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JP2019006019A - ノズルプレート、液体噴射ヘッド、液体噴射装置及びノズルプレートの製造方法 - Google Patents

ノズルプレート、液体噴射ヘッド、液体噴射装置及びノズルプレートの製造方法 Download PDF

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修 外村
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Abstract

【課題】耐久性と撥液性とを両立させたノズルプレートを提供すること。【解決手段】ノズルプレート２０は、複数のノズル開口２１が設けられたノズルプレート２０であって、ノズルプレート２０の基材（シリコン基板２２）にはＤＬＣ膜２４が設けられ、ＤＬＣ膜２４がフッ素を含有し、ＤＬＣ膜２４中のフッ素濃度がＤＬＣ膜２４の表面からシリコン基板２２に向かう方向に低下し、ＤＬＣ膜２４表面（平坦部Ｃの表面）のフッ素濃度よりもノズル開口２１に沿う領域Ｂのフッ素濃度の方が低い。【選択図】図７Ｅ

Description

本発明は、ノズルプレート、液体噴射ヘッド、液体噴射装置及びノズルプレートの製造方法に関する。
従来から、インクジェット式記録ヘッドとして、液体を液滴に噴射する液体噴射ヘッドが知られていた。液体噴射ヘッドは、複数のノズル開口が設けられたノズルプレートを有し、ノズル開口から記録媒体に向かって液滴を噴射する。ノズルプレートには、ノズルプレートの表面に液滴が付着することを抑制する撥液性が要求される。例えば、特許文献１には、ノズルプレートの吐出面（液体噴射面）側が、フッ素含有ＤＬＣ（Diamond−Like Carbon：ダイヤモンド・ライク・カーボン）で形成された液滴（液体）吐出ヘッドが開示されている。これにより、撥水性をノズルプレートに表面に付与できると記されている。また、特許文献２には、フッ素の含有量が増えるとＤＬＣ膜自体の硬度が低下して保護膜として機能しないとも記されている。
特開２０１２−９１３８０号公報 特開２００３−９８３０５号公報
ＤＬＣ膜は、高い硬度を有するが、特許文献１に記載の液体噴射ヘッドが具備するノズルプレートは、撥液性を得るためにＤＬＣ膜にフッ素を含有させているので、硬度が低下し耐久性に課題を生じる恐れがあった。ノズルプレートは、ワイパーとノズルプレートの液体噴射面とを相対的に摺動させるメンテナンス（ワイピング）が定期的に行われる。ワイパーとノズルプレートとを摺動させた場合には、ノズルプレート表面よりもノズル開口の液体噴射面近傍の内周面（以下、ノズル開口に沿う領域という）に大きな荷重が加わる。このため、例えば、インクがノズルプレート上で凝集し、当該凝集物の硬度が高い場合、メンテナンス時のワイパーとノズルプレートとの摺動によりノズル開口に沿う領域が削れてしまう耐擦性に課題があった。逆に、耐擦性を得るためにＤＬＣ膜のフッ素含有量を減らした場合には、ＤＬＣ膜表面の撥液性が損なわれてしまう。すなわち、耐久性と撥液性とを両立させたノズルプレートを得ることが困難であった。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
［適用例１］本適用例に係るノズルプレートは、複数のノズル開口が設けられたノズルプレートであって、前記ノズルプレートの基材にはＤＬＣ膜が設けられ、前記ＤＬＣ膜がフッ素を含有し、前記ＤＬＣ膜中のフッ素濃度が前記ＤＬＣ膜の表面から前記基材に向かう方向に低下し、前記ＤＬＣ膜表面のフッ素濃度よりも前記ノズル開口に沿う領域のフッ素濃度の方が低いことを特徴とする。
本適用例によれば、ノズルプレートの基材には、フッ素を含有したＤＬＣ膜が設けられている。フッ素濃度は、ＤＬＣ膜の表面から基材に向かう方向に低下し、ＤＬＣ膜表面（ノズルプレート表面）のフッ素濃度よりもノズル開口に沿う領域のフッ素濃度の方が低い。これにより、ワイピングで削れやすいノズル開口に沿う領域に高い耐擦性を有し、ノズルプレートの表面に高い撥液性を有するフッ素含有ＤＬＣ膜を備えたノズルプレートが実現される。したがって、耐久性と撥液性とを兼ね備えたノズルプレートを提供することができる。
［適用例２］本適用例に係るノズルプレートは、複数のノズル開口が設けられたノズルプレートであって、前記ノズルプレートの基材にはＤＬＣ膜が設けられ、前記ＤＬＣ膜がフッ素を含有し、隣り合う前記ノズル開口間のフッ素濃度が極大値を示す位置からノズル開口に向かってフッ素濃度が漸減していることを特徴とする。
本適用例によれば、ノズルプレートの基材には、フッ素を含有したＤＬＣ膜が設けられている。フッ素濃度は、隣り合うノズル開口間のフッ素濃度が極大値を示す位置からノズル開口に向かって漸減している。これにより、ワイピングで削れやすいノズル開口に高い耐擦性を有し、ノズル開口間に高い撥液性を有するフッ素含有ＤＬＣ膜を備えたノズルプレートを実現されている。したがって、耐久性と撥液性とを兼ね備えたノズルプレートを提供することができる。
［適用例３］上記適用例に記載のノズルプレートにおいて、隣り合う前記ノズル開口間に、前記ノズル開口に沿う領域よりもフッ素濃度の低い領域が設けられていることが好ましい。
本適用例によれば、ノズルプレートの隣り合うノズル開口間には、ノズル開口に沿う領域よりもフッ素濃度の低い領域が設けられている。換言すると、ノズル開口間には、ノズル開口に沿う領域よりも親液性の高い領域が形成されている。ノズルプレートに付着した液体（インク）は、親液性の高い領域に移動しやすいので、ノズル開口周辺に溜まったインクがノズル開口内に引き込まれることが抑制される。これにより、ノズル開口から液滴を安定して吐出させることができる。
