(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク吐出のためのノズル孔が穿設され、表面に金属とフッ素系高分子とから形成されるフッ素系高分子共析メッキが被覆されたノズルプレートを有し、所定時において前記ノズルプレートの表面をキャップにより封止されるインクジェット記録ヘッドであって、
前記ノズルプレートには、前記キャップのノズルプレートと接触するキャップゴムが当接する部位に前記複数のノズル孔を囲うよう環状の共析メッキ未処理部が形成されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項２】
複数のノズル孔は列状に複数列設されており、前記環状の共析メッキ未処理部と連なって、ノズル列間に所定の幅で帯状の共析メッキ未処理部がさらに形成されていることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】
前記共析メッキ未処理部の一部およびすべてがノズルプレート表面に対し凹状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】
インク吐出のためのノズル孔が穿設され、表面に金属とフッ素系高分子とから形成されるフッ素系高分子共析メッキが被覆されたノズルプレートを有するインクジェット記録ヘッドと、この記録ヘッドの前記ノズル孔を覆うように選択的に密着可能なキャップ部材とを有するインクジェット記録装置であって、
前記ノズルプレートには、前記キャップ部材と当接する部位に前記ノズル孔を囲うよう環状の共析メッキ未処理部が形成されており、
非印字時に前記共析メッキ未処理部の一部に当接する多孔質部材を前記キャップ部材内に設けた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】
【産業上の利用分野】
本発明は、インク滴を飛翔させて記録媒体上に画像を形成するインクジェット記録ヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット記録装置において、インクノズル周縁部に不均一なインクの溜りがあると、吐出するインク滴が正規の飛翔方向から離脱したり、さらには上記インク溜りによりインク滴形成時のメニスカスの安定性が低下して吐出異常になり良好な記録が行えなくなる。さらに印字品質を向上するために、単位当りのインクノズル数を多くしてドット密度を高める場合、これに応じてインク滴、インクノズルは小さくなり、インクノズル間距離は狭くなる。したがって、インクノズル周縁部における不均一なインクの溜りの影響はより受けやすい。また、高速印字を実現するために、高周波数で駆動する場合も同様に上記影響を受けやすい。
【０００３】
そのため、インクノズルの周縁部にインクを弾く撥水性を有した表面処理を施して上述の問題を解決し、安定したインク滴の吐出を得ようとする提案が数多く報告されている。特開平５−１１６３２７号公報に、ステンレス製ノズルプレートにニッケル金属イオンとフッ素系高分子の粒子を分散させた電解液の中に浸漬し、ついで該フッ素系高分子の融点以上の温度で加熱して、前記ノズルプレートの該当する部位にフッ素系高分子共析メッキの撥水性の皮膜を設けて濡れが生じるのを抑えるようにした技術が示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ノズルでのインク目詰まりによる吐出不良を防いだり、吐出不能時に回復させる手段としてキャップを用いることが一般に行われており、キャップの材質及びインクの種類によっては、前記共析メッキの皮膜がキャップゴムとの当接部分で腐食し、それが進行してノズル近傍まで達し撥水性を損なうことがある。
【０００５】
腐食は共析メッキの孔食という形態で発生するが、水溶液中で保護皮膜をもち、環境中に十分の濃度のハロゲンイオン（実際上、塩化物イオン）が存在すると、局部的な皮膜貫通がおこりうる状態となる。しかも、このとき金属の電極電位が孔食電位より貴であると、皮膜貫通部分は食孔として成長を続けるようになる。
【０００６】
実際に、塩素元素を含むゴムの材質はその傾向が著しく、ブチル、塩素化ブチルゴムが相当する。反面、ブチルゴムは気密性及び耐薬品性に優れ、インクジェット記録装置に広く使用されている。インク中にも塩化物イオンは十分含まれているが、キャップとの繰り返しの密着動作のほうが支配的であった。
【０００７】
また、ノズル部を保護する目的でノズル面を凹部に形成するためにノズルプレート表面に１０〜２０μ厚の金属メッキを形成した後、前記共析メッキを被覆した場合では、下地のメッキまで腐食が進行して、キャップのシール性が確保できないという事態にもなる。
