液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに液体噴射ヘッドの製造方法
【課題】所望の波形を印加することができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置、並びに液体噴射ヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】導電性液体を噴射する液体噴射面にノズル開口２１が穿設された金属製のノズルプレート２０と、ノズル開口２１に連通する圧力発生室１２が設けられた流路形成基板１０と、電気信号に応じて圧力発生室１２に圧力を発生させる圧電素子３００とを備えた液体噴射ヘッドであって、ノズルプレート２０の液体噴射面のノズル開口２１の周囲に撥液膜２４が設けられ、ノズルプレート２０の少なくとも噴射させる導電性液体と接触する領域に絶縁膜（下地膜２３）が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドＩ。
【解決手段】導電性液体を噴射する液体噴射面にノズル開口２１が穿設された金属製のノズルプレート２０と、ノズル開口２１に連通する圧力発生室１２が設けられた流路形成基板１０と、電気信号に応じて圧力発生室１２に圧力を発生させる圧電素子３００とを備えた液体噴射ヘッドであって、ノズルプレート２０の液体噴射面のノズル開口２１の周囲に撥液膜２４が設けられ、ノズルプレート２０の少なくとも噴射させる導電性液体と接触する領域に絶縁膜（下地膜２３）が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドＩ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を噴射する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに液体噴射ヘッドの製造方法に関し、特に、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置並びにインクジェット式記録ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射ヘッドの代表例としては、液滴としてインク滴を噴射するインクジェット式記
録ヘッドが挙げられる。このインクジェット式記録ヘッドの構造としては、例えば、圧力
発生室が形成された流路形成基板の一方面側に圧電素子等の圧力発生手段が設けられると
共に、流路形成基板の他方面側にノズル開口が穿設されたノズルプレートが接合されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
そして、このようなインクジェット式記録ヘッドでは、ノズルプレートが金属等の導電性材料からなるものがある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−９８６７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなインクジェット式記録ヘッドを駆動させた場合、圧力発生室からノズル開口に至るまで満たされたインクを媒介して、圧電素子の下電極からノズルプレートへ電流のリークが発生する場合がある。この際に流れる電流が大きくなると、圧電素子を実駆動する際に正確な電圧が得られず、所望の波形が印加されなくなってしまう。
【０００６】
このような問題は、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドだけではなく、勿論、インク以外を吐出する他の液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。また、薄膜型の圧電素子を有する液体噴射ヘッドだけではなく、電気信号に応じて圧力発生室に圧力を発生させる圧力発生手段を有する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。
【０００７】
本発明は、上記従来技術に鑑み、所望の波形を印加することができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置、並びに液体噴射ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する本発明の態様は、導電性液体を噴射する液体噴射面にノズル開口が穿設された金属製のノズルプレートと、前記ノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板と、電気信号に応じて前記圧力発生室に圧力を発生させる圧力発生手段とを備え、前記ノズルプレートの液体噴射面の前記ノズル開口の周囲に撥液膜が設けられ、
前記ノズルプレートの少なくとも前記圧力発生室側の噴射させる導電性液体と接触する領域に絶縁膜が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、噴射する導電性液体が金属製のノズルプレートの圧力発生室側の噴射させる導電性液体と接触する領域に直接接触することがなく、導電性液体を介した圧力発生手段からノズルプレートへ電流のリークの発生を有効に防止することができる。これにより、所望の波形を印加することができるものとなる。
【０００９】
ここで、前記ノズルプレートの前記ノズル開口の壁面にまで絶縁膜が設けられていることが好ましい。噴射する導電性液体が金属製のノズルプレートに直接接触することがなく、導電性液体を介した圧力発生手段からノズルプレートへ電流のリークの発生をより有効に防止することができる。
【００１０】
また、前記撥液膜は、無機酸化膜からなる下地膜表面に設けられ金属アルコキシドの分子膜からなり、前記絶縁膜は前記下地膜からなることが好ましい。撥液膜の下地膜を絶縁膜とすることにより、導電性液体を介した圧力発生手段からノズルプレートへ電流のリークの発生を有効に防止することができる低コストの液体噴射ヘッドを提供できる。
【００１１】
また、本発明の他の態様は、上記のような液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。かかる態様では、導電性液体を介した圧力発生手段からノズルプレートへ電流のリークの発生を有効に防止した液体噴射装置を提供できる。
【００１２】
さらに、本発明の他の態様は、導電性液体を噴射する液体噴射面にノズル開口が穿設された金属製のノズルプレートと、前記ノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板と、電気信号に応じて前記圧力発生室に圧力を発生させる圧力発生手段とを備え、前記ノズルプレートの液体噴射面の前記ノズル開口の周囲に撥液膜が設けられ、前記ノズルプレートの少なくとも前記圧力発生室側の噴射させる導電性液体と接触する領域に絶縁膜が設けられた液体噴射ヘッドの製造方法であって、前記ノズルプレートの全面にケイ素を含有する材料をプラズマ重合することによりプラズマ重合膜を形成する工程と、前記プラズマ重合膜の表面を活性化処理により酸化することにより絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜表面に前記金属アルコキシドの分子膜からなる撥液膜を形成する工程と、前記ノズルプレートの少なくとも前記圧力発生室側の噴射させる導電性液体と接触する領域の前記撥液膜を除去して絶縁膜を表出させる工程と、前記圧電素子を設けた流路形成基板と前記ノズルプレートとを接合する工程とを具備することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる態様では、工程数を増やすことなく、ノズルプレートの少なくとも圧力発生室側の噴射させる導電性液体と接触する領域に絶縁膜を容易に形成することができる。
【００１３】
ここで、前記ノズルプレートの前記圧力発生室側の噴射させる導電性液体と接触する領域をアルゴンプラズマガスにより処理して、前記ノズルプレートの噴射させる導電性液体と接触する面の前記撥液膜を除去することが好ましい。これによれば、より容易にノズルプレートの撥液膜を除去することができ、ノズルプレートの圧力発生室側の噴射させる導電性液体と接触する領域に絶縁膜を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及びそのＡ−Ａ′断面図であり、図３は、その要部を示す拡大断面図である。
