液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
【課題】噴射効率及び液体噴射特性が向上する液体噴射ヘッド及びノズルプレートを提供する。
【解決手段】液体噴射ヘッドは、貫通孔であるノズル孔２１が形成されたノズルプレート２０を備え、ノズル孔から液体を噴射する液体噴射ヘッドであって、ノズル孔が、ノズルプレートのノズルから液体が噴射される噴射面側に開口した第１ノズル部２１ａと、第１ノズル部に連通し、ノズルプレートの噴射面とは逆側の面に開口し、この開口の大きさが第１ノズル部の噴射面における開口よりも大きい第２ノズル部２１ｂとからなり、第１ノズル部の内壁面全体は、ノズルプレートの基材よりも撥液性の高い撥液膜２０１により覆われており、第２ノズル部の内壁には、撥液膜よりも撥液性の低い領域が設けられている。
【解決手段】液体噴射ヘッドは、貫通孔であるノズル孔２１が形成されたノズルプレート２０を備え、ノズル孔から液体を噴射する液体噴射ヘッドであって、ノズル孔が、ノズルプレートのノズルから液体が噴射される噴射面側に開口した第１ノズル部２１ａと、第１ノズル部に連通し、ノズルプレートの噴射面とは逆側の面に開口し、この開口の大きさが第１ノズル部の噴射面における開口よりも大きい第２ノズル部２１ｂとからなり、第１ノズル部の内壁面全体は、ノズルプレートの基材よりも撥液性の高い撥液膜２０１により覆われており、第２ノズル部の内壁には、撥液膜よりも撥液性の低い領域が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液滴を噴射する液体噴射ヘッドの代表例であるインクジェット式記録ヘッドとし
ては、例えば、多数の圧力発生室が形成された流路形成基板と、流路形成基板の一方面側
に前記各圧力発生室に対応させて設けられた圧電アクチュエーターと、流路形成基板の他
方面側に設けられ、圧力発生室に連通するノズル孔を備えたノズルプレートとを具備し、
各圧電アクチュエーターの変位によって圧力発生室内に圧力を付与することで、各ノズル
孔からインク滴を噴射させるものがある。
【０００３】
このようにノズル孔からインク滴を噴射することから、ノズル孔内に例えば親水性膜を
形成して液体の噴射特性を向上させている。即ち、ノズル孔内に親水性膜を形成して、イ
ンクとの濡れ性を高くしてノズル内に発生した気泡がノズル孔の内壁に付着しにくいよう
にすることで、ノズル孔におけるインク噴射不良を抑制して、噴射特性を向上させている
。
【０００４】
また、このようなノズル孔内に親水性膜を形成する場合に、さらにノズルプレートの噴
射面側に撥水性膜を形成することが知られている（特許文献１参照）。この場合には、め
っきを行うことで撥水膜を形成することから、貫通孔であるノズル孔の内壁の噴射面側の
一部にも撥水膜が形成される。このように撥水膜を形成することで、その部分にインクが
付着せず、インク滴の噴射方向、噴射速度のばらつきを抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１６１６７９号公報（請求項１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の構造では、ノズル孔の内壁全体が親水化されている
ことで、内壁はインクとの濡れ性が高く、インク噴射時にメニスカスがノズル孔内を上下
方向に移動する場合に大きな圧力を必要とするという問題がある。また、このように内壁
はインクとの濡れ性が高いので、インク噴射時において内壁に位置しているメニスカスが
内壁の影響を受けやすく、飛行曲がりが生じやすいという問題がある。
【０００７】
また、ノズル孔の開口付近にのみ撥水膜が形成されている場合にも、結局はメニスカス
は親水膜が形成されているインクとの濡れ性の高い面に位置していることから、インク噴
射時にメニスカスがノズル孔内を上下方向に移動する場合に大きな圧力を必要として噴射
効率が低いと共に、飛行曲がりが発生して液体噴射特性が低下してしまうことが考えられ
る。
【０００８】
そこで、本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決することにあり、噴射効率及び
液体噴射特性が向上する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供しようとするものである
。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の液体噴射ヘッドは、ノズル孔が形成されたノズルプレートを備えた液体噴射ヘ
ッドであって、前記ノズル孔は、液体を噴射する噴射面に開口する第１ノズル部と、前記
第１ノズル部に連通し前記第１ノズル部より内径の大きい第２ノズル部と、を有し、前記
第１ノズル部の内壁面全体に、前記ノズルプレートの基材より撥液性の高い撥液膜が形成
されると共に、前記第２ノズル部の内壁面の少なくとも一部は、前記撥液膜より撥液性が
低いことを特徴とする。
【００１０】
本発明の液体噴射ヘッドでは、第１ノズル部の内壁面全体が前記ノズルプレートの基材
よりも撥液性の高い撥液膜により覆われていることで、圧力印加の効率を向上させること
ができる。また、第１ノズル部の内壁面全体が前記ノズルプレートの基材よりも撥液性の
高い撥液膜により覆われていることで、インク噴射時において内壁に位置しているメニス
カスが内壁の影響を受けにくく、飛行曲がりが生じにくい。さらに、前記第２ノズル部の
内壁面の少なくとも一部は前記撥液膜より撥液性が低いことで、気泡の付着を抑制できる
。従って、本発明の液体噴射ヘッドは、噴射効率及び液体噴射特性が向上する。ここで、
撥液性とは、インクジェット式記録ヘッドから噴射される液体に対する撥油性と撥水性の
両方を意味するものである。
【００１１】
前記第２ノズル部の内壁面全体が、前記撥液膜より撥液性が低いことか、前記第２ノズ
ル部の少なくとも一部にまで前記撥液膜が延設されていることが好ましい。このように構
成されていることで、第２ノズル部の撥液性が第１ノズル部よりも低いのでより気泡の付
着を抑制することができる。
【００１２】
前記第２ノズル部の内壁面の少なくとも一部に、前記ノズルプレートの基材よりも親液
性の高い親液膜が形成されていることが好ましい。親液膜が形成されていることで、さら
に気泡の付着を抑制することができる。ここで、親液性とは、インクジェット式記録ヘッ
ドから噴射される液体に対する親油性と親水性の両方を意味するものである。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態としては、前記第２ノズル部は、前記第１ノズル部より長い
ことが挙げられる。
【００１４】
また、本発明の好ましい実施形態としては、前記第１ノズル部が、前記ノズル孔からの
液体の噴射方向に対し直線状に設けられていることが挙げられる。
【００１５】
さらにまた、本発明の好ましい実施形態としては、前記第２ノズル部が、前記ノズル孔
からの液体の噴射方向に向かって径が小さくなるテーパ状に設けられていること、又は前
記第２ノズル部が、前記ノズル孔からの液体の噴射方向に対し直線状に設けられているこ
とが挙げられる。
【００１６】
前記第１ノズル部の内壁面に凹凸が形成されていることが好ましい。これにより、撥液
性を高めることが可能である。
【００１７】
本発明の液体噴射装置は、前記したいずれかの液体噴射ヘッドを備える。前記したいず
れかの噴射効率及び液体噴射特性が向上した液体噴射ヘッドを備えることで、液体噴射特
性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態１に係る記録ヘッドを示す分解斜視図である。
【図２】実施形態１に係る記録ヘッドを示す平面図及びその断面図である。
【図３】実施形態１に係るノズルプレートの一部を示す断面図である。
【図４】実施形態１に係るノズルプレートの一部を示す断面図である。
【図５】従来のノズルプレートの一部を示す断面図である。
【図６】別の実施形態に係るノズルプレートの一部を示す断面図である。
【図７】別の実施形態に係るノズルプレートの一部を示す断面図である。
【図８】別の実施形態に係るノズルプレートの一部を示す断面図である。
【図９】別の実施形態に係るノズルプレートの一部を示す断面図である。
【図１０】一実施形態に係る記録装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１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'断面図である。
【００２０】
図示するように、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
