JP2022080086A - 液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドの製造方法、液体吐出ユニット及び液体を吐出する装置 - Google Patents

Abstract

【課題】十分な耐液性を備えるとともに、液滴の吐出方向の曲がり等の吐出不良の発生を防止可能な液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】液滴を吐出するノズルが形成されたノズル基板３０と、ノズル６に通じる液室５及び液室５の液体を加圧する圧力発生素子２を有するアクチュエータ基板１００と、が接合された液体吐出ヘッド１において、ノズル基板３０のアクチュエータ基板１００との接合部位は、該ノズル基板側３０から順に、耐液保護膜３２と、液体に可溶な犠牲膜３４をこの順に有し、ノズル基板３０のノズル内壁面３１は、耐液保護膜３２を有し、ノズル基板３０の液室５と反対側の吐出面は、該ノズル基板側３０から順に、耐液保護膜３２と、撥液膜３５をこの順に有する。【選択図】図２

Description

本発明は、液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドの製造方法、液体吐出ユニット及び液体を吐出する装置に関する。

液体を吐出する装置の一例として、液体吐出ヘッドを搭載したキャリッジを主走査方向に往復移動させながら、液体吐出ヘッドからインクの微小液滴を吐出し、記録媒体上に着弾させることにより画像パターンを形成するインクジェットプリンタが知られている。

液体を吐出する装置に搭載される液体吐出ヘッドは、液体（例えば、インクなど）と接触することから、ヘッドの動作特性及び長期信頼性を確保するために接液面に耐液性（インク耐性）が求められる。例えば、インクジェットプリンタではアルカリ系のインクが広く用いられているため、液体吐出ヘッドのインクに接触する部位に、インク耐性を確保するために保護膜を形成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、液体吐出ヘッドを構成するノズル基板に関し、ノズル孔を被覆・保護することを目的として、少なくともノズル孔の内壁に複数層の耐吐出液保護膜を形成したノズル基板が開示されている。

ところで、液体吐出ヘッドのノズル内壁面等の接液面にはインクに対する保護膜を設ける一方で、ノズル基板の表面、特にインク吐出面（ノズル面）には、インクの定着を防ぐための撥インク膜（撥液膜）を設ける必要がある。

しかしながらノズル基板表面に撥液膜が形成されていると、アクチュエータ基板との接合が困難となる。そのため、少なくともアクチュエータ基板との接合部位に形成された撥液膜は分解除去される必要がある。分解除去の方法としては、例えば、酸素プラズマ処理等が挙げられる。

表面に撥液膜が形成されたノズル基板に対して酸素プラズマ処理を行い、吐出面以外の領域の撥液膜の分解除去を行う場合、酸素プラズマの入射方向と平行な面、例えばノズル内壁面に形成された撥液膜を完全に除去することは困難であり、撥液膜が残留してしまうという課題がある。
ノズル内壁面に除去されずに残留した撥液膜が存在すると、表面の撥液性や液体の流速等ばらつき等が生じ、液滴の吐出方向が吐出面に対して垂直な方向とならない「吐出曲がり」等の吐出不良をまねくおそれがある。

そこで本発明は、接液面の耐液性及び吐出面の撥液性を確保するとともに、液滴の吐出方向の曲がり等の吐出不良の発生を防止可能な液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の液体吐出ヘッドは、液滴を吐出するノズルが形成されたノズル基板と、前記ノズルに通じる液室及び前記液室の液体を加圧する圧力発生素子を有するアクチュエータ基板と、が接合された液体吐出ヘッドにおいて、前記ノズル基板の前記アクチュエータ基板との接合部位は、該ノズル基板側から順に、耐液保護膜と、前記液体に可溶な犠牲膜をこの順に有し、前記ノズル基板の前記ノズル内壁面は、前記耐液保護膜を有し、前記ノズル基板の前記液室と反対側の吐出面は、該ノズル基板側から順に、前記耐液保護膜と、撥液膜をこの順に有することを特徴とする。

