JP7059604B2 - 液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、液体を吐出する装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、液体を吐出する装置に関する。

液体吐出ヘッドにおいては、液体の流路を形成する流路形成部材などのヘッド構成部材の壁面（表面）に表面処理膜を形成して耐接液性を高めることが行われている。

例えば、流路形成部材の表面に、表面処理膜としてＳｉを含む酸化膜を形成し、酸化膜は不動態膜を形成する遷移金属を含んでいる膜としたものが知られている（特許文献１）。

特許第６１９４７６７号公報

特許文献１に開示の構成においては、表面処理膜と接着剤との接着性の向上と表面処理膜の耐接液性の向上との両立を図ることができるが、表面処理膜と流路形成部材などのヘッド構成部材との密着性が十分でない場合が生じるという課題があることが判明した。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、表面処理膜とヘッド構成部材との密着性の向上を図ることを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る液体吐出ヘッドは、
表面に表面処理膜が形成されたヘッド構成部材を有し、
前記表面処理膜は、Ｓｉを含む酸化膜であり、
前記酸化膜は、不動態膜を形成する遷移金属を含み、
前記表面処理膜は、前記ヘッド構成部材との界面近傍におけるＳｉの含有率が、前記表面処理膜の内部におけるＳｉの含有率より高く、かつ、２０ａｔ％以上であり、
前記Ｓｉの含有率が高い領域の厚みは３～７ｎｍの範囲であり、
前記表面処理膜と、前記ヘッド構成部材との界面におけるＳｉＯ _２ 膜の占有面積率が７０％以上である
構成とした。

本発明によれば、表面処理膜とヘッド構成部材との密着性の向上を図ることができる。

本発明に係る液体吐出ヘッドの第１実施形態のノズル配列方向と直交する方向に沿う断面説明図である。 図１の要部拡大断面説明図である。 同ヘッドノズル配列方向に沿う要部断面説明図である。 本発明の第１実施形態における表面処理膜の説明に供する図１のＡ部に相当する拡大断面説明図である。 同じく図１のＢ部に相当する拡大断面説明図である。 ＡＬＤ法による表面処理膜の理想的な成膜状態の説明に供する模式的説明図である。 ＡＬＤ法による表面処理膜の実際の成膜状態の説明に供する模式的説明図である。 表面処理膜とヘッド構成部材との界面におけるＳｉＯ_２膜の占有面積率と密着力（密着強度）の関係の一例を数値化した説明図である。 同じく図８をグラフ化した説明図である。 表面処理膜とヘッド構成部材との界面におけるＳｉＯ_２膜の占有面積率の違いによるモデルを示す説明図である。 図８の含有元素Ｓｉの含有率と密着強度の関係をグラフ化した説明図である。 本発明の第２実施形態の説明に供する図４と同様な図１のＡ部に相当する拡大断面説明図である。 同じく図５と同様な図１のＢ部に相当する拡大断面説明図である。 本発明の第３実施形態の説明に供する図５と同様な図１のＢ部に相当する拡大断面説明図である。 本発明に係る液体を吐出する装置の一例の要部平面説明図である。 同装置の要部側面説明図である。 本発明に係る液体吐出ユニットの他の例の要部平面説明図である。 本発明に係る液体吐出ユニットの更に他の例の正面説明図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。本発明に係る液体吐出ヘッドの第１実施形態について図１ないし図３を参照して説明する。図１は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向に沿う断面説明図、図２は図１の要部拡大断面説明図、図３は同ヘッドノズル配列方向に沿う要部断面説明図である。

液体吐出ヘッド１００は、ノズル板１と、流路板２と、壁面部材である振動板部材３と、圧力発生素子である圧電素子１１と、保持基板５０と、ＦＰＣなどの配線部材６０と、共通液室部材７０と、カバー部材４５とを備えている。

