インクジェットヘッド、インクジェットヘッド製造方法、及びインクジェットヘッド記録装置

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【発明の名称】	インクジェットヘッド、インクジェットヘッド製造方法、及びインクジェットヘッド記録装置
【発明者】	【氏名】梅沢道夫【住所又は居所】東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内
【要約】	【課題】ノズル形成部材表面に形成した撥水膜のワイピングに対する耐久性を向上させて撥水性能を維持できるようにすると同時に、エキシマレーザによるノズル孔の加工性を確保して異形孔がないようにしたノズルプレートを備えるインクジェットヘッドを提供する。【解決手段】インク滴を吐出する複数のノズル孔４４を有するノズル形成部材１２１と、各ノズル孔４４が連通するノズル連通口１２７を有する複数のインク液室とを有し、各ノズル孔４４に対応するエネルギー発生手段を駆動することでインク液室内の容積を変化させ、ノズル孔４４からインク滴を吐出させる。ノズル形成部材１２１の表面は、フッ素系撥水剤１２３でコーティングされており、ノズル形成部材１２１とフッ素系撥水剤１２３との間にはＳｉＯ₂薄膜層１２２が形成されている。

【特許請求の範囲】
【請求項１】インク滴を吐出する複数のノズルを有するノズル形成部材と、前記各ノズルが連通する複数のインク液室とを有し、前記各ノズルに対応するエネルギー発生手段を駆動することで前記インク液室内の容積を変化させ、前記ノズルからインク滴を吐出させるインクジェットヘッドにおいて、前記ノズル形成部材の表面がフッ素系撥水剤でコーティングされていること、及び前記ノズル形成部材と前記フッ素系撥水剤との間に、ＳｉＯ₂膜が形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】前記ノズル形成部材が、ポリイミド樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】前記フッ素系撥水剤の膜厚が、１Å以上３０Å以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】前記フッ素系撥水剤が、パーフルオロポリオキセタンまたは変性パーフルオロポリオキセタンまたは双方の混合物であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】前記ＳｉＯ₂膜の膜厚が、１Å以上３００Å以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれか１に記載のインクジェットヘッドを製造するインクジェットヘッド製造方法において、前記フッ素系撥水剤は、前記ＳｉＯ₂膜が形成されたノズル形成部材に真空蒸着法でコーティングされることを特徴とするインクジェットヘッド製造方法。
【請求項７】前記フッ素系撥水剤の真空蒸着は、真空中での前記ＳｉＯ₂膜の形成に引き続いて同一チャンバ内で連続して行われることを特徴とする請求項６に記載のインクジェットヘッド製造方法。
【請求項８】前記ノズル形成部材と前記フッ素系撥水剤との間に形成する前記ＳｉＯ₂膜は、前記ノズル形成部材に対してＳｉをスパッタ後、Ｏ₂イオン処理をして形成することを特徴とする請求項６または７に記載のインクジェットヘッド製造方法。
【請求項９】前記ノズル形成部材に前記ＳｉＯ₂膜を形成し、その後前記フッ素系撥水剤を真空蒸着した後、紫外光レーザでノズル孔を加工することを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１に記載のインクジェットヘッド製造方法。
【請求項１０】記録信号に応じて駆動される駆動素子の発生する駆動エネルギーにより、ノズルからインク滴を吐出して記録媒体上に画像を記録するインクジェット記録装置であって、少なくとも請求項１乃至５のいずれか１に記載のインクジェットヘッドを具備することを特徴とするインクジェット記録装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットヘッド、インクジェットヘッド製造方法及びインクジェット記録装置に関し、より詳細には、撥水性，ワイピング耐性に優れ、エキシマレーザによる加工性を向上させたノズルプレートを有することでインクジェットプリンタ等に用いてより好適なインクジェットヘッド、該インクジェットヘッドの製造方法、及び、該インクジェットヘッドを具備するインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】プリンタ，複写機，複合機等の画像形成装置に用いられるインクジェットヘッドにおいては、ノズルからインク滴を吐出させて記録を行うため、ノズルの形状，精度がインク滴の噴射特性に大きな影響を与える。また、ノズル孔を形成しているノズル形成部材の表面の特性もインク滴の噴射特性に影響を与えることが知られている。例えば、ノズル形成部材表面のノズル孔周辺部にインクが付着して不均一なインクだまりが発生すると、インク滴の吐出方向が曲げられたり、インク滴の大きさにバラツキが生じたり、インク滴の飛翔速度が不安定になる等の不都合が生じることが知られている。そこで、インクジェットヘッドにおいては、ノズルの吐出側表面に撥インク膜を形成して撥インク性を持たせ、ノズル形成部材の表面の均一性を高め、インク滴の飛翔特性の安定化を図るようにすることが必要である。