本発明によれば、接液面の耐液性及び吐出面の撥液性を確保するとともに、液滴の吐出方向の曲がり等の吐出不良の発生を防止可能な液体吐出ヘッドを提供することができる。

液体吐出ヘッドの一例の斜視図（Ａ）及びノズルの断面説明図（Ｂ）である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの一例の液室長手方向における部分断面図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの製造工程の一例を示す説明図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの製造工程の一例を示す説明図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの製造工程の一例を示す説明図である。 液体吐出ヘッドの製造方法の比較例における工程の一部を示す説明図である。 本発明に係る液体吐出ユニットの一例を示す側面図である。 本発明に係る液体吐出ユニットの一例を示す上面図である。 本発明に係る液体吐出ユニットの一例を示す側面図である。 本発明に係る液体吐出ユニット（液体カートリッジ）の一例における斜視図である。 本発明に係る液体を吐出する装置の一例としてのインクジェット記録装置の斜視図である。 本発明に係る液体を吐出する装置の一例としてのインクジェット記録装置の機構部の構成を示す側面図である。

以下、本発明に係る液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドの製造方法、液体吐出ユニット及び液体を吐出する装置について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

〔液体吐出ヘッド〕
本発明の実施の形態に係る液体吐出ヘッドの基本構成を図１に基づき説明する。
図１（Ａ）は本発明が適用される液体吐出ヘッドの一例を示す斜視図であり、図１（Ｂ）はノズル基板のノズルの断面図である。

図１（Ａ）に示す液体吐出ヘッド１は、基板面部に設けたノズル６から液体を吐出させるサイドシュータータイプのものである。
ノズル基板３０には、個々の液室（加圧液室）５に対応した位置にノズル６が形成されている。

アクチュエータ基板１００は液体吐出エネルギーを発生する圧電体素子２、振動板３を備えている。
また、アクチュエータ基板１００には隔壁（加圧液室隔壁）４、液室５、流体抵抗部７、及び共通液体流路９が形成され、各液室５は、隔壁４で仕切られている。
なお、液体吐出エネルギーを発生する手段として図１では電気機械変換素子（圧電素子）を備える例を示しているが、これに限定されず、例えばヒータなどの電気熱変換素子であってもよい。

サブフレーム基板２００には、外部から液体を供給する液体供給口６６及び該液体供給口に連通する貫通孔部、並びに振動板３が撓むことができる空隙部が形成され、貫通孔部はアクチュエータ基板１００の貫通孔部６０と連通している。

これらノズル基板３０、アクチュエータ基板１００及びサブフレーム基板２００を接合することにより、液体吐出ヘッド１が形成されている。

液体吐出ヘッドは、液体をノズル基板３０の吐出面に対して垂直に吐出可能であることが重要である。すなわち、吐出面に対して平行に配設された被記録媒体の被記録面に対して垂直に吐出可能であることが重要である。例えば、インクジェット記録装置においてインク滴の斜方吐出が起こると、画像中にスジが入り、画像の品質が損なわれてしまう。このような不具合の発生を防止するためには、液滴（インク滴）の吐出口であるノズルの形状、ノズルの周囲及び内壁の撥水性が非常に重要となる。

図１（Ｂ）は、ノズル６の断面を示す説明図である。
本実施形態の液体吐出ヘッドにおいて、ノズルの形状としては図１（Ｂ）に示すようなノズル内壁面３１で形成される円筒の断面積が異なる２段の形状を有することが好ましい。
ノズル６の吐出方向（出口側）の径Ｗａが小さいほど、微小なインク滴を吐出することができるため、画像の解像度が向上し高品質な画像を形成できる。
一方、ノズル６の容積が小さいと流体抵抗が増大して吐出制御の自由度が損なわれてしまうため、ノズル出口の径Ｗａよりも大きい径Ｗｂを有する導入部を設けることにより、流体抵抗を低減することができる。

液滴（インク滴）を垂直に吐出するためのノズル形状として重要な要素としては、ノズル基板３０に対してノズル６（孔部）が垂直に形成されていること、断面形状が真円であること、ノズル内壁面３１が平滑であること等が挙げられる。
ノズル６の工法としては、ノズル基板３０が金属板である場合はプレスで穴を開けるプレス工法が挙げられ、ノズル基板３０がＳｉ基板である場合はエッチングして穴を開けるドライエッチング工法が挙げられる。

ノズル６の形状の制御性の高さの観点では、ドライエッチング工法が優れている。
ドライエッチング工法としては、例えば、イオンアシストによる異方性エッチング、ボッシュプロセスを用いた異方性エッチングが挙げられる。前者は穴が深くなるほど径が細くなってしまう特徴があり、後者は径の寸法を保ったまま垂直に穴を形成できる特徴がある。そのためノズル６は、ボッシュプロセスを用いたドライエッチングにより形成されることが好ましい。
ノズル内壁面３１垂直度が高い工法を採用することで、吐出滴の曲がりを抑えることができる