【００１５】
図示するように、本実施形態では、流路形成基板１０はシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には予め熱酸化によって二酸化シリコンからなる弾性膜５０が形成されている。この流路形成基板１０には、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２がその幅方向（短手方向）に並設されている。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向一端部側には、インク供給路１４と連通路１５とが隔壁１１によって区画されている。また、連通路１５の一端には、各圧力発生室１２の共通のインク室（液体室）となるリザーバ１００の一部を構成する連通部１３が形成されている。すなわち、本実施形態では、流路形成基板１０に形成された液体流路として、圧力発生室１２、インク供給路１４、連通路１５及び連通部１３が設けられている。
【００１６】
流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２に連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。このノズルプレート２０は、金属製の材料、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）で形成されている。なお、ノズルプレート２０のノズル開口２１は、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の端部で連通されている。そして、本実施形態では、このノズルプレート２０のノズル開口２１が開口する液体噴射面Ａには、下地膜２３を介して撥液膜２４が設けられている。
【００１７】
下地膜２３は、ノズルプレート２０の全面、すなわち、液体噴射面Ａ、液体流路面Ｂ（圧力発生室側）及びノズル開口２１の壁面に形成されている。この下地膜２３は、ケイ素を含有する材料をプラズマ重合することによりプラズマ重合膜とし、このプラズマ重合膜の表面を活性化処理により酸化することで形成されるものであり、本実施形態では、シリコーン材料のプラズマ重合膜の表面を酸化して二酸化シリコンとしたものからなる。下地膜２３は、液体噴射面Ａにおいては、撥液膜２４とノズルプレート２０との密着性を向上する役割があり、液体流路面Ｂの噴射させる導電性液体と接触する領域及びノズル開口２１の壁面においては、後述する圧電素子３００の下電極膜６０部分からノズルプレート２０への電流のリークを防止する絶縁膜として作用する。このため、下地膜２３は、ノズルプレート２０の液体流路面Ｂにおいては、少なくとも噴射させる導電性液体と接触する領域に形成されていれば良い。ここでいう噴射させる導電性液体と接触する領域とは、具体的には、ノズルプレート２０の圧力発生室１２、インク供給路１４、連通路１５及び連通部１３の底面のことである。
【００１８】
また、下地膜２３の液体噴射面Ａの全面に亘って、撥液膜２４が形成されている。なお、撥液膜２４は、液体噴射ヘッドの目的に応じてその一部が除去されていてもよく、例えば、撥液膜２４は、液体噴射面Ａの中央部のみに形成していてもよい。すなわち、ノズルプレート２０の液体噴射面Ａのノズル開口２１が開口する領域を含む中央部は、撥液膜２４が設けられた撥液領域とし、ノズルプレート２０の液体噴射面Ａの四方の外周に沿って撥液膜２４が設けられていない非撥液領域としてもよい。
【００１９】
撥液膜２４は、撥液性を有する金属アルコキシドの分子膜からなり、例えば、フルオロカーボン基を有するシランカップリング剤をシンナー等の溶媒と混合して金属アルコキシド溶液を形成し、この金属アルコキシド溶液にノズルプレート２０を浸漬することで、金属アルコキシドの重合した撥液膜２４を形成することができる。この分子膜からなる撥液膜２４は、共析メッキによる撥液膜よりも薄く形成できると共に、ヘッド面をクリーニングする際にワイピングによって液体噴射面Ａが拭かれることによっても撥液性が劣化しない「耐擦性」、及び撥液性を向上できるという利点を有する。勿論、「耐擦性」、「撥液性」は劣るが、共析メッキによる撥液膜を用いることもできる。
【００２０】
流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５上には下電極膜６０と、圧電体層７０と、上電極膜８０とで構成される圧電素子３００が形成されている。本実施形態では、下電極膜６０を圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。また、ここでは、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる振動板とを合わせてアクチュエータと称する。なお、振動板とは圧力発生室１２の一方面を構成し圧電素子３００の駆動により変形が生じる部分をいう。本実施形態では、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び下電極膜６０が振動板として作用するが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、弾性膜５０及び絶縁体膜５５を設けずに、下電極膜６０のみが振動板として作用するようにしてもよい。また、圧電素子３００自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。
【００２１】
また、このような各圧電素子３００の上電極膜８０には、流路形成基板１０のインク供給路１４とは反対側の端部近傍まで延設された金（Ａｕ）等のリード電極９０がそれぞれ接続されている。このリード電極９０を介して各圧電素子３００に選択的に電圧が印加される。
【００２２】
さらに、圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、連通部１３に対向する領域にリザーバ部３１が設けられた保護基板３０が接着層３５を介して接合されている。このリザーバ部３１は、上述したように、流路形成基板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００を構成している。
【００２３】
また、保護基板３０には、圧電素子３００に対向する領域に、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部３２が設けられている。なお、圧電素子保持部３２は、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。また、流路形成基板１０の連通部１３を圧力発生室１２毎に複数に分割して、リザーバ部３１のみをリザーバとしてもよい。すなわち、流路形成基板１０に圧力発生室１２とインク供給路１４のみを形成してもよい。
【００２４】
また、保護基板３０上には、圧電素子３００を駆動するための駆動回路１２０が実装されている。この駆動回路１２０としては、例えば、回路基板や半導体集積回路（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路１２０とリード電極９０とはボンディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる接続配線１２１を介して電気的に接続されている。
【００２５】
保護基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましい。
【００２６】
また、保護基板３０の圧電素子保持部３２とリザーバ部３１との間の領域には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられている。各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０は、その端部近傍が貫通孔３３内で露出されている。
【００２７】
保護基板３０のリザーバ部３１に対応する領域には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料からなり、この封止膜４１によってリザーバ部３１の一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料で形成される。この固定板４２のリザーバ１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、リザーバ１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。