は二酸化シリコンからなる弾性膜５０が形成されている。
【００２１】
流路形成基板１０には、複数の圧力発生室１２が並設されている。また、流路形成基板
１０の圧力発生室１２のその並設方向とは直行する方向の外側の領域には連通部１３が形
成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２毎に設けられたインク供
給路１４及び連通路１５を介して連通されている。連通部１３は、後述する保護基板のマ
ニホールド部３１と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるマニホールドの一
部を構成する。インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連
通部１３から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。
【００２２】
また、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反
対側の端部近傍に連通する貫通孔であるノズル孔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。なお、ノズルプレート２０は、例
えばガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又はステンレス鋼などからなる。ノズルプ
レート２０及びノズル孔２１については、詳しくは後述する。
【００２３】
一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように、弾性膜
５０が形成されている。弾性膜５０上には、酸化ジルコニウムからなる絶縁体層５５が形
成される。さらに、この絶縁体層５５上には、第１電極６０と圧電体層７０と第２電極８
０とが、後述する製造方法で積層形成されて、圧電素子３００を構成している。ここで、
圧電素子３００は、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０を含む部分をいう。一
般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層
７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。本実施形態では、第１電極６０
を圧電素子３００の共通電極とし、第２電極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３
００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
ー装置と称する。なお、上述した例では、弾性膜５０、絶縁体層５５及び第１電極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
絶縁体層５５を設けずに、第１電極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。
【００２４】
上述した第１電極６０は、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）な
どの白金族金属及び金（Ａｕ）からなる群から選択される金属からなり、複数層積層した
ものであってもよい。
【００２５】
圧電体層７０は、このような第１電極６０上に形成され、電気機械変換作用を示す圧電
材料からなる。圧電体層７０は、ペロブスカイト構造の結晶膜である圧電体膜を積層して
なるものであり、Ｐｂ、Ｔｉ及びＺｒを少なくとも含むものである。本実施形態では、チ
タン酸ジルコン酸鉛を用いている。
【００２６】
また、圧電素子３００の個別電極である各第２電極８０には、インク供給路１４側の端
部近傍から引き出され、絶縁体層５５上にまで延設される、例えば、金（Ａｕ）等からな
るリード電極９０が接続されている。
【００２７】
このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上、すなわち、第１電極６０
、絶縁体層５５及びリード電極９０上には、マニホールド１００の少なくとも一部を構成
するマニホールド部３１を有する保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。こ
のマニホールド部３１は、本実施形態では、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生
室１２の幅方向に亘って形成されており、上述の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マニホールド１００を構成している
。
【００２８】
また、保護基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、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。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。
【００２９】
このような保護基板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く、本実施形態では、流路形成基板
１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
【００３０】
また、保護基板３０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。そして、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０の端部近傍は、貫通孔
３３内に露出するように設けられている。
【００３１】
また、保護基板３０上には、並設された圧電素子３００を駆動するための駆動回路１２
０が固定されている。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
ディングワイヤー等の導電性ワイヤーからなる接続配線１２１を介して電気的に接続され
ている。
【００３２】
また、このような保護基板３０上には、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。ここで、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によってマニホールド部３１の一方面が封止されている。
また、固定板４２は、比較的硬質の材料で形成されている。この固定板４２のマニホール
ド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、
マニホールド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。
【００３３】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給
手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、マニホールド１００からノズル孔２
１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第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加し、弾性
膜５０、絶縁体層５５、第１電極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孔２１からインク滴が噴射される。
【００３４】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドに用いられるノズルプレート２０
について、図３を用いて説明する。図３は、ノズルプレート２０の一部拡大断面図である
。
【００３５】
図３に示すように、ノズルプレート２０に形成されたノズル孔２１は、ノズルプレート
２０の噴射面２２側に開口した第１ノズル部２１ａと、ノズルプレート２０の噴射面２２
側とは逆側の面（流路形成基板の開口面側）に開口した第２ノズル部２１ｂとからなる。
第１ノズル部２１ａと第２ノズル部２１ｂとは連通して貫通孔であるノズル孔２１が形成
されている。
【００３６】
また、第１ノズル部２１ａは、開口面とは垂直な方向（軸方向）に内径が同一（噴射方
向に対し直線状）、即ち、円柱状の空間となっている。第１ノズル部２１ａがこのように
円柱状の空間となっていることで、ノズル孔２１の形成時の工程誤差による噴射特性のば
らつきを抑制することができる。
【００３７】
また、この第１ノズル部２１ａは、図４（１）に示すようにインクが充填された場合に