ところで、ノズル基板３０がＳｉ基板である場合、液体（インク）を通液したとき、Ｓｉ基板の溶出や、液体の濡れ広がりによる吐出不良が生じるという問題がある。
Ｓｉ基板の溶出は、アルカリ性の液体を通液したときにみられる問題である。この問題に対し、ノズル内壁面３１に耐液性を有する金属酸化物の膜を形成することにより防止することができる。
一方、液体の濡れ広がりについては、液体の酸塩基に関係なく発生する問題であり、ノズル６から吐出される液体がノズル面の液溜まりと同化し、液滴が飛ばないという不具合につながる。この問題に対し、ノズル基板３０の吐出面に撥水性の高い膜を形成し、液体を弾くようにすることで防止することができる。

本発明に係る液体吐出ヘッド１の一例の液室長手方向における部分断面図を図２に示す。
本発明の液体吐出ヘッド１は、液滴を吐出するノズル６が形成されたノズル基板３０と、ノズル６に通じる液室５及び液室５の液体を加圧する圧力発生素子を有するアクチュエータ基板１００と、が接合された液体吐出ヘッドであり、ノズル基板３０のアクチュエータ基板１００との接合部位は、該ノズル基板側から順に、耐液保護膜３２と、液体に可溶な犠牲膜３４をこの順に有し、ノズル基板３０のノズル内壁面３１は、耐液保護膜３２を有し、ノズル基板３０の液室５と反対側の吐出面は、該ノズル基板側から順に、耐液保護膜３２と、撥液膜３５をこの順に有する。

本実施形態の液体吐出ヘッド１は、接液面であるノズル内壁面３１に体液保護膜３２が形成されているが、撥液膜３５は存在しない。製造工程においてノズル内壁面３１に形成された撥液膜３５は分解除去される。撥液膜３５が残留していないことにより撥液性のばらつき等が低減され、液滴の吐出方向がノズル面に垂直な方向に対して曲がる等の吐出不良が防止される。
なお、液体吐出ヘッド１の製造方法については後述する。

犠牲膜３４は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）であることが好ましい。
犠牲膜３４は通液される液体に対して可溶性であり、通液により溶出して除去される。

耐液保護膜３２は、少なくとも一部が、Ｓｉ、Ｏ、及びＴａを含むことが好ましい。
耐液保護膜３２としては、例えば、Ｓｉの酸化物及びＴａの酸化物を含む膜が挙げられ、具体的にはＳｉＯ_２とＴａ_２Ｏ_５の混成膜が挙げられる。
このような耐液保護膜３２の成膜方法としては、例えば、ＡＬＤ法により、ＳｉＯ_２膜とＴａ_２Ｏ_５膜を交互に成膜する方法が挙げられる。成膜工程としては、例えば、ＳｉＯ_２膜を成膜するステップの次にＴａ_２Ｏ_５膜を成膜するステップを各１ステップずつ交互に成膜するが、Ｓｉ含有量を大きくする場合は、ＳｉＯ_２２膜の成膜を連続して複数ステップ処理してもよい。すなわち、Ｓｉ含有量はその複数ステップの回数を変えることにより調整できる。ＳｉＯ_２膜とＴａ_２Ｏ_５膜とを交互に成膜することで、密着力を向上させることができる。

撥液膜３５は、フッ素を含む高分子材料からなることが好ましい。
詳しくは、分子鎖の終端にフッ素を含むものが好ましく、またＳｉＯ_２に対してシロキサン結合を形成可能な材料であることが好ましい。
フッ素を含む高分子材料としては、例えば、フッ素樹脂層を形成できる含フッ素有機物質（被膜形成能のある有機高分子）が挙げられ、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン－パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン－ヘキサフルオロプロピレン－パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン－エチレン共重合体、トリフルオロクロロエチレン重合体、トリフルオロクロロエチレン－エチレン共重合体、ポリビニルフルオライド、ポリビニリデンフルオライド、フルオロポリエーテル重合体、ポリフルオロシリコーン、脂肪族環構造を有するパーフルオロ重合体等が挙げられる。