［適用例４］上記適用例に記載のノズルプレートにおいて、前記ノズル開口に沿う領域の静的接触角がＨ2Ｏに対して７０°以上であることが好ましい。
本適用例によれば、ノズル開口に沿う領域の静的接触角は、Ｈ2Ｏに対して７０°以上であるので、ノズル開口に沿う領域は、耐擦性を有したうえに、撥液性をも兼ね備える。これにより、ノズル開口に沿う領域にインクの固形物が偏在することを抑制することができる。
［適用例５］本適用例に係るノズルプレートの製造方法は、ノズル開口を有するノズルプレートの基材にフッ素を含有するＤＬＣ膜を形成する成膜工程と、前記フッ素を含有するＤＬＣ膜が設けられた前記ノズルプレートの表面をワイプするエージング工程と、を有し、前記成膜工程はフッ素濃度が基材に向かう方向に低下するＤＬＣ膜を形成する工程であり、前記エージング工程は前記フッ素を含有するＤＬＣ膜を削る工程であり、前記ノズル開口に沿う領域を、前記フッ素を含有するＤＬＣ膜の表面よりもフッ素濃度が低いように前記ＤＬＣ膜を削ることを特徴とする。
本適用例によれば、ノズルプレートの製造方法は、ノズル開口を有するノズルプレートの基材にフッ素を含有するＤＬＣ膜を形成する成膜工程と、フッ素を含有するＤＬＣ膜が設けられたノズルプレートの表面をワイプするエージング工程と、を有している。成膜工程では、フッ素濃度がＤＬＣ膜の表面から基材に向かう方向に低下する、フッ素を含有するＤＬＣ膜を成膜する。そして、エージング工程では、フッ素を含有するＤＬＣ膜を削る。ノズルプレートの表面をワイプするエージングを行った場合、ノズルプレート表面のＤＬＣ膜よりもノズル開口に沿う領域にあるＤＬＣ膜の方が早く削れるので、ノズルプレート表面のフッ素濃度は、ノズル開口に沿う領域のフッ素濃度より低くなる。これにより、ワイピングで削れやすいノズル開口に沿う領域に高い耐擦性を有し、ノズルプレート表面に高い撥液性を有するフッ素含有ＤＬＣ膜を形成できる。したがって、耐久性と撥液性とを兼ね備えたノズルプレートの製造方法を提供することができる。
［適用例６］本適用例に係るノズルプレートの製造方法は、ノズル開口を有するノズルプレートの基材にフッ素を含有するＤＬＣ膜を形成する成膜工程と、隣り合う前記ノズル開口間にレーザーを照射する欠陥生成工程と、前記ノズルプレートを加熱する熱アニール工程と、を有することを特徴とする。
本適用例によれば、ノズルプレートの製造方法は、ノズル開口を有するノズルプレートの基材にフッ素を含有するＤＬＣ膜を形成する成膜工程と、隣り合うノズル開口間にレーザーを照射する欠陥生成工程と、ノズルプレートを加熱する熱アニール工程と、を有している。成膜工程で成膜されたフッ素を含有するＤＬＣ膜に、欠陥生成工程にてレーザーを照射するとその部分に欠陥が生成される。さらに、熱アニール工程にてノズルプレートを加熱すると欠陥部分にフッ素が集結する。欠陥生成工程では、隣り合うノズル開口間に欠陥が生成されるので、ノズル開口間であるノズルプレート表面のフッ素濃度は、ノズル開口に沿う領域のフッ素濃度より高くなる。これにより、ワイピングで削れやすいノズル開口に沿う領域に高い耐擦性を有し、ノズルプレート表面に高い撥液性を有するフッ素含有ＤＬＣ膜を形成できる。したがって、耐久性と撥液性とを兼ね備えたノズルプレートの製造方法を提供することができる。
［適用例７］本適用例に係る液体噴射ヘッドは、適用例１から適用例４のいずれか一項に記載のノズルプレートを具備することを特徴とする。
本適用例によれば、液体噴射ヘッドは、適用例１から適用例４のいずれか一項に記載のノズルプレートを備えているので、耐久性と撥液性とを兼ね備えた液体噴射ヘッドを提供することができる。
［適用例８］本適用例に係る液体噴射装置は、適用例７に記載のノズルプレートを具備した液体噴射ヘッドを備えていることを特徴とする。
本適用例によれば、液体噴射装置は、適用例７に記載の液体噴射ヘッドを備えているので、耐久性に優れた液体噴射装置を提供することができる。
実施形態１に係る液体噴射装置の概略構成を示す図。 液体噴射ヘッドの分解斜視図。 液体噴射ヘッドの液体噴射面側からの平面図。 図３におけるＡ−Ａ’線での断面図。 図４の部分拡大図。 ノズルプレートの製造方法を説明するフローチャート図。 ノズルプレートを部分拡大した断面図。 ノズルプレートを部分拡大した断面図。 ノズルプレートを部分拡大した断面図。 ノズルプレートを部分拡大した断面図。 ノズルプレートを部分拡大した断面図。 実施形態２に係るノズルプレートの製造方法を説明するフローチャート。 ノズルプレートを部分拡大した断面図。 ノズルプレートを部分拡大した断面図。 ＤＬＣ膜表面におけるフッ素濃度の分布を示すグラフ。 変形例１に係るノズルプレートを部分拡大した断面図。 変形例２に係るノズルプレートを部分拡大した断面図。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材等を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材等の尺度を実際とは異ならせて示している。また、図２から図５では、説明の便宜上、互いに直交する三軸として、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸のうち２軸又は３軸を図示している。