インクのメニスカスＭが形成される領域となる。このメニスカスＭは、噴射時には、図４
（２）に示すように、一旦第１ノズル部２１ａの軸方向を圧力発生室側に移動し、その後
、図４（３）に示すように、第１ノズル部２１ａの軸方向を噴射面２２側に移動して噴射
される。このようにメニスカスＭは、第１ノズル部２１ａの軸方向に亘って移動する。な
お、第１ノズル部２１ａが円柱状の空間となっていることで、噴射時にメニスカスＭに一
定の圧力を印加してメニスカスＭを移動させることができ、これにより、各ノズル孔にお
ける噴射特性のばらつきを抑制することができる。
【００３８】
第２ノズル部２１ｂは、その第２開口２３ｂが第１ノズル部２１ａの第１開口２３ａよ
りも径が大きい。第２ノズル部２１ｂでは、第２開口２３ｂから第１ノズル部２１ａに向
かって、即ち液体の噴射方向に向かって径が小さくなっている。
【００３９】
本実施形態におけるノズルプレート２０では、撥液膜２０１が噴射面２２と第１ノズル
部２１ａの内壁面全体とを覆い、親液膜２０２が第２ノズル部２１ｂの内壁面全体を覆う
ように形成されている。ここで、撥液性とはインクジェット式記録ヘッドから噴射される
液体に対する撥油性と撥水性の両方を意味している。つまり、インクジェット式記録ヘッ
ドから噴射される液体の溶液（主に溶媒）の主成分が油であるものに対しては撥油性を意
味し、インクジェット式記録ヘッドから噴射される液体の溶液（主に溶媒）の主成分が水
であるものに対しては撥水性を意味している。撥液膜２０１とは、この撥液性がノズルプ
レート２０の基材よりも高いものをいう。
【００４０】
これに対し、親液性とは、インクジェット式記録ヘッドから噴射される液体に対する親
油性と親水性の両方を意味している。つまり、インクジェット式記録ヘッドから噴射され
る液体の溶液（主に溶媒）の主成分が油であるものに対しては親油性を意味し、インクジ
ェット式記録ヘッドから噴射される液体の溶液（主に溶媒）の主成分が水であるものに対
しては親水性を意味している。親液膜２０２とは、この親液性がノズルプレート２０の基
材よりも高いものをいう。
【００４１】
ここで、撥水性も撥油性も高いものとしては、エラストマーを含むフッ素系高分子が挙
げられる。フッ素系高分子としては、フルオロカーボン、パーフルオロカーボン、フルオ
ロアルキルシラン、パーフロロアルキルシラン、アルキルピロール、ポリテトラフルオロ
エチレン、クロロトリフルオロエチレン、フッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、ペルフ
ルオロアルコキシフッ素、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体、エチレン・
四フッ化エチレン共重合体、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体、ポリバー
フルオロアルコキシブタジエン、ポリフルオロビニリデン、ポリフルオロビニル、ポリジ
パーフルオロアルキルフマレート、パーフロロエラストマー、商品名フロロサーフ（フロ
ロテクノロジー社製）などが挙げられる。
【００４２】
撥油性が高いが、撥水性が低いものとしては、例えば金属や金属酸化物が挙げられる。
金属酸化物としては、ＳＵＳ材の最表面に形成される酸化被膜や、チタニア、酸化シリコ
ン(ＳｉＯ２)、アルミナ、酸化ニッケル、などが好ましい。なお、撥油性が高いが、撥水
性が低いポリマー物質などは、水との相溶性が高すぎるために有機高分子（ＯＨ基等）が
一部溶解・膨潤するためにノズル孔２１に用いるには好ましくない。
【００４３】
撥水性を有するが、撥油性が低いものとしては、エラストマーを含むシリコーン系高分
子やエラストマーを含むセルロース系高分子など有機高分子一般が挙げられる。
【００４４】
従って、インクの特性に合わせて撥液膜２０１、親液膜２０２に対して適宜好適な材料
を選べばよい。
【００４５】
本実施形態では、上述したような撥液膜２０１が第１ノズル部２１ａの内壁面全体を覆
っていることから、インク噴射時におけるメニスカスの移動領域である第１ノズル部２１
ａでは、インクとの濡れ性が低い。これにより、メニスカスＭを移動させるために印加す
る圧力が小さくてもよく、圧電素子の駆動によりメニスカスＭに印加される圧力の印加効
率がよい。
【００４６】
また、この場合にインクとの濡れ性が低い撥液膜２０１が第１ノズル部２１ａの内壁全
体を覆っていることから、メニスカスＭの移動領域である第１ノズル部２１ａで形成され
るメニスカスＭの接触角が小さくなる。これにより、形成されるメニスカスＭの面積が減
少し、インク乾燥速度が低下してインク乾燥によって発生する噴射不良（例えば、インク
乾燥によるノズル孔の詰まりや、インク乾燥による異物形成による飛行曲がり）が生じに
くい。
【００４７】
因みに、図５に示す従来例では、撥液膜２０１が第１ノズル部２１ａの開口側のみ設け
られており（深さ方向に約７μｍ程度）、第１ノズル部２１ａの残部及び第２ノズル部２
１ｂに親液膜２０２が形成されているとすれば、メニスカスＭが噴射時に親液膜２０２の
形成された領域に移動することで、図４に示す場合よりも印加する電圧が大きく、圧力の
印加効率が低下していた。
【００４８】
また、第１ノズル部２１ａにはその開口２３ａ付近以外にはインクとの濡れ性が高い親
液膜２０２が形成されているので、メニスカスＭの接触角が図４に示すメニスカスと比較
して大きくなる。これにより、乾燥しやすく、異物が形成されやすかった。この場合にこ
の撥液膜２０１と親液膜２０２との境界には異物がより形成されやすい上にこのような境
界が開口に近い位置にあることから乾燥しやすいため、特に異物が形成されやすかった。
このように第１ノズル部２１ａ内に異物があると、飛行曲がり等の噴射不良が問題となっ
た。これに対し、本実施形態では、上述のように第１ノズル部２１ａの全ての内壁には撥
液膜２０１が形成されていることで噴射不良が生じにくい。
【００４９】
他方で、撥液膜２０１が第２ノズル部２１ｂの全ての内壁面に形成されているとすれば
、気泡が第２ノズル部２１ｂに付着しやすく、これにより気泡が集まって巨大化し、噴射
不良を発生させることも考えられる。従って、第２ノズル部２１ｂの内壁面には、少なく
とも第１ノズル部２１ａよりも撥液性の低い領域が設けられていればよい。このように撥
液性の低い領域が設けられていることで、気泡の付着を抑制することができる。
【００５０】
従って、本実施形態では、第１ノズル部２１ａの全ての内壁面には撥液膜２０１が形成
されて、圧力の印加効率の低下を抑制することで、噴射効率を向上させると共に異物の付
着を抑制して飛行曲がりなどの噴射不良を抑制し、かつ、第２ノズル部２１ｂの内壁面に
は親液膜２０２が形成されて、気泡の付着を抑制して噴射不良等を抑制して液体噴射特性
を向上させているのである。
【００５１】
このような本発明のノズルプレートの製造方法としては、例えば、ディッピングにより
ノズルプレート２０全体、即ちノズル孔２１の内壁を含めて全体に撥液膜２０１を形成す
る。なお、ノズルプレートの製造方法としては、他にドライプロセス（ＣＶＤ法、蒸着法
、スパッタリング法）を用いても良い。
【００５２】
次いで、ノズルプレート２０の噴射面２２とは逆側の面から例えばプラズマ処理を行う
ことにより第２ノズル部２１ｂの内壁に付着した撥液膜を除去して、第２ノズル部２１ｂ
の表面を露出させる。なお、プラズマ処理によらず、可視光、ＵＶ光、Ｘ線などの露光処
理等によって撥液膜を除去してもよい。
【００５３】
その後、第２ノズル部２１ｂ側の面から例えばスパッタ法や蒸着法等により親液膜２０
２を第２ノズル部２１ｂの内壁に形成する。このようにして本発明のノズルプレート２０
を形成することができる。なお、ノズルプレート２０の製造方法としては、これに限定さ
れない。
【００５４】
本発明の別の実施形態としては、図６に示すように、図３に示す実施形態とは第２ノズ
ル部２１ｃの内径が同一である点が異なるものが挙げられる。即ち、ノズル孔２１は異な
る内径の第１ノズル部２１ａと、第２ノズル部２１ｃとを備える。この場合であっても、
第１ノズル部２１ａの内壁全体を撥液膜２０１が覆うと共に、第２ノズル部２１ｃの内壁
全体を親液膜２０２が覆っている。このようにノズル孔２１の形状は異なっていても、メ
ニスカスの移動部である第１ノズル部２１ａに撥液膜２０１が形成されると共に第２ノズ
ル部２１ｃに親液膜２０２が形成されることで、図３に示す実施形態と同様に、インクの
噴射効率がよく、かつ、噴射特性がよい。
【００５５】
また、本発明の別の実施形態としては、図７に示すように、図３に示す実施形態とは、
親液膜２０２が形成されていない点が異なるものが挙げられる。このような場合であって