【００２８】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩでは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路１２０からの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁体膜５５、下電極膜６０及び圧電体層７０をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。
【００２９】
上述した構成からなる液体噴射ヘッドは、ノズルプレート２０の液体流路面Ｂの少なくとも噴射させる導電性液体と接触する領域及びノズル開口２１の壁面が絶縁膜（下地膜）２３により覆われていることにより、噴射する導電性液体が金属製のノズルプレート２０の表面に直接接触することがなく、圧力発生室１２からノズル開口２１に至るまで満たされた導電性液体（本実施形態ではインク）を媒介として、圧電素子３００からのリーク電流の発生を有効に防止することができる。
【００３０】
ここで、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造方法を説明する。なお、図３〜５は、本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【００３１】
まず、図３（ａ）に示すように、所定厚さのシリコンウェハである流路形成基板用ウェハ１１０上に振動板を介して圧電素子３００及びリード電極９０を形成する。すなわち、流路形成基板用ウェハ１１０上に所定材料を順次積層及びパターニングして、弾性膜５０、絶縁体膜５５、下電極膜６０、圧電体層７０、上電極膜８０及びリード電極９０を形成する。なおこれら圧電素子３００等の製造方法は、公知の技術であるため詳しい説明は省略する。
【００３２】
次に、図３（ｂ）に示すように、保護基板３０が複数一体的に形成されるシリコンウェハである保護基板用ウェハ１３０を、流路形成基板用ウェハ１１０上に、例えば、エポキシ系の接着剤等からなる接着層３５によって接合する。ここで、保護基板用ウェハ１３０には、圧電素子保持部３２、リザーバ部３１及び貫通孔３３が予め形成されている。
【００３３】
次いで、図３（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚さとなるまで薄くした後、図４（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０上に、例えば、保護膜５２を新たに形成して所定形状にパターニングする。そして、図４（ｂ）に示すように、この保護膜５２をマスクとして流路形成基板用ウェハ１１０を異方性エッチング（ウェットエッチング）して、流路形成基板用ウェハ１１０に圧力発生室１２、インク供給路１４、連通路１５、連通部１３を形成する。
【００３４】
その後は、流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ１３０の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハ１１０の保護基板用ウェハ１３０とは反対側の面にノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０を接合すると共に、保護基板用ウェハ１３０にコンプライアンス基板４０を接合し、流路形成基板用ウェハ１１０等を図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０等に分割することによってインクジェット式記録ヘッドが製造される。このノズルプレート２０は、以下説明する方法により製造した。
【００３５】
まず、ＳＵＳ板からなるノズルプレート２０に打ち抜き加工等によりノズル開口２１を形成し、図５（ａ）に示すように、ノズルプレート２０の全面に亘って下地膜２３を形成する。下地膜２３は、ノズルプレート２０の全面にプラズマ重合膜を成膜し、このプラズマ重合膜に表面活性化処理を行うことにより形成される。プラズマ重合膜は、例えば、シロキサンを気化させた原料ガスにアルゴンガス等を混合して原料を重合させ、プラズマ重合装置を用いて形成することができる。このプラズマ重合膜の表面活性化処理では、プラズマまたは紫外線照射処理・熱処理等によりプラズマ重合膜の表面を酸化する。なお、下地膜２３は、液体成膜法（塗布、スプレー、浸漬等）で成膜された膜、蒸着膜、スパッタリング膜等を活性化処理により酸化したものであってもよい。
【００３６】
次に、図５（ｂ）に示すように、ノズルプレート２０の全面に亘って金属アルコキシドの分子膜からなる撥液膜２４を形成する。すなわち、ノズルプレート２０の下地膜２３上全面に亘って撥液膜２４を形成する。なお、撥液膜２４の形成方法は、特に限定されず、例えば、フルオロカーボン基を有するシランカップリング剤をシンナー等の溶媒と混合して金属アルコキシド溶液を形成し、この金属アルコキシド溶液にノズルプレート２０を浸漬することで形成することができる。フルオロカーボン基としては、パーフルオロアルキル基、アルキル基の水素の一部がフッ素置換されたフルオロアルキル基、パーフルオロポリエーテルからなる基等が挙げられる。フルオロカーボン基を有するシランカップリング剤の具体例としては、ヘプタトリアコンタフルオロイコシルトリメトキシシランなどが挙げられ、本実施形態ではヘプタトリアコンタフルオロイコシルトリメトキシシランを重合した膜を撥液膜とした。勿論、本発明において、このヘプタトリアコンタフルオロイコシルトリメトキシシランに限定されるものではない。
【００３７】
そして、図５（ｃ）に示すように、ノズルプレート２０の液体噴射面Ａのみに保護膜２５を形成し、プラズマ処理することにより、保護膜２５によって覆われていない露出された領域（液体流路面Ｂ及びノズル開口２１の壁面）の撥液膜２４を選択的に除去する。プラズマ処理には、大気圧下でプラズマ化したアルゴンガスを用いる。保護膜２５に覆われていない部分の撥液膜２４は、プラズマ化したアルゴンガスにより分解されて除去される。なお、保護膜２５は、プラズマ処理に対して耐性を有し、且つ剥離性の良いものであれば特に限定されないが、例えば、樹脂製フィルムやレジスト膜などが挙げられる。
【００３８】
図５（ｄ）に示すように、保護膜２５を除去することで、所望の領域（ここでは液体噴射面Ａ）のみに撥液膜２４を形成することができる。すなわち、液体噴射面Ａには、下地膜２３及び撥液膜２４が形成され、液体流路面Ｂ及びノズル開口２１の壁面には、絶縁膜となる下地膜２３のみが形成された状態となる。なお、液体噴射面Ａに非撥液領域を形成する場合も同様に、ノズルプレート２０の液体噴射面Ａの撥液領域のみを選択的に覆うことで、非撥液領域を選択的に容易に形成することができる。
【００３９】
ところで、ノズルプレート２０と、一方面側に圧電素子等を備えた流路形成基板用ウェハ１１０とを接着する際には、ノズルプレート２０と流路形成基板用ウェハ１１０の接着領域に、プライマ液を塗布するプライマ処理を行ってから接着する。プライマ液の塗布方法は特に限定されず、例えば、接着領域にプライマ液を噴射や流出させて塗布すればよい。このようにプライマ処理を行うことにより、除去した撥液膜の撥液性が残っていた場合も確実に接着することができる。また、ノズルプレート２０と流路形成基板用ウェハ１１０との接着強度が向上して、さらに剥離等の破壊が発生するのを確実に防止できる。なお、下地膜２３が導電性液体と接触する領域にのみ形成されている場合は、プライマ処理を行わなくてもよい。
【００４０】
本実施形態の液体噴射ヘッドの製造方法では、工程数を増やすことなく、ノズルプレートの導電性液体が接触する面に絶縁膜を容易に形成することができる。
【００４１】
また、本実施形態では、撥液膜２４を形成する際に形成される下地膜２３を絶縁膜として使用することで、液体流路面Ｂ及びノズル開口２１の壁面に絶縁膜を新たに形成するのに比べて製造工程を簡略化することができる。製造工程を簡略化することによりコストを低減することができる。
【００４２】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態１を説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。
