(57)【要約】【課題】ノズルから噴射される液滴の噴射特性を安定させる。【解決手段】ノズルプレート４３にはインクを噴射する平面視で円形の複数のノズル５０が形成され、インク噴射面９０にはノズル５０の出射口５１を囲い、且つ、ノズル５０の内面よりも撥液性の高い第１撥液膜７１が形成され、第１撥液膜７１の外側には第１撥液膜７１よりも撥液性の高い第２撥液膜７２が形成されている。第１撥液膜７１と第２撥液膜７２との境界は、ノズル５０の出射口５１の周縁を形成する円と同心円の円上にある。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を噴射するノズルとこのノズルの出射口が形成された液滴噴射面とを備えるノズルプレートと、
ノズルに流通する流路ユニットとを備え、
前記液滴噴射面には、前記出射口を囲う第１撥液性領域と、この第１撥液性領域に隣接して第１撥液性領域を囲う第２撥液性領域とが設けられており、
前記第１撥液性領域の撥液性は、前記第２撥液性領域の撥液性よりも低いことを特徴とする液滴噴射装置。
【請求項２】
第１撥液性領域と第２撥液性領域の境界は、前記出射口の周縁に対する最短距離が常に一定となるように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液滴噴射装置。
【請求項３】
前記出射口が円形であることを特徴とする請求項２に記載の液滴噴射装置。
【請求項４】
前記第１撥液性領域は、前記ノズルの内面よりも撥液性が高いことを特徴とする請求項２に記載の液滴噴射装置。
【請求項５】
第２撥液性領域の濡れ角は、第１撥液性領域の濡れ角よりも２０°以上高いことを特徴とする請求項２に記載の液滴噴射装置。
【請求項６】
第１撥液性領域は前記出射口を前記出射口を同心円状に囲んでいることを特徴とする請求項３に記載の液滴噴射装置。
【請求項７】
第１撥液性領域の外周の幅は、前記出射口の直径の１．１〜１．５倍の範囲内であることを特徴とする請求項６に記載の液滴噴射装置。
【請求項８】
インクジェットヘッドであることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の液滴噴射装置。
【請求項９】
液滴を噴射するノズルと、
ノズルの出射口が形成された液滴噴射面と、を備えるノズルプレートであって、
前記液滴噴射面には、前記出射口を囲う第１撥液性領域と、第１撥液性領域に隣接して前記第１撥液性領域を囲う第２撥液性領域とが設けられており、
前記第１撥液性領域の撥液性は、前記第２撥液性領域の撥液性よりも低いことを特徴とするノズルプレート。
【請求項１０】
第１撥液性領域と第２撥液性領域の境界は、前記出射口の周縁に対する最短距離が常に一定となるように設けられていることを特徴とする請求項９に記載のノズルプレート。
【請求項１１】
前記出射口が円形であることを特徴とする請求項１０に記載のノズルプレート。
【請求項１２】
前記第１撥液性領域は、前記ノズルの内面よりも撥液性が高いことを特徴とする請求項１０に記載のノズルプレート。
【請求項１３】
第２撥液性領域の濡れ角は、第１撥液性領域の濡れ角よりも２０°以上高いことを特徴とする請求項９記載のノズルプレート。
【請求項１４】
第１撥液性領域は前記出射口を前記出射口を同心円状に囲んでいることを特徴とする請求項９に載のノズルプレート。
【請求項１５】
第１撥液性領域の外周の幅は、前記出射口の直径の１．１〜１．５倍の範囲内であることを特徴とする請求項１４に記載のノズルプレート。
【請求項１６】
請求項９記載のノズルプレートを製造する方法であって、
前記ノズルが形成される基板の一表面に撥液膜を形成する撥液膜形成工程と、
前記撥液膜の前記ノズルの出射口を囲う部分に光線を照射して、撥液性が部分的に低下した前記第１撥液性領域を形成する、光線照射工程と、
を備えることを特徴とするノズルプレートの製造方法。
【請求項１７】
前記基板は金属材料で形成されており、
前記撥液膜形成工程の前に前記基板に前記ノズルを形成するノズル形成工程を行うことを特徴とする請求項１６に記載のノズルプレートの製造方法。
【請求項１８】
前記基板は合成樹脂材料で形成されており、