【０００８】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、長期において信頼性のあるノズルプレートを有するインクジェット記録ヘッドを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１の発明は、インク吐出のためのノズル孔が穿設され、表面に金属とフッ素系高分子とから形成されるフッ素系高分子共析メッキが被覆されたノズルプレートを有し、所定時においてノズルプレートの表面をキャップにより封止されるインクジェット記録ヘッドであって、ノズルプレートには、キャップのノズルプレートと接触するキャップゴムが当接する部位に複数のノズル孔を囲うよう環状の共析メッキ未処理部が形成されていることを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１の発明において、複数のノズル孔は列状に複数列設されており、環状の共析メッキ未処理部と連なって、ノズル列間に所定の幅で帯状の共析メッキ未処理部がさらに形成されていることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、共析メッキ未処理部の一部およびすべてがノズルプレート表面に対し凹状に形成されていることを特徴とする。
請求項４の発明は、インク吐出のためのノズル孔が穿設され、表面に金属とフッ素系高分子とから形成されるフッ素系高分子共析メッキが被覆されたノズルプレートを有するインクジェット記録ヘッドと、この記録ヘッドの前記ノズル孔を覆うように選択的に密着可能なキャップ部材とを有するインクジェット記録装置であって、ノズルプレートには、キャップ部材と当接する部位にノズル孔を囲うよう環状の共析メッキ未処理部が形成されており、非印字時に共析メッキ未処理部の一部に当接する多孔質部材をキャップ部材内に設けたことを特徴とする。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明の第１実施例であるインクジェト記録装置におけるノズルプレートの構造の平面図を示す。また図２はそのノズルプレートの製造工程を示したものである。
【００１２】
はじめに、図２によりこのノズルプレートの製造方法について説明する。図において符号１で示したノズルプレート１はステンレス鋼で形成されていて、裏面２側に大きく開口した漏斗状部分３と、表面４側に狭く開口したオリフィス部分５とからなる複数のノズル孔６が設けられている。
【００１３】
ノズルプレート１の表裏両面にドライフィルムレジスト７ａ、７ｂをラミネートする。そしてつぎに、この上をマスク部材８ａ、８ｂで覆って、ノズルプレート１の裏面２の漏斗状部分３とその周囲部分９以外の部分及び図１に示す如く複数のノズル孔６を囲うようノズルプレート１表面４の環状の共析メッキ未処理部を露光し、現像除去することで共析メッキ未処理部のマスキング層１０ａ、１０ｂが形成される。
【００１４】
このようにしてマスキング層１０ａ、１０ｂが形成されたノズルプレート１は、一旦酸で洗浄したの上、ニッケルイオンとポリテトラフルオエチレン等の撥水性高分子樹脂を電荷により分散させた電解液中に浸漬し、ついで、電解液を攪拌しながらその表面に共析メッキ１１を施す。
【００１５】
この共析メッキ処理に使用されるフッ素系高分子としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリパ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を単独及び混合したものが用いられる。
【００１６】
これにより、ポリテトラフルオロエチレンの粒子は、ニッケルイオンを媒介としてマスキング層１０ａ、１０ｂで被覆されていないノズルプレート１の表裏面とノズル孔６の内面に均一の層となって付着する。共析メッキの方法としては、インクジェット記録用インク中にはＬｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｃｌ−、ＳＯ４２−、ＳＯ３２−、ＮＯ３−、ＮＯ２−等のイオンが不純物として混入しているため、これらのイオン種の影響を受けにくくかつ耐久性の高い電解法が適している。
【００１７】
つぎに、マスキング層１０ａ、１０ｂを剥離液にて溶融除去する。つぎに、ノズルプレート１に荷重を加えて反りの発生を抑えながら、これをポリテトラフルオロエチレンの融点以上の温度、例えば、３５０℃以上の温度で加熱する。この時の荷重は、０．９８Ｎ／ｃｍ２以上、好ましくは、４．９Ｎ／ｃｍ２の圧力をかけるとよい。
【００１８】
これにより、ポリテトラフルオロエチレンの粒子は、マスキング層１０ａ、１０ｂで被覆されていないノズルプレート１の表裏面とノズル孔６の内面に融着し、そこに平滑でしかも硬度の大なる撥インク性のメッキ皮膜１２を形成する。
【００１９】