【００４３】
上述した実施形態１では、ノズルプレート２０の液体流路面Ｂ及びノズル開口２１の壁面の下地膜２３を絶縁膜としたが、これに限定されず、新たに絶縁膜を形成してもよい。例えば、ノズルプレート２０の全面に下地膜２３及び撥液膜２４を形成し、ノズルプレート２０の液体流路面Ｂの少なくとも噴射させる導電性液体と接触する領域及びノズル開口２１の壁面の下地膜２３及び撥液膜２４を除去した後に、ノズルプレート２０の液体流路面Ｂの少なくとも噴射させる導電性液体と接触する領域及びノズル開口２１の壁面にスパッタリング法又はＣＶＤ法により絶縁膜を成膜してもよい。このとき、絶縁膜の材料は、絶縁性を有する材料であれば特に限定されない。ここでいう絶縁性を有するとは、液体噴射ヘッドを駆動させた際に所望の波形を印加することができる、すなわち、駆動させた際に問題となるほどの電流が流れない程度の電気抵抗値を有することをいう。かかる絶縁性を有する材料としては、例えば、硬質プラスチック等の樹脂材料、あるいは酸化シリコン（ＳｉＯx）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化タンタル（ＴａＯx）、酸化ジルコニウム、窒化チタン、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化ジルコニウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、炭化珪素、炭化チタン、炭化タングステン、炭化タンタル等が挙げられる。
【００４４】
新たに絶縁膜を設ける場合は、下地膜２３を設けずに、撥液膜として、例えば、フッ素系高分子を含む金属膜をノズルプレート２０上に直接形成してもよい。このような金属膜からなる撥液膜は、例えば、共析メッキにより所定の厚さで高精度に形成することができる。なお、金属膜からなる撥液膜は、ノズルプレート２０の全面に亘って撥液膜を形成し、撥液膜を残したい領域を保護膜等の保護部材で保護した後、撥液膜の余分な領域をドライエッチングやウェットエッチングなどで除去することにより撥液領域と非撥液領域とを形成すればよい。その後、上述したように、スパッタリング法又はＣＶＤ法により絶縁膜を成膜する。
【００４５】
また、金属製のノズルプレート２０の全面を酸化処理して絶縁膜を形成した後に、液体噴射面Ａのみに撥液膜２４を設けようにしてもよい。なお、撥液膜２４と絶縁膜との接着性が低い場合は、液体噴射面Ａの絶縁膜を除去した後に、撥液膜２４を設けるようにする。
【００４６】
上述した実施形態１では、圧力発生室１２に圧力変化を生じさせる圧力発生手段として、薄膜型の圧電素子３００を有するアクチュエータ装置を用いて説明したが、特にこれに限定されず、例えば、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型のアクチュエータ装置や、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型のアクチュエータ装置などを使用することができる。また、圧力発生手段として、圧力発生室内に発熱素子を配置して、発熱素子の発熱で発生するバブルによってノズル開口から液滴を吐出するものや、振動板と電極との間に静電気を発生させて、静電気力によって振動板を変形させてノズル開口から液滴を吐出させるいわゆる静電式アクチュエータなどを使用することができる。
【００４７】
なお、上述した実施形態１のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図６は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。
【００４８】
図６に示すように、インクジェット式記録装置ＩＩは、インクジェット式記録ヘッドＩを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを具備する。記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
【００４９】
そして、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
【００５０】
また、液体噴射ヘッドとしてインクジェット式記録ヘッドＩを挙げて説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドの製造方法にも勿論適用することができる。適用可能な液体噴射ヘッドとしては、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（電界放出ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。
【図２】実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図３】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図４】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図５】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図６】一実施形態に係るインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５２】
Ｉ インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、１０ 流路形成基板、１２ 圧力発生室、 １３ 連通部、 １４ インク供給路、 １５ 連通路、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル開口、 ２３ 下地膜（絶縁膜）、 ２４ 撥液膜、 ３０ 保護基板、 ３１ リザーバ部、 ３２ 圧電素子保持部、 ４０ コンプライアンス基板、 ５０ 弾性膜、 ５５ 絶縁体膜、 ６０ 下電極膜、 ７０ 圧電体層、 ８０ 上電極膜、 ９０ リード電極、 １００ リザーバ、 ３００ 圧電素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を噴射する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに液体噴射ヘッドの製造方法に関し、特に、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置並びにインクジェット式記録ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射ヘッドの代表例としては、液滴としてインク滴を噴射するインクジェット式記
録ヘッドが挙げられる。このインクジェット式記録ヘッドの構造としては、例えば、圧力
発生室が形成された流路形成基板の一方面側に圧電素子等の圧力発生手段が設けられると
共に、流路形成基板の他方面側にノズル開口が穿設されたノズルプレートが接合されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
そして、このようなインクジェット式記録ヘッドでは、ノズルプレートが金属等の導電性材料からなるものがある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−９８６７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなインクジェット式記録ヘッドを駆動させた場合、圧力発生室からノズル開口に至るまで満たされたインクを媒介して、圧電素子の下電極からノズルプレートへ電流のリークが発生する場合がある。この際に流れる電流が大きくなると、圧電素子を実駆動する際に正確な電圧が得られず、所望の波形が印加されなくなってしまう。
【０００６】
このような問題は、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドだけではなく、勿論、インク以外を吐出する他の液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。また、薄膜型の圧電素子を有する液体噴射ヘッドだけではなく、電気信号に応じて圧力発生室に圧力を発生させる圧力発生手段を有する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。