も、第２ノズル部２１ｂの内壁自体が、即ちノズルプレート２０の基材が撥液膜２０１よ
りも撥液性が低ければ、気泡が付着しにくいため、噴射特性がよい。
【００５６】
つまり、第２ノズル部２１ｂには、上述のように少なくとも第１ノズル部２１ａよりも
撥液性の低い領域が設けられていればよい。図３に示した実施形態では、第２ノズル部２
１ｂに親水膜を形成することで第２ノズル部２１ｂに撥液性の低い領域を設けたが、図７
に示す実施形態では、第２ノズル部２１ｂで撥液膜よりも撥液性の低いノズルプレート２
０の基材を露出させることで第２ノズル部２１ｂに撥液性の低い領域を設けている。
【００５７】
このようにノズルプレート２０の基材自体が撥液膜２０１よりも親液性を有している場
合には、親液性の高い膜を形成しなくても噴射効率や噴射特性の向上を図ることができる
。この場合にノズルプレート２０として用いられることができる比較的親液性の高い基材
としては、液体がいわゆる水系インクである場合には、ＳＵＳや、シリコン等の通常ノズ
ルプレートとして用いられている基材を挙げることができる。
【００５８】
さらに、本発明の別の実施形態としては、図８に示すように、図７に示す実施形態とは
撥液膜２０１が第２ノズル部２１ｂまで延設されている点が異なるものが挙げられる。こ
の場合であっても、撥液膜２０１は、第２ノズル部２１ｂの全てを覆うことはなく、第２
ノズル部２１ｂには、撥液膜２０１が形成されていないで基材が露出した撥液膜２０１よ
りも撥液性の低い領域が設けられている。第２ノズル部２１ｂの全てを撥液膜２０１が覆
うと、上述したように気泡が溜まりやすくなってしまうからである。即ち、撥液膜２０１
は、なるべく第１ノズル部２１ａのみを覆うように構成されることが好ましいが、本実施
形態のように第２ノズル部２１ｂの第１ノズル部２１ａ側を撥液膜２０１が覆っていても
よい。
【００５９】
なお、図７、図８に示す実施形態では、例えば撥液膜２０１としてフッ素系高分子から
なる膜を形成すれば、ノズル孔２１の最表面はＳｉＯ２であるため、親液性が高い。
【００６０】
また、図９に示すように、図３に示す実施形態とは、第１ノズル部の長さを変更しても
よい。即ち、図９においては、第１ノズル部２１ｄは、図３に示す実施形態における第１
ノズル部よりも短い。このように構成することで第１ノズル部２１ｄの流路抵抗を低くす
ることができるので、粘度の高いインクを用いることができる。このような場合であって
も、撥液膜２０１は、第１ノズル部２１ｄを覆うように構成されていると共に、親液膜２
０２が第２ノズル部２１ｂを覆うように構成することで、インクジェット式記録ヘッドの
噴射特性がよく、かつ、印加効率がよい。
【００６１】
上述した各実施形態で説明したように、ノズルプレート２０においては、第１ノズル部
２１ａの内壁全体が少なくとも撥液膜２０１で覆われていればよい。また、第２ノズル部
２１ｂ（２１ｃ）の形状は問わないが、第２ノズル部２１ｂ（２１ｃ）はその全面が撥液
膜２０１よりも親液性が高い状態となっていればよい。このように構成されていることで
、インクジェット式記録ヘッドの噴射特性がよく、かつ、印加効率がよい。
【００６２】
また、撥液性、つまり撥水性又は撥油性を向上させたい場合には、撥液膜２０１の表面
に凹凸を作ることによって、その表面積を増加させてその撥水性・撥油性を大きく上昇さ
せることが可能である。例えば、蓮の葉やバラの花弁などの表面構造を模して液体との接
触面積を極大化させるフラクタル構造とすれば、平坦な面と比較して表面積が増加し、撥
水性又は撥油性を向上させることができる。このような凹凸の形成方法としては、ノズル
プレート２０がシリコンノズルプレートである場合には、ＢＯＳＣＨ法が挙げられる。Ｂ
ＯＳＣＨ法によってノズル孔を形成すれば、ノズル孔に１μｍを下回る微細な凹凸を設け
ることが可能である。このような凹凸上に撥液膜２０１が形成されれば、撥液膜２０１の
表面に凹凸が形成されて、撥水性又は撥油性を向上させることが可能である。
【００６３】
また上述した液体噴射ヘッドは、インクジェット式記録装置に搭載される。図１０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。
【００６４】
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に軸方向移動可能に設けられている。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噴射するものとしている。
【００６５】
そして、駆動モーター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ー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。
【００６６】
さらに上述の実施形態では、液体噴射ヘッドの一例として液体噴射ヘッドを挙げて本発
明について説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッド及びそれを具備する液体射装置全般
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及びそれを具備す
る液体噴射装置にも勿論適用することができる。液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリ
ンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフ
ィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出
ディスプレイ）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。
【符号の説明】
【００６７】
１０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 １３ 連通部、 １４ インク供給路、
２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル孔、 ２１ａ 第１ノズル部、 ２１ｂ 第２
ノズル部、 ３０ 保護基板 ３１ マニホールド部、 ３２ 圧電素子保持部、 ３３
貫通孔、 ４０ コンプライアンス基板、 ５０ 弾性膜、 ６０ 第１電極、 ７０
圧電体層、 ８０ 第２電極、 ２０１ 撥液膜、 ２０２ 親液膜、 ３００ 圧電
素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液滴を噴射する液体噴射ヘッドの代表例であるインクジェット式記録ヘッドとし
ては、例えば、多数の圧力発生室が形成された流路形成基板と、流路形成基板の一方面側
に前記各圧力発生室に対応させて設けられた圧電アクチュエーターと、流路形成基板の他
方面側に設けられ、圧力発生室に連通するノズル孔を備えたノズルプレートとを具備し、
各圧電アクチュエーターの変位によって圧力発生室内に圧力を付与することで、各ノズル
孔からインク滴を噴射させるものがある。
【０００３】
このようにノズル孔からインク滴を噴射することから、ノズル孔内に例えば親水性膜を
形成して液体の噴射特性を向上させている。即ち、ノズル孔内に親水性膜を形成して、イ
ンクとの濡れ性を高くしてノズル内に発生した気泡がノズル孔の内壁に付着しにくいよう
にすることで、ノズル孔におけるインク噴射不良を抑制して、噴射特性を向上させている
。
【０００４】
また、このようなノズル孔内に親水性膜を形成する場合に、さらにノズルプレートの噴
射面側に撥水性膜を形成することが知られている（特許文献１参照）。この場合には、め
っきを行うことで撥水膜を形成することから、貫通孔であるノズル孔の内壁の噴射面側の
一部にも撥水膜が形成される。このように撥水膜を形成することで、その部分にインクが
付着せず、インク滴の噴射方向、噴射速度のばらつきを抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１６１６７９号公報（請求項１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の構造では、ノズル孔の内壁全体が親水化されている
ことで、内壁はインクとの濡れ性が高く、インク噴射時にメニスカスがノズル孔内を上下
方向に移動する場合に大きな圧力を必要とするという問題がある。また、このように内壁
はインクとの濡れ性が高いので、インク噴射時において内壁に位置しているメニスカスが
内壁の影響を受けやすく、飛行曲がりが生じやすいという問題がある。
【０００７】
また、ノズル孔の開口付近にのみ撥水膜が形成されている場合にも、結局はメニスカス