前記光線照射工程の後に、前記基板に前記ノズルを形成するノズル形成工程を行うことを特徴とする請求項１６に記載のノズルプレートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴を噴射する液滴噴射装置及びそれに用いるノズルプレートに関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴を噴射する液滴噴射装置として、ノズルから記録用紙等にインクを噴射するインクジェットヘッドがある。このインクジェットヘッドにおいては、種々のアクチュエータによりインクに圧力が付与されてノズルからインクが噴射されるが、インクの噴射後には、ノズルに連なるインク流路内の圧力が低下することからインクはノズル内に引き込まれる。しかし、このインク噴射後に、インクが完全にノズルに引き込まれず、ノズルの出射口が形成されたインク噴射面に一部のインクが付着してしまうと、その後にインクを噴射する際に、インクの噴射量や噴射方向がばらついて印字品質が低下する虞がある。そこで、一般的なインクジェットヘッドにおいては、ノズルの出射口の周りにインクが付着しにくくなるように、インク噴射面には撥水処理が施されている。
【０００３】
しかし、インク噴射面に撥水処理を施しただけでは、ノズルの出射口付近にインクが付着してしまうのを完全に防止することは難しい。例えば、温度上昇に起因してインクの粘度が低下した場合などにノズルから多くのインクがインク噴射面に溢れ出て、この溢れ出たインクがインク噴射面を自由に移動し、その一部がノズルの出射口の周りに滞留してしまう虞がある。そこで、インク噴射面にインクが付着した場合でも、そのインクがノズルの出射口の周りに滞留してしまうのを防止することができるインクジェットヘッドが提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１に記載のインクジェットヘッドにおいては、ノズルの出射口の周りに、この出射口と同心円状の第１領域が設けられ、さらに、インク噴射面の第１領域以外の領域には第１領域よりも撥液性の低い第２領域が設けられている。そのため、ノズルの出射口周りの第１領域に付着したインクは、この第１領域よりも撥液性の低い第２領域に移動するため、インクの出射口の周りに滞留しにくくなっている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２９２８７７号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述の特許文献１のインクジェットヘッドにおいて、インクの噴射時に出射口の周りの第１領域へインクが溢れ出た場合に、溢れ出たインクの一部は確かに第１領域から第２領域へ移動するかもしれないが、その他のインクはノズル内に引き込まれる。しかし、発明者の知見によれば、第１領域に溢れ出たインクはその都度不規則な形状に広がることから、インクがノズル内に引き込まれたときに、ノズル内のインクのメニスカスがノズルの中心軸からずれた形状となってしまう。すると、その形状のずれに起因して、次回以降のインクの噴射時に噴射方向がふらついて、着弾位置がずれてしまい、印字品質が低下する。
【０００７】
本発明の目的は、ノズルから液滴噴射面に液体が付着してしまう場合でも、良好な噴射安定性を維持することができる液滴噴射装置及びそれに用いるノズルプレートを提供することである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００８】
本発明の第1の態様に従えば、液滴を噴射するノズルとこのノズルの出射口が形成された液滴噴射面とを備えるノズルプレートと；ノズルに流通する流路ユニットと；を備え、前記液滴噴射面には、前記出射口を囲う第１撥液性領域と、この第１撥液性領域に隣接して第１撥液性領域を囲う第２撥液性領域とが設けられており、前記第１撥液性領域の撥液性は、前記第２撥液性領域の撥液性よりも低い液滴噴射装置が提供される。
【０００９】