ここで、流路板２、振動板部材３及び圧電素子１１で構成される部分がアクチュエータ基板２０となる。

ノズル板１には、液体を吐出する複数のノズル４が形成されている。ここでは、ノズル４を配列したノズル列を４列配置した構成としている。

流路板２は、ノズル板１及び振動板部材３とともに、ノズル４が通じる個別液室６、個別液室６に通じる流体抵抗部７、流体抵抗部７が通じる液導入部８を形成している。

この液導入部８は振動板部材３の開口９と保持基板５０の流路となる開口部５１を介して共通液室部材７０で形成される共通液室１０に通じている。

振動板部材３は、個別液室６の壁面の一部を形成する変形可能な振動領域３０を形成している。そして、この振動板部材３の振動領域３０の個別液室６と反対側の面には、振動領域３０と一体的に圧電素子１１が設けられ、振動領域３０と圧電素子１１によって圧電アクチュエータ構成している。

圧電素子１１は、振動領域３０側から下部電極１３、圧電層（圧電体）１２及び上部電極１４を順次積層形成して構成している。この圧電素子１１上には絶縁膜２１が形成されている。

複数の圧電素子１１の共通電極となる下部電極１３は、共通配線１５を介して共通電極電源配線パターン２８に接続されている。なお、下部電極１３は、ノズル配列方向ですべての圧電素子１１に跨って形成される１つの電極層である。

また、圧電素子１１の個別電極となる上部電極１４は、個別配線１６を介して駆動回路部である駆動ＩＣ（以下、「ドライバＩＣ」という。）５００に接続されている。個別配線１６などは絶縁膜２２にて被覆されている。

ドライバＩＣ５００は、圧電素子列の列間の領域を覆うようにアクチュエータ基板２０にフリップチップボンディングなどの工法により実装されている。

アクチュエータ基板２０に搭載されたドライバＩＣ５００は、駆動波形（駆動信号）が供給される個別電極電源配線パターン２９と接続されている。

配線部材６０に設けられた配線が、ドライバＩＣ５００と電気的に接続されており、配線部材６０の他端側は装置本体側の制御部に接続される。

そして、アクチュエータ基板２０の振動板部材３側には、アクチュエータ基板２０上の圧電素子１１を覆っている保持基板５０が接着剤で接合されている。

保持基板５０には、共通液室１０と個別液室６側を通じる流路の一部となる開口部５１と、圧電素子１１を収容する凹部５２と、ドライバＩＣ５００を収容する開口部５３が設けられている。開口部５１は、ノズル配列方向に亘って延びるスリット状の貫通穴であり、ここでは共通液室１０の一部を構成している。

この保持基板５０は、アクチュエータ基板２０と共通液室部材７０との間に介在し、共通液室１０の壁面の一部を形成している。

共通液室部材７０は、各個別液室６に液体を供給する共通液室１０を形成する。なお、共通液室１０は４つのノズル列に対応してそれぞれ設けられ、外部から所要の色の液体が供給される。

共通液室部材７０には、ダンパ部材９０が接合されている。ダンパ部材９０は、共通液室１０の一部の壁面を形成する変形可能なダンパ９１と、ダンパ９１を補強するダンパプレート９２とを有している。

共通液室部材７０はノズル板１の外周部及び保持基板５０と接着剤で接合され、アクチュエータ基板２０及び保持基板５０を収容して、このヘッドのフレームを構成している。

そして、ノズル板１の周縁部及び共通液室部材７０の外周面の一部を覆うカバー部材４５を設けている。

この液体吐出ヘッド１００においては、ドライバＩＣ５００から圧電素子１１の上部電極１４と下部電極１３の間に電圧を与えることで、圧電層１２が電極積層方向、すなわち電界方向に伸張し、振動領域３０と平行な方向に収縮する。これにより、振動領域３０の下部電極１３側に引っ張り応力が発生し、振動領域３０が個別液室６側に撓み、内部の液体を加圧することで、ノズル４から液体が吐出される。

次に、本発明の第１実施形態における表面処理膜について図４及び図５を参照して説明する。図４は図１のＡ部に相当する拡大断面説明図、図５は図１のＢ部に相当する拡大断面説明図である。

本実施形態においては、ノズル板１、流路板２、振動板部材３、保持基板５０などの液体の流路を形成している流路形成部材がヘッド構成部材２００となる。

例えば、図４に示すように、保持基板５０の開口部５１の壁面には表面処理膜１１２が形成されている。また、図５に示すように、流路板２の個別液室６の壁面などの流路壁面、ノズル板１の両面にも表面処理膜１１２が形成されている。また、ノズル４の壁面にも表面処理膜１１２を形成できる。