は親水膜が形成されているインクとの濡れ性の高い面に位置していることから、インク噴
射時にメニスカスがノズル孔内を上下方向に移動する場合に大きな圧力を必要として噴射
効率が低いと共に、飛行曲がりが発生して液体噴射特性が低下してしまうことが考えられ
る。
【０００８】
そこで、本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決することにあり、噴射効率及び
液体噴射特性が向上する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供しようとするものである
。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の液体噴射ヘッドは、ノズル孔が形成されたノズルプレートを備えた液体噴射ヘ
ッドであって、前記ノズル孔は、液体を噴射する噴射面に開口する第１ノズル部と、前記
第１ノズル部に連通し前記第１ノズル部より内径の大きい第２ノズル部と、を有し、前記
第１ノズル部の内壁面全体に、前記ノズルプレートの基材より撥液性の高い撥液膜が形成
されると共に、前記第２ノズル部の内壁面の少なくとも一部は、前記撥液膜より撥液性が
低いことを特徴とする。
【００１０】
本発明の液体噴射ヘッドでは、第１ノズル部の内壁面全体が前記ノズルプレートの基材
よりも撥液性の高い撥液膜により覆われていることで、圧力印加の効率を向上させること
ができる。また、第１ノズル部の内壁面全体が前記ノズルプレートの基材よりも撥液性の
高い撥液膜により覆われていることで、インク噴射時において内壁に位置しているメニス
カスが内壁の影響を受けにくく、飛行曲がりが生じにくい。さらに、前記第２ノズル部の
内壁面の少なくとも一部は前記撥液膜より撥液性が低いことで、気泡の付着を抑制できる
。従って、本発明の液体噴射ヘッドは、噴射効率及び液体噴射特性が向上する。ここで、
撥液性とは、インクジェット式記録ヘッドから噴射される液体に対する撥油性と撥水性の
両方を意味するものである。
【００１１】
前記第２ノズル部の内壁面全体が、前記撥液膜より撥液性が低いことか、前記第２ノズ
ル部の少なくとも一部にまで前記撥液膜が延設されていることが好ましい。このように構
成されていることで、第２ノズル部の撥液性が第１ノズル部よりも低いのでより気泡の付
着を抑制することができる。
【００１２】
前記第２ノズル部の内壁面の少なくとも一部に、前記ノズルプレートの基材よりも親液
性の高い親液膜が形成されていることが好ましい。親液膜が形成されていることで、さら
に気泡の付着を抑制することができる。ここで、親液性とは、インクジェット式記録ヘッ
ドから噴射される液体に対する親油性と親水性の両方を意味するものである。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態としては、前記第２ノズル部は、前記第１ノズル部より長い
ことが挙げられる。
【００１４】
また、本発明の好ましい実施形態としては、前記第１ノズル部が、前記ノズル孔からの
液体の噴射方向に対し直線状に設けられていることが挙げられる。
【００１５】
さらにまた、本発明の好ましい実施形態としては、前記第２ノズル部が、前記ノズル孔
からの液体の噴射方向に向かって径が小さくなるテーパ状に設けられていること、又は前
記第２ノズル部が、前記ノズル孔からの液体の噴射方向に対し直線状に設けられているこ
とが挙げられる。
【００１６】
前記第１ノズル部の内壁面に凹凸が形成されていることが好ましい。これにより、撥液
性を高めることが可能である。
【００１７】
本発明の液体噴射装置は、前記したいずれかの液体噴射ヘッドを備える。前記したいず
れかの噴射効率及び液体噴射特性が向上した液体噴射ヘッドを備えることで、液体噴射特
性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態１に係る記録ヘッドを示す分解斜視図である。
【図２】実施形態１に係る記録ヘッドを示す平面図及びその断面図である。
【図３】実施形態１に係るノズルプレートの一部を示す断面図である。
【図４】実施形態１に係るノズルプレートの一部を示す断面図である。
【図５】従来のノズルプレートの一部を示す断面図である。
【図６】別の実施形態に係るノズルプレートの一部を示す断面図である。
【図７】別の実施形態に係るノズルプレートの一部を示す断面図である。
【図８】別の実施形態に係るノズルプレートの一部を示す断面図である。
【図９】別の実施形態に係るノズルプレートの一部を示す断面図である。
【図１０】一実施形態に係る記録装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１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'断面図である。
【００２０】
図示するように、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
は二酸化シリコンからなる弾性膜５０が形成されている。
【００２１】
流路形成基板１０には、複数の圧力発生室１２が並設されている。また、流路形成基板
１０の圧力発生室１２のその並設方向とは直行する方向の外側の領域には連通部１３が形
成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２毎に設けられたインク供
給路１４及び連通路１５を介して連通されている。連通部１３は、後述する保護基板のマ
ニホールド部３１と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるマニホールドの一
部を構成する。インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連
通部１３から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。
【００２２】
また、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反
対側の端部近傍に連通する貫通孔であるノズル孔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。なお、ノズルプレート２０は、例
えばガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又はステンレス鋼などからなる。ノズルプ
レート２０及びノズル孔２１については、詳しくは後述する。
【００２３】
一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように、弾性膜
５０が形成されている。弾性膜５０上には、酸化ジルコニウムからなる絶縁体層５５が形
成される。さらに、この絶縁体層５５上には、第１電極６０と圧電体層７０と第２電極８
０とが、後述する製造方法で積層形成されて、圧電素子３００を構成している。ここで、
圧電素子３００は、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０を含む部分をいう。一
般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層
７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。本実施形態では、第１電極６０
を圧電素子３００の共通電極とし、第２電極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３
００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
ー装置と称する。なお、上述した例では、弾性膜５０、絶縁体層５５及び第１電極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
絶縁体層５５を設けずに、第１電極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。
【００２４】
上述した第１電極６０は、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）な
どの白金族金属及び金（Ａｕ）からなる群から選択される金属からなり、複数層積層した
ものであってもよい。
【００２５】
圧電体層７０は、このような第１電極６０上に形成され、電気機械変換作用を示す圧電
材料からなる。圧電体層７０は、ペロブスカイト構造の結晶膜である圧電体膜を積層して
なるものであり、Ｐｂ、Ｔｉ及びＺｒを少なくとも含むものである。本実施形態では、チ
タン酸ジルコン酸鉛を用いている。
【００２６】