【０００７】
本発明は、上記従来技術に鑑み、所望の波形を印加することができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置、並びに液体噴射ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する本発明の態様は、導電性液体を噴射する液体噴射面にノズル開口が穿設された金属製のノズルプレートと、前記ノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板と、電気信号に応じて前記圧力発生室に圧力を発生させる圧力発生手段とを備え、前記ノズルプレートの液体噴射面の前記ノズル開口の周囲に撥液膜が設けられ、
前記ノズルプレートの少なくとも前記圧力発生室側の噴射させる導電性液体と接触する領域に絶縁膜が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、噴射する導電性液体が金属製のノズルプレートの圧力発生室側の噴射させる導電性液体と接触する領域に直接接触することがなく、導電性液体を介した圧力発生手段からノズルプレートへ電流のリークの発生を有効に防止することができる。これにより、所望の波形を印加することができるものとなる。
【０００９】
ここで、前記ノズルプレートの前記ノズル開口の壁面にまで絶縁膜が設けられていることが好ましい。噴射する導電性液体が金属製のノズルプレートに直接接触することがなく、導電性液体を介した圧力発生手段からノズルプレートへ電流のリークの発生をより有効に防止することができる。
【００１０】
また、前記撥液膜は、無機酸化膜からなる下地膜表面に設けられ金属アルコキシドの分子膜からなり、前記絶縁膜は前記下地膜からなることが好ましい。撥液膜の下地膜を絶縁膜とすることにより、導電性液体を介した圧力発生手段からノズルプレートへ電流のリークの発生を有効に防止することができる低コストの液体噴射ヘッドを提供できる。
【００１１】
また、本発明の他の態様は、上記のような液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。かかる態様では、導電性液体を介した圧力発生手段からノズルプレートへ電流のリークの発生を有効に防止した液体噴射装置を提供できる。
【００１２】
さらに、本発明の他の態様は、導電性液体を噴射する液体噴射面にノズル開口が穿設された金属製のノズルプレートと、前記ノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板と、電気信号に応じて前記圧力発生室に圧力を発生させる圧力発生手段とを備え、前記ノズルプレートの液体噴射面の前記ノズル開口の周囲に撥液膜が設けられ、前記ノズルプレートの少なくとも前記圧力発生室側の噴射させる導電性液体と接触する領域に絶縁膜が設けられた液体噴射ヘッドの製造方法であって、前記ノズルプレートの全面にケイ素を含有する材料をプラズマ重合することによりプラズマ重合膜を形成する工程と、前記プラズマ重合膜の表面を活性化処理により酸化することにより絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜表面に前記金属アルコキシドの分子膜からなる撥液膜を形成する工程と、前記ノズルプレートの少なくとも前記圧力発生室側の噴射させる導電性液体と接触する領域の前記撥液膜を除去して絶縁膜を表出させる工程と、前記圧電素子を設けた流路形成基板と前記ノズルプレートとを接合する工程とを具備することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる態様では、工程数を増やすことなく、ノズルプレートの少なくとも圧力発生室側の噴射させる導電性液体と接触する領域に絶縁膜を容易に形成することができる。
【００１３】
ここで、前記ノズルプレートの前記圧力発生室側の噴射させる導電性液体と接触する領域をアルゴンプラズマガスにより処理して、前記ノズルプレートの噴射させる導電性液体と接触する面の前記撥液膜を除去することが好ましい。これによれば、より容易にノズルプレートの撥液膜を除去することができ、ノズルプレートの圧力発生室側の噴射させる導電性液体と接触する領域に絶縁膜を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及びそのＡ−Ａ′断面図であり、図３は、その要部を示す拡大断面図である。
【００１５】
図示するように、本実施形態では、流路形成基板１０はシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には予め熱酸化によって二酸化シリコンからなる弾性膜５０が形成されている。この流路形成基板１０には、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２がその幅方向（短手方向）に並設されている。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向一端部側には、インク供給路１４と連通路１５とが隔壁１１によって区画されている。また、連通路１５の一端には、各圧力発生室１２の共通のインク室（液体室）となるリザーバ１００の一部を構成する連通部１３が形成されている。すなわち、本実施形態では、流路形成基板１０に形成された液体流路として、圧力発生室１２、インク供給路１４、連通路１５及び連通部１３が設けられている。
【００１６】
流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２に連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。このノズルプレート２０は、金属製の材料、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）で形成されている。なお、ノズルプレート２０のノズル開口２１は、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の端部で連通されている。そして、本実施形態では、このノズルプレート２０のノズル開口２１が開口する液体噴射面Ａには、下地膜２３を介して撥液膜２４が設けられている。
【００１７】
下地膜２３は、ノズルプレート２０の全面、すなわち、液体噴射面Ａ、液体流路面Ｂ（圧力発生室側）及びノズル開口２１の壁面に形成されている。この下地膜２３は、ケイ素を含有する材料をプラズマ重合することによりプラズマ重合膜とし、このプラズマ重合膜の表面を活性化処理により酸化することで形成されるものであり、本実施形態では、シリコーン材料のプラズマ重合膜の表面を酸化して二酸化シリコンとしたものからなる。下地膜２３は、液体噴射面Ａにおいては、撥液膜２４とノズルプレート２０との密着性を向上する役割があり、液体流路面Ｂの噴射させる導電性液体と接触する領域及びノズル開口２１の壁面においては、後述する圧電素子３００の下電極膜６０部分からノズルプレート２０への電流のリークを防止する絶縁膜として作用する。このため、下地膜２３は、ノズルプレート２０の液体流路面Ｂにおいては、少なくとも噴射させる導電性液体と接触する領域に形成されていれば良い。ここでいう噴射させる導電性液体と接触する領域とは、具体的には、ノズルプレート２０の圧力発生室１２、インク供給路１４、連通路１５及び連通部１３の底面のことである。
【００１８】
また、下地膜２３の液体噴射面Ａの全面に亘って、撥液膜２４が形成されている。なお、撥液膜２４は、液体噴射ヘッドの目的に応じてその一部が除去されていてもよく、例えば、撥液膜２４は、液体噴射面Ａの中央部のみに形成していてもよい。すなわち、ノズルプレート２０の液体噴射面Ａのノズル開口２１が開口する領域を含む中央部は、撥液膜２４が設けられた撥液領域とし、ノズルプレート２０の液体噴射面Ａの四方の外周に沿って撥液膜２４が設けられていない非撥液領域としてもよい。
【００１９】
撥液膜２４は、撥液性を有する金属アルコキシドの分子膜からなり、例えば、フルオロカーボン基を有するシランカップリング剤をシンナー等の溶媒と混合して金属アルコキシド溶液を形成し、この金属アルコキシド溶液にノズルプレート２０を浸漬することで、金属アルコキシドの重合した撥液膜２４を形成することができる。この分子膜からなる撥液膜２４は、共析メッキによる撥液膜よりも薄く形成できると共に、ヘッド面をクリーニングする際にワイピングによって液体噴射面Ａが拭かれることによっても撥液性が劣化しない「耐擦性」、及び撥液性を向上できるという利点を有する。勿論、「耐擦性」、「撥液性」は劣るが、共析メッキによる撥液膜を用いることもできる。