本発明の液滴噴射装置によると、液滴噴射時にノズルの出射口の外側に溢れ出した液体は、第１撥液性領域の全域に広がるが、第１撥液性領域から第２撥液性領域へは移動しないので、インクの広がりを抑えることができ、次回の液滴噴射時に噴射される液滴の量にばらつきが生じない。さらに、第１撥液性領域と第２撥液性領域の境界は、出射口の周縁に対する最短距離が常に一定となるように設けられていると、ノズルの外側に溢れ出した液体の形状が、ノズルの中心軸に関して軸対称になるので、液体がノズル内に戻ったときにもノズル内の液体のメニスカスはこの軸に関して軸対称になり、次回の液滴噴射時に液滴の噴射方向にずれが生じることがない。これにより、液滴の噴射特性を安定化させることができる。なお、本願において、「出射口を囲う第１撥液性領域」とは、第１撥液性領域が出射口に隣接することを意味し、出射口と第１撥液性領域との間に別の領域が存在しないことを意味する。
【００１０】
また、本発明の液滴噴射装置の出射口の形状が円形であってもよい。これによると、液滴噴射時にノズルの外側に溢れ出した液体は、第１撥液性領域の全域に広がるが、第１撥液性領域から第２撥液性領域に移動しないので、液滴噴射面における液体の広がりを抑えることができ、次回以降の液滴噴射時に噴射される液滴の量にばらつきが生じない。さらに、ノズル内の外側に溢れ出した液体の形状が、ノズルの中心軸に関して軸対称な円形となるため、この液体がノズル内に戻ったときにノズル内の液体のメニスカスの形状もこの軸に関して軸対称になり、次回の液滴噴射時に液滴の噴射方向にずれが生じることがない。これにより、液滴の噴射特性を安定させることができる。
【００１１】
また、本発明の液滴噴射装置においては、第１撥液性領域はノズルの内面よりも撥液性が高いことが好ましい。これによると、第１撥液性領域に広がった液体がノズル内へ移動しやすくなり、噴射後に確実にノズル内に液体をに引き込み、ノズルの内部に液体をとどめておくことできる。さらに、メニスカスの周縁を第１撥液性領域とノズル内面との境界に安定して位置決めすることができるので、外部振動によりノズル内の液体に圧力が付与された場合においても、メニスカスがノズルの出射口から外れにくくなり、液体の溢れ出しを防止することができる。
【００１２】
本発明の液体噴射装置は、インクジェットプリンタなどに使用されるインクジェットヘッドにし得る。
【００１３】
本発明の第２の態様に従えば、液滴を噴射するノズルと、ノズルの出射口が形成された液滴噴射面と、を備えるノズルプレートであって、前記液滴噴射面には、前記出射口を囲う第１撥液性領域と、第１撥液性領域に隣接して前記第１撥液性領域を囲う第２撥液性領域とが設けられており、前記第１撥液性領域の撥液性は、前記第２撥液性領域の撥液性よりも低いノズルプレートが提供される。
【００１４】
本発明のノズルプレートに従えば、液滴噴射時にノズルの外側に溢れ出した液体が、第１撥液性領域の全域に広がり、第１撥液性領域から第２撥液性領域に移動しないので、外側に溢れ出す液体の量にばらつきが生じない。さらに、第１撥液性領域と第２撥液性領域の境界は、出射口の周縁に対する最短距離が常に一定となるように設けられていると、ノズルの外側に溢れ出した液体の形状が、出射口とノズルの軸を中心として軸対称となるので、この液体がノズル内に戻ったときにノズル内の液体のメニスカスの形状もこの軸に関して軸対称になり、次回の液滴噴射時に液滴の噴射方向にずれが生じることなく、液滴の噴射特性を安定化させることができる。
【００１５】
また、本発明のノズルプレートは、出射口が円形であってもよい。これによると、液滴噴射時にノズルの外側に溢れ出した液体は、第１撥液性領域の全域に広がり、第１撥液性領域から第２撥液性領域には移動しないので、ノズルから外側に溢れ出す液体の量にばらつきが生じない。さらに、ノズルの外側に溢れ出した液体の形状が、ノズルの中心軸をに関して軸対称な円形となるため、この液体がノズル内に戻ったときにノズル内の液体のメニスカスの形状もこの軸に関して軸対称となり、次回以降の液滴噴射時に液滴の噴射方向にずれが生じることがない。これにより、液滴の噴射特性を安定させることができる。
【００１６】
また、本発明のノズルプレートは、第１撥液性領域はノズルの内面よりも撥液性が高いことが好ましい。これによると、第１撥液性領域に広がった液体がノズル内に移動しやすくなるので、噴射後に確実にノズル内に液体をに引き込み、ノズルの内部に液体をとどめておくことできる。さらに、メニスカスの周縁を第１撥液性領域とノズル内面との境界に安定して位置決めすることができるので、外部振動によりノズル内の液体に圧力が付与された場合においても、メニスカスがノズルの出射口から外れにくくなり、液体の溢れ出しを防止することができる。
