インクジェットヘッド１において撥水膜１３の変形に起因するインク吐出不良が発生しにくいインクジェット記録装置１００を実現することができる。
　また、第１の実施形態に係るインクジェットヘッドの製造方法は、ノズルＮが設けられたシリコン基板１１と、シリコン基板１１のうちノズルＮの開口部Ｎ１が形成されているノズル開口面１１ａに沿って設けられ、ノズルＮに繋がる吐出開口部１４ａが表面に形成されている撥水膜１３と、を有するノズル基板１０を製造するノズル形成部材製造工程を含み、ノズル形成部材製造工程では、撥水膜１３の表面が、縁１４１が円形である凹部１４を有し、吐出開口部１４ａが凹部１４の最深部に設けられ、かつ、凹部１４の深さをａ、凹部１４の縁１４１の直径をｂ、吐出開口部１４ａの直径をｃとした場合に、上記の関係式（１）及び関係式（２）が満たされるようにノズル基板１０を製造する。
　このような製造方法によれば、撥水膜１３の変形に起因するインク吐出不良が発生しにくいインクジェットヘッドを製造することができる。
　また、ノズル形成部材製造工程は、シリコン基板１１の表面に沿って撥水膜１３を形成する工程、撥水膜１３に、吐出開口部１４ａが最深部に設けられた凹部１４を形成する工程、を含む。これにより、凹部１４の深さ以上の厚さを有する撥水膜１３が設けられるため、清掃ローラー１０４１により撥水膜１３が摩耗して撥水性が低下する不具合が生じにくく、またノズル開口面１１ａがインクにより浸食される不具合の発生を効果的に抑制することができる。
　（第２の実施形態）
　次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
　上記の第１の実施形態では、撥水膜１３を加工することで凹部１４を形成したが、本実施形態では、撥水膜１３が形成される基材に下地穴を形成し、当該下地穴を有する基材の表面に沿って撥水膜１３を形成することで凹部１４を形成する。以下では、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
　図９は、第２の実施形態のノズル基板１０の構成を示す断面図である。
　本実施形態のノズル基板１０では、シリコン基板１１の両面に酸化膜１１３が形成されている。酸化膜１１３は、シリコン基板１１を高温で熱処理することでシリコン基板１１の表面に形成されたシリコン熱酸化膜（ＳｉＯ2）であり、０．５μｍから１．５μｍ程度の厚さを有している。
　ノズル開口面１１ａ側の酸化膜１１３には、ノズルＮの形成位置に下地凹部１１３１（ここでは貫通孔）が設けられている。この下地凹部１１３１は、ノズルＮよりも大きな直径を有しノズルＮと同心の円筒状の貫通孔である。なお、下地凹部１１３１は、酸化膜１１３を貫通する構造に限られず、酸化膜１１３の厚さよりも小さい深さを有する窪みとしても良い。
　また、ノズル開口面１１ａとは反対側に設けられた酸化膜１１３の表面からシリコン基板１１の一部にかけて、ノズルＮに連通する連通路１１１が設けられている。
　下地凹部１１３１、ノズルＮ及び連通路１１１の内壁面、並びに酸化膜１１３の表面には、保護膜１２が形成されている。保護膜１２の材質は、第１の実施形態と同一である。
　また、本実施形態のノズル基板１０では、ノズル開口面１１ａ側の酸化膜１１３の表面、及び下地凹部１１３１の内壁面に沿って、撥水膜１３が設けられている。本実施形態の撥水膜１３は、略均一な厚さで設けられたフッ素系シランカップリング剤であり、下地凹部１１３１の形状を反映した表面形状を有する。よって、ノズル開口面１１ａでは、下地凹部１１３１に沿って設けられた撥水膜１３によって内壁面が構成された凹部１４が形成されている。したがって、本実施形態の凹部１４は、下地凹部１１３１と同様にノズルＮと同心の円筒形状を有し、内壁面（ここでは、最深部）に吐出開口部１４ａが設けられている。
　また、本実施形態の凹部１４も、深さａ及び縁１４１の直径ｂが上述の関係式（１）～（３）（より好ましくは、関係式（１）、（３）、（４））を満たす形状で設けられている。
　次に、本実施形態のインクジェットヘッド１の製造方法について、ノズル基板１０の製造方法を中心に説明する。
　図１０及び図１１は、第２の実施形態のノズル基板１０の製造方法を示す断面図である。