撥液膜３５を形成する方法としては、例えば、ノズル基板３０を撥液膜形成材料に浸漬して焼結する方法や、蒸着により形成する方法が挙げられる。これらの方法によると、ノズル内壁面３１を含むノズル基板３０の表面全体に撥液膜３５が形成される。
しかしながら、アクチュエータ基板１００との接合にあたり接着剤の塗布が困難となるため、当該接合部位の撥液膜３５を除去する必要がある。

アクチュエータ基板１００との接合部の撥液膜３５の除去方法としては、ノズル基板３０の吐出面に形成された撥液膜３５を保護し、接合部側から酸素プラズマを照射する方法が挙げられる。酸素プラズマ照射により、アクチュエータ基板１００との接合面（液室側の面）と、ノズル内壁面３１の撥液膜３５が分解除去される。
しかしながら、ノズル内壁面３１は酸素プラズマの照射方向と平行であるため、ノズル内壁面３１上の撥液膜３５の完全な除去が難しいという問題がある。

部分的に残留した撥液膜３５は、ノズル６内の液体の流速を変化させ、液体の吐出方向が曲がる原因ともなる。この問題を解決するために、本発明に係る液体吐出ヘッド１は、撥液膜３５を犠牲膜３４上に積層して形成し、通液により可溶性を有する犠牲膜３４とともに撥液膜３５を除去することにより、撥液膜３５の残留を防止する。
このようにして得られた本発明の液体吐出ヘッド１は、接液面の耐液性及び吐出面の撥液性を確保するとともに、液滴の吐出方向の曲がり等の吐出不良の発生を防止することができる。
以下、本発明に係る液体吐出ヘッド１の製造方法について説明する。

〔液体吐出ヘッドの製造方法〕
本発明の実施の形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法について、図３～図５に基づき説明する。
本実施形態の液体吐出ヘッドの製造方法は、上述の本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法であって、ノズル基板３０の液室側表面、ノズル内壁面３１及び吐出面に耐液保護膜３２を形成する工程（図３（Ａ）工程１参照）と、ノズル基板３０の液室側表面及びノズル内壁面３１に犠牲膜３４を形成する工程（図３（Ｃ）工程３参照）と、ノズル基板３０の液室側表面、ノズル内壁面３１及び吐出面に撥液膜３５を形成する工程（図４（Ａ）工程５参照）と、
ノズル基板３０の液室側表面及びノズル内壁面３１に形成した撥液膜３５にプラズマ照射する工程（図４（Ｂ）工程６参照）と、アクチュエータ基板１００を接合する工程（図５（Ａ）工程８参照）と、通液を行い、露出した液室側表面及びノズル内壁面３１の犠牲膜３４を除去する工程（図５（Ｂ）工程９参照）と、をこの順に有する。

本実施形態の液体吐出ヘッドの製造方法は、図５（Ｂ）工程９参照の通液を行う工程において、図４（Ｂ）工程６におけるプラズマ照射後に残留した撥液膜３５ａを、犠牲膜３４とともに除去する。

以下、図３～図５の各工程について説明する。
まず、ノズル基板３０に対し耐液保護膜３２を形成する（図３（Ａ）工程１）。耐液保護膜３２は、少なくとも一部が、Ｓｉ、Ｔａ及びこれらの酸化物からなることが好ましい。
耐液保護膜３２が形成された吐出面を、保護部材３３を貼り付けて被覆する（図３（Ｂ）工程２）。保護部材３３としては、接着後に剥離可能なものであれば特に限定されず、テープ部材等が挙げられる。

吐出面を保護部材３３で被覆した状態で、ノズル基板３０の全体に犠牲膜３４を形成する（図３（Ｃ）工程３）。犠牲膜３４は、通液される液体に対して可溶性の膜であり、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）であることが好ましい。
犠牲膜３４の形成後、吐出面の保護部材３３を剥離する（図３（Ｄ）工程４）。吐出面側に形成された犠牲膜３４は、保護部材３３とともに剥離除去される。

次に、ノズル基板３０の全体に撥液膜３５を形成する（図４（Ａ）工程５）。撥液膜３５は、フッ素を含む高分子材料であってＳｉＯ_２に対してシロキサン結合を形成可能な材料により形成されることが好ましい。
撥液膜３５が形成された吐出面を、保護部材３６を貼り付けて被覆する。保護部材３６としては、接着後に剥離可能なものであれば特に限定されず、テープ部材等が挙げられる。この状態で、後に液室が形成される面側から図中矢印で示す方向に酸素プラズマを照射し、撥液膜３５を分解する（図４（Ｂ）工程６）。
図４（Ｃ）工程７に示すように、酸素プラズマ照射により液室側表面の撥液膜３５は分解除去されて下層の犠牲膜が露出するが、ノズル内壁面３１の撥液膜３５の一部（図中３５ａで示す）は分解除去されず残留してしまうことがある。