【００１７】
本発明の液滴噴射装置及びノズルプレートにおいて、第２撥液性領域の濡れ角は、第１撥液性領域の濡れ角よりも２０°以上高し得る。第１撥液性領域は前記出射口を前記出射口を同心円状に囲み得る。第１撥液性領域の外周の幅は、前記出射口の直径の１．１〜１．５倍の範囲内にし得る。
【００１８】
本発明の第３の態様に従えば、ノズルが形成される基板の一表面に撥液膜を形成する撥液膜形成工程と、撥液膜のノズルの出射口を囲う部分に光線を照射して、撥液性が部分的に低下した第１撥液性領域を形成する光線照射工程とを備えている本発明のノズルプレートの製造方法が提供される。
【００１９】
本発明の製法によると、ノズルが形成される基板に撥液膜を形成し、この撥液膜に光線を照射することにより部分的にその撥液性を低下させるので、１種類の撥液膜を用いて、異なる２つの撥液性を持つ第１撥液性領域及び第２撥液性領域を容易に形成することができる。
【００２０】
また、本発明のノズルプレートの製造方法において、基板が金属材料で形成されており、撥液膜形成工程の前に基板にノズルを形成するノズル形成工程を行ってもよい。これによると、金属プレートにノズルを形成するときに、基板の表面にバリ等が発生するが、ノズルを形成してから撥液膜を形成するので、ノズルを形成した後、バリなどを除去して基板の表面を平坦化してから撥液膜を形成することができる。
【００２１】
また、本発明のノズルプレートの製造方法において、基板が合成樹脂材料で形成されており、光線照射工程の後に、基板にノズルを形成するノズル形成工程を行ってもよい。これによると、第１撥液性領域及び第２撥液性領域を形成してからノズルを形成するので、光線を照射する際に、ノズル内面に光線が当らないようにレジスト等でノズルを埋める等の処理を行う必要がなく、製造工程を簡略化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施の形態は、インクジェットプリンタのインクジェットヘッドに本発明を適用した一例である。
【００２３】
まず、インクジェットヘッド３を備えたインクジェットプリンタ１について簡単に説明する。図１に示すように、インクジェットプリンタ１は図１の左右方向（走査方向）に移動可能なキャリッジ２とこのキャリッジ２に設けられて記録用紙Ｐに対してインクを噴射するシリアル式のインクジェットヘッド３（液体移送装置）と、記録用紙Ｐを図１の前方（紙送り方向）へ搬送する搬送ローラ４等を備えている。インクジェットヘッド３はキャリッジ２と一体的に左右方向（走査方向）へ移動して、その下面のインク噴射面９０に形成されたノズル５０（図２〜図４参照）の出射口５１から記録用紙Ｐに対してインクを噴射する。そして、インクジェットヘッド３により記録された記録用紙Ｐは搬送ローラ４により前方（紙送り方向）へ排出される。
【００２４】
図２は、図１におけるインクジェットヘッド３の平面図、図３は図２のIII−III線断面図、図４は図３のIV−IV線断面図である。図２〜図４に示すように、インクジェットヘッド３は、内部にインク流路が形成された流路ユニット３１と、流路ユニット３１の上面に配置された圧電アクチュエータ３２とを備えている。
【００２５】
まず流路ユニット３１について説明する。図３、図４に示すように流路ユニット３１は、キャビティプレート４０、ベースプレート４１、マニホールドプレート４２、及び、ノズルプレート４３を備えており、これらの４枚のプレートが積層状態で接合されている。このうち、キャビティプレート４０、ベースプレート４１及びマニホールドプレート４２は略矩形のステンレス鋼製の板である。また、ノズルプレート４３は、例えば、ポリイミド等の高分子合成樹脂材料により形成され、マニホールドプレート４２の下面に接着される。
【００２６】
図２〜図４に示すように、キャビティプレート４０には、平面に沿って配列された複数の圧力室４４が形成されている。図２には複数の圧力室４４のうちの一部（１０個）が示されている。各圧力室４４は平面視で略楕円形状に形成されており、その長軸方向が走査方向（図２の上下方向）となるように配置されている。