【０００３】ところで、樹脂材料をノズル形成部材として使用する場合、撥インク膜を樹脂材料の表面に形成することになるが、樹脂材料と撥インク剤との密着性があまり良くないため、直接塗布することは非常に困難である。そのため、樹脂材料の表面を粗面化して微細な凹凸を形成し、その上に撥水剤を塗布することで密着力の向上を図ったりしているが、十分な密着力の確保には至っていない。すなわち、塗布後の初期には撥水性は得られているが、ノズルプレート表面やノズル開口部に付着したインク滴やゴミ等の除去のために行われるワイピングによって表面が擦られるため、密着性が十分でない分、徐々に撥水層の剥がれが発生し、撥水性が劣化することになる。そこで、ノズル形成部材と撥インク膜との密着性を高める必要もある。
【０００４】上述のような問題を解決するために、特開平１０－３０５５８２号公報には、支持基体の一方の面に、テトラフルオロエチレンを成分とする共重合体を含む有機樹脂層を撥水層として持つノズルを備えたインクジェット式プリントノズルヘッドが提案されている。
【０００５】また、特開平６－８７２１６号公報には、ノズル形成部材の表面に含フッ素重合体からなるコーティング層を設け、その背面側からエキシマレーザを照射してノズル孔加工を行うインクジェット記録ヘッドのノズル形成方法が提案されている。
【０００６】更に、特許２９１４１４６号公報には、ノズルプレートの一方の面に粘着部材を貼り付け、その反対側面からレーザビームを照射し、プレートの一部が残るように加工した後、粘着部材を剥がして残った一部を除去するノズルプレートの製造方法が提案されている。
【０００７】また、ノズル形成部材の表面に、耐摩耗性のある微粉末層と撥水層を重ねて設けることにより、撥水層の密着性・ワイピング耐久性を向上させたインクジェットヘッドや、ノズル周縁部を表面酸化処理したノズルプレート上に、０℃～７０℃の温度範囲で液相状態となり、且つ、加水分解可能な官能基を少なくともひとつ持つ非晶質樹脂を酸素を介して重ねて構成することで、撥水性と耐久性を向上させ、樹脂材料をノズル形成部材とした場合、密着力が低くワイピング耐性が悪いという問題を解決可能なインクジェット記録ヘッドを提案している。
【０００８】更には、ノズル形成部材と撥水層の間に無機酸化物の島状薄層を形成し、薄層の材料（例えば、ＳｉＯ₂，ＴｉＯ₂等）、薄層の膜厚を指定することにより、撥水性とエキシマレーザによる加工性を両立させたインクジェットヘッドを提案している。
【０００９】更には、有機材料からなる耐摩耗性のある微粒子をエキシマレーザによる加工性のある材料（ポリイミド）とし、当該微粒子を有する微粒子層をノズル形成部材と撥水層との間に設けることで、ワイピング耐性が十分でないという問題を解決したインクジェットヘッドを提案している。
【００１０】上述のごとく、撥インク層としてフッ素系撥水剤を使用する場合などでは、ノズル形成部材である樹脂材料等の表面に、ＳｉＯ₂膜を形成し、その上にフッ素系撥水剤を塗布することで密着力を向上することも試みられている。この場合、ＳｉＯ₂膜厚をある程度厚くしないと十分な密着力向上効果が得られない。ところが、例えば、ノズル孔加工をエキシマレーザ加工等で行う場合、ノズル形成部材はポリイミド等で形成すればエキシマレーザによる加工性を確保できるが、ＳｉＯ₂膜はエキシマレーザによる加工性が悪いため、きれいなノズル孔加工ができなくなり、異形ノズル孔が発生してしまうことになる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、ノズル形成部材表面に形成した撥水膜のワイピングに対する耐久性を向上させ撥水性能を維持すると共に、紫外線レーザによる加工性を確保し異形孔のないノズルプレートを提供することにより、画像品質が良好で、且つ、経時的劣化のないインクジェット記録装置用のインクジェットヘッドを提供することを目的としたものである。
【００１２】具体的には、ノズル形成部材に対しフッ素系撥水剤を高い密着力でコーティングできるようにすることを目的としたものである。
【００１３】また、ノズル形成部材が樹脂材料である場合であっても、フッ素系撥水剤とノズル形成部材との間で高い密着力を得ることができるようにすることを目的としたものである。
【００１４】更には、フッ素系撥水剤とノズル形成部材との間で高い密着力を得ることにより、従来のように、密着性の悪さを撥水層の厚さでカバーする、すなわち、徐々に減ることを見込んで厚い膜を形成して摩耗に対応することで、膜形成時間，材料費などが大きくなりコストがかさむということがないようにすることを目的としてなされたものである。
【００１５】更には、ＳｉＯ₂膜とパーフルオロポリオキセタンまたは変性パーフルオロポリオキセタンまたは双方の混合物との化学的結合により高い密着力を得ることを目的としてなされたものである。
【００１６】更には、撥水膜のワイピング耐久性（撥水膜の密着性）の向上と紫外光レーザによるノズル孔加工時の被加工性はトレードオフの関係にあるが、この両特性が十分なレベルで両立する条件を得ることを目的としたものである。