【００２０】
流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５上には下電極膜６０と、圧電体層７０と、上電極膜８０とで構成される圧電素子３００が形成されている。本実施形態では、下電極膜６０を圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。また、ここでは、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる振動板とを合わせてアクチュエータと称する。なお、振動板とは圧力発生室１２の一方面を構成し圧電素子３００の駆動により変形が生じる部分をいう。本実施形態では、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び下電極膜６０が振動板として作用するが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、弾性膜５０及び絶縁体膜５５を設けずに、下電極膜６０のみが振動板として作用するようにしてもよい。また、圧電素子３００自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。
【００２１】
また、このような各圧電素子３００の上電極膜８０には、流路形成基板１０のインク供給路１４とは反対側の端部近傍まで延設された金（Ａｕ）等のリード電極９０がそれぞれ接続されている。このリード電極９０を介して各圧電素子３００に選択的に電圧が印加される。
【００２２】
さらに、圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、連通部１３に対向する領域にリザーバ部３１が設けられた保護基板３０が接着層３５を介して接合されている。このリザーバ部３１は、上述したように、流路形成基板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００を構成している。
【００２３】
また、保護基板３０には、圧電素子３００に対向する領域に、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部３２が設けられている。なお、圧電素子保持部３２は、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。また、流路形成基板１０の連通部１３を圧力発生室１２毎に複数に分割して、リザーバ部３１のみをリザーバとしてもよい。すなわち、流路形成基板１０に圧力発生室１２とインク供給路１４のみを形成してもよい。
【００２４】
また、保護基板３０上には、圧電素子３００を駆動するための駆動回路１２０が実装されている。この駆動回路１２０としては、例えば、回路基板や半導体集積回路（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路１２０とリード電極９０とはボンディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる接続配線１２１を介して電気的に接続されている。
【００２５】
保護基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましい。
【００２６】
また、保護基板３０の圧電素子保持部３２とリザーバ部３１との間の領域には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられている。各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０は、その端部近傍が貫通孔３３内で露出されている。
【００２７】
保護基板３０のリザーバ部３１に対応する領域には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料からなり、この封止膜４１によってリザーバ部３１の一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料で形成される。この固定板４２のリザーバ１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、リザーバ１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。
【００２８】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩでは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路１２０からの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁体膜５５、下電極膜６０及び圧電体層７０をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。
【００２９】
上述した構成からなる液体噴射ヘッドは、ノズルプレート２０の液体流路面Ｂの少なくとも噴射させる導電性液体と接触する領域及びノズル開口２１の壁面が絶縁膜（下地膜）２３により覆われていることにより、噴射する導電性液体が金属製のノズルプレート２０の表面に直接接触することがなく、圧力発生室１２からノズル開口２１に至るまで満たされた導電性液体（本実施形態ではインク）を媒介として、圧電素子３００からのリーク電流の発生を有効に防止することができる。
【００３０】
ここで、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造方法を説明する。なお、図３〜５は、本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【００３１】
まず、図３（ａ）に示すように、所定厚さのシリコンウェハである流路形成基板用ウェハ１１０上に振動板を介して圧電素子３００及びリード電極９０を形成する。すなわち、流路形成基板用ウェハ１１０上に所定材料を順次積層及びパターニングして、弾性膜５０、絶縁体膜５５、下電極膜６０、圧電体層７０、上電極膜８０及びリード電極９０を形成する。なおこれら圧電素子３００等の製造方法は、公知の技術であるため詳しい説明は省略する。
【００３２】
次に、図３（ｂ）に示すように、保護基板３０が複数一体的に形成されるシリコンウェハである保護基板用ウェハ１３０を、流路形成基板用ウェハ１１０上に、例えば、エポキシ系の接着剤等からなる接着層３５によって接合する。ここで、保護基板用ウェハ１３０には、圧電素子保持部３２、リザーバ部３１及び貫通孔３３が予め形成されている。
【００３３】
次いで、図３（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚さとなるまで薄くした後、図４（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０上に、例えば、保護膜５２を新たに形成して所定形状にパターニングする。そして、図４（ｂ）に示すように、この保護膜５２をマスクとして流路形成基板用ウェハ１１０を異方性エッチング（ウェットエッチング）して、流路形成基板用ウェハ１１０に圧力発生室１２、インク供給路１４、連通路１５、連通部１３を形成する。
【００３４】
その後は、流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ１３０の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハ１１０の保護基板用ウェハ１３０とは反対側の面にノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０を接合すると共に、保護基板用ウェハ１３０にコンプライアンス基板４０を接合し、流路形成基板用ウェハ１１０等を図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０等に分割することによってインクジェット式記録ヘッドが製造される。このノズルプレート２０は、以下説明する方法により製造した。
【００３５】