　この製造方法では、まず、シリコン基板１１の両面を酸化させて酸化膜１１３を形成する（図１０のステップＳ２０１）。具体的には、Ｏ2ガスを導入した１０５０℃の環境下で５～１０時間程度シリコン基板１１を加熱することで酸化膜１１３を形成する。
　次に、ノズル開口面１１ａ側の酸化膜１１３の表面にレジスト９０ｃを形成し、フォトリソグラフィーにより、ノズルＮの形成位置にノズルＮの開口部Ｎ１と同一形状の開口パターンを形成する（図１０のステップＳ２０２）。このステップＳ２０２は、第１の実施形態のステップＳ１０２～ステップＳ１０４と同様の処理により行うことができる。ただし、レジスト９０ｃの開口をテーパー形状とする必要がないため、フォトリソグラフィーで用いるマスクはレジスト９０ｃと密着させる。
　次に、レジスト９０ｃをマスクとして酸化膜１１３及びシリコン基板１１に対する垂直方向のエッチングをそれぞれ行い、ノズルＮの開口パターンを形成する（図１０のステップＳ２０３）。
　このうち酸化膜１１３のエッチングは、例えば、エッチング装置（サムコ株式会社製；ＲＩＥ－１００Ｃ等）を用いて、ＣＦ4の流量を５０ｓｃｃｍとし、１～３Ｐａの圧力下で３０～６０分、１００～２００Ｗの出力でドライエッチングを行う。
　また、シリコン基板１１のエッチングは、第１の実施形態のステップＳ１０６と同様の処理により行うことができる。
　次に、酸化膜１１３上に、下地凹部１１３１と同一形状の開口パターンを有するレジスト９０ｄを形成する（図１０のステップＳ２０４）。ここでは、まずステップＳ２０３で用いたレジスト９０ｃを除去し、再度レジスト９０ｄを形成した上で、フォトリソグラフィーによりレジスト９０ｄに下地凹部１１３１と同一形状の開口パターンを形成する。
　次に、レジスト９０ｄをマスクとして酸化膜１１３に対する垂直方向のエッチングを行い、酸化膜１１３に下地凹部１１３１を形成する（図１１のステップＳ２０５）。このステップＳ２０５は、ステップＳ２０３における酸化膜１１３のエッチングと同様の処理により行うことができる。
　次に、ノズル開口面１１ａとは反対側の酸化膜１１３上にレジスト９０ｅを形成し、フォトリソグラフィーにより連通路１１１の開口部と同一形状の開口パターンを形成し、レジスト９０ｅをマスクとしてシリコン基板１１に対する垂直方向のエッチングを行って連通路１１１の開口パターンを形成する（図１１のステップＳ２０６）。このステップＳ２０６は、ステップＳ２０２及びステップＳ２０３と同様の処理により行うことができる。
　次に、レジスト９０ｄ、９０ｅを除去し、下地凹部１１３１、ノズルＮ及び連通路１１１の内壁面から酸化膜１１３の表面にかけて保護膜１２を形成する（図１１のステップＳ２０７）。このステップＳ２０７は、第１の実施形態のステップＳ１０９、ステップＳ１１０と同様の処理により行うことができる。
　最後に、ノズル開口面１１ａ側の酸化膜１１３の表面、及び下地凹部１１３１の内壁面に沿って、撥水膜１３を形成する（図１１のステップＳ２０８）。例えば、フッ素系シランカップリング剤（ダイキン工業株式会社製；オプツール（登録商標）等）をフッ素系溶媒で規定濃度に希釈した溶液に、シリコン基板１１を浸漬し、引き上げる。続いて、６０℃９０％等の条件下で１時間程度加湿加温する。その後、Ａｒ／Ｏ2混合ガスプラズマ等により、ノズルＮ及び連通路１１１の内壁面に形成された撥水膜１３、及びノズル開口面１１ａとは反対側の酸化膜１１３の表面に形成された撥水膜１３を除去する。
　なお、保護膜１２及び撥水膜１３の形成順序は上記に限られず、先に撥水膜１３を形成してから保護膜１２を形成しても良い。
　上記のステップＳ２０１～ステップＳ２０８の処理によりノズル形成部材製造工程が構成される。
　（変形例）
　次に、第２の実施形態の変形例について説明する。
　第２の実施形態では、表面に酸化膜１１３を有するシリコン基板１１における酸化膜１１３に下地凹部１１３１を設けて凹部１４を形成したが、本変形例では、酸化膜１１３を有しないシリコン基板１１自体に下地凹部１１４を設けて凹部１４を形成する。
　図１２は、本変形例のノズル基板１０の構成を示す断面図である。