また、図５に示すように、ノズル板１と流路板２とは接着剤２０１によって接合されている。

ここで、表面処理膜１１２は、Ｓｉを含む酸化膜であり、酸化膜は、不動態膜を形成する遷移金属を含んでいる。

表面処理膜１１２は、耐液信頼性が高く、不動態膜を形成する遷移金属種と接着剤２０１との接着性を向上させるＳｉの複合酸化膜となっている。

接着剤２０１は、有機物の薄膜であるため、水分を透過する。そのため、表面処理膜１１２が耐液体信頼性を持たない場合、液体が接着剤２０１を介して、表面処理膜１１２を腐食させてしまい、接着剤２０１ごと剥離してしまう。

しかし、上記遷移金属種は、安定した酸化物を形成することができるので、水溶液中でも安定した状態を保てることで、液体に対して耐性を持つことができる。

また、Ｓｉを含む酸化膜は、接着剤２０１中に含まれるアニオン系の硬化剤、シランカップリング剤と相性が良く、表面処理膜１１２と接着剤２０１との接着性を向上させる。

このように、ヘッド構成部材２００の表面には、表面処理膜１１２が形成され、表面処理膜１１２は、Ｓｉを含む酸化膜であり、酸化膜は、不動態膜を形成する遷移金属を含んでいる構成としている。これにより、表面処理膜１１２と接着剤２０１との界面の接着性の向上及び耐液体信頼性の向上の両立を図ることができる。

つまり、ＳｉＯ_２を含むことで、部材との密着性が高く、かつ接着剤との接着性も、アミン系硬化剤やシランカップリング剤を用いることで耐水性の高い接着力を確保できる。また、不動態膜を形成することで、表面処理膜１１２は、表面に安定した耐腐食性膜が形成されるため、液体に触れても、長期的に安定する。

また、遷移金属は、ｄ軌道ないしｆ軌道などの内殻軌道に空位の軌道を持つことで、複数の酸化数を取ることができる。そのため、表面処理膜１１２に遷移金属種を含むことにより、膜全体の酸化数への対応性が増すことで酸素原子の過不足への許容幅が広くなり、膜中の酸素数の欠損や過剰に対して高い安定性を示す。

遷移金属を含まない場合には、酸素原子の過不足による表面処理膜１１２の欠陥が生じ、欠陥はエネルギー状態が高いため溶解が起こり易くなる。これに対し、遷移金属を含むことで、表面処理膜の欠陥を低減でき、酸化膜の安定度が上昇し、液体への溶解性を低減することができる。

このような遷移金属の中でも、バルブメタルのような不動態膜を形成する金属を用いると、表面処理膜１１２の溶解性をより低減させることができる。

不動態膜を形成する金属としては、酸化数への対応性が高い遷移金属であるタンタル、ニオブ、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、タングステンが好ましい。

また、タンタル、ニオブ、ハフニウム、ジルコニウムは、接触する液体のｐＨが酸性、アルカリ性に関わらず、非常に安定した酸化膜を形成するので、酸性、アルカリ性によらず状態を保つことができるという利点がある。

言い換えれば、表面処理膜１１２は、不動態膜を形成する第４族及び第５族属遷移金属を含んでいることが好ましい。不動態膜を形成する第４族及び第５族遷移金属は第４族であるＳｉと似た電子軌道を持っており、ＳｉＯ_２膜に導入することで、Ｓｉと前記金属種とがＯを介して、強く結合することができ、膜の充填性が向上し密な膜を形成できる。

そして、充填性向上に加えて、Ｓｉ－Ｏ結合によって、強固な結合を表面処理膜１１２中に存在させることで、液体に接触した際の腐食反応を抑制することができる。これにより、液体に耐性をもった酸化膜を形成でき、十分な耐性を確保し、ヘッドの信頼性を向上できる。