フッ素系高分子共析メッキ層は、膜厚が薄すぎるとインク吐出口を有する面の撥インク性が不十分となり、厚すぎるとインク吐出口の径の精度へ影響がでるから、メッキ層の膜厚は１〜１０μｍの範囲に抑えるように制御する。また、メッキ層中のフッ素系高分子の共析量は、メッキ層中１０〜５０ｖｏｌ％になるようにすることが好ましい。
【００２０】
さらにノズルプレート１の裏面２に図示しないインク流路の形成された基体を接合することにより、インクジェット記録ヘッドの形成される。
【００２１】
このように、ノズルプレート１の表面４とノズル孔６の内面に形成された共析メッキ皮膜１２は撥インク性が高いために、インクがノズル孔周縁部に不均一なインク溜りとなって残ることはない。したがって、吐出するインク滴が正規の飛翔方向から離脱したり、さらには上記インク溜りによりインク滴形成時のメニスカスの安定性が低下することもないため、安定して、高周波数での記録書き込みを可能にする。
【００２２】
ノズルプレートには図１で示すとおり、キャップゴムが当接する部位に複数のノズル孔６を囲うよう環状の共析メッキ未処理部１３が形成されていて、安定したステンレス鋼面のためインク介在下でのキャップゴムとの繰り返しの密着動作によって腐食が発生することはない。したがって、キャップゴムとの密着性が損なわれることはなく、信頼性の高いシール性を確保できる。また、キャップゴムとの密着部に発生した腐食がトリガーとなってノズル近傍の撥水を低下させることもないため、長期にわたって高い撥インク性を維持することが可能となる。
【００２３】
図３は本発明の第２の実施例を示すものである。ノズルプレートの製造方法は第１の実施例と同様であり、図中のノズルプレート１表面の共析メッキ皮膜１２及び未処理部１３ａ、１３ｂのパターンをフォトリソにより形成する。
【００２４】
複数のノズル孔６を有するノズル列１４は３列あり、カラー色のイエロー、マゼンタ、シアンのインクを吐出するように割り当てられている。そのノズル列１４間に、共析メッキ未処理部１３ｂがキャップゴムが当接する共析メッキ未処理部１３ａに連なる構成で帯状に形成されている。したがって、第１の実施例と同様、キャップゴムが当接する部位には図示の如く複数のノズル孔６を有する３列のノズル列１４を囲うよう環状の共析メッキ未処理部１３が形成されていて、安定したステンレス鋼面のためインク介在下でのキャップゴムとの繰り返しの密着動作によって腐食が発生することはない。したがって、キャップゴムとの密着性が損なわれることはない。
【００２５】
また、このようなカラーヘッドの場合、ノズルプレート１表面に付着した付着物及び残インクを除去するために弾性体のクリーニング部材で摺擦するとき、特に、ノズル列の並び方向へ摺擦するとき、その動作により残インク及び先行して当たるノズル列のノズルから引き出したインクが、それ以降のノズル列へ達する。ノズル部ではそのインクメニスカスを安定に保持するために負圧がかかっており、前記インクはノズル内へ引っ張られ、インクが混色する。
【００２６】
本発明の場合、各ノズル列１４が独立した共析メッキ皮膜１２域に形成されていて、その間及びその外側には未処理部１３ａ、１３ｂが設けられているため、クリーニング部材で運ばれるインクは、未処理部のもつ親水性により貯留され、それ以降へ持ち越すインク量が抑えられる。したがってインクの混色が低減され、その回復手段として行う非印字時のインク吐出動作の吐出数を低減することができる。
【００２７】
ここでは、ノズル列が３列のカラーヘッドの場合について説明したが、ブラックインクも含めた４列の４色カラーヘッドの構成の場合でも同様の効果が得られる。
【００２８】
図４は本発明の他の実施例を示すものである。
【００２９】
ノズルプレート１のノズル孔６形成面は他の部分に比べ凹部１５であり、ノズル孔６を中心とした同心円形状及び、１つのノズル列全体を含む長穴となっている。キャップゴムが当接する部位もノズル形成面と同一面上にある。そして、キャップゴムが当接する部位は共析メッキ未処理部１３が形成されており、それ以外の部位は前述の実施例と同様に共析メッキ皮膜１２が施されている。ノズル孔６形成面及びキャップゴムが当接する部位の凹部は通常のニッケルメッキにより形成されており、印字媒体等との接触によるノズルの保護及びその周囲の撥水性確保の目的から５〜１５μｍの段差が必要である。
【００３０】
ノズルプレート１の製造方法は共析メッキを被覆する前に、フォトリソにより凹部パターンを形成する。さらに前述と同様の方法で共析メッキ及び未処理部を形成する。本実施例でも第１の実施例と同様、キャップゴムが当接する部位には共析メッキ未処理部１３が形成されていて、安定したステンレス鋼面のためインク介在下でのキャップゴムとの繰り返しの密着動作によって腐食が発生することはない。
【００３１】