【００１７】更には、ＳｉＯ₂膜形成後、チャンバから取り出すことなくディッピングやスピンコートでのフッ素系撥水剤の成膜を行い、表面汚染等のために高い密着力が得られなくなることを防ぐことを目的とするものである。
【００１８】更には、ＳｉＯ₂膜形成時に、Ｓｉ材料を直接スパッタすることによって（換言すれば、ＳｉＯ₂を直接スパッタしないことによって）ＳｉＯが一部混ざったり、膜質が緻密でなかったりすることをなくし、良質な膜が形成されるようにすることを目的としてなされたものである。
【００１９】更には、ノズル形成工程を短くすることにより、部品コストを低減することと、メッキ工法を行わないことにより、排水汚染などの環境問題を起こさないようにすることとを目的としてなされたものである。
【００２０】更には、撥水膜のワイピング耐久性と紫外光レーザによるノズル孔加工時の被加工性とを両立したインクジェットヘッドを具備するインクジェット記録装置を提供することを目的としてなされたものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、インク滴を吐出する複数のノズルを有するノズル形成部材と、前記各ノズルが連通する複数のインク液室とを有し、前記各ノズルに対応するエネルギー発生手段を駆動することで前記インク液室内の容積を変化させ、前記ノズルからインク滴を吐出させるインクジェットヘッドにおいて、前記ノズル形成部材の表面がフッ素系撥水剤でコーティングされていること、及び前記ノズル形成部材と前記フッ素系撥水剤との間に、ＳｉＯ₂膜が形成されていることを特徴としたものである。
【００２２】請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ノズル形成部材が、ポリイミド樹脂で形成されていることを特徴としたものである。
【００２３】請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記フッ素系撥水剤の膜厚が、１Å以上３０Å以下であることを特徴としたものである。
【００２４】請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１の発明において、前記フッ素系撥水剤が、パーフルオロポリオキセタンまたは変性パーフルオロポリオキセタンまたは双方の混合物であることを特徴としたものである。
【００２５】請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか１の発明において、前記ＳｉＯ₂膜の膜厚が、１Å以上３００Å以下であることを特徴としたものである。
【００２６】請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれか１のインクジェットヘッドを製造するインクジェットヘッド製造方法において、前記フッ素系撥水剤は、前記ＳｉＯ₂膜が形成されたノズル形成部材に真空蒸着法でコーティングされることを特徴としたものである。
【００２７】請求項７の発明は、請求項６の発明において、前記フッ素系撥水剤の真空蒸着は、真空中での前記ＳｉＯ₂膜の形成に引き続いて同一チャンバ内で連続して行われることを特徴としたものである。
【００２８】請求項８の発明は、請求項６または７の発明において、前記ノズル形成部材と前記フッ素系撥水剤との間に形成する前記ＳｉＯ₂膜は、前記ノズル形成部材に対してＳｉをスパッタ後、Ｏ₂イオン処理をして形成することを特徴としたものである。
【００２９】請求項９の発明は、請求項６乃至８のいずれか１の発明において、前記ノズル形成部材に前記ＳｉＯ₂膜を形成し、その後前記フッ素系撥水剤を真空蒸着した後、紫外光レーザでノズル孔を加工することを特徴としたものである。
【００３０】請求項１０の発明は、記録信号に応じて駆動される駆動素子の発生する駆動エネルギーにより、ノズルからインク滴を吐出して記録媒体上に画像を記録するインクジェット記録装置であって、少なくとも請求項１乃至５のいずれか１のインクジェットヘッドを具備することを特徴としたものである。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。図１は、本発明に係るインクジェット記録装置の機構部の概略斜視図、図２は、同機構部の側面図で、このインクジェット記録装置は、記録装置本体１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへのインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部２等を収納し、給紙カセット４或いは手差しトレイ５から給送される用紙３を取り込み、印字機構部２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ６に排紙する。
【００３２】印字機構部２は、図示しない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１１と従ガイドロッド１２とでキャリッジ１３を主走査方向（図２で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ１３にはイエロー（Ｙ），シアン（Ｃ），マゼンタ（Ｍ），ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出するインクジェットヘッドからなるインクジェットヘッド１４をインク滴吐出方向を下方に向けて装着し、キャリッジ１３の上側にはインクジェットヘッド１４に各色のインクを供給するための各インクタンク（インクカートリッジ）１５を交換可能に装着している。