【００２７】
ベースプレート４１の平面視で圧力室４４の長軸方向両端部に重なる位置には、夫々連通孔４５、４６が形成されている。また、マニホールドプレート４２には、紙送り方向（図２の左右方向）に２列に延び、平面視で圧力室４４の図２における上端部又は下端部と重なるマニホールド４７が形成されている。マニホールド４７には、キャビティプレート４０に形成されたインク供給口４８を介してインクタンク（図示しない）からインクが供給される。また、平面視で圧力室４４のマニホールド４７とは反対側の端部と重なる位置には、連通孔４９も形成されている。さらに、ノズルプレート４３には、平面視で複数の圧力室４４のマニホールド４７とは反対側の端部に重なる位置に、複数のノズル５０が夫々形成されている。そして、このノズルプレート４３の下面は、複数のノズル５０の出射口５１が形成されたインク噴射面９０（液滴噴射面）となっており、図５に示すように各ノズル５０の出射口５１は円形に形成されている。
【００２８】
そして、図３に示すように、マニホールド４７は連通孔４５を介して圧力室４４に連通し、さらに、圧力室４４は、連通孔４６、４９を介してノズル５０に連通している。このように、流路ユニット３１内には、マニホールド４７から圧力室４４を経てノズル５０に至る複数の個別インク流路が形成されている。
【００２９】
図５は、図３、図４のインク噴射面９０のノズル５０の出射口５１周辺の拡大図である。図５に示すように、インク噴射面９０の、ノズル５０の出射口５１を囲う領域には、ノズル５０の内面よりも撥液性が高い第１撥液膜７１（第１撥液性領域）が環状に形成されている。さらに、インク噴射面９０の第１撥液膜７１に隣接する第１撥液膜７１の外側の領域には、第１撥液膜７１よりもさらに撥液性の高い第２撥液膜７２（第２撥液性領域）が形成されている。これら第１撥液膜７１と第２撥液膜７２の境界は、ノズル５０の出射口５１の周縁を形成する円と同心円の円上にある。つまり、これらの境界は、ノズル５０の出射口５１の周縁に対する最短距離が常に一定となるように設けられている。尚、第１撥液膜７１及び第２撥液膜７２はフッ素系の樹脂で形成されているが、この形成方法については後で詳述する。
【００３０】
ノズル５０の出射口５１の直径は通常２０μｍ程度である。第１撥液膜７１の半径方向の幅は、２〜１０μｍ、望ましくは２〜５μｍである。ノズルの直径をφとすると、第１撥液膜７１の外周部の直径は１．１〜１．５φが望ましい。第１撥液膜７１の外周部の直径が１．５φを超えると、第１撥液膜７１が濡れすぎて液体が第１撥液膜７１の内周部に戻らない可能性ある。１．１φよりも小さいと液体を第１撥液膜７１に維持することが困難になる。
【００３１】
本実施の形態のノズル５０の内面の濡れ角は略２０°程度、第１撥液膜７１の表面の濡れ角は略５０°程度、第２撥液膜７２の表面の濡れ角は略７０°程度である。より一般的には、ノズル５０の内面の濡れ角は３０°以下が望ましく、第１撥液膜７１の表面の濡れ角は４０°以上で、第２撥液膜７２の表面の濡れ角は６０°以上が望ましい。また、第１撥液膜７１の表面の濡れ角と第２撥液膜７２の表面の濡れ角の差は２０°以上であることが望ましい。
【００３２】
これら第１撥液膜７１及び第２撥液膜７２は、ノズル５０からインクを噴射した後に、出射口５１付近にインクが残留しにくくするためのものであるが、より詳細な作用、効果については後ほど説明する。
【００３３】
次に、圧電アクチュエータ３２について説明する。図３、図４に示すように、圧電アクチュエータ３２は、キャビティプレート４０の表面に配置され、キャビティプレート４０と接合されている導電性を有する振動板６０と、この振動板６０の表面に複数の圧力室４４に跨って連続的に形成された圧電層６１と、この圧電層６１の表面に複数の圧力室４４に夫々対応して形成された複数の個別電極６２とを備えている。
【００３４】
振動板６０は、ステンレス鋼等の鉄系合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、チタン合金等の金属材料からなり、複数の圧力室４４を覆うようにキャビティプレート４０の接合部４０ａに接合されている。この振動板６０は、複数の個別電極６２に対向していて個別電極６２と振動板６０との間の圧電層６１に電界を作用させる共通電極を兼ねており、接地されてグランド電位に保持されている。