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る液体噴射装置の概略構成を示す図である。
図１に示すように、液体噴射装置Ｉにおいて、複数の液体噴射ヘッド２００を有するヘッドユニットＩＩには、液体噴射ヘッド２００に液体としてのインクを供給するインク供給手段としてのカートリッジ２Ａ，２Ｂが着脱可能に設けられている。ヘッドユニットＩＩ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の軸方向に沿って移動自在に設けられている。カートリッジ２Ａ，２Ｂに対応する液体噴射ヘッド２００は、例えば、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。なお、インク供給手段は、インクを貯留するインクタンクからチューブで供給される構成であってもよい。
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及びタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることにより、ヘッドユニットＩＩがキャリッジ３と共にキャリッジ軸５に沿って移動されるようになっている。一方、装置本体４には、紙等の記録媒体である記録シートＳを搬送する搬送手段としての搬送ローラー８が設けられており、記録シートＳが搬送ローラー８によってヘッドユニットＩＩの移動方向と交差する方向に搬送されるようになっている。尚、搬送手段は、搬送ローラーに限られずベルトやドラム等であってもよい。
図２は、液体噴射ヘッドの分解斜視図である。図３は、液体噴射ヘッドの液体噴射面側からの平面図である。図４は、図３におけるＡ−Ａ’線での断面図である。図５は、図４の部分拡大図である。
次に、ヘッドユニットＩＩに搭載される液体噴射ヘッド２００について説明する。
図２〜図５に示すように、液体噴射ヘッド２００は、流路形成基板１０、連通板１５、ノズルプレート２０、保護基板３０、ケース部材４０、コンプライアンス基板９１等の複数の部材を備え、これら複数の部材が接着剤等によって接合されて構成されている。
液体噴射ヘッド２００を構成する流路形成基板１０には、複数のノズル開口２１が並設される方向に沿って、複数の圧力発生室１２が並設されている。この方向を圧力発生室１２の並設方向とも称し、第１の方向Ｘと一致する。また、流路形成基板１０には、第１の方向Ｘに並設された圧力発生室１２の列が複数列、本実施形態では、２列設けられている。この圧力発生室１２が第１の方向Ｘに沿って形成された圧力発生室１２の列が複数列設された列設方向は、第２の方向Ｙと一致する。
なお、圧力発生室１２が第１の方向Ｘに並設された２列は、一方の圧力発生室１２の列に対して、他方の圧力発生室１２の列が第１の方向Ｘで隣り合う圧力発生室１２の間隔の半分だけ第１の方向Ｘにずれた位置に配置されている。これにより、詳しくは後述するノズル開口２１も同様に、ノズル開口２１の２列が半分の間隔だけ第１の方向Ｘにずれて配置されて、第１の方向Ｘの解像度を２倍にしている。もちろん、２列の圧力発生室１２の第１の方向Ｘの位置を同じ位置として、圧力発生室１２の列毎に異なるインクが供給されるようにしてもよい。また、本実施形態では、上述のように、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに直交する方向を第３の方向Ｚと称し、第３の方向Ｚを含む面内において液体噴射方向（記録シートＳ側）はＺ１側、反対側はＺ２側となる。
流路形成基板１０の第３の方向ＺのＺ１側の面には連通板１５が接合されている。さらに、連通板１５の第３の方向ＺのＺ１側には、複数のノズル開口２１が設けられたノズルプレート２０が接合されている。ノズルプレート２０の第３の方向ＺのＺ１側が液体噴射面２０ａとなっている。
連通板１５には、圧力発生室１２とノズル開口２１とを連通するノズル連通路１６が設けられている。連通板１５は、流路形成基板１０よりも大きな面積を有し、ノズルプレート２０は流路形成基板１０よりも小さい面積を有する。このようにノズルプレート２０の面積を比較的小さくすることでコストの削減を図ることができる。なお、ここで言う面積とは、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙを有する面内方向における面積のことである。
また、連通板１５には、マニホールド１００の一部を構成する第１マニホールド部１７と、第２マニホールド部１８とが設けられている。
第１マニホールド部１７は、連通板１５を第３の方向Ｚに貫通して設けられている。また、第２マニホールド部１８は、連通板１５を第３の方向Ｚに貫通することなく、連通板１５のノズルプレート２０側、すなわち第３の方向ＺのＺ１側に開口して、Ｚ２側の途中まで設けられている。
さらに、連通板１５には、圧力発生室１２の第２の方向Ｙの一端部に連通する供給連通路１９が、複数の圧力発生室１２毎に独立して設けられている。この供給連通路１９は、連通板１５を第３の方向Ｚに貫通して第２マニホールド部１８と圧力発生室１２とを連通する。
図５に示すように、流路形成基板１０の連通板１５とは反対面側、すなわち、Ｚ２側には、振動板５０が形成されている。また、振動板５０上には、第１電極６０と、駆動素子となる圧電体層７０と、第２電極８０とが順次積層されることで、本実施形態の圧力発生手段である圧電アクチュエーター３００が構成されている。一般的には圧電アクチュエーター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を圧力発生室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を共通電極としている。