本発明では、共析メッキ未処理部１３ｂを積極的に凹部に設けることにより、第２の実施例で述べた、クリーニング部材で運ばれるインクを、未処理部のもつ親水性により貯留する機能がアップし、それ以降へ持ち越すインク量がさらに抑えられる。また、その段差部にクリーニング部材が押しつけられることにより、それ自体も清浄化される。したがってインクの混色をより低減することができる。カラーインクジェットヘッドでは、インクを紙へ積極的に浸透させて速乾性を得ているが、この種のインクは濡れ性が高く特に効果的である。ノズル形成面の凹部には撥水処理が施されているため、クリーニング部材により多量のインクを拭き残すことはない。
【００３２】
図５は本発明の他の実施例を示すものである。ノズルプレートの製造方法は第１の実施例と同様であり、図中のノズルプレート１表面の共析メッキ皮膜１２及び未処理部１３ｂ、１３ｃのパターンをフォトリソにより形成する。本実施例でも第１の実施例と同様、キャップゴムが当接する部位には共析メッキ未処理部１３が形成されていて、安定したステンレス鋼面のためインク介在下でのキャップゴムとの繰り返しの密着動作によって腐食が発生することはない。
【００３３】
本発明では、図で示すとおり、共析メッキ未処理部に局部的に面積の広い部分１３ｃが形成されていて、キャップ１６内に設けられた多孔質部材１７が前記未処理部１３ｃに当接する構成となっている。インク流路内へのインク充填のために、キャップ１６内をバルブ１８及びポンプ１９の作用により負圧にしてノズル孔よりインクを吸引する復帰動作の際に、親水性の共析メッキ未処理部１３ｃに優先的に残存したインクを多孔質部材１７を介して、積極的に吸収除去する。本実施例では濡れ性の高いインクを用いる場合に、とくに効果的である。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、表面をフッ素系高分子共析メッキで被覆されたノズルプレートにはキャップゴム部材が当接する部位に複数のノズル孔を囲うよう環状の共析メッキ未処理部が形成されているため、インク介在下でのフッ素系高分子共析メッキとキャップゴムとの繰り返しの密着動作によって腐食が発生するのを防止することができる。
従って、キャップゴムとの密着性が損なわれることはなく、信頼性の高いシール性を確保できる。また、キャップゴムとの密着部に発生した腐食部がトリガーとなってノズル近傍の撥水を低下させることもないため、長期にわたって高い撥インク性を維持することが可能となる。
請求項４の発明によれば、表面をフッ素系高分子共析メッキで被覆されたノズルプレートにはキャップ部材が当接する部位に複数のノズル孔を囲うよう環状の共析メッキ未処理部が形成されており、非印字時に共析メッキ未処理部の一部に当接する多孔質部材をキャップ部材内に設けたことにより、前述したインク介在下でのフッ素系高分子共析メッキとキャップゴムとの繰り返しの密着動作によって腐食が発生することが防止できると同時に、撥水性を有さない共析メッキ未処理部に付着したインクにおいてもキャップ部材内の多孔質部材により吸収除去することができる。
【００３５】
また、共析メッキ未処理部は他の部分に比べて親水性があるため、キャップゴムとの接触においてインクが介在した状態となり、密着性が高い。このためにシール性に優れるという効果が得られる。
【００３６】
さらに、共析メッキ未処理部ではステンレス鋼が露出している。共析メッキ面ではそのメッキ層中にフッ素系高分子を１０〜５０ｖｏｌ％含有しているため、ステンレス鋼面に比べてやや硬度が劣る。キャップゴム当接部を共析メッキ未処理部としたため、印字動作中の紙擦り等のトラブルに伴う外傷のダメージもなく、キャッピング時のシール性の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるインクジェット記録ヘッドのノズルプレートを示した平面図である。
【図２】（ａ）乃至（ｇ）は、ノズルプレートに撥水性皮膜を形成する各工程を示した図である。
【図３】本発明の第２の実施例におけるンクジェット記録ヘッドのノズルプレートを示した平面図である。
【図４】本発明の第３の実施例におけるンクジェット記録ヘッドのノズルプレートを示した断面図である。
【図５】（ａ）は本発明の第４の実施例におけるンクジェット記録ヘッドのノズルプレートを示した平面図、（ｂ）はキャップとの構成を示した断面図である。
【符号の説明】
１    ノズルプレート
２  裏面
３  漏斗状部分
４  表面
５  オリフィス部分
６  ノズル孔
７ａ、７ｂ    ドライフィルムレジスト
８ａ、８ｂ  マスク部材
９  漏斗状部周囲
１０ａ、１０ｂ  マスキング層
１１  共析メッキ
１２  共析メッキ皮膜
１３、１３ｂ、１３ｃ  共析メッキ未処理部
１４  ノズル列
１５  凹部
１６  キャップ
１７  多孔質部材
１８  バルブ
１９  ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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