この場合、不動態膜を形成する第４族及び第５族遷移金属としては、Ｈｆ、Ｔａ、Ｚｒのうち、少なくとも１種以上を含んでいることが好ましい。

Ｈｆ、Ｔａ、Ｚｒのうち、少なくとも１種以上をＳｉＯ_２膜に導入することで、遷移金属種は非常に強くＯと結合し、不動態膜を形成する。この時、膜の充填性向上に加えて、不動態膜の機能を表面処理膜１１２中に存在させることで、酸性、アルカリ性両方の液体に接触した際の腐食反応を強く抑制することができる。これにより、酸性やアルカリ性の液体に耐性をもった酸化膜を形成できる。

また、表面処理膜１１２は、完全に酸化されていることが好ましい。これにより、表面処理膜１１２の結晶構造がアモルファスになり、液体に晒された際に、腐食が発生しやすい結晶の粒界が殆ど存在せず、液体に対して高い耐性を示すことができる。

また、表面処理膜１１２において、遷移金属は膜中に２ａｔ％以上含まれていることが好ましい。これにより、表面処理膜１１２の密度が確実に向上し、液体への耐性が向上する。

次に、表面処理膜１１２を成膜する工法としてのＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法について説明する。特に、表面処理膜１１２を形成する基材となるヘッド構成部材が加熱処理で変形するような材料で形成されているときには、１６０℃以下、特に１２０℃以下でのＡＬＤ法で表面処理膜１１２を成膜することが好ましい。

ＡＬＤ法は、原子１層毎に成膜反応を完了させる形式であるので、通常のＣＶＤ法や蒸着法に比べて、非常に緻密で欠陥の少ない膜を作ることができる。また、部材へのガスの吸着が可能な箇所には成膜が可能なため、垂直壁やエッジ部がある部材にも均一に成膜することができる。

また、ヘッド構成部材２００は、接合面以外の液体に接する面も表面処理膜１１２でコーティングすることが好ましい。このような構成にすることによって、耐接液性の低い部品や接着性向上材料は溶出しにくくなり、よって信頼性の高い構成を提供することができる。

また、流路形成部材としての振動板部材３の表面に表面処理膜１１２を成膜するとき、振動板１０５の動作特性に影響を与えるような厚い膜であることは好ましくない。したがって、表面処理膜１１２は、少なくとも２００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以下である。

次に、ＡＬＤ法による表面処理膜の成膜状態について図６及び図７を参照して説明する。図６及び図７は同説明に供する模式的説明図である。

ＡＬＤ法によって表面処理膜１１２を成膜する場合、ＡＬＤ法では１分子毎にデジタル的に成膜することができる。したがって、図６（ａ）に示すように、Ｓｉ基板からなるヘッド構成部材２００の表面に１サイクル目でＴａ_２Ｏ_５膜１１２ｔを成膜し、図６（ｂ）に示すように、２サイクル目でＳｉＯ_２膜１１２ｓを成膜する場合、１分子層毎の膜として均一に成膜されて積層されるのが理想的である。

ところが、実際には、表面エネルギーのバラツキなどによって、均一の膜ではなく、島状に成膜されていることが判明した。つまり、図７（ａ）に示すように、ヘッド構成部材２００の表面に１サイクル目でＴａ_２Ｏ_５膜を成膜したとき、Ｔａ_２Ｏ_５膜が島状に成膜され、図７（ｂ）に示すように、２サイクル目でＳｉＯ_２膜を成膜したとき、ＳｉＯ_２膜も島状に成膜されて１サイクル目のＴａ_２Ｏ_５膜の間に入り込む部分が生じる。

したがって、表面処理膜１１２は、ヘッド構成部材２００との界面において、島状に成膜されたＴａ_２Ｏ_５膜１１２ｔとＳｉＯ_２膜１１２ｓとが混在している状態になる。

ここで、表面処理膜１１２のヘッド構成部材２００との密着性（密着力）は、表面処理膜１１２とヘッド構成部材２００との界面におけるＴａ_２Ｏ_５膜とＳｉＯ_２膜との接触面積比に依存する。

そこで、ヘッド構成部材２００と表面処理膜１１２との界面におけるＳｉＯ_２膜の占有面積率と、ヘッド構成部材２００と表面処理膜１１２との界面における密着力（密着強度）の関係について図８及び図９を参照して説明する。図８は同関係の一例を数値化した説明図、図９は図８をグラフ化した説明図である。