　本変形例では、シリコン基板１１の表面に酸化膜１１３が設けられておらず、シリコン基板１１のノズル開口面１１ａ側の表面に、ノズルＮよりも大きな直径を有しノズルＮと同心の円筒状の下地凹部１１４が形成されている。そして、当該下地凹部１１４の内壁面を含む、ノズル開口面１１ａ側のシリコン基板１１の表面に沿って撥水膜１３が設けられることで、内壁面が撥水膜１３からなる凹部１４が形成されている。
　このような構成で凹部１４を設けることによっても、上述の関係式（１）～（３）が満たされる形状とすることで、ノズルＮの開口部Ｎ１の近傍における撥水膜１３の変形に起因するインク吐出不良の発生を抑制することができる。
　以上のように、第２の実施形態に係るインクジェットヘッド１では、ノズル開口面１１ａは、ノズルＮの開口部Ｎ１が最深部に設けられた下地凹部１１３１（変形例では、下地凹部１１４）を有し、撥水膜１３は、下地凹部１１３１（１１４）に沿って設けられた部分の表面が凹部１４をなしている。
　また、シリコン基板１１には、ノズル開口面１１ａをなす酸化膜１１３が設けられている。
　また、第２の実施形態に係るインクジェットヘッドの製造方法では、ノズル形成部材製造工程は、シリコン基板１１の表面に、ノズルＮの開口部Ｎ１が最深部に設けられた下地凹部１１３１を形成する工程、下地凹部１１３１が形成されたシリコン基板１１の表面に、吐出開口部１４ａが最深部に設けられた凹部１４を表面に有する撥水膜１３を形成する工程、を含む。
　また、シリコン基板１１の表面に下地凹部１１４を形成する工程の前に、シリコン基板１１の表面を酸化させて酸化膜１１３を形成する工程を含む。
　これにより、酸化膜１１３に下地凹部１１３１を形成する加工（変形例では、シリコン基板１１に下地凹部１１４を形成する加工）を行った上で撥水膜１３を形成する簡易な工程により、内壁面が撥水膜１３からなる所望の形状の凹部１４を容易に形成することができる。
　なお、本発明は、上記各実施形態及び各変形例に限られるものではなく、様々な変更が可能である。
　例えば、上記各実施形態及び各変形例では、凹部１４が関係式（１）～（３）を満たす形状を有する例を用いて説明したが、吐出開口部１４ａの形状やインクを吐出するための駆動波形の電圧信号の工夫によりインクの吐出方向の角度範囲を狭い範囲に限定できる場合など、関係式（３）を満たさなくても吐出されたインクが凹部１４の内壁面１４２に当たらないようにすることが可能な場合には、関係式（３）については必ずしも満たされていなくても良い。
　また、凹部１４の形状は、上記各実施形態及び各変形例に示したものに限られず、最深部に吐出開口部１４ａが設けられ、内壁面が撥水膜１３からなり縁１４１が円形である他の任意の形状とすることができる。例えば、凹部１４は、半球状の内壁面を有する形状であっても良い。
　また、上記各実施形態及び各変形例では、インク吐出面１ａを払拭する払拭部として清掃ローラー１０４１を例に挙げて説明したが、払拭部の構成はこれに限られず、例えばインク吐出面１ａ上の異物やインクを掻き取るブレードなどであっても良い。
　また、撥水膜１３の構成は、上記各実施形態及び各変形例のものに限られない。例えば、フッ素を含有し撥水性を有する樹脂粒子が表面に露出するように分散された金属層などを用いても良い。このような撥水膜は、樹脂粒子との複合めっきにより形成することができる。
　また、上記各実施形態及び各変形例では、ノズル基板１０がシリコン基板１１を基材として構成されている例を用いて説明したが、これに限られず、例えば金属基板を基材としてノズル基板１０を構成しても良い。この場合の凹部１４の形成方法としては、例えば、所定の支持基板上に凹部１４と対応する円筒形状のレジストパターンを形成し、当該支持基板及びレジストパターン上に電鋳法によりノズルを有する金属基板を形成し、金属基板から支持基板及びレジストパターンを除去し、除去後の面に撥水膜を形成する方法を用いることができる。
　また、上記実施形態及び各変形例では、ノズルＮ及び連通路１１１の内壁面からシリコン基板１１の上面（第２の実施形態では、さらに下面）にかけて保護膜１２を形成する例を用いて説明したが、保護膜１２は、少なくともノズルＮ及び連通路１１１の内壁面に設けられていれば良く、シリコン基板１１の上面や下面には必ずしも設けられていなくても良い。