【００３５】
振動板６０の表面には、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との固溶体であり、強誘電体であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする圧電層６１が形成されている。圧電層６１は、複数の圧力室４４に跨って形成されている。そのため、圧電層６１を全ての圧力室４４に対して一度に形成することができ、圧電層６１の形成が容易になる。ここで、圧電層６１は、例えば、超微粒子の圧電材料を振動板６０の表面に高速で衝突させて堆積させるエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）を用いて形成できる。その他、ゾルゲル法、スパッタ法、水熱合成法、あるいは、ＣＶＤ（化学蒸着）法を用いることもできる。さらに、ＰＺＴのグリーンシートを焼成することによって得られた圧電シートを振動板６０の表面に貼り付けて圧電層６１を形成することもできる。
【００３６】
圧電層６１の上面には、圧力室４４よりも一回り小さい略楕円形の平面形状を有する個別電極６２が形成されている。これら個別電極６２は、平面視で対応する圧力室４４の中央部に重なるように夫々形成されている。個別電極６２は金、銅、銀、パラジウム、白金、チタンなどの導電性材料からなる。さらに、圧電層６１の上面には、複数の個別電極６２の一端部（マニホールド４７側の端部）から、夫々、平面視で圧力室４４に対向しない部分にまで延びた、複数の接点部６２ａが形成されている。個別電極６２及び接点部６２ａは、例えば、スクリーン印刷、スパッタ法、蒸着法等で形成することができる。また、接点部６２ａは、図示しないフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）を介してドライバＩＣ１００に接続されている。
【００３７】
次に、ノズル５０からインクを噴射させるときの作用について図６〜図１０を参照して説明する。インクの噴射を行わないときは、予め個別電極６２にドライバＩＣ１００から駆動電圧が供給されている。このとき、駆動電圧が供給された個別電極６２と、グランド電位に保持された共通電極を兼ねている振動板６０との間に挟まれている圧電層６１に厚み方向の電界が生じており、圧電層６１のうち、個別電極６２の真下の部分が分極方向である厚み方向と垂直な水平方向に収縮している。そして、この収縮に伴い、図６に示すように、圧力室４４に対向する領域の圧電層６１及び振動板６０が圧力室４４側に凸になるように変形している。このとき、ノズル５０の内面よりも撥液性が高い第１撥液膜７１により、インクのノズル５０の出射口５１からの溢れ出しが防止されており、ノズル５０の内面と第１撥液膜７１との境界にインクのメニスカスが位置決めされている。
【００３８】
ノズル５０からインクを噴射する際には、インクを噴射するノズル５０に対応する個別電極６２に印加されている電圧を解除し、グランド電位にする。すると、図７に示すように、圧電層６１及び振動板６０が平坦になり、圧力室４４の体積が増加して圧力室４４の圧力が低下する。圧力室４４の圧力が低下すると、マニホールド４７（図３参照）から圧力室４４にインクが流入する。このとき、ノズル５０内のインクも圧力室４４側に引き込まれる。
【００３９】
次に、電圧印加を解除した個別電極６２に再び駆動電圧を印加すると、図８に示すように再び個別電極６２の真下の部分が分極方向である厚み方向と垂直な水平方向に収縮し、圧力室４４に対向する領域の圧電層６１及び振動板６０が圧力室４４側に凸になるように変形する。これにより、圧力室４４の体積が再び小さくなり圧力室４４の圧力が上昇するので、図９に示すように、ノズル５０からインクが噴射され、記録用紙Ｐ（図１参照）にドットが形成される。
【００４０】