次に、ノズル基板３０にアクチュエータ基板１００を接合する（図５（Ａ）工程８）。接合部位となる領域の撥液膜３５は分解除去されているので、接着剤による接合が可能である。これにより、液体（インク）の流路となる液室５が形成される。

次に、吐出面側に設けた保護部材３６を除去し、液室５からの液体の通液及び吐出を可能とする（図５（Ｂ）工程９）。図中通液方向を矢印Ｆで示す。通液により可溶性の犠牲膜３４が溶出、除去される。
図５（Ｂ）の工程９に示す通液を行うことにより、犠牲膜３４とともに残留していた撥液膜３５ａを液体（インク）を流出させ、除去することができる。

露出した犠牲膜３４及び残留した撥液膜３５ａが除去された後の状態を図５（Ｃ）に示す。
上記の方法により、ノズル基板３０のアクチュエータ基板１００との接合部位が該ノズル基板側から順に耐液保護膜３２と液体に可溶な犠牲膜３４をこの順に有し、ノズル基板３０のノズル内壁面３１が耐液保護膜３２を有し、ノズル基板３０の液室５と反対側の吐出面が該ノズル基板側から順に耐液保護膜３２と撥液膜３５をこの順に有する液体吐出ヘッドが得られる。本実施形態の液体吐出ヘッドは、接液面の耐液性及び吐出面の撥液性を有するとともに、液滴の吐出方向の曲がり等の吐出不良の発生を防止可能である。

（実施例）
図３～図５に示した工程１～９を行うことにより液体吐出ヘッドを製造した。
得られた液体吐出ヘッドについて、以下の評価を行った。

（１）残留フッ素量
ノズル内壁面３１の撥液膜３５の残留状態の指標として、図５（Ｂ）に示す工程９の通液前後における残留フッ素量を飛行時間型二次イオン質量分析法（ＴＯＦ－ＳＩＭＳ）により分析した。結果を表１に示す。

（２）吐出曲がり角度
得られた液体吐出ヘッドから液体を吐出させ、吐出された液滴のノズル基板３０の吐出面に対する吐出角度を評価した。
ノズル基板３０の吐出面に対して垂直方向を基準（０°）とし、これに対する吐出方向のズレを吐出曲がりの角度として測定した。結果を表１に示す。
なお、吐出曲がりの角度が０．４°以下であれば吐出状態が良好なものとして評価した。

（比較例）
比較例は、犠牲膜３４を形成しない以外は実施例と同様にして液体吐出ヘッドを製造した。
比較例における工程の一部を図６に示す。図６は、実施例における図５（Ａ）の工程５に示す状態に相当する図である。

製造された液体吐出ヘッドについて、同様に（１）残留フッ素量、及び（２）吐出曲がり角度をそれぞれ評価した。結果を表１に示す。

表１に示すように、実施例の液体吐出ヘッドにおけるノズル内壁面の残留フッ素量は、通液前は７．３ａｔ％であったのに対し、通液後は０．４ａｔ％であり、撥液膜３５の残留が極めて少ないことがわかる。
一方、比較例の液体吐出ヘッドにおけるノズル内壁面の残留フッ素量は、通液前は６．８ａｔ％であったのに対し、通液後は３．２ａｔ％であり、撥液膜３５が除去されずに残留している可能性が高いことがわかる。

また、表１に示すように実施例の液体吐出ヘッドにおける吐出曲がり角度は０．２５°であり、良好な吐出状態であることが確認された。
一方、比較例の液体吐出ヘッドにおける吐出曲がり角度は１．３°と大きく、吐出不良を生じる可能性が高い。これは、ノズル内壁面における撥液膜３５の残留によるものであると考えられる。