【００３３】インクカートリッジ１５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッド１４へインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッド１４へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。このインクカートリッジ１５からインクをインクジェットヘッド１４内に供給する。
【００３４】ここで、キャリッジ１３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１１に摺動自在に装着し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド１２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１７で回転駆動される駆動プーリ１８と従動プーリ１９との間にタイミングベルト２０を張装し、このタイミングベルト２０をキャリッジ１３に固定しており、主走査モータ１７の正逆回転によりキャリッジ１３が往復駆動される。
【００３５】また、記録ヘッドとしてここでは各色のインクジェットヘッド１４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のインクジェットヘッドでもよい。さらに、インクジェットヘッド１４としては、後述するように、インク流路の壁面の少なくとも一部を形成する振動板とこれに対向する電極とを備え、静電力で振動板を変形変位させてインクを加圧する静電型インクジェットヘッドを用いている。
【００３６】一方、給紙カセット４にセットした用紙３をインクジェットヘッド１４の下方側に搬送するために、給紙カセット４から用紙３を分離給装する給紙ローラ２１及びフリクションパッド２２と、用紙３を案内するガイド部材２３と、給紙された用紙３を反転させて搬送する搬送ローラ２４と、この搬送ローラ２４の周面に押し付けられる搬送コロ２５、及び、搬送ローラ２４からの用紙３の送り出し角度を規定する先端コロ２６とを設けている。搬送ローラ２４は副走査モータ２７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００３７】そして、キャリッジ１３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ２４から送り出された用紙３をインクジェットヘッド１４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材２９を設けている。この印写受け部材２９の用紙搬送方向下流側には、用紙３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ３１，拍車３２を設け、さらに、用紙３を排紙トレイ６に送り出す排紙ローラ３３及び拍車３４と、排紙経路を形成するガイド部材３５，３６とを配設している。
【００３８】記録時には、キャリッジ１３を移動させながら画像信号に応じてインクジェットヘッド１４を駆動することにより、停止している用紙３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙３を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙３を排紙する。
【００３９】また、キャリッジ１３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、インクジェットヘッド１４の吐出不良を回復するための回復装置３７を配置している。回復装置３７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。キャリッジ１３は印字待機中にはこの回復装置３７側に移動されてキャッピング手段でインクジェットヘッド１４をキャッピングされ、吐出口部（ノズル孔）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。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出する（パージする）ことにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【００４０】吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でインクジェットヘッド１４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、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し吐出不良を回復する。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）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。