これらの図８及び図９から分かるように、表面処理膜１１２のヘッド構成部材２００に対する密着性は、表面処理膜１１２とヘッド構成部材２００との界面におけるＴａ_２Ｏ_５膜とＳｉＯ_２膜の接触面積比に依存している。そして、表面処理膜１１２とヘッド構成部材２００との界面におけるＳｉＯ_２膜の占有面積率が７０％以上になると密着力が急激に上昇する。

次に、表面処理膜１１２とヘッド構成部材２００との界面におけるＳｉＯ_２膜の占有面積率、Ｓｉの含有率と密着力の関係について図１０及び図１１を参照して説明する。図１０は表面処理膜１１２とヘッド構成部材２００との界面におけるＳｉＯ_２膜の占有面積率の違いによるモデルを示す説明図である。図１１は図８の含有元素Ｓｉの含有率と密着強度の関係をグラフ化した説明図である。

図１０（ａ）に示すように、表面処理膜１１２とヘッド構成部材２００との界面において、表面処理膜１１２のＳｉＯ_２膜１１２ｓの占有面積率が低いときには、界面におけるＳｉ含有率は少なくなる。これに対し、図１０（ｂ）に示すように、表面処理膜１１２とヘッド構成部材２００との界面において、表面処理膜１１２のＳｉＯ_２膜１１２ｓの占有面積率が高いときには、界面におけるＳｉ含有率が多くなる。

なお、「含有率」は、Ｓｉの物質量（ｍｏｌ）とＴａの物質量（ｍｏｌ）とＯの物質量（ｍｏｌ）の合計の物質量に対するＳｉの物質量（ｍｏｌ）を百分率で表した値である。また、「占有面積率」は、表面処理膜のヘッド構成部材との界面近傍における、ＳｉＯ_２の占有面積とＴａ_２Ｏ_５の占有面積の合計に対するＳｉＯ_２の占有面積を百分率で表した値である。

そして、Ｔａ_２Ｏ_５よりもＳｉＯ_２の方がＳｉ基板からなるヘッド構成部材２００との密着力が高いので、図１１に示すように、ヘッド構成部材２００との界面における表面処理膜１１２のＳｉの含有率を高くすることによって、密着力が向上する。

具体的には、図１１を参照して、ヘッド構成部材２００との界面における表面処理膜１１２のＳｉの含有率が２０ａｔ％程度までは、比較的低い密着力であるが、２０ａｔ％以上になれば密着力が高くなり、特に、２５ａｔ％以上では高い密着力に安定する。

また、ヘッド構成部材２００との界面における表面処理膜１１２のＴａの含有率は、１０ａｔ％以下が好ましい。

ここで、Ｓｉの含有率約３３ａｔ％であるとき、ヘッド構成部材２００の表面と接しているのは、ＳｉＯ_２のみ（ＳｉＯ_２が１００％）となる。

そこで、図４及び図５を参照して、表面処理膜１１２は、ヘッド構成部材２００との界面近傍領域１１２ａにおけるＳｉ含有率を２０％以上とすることによって、表面処理膜１１２のヘッド構成部材２００に対する密着性が向上して、表面処理膜１１２がヘッド構成部材２００から剥離することを防止できる。

一方、表面処理膜１１２は耐接液性を確保する必要があるので、表面処理膜１１２の内部においては、Ｓｉの含有率を界面近傍領域１１２ａにおける含有率（２０ａｔ％以上）よりも少なくする。例えば、表面処理膜１１２の内部におけるＳｉの含有率は、１０～１５ａｔ％程度の範囲内とすることが好ましい。また、表面処理膜１１２の内部におけるＴａの含有率は、１５ａｔ％以上が好ましい。

ここで、表面処理膜１１２のＳｉ含有率をＡＬＤ法で変化させるには、通常は、ＳｉＯ_２膜を成膜するステップの次にＴａ_２Ｏ_５膜の成膜ステップを行い、各膜を１ステップずつ交互に成膜するが、Ｓｉ含有率を大きくする場合は、ＳｉＯ_２膜の成膜を連続して複数ステップ処理すればよい。