また、流路形成基板１０の圧電アクチュエーター３００側、すなわちＺ２側の面には、流路形成基板１０と略同じ大きさを有する保護基板３０が接合されている。保護基板３０は、圧電アクチュエーター３００を保護するための空間である保持部３１を有する。保持部３１は、第１の方向Ｘに並設された圧電アクチュエーター３００の列毎に第２の方向Ｙに２つ並んで形成されている。
図４に示すように、保護基板３０には、第２の方向Ｙで並設された２つの保持部３１の間に第３の方向Ｚに貫通する第１接続孔３２が設けられている。圧電アクチュエーター３００の電極から引き出されたリード電極９０の端部は、この第１接続孔３２内に露出するように延設され、リード電極９０と駆動ＩＣ等の駆動回路１２０を実装した配線基板１２１とが、第１接続孔３２内で電気的に接続されている。本実施形態では、流路形成基板１０、連通板１５及び保護基板３０が流路部材に相当する。もちろん、流路部材は特にこれに限定されず、流路部材として連通板１５を設けずに流路形成基板１０を連通板１５に相当する大きさで形成してもよく、流路部材としてさらに他の部材を設けるようにしてもよい。
また、図２、図４、図５に示すように、保護基板３０及び連通板１５には、複数の圧力発生室１２に連通するマニホールド１００を流路形成基板１０及び保護基板３０と共に画成するケース部材４０が固定されている。ケース部材４０は、保護基板３０に接合されると共に連通板１５に接合されている。具体的には、ケース部材４０は、Ｚ１側の面に開口して、連通板１５が収容される深さの凹形状を有する第１収容部４１ａを有する。また、第１収容部４１ａは、第２の方向Ｙの側面にも開口して設けられている。すなわち、第１収容部４１ａの第１の方向Ｘの両側には、Ｚ１側に突出する足部４５が設けられており、足部４５のＺ１側の先端面が後述するカバーヘッド２７０に接合されている。このような第１収容部４１ａは、連通板１５を挿入可能なように、連通板１５よりも若干大きな開口で形成されている。
また、第１収容部４１ａの底面、すなわちケース部材４０のＺ１側の面には、さらに流路形成基板１０及び保護基板３０が収容される深さの凹形状を有する第２収容部４１ｂが設けられている。この第２収容部４１ｂは、保護基板３０のＺ２側の面よりも若干広い開口面積を有する。そして、第２収容部４１ｂ内に流路形成基板１０及び保護基板３０等が収容されて第２収容部４１ｂのＺ１側の開口が連通板１５によって封止される。
また、第１収容部４１ａの底面、すなわちケース部材４０のＺ１側の面には、Ｚ１側の面に開口する凹形状を有する第３マニホールド部４２が形成されている。なお、第２収容部４１ｂと第３マニホールド部４２とは、その開口面に連通板１５が接合されることで、連通することなく区画されている。そして、ケース部材４０に形成された第３マニホールド部４２と、連通板１５に設けられた第１マニホールド部１７及び第２マニホールド部１８とによって本実施形態のマニホールド１００が構成されている。なお、本実施形態では、流路形成基板１０の第２の方向Ｙを挟んだ両側にマニホールド１００を形成するようにした。もちろん、マニホールド１００は、特にこれに限定されず、例えば、第３マニホールド部４２のみで構成されていてもよく、第２マニホールド部１８及び第３マニホールド部４２で構成されていてもよい。ただし、本実施形態のようにマニホールド１００を第１マニホールド部１７、第２マニホールド部１８及び第３マニホールド部４２で構成することで、液体噴射ヘッド２００を大型化することなく、マニホールド１００をできるだけ大きな容積で形成することができる。
なお、第２収容部４１ｂ内において、流路形成基板１０及び保護基板３０は、ケース部材４０に接着剤によって接着されている。また、連通板１５とケース部材４０の第１収容部４１ａの底面であるＺ１側の面とは、接着剤によって接着されている。このように連通板１５とケース部材４０とを接着剤で接着することで、マニホールド１００内のインクが連通板１５とケース部材４０との間から第２収容部４１ｂ内や外部に流出するのを抑制している。
また、ケース部材４０には、保護基板３０の第１接続孔３２に連通してケース部材４０を第３の方向Ｚに貫通する第２接続孔４３が設けられている。この第２接続孔４３を挿通した配線基板１２１が第１接続孔３２に挿通されて、圧電アクチュエーター３００から引き出された引き出し配線であるリード電極９０と接続されている。
さらに、ケース部材４０には、特に図示していないが、マニホールド１００にインクを供給する流入路と、マニホールド１００内のインクを流出させる流出路と、が設けられている。例えば、流入路を第１の方向Ｘの一方側であるＸ１側に設け、流出路を第１の方向Ｘの他方側であるＸ２側に設けるようにすればよい。
また、連通板１５の第１マニホールド部１７及び第２マニホールド部１８が開口する面には、コンプライアンス基板９１が設けられている。このコンプライアンス基板９１が、第１マニホールド部１７と第２マニホールド部１８の開口を封止している。すなわち、本実施形態の流路形成基板１０、連通板１５及び保護基板３０で構成された流路部材の流路とは、第１マニホールド部１７及び第２マニホールド部１８であり、コンプライアンス基板９１は、第１マニホールド部１７及び第２マニホールド部１８の液体噴射面２０ａ側であるＺ１側を封止する。