【００４１】次に、図１に示したインクジェット記録装置のヘッド１４を構成するインクジェットヘッドについて図３乃至図６を参照して説明する。ここで、図３は、図１に示したインクジェットヘッドの分解斜視図、図４は、同ヘッドの振動板長手方向に沿う断面図、図５は、同ヘッドの振動板長手方向に沿う要部断面図、図６は、同ヘッドの振動板短手方向に沿う要部断面図である。
【００４２】インクジェットヘッド４０は、単結晶シリコン基板，多結晶シリコン基板，ＳＯＩ基板などのシリコン基板等を用いた第一基板である流路基板４１と、この流路基板４１の下側に設けたシリコン基板，パイレックス（登録商標）ガラス基板，セラミックス基板等を用いた第二基板である電極基板４２と、流路基板４１の上側に設けた第三基板であるノズル板４３とを備え、複数のインク滴を吐出するノズル孔４４、各ノズル孔４４が連通するインク流路である加圧室４６、各加圧室４６にインク供給路を兼ねた流体抵抗部４７を介して連通する共通液室流路４８などを形成している。
【００４３】流路基板４１には加圧室４６及びこの加圧室４６の壁面である底部をなす第１電極を兼ねた振動板５０を形成する凹部を形成し、ノズル板４３には流体抵抗部４７を形成する溝を形成し、また流路基板４１と電極基板４２には共通液室流路４８を形成する貫通部を形成している。
【００４４】ここで、流路基板４１は、例えば、単結晶シリコン基板を用いた場合、振動板の厚さに予めボロンを注入してエッチングストップ層となる高濃度ボロン層を形成し、電極基板４２と接合した後、加圧室４６となる凹部をＫＯＨ水溶液などのエッチング液を用いて異方性エッチングすることにより、高濃度ボロン層がエッチングストップ層となって振動板５０が高精度に形成される。また、多結晶シリコン基板で振動板５０を形成する場合は、液室基板上に振動板となる多結晶シリコン薄膜を形成する方法、または、予め電極基板４２を犠牲材料で平坦化し、その上に多結晶シリコン薄膜を成膜した後、犠牲材料を除去する方法で形成できる。
【００４５】なお、振動板５０に別途電極膜を形成してもよいが、ここでは、上述したように、不純物の拡散などによって振動板が電極を兼ねるようにしている。また、振動板５０の電極基板４２側の面に絶縁膜を形成することもできる。この絶縁膜としてはＳｉＯ₂等の酸化膜系絶縁膜、Ｓｉ₃Ｎ₄等の窒化膜系絶縁膜などを用いることができる。絶縁膜の成膜は、振動板表面を熱酸化して酸化膜を形成したり、成膜手法を用いたりすることができる。
【００４６】さらに、この流路基板４１には共通電極を設けている。この共通電極は、Ａｌ等の金属をスパッタしてシンタリング（熱拡散）することにより付設しており、流路基板４１との導通を確保して、半導体基板よりなる流路基板４１とオーミックコンタクトを取っている。
【００４７】また、電極基板４２には酸化膜層４２ａを形成し、この酸化膜層４２ａの部分に凹部５４を形成して、この凹部５４の底面に振動板５０に対向する第２電極である電極５５を設け、振動板５０と電極５５との間に所定のギャップ５６（ここでは、ギャップ０.２μｍとしている。）を形成し、これらの振動板５０と電極５５とによってアクチュエータ部を構成している。なお、電極５５の表面にはＳｉＯ₂膜などの酸化膜系絶縁膜、Ｓｉ₃Ｎ₄膜などの窒化膜系絶縁膜からなる電極保護膜５７を成膜しているが、電極５５の表面に電極保護膜５７を形成しないで、振動板５０の側に絶縁膜を形成することもできる。
【００４８】これらの流路基板４１と電極基板４２との接合は、接着剤による接合も可能であるが、より信頼性の高い物理的な接合、例えば、電極基板４２がシリコンで形成される場合、酸化膜を介した直接接合法を用いることができる。この直接接合は１０００℃程度の高温下で実施する。また、電極基板４２がガラスの場合、陽極接合を行うことができる。電極基板４２をシリコンで形成して、陽極接合を行う場合には、電極基板４２と流路基板４１との間にパイレックス（登録商標）ガラスを成膜し、この膜を介して陽極接合を行うこともできる。さらに、流路基板４１と電極基板４２にシリコン基板を使用して金等のバインダーを接合面に介在させた共晶接合で接合することもできる。
【００４９】また、電極基板４２の電極５５としては、通常、半導体素子の形成プロセスで一般的に用いられるＡｌ，Ｃｒ，Ｎｉ等の金属材料や、Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｗ等の高融点金属、または不純物により低抵抗化した多結晶シリコン材料などを用いることができる。電極基板４２をシリコンウエハで形成する場合には、電極基板４２と電極５５との間には絶縁層（上述した酸化膜層４２ａ）を形成する必要がある。電極基板４２にガラス等の絶縁性材料を用いる場合には電極５５との間に絶縁層を形成する必要はない。
【００５０】また、電極基板４２にシリコン基板を用いる場合、電極５５としては、不純物拡散領域を用いることができる。この場合、拡散に用いる不純物は基板シリコンの導電型と反対の導電型を示す不純物を用い、拡散領域周辺にｐｎ接合を形成し、電極５５と電極基板４２とを電気的に絶縁する。