まず、ＳＵＳ板からなるノズルプレート２０に打ち抜き加工等によりノズル開口２１を形成し、図５（ａ）に示すように、ノズルプレート２０の全面に亘って下地膜２３を形成する。下地膜２３は、ノズルプレート２０の全面にプラズマ重合膜を成膜し、このプラズマ重合膜に表面活性化処理を行うことにより形成される。プラズマ重合膜は、例えば、シロキサンを気化させた原料ガスにアルゴンガス等を混合して原料を重合させ、プラズマ重合装置を用いて形成することができる。このプラズマ重合膜の表面活性化処理では、プラズマまたは紫外線照射処理・熱処理等によりプラズマ重合膜の表面を酸化する。なお、下地膜２３は、液体成膜法（塗布、スプレー、浸漬等）で成膜された膜、蒸着膜、スパッタリング膜等を活性化処理により酸化したものであってもよい。
【００３６】
次に、図５（ｂ）に示すように、ノズルプレート２０の全面に亘って金属アルコキシドの分子膜からなる撥液膜２４を形成する。すなわち、ノズルプレート２０の下地膜２３上全面に亘って撥液膜２４を形成する。なお、撥液膜２４の形成方法は、特に限定されず、例えば、フルオロカーボン基を有するシランカップリング剤をシンナー等の溶媒と混合して金属アルコキシド溶液を形成し、この金属アルコキシド溶液にノズルプレート２０を浸漬することで形成することができる。フルオロカーボン基としては、パーフルオロアルキル基、アルキル基の水素の一部がフッ素置換されたフルオロアルキル基、パーフルオロポリエーテルからなる基等が挙げられる。フルオロカーボン基を有するシランカップリング剤の具体例としては、ヘプタトリアコンタフルオロイコシルトリメトキシシランなどが挙げられ、本実施形態ではヘプタトリアコンタフルオロイコシルトリメトキシシランを重合した膜を撥液膜とした。勿論、本発明において、このヘプタトリアコンタフルオロイコシルトリメトキシシランに限定されるものではない。
【００３７】
そして、図５（ｃ）に示すように、ノズルプレート２０の液体噴射面Ａのみに保護膜２５を形成し、プラズマ処理することにより、保護膜２５によって覆われていない露出された領域（液体流路面Ｂ及びノズル開口２１の壁面）の撥液膜２４を選択的に除去する。プラズマ処理には、大気圧下でプラズマ化したアルゴンガスを用いる。保護膜２５に覆われていない部分の撥液膜２４は、プラズマ化したアルゴンガスにより分解されて除去される。なお、保護膜２５は、プラズマ処理に対して耐性を有し、且つ剥離性の良いものであれば特に限定されないが、例えば、樹脂製フィルムやレジスト膜などが挙げられる。
【００３８】
図５（ｄ）に示すように、保護膜２５を除去することで、所望の領域（ここでは液体噴射面Ａ）のみに撥液膜２４を形成することができる。すなわち、液体噴射面Ａには、下地膜２３及び撥液膜２４が形成され、液体流路面Ｂ及びノズル開口２１の壁面には、絶縁膜となる下地膜２３のみが形成された状態となる。なお、液体噴射面Ａに非撥液領域を形成する場合も同様に、ノズルプレート２０の液体噴射面Ａの撥液領域のみを選択的に覆うことで、非撥液領域を選択的に容易に形成することができる。
【００３９】
ところで、ノズルプレート２０と、一方面側に圧電素子等を備えた流路形成基板用ウェハ１１０とを接着する際には、ノズルプレート２０と流路形成基板用ウェハ１１０の接着領域に、プライマ液を塗布するプライマ処理を行ってから接着する。プライマ液の塗布方法は特に限定されず、例えば、接着領域にプライマ液を噴射や流出させて塗布すればよい。このようにプライマ処理を行うことにより、除去した撥液膜の撥液性が残っていた場合も確実に接着することができる。また、ノズルプレート２０と流路形成基板用ウェハ１１０との接着強度が向上して、さらに剥離等の破壊が発生するのを確実に防止できる。なお、下地膜２３が導電性液体と接触する領域にのみ形成されている場合は、プライマ処理を行わなくてもよい。
【００４０】
本実施形態の液体噴射ヘッドの製造方法では、工程数を増やすことなく、ノズルプレートの導電性液体が接触する面に絶縁膜を容易に形成することができる。
【００４１】
また、本実施形態では、撥液膜２４を形成する際に形成される下地膜２３を絶縁膜として使用することで、液体流路面Ｂ及びノズル開口２１の壁面に絶縁膜を新たに形成するのに比べて製造工程を簡略化することができる。製造工程を簡略化することによりコストを低減することができる。
【００４２】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態１を説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。
【００４３】
上述した実施形態１では、ノズルプレート２０の液体流路面Ｂ及びノズル開口２１の壁面の下地膜２３を絶縁膜としたが、これに限定されず、新たに絶縁膜を形成してもよい。例えば、ノズルプレート２０の全面に下地膜２３及び撥液膜２４を形成し、ノズルプレート２０の液体流路面Ｂの少なくとも噴射させる導電性液体と接触する領域及びノズル開口２１の壁面の下地膜２３及び撥液膜２４を除去した後に、ノズルプレート２０の液体流路面Ｂの少なくとも噴射させる導電性液体と接触する領域及びノズル開口２１の壁面にスパッタリング法又はＣＶＤ法により絶縁膜を成膜してもよい。このとき、絶縁膜の材料は、絶縁性を有する材料であれば特に限定されない。ここでいう絶縁性を有するとは、液体噴射ヘッドを駆動させた際に所望の波形を印加することができる、すなわち、駆動させた際に問題となるほどの電流が流れない程度の電気抵抗値を有することをいう。かかる絶縁性を有する材料としては、例えば、硬質プラスチック等の樹脂材料、あるいは酸化シリコン（ＳｉＯx）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化タンタル（ＴａＯx）、酸化ジルコニウム、窒化チタン、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化ジルコニウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、炭化珪素、炭化チタン、炭化タングステン、炭化タンタル等が挙げられる。
【００４４】
新たに絶縁膜を設ける場合は、下地膜２３を設けずに、撥液膜として、例えば、フッ素系高分子を含む金属膜をノズルプレート２０上に直接形成してもよい。このような金属膜からなる撥液膜は、例えば、共析メッキにより所定の厚さで高精度に形成することができる。なお、金属膜からなる撥液膜は、ノズルプレート２０の全面に亘って撥液膜を形成し、撥液膜を残したい領域を保護膜等の保護部材で保護した後、撥液膜の余分な領域をドライエッチングやウェットエッチングなどで除去することにより撥液領域と非撥液領域とを形成すればよい。その後、上述したように、スパッタリング法又はＣＶＤ法により絶縁膜を成膜する。
【００４５】
また、金属製のノズルプレート２０の全面を酸化処理して絶縁膜を形成した後に、液体噴射面Ａのみに撥液膜２４を設けようにしてもよい。なお、撥液膜２４と絶縁膜との接着性が低い場合は、液体噴射面Ａの絶縁膜を除去した後に、撥液膜２４を設けるようにする。
【００４６】
上述した実施形態１では、圧力発生室１２に圧力変化を生じさせる圧力発生手段として、薄膜型の圧電素子３００を有するアクチュエータ装置を用いて説明したが、特にこれに限定されず、例えば、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型のアクチュエータ装置や、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型のアクチュエータ装置などを使用することができる。また、圧力発生手段として、圧力発生室内に発熱素子を配置して、発熱素子の発熱で発生するバブルによってノズル開口から液滴を吐出するものや、振動板と電極との間に静電気を発生させて、静電気力によって振動板を変形させてノズル開口から液滴を吐出させるいわゆる静電式アクチュエータなどを使用することができる。
【００４７】
なお、上述した実施形態１のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図６は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。
【００４８】
図６に示すように、インクジェット式記録装置ＩＩは、インクジェット式記録ヘッドＩを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを具備する。記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