また、Ｓｉ含有率は、複数ステップの回数を変えることによって調整できる。

また、表面処理膜１１２のＳｉ含有率を内部より高くする領域（界面近傍領域１１２ａ）は、ヘッド構成部材２００との界面から１～１０ｎｍの厚み範囲とすることが、内部の耐接液性との関係で好ましい。さらに、表面処理膜１１２の剥離防止と耐液性の確保との両立を図る上では、ヘッド構成部材２００との界面から５ｎｍ程度（３～７ｎｍ）の厚み範囲のＳｉ含有率を内部より高く、２０ａｔ％以上とすることがより好ましい。

このように、表面処理膜１１２の厚さ方向でＳｉの含有率を変化させることにより、表面処理膜１１２は、ヘッド構成部材２００との界面近傍におけるＳｉの割合が、表面処理膜１１２の内部におけるＳｉの含有率より高く、かつ、２０ａｔ％以上である構成とする。

これにより、ヘッド構成部材２００との密着性を向上してヘッド構成部材２００からの剥離を防止し、耐接液性の向上も図ることができる。

なお、ここでは、表面処理膜１１２に含まれる不動態膜を形成する遷移金属がＴａの例で説明しているが、不動態膜を形成する遷移金属として、Ｚｒ、その他の第４族及び第５族遷移金属を含んでいる表面処理膜についても、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

次に、本発明の第２実施形態における表面処理膜について図１２及び図１３を参照して説明する。図１２は図４と同様な図１のＡ部に相当する拡大断面説明図、図１３は図５と同様な図１のＢ部に相当する拡大断面説明図である。

表面処理膜１１２は、ヘッド構成部材２００との界面近傍に、表面処理膜１１２の内部よりもＳｉの含有率が高く、かつ、２０ａｔ％以上である層１１２Ａを有している。そして、このＳｉの含有率が高い層１１２Ａ以外の表面処理膜１１２の内部を含む領域は、耐接液性を向上するためにＳｉの含有率を例えば７～２０ａｔ％とする層１１２Ｂとしている。

これにより、前記第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

次に、本発明の第３実施形態における表面処理膜について図１４を参照して説明する。図１４は図５と同様な図１のＢ部に相当する拡大断面説明図である。

表面処理膜１１２は、ヘッド構成部材２００との界面と反対側の表面にも、表面処理膜１１２の内部よりもＳｉの含有率が高く、かつ、２０ａｔ％以上である層１１２Ｃを有している。

つまり、表面処理膜１１２の両面に、内部よりもＳｉの含有率の高い層１１２Ａ、１１２Ｃを形成し、層１１２Ａ、１１２Ｃ以外の表面処理膜１１２の内部を含む領域は、耐接液性を向上するためにＳｉの含有率を例えば７～２０ａｔ％とする層１１２Ｂとしている。

この場合、表面処理膜１１２は、流路板２とノズル板１とを接合する接着剤２０１とも接し、表面処理膜１１２と接着剤２０１との密着性もヘッド品質に影響を与える。同様に、アクチュエータ基板２０と保持基板５０も接着剤で接合されており、この部分の表面処理膜１１２と接着剤との密着性もヘッド品質に影響を与える。

また、ノズル板１の吐出面１ａ側には表面処理膜１１２が形成され、表面処理膜１１２の表面に撥液膜８０が成膜されており、表面処理膜１１２と撥液膜８０との密着性を確保する必要がある。表面処理膜１１２と撥液膜８０との密着においても、シロキサン結合（Ｏ－Ｓｉ-Ｏ結合）が最も密着性が高くなる。

したがって、表面処理膜１１２の両面に、内部よりもＳｉの含有率の高い層１１２Ａ、１１２Ｃを形成することで、表面処理膜１１２と接着剤２０１、あるいは、表面処理膜１１２と撥液膜８０との密着性も向上することができる。