また、圧電素子３００の個別電極である各第２電極８０には、インク供給路１４側の端
部近傍から引き出され、絶縁体層５５上にまで延設される、例えば、金（Ａｕ）等からな
るリード電極９０が接続されている。
【００２７】
このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上、すなわち、第１電極６０
、絶縁体層５５及びリード電極９０上には、マニホールド１００の少なくとも一部を構成
するマニホールド部３１を有する保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。こ
のマニホールド部３１は、本実施形態では、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生
室１２の幅方向に亘って形成されており、上述の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マニホールド１００を構成している
。
【００２８】
また、保護基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、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。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。
【００２９】
このような保護基板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く、本実施形態では、流路形成基板
１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
【００３０】
また、保護基板３０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。そして、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０の端部近傍は、貫通孔
３３内に露出するように設けられている。
【００３１】
また、保護基板３０上には、並設された圧電素子３００を駆動するための駆動回路１２
０が固定されている。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
ディングワイヤー等の導電性ワイヤーからなる接続配線１２１を介して電気的に接続され
ている。
【００３２】
また、このような保護基板３０上には、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。ここで、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によってマニホールド部３１の一方面が封止されている。
また、固定板４２は、比較的硬質の材料で形成されている。この固定板４２のマニホール
ド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、
マニホールド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。
【００３３】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給
手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、マニホールド１００からノズル孔２
１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第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加し、弾性
膜５０、絶縁体層５５、第１電極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孔２１からインク滴が噴射される。
【００３４】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドに用いられるノズルプレート２０
について、図３を用いて説明する。図３は、ノズルプレート２０の一部拡大断面図である
。
【００３５】
図３に示すように、ノズルプレート２０に形成されたノズル孔２１は、ノズルプレート
２０の噴射面２２側に開口した第１ノズル部２１ａと、ノズルプレート２０の噴射面２２
側とは逆側の面（流路形成基板の開口面側）に開口した第２ノズル部２１ｂとからなる。
第１ノズル部２１ａと第２ノズル部２１ｂとは連通して貫通孔であるノズル孔２１が形成
されている。
【００３６】
また、第１ノズル部２１ａは、開口面とは垂直な方向（軸方向）に内径が同一（噴射方
向に対し直線状）、即ち、円柱状の空間となっている。第１ノズル部２１ａがこのように
円柱状の空間となっていることで、ノズル孔２１の形成時の工程誤差による噴射特性のば
らつきを抑制することができる。
【００３７】
また、この第１ノズル部２１ａは、図４（１）に示すようにインクが充填された場合に
インクのメニスカスＭが形成される領域となる。このメニスカスＭは、噴射時には、図４
（２）に示すように、一旦第１ノズル部２１ａの軸方向を圧力発生室側に移動し、その後
、図４（３）に示すように、第１ノズル部２１ａの軸方向を噴射面２２側に移動して噴射
される。このようにメニスカスＭは、第１ノズル部２１ａの軸方向に亘って移動する。な
お、第１ノズル部２１ａが円柱状の空間となっていることで、噴射時にメニスカスＭに一
定の圧力を印加してメニスカスＭを移動させることができ、これにより、各ノズル孔にお
ける噴射特性のばらつきを抑制することができる。
【００３８】
第２ノズル部２１ｂは、その第２開口２３ｂが第１ノズル部２１ａの第１開口２３ａよ
りも径が大きい。第２ノズル部２１ｂでは、第２開口２３ｂから第１ノズル部２１ａに向
かって、即ち液体の噴射方向に向かって径が小さくなっている。
【００３９】
本実施形態におけるノズルプレート２０では、撥液膜２０１が噴射面２２と第１ノズル
部２１ａの内壁面全体とを覆い、親液膜２０２が第２ノズル部２１ｂの内壁面全体を覆う
ように形成されている。ここで、撥液性とはインクジェット式記録ヘッドから噴射される
液体に対する撥油性と撥水性の両方を意味している。つまり、インクジェット式記録ヘッ
ドから噴射される液体の溶液（主に溶媒）の主成分が油であるものに対しては撥油性を意
味し、インクジェット式記録ヘッドから噴射される液体の溶液（主に溶媒）の主成分が水
であるものに対しては撥水性を意味している。撥液膜２０１とは、この撥液性がノズルプ
レート２０の基材よりも高いものをいう。
【００４０】
これに対し、親液性とは、インクジェット式記録ヘッドから噴射される液体に対する親
油性と親水性の両方を意味している。つまり、インクジェット式記録ヘッドから噴射され
る液体の溶液（主に溶媒）の主成分が油であるものに対しては親油性を意味し、インクジ
ェット式記録ヘッドから噴射される液体の溶液（主に溶媒）の主成分が水であるものに対
しては親水性を意味している。親液膜２０２とは、この親液性がノズルプレート２０の基
材よりも高いものをいう。
【００４１】
ここで、撥水性も撥油性も高いものとしては、エラストマーを含むフッ素系高分子が挙
げられる。フッ素系高分子としては、フルオロカーボン、パーフルオロカーボン、フルオ
ロアルキルシラン、パーフロロアルキルシラン、アルキルピロール、ポリテトラフルオロ
エチレン、クロロトリフルオロエチレン、フッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、ペルフ
ルオロアルコキシフッ素、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体、エチレン・
四フッ化エチレン共重合体、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体、ポリバー
フルオロアルコキシブタジエン、ポリフルオロビニリデン、ポリフルオロビニル、ポリジ
パーフルオロアルキルフマレート、パーフロロエラストマー、商品名フロロサーフ（フロ
ロテクノロジー社製）などが挙げられる。
【００４２】
撥油性が高いが、撥水性が低いものとしては、例えば金属や金属酸化物が挙げられる。
金属酸化物としては、ＳＵＳ材の最表面に形成される酸化被膜や、チタニア、酸化シリコ
ン(ＳｉＯ２)、アルミナ、酸化ニッケル、などが好ましい。なお、撥油性が高いが、撥水
性が低いポリマー物質などは、水との相溶性が高すぎるために有機高分子（ＯＨ基等）が
一部溶解・膨潤するためにノズル孔２１に用いるには好ましくない。
【００４３】
撥水性を有するが、撥油性が低いものとしては、エラストマーを含むシリコーン系高分