【００４９】
そして、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
【００５０】
また、液体噴射ヘッドとしてインクジェット式記録ヘッドＩを挙げて説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドの製造方法にも勿論適用することができる。適用可能な液体噴射ヘッドとしては、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（電界放出ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。
【図２】実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図３】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図４】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図５】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図６】一実施形態に係るインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５２】
Ｉ インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、１０ 流路形成基板、１２ 圧力発生室、 １３ 連通部、 １４ インク供給路、 １５ 連通路、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル開口、 ２３ 下地膜（絶縁膜）、 ２４ 撥液膜、 ３０ 保護基板、 ３１ リザーバ部、 ３２ 圧電素子保持部、 ４０ コンプライアンス基板、 ５０ 弾性膜、 ５５ 絶縁体膜、 ６０ 下電極膜、 ７０ 圧電体層、 ８０ 上電極膜、 ９０ リード電極、 １００ リザーバ、 ３００ 圧電素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性液体を噴射する液体噴射面にノズル開口が穿設された金属製のノズルプレートと、前記ノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板と、電気信号に応じて前記圧力発生室に圧力を発生させる圧力発生手段とを備え、
前記ノズルプレートの液体噴射面の前記ノズル開口の周囲に撥液膜が設けられ、
前記ノズルプレートの少なくとも前記圧力発生室側の噴射させる導電性液体と接触する領域に絶縁膜が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記ノズルプレートの前記ノズル開口の壁面にまで絶縁膜が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
前記撥液膜は、無機酸化膜からなる下地膜表面に設けられ金属アルコキシドの分子膜からなり、前記絶縁膜は前記下地膜からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
請求項１〜３に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
【請求項５】
導電性液体を噴射する液体噴射面にノズル開口が穿設された金属製のノズルプレートと、前記ノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板と、電気信号に応じて前記圧力発生室に圧力を発生させる圧力発生手段とを備え、前記ノズルプレートの液体噴射面の前記ノズル開口の周囲に撥液膜が設けられ、前記ノズルプレートの少なくとも前記圧力発生室側の噴射させる導電性液体と接触する領域に絶縁膜が設けられた液体噴射ヘッドの製造方法であって、
前記ノズルプレートの全面にケイ素を含有する材料をプラズマ重合することによりプラズマ重合膜を形成する工程と、前記プラズマ重合膜の表面を活性化処理により酸化することにより絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜表面に前記金属アルコキシドの分子膜からなる撥液膜を形成する工程と、前記ノズルプレートの少なくとも前記圧力発生室側の噴射させる導電性液体と接触する領域の前記撥液膜を除去して絶縁膜を表出させる工程と、前記圧電素子を設けた流路形成基板と前記ノズルプレートとを接合する工程とを具備することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記ノズルプレートの少なくとも前記圧力発生室側の噴射させる導電性液体と接触する領域をアルゴンプラズマガスにより処理して、前記ノズルプレートの噴射させる導電性液体と接触する面の前記撥液膜を除去することを特徴とする請求項５に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１】
導電性液体を噴射する液体噴射面にノズル開口が穿設された金属製のノズルプレートと、前記ノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板と、電気信号に応じて前記圧力発生室に圧力を発生させる圧力発生手段とを備え、
前記ノズルプレートの液体噴射面の前記ノズル開口の周囲に撥液膜が設けられ、
前記ノズルプレートの少なくとも前記圧力発生室側の噴射させる導電性液体と接触する領域に絶縁膜が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記ノズルプレートの前記ノズル開口の壁面にまで絶縁膜が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
前記撥液膜は、無機酸化膜からなる下地膜表面に設けられ金属アルコキシドの分子膜からなり、前記絶縁膜は前記下地膜からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
請求項１〜３に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
【請求項５】
導電性液体を噴射する液体噴射面にノズル開口が穿設された金属製のノズルプレートと、前記ノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板と、電気信号に応じて前記圧力発生室に圧力を発生させる圧力発生手段とを備え、前記ノズルプレートの液体噴射面の前記ノズル開口の周囲に撥液膜が設けられ、前記ノズルプレートの少なくとも前記圧力発生室側の噴射させる導電性液体と接触する領域に絶縁膜が設けられた液体噴射ヘッドの製造方法であって、
前記ノズルプレートの全面にケイ素を含有する材料をプラズマ重合することによりプラズマ重合膜を形成する工程と、前記プラズマ重合膜の表面を活性化処理により酸化することにより絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜表面に前記金属アルコキシドの分子膜からなる撥液膜を形成する工程と、前記ノズルプレートの少なくとも前記圧力発生室側の噴射させる導電性液体と接触する領域の前記撥液膜を除去して絶縁膜を表出させる工程と、前記圧電素子を設けた流路形成基板と前記ノズルプレートとを接合する工程とを具備することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記ノズルプレートの少なくとも前記圧力発生室側の噴射させる導電性液体と接触する領域をアルゴンプラズマガスにより処理して、前記ノズルプレートの噴射させる導電性液体と接触する面の前記撥液膜を除去することを特徴とする請求項５に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−１９０２９６（Ｐ２００９−１９０２９６Ａ）
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３４１１０（Ｐ２００８−３４１１０）
【出願日】平成２０年２月１５日（２００８．２．１５）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月１５日（２００８．２．１５）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]