なお、Ｓｉの含有率が２０ａｔ％以上である層１１２Ａ、１１２Ｃの厚みは同じでも、異なってもよい。

次に、本発明に係る液体を吐出する装置の一例について図１５及び図１６を参照して説明する。図１５は同装置の要部平面説明図、図１６は同装置の要部側面説明図である。

この装置は、シリアル型装置であり、主走査移動機構４９３によって、キャリッジ４０３は主走査方向に往復移動する。主走査移動機構４９３は、ガイド部材４０１、主走査モータ４０５、タイミングベルト４０８等を含む。ガイド部材４０１は、左右の側板４９１Ａ、４９１Ｂに架け渡されてキャリッジ４０３を移動可能に保持している。そして、主走査モータ４０５によって、駆動プーリ４０６と従動プーリ４０７間に架け渡したタイミングベルト４０８を介して、キャリッジ４０３は主走査方向に往復移動される。

このキャリッジ４０３には、本発明に係る液体吐出ヘッド４０４及びヘッドタンク４４１を一体にした液体吐出ユニット４４０を搭載している。液体吐出ユニット４４０の液体吐出ヘッド４０４は、例えば、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色の液体を吐出する。また、液体吐出ヘッド４０４は、複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配置し、吐出方向を下方に向けて装着している。

液体吐出ヘッド４０４の外部に貯留されている液体を液体吐出ヘッド４０４に供給するための供給機構４９４により、ヘッドタンク４４１には、液体カートリッジ４５０に貯留されている液体が供給される。

供給機構４９４は、液体カートリッジ４５０を装着する充填部であるカートリッジホルダ４５１、チューブ４５６、送液ポンプを含む送液ユニット４５２等で構成される。液体カートリッジ４５０はカートリッジホルダ４５１に着脱可能に装着される。ヘッドタンク４４１には、チューブ４５６を介して送液ユニット４５２によって、液体カートリッジ４５０から液体が送液される。

この装置は、用紙４１０を搬送するための搬送機構４９５を備えている。搬送機構４９５は、搬送手段である搬送ベルト４１２、搬送ベルト４１２を駆動するための副走査モータ４１６を含む。

搬送ベルト４１２は用紙４１０を吸着して液体吐出ヘッド４０４に対向する位置で搬送する。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。吸着は静電吸着、あるいは、エアー吸引などで行うことができる。

そして、搬送ベルト４１２は、副走査モータ４１６によってタイミングベルト４１７及びタイミングプーリ４１８を介して搬送ローラ４１３が回転駆動されることによって、副走査方向に周回移動する。

さらに、キャリッジ４０３の主走査方向の一方側には搬送ベルト４１２の側方に液体吐出ヘッド４０４の維持回復を行う維持回復機構４２０が配置されている。

維持回復機構４２０は、例えば液体吐出ヘッド４０４のノズル面（ノズルが形成された面）をキャッピングするキャップ部材４２１、ノズル面を払拭するワイパ部材４２２などで構成されている。

主走査移動機構４９３、供給機構４９４、維持回復機構４２０、搬送機構４９５は、側板４９１Ａ，４９１Ｂ、背板４９１Ｃを含む筐体に取り付けられている。

このように構成したこの装置においては、用紙４１０が搬送ベルト４１２上に給紙されて吸着され、搬送ベルト４１２の周回移動によって用紙４１０が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ４０３を主走査方向に移動させながら画像信号に応じて液体吐出ヘッド４０４を駆動することにより、停止している用紙４１０に液体を吐出して画像を形成
する。

このように、この装置では、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているので、高画質画像を安定して形成することができる。

次に、本発明に係る液体吐出ユニットの他の例について図１７を参照して説明する。図１７は同ユニットの要部平面説明図である。

この液体吐出ユニットは、前記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４０３と、液体吐出ヘッド４０４で構成されている。

なお、この液体吐出ユニットの例えば側板４９１Ｂに、前述した維持回復機構４２０、及び供給機構４９４の少なくともいずれかを更に取り付けた液体吐出ユニットを構成することもできる。

次に、本発明に係る液体吐出ユニットの更に他の例について図１８を参照して説明する。図１８は同ユニットの正面説明図である。

この液体吐出ユニットは、液体供給部材である流路部品４４４が取付けられた液体吐出ヘッド４０４と、流路部品４４４に接続されたチューブ４５６で構成されている。

なお、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４０４と電気的接続を行うコネクタ４４３が設けられている。