子やエラストマーを含むセルロース系高分子など有機高分子一般が挙げられる。
【００４４】
従って、インクの特性に合わせて撥液膜２０１、親液膜２０２に対して適宜好適な材料
を選べばよい。
【００４５】
本実施形態では、上述したような撥液膜２０１が第１ノズル部２１ａの内壁面全体を覆
っていることから、インク噴射時におけるメニスカスの移動領域である第１ノズル部２１
ａでは、インクとの濡れ性が低い。これにより、メニスカスＭを移動させるために印加す
る圧力が小さくてもよく、圧電素子の駆動によりメニスカスＭに印加される圧力の印加効
率がよい。
【００４６】
また、この場合にインクとの濡れ性が低い撥液膜２０１が第１ノズル部２１ａの内壁全
体を覆っていることから、メニスカスＭの移動領域である第１ノズル部２１ａで形成され
るメニスカスＭの接触角が小さくなる。これにより、形成されるメニスカスＭの面積が減
少し、インク乾燥速度が低下してインク乾燥によって発生する噴射不良（例えば、インク
乾燥によるノズル孔の詰まりや、インク乾燥による異物形成による飛行曲がり）が生じに
くい。
【００４７】
因みに、図５に示す従来例では、撥液膜２０１が第１ノズル部２１ａの開口側のみ設け
られており（深さ方向に約７μｍ程度）、第１ノズル部２１ａの残部及び第２ノズル部２
１ｂに親液膜２０２が形成されているとすれば、メニスカスＭが噴射時に親液膜２０２の
形成された領域に移動することで、図４に示す場合よりも印加する電圧が大きく、圧力の
印加効率が低下していた。
【００４８】
また、第１ノズル部２１ａにはその開口２３ａ付近以外にはインクとの濡れ性が高い親
液膜２０２が形成されているので、メニスカスＭの接触角が図４に示すメニスカスと比較
して大きくなる。これにより、乾燥しやすく、異物が形成されやすかった。この場合にこ
の撥液膜２０１と親液膜２０２との境界には異物がより形成されやすい上にこのような境
界が開口に近い位置にあることから乾燥しやすいため、特に異物が形成されやすかった。
このように第１ノズル部２１ａ内に異物があると、飛行曲がり等の噴射不良が問題となっ
た。これに対し、本実施形態では、上述のように第１ノズル部２１ａの全ての内壁には撥
液膜２０１が形成されていることで噴射不良が生じにくい。
【００４９】
他方で、撥液膜２０１が第２ノズル部２１ｂの全ての内壁面に形成されているとすれば
、気泡が第２ノズル部２１ｂに付着しやすく、これにより気泡が集まって巨大化し、噴射
不良を発生させることも考えられる。従って、第２ノズル部２１ｂの内壁面には、少なく
とも第１ノズル部２１ａよりも撥液性の低い領域が設けられていればよい。このように撥
液性の低い領域が設けられていることで、気泡の付着を抑制することができる。
【００５０】
従って、本実施形態では、第１ノズル部２１ａの全ての内壁面には撥液膜２０１が形成
されて、圧力の印加効率の低下を抑制することで、噴射効率を向上させると共に異物の付
着を抑制して飛行曲がりなどの噴射不良を抑制し、かつ、第２ノズル部２１ｂの内壁面に
は親液膜２０２が形成されて、気泡の付着を抑制して噴射不良等を抑制して液体噴射特性
を向上させているのである。
【００５１】
このような本発明のノズルプレートの製造方法としては、例えば、ディッピングにより
ノズルプレート２０全体、即ちノズル孔２１の内壁を含めて全体に撥液膜２０１を形成す
る。なお、ノズルプレートの製造方法としては、他にドライプロセス（ＣＶＤ法、蒸着法
、スパッタリング法）を用いても良い。
【００５２】
次いで、ノズルプレート２０の噴射面２２とは逆側の面から例えばプラズマ処理を行う
ことにより第２ノズル部２１ｂの内壁に付着した撥液膜を除去して、第２ノズル部２１ｂ
の表面を露出させる。なお、プラズマ処理によらず、可視光、ＵＶ光、Ｘ線などの露光処
理等によって撥液膜を除去してもよい。
【００５３】
その後、第２ノズル部２１ｂ側の面から例えばスパッタ法や蒸着法等により親液膜２０
２を第２ノズル部２１ｂの内壁に形成する。このようにして本発明のノズルプレート２０
を形成することができる。なお、ノズルプレート２０の製造方法としては、これに限定さ
れない。
【００５４】
本発明の別の実施形態としては、図６に示すように、図３に示す実施形態とは第２ノズ
ル部２１ｃの内径が同一である点が異なるものが挙げられる。即ち、ノズル孔２１は異な
る内径の第１ノズル部２１ａと、第２ノズル部２１ｃとを備える。この場合であっても、
第１ノズル部２１ａの内壁全体を撥液膜２０１が覆うと共に、第２ノズル部２１ｃの内壁
全体を親液膜２０２が覆っている。このようにノズル孔２１の形状は異なっていても、メ
ニスカスの移動部である第１ノズル部２１ａに撥液膜２０１が形成されると共に第２ノズ
ル部２１ｃに親液膜２０２が形成されることで、図３に示す実施形態と同様に、インクの
噴射効率がよく、かつ、噴射特性がよい。
【００５５】
また、本発明の別の実施形態としては、図７に示すように、図３に示す実施形態とは、
親液膜２０２が形成されていない点が異なるものが挙げられる。このような場合であって
も、第２ノズル部２１ｂの内壁自体が、即ちノズルプレート２０の基材が撥液膜２０１よ
りも撥液性が低ければ、気泡が付着しにくいため、噴射特性がよい。
【００５６】
つまり、第２ノズル部２１ｂには、上述のように少なくとも第１ノズル部２１ａよりも
撥液性の低い領域が設けられていればよい。図３に示した実施形態では、第２ノズル部２
１ｂに親水膜を形成することで第２ノズル部２１ｂに撥液性の低い領域を設けたが、図７
に示す実施形態では、第２ノズル部２１ｂで撥液膜よりも撥液性の低いノズルプレート２
０の基材を露出させることで第２ノズル部２１ｂに撥液性の低い領域を設けている。
【００５７】
このようにノズルプレート２０の基材自体が撥液膜２０１よりも親液性を有している場
合には、親液性の高い膜を形成しなくても噴射効率や噴射特性の向上を図ることができる
。この場合にノズルプレート２０として用いられることができる比較的親液性の高い基材
としては、液体がいわゆる水系インクである場合には、ＳＵＳや、シリコン等の通常ノズ
ルプレートとして用いられている基材を挙げることができる。
【００５８】
さらに、本発明の別の実施形態としては、図８に示すように、図７に示す実施形態とは
撥液膜２０１が第２ノズル部２１ｂまで延設されている点が異なるものが挙げられる。こ
の場合であっても、撥液膜２０１は、第２ノズル部２１ｂの全てを覆うことはなく、第２
ノズル部２１ｂには、撥液膜２０１が形成されていないで基材が露出した撥液膜２０１よ
りも撥液性の低い領域が設けられている。第２ノズル部２１ｂの全てを撥液膜２０１が覆
うと、上述したように気泡が溜まりやすくなってしまうからである。即ち、撥液膜２０１
は、なるべく第１ノズル部２１ａのみを覆うように構成されることが好ましいが、本実施
形態のように第２ノズル部２１ｂの第１ノズル部２１ａ側を撥液膜２０１が覆っていても
よい。
【００５９】
なお、図７、図８に示す実施形態では、例えば撥液膜２０１としてフッ素系高分子から
なる膜を形成すれば、ノズル孔２１の最表面はＳｉＯ２であるため、親液性が高い。
【００６０】
また、図９に示すように、図３に示す実施形態とは、第１ノズル部の長さを変更しても
よい。即ち、図９においては、第１ノズル部２１ｄは、図３に示す実施形態における第１
ノズル部よりも短い。このように構成することで第１ノズル部２１ｄの流路抵抗を低くす
ることができるので、粘度の高いインクを用いることができる。このような場合であって
も、撥液膜２０１は、第１ノズル部２１ｄを覆うように構成されていると共に、親液膜２
０２が第２ノズル部２１ｂを覆うように構成することで、インクジェット式記録ヘッドの
噴射特性がよく、かつ、印加効率がよい。
【００６１】
上述した各実施形態で説明したように、ノズルプレート２０においては、第１ノズル部
２１ａの内壁全体が少なくとも撥液膜２０１で覆われていればよい。また、第２ノズル部
２１ｂ（２１ｃ）の形状は問わないが、第２ノズル部２１ｂ（２１ｃ）はその全面が撥液
膜２０１よりも親液性が高い状態となっていればよい。このように構成されていることで
、インクジェット式記録ヘッドの噴射特性がよく、かつ、印加効率がよい。
【００６２】
また、撥液性、つまり撥水性又は撥油性を向上させたい場合には、撥液膜２０１の表面
に凹凸を作ることによって、その表面積を増加させてその撥水性・撥油性を大きく上昇さ
せることが可能である。例えば、蓮の葉やバラの花弁などの表面構造を模して液体との接
触面積を極大化させるフラクタル構造とすれば、平坦な面と比較して表面積が増加し、撥
水性又は撥油性を向上させることができる。このような凹凸の形成方法としては、ノズル
プレート２０がシリコンノズルプレートである場合には、ＢＯＳＣＨ法が挙げられる。Ｂ
ＯＳＣＨ法によってノズル孔を形成すれば、ノズル孔に１μｍを下回る微細な凹凸を設け