　また、ノズルＮの内壁面は、ノズルＮの開口部Ｎ１に近いほどノズル開口面１１ａに平行な断面積が小さくなるようにテーパー形状をなしていても良い。
　また、上記各実施形態及び各変形例では、シングルパス方式のインクジェット記録装置１００を例に挙げて説明したが、ヘッドユニットやインクジェットヘッドを走査させながら画像の記録を行うインクジェット記録装置に本発明を適用しても良い。
　また、上記各実施形態及び各変形例では、圧電素子６０を用いたピエゾ方式のインクジェット記録装置１００を例に挙げて説明したが、これに限られず、例えば、加熱によりインクに気泡を生じさせてインクを吐出するサーマル方式のインクジェット記録装置といった他の方式のインクジェット記録装置にも本発明を適用することができる。
　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明の範囲は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲とその均等の範囲を含む。
　本発明は、インクジェットヘッド、インクジェット記録装置及びインクジェットヘッドの製造方法に利用することができる。
１　インクジェットヘッド
１ａ　インク吐出面
２　ヘッドチップ
３　配線部材
４　駆動部
１０　ノズル基板
１１　シリコン基板
１１ａ　ノズル開口面
１１１　連通路
１１２　カップリング層
１１３　酸化膜
１１３１、１１４　下地凹部
１２　保護膜
１３　撥水膜
１４　凹部
１４ａ　吐出開口部
１４１　縁
１４２　内壁面
２０　圧力室基板
３０　振動板
４０　スペーサー基板
５０　配線基板
６０　圧電素子
７０　共通インク室
７０ａ　インク室形成部材
８０　支持基板
９０ａ～９０ｅ　レジスト
９１　マスク
１００　インクジェット記録装置
１０３　ヘッドユニット
１０４　メンテナンス部
１０４１　清掃ローラー
Ｍ　記録媒体
Ｎ　ノズル
Ｎ１　開口部

Claims (19)

  1. 　円形の吐出開口部からインクを吐出するインクジェットヘッドであって、
    　ノズルが設けられた基材と、
    　前記基材のうち前記ノズルの開口部が形成されているノズル開口面に沿って設けられ、前記ノズルに繋がる前記吐出開口部が表面に形成されている撥水膜と、
    　を有するノズル形成部材を備え、
    　前記撥水膜の表面は、縁が円形である凹部を有し、
    　前記吐出開口部は、前記凹部の最深部に設けられており、
    　前記凹部の深さをａ、前記凹部の縁の直径をｂ、前記吐出開口部の直径をｃとした場合に、下記の関係式（１）及び関係式（２）を満たすインクジェットヘッド。
    　関係式（１）：ａ≧０．８μｍ
    　関係式（２）：０μｍ＜（ｂ－ｃ）／２≦６５μｍ
  2. 　前記凹部の深さは、前記撥水膜のうち前記凹部の縁をなす部分の厚さ以下である請求項１に記載のインクジェットヘッド。
  3. 　前記凹部の深さは、前記撥水膜のうち前記凹部の縁をなす部分の厚さより小さい請求項２に記載に記載のインクジェットヘッド。
  4. 　前記ノズル開口面は、前記ノズルの開口部が最深部に設けられた下地凹部を有し、
    　前記撥水膜は、前記下地凹部に沿って設けられた部分の表面が前記凹部をなしている請求項１に記載のインクジェットヘッド。
  5. 　前記基材は、前記ノズル開口面をなす酸化膜が設けられたシリコン基板である請求項４に記載のインクジェットヘッド。
  6. 　前記基材は、シリコン基板である請求項１から４のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
  7. 　前記撥水膜は、パーフルオロポリマーからなる請求項１から６のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
  8. 　前記撥水膜は、前記ノズル開口面とアミド結合により結合されている請求項７に記載のインクジェットヘッド。
  9. 　前記基材の前記ノズル開口面は、表面にアミノ基を有し、