このようなコンプライアンス基板９１は、本実施形態では、封止膜９２と、固定基板９３と、を具備する。封止膜９２は、可撓性を有する薄膜（例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）やステンレス鋼（ＳＵＳ）等により形成されている。また、固定基板９３は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属等の硬質の材料で形成される。この固定基板９３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９４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９２のみで封止された可撓部であるコンプライアンス部９５となっている。
なお、コンプライアンス基板９１は、ノズルプレート２０の周囲に亘って連続して設けられている。すなわち、コンプライアンス基板９１には、ノズルプレート２０が配置される領域に当該ノズルプレート２０よりも若干大きな内径を有する第１露出開口部９６が設けられている。
このような液体噴射ヘッド２００のノズル開口２１が開口する液体噴射面２０ａ側には、ノズル開口２１を露出した状態で保護するカバーヘッド２７０が固定されている。
ここで、保護基板３０は、導電性を有する材料、本実施形態では、ステンレス鋼（ＳＵＳ）で形成されており、上述した第１電極６０と電気的に接続されている。
このような液体噴射ヘッド２００では、インクを噴射する際に、インクをマニホールド１００からノズル開口２１に至るまでの流路内部をインクで満たす。その後、駆動回路１２０からの信号に従い、各圧力発生室１２に対応する圧電アクチュエーター３００に電圧を印加することにより、圧電アクチュエーター３００と共に振動板５０をたわみ変形させる。これにより、圧力発生室１２内の圧力が高まり所定のノズル開口２１から液滴が噴射される。
なお、本実施形態では、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、薄膜型の圧電アクチュエーター３００を用いた構成を例示したが、これに限定するものではない。例えば、圧力発生手段として、圧力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ーなどを使用することができる。
図６は、ノズルプレートの製造方法を説明するフローチャート図である。図７Ａ〜図７Ｅは、ノズルプレートを部分拡大した断面図である。まず、ノズルプレート２０の製造方法について図６、図７Ａ〜図７Ｅを参照して説明する。なお、図７Ａ〜図７Ｅでは、液体噴射方向（Ｚ１側）を図４及び図５と逆に図示している。
ステップＳ１は、ノズルプレート２０となる基材を準備する基材準備工程である。ノズルプレート２０の基板材料（基材）としては、シリコン単結晶基板（シリコン基板）２２を用いることができる。１つのシリコン基板２２からは、複数のノズルプレート２０が作製される。このシリコン基板２２に対して、ドライエッチングを施すことによって、図７Ａに示すように円筒形のノズル開口２１が形成される。
ステップＳ２は、シリコン基板２２に酸化膜を形成する熱酸化工程である。シリコン基板２２に対して、熱処理を施すことにより、図７Ｂに示すようにシリコン基板２２の両面及びノズル開口２１の内周面にシリコンの熱酸化膜２３が形成される。熱酸化膜２３は、二酸化シリコンからなり、その厚さは略１００ｎｍである。熱酸化を高温で行うことにより厚く緻密で安定な膜を形成することができる。なお、熱酸化工程は省略してもよい。その際には、厚さの薄い自然酸化膜が形成される。
ステップＳ３は、ノズルプレート２０の基材（シリコン基板２２）にフッ素を含有するＤＬＣ膜２４を形成する成膜工程である。ノズルプレート２０のシリコン基板２２には、ＤＬＣ膜２４が設けられ、ＤＬＣ膜２４には、フッ素が含有されている（以下、フッ素含有ＤＬＣ膜２４ともいう）。フッ素含有ＤＬＣ膜２４は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により成膜する。フッ素含有ＤＬＣ膜２４をＣＶＤ法で成膜する場合、原料ガスとしてフッ素水素化非晶質炭素又はフッ素化炭素、例えば、Ｃ4Ｆ8、Ｃ3Ｆ6、Ｃ2Ｆ6などを用いることができる。これらの原料ガスのグロー放電プラズマにシリコン基板２２を晒すことで、図７Ｃに示すように、ノズル開口２１の開口する液体噴射面２０ａ側に撥液膜としてのフッ素含有ＤＬＣ膜２４が形成される。この時、フッ素含有ＤＬＣ膜２４は、図７Ｃの「Ｂ」で示すノズル開口２１の液体噴射面２０ａ近傍の内周面（ノズル開口２１に沿う領域Ｂ）にも形成される。
成膜工程は、フッ素濃度が基材（シリコン基板２２側）に向かう方向に低下するＤＬＣ膜２４を形成する工程である。本実施形態では、成膜中に原料ガスの流量を徐々に増やすことでＤＬＣ膜中のフッ素含有量を変化させている。これにより、ＤＬＣ膜２４中のフッ素含有量がＤＬＣ膜２４の表面からシリコン基板２２側に向かう方向に低下するフッ素含有ＤＬＣが形成される。このＤＬＣ膜２４は、表面からシリコン基板２２側に向って撥液性の高い組成から耐擦性の高い組成へと変化する。なお、ノズル開口２１に沿う領域Ｂにおいては、円弧状の外周縁に向かうほどフッ素濃度が高くなる。なお、図７Ｃにおいては、フッ素濃度が高くなる方向を矢印で示している。フッ素含有ＤＬＣ膜２４の厚さは、２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲が好適である。