【００５１】ノズル板４３は多数のノズル孔４４を二列配置して形成したものであり、吐出面には撥水処理を施している。ここでは、このノズル板４３は、後に詳述するように、樹脂部材と金属部材との複層部材からなる。このノズル板４３は流路基板４１に接着剤にて接合している。
【００５２】このように、このインクジェットヘッド４０ではノズル孔４４を二列配置し、この各ノズル孔４４に対応して加圧室４６，振動板５０，電極５５なども二列配置し、各ノズル列の中央部に共通液室流路４８を配置して、左右の加圧室４６にインクを供給する構成を採用している。これにより、簡単なヘッド構成で多数のノズルを有するマルチノズルヘッドを構成することができる。
【００５３】そして、インクジェットヘッド４０の電極５５は外部に延設して接続部（電極パッド部）５５ａとし、これにヘッド駆動回路であるドライバＩＣ６０を搭載したＦＰＣケーブル６１を異方性導電膜などを介して接続している。このとき、電極基板４２とノズル板４３との間は、図４に示すように、エポキシ樹脂等の接着剤を用いたギャップ封止剤６２にて気密封止している。
【００５４】さらに、インクジェットヘッド４０全体をフレーム部材６５上に接着剤で接合している。このフレーム部材６５にはインクジェットヘッド４０の共通液室流路４８に外部からインクを供給するためのインク供給穴６６を形成しており、また、ＦＰＣケーブル６１等はフレーム部材６５に形成した穴部６７に収納される。
【００５５】このフレーム部材６５とノズル板４３との間は、図４に示すように、エポキシ樹脂等の接着剤を用いたギャップ封止剤６８にて封止し、撥水性を有するノズル板４３表面のインクが電極基板４２やＦＰＣケーブル６１等に回り込むことを防止している。
【００５６】そして、このインクジェットヘッド１４のフレーム部材６５にはインクカートリッジ１５とのジョイント部材７０が連結されて、フィルタ７１を介してインクカートリッジ１５からインク供給穴６６を通じて共通液室流路４８にインクが供給される。
【００５７】このインクジェットヘッド４０においては、振動板５０を共通電極とし、電極５５を個別電極として、振動板５０と電極５５との間に駆動電圧を印加することによって、振動板５０と電極５５との間に発生する静電力によって振動板５０が電極５５側に変形変位し、この状態から振動板５０と電極５５との間の電荷を放電させることによって振動板５０が復帰変形して、加圧室４６の内容積（体積）／圧力が変化することによって、ノズル孔４４からインク滴が吐出される。
【００５８】すなわち、個別電極とする電極５５にパルス電圧を印加すると、共通電極となる振動板５０との間に電位差が生じて、個別電極５５と振動板５０の間に静電力が生じる。この結果、振動板５０は印加した電圧の大きさに応じて変位する。その後、印加したパルス電圧を立ち下げることで、振動板５０の変位が復元して、その復元力により加圧室４６内の圧力が高くなり、ノズル孔４４からインク滴が吐出される。
【００５９】次に、図７から図１１を用いて、従来例及び本発明の詳細を説明する。図７は、従来のインクジェットヘッドの一例を示した断面図で、ノズル板４３は樹脂部材１０１と高剛性部材１０２とを熱可塑性接着剤１０３で接合し、樹脂部材１０１の表面に微粉末層１０４及び撥水膜１０５を順次積層形成したものであり、樹脂部材１０１に所要精度のノズル孔４４を形成し高剛性部材１０２にノズル孔４４に連通するノズル連通口１０６を形成している。そして、このノズル板４３は高剛性部材１０２側を接着剤で流路基板に接合している。微粉末層１０４はアンダーコート剤１１１に耐磨耗性を有する微粉末１１２を混合分散している。このように、樹脂材料の表面に耐磨耗性を有する微粉末層及び撥水層を順次積層することでワイピング耐性を向上させている。
【００６０】しかし、この従来例では、アンダーコート層（微粉末層）１０４に加える微粉末の粒径は適当な範囲に入っている必要がある。すなわち、あまり粒径が大きいと次工程のエキシマレーザ加工でノズル孔を加工した際、ちょうどノズル外形部に粒子が存在するとエキシマレーザで加工しきれずに、凸状粒子として残ってしまうことになる。凸状粒子が残れば当然ノズル外周部が異形となり噴射特性に影響が出ることになる。また、粒径が小さすぎると撥水層のワイピング耐性が低下し、撥水性能が必要な寿命まで持たないことになる。また、粒径が小さくても、やはりノズル外周となる部分に粒子が存在すると、影響が小さいとはいえ、微小な凸状粒子は残るため、噴射特性への影響は少なからず発生することになる。
【００６１】図８は、本発明のインクジェットヘッドの一実施例を示した図で、エキシマレーザ加工でノズル孔が形成された状態を示している。ノズル板４３は樹脂部材１２１と高剛性部材１２５とを熱可塑性接着剤１２６で接合したもので、樹脂部材１２１の表面はＳｉＯ₂薄膜層１２２とフッ素系撥水層１２３を順次積層形成したものであり、樹脂部材１２１に所要径のノズル孔４４を形成し、高剛性部材１２５にはノズル孔４４に連通するノズル連通口１２７を形成している。ＳｉＯ₂薄膜層１２２の形成には、比較的熱のかからない、すなわち、樹脂部材に熱的影響の発生しない範囲の温度で成膜可能な方法で形成する。具体的にはスパッタリング，イオンビーム蒸着，イオンプレーティング，ＣＶＤ（化学蒸着法），Ｐ－ＣＶＤ（プラズマ蒸着法）などが適しているといえる。