本願において、吐出される液体は、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。

液体を吐出するエネルギー発生源として、圧電アクチュエータ（積層型圧電素子及び薄膜型圧電素子）、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いるサーマルアクチュエータ、振動板と対向電極からなる静電アクチュエータなどを使用するものが含まれる。

「液体吐出ユニット」は、液体吐出ヘッドに機能部品、機構が一体化したものであり、液体の吐出に関連する部品の集合体が含まれる。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、液体吐出ユニットとして、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。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、液体吐出ヘッドを走査移動機構の一部を構成するガイド部材に移動可能に保持させて、液体吐出ヘッドと走査移動機構が一体化されているものがある。また、液体吐出ヘッドとキャリッジと主走査移動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、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、ヘッドタンク若しくは流路部品が取付けられた液体吐出ヘッドにチューブが接続されて、液体吐出ヘッドと供給機構が一体化されているものがある。このチューブを介して、液体貯留源の液体が液体吐出ヘッドに供給される。

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。

「液体を吐出する装置」には、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が含まれる。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。

なお、本願の用語における、画像形成、記録、印字、印写、印刷、造形等はいずれも同義語とする。

１ ノズル板
２ 流路板
３ 振動板部材
４ ノズル
１０ 共通液室
２０ アクチュエータ基板
５０ 保持基板
１００ 液体吐出ヘッド
１１２ 表面処理膜
２００ ヘッド構成部材
４０３ キャリッジ
４０４ 液体吐出ヘッド
４４０ 液体吐出ユニット

Claims (12)

1. 表面に表面処理膜が形成されたヘッド構成部材を有し、
   前記表面処理膜は、Ｓｉを含む酸化膜であり、
   前記酸化膜は、不動態膜を形成する遷移金属を含み、
   前記表面処理膜は、前記ヘッド構成部材との界面近傍におけるＳｉの含有率が、前記表面処理膜の内部におけるＳｉの含有率より高く、かつ、２０ａｔ％以上であり、
   前記Ｓｉの含有率が高い領域の厚みは３～７ｎｍの範囲であり、
   前記表面処理膜と、前記ヘッド構成部材との界面におけるＳｉＯ _２ 膜の占有面積率が７０％以上である
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記表面処理膜は、前記ヘッド構成部材との界面近傍における前記遷移金属の含有率が、１０ａｔ％以下である
   ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記表面処理膜の内部におけるＳｉの含有率が、１０ａｔ％以上１５ａｔ％以下である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記表面処理膜の内部における前記遷移金属の含有率が、１５ａｔ％以上である
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記表面処理膜は、前記ヘッド構成部材との界面とは反対側の表面におけるＳｉの含有率が、前記表面処理膜の内部におけるＳｉの含有率より高く、かつ、２０ａｔ％以上である
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記表面処理膜は、第４族又は第５族から選ばれる遷移金属を少なくとも一種以上含んでいる
   ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記ヘッド構成部材は、液体の流路を形成する流路形成部材である
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記流路形成部材は、他のヘッド構成部材と接着剤で接合されている
   ことを特徴とする請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記ヘッド構成部材は、液体を吐出するノズル板であり、
   前記ノズル板の吐出面に前記表面処理膜が形成され、
   前記表面処理膜の表面に撥液膜が形成されている
   ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
10. 請求項１ないし９のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを含むことを特徴とする液体吐出ユニット。
11. 前記液体吐出ヘッドに供給する液体を貯留するヘッドタンク、前記液体吐出ヘッドを搭載するキャリッジ、前記液体吐出ヘッドに液体を供給する供給機構、前記液体吐出ヘッドの維持回復を行う維持回復機構、前記液体吐出ヘッドを主走査方向に移動させる主走査移動機構の少なくともいずれか一つと前記液体吐出ヘッドとを一体化した
    ことを特徴とする請求項１０に記載の液体吐出ユニット。
12. 請求項１ないし９のいずれかに記載の液体吐出ヘッド、請求項１０若しくは１１に記載の液体吐出ユニットを備えている
    ことを特徴とする液体を吐出する装置。

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