ステップＳ４は、フッ素含有ＤＬＣ膜２４が設けられたノズルプレート２０の表面（液体噴射面２０ａ）をワイプするエージング工程である。このエージング工程は、フッ素含有ＤＬＣ膜２４を削る工程であり、ノズル開口２１に沿う領域Ｂを、フッ素を含有するＤＬＣ膜２４の表面（平坦部Ｃの表面）よりもフッ素濃度が低くなるようにフッ素含有ＤＬＣ膜２４を削る。図７Ｄに示すように、ノズルプレート２０の液体噴射面２０ａは、研磨剤２９を塗布した状態で、ノズルプレートをワイピングする際のワイパー９を用いて、所定の荷重によって繰り返し摺動される。これにより、ノズルプレート２０に形成されたフッ素含有ＤＬＣ膜２４が研磨（摩耗）される。本実施形態では、研磨剤２９としてチタンオキサイド（ＴｉＯ2）に溶媒を添加したものを用いている。
チタンオキサイドは、インクに含まれる材料であり、ノズルプレート２０を定期的にメンテナンスするワイピングによってノズルプレートを摩耗させる原因物質でもある。ワイパー９は、可撓性を有するエラストマーなどで形成されている。ノズルプレート２０に対してワイパー９を摺動させた際には、その可撓性によってワイパー９の先端がノズル開口２１に沿う領域Ｂに入り込むことにより、領域Ｂには平坦部Ｃよりも大きな荷重が加わるので、図７Ｅに示すように平坦部Ｃよりもノズル開口２１に沿う領域ＢのＤＬＣ膜２４の方が早く研磨される。この研磨によって、ノズル開口２１に沿う領域Ｂには、平坦部Ｃよりもフッ素濃度の低いＤＬＣ膜２４が現れる。
なお、この時形成される、ノズル開口２１に沿う領域Ｂのノズル形状は、成膜工程で成膜するフッ素含有ＤＬＣ膜２４の膜厚によってコントロールすることが可能である。例えば、フッ素濃度の変化を急峻にした薄い膜厚のフッ素含有ＤＬＣ膜２４を成膜した場合には、領域ＢにおけるＲ（半径）形状の小さいノズル開口２１が形成され、逆にフッ素濃度の変化を緩慢にした厚い膜厚のフッ素含有ＤＬＣ膜２４を成膜した場合には、領域ＢにおけるＲ形状の大きいノズル開口２１が形成される。
以上の工程を経て、図７Ｅに示すような、研磨速度の速いノズル開口２１に沿う領域Ｂにはフッ素濃度が低く耐擦性の高いＤＬＣ膜２４が形成され、研磨速度の遅い平坦部Ｃにはフッ素濃度が高く撥液性の高いＤＬＣ膜２４が形成されたノズルプレート２０を得ることができる。
次に、以上の工程で形成されるノズルプレート２０について図７Ｅを参照して説明する。
ノズルプレート２０は、ＤＬＣ膜２４表面（平坦部Ｃ）のフッ素濃度よりもノズル開口２１に沿う領域Ｂのフッ素濃度の方が低いフッ素含有ＤＬＣ膜２４を有している。換言すると、ノズルプレート２０の有するフッ素含有ＤＬＣ膜２４は、隣り合うノズル開口２１間のフッ素濃度が極大値を示す位置からノズル開口２１に向かってフッ素濃度が漸減しているとも言える。これにより、ノズル開口２１に沿う領域Ｂに高い耐擦性を有し、ノズルプレート２０の表面（平坦部Ｃ）に高い撥液性を有するフッ素含有ＤＬＣ膜２４を備えたノズルプレートが実現されている。
また、ノズル開口２１に沿う領域ＢのＤＬＣ膜２４は、Ｈ2Ｏに対して７０°以上の静的接触角を有している。これは、上述のエージング工程を行うことにより、ノズル開口２１に沿う領域Ｂには、チタンオキサイドの硬度に対して削れない、ビッカース硬度が略１０ＧＰａのフッ素含有ＤＬＣ膜２４の層が現れる。この膜の静的接触角が、Ｈ2Ｏに対して７０°以上となる。これにより、ノズル開口２１に沿う領域Ｂは、優れた耐擦性を有した上に、撥液性をも兼ね備えるので、ノズル開口２１に沿う領域Ｂにインクの固形物などが偏在することを抑制することができる。
なお、本実施形態では、フッ素含有ＤＬＣ膜２４は、ＣＶＤ法により成膜するものと説明したが、他の成膜法を用いてもよい。例えば、スパッタ法を用いた場合は、ＤＬＣをターゲットに用いて、フッ素（Ｆ）を含む反応ガスをチャンバーに導入して成膜を行う。成膜中に反応ガス（Ｆ）の流量を増加させることにより、ＤＬＣ膜中のフッ素含有量がＤＬＣ膜の表面からシリコン基板２２側に向かう方向に低下するフッ素含有ＤＬＣ膜を形成することができる。また、フッ素含有量を徐々に増やしたＤＬＣ膜を順次成膜させた積層膜であってもよい。
以上述べたように、本実施形態に係るノズルプレート２０、液体噴射ヘッド２００、液体噴射装置Ｉ及びノズルプレートの製造方法によれば、以下の効果を得ることができる。
ノズルプレート２０には、フッ素濃度がＤＬＣ膜２４表面からシリコン基板２２に向かう方向に低下し、ＤＬＣ膜２４表面（平坦部Ｃ）のフッ素濃度よりもノズル開口２１に沿う領域Ｂのフッ素濃度の方が低いフッ素含有ＤＬＣ膜２４が設けられている。換言すると、ノズルプレート２０の有するフッ素含有ＤＬＣ膜２４は、隣り合うノズル開口２１間のフッ素濃度が極大値を示す位置からノズル開口２１に向かってフッ素濃度が漸減しているとも言える。これにより、ノズル開口２１に沿う領域Ｂに高い耐擦性を有し、ノズルプレート２０の表面（平坦部Ｃ）に高い撥液性を有するフッ素含有ＤＬＣ膜２４を備えたノズルプレート２０が実現されている。したがって、耐久性と撥液性とを兼ね備えたノズルプレート２０を提供することができる。
ノズル開口２１に沿う領域ＢのＤＬＣ膜２４は、Ｈ2Ｏに対して７０°以上の静的接触角を有している。これにより、ノズル開口２１に沿う領域Ｂは、優れた耐擦性を有した上に、撥液性をも兼ね備えるので、ノズル開口２１に沿う領域Ｂにインクの固形物などが偏在することを抑制することができる。