表１の結果から、本発明に係る製造方法により製造された液体吐出ヘッドは、液滴の吐出方向の曲がり等の吐出不良の発生を防止することができることがわかる。

〔液体吐出ユニット〕
本実施形態に係る液体吐出ユニットは、上述の本発明に係る液体吐出ヘッドを備えている。
図７～図１０に、本実施形態に係る液体吐出ユニットの一例を示す。
「液体吐出ユニット」とは、液体吐出ヘッドに他の機能部品、機構が一体化したものであり、液体を吐出する機能に関連する部品の集合体である。例えば、「液体吐出ユニット」は、ヘッドタンク、キャリッジ、供給機構、維持回復機構、主走査移動機構の構成の少なくとも一つを液体吐出ヘッドと組み合わせたものなどが含まれる。
ここで、一体化とは、例えば、液体吐出ヘッドと機能部品、機構が、締結、接着、係合などで互いに固定されているもの、一方が他方に対して移動可能に保持されているものを含む。また、液体吐出ヘッドと、機能部品、機構が互いに着脱可能に構成されていても良い。

例えば、液体吐出ユニット４４０として、図７に示すように液体吐出ヘッド１とヘッドタンク４４１が一体化されているものがある。
図７に示す液体吐出ユニット４４０はキャリッジ９８に搭載されている。キャリッジ９８は、主走査移動機構を構成するガイド部材９６により保持され、主走査方向に往復移動する。

図７には、後述する液体を吐出する装置を構成している部材のうち、被記録媒体（例えば、用紙等）を搬送するための手段である搬送ベルト４１２を示している。この搬送ベルト４１２は、無端状ベルトであり、搬送ローラ４１３と、テンションローラ４１４との間に掛け渡されている。

また、チューブなどで互いに接続されて、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。ここで、これらの液体吐出ユニットのヘッドタンクと液体吐出ヘッドとの間にフィルタを含むユニットを追加することもできる。
また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジが一体化されているものがある。
また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッド１を主走査移動機構の一部を構成するガイド部材９６に移動可能に保持させて、液体吐出ヘッド１と主走査移動機構４９３が一体化されているものがある。

また、図８に示すように、液体吐出ヘッド１とキャリッジ９８と主走査移動機構４９３が一体化されているものがある。
図８に示す液体吐出ユニットは、後述する液体を吐出する装置を構成している部材のうち、側板４９１Ａ、４９１Ｂ及び背板４９１Ｃで構成される筐体部分と、主走査移動機構４９３と、キャリッジ９８と、液体吐出ヘッド１とで構成されている。図中矢印Ｄ１は主走査方向を示す。

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドが取り付けられたキャリッジに、維持回復機構の一部であるキャップ部材を固定させて、液体吐出ヘッドとキャリッジと維持回復機構が一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニットとして、図９に示すように流路部品４４４が取付けられた液体吐出ヘッド１にチューブ４５６が接続されて、液体吐出ヘッド１と供給機構が一体化されているものがある。このチューブ４５６を介して、液体貯留源の液体が液体吐出ヘッド１に供給される。
流路部品４４４はカバー４４２の内部に配置されている。流路部品４４４に代えてヘッドタンク４４１を含むこともできる。また、流路部品４４４の上部には液体吐出ヘッド１と電気的接続を行うコネクタ４４３が設けられている。

主走査移動機構は、ガイド部材単体も含むものとする。また、供給機構は、チューブ単体、装填部単体も含むものする。

また、液体吐出ユニットの一例として、本発明の液体吐出ヘッドと、液体吐出ヘッドに液体を供給する液体タンクとを一体化した液体カートリッジが挙げられる。本実施形態によれば、耐久性、信頼性に優れ、高品位な液体カートリッジが得られる。

液体カートリッジの一例であるインクカートリッジを図１０に示す。
図１０に示すインクカートリッジ９９は、ノズル６等を有する液体吐出ヘッド１と、この液体吐出ヘッド１に対してインクを供給するインクタンク（液体タンク）８２とを一体化したものである。このようにインクタンク（液体タンク）８２が一体型の液体吐出ヘッド１の場合、アクチュエータ部を高精度化、高密度化、及び高信頼化することで、インクカートリッジ９９の歩留や信頼性を向上することができ、インクカートリッジ９９の低コスト化を図ることができる。

〔液体を吐出する装置〕
本実施形態に係る液体を吐出する装置は、上述の本発明に係る液体吐出ヘッドを備えている。
また、本実施形態に係る液体を吐出する装置は、液体吐出ヘッドと液体吐出ヘッドに液体を供給する液体タンクとを備える上述の液体吐出ユニットを備えている。
本実施形態の液体を吐出する装置の一例としてインクジェット記録装置を図１１及び図１２に示す。図１１は同装置の斜視図であり、図１２は同装置の機構部の構成を示す側面図である。