ることが可能である。このような凹凸上に撥液膜２０１が形成されれば、撥液膜２０１の
表面に凹凸が形成されて、撥水性又は撥油性を向上させることが可能である。
【００６３】
また上述した液体噴射ヘッドは、インクジェット式記録装置に搭載される。図１０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。
【００６４】
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に軸方向移動可能に設けられている。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噴射するものとしている。
【００６５】
そして、駆動モーター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ー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。
【００６６】
さらに上述の実施形態では、液体噴射ヘッドの一例として液体噴射ヘッドを挙げて本発
明について説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッド及びそれを具備する液体射装置全般
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及びそれを具備す
る液体噴射装置にも勿論適用することができる。液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリ
ンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフ
ィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出
ディスプレイ）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。
【符号の説明】
【００６７】
１０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 １３ 連通部、 １４ インク供給路、
２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル孔、 ２１ａ 第１ノズル部、 ２１ｂ 第２
ノズル部、 ３０ 保護基板 ３１ マニホールド部、 ３２ 圧電素子保持部、 ３３
貫通孔、 ４０ コンプライアンス基板、 ５０ 弾性膜、 ６０ 第１電極、 ７０
圧電体層、 ８０ 第２電極、 ２０１ 撥液膜、 ２０２ 親液膜、 ３００ 圧電
素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル孔が形成されたノズルプレートを備えた液体噴射ヘッドであって、
前記ノズル孔は、液体を噴射する噴射面に開口する第１ノズル部と、前記第１ノズル部
に連通し前記第１ノズル部より内径の大きい第２ノズル部と、を有し、
前記第１ノズル部の内壁面全体に、前記ノズルプレートの基材より撥液性の高い撥液膜
が形成されると共に、前記第２ノズル部の内壁面の少なくとも一部は、前記撥液膜より撥
液性が低いことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記第２ノズル部の内壁面全体が、前記撥液膜より撥液性が低いことを特徴とする請求
項１記載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
前記第２ノズル部の少なくとも一部にまで前記撥液膜が延設されていることを特徴とす
る請求項１記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
前記第２ノズル部の内壁面の少なくとも一部に、前記ノズルプレートの基材よりも親液
性の高い親液膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の
液体噴射ヘッド。
【請求項５】
前記第２ノズル部は、前記第１ノズル部より長いことを特徴とする請求項１〜４のいず
れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項６】
前記第１ノズル部が、前記ノズル孔からの液体の噴射方向に対し直線状に設けられてい
ることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項７】
前記第２ノズル部が、前記ノズル孔からの液体の噴射方向に向かって径が小さくなるテ
ーパ状に設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の液体噴射
ヘッド。
【請求項８】
前記第２ノズル部が、前記ノズル孔からの液体の噴射方向に対し直線状に設けられてい
ることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項９】
前記第１ノズル部の内壁面に凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１〜８のい
ずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドを備えることを特徴とする液体噴
射装置。
【請求項１】
ノズル孔が形成されたノズルプレートを備えた液体噴射ヘッドであって、
前記ノズル孔は、液体を噴射する噴射面に開口する第１ノズル部と、前記第１ノズル部
に連通し前記第１ノズル部より内径の大きい第２ノズル部と、を有し、
前記第１ノズル部の内壁面全体に、前記ノズルプレートの基材より撥液性の高い撥液膜
が形成されると共に、前記第２ノズル部の内壁面の少なくとも一部は、前記撥液膜より撥
液性が低いことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記第２ノズル部の内壁面全体が、前記撥液膜より撥液性が低いことを特徴とする請求
項１記載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
前記第２ノズル部の少なくとも一部にまで前記撥液膜が延設されていることを特徴とす
る請求項１記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
前記第２ノズル部の内壁面の少なくとも一部に、前記ノズルプレートの基材よりも親液
性の高い親液膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の
液体噴射ヘッド。
【請求項５】
前記第２ノズル部は、前記第１ノズル部より長いことを特徴とする請求項１〜４のいず
れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項６】
前記第１ノズル部が、前記ノズル孔からの液体の噴射方向に対し直線状に設けられてい
ることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項７】
前記第２ノズル部が、前記ノズル孔からの液体の噴射方向に向かって径が小さくなるテ
ーパ状に設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の液体噴射
ヘッド。
【請求項８】
前記第２ノズル部が、前記ノズル孔からの液体の噴射方向に対し直線状に設けられてい
ることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項９】
前記第１ノズル部の内壁面に凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１〜８のい
ずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドを備えることを特徴とする液体噴
射装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−２８１０１（Ｐ２０１３−２８１０１Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６６４６１（Ｐ２０１１−１６６４６１）
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【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２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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