ノズルプレート２０の製造方法は、ノズルプレートの基材（シリコン基板２２）にフッ素を含有するＤＬＣ膜２４を形成する成膜工程と、フッ素含有ＤＬＣ膜２４が設けられたノズルプレート２０の表面（液体噴射面２０ａ）をワイプするエージング工程とを有している。成膜工程によって、ＤＬＣ膜２４中のフッ素含有量がＤＬＣ膜２４の表面からシリコン基板２２側に向かう方向に低下するフッ素含有ＤＬＣ膜が形成される。エージング工程では、ノズルプレート２０の平坦部Ｃよりもノズル開口２１に沿う領域ＢのＤＬＣ膜２４の方が早く研磨される。この研磨によって、ノズル開口２１に沿う領域Ｂには、平坦部Ｃよりもフッ素濃度の低いＤＬＣ膜２４の層が現れる。これにより、ワイピングで削れやすいノズル開口２１に沿う領域Ｂにはフッ素濃度が低く耐擦性の高いＤＬＣ膜２４が形成され、平坦部Ｃにはフッ素濃度が高く撥液性の高いＤＬＣ膜２４が形成されたノズルプレート２０を得ることができる。したがって、耐久性と撥液性とを兼ね備えたノズルプレート２０の製造方法を提供することができる。
液体噴射ヘッド２００は、ノズル開口２１に沿う領域Ｂに高い耐擦性を有し、平坦部Ｃに高い撥液性を有するノズルプレート２０を備えている。これにより、耐久性と撥液性とを兼ね備えた液体噴射ヘッド２００を提供することができる。
液体噴射装置Ｉは、ノズル開口２１に沿う領域Ｂに高い耐擦性を有し、平坦部Ｃに高い撥液性を有するノズルプレート２０を具備する液体噴射ヘッド２００を備えている。これにより、耐久性に優れた液体噴射装置Ｉを提供することができる。
（実施形態２）
図８は、実施形態２に係るノズルプレートの製造方法を説明するフローチャートである。図９Ａ，図９Ｂは、ノズルプレートを部分拡大した断面図である。図１０は、ＤＬＣ膜表面におけるフッ素濃度の分布を示すグラフである。ノズルプレート４２０の実施形態１と異なる製造方法について図８〜図１０を参照して説明する。なお、実施形態１と同一の構成部位については、同一の番号を使用し、重複する説明は省略する。また、ステップＳ１１及びステップＳ１２は、実施形態１で説明したステップＳ１及びステップＳ２と同じであるので、その説明は省略する。
ステップＳ１３は、ノズルプレート４２０の基材（シリコン基板２２）にフッ素を含有するＤＬＣ膜４２４を形成する成膜工程である。本実施形態では、含有するフッ素濃度の均一なフッ素含有ＤＬＣ膜４２４を成膜する。フッ素含有ＤＬＣ膜４２４は、ＣＶＤ法やスパッタ法などで形成することができる。
ステップＳ１４は、隣り合うノズル開口２１間にレーザーを照射する欠陥生成工程である。図９Ａに示すように、ノズル開口２１間にレーザー光を照射することにより、フッ素含有ＤＬＣ膜４２４が深さ方向に消失した欠陥部４２５を生成する。レーザー光源の種類としては、ＣＯ2レーザー、ファイバーレーザー、ＹＡＧレーザーなどを用いることができる。例えば、隣り合うノズル開口２１間を開口させたマスクを介してフッ素含有ＤＬＣ膜４２４にレーザーを照射することにより、ノズル開口２１間に欠陥部４２５が形成される。
ステップＳ１５は、ノズルプレート４２０を加熱する熱アニール工程である。隣り合うノズル開口２１間に欠陥部４２５を形成したノズルプレート４２０に４００℃程度の温度で熱アニールを施すことにより、ＤＬＣ膜４２４に含有しているフッ素成分が欠陥部４２５の方向に移動する。図９Ｂでは、フッ素成分が移動する方向を矢印で示している。図１０は、一方のノズル開口２１に沿う領域Ｂ、平坦部Ｃ及び他方のノズル開口２１に沿う領域Ｂに対応するフッ素濃度の分布を示すグラフであり、破線は熱アニール前のフッ素濃度分布の概略を表し、実線は熱アニール後のフッ素濃度分布の概略を表している。この熱アニール工程によってフッ素成分が欠陥部４２５側に移動することにより、図１０の実線で示すように、ノズル開口２１に沿う領域Ｂよりも平坦部Ｃの方がフッ素濃度の高いＤＬＣ膜４２４が形成される。これにより、ワイピングで削れやすいノズル開口２１に沿う領域Ｂにはフッ素濃度が低く耐擦性の高いＤＬＣ膜４２４が形成され、平坦部Ｃにはフッ素濃度が高く撥液性の高いＤＬＣ膜４２４が形成されたノズルプレート４２０を得ることができる。
以上述べたように、本実施形態に係るノズルプレートの製造方法によれば、以下の効果を得ることができる。
ノズルプレート４２０の製造方法は、ノズルプレート４２０の基材（シリコン基板２２）にフッ素を含有するＤＬＣ膜４２４を形成する成膜工程と、隣り合うノズル開口２１間にレーザーを照射する欠陥生成工程と、ノズルプレート４２０を加熱する熱アニール工程とを有している。成膜工程では、フッ素濃度の均一なフッ素含有ＤＬＣ膜４２４が形成され、欠陥生成工程では、ノズル開口２１間に欠陥部４２５が形成される。さらに、熱アニール工程にて、ノズルプレート４２０に熱アニールを施すことにより、フッ素成分が欠陥部４２５に移動するので、ノズル開口２１に沿う領域Ｂよりも平坦部Ｃの方がフッ素濃度の高いＤＬＣ膜４２４が形成される。これにより、ワイピングで削れやすいノズル開口２１に沿う領域Ｂにはフッ素濃度が低く耐擦性の高いＤＬＣ膜４２４が形成され、平坦部Ｃにはフッ素濃度が高く撥液性の高いＤＬＣ膜４２４が形成されたノズルプレート４２０を得ることができる。したがって、耐久性と撥液性とを兼ね備えたノズルプレート４２０の製造方法を提供することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。
（変形例１）
図１１は、変形例１に係るノズルプレートを部分拡大した断面図である。ノズルプレート５２０の構成について図１１を参照して説明する。なお、実施形態１と同一の構成部位については、同一の番号を附し、重複する説明は省略する。