本実施形態に係るインクジェット記録装置９０は、装置本体の内部に走査方向に移動可能なキャリッジ９８と、キャリッジ９８に搭載した液体吐出ヘッド１及び液体吐出ヘッド１へインクを供給するインクカートリッジ９９等で構成される印字機構部９１等を収納している。

図１２に示すように、インクジェット記録装置９０本体の下方には、用紙９２を積載可能な給紙カセット（給紙トレー）９３が抜き差し自在に装着されている。また、用紙９２を手差しで給紙するための開閉可能な手差しトレイ９４を有している。
インクジェット記録装置９０は、給紙カセット９３または手差しトレイ９４から給送される用紙９２を取り込み、印字機構部９１によって所要の画像を記録した後、手差しトレイ９４と対向する側に装着された排紙トレイ９５に排紙する。

印字機構部９１は、左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド９６及び従ガイドロッド９７を備え、キャリッジ９８を主走査方向に摺動自在に保持する。
キャリッジ９８には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンダ(Ｍ）、ブラック(Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する液体吐出ヘッド１を、複数のインク吐出口（ノズル）を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。また、キャリッジ９８は、液体吐出ヘッド１に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ９９を交換可能に装着している。

インクカートリッジ９９は、上方には大気と連通する大気口が、下方には液体吐出ヘッド１へインクを供給する供給口がそれぞれ設けられている。
また、インクカートリッジ９９は内部にインクが充填された多孔質体を有し、多孔質体の毛管力により液体吐出ヘッド１へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。
液体吐出ヘッド１としては各色のインク滴を吐出する液体吐出ヘッドを複数用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個の液出ヘッドを備える態様であってもよい。

キャリッジ９８は、用紙搬送方向下流側において主ガイドロッド９６に摺動自在に嵌装され、用紙搬送方向上流側において従ガイドロッド９７に摺動自在に載置されている。
キャリッジ９８を主走査方向に移動走査させるため、主走査モーター１０１で回転駆動される駆動プーリ１０２と従動プーリ１０３との間にタイミングベルト１０４を張装し、該タイミングベルト１０４をキャリッジ９８に固定している。主走査モーター１０１の正逆回転によりキャリッジ９８が主走査方向に往復駆動される。

給紙カセット９３にセットした用紙９２を液体吐出ヘッド１の下方まで搬送するための部材として、給紙カセット９３から用紙９２を分離給装する給紙ローラー１０５及びフリクションパッド１０６と、用紙９２を案内するガイド部材１０７と、給紙された用紙９２を反転させて搬送する搬送ローラー１０８と、該搬送ローラー１０８の周面に押し付けられる搬送コロ１０９と、搬送ローラー１０８からの用紙９２の送り出し角度を規定する先端コロ１１０とを有する。搬送ローラー１０８は副走査モーターによってギア列を介して回転駆動される。

キャリッジ９８の主走査方向の移動範囲に対応し、搬送ローラー１０８から送り出された用紙９２を液体吐出ヘッド１の下方側で案内するための用紙ガイド部材として、印写受け部材１１１が設けられている。
印写受け部材１１１の用紙搬送方向下流側には、用紙９２を排紙方向へ送り出すための回転駆動される搬送コロ１１２と拍車１１３とが設けられ、さらに用紙９２を排紙トレイ９５に送り出す排紙ローラー１１４及び拍車１１５と、排紙経路を形成するガイド部材１１６，１１７が配設されている。

本実施形態のインクジェット記録装置９０は、キャリッジ９８を移動させながら画像信号に応じて液体吐出ヘッド１を駆動することにより、停止している用紙９２にインクを吐出して１行分を記録し、その後、用紙９２を所定量搬送して次の行の記録を行う。記録終了信号を受けるか、用紙９２の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより記録動作を終了し、用紙９２を排紙する。

キャリッジ９８の移動方向の一方端側（図１１では右端側）の記録領域を外れた位置には、液体吐出ヘッド１の吐出不良を回復するための回復装置１１７が配置されている。回復装置１１７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。
印字待機中にキャリッジ９８を回復装置１１７側に移動し、キャッピング手段で液体吐出ヘッド１をキャッピングして吐出口部を湿潤状態に保つことにより、インク乾燥による吐出不良を防止することができる。また、記録途中などに回復装置１１７において記録と関係ないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出状態を維持することができる。

吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で液体吐出ヘッド１の吐出口(ノズル)を密封し、吸引手段によりチューブを通して吐出口からインクや気泡等を吸出し、また吐出口面に付着したインクやゴミ等をクリーニング手段により除去することにより吐出不良の状態から回復させることができる。
吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。

なお、本願において「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッド又は液体吐出ユニットを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて、液体を吐出させる装置である。上述の例の他、液体を吐出する装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。
この「液体を吐出する装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置なども含むことができる。

例えば、「液体を吐出する装置」として、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物（三次元造形物）を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置（三次元造形装置）がある。
また、「液体を吐出する装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。

上記「液体が付着可能なもの」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するものなどを意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子などの電子部品、粉体層（粉末層）、臓器モデル、検査用セルなどの媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。

上記「液体が付着可能なもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど液体が一時的でも付着可能であればよい。

また、「液体」は、ヘッドから吐出可能な粘度や表面張力を有するものであればよく、特に限定されないが、常温、常圧下において、または加熱、冷却により粘度が３０ｍＰａ・ｓ以下となるものであることが好ましい。より具体的には、水や有機溶媒等の溶媒、染料や顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、ＤＮＡ、アミノ酸やたんぱく質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、などを含む溶液、懸濁液、エマルジョンなどであり、これらは例えば、インクジェット用インク、表面処理液、電子素子や発光素子の構成要素や電子回路レジストパターンの形成用液、３次元造形用材料液等の用途で用いることができる。

また、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッドと液体が付着可能なものとが相対的に移動する装置があるが、これに限定するものではない。具体例としては、液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液体吐出ヘッドを移動させないライン型装置などが含まれる。

また、「液体を吐出する装置」としては他にも、用紙の表面を改質するなどの目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液をノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置などがある。

１ 液体吐出ヘッド
２ 圧電体素子
３ 振動板
４ 隔壁
５ 液室
６ ノズル
７ 流体抵抗部
９ 共通液体流路
３０ ノズル基板
３１ ノズル内壁面
３２ 耐液保護膜
３３ 保護部材
３４ 犠牲膜
３５ 撥水膜
６０ 貫通孔部
６６ 液体供給口
１００ アクチュエータ基板
４４０ 液体吐出ユニット

特開２００９－１８４１７６号公報

Claims (8)

1. 液滴を吐出するノズルが形成されたノズル基板と、前記ノズルに通じる液室及び前記液室の液体を加圧する圧力発生素子を有するアクチュエータ基板と、が接合された液体吐出ヘッドにおいて、
   前記ノズル基板の前記アクチュエータ基板との接合部位は、該ノズル基板側から順に、耐液保護膜と、前記液体に可溶な犠牲膜をこの順に有し、
   前記ノズル基板の前記ノズル内壁面は、前記耐液保護膜を有し、
   前記ノズル基板の前記液室と反対側の吐出面は、該ノズル基板側から順に、前記耐液保護膜と、撥液膜をこの順に有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記犠牲膜が、シリコン酸化膜であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記耐液保護膜の少なくとも一部が、Ｓｉ、Ｏ、及びＴａを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記撥液膜は、フッ素を含む高分子材料からなることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   前記ノズル基板の前記液室側表面、前記ノズル内壁面及び前記吐出面に前記耐液保護膜を形成する工程と、
   前記ノズル基板の前記液室側表面及び前記ノズル内壁面に前記犠牲膜を形成する工程と、
   前記ノズル基板の前記液室側表面、前記ノズル内壁面及び前記吐出面に前記撥液膜を形成する工程と、
   前記ノズル基板の前記液室側表面及び前記ノズル内壁面に形成した前記撥液膜にプラズマ照射する工程と、
   前記アクチュエータ基板を接合する工程と、
   通液を行い、露出した前記液室側表面及び前記ノズル内壁面の前記犠牲膜を除去する工程と、をこの順に有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
6. 通液を行う工程において、プラズマ照射後に残留した前記撥液膜を、前記犠牲膜とともに除去することを特徴とする請求項５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
7. 請求項１から４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備えたことを特徴とする液体吐出ユニット。
8. 請求項１から４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備えたことを特徴とする液体を吐出する装置。
   

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