【００６２】ＳｉＯ₂薄膜層１２２の膜厚は、密着力が確保できる範囲で必要最小限の厚さとするのが工程時間，材料費から見て有利である。この膜厚があまり厚くなると、エキシマレーザでのノズル孔加工に支障がでてくる場合があるからである。すなわち、樹脂部材１２１はきれいにノズル孔形状に加工されていても、ＳｉＯ₂薄膜層１２２の一部が十分に加工されず、加工残りになることがある。したがって、具体的には密着力が確保でき、エキシマレーザ加工時にＳｉＯ₂薄膜層１２２が残らない範囲として、膜厚１Å～３００Åの範囲が適しているといえる。より好適には、１０Å～１００Åの範囲が適している。実験結果では、ＳｉＯ₂膜厚が３０Åでも密着性は十分であり、エキシマレーザによる加工性についてはまったく問題がなかった。また、３００Åでは僅かな加工残りが観察されたが使用可能範囲であり、３００Åを超えるとかなり大きな加工残りが発生し、使用不可能なほどのノズル異形が見られた。
【００６３】フッ素系撥水層１２３に使用されるフッ素系撥水材料については、いろいろな材料が知られているが、ここでは、パーフルオロポリオキセタン及び変性パーフルオロポリオキセタンの混合物（ダイキン工業製、商品名：オプツールＤＳＸ）を１Å～３０Åの厚さに蒸着することで必要な撥水性を得ている。実験結果では、オプツールＤＳＸの厚さは、１０Åでも２０Å，３０Åでも撥水性，ワイピング耐久性能に差は見られなかった。よって、コストなどを考慮するとより好適には、１Å～２０Åが良い。また、フッ素系撥水層１２３の表面には樹脂製のフィルムに粘着材を塗布した粘着テープ１２４が貼り付けられていて、エキシマレーザ加工時の補助機能をはたしている。
【００６４】図９は、ノズル孔を加工する際に使用するエキシマレーザ加工機の構成を示した図で、レーザ発振器８１から射出されたエキシマレーザビーム８２はミラー８３，８５，８８によって反射され、加工テーブル９０に導かれている。レーザビーム８２が加工テーブル９０に至るまでの光路には、加工物に対して最適なビームが届くように、ビームエキスパンダ８４，マスク８６，フィールドレンズ８７，結像光学系８９が所定の位置に設けられている。加工物（ノズルプレート）９１は加工テーブル９０の上に載置され、レーザビームを受けることになる。加工テーブル９０は、周知のＸＹＺテーブル等で構成されていて、必要に応じて加工物９１を移動し所望の位置にレーザビームを照射することができるようになっている。ここでレーザは、エキシマレーザを利用して説明したが、アブレーション加工が可能である短波長な紫外光レーザであれば、種々なレーザが利用可能である。
【００６５】図１０は、本発明のインクジェットヘッドの製造方法におけるノズル板製造工程を模式的に示した図で、図１０（Ａ）は、ノズル形成部材の基材となる材料を示しており、ここでは、樹脂フィルム１２１として、例えば、Ｄｕｐｏｎｔ製ポリイミドフィルムであるカプトン（商品名）の粒子無しのフィルムを使用している。一般的なポリイミドフィルムはロールフィルム取り扱い装置での取り扱い性（滑り）からフィルム材料の中にＳｉＯ₂（シリカ）などの粒子が添加されている。ところが、エキシマレーザでノズル孔加工を行う場合には、ＳｉＯ₂（シリカ）の粒子がエキシマレーザによる加工性が悪いためノズル異形が発生する。よって、本発明の材料は、ＳｉＯ₂（シリカ）の粒子が添加されていないフィルムを使用しているのである。
【００６６】図１０（Ｂ）は、樹脂フィルム１２１の表面にＳｉＯ₂薄膜層１２２を形成する工程を示しており、このＳｉＯ₂薄膜層１２２の形成は真空チャンバ内で行われるスパッタリング工法が適しており、膜厚は数Å～２００Å程度が適しており、ここでは１０～５０Åの厚さに形成している。ここで、スパッタリングの方法としては、Ｓｉをスパッタした後、Ｓｉ表面にＯ₂イオンを当てることでＳｉＯ₂膜を形成する方法を用いることが、ＳｉＯ₂膜の樹脂フィルム１２１への密着力が向上すると共に、均質で緻密な膜が得られ、撥水膜のワイピング耐久性向上により効果的であることがわかった。
【００６７】図１０（Ｃ）は、フッ素系撥水剤１２３ａを塗布する工程であり、塗布方法としては、スピンコータ，ロールコータ，スクリーン印刷，スプレーコータなどの方法が使用可能であるが、真空蒸着で成膜する方法が撥水膜の密着性を向上させることにつながるので、より効果的であることが確認された。また、その真空蒸着は、図１０（Ｂ）でのＳｉＯ₂薄膜層１２２を形成した後、そのまま真空チャンバ内で実施することでさらに良い効果が得られることもわかった。すなわち、従来は、ＳｉＯ₂薄膜層１２２を形成後、一旦真空チャンバからワークを取り出すので、不純物などが表面に付着することにより密着性が損なわれるものと考えられる。なお、フッ素系撥水材料については、いろいろな材料が知られているが、ここでは、フッ素非晶質化合物としてパーフルオロポリオキセタンまたは変形パーフルオロポリオキセタンまたは双方の混合物を使用することで、インクに対する必要な撥水性を得ることができた。前述のダイキン工業製「オプツールＤＳＸ」は「アルコキシシラン末端変性パーフルオロポリエーテル」と称されることもある。
【００６８】図１０（Ｄ）は、撥水膜蒸着後の空中放置工程であり、これによりフッ素系撥水剤１２３ａとＳｉＯ₂薄膜層１２２とが、空気中の水分を仲介として化学的結合をし、フッ素系撥水層１２３になる。