    　前記撥水膜は、カルボキシル基を有するパーフルオロポリマーからなり、前記アミノ基及び前記カルボキシル基によるアミド結合により前記ノズル開口面と結合されている請求項８に記載のインクジェットヘッド。
  10. 　前記基材の前記ノズル開口面は、表面に水酸基を有し、
    　前記撥水膜は、アルコキシシリル基がアミド結合により結合しているパーフルオロポリマーからなり、
    　前記撥水膜の前記アルコキシシリル基の加水分解により生じたシラノール基と前記水酸基とが脱水縮合結合している請求項８に記載のインクジェットヘッド。
  11. 　前記凹部は、前記吐出開口部から吐出されたインクが前記凹部の内壁面に当たらない形状を有する請求項１から１０のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
  12. 　前記凹部は、前記吐出開口部がなす基準面からの距離が増大するに従って前記基準面に平行な断面積が漸増する形状を有し、
    　前記凹部の内壁面は、前記吐出開口部の中心を通り前記基準面に垂直なノズル軸を通る任意の断面において、前記ノズル軸との間で所定の角度をなし、前記所定の角度の最小値が、前記凹部の前記吐出開口部から吐出されたインクが前記凹部の内壁面に当たらない最小値である基準角度以上となっている請求項１から１１のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
  13. 　下記の関係式（３）を満たす請求項１１又は１２に記載のインクジェットヘッド。
    　関係式（３）：ａ≦ｃ／２
  14. 　下記の関係式（４）を満たす請求項１から１３のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
    　関係式（４）：０μｍ＜（ｂ－ｃ）／２≦１８μｍ
  15. 　請求項１から１４のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドを備えるインクジェット記録装置。
  16. 　円形の吐出開口部からインクを吐出するインクジェットヘッドの製造方法であって、
    　ノズルが設けられた基材と、当該基材のうち前記ノズルの開口部が形成されているノズル開口面に沿って設けられ、前記ノズルに繋がる前記吐出開口部が表面に形成されている撥水膜と、を有するノズル形成部材を製造するノズル形成部材製造工程を含み、
    　前記ノズル形成部材製造工程では、
    　前記撥水膜の表面が、縁が円形である凹部を有し、
    　前記吐出開口部が前記凹部の最深部に設けられ、かつ、
    　前記凹部の深さをａ、前記凹部の縁の直径をｂ、前記吐出開口部の直径をｃとした場合に、下記の関係式（１）及び関係式（２）が満たされるように前記ノズル形成部材を製造するインクジェットヘッドの製造方法。
    　関係式（１）：ａ≧０．８μｍ
    　関係式（２）：０μｍ＜（ｂ－ｃ）／２≦６５μｍ
  17. 　前記ノズル形成部材製造工程は、
    　前記基材の表面に沿って前記撥水膜を形成する工程、
    　前記撥水膜に、前記吐出開口部が最深部に設けられた前記凹部を形成する工程、
    　を含む請求項１６に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
  18. 　前記ノズル形成部材製造工程は、
    　前記基材の表面に、前記ノズルの開口部が最深部に設けられた下地凹部を形成する工程、
    　前記下地凹部が形成された前記基材の前記表面に、前記吐出開口部が最深部に設けられた前記凹部を表面に有する前記撥水膜を形成する工程、
    　を含む請求項１６に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
  19. 　前記基材は、シリコン基板であり、
    　前記基材の前記表面に前記下地凹部を形成する工程の前に、前記基材の前記表面を酸化させて酸化膜を形成する工程を含む請求項１８に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
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