ノズルプレート５２０には、隣り合うノズル開口２１間に、ノズル開口２１に沿う領域Ｂよりもフッ素濃度の低い領域５２５が設けられている。本変形例で示すノズルプレート５２０は、実施形態１で説明したノズルプレート２０に対してフッ素濃度の低い領域５２５が形成されている。図１１に示すように、隣り合うノズル開口２１間には、フッ素含有ＤＬＣ膜２４の膜厚の薄い領域５２５が形成されている。フッ素含有ＤＬＣ膜２４は、フッ素濃度がＤＬＣ膜２４の表面からシリコン基板２２側に向かう方向に低下しているので、領域５２５の膜厚をノズル開口２１に沿う領域Ｂの膜厚よりも薄くすることで、ノズル開口２１に沿う領域Ｂよりもフッ素濃度の低い領域５２５を構成することができる。本変形例では、隣り合うノズル開口２１間を開口させたマスクを介してフッ素含有ＤＬＣ膜２４にレーザーを照射することにより、ノズル開口２１間に膜厚の薄い（フッ素濃度の低い）領域５２５を形成している。
ノズル開口２１に沿う領域Ｂよりもフッ素濃度の低い領域５２５は、領域Ｂよりも高い親液性を有している。また、ノズルプレート５２０に付着したインクは、撥液性の高い領域から親液性の高い領域へ移動しやすい。本変形例のノズル開口２１間には、ノズル開口２１に沿う領域Ｂよりも親液性の高い領域５２５が形成されているので、領域Ｂから領域５２５に亘って付着したインクが、ノズル開口２１内に引き込まれることが抑制される。これにより、ノズル開口２１から液滴を安定して吐出させることができる。
（変形例２）
図１２は、変形例２に係るノズルプレートを部分拡大した断面図である。ノズルプレート６２０の構成について図１２を参照して説明する。なお、実施形態１と同一の構成部位については、同一の番号を附し、重複する説明は省略する。
図１２に示すように、ノズルプレート６２０は、熱酸化膜２３の上にフッ素を含まないＤＬＣ膜２５が形成され、さらに、その上にフッ素を含むＤＬＣ膜２４が形成されている。これにより、ノズルプレート６２０の保護膜として必要な厚さを確保した上で、フッ素含有ＤＬＣ膜２４の膜厚を薄くすることができる。これにより、実施形態１で説明したエージング工程にてフッ素含有ＤＬＣ膜２４を削る量が減るので、エージング工程の作業効率を向上させることができる。さらに、ノズル開口２１に沿う領域ＢにおけるＲ形状が必要以上に大きくなることを抑制することができる。
２Ａ，２Ｂ…カートリッジ、３…キャリッジ、４…装置本体、９…ワイパー、１０…流路形成基板、１２…圧力発生室、１５…連通板、１６…ノズル連通路、１７…第１マニホールド部、１８…第２マニホールド部、１９…供給連通路、２０，４２０，５２０，６２０…ノズルプレート、２０ａ…液体噴射面、２１…ノズル開口、２２…シリコン基板、２３…熱酸化膜、２４…（フッ素含有）ＤＬＣ膜、２５，４２４…ＤＬＣ膜、２９…研磨剤、３０…保護基板、４０…ケース部材、５０…振動板、６０…第１電極、７０…圧電体層、８０…第２電極、９０…リード電極、１００…マニホールド、１２０…駆動回路、２００…液体噴射ヘッド、３００…圧電アクチュエーター、４２４…ＤＬＣ膜、４２５…欠陥部、５２５…領域、Ｉ…液体噴射装置、ＩＩ…ヘッドユニット。

Claims (8)

  1. 複数のノズル開口が設けられたノズルプレートであって、
    前記ノズルプレートの基材にはＤＬＣ膜が設けられ、
    前記ＤＬＣ膜がフッ素を含有し、
    前記ＤＬＣ膜中のフッ素濃度が前記ＤＬＣ膜の表面から前記基材に向かう方向に低下し、
    前記ＤＬＣ膜表面のフッ素濃度よりも前記ノズル開口に沿う領域のフッ素濃度の方が低いことを特徴とするノズルプレート。
  2. 複数のノズル開口が設けられたノズルプレートであって、
    前記ノズルプレートの基材にはＤＬＣ膜が設けられ、
    前記ＤＬＣ膜がフッ素を含有し、
    隣り合う前記ノズル開口間のフッ素濃度が極大値を示す位置からノズル開口に向かってフッ素濃度が漸減していることを特徴とするノズルプレート。
  3. 隣り合う前記ノズル開口間に、前記ノズル開口に沿う領域よりもフッ素濃度の低い領域が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のノズルプレート。
  4. 前記ノズル開口に沿う領域の静的接触角がＨ2Ｏに対して７０°以上であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のノズルプレート。
  5. ノズル開口を有するノズルプレートの基材にフッ素を含有するＤＬＣ膜を形成する成膜工程と、
    前記フッ素を含有するＤＬＣ膜が設けられた前記ノズルプレートの表面をワイプするエージング工程と、を有し、
    前記成膜工程は、フッ素濃度が基材に向かう方向に低下するＤＬＣ膜を形成する工程であり、
    前記エージング工程は前記フッ素を含有するＤＬＣ膜を削る工程であり、前記ノズル開口に沿う領域を、前記フッ素を含有するＤＬＣ膜の表面よりもフッ素濃度が低いように前記ＤＬＣ膜を削ることを特徴とするノズルプレートの製造方法。
  6. ノズル開口を有するノズルプレートの基材にフッ素を含有するＤＬＣ膜を形成する成膜工程と、
    隣り合う前記ノズル開口間にレーザーを照射する欠陥生成工程と、
    前記ノズルプレートを加熱する熱アニール工程と、を有することを特徴とするノズルプレートの製造方法。
  7. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のノズルプレートを具備することを特徴とする液体噴射ヘッド。
  8. 請求項７に記載の液体噴射ヘッドを備えていることを特徴とする液体噴射装置。
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