【００６９】図１０（Ｅ）は、粘着テープ１２４を貼り付ける工程であり、フッ素系撥水層１２３の塗布された面に粘着テープ１２４を貼り付ける。この粘着テープ１２４を貼るときには気泡が生じないように貼り付けることが必要である。気泡があると、気泡のある位置に開けたノズル孔は、加工時の付着物などで品質の良くないものになってしまうことがあるからである。
【００７０】図１０（Ｆ）は、ノズル孔４４の加工工程で、ポリイミドフィルム１２１側からエキシマレーザを照射してノズル孔４４を形成する。ノズル孔４４の加工後は、粘着テープ１２４を剥がして使用することになる。なお、ここでは、図８で説明したノズル板４３の剛性を上げるために用いられる高剛性部材１２５は説明を省略したが、この工程に適用すれば、図１０（Ｄ）工程と図１０（Ｅ）工程の間に実施するのが適当である。
【００７１】図１１は、本発明におけるインクジェットヘッド製造方法によりインクジェットヘッドを製造する際に使用する装置について概要を示す図で、この装置２００は、ＵＳＡのＯＣＬＩ（ＯＰＴＩＣＡＬＣＯＡＴＩＮＧＬＡＢＯＲＡＴＯＲＹＩＮＣ．）が開発した、「メタモードプロセス」と呼ばれる工法を装置化したものであり、ディスプレイなどの反射防止・防汚膜の作製に使用されている。図にあるように、ドラム２０１の周囲４個所にステーションであるＳｉスパッタ２０２，Ｏ₂イオンガン２０３，Ｎｂスパッタ２０４，オプツール蒸着２０５が配置されて、全体が真空引きできるチャンバの中にある。先ずＳｉスパッタ２０２によりＳｉをスパッタし、その後、Ｏ₂イオンガン２０３によりＯ₂イオンをＳｉに当ててＳｉＯ₂とする。そのあとＮｂスパッタ２０４，オプツール蒸着２０５でＮｂ，オプツールＤＳＸを適宜蒸着する。反射防止膜の場合は、ＮｂとＳｉＯ₂を所定の厚さで必要層数重ねた後蒸着することになる。本発明の場合は、反射防止膜の機能は必要ないので、Ｎｂは不要でＳｉＯ₂，オプツールＤＳＸを１層ずつつければ良い。この装置を使用することで、上述したように、ＳｉＯ₂薄層１２２を形成した後、そのまま真空チャンバ内でオプツールＤＳＸの真空蒸着を実施するのが可能となる。
【００７２】
【発明の効果】（請求項１の効果）ノズル形成部材とフッ素系撥水剤の間にＳｉＯ₂膜を介在させることで、フッ素系撥水剤が化学的結合によりＳｉＯ₂膜と密着するため、ノズル形成部材との密着力が高くなり、ワイピングなどの擦りに対し強い耐性を持つ撥水膜が得られる。
【００７３】（請求項２の効果）ノズル形成部材をポリイミド樹脂で形成したので、ノズル孔の加工方法の選択範囲が広くなり、具体的には、紫外光レーザ加工での精度の高いノズル孔加工が効率的に、且つ、低コストで可能となった。
【００７４】（請求項３の効果）ＳｉＯ₂膜とフッ素系撥水剤が化学的結合により密着するため、フッ素系撥水膜を非常に薄くすることが可能になり、必要材料が低減でき、且つ、処理時間も短縮できコストダウンができた。
【００７５】（請求項４の効果）パーフルオロポリオキセタンまたは変性パーフルオロポリオキセタンまたは双方の混合物をフッ素系撥水剤として使用することで、撥水膜のワイピング耐久性の向上と紫外光レーザによる加工性の向上を両立することができた。すなわち、パーフルオロポリオキセタンまたは変性パーフルオロオキセタンまたは双方の混合物とＳｉＯ₂膜との密着性が高いので、ＳｉＯ₂膜厚及び撥水剤膜厚を薄くすることができ、紫外光レーザによる加工が良好になった。
【００７６】（請求項５の効果）請求項４の効果で記載したように、ＳｉＯ₂膜厚を薄くすることが可能になったため、紫外光レーザによる加工が良好となり、精度の高いノズル孔加工が効率的に、且つ、低コストで可能となった。
【００７７】（請求項６の効果）フッ素系撥水剤を真空蒸着によって形成するため、薄く均質で、且つ、ＳｉＯ₂膜との密着性が高い撥水膜が得られる。
【００７８】（請求項７の効果）真空中で連続してＳｉＯ₂蒸着処理とフッ素系撥水膜蒸着処理とを行うため、ＳｉＯ₂膜とフッ素系撥水膜との間がゴミ，汚れなどで汚染される恐れがなくなり、ＳｉＯ₂膜とフッ素系撥水膜との間で高い密着性が得られる。
【００７９】（請求項８の効果）Ｓｉをスパッタ後、Ｏ₂イオン処理をしてＳｉＯ₂膜を形成するため、緻密、且つ、均質で完全なＳｉＯ₂膜が形成でき、ノズル形成部材とフッ素系撥水剤双方共に、ＳｉＯ₂膜と強固な密着性を得ることができる。
【００８０】（請求項９の効果）ＳｉＯ₂膜とフッ素系撥水剤の真空蒸着を同一チャンバ内で連続して行った後、紫外光レーザ加工によりノズル孔を形成するため、ＳｉＯ₂膜を薄くしてもＳｉＯ₂膜とフッ素系撥水膜との密着力、ワイピング耐久性が確保できると共に、ＳｉＯ₂膜を薄くすることで、紫外光レーザによる加工性も確保できる。すなわち、精度の高いノズルを低コストで実現できる。
【００８１】（請求項１０の効果）低コストで、画像品質が高く、安定した性能を持つインクジェット記録装置が提供可能となる。

【出願人】	【識別番号】０００００６７４７【氏名又は名称】株式会社リコー【住所又は居所】東京都大田区中馬込１丁目３番６号
【出願日】	平成１４年５月３０日（２００２．５．３０）
【代理人】	【識別番号】１０００７９８４３【弁理士】【氏名又は名称】高野明近（外１名）
【公開番号】	特開２００３－３４１０７０（Ｐ２００３－３４１０７０Ａ）
【公開日】	平成１５年１２月３日（２００３．１２．３）
【出願番号】	特願２００２－１５７０１７（Ｐ２００２－１５７０１７）