このとき、ノズル５０内のインクは、圧力室４４に残存した圧力波により押し出され、インク噴射面９０においてノズル５０の出射口５１から外側に溢れ出す。ここで、第２撥液膜７２の撥液性は、出射口５１を囲っている第１撥液膜７１の撥液性よりも高いので、このノズル５０の外側に溢れ出したインクは第１撥液膜７１表面の全域に広がるが、第１撥液膜７１から第２撥液膜７２へは移動しない。これにより、インク噴射面９０に広がったインクの形状はノズル５０の中心軸に関して軸対称な円形となる。そのため、この後、圧力室４４の圧力が低下することにより、インクは第１撥液膜７１からノズル５０内に戻っていくが、このとき、インク噴射面９０におけるインクの形状がノズル５０の出射口５１の中心軸を中心とする円形であるので、インクはノズル５０内に、この軸に関して軸対称に戻っていく。これにより、ノズル５０内に戻ったインクのメニスカスの形状もこの軸に関して軸対称となる。つまり、再び図６の状態になり、以下同様にインクの噴射を行うことができる。このように、インク噴射面９０におけるインクの形状を常にノズル５０の出射口５１の中心軸に関して軸対称に保持しているので、ノズル５０から噴射されるインクの噴射方向にずれが生じるのを防止することができる。
【００４１】
ところで、本実施形態のインクジェットヘッド３は、記録用紙に１つのドットを形成する際の、各ノズル５０からのインクの噴射量を選択的に変化させる、いわゆる、液滴階調が可能に構成されている。そこで、以下の説明は、各ノズル５０に対してインク噴射量が互いに異なる３種類の噴射形態（小玉、中玉、大玉）の何れかを選択して、３段階の液滴階調を行う場合を例として行う。
【００４２】
図１１は、ドライバＩＣ１００から、３種類の噴射形態に夫々対応して個別電極に供給される駆動パルス信号の波形図を示している。尚、図１１（ａ）は小玉に対応する駆動パルス信号の波形図、図１１（ｂ）は中玉に対応する駆動パルス信号の波形図、そして、図１１（ｃ）は大玉に対応する駆動パルス信号の波形図である。
【００４３】
図１１（ａ）に示す駆動パルス信号が個別電極６２に供給される、小玉の噴射形態では、１つのドットを形成する印字時間Ｔ0の間に１つのパルスが供給される。すると、前述のように、個別電極６２に対する駆動電圧Ｖ0の印加が一旦解除されてから、パルス幅に等しい時間が経過した後に再び駆動電圧が印加される。従って、印字時間Ｔ0の間に１つのインク滴がノズル５０から噴射される。
【００４４】
また、図１１（ｂ）に示す駆動パルス信号が個別電極６２に供給される、中玉の噴射形態では、１つのドットを形成する印字時間Ｔ0の間に２つのパルスが供給される。従って、印字時間Ｔ0の間に２つのインク滴が続けてノズル５０から噴射される。
【００４５】
さらに、図１１（ｃ）に示す駆動パルス信号が個別電極６２に供給される、大玉の噴射形態では、１つのドットを形成する印字時間Ｔ0の間に３つのパルスが供給される。従って、印字時間Ｔ0の間に３つのインク滴が続けてノズル５０から噴射される。
【００４６】
ここで特に、中玉及び大玉の噴射形態では、駆動電圧の波形を調整することにより、積極的にインクをインク噴射面９０の出射口５１の周辺に残留させ、２回目又は３回目の噴射の際、直前のインクの噴射の際にインク噴射面９０に溢れ出したインクがノズル５０内に戻りきる前に、次の噴射を行うようになっている。この場合、直前の噴射にくらべて、インク噴射面９０に残留しているインクの分だけ多くの量のインクが噴射できる。
【００４７】
このとき、２回目又は３回目の噴射のときにインク噴射面９０に残存しているインクの形状がばらついていると、インクの噴射方向にばらつきが生じてしまう。しかし、本実施の形態のインクジェットヘッド３においては、噴射の際にノズル５０から外側に溢れ出したインクは、第１撥液膜７１の領域全体に広がるが、第１撥液膜７１より撥液性の高い第２撥液膜７２までは広がらないので、インク噴射面９０に溢れ出したインクの形状がノズル５０の中心軸に関して軸対称な円形となる。この後、インク噴射面９０のインクの一部は、この軸対称の状態を保持したままノズル５０に戻っていく。この状態で次の噴射が行われるので、インク噴射面９０に残るインクの形状はノズル５０の中心軸に関して軸対称となる。従って、噴射されるインクの噴射方向がばらつきにくくなり、印字品質の低下を防止することができる。
【００４８】
また、中玉、大玉を噴射するときには、図１１に示すように、パルスの幅及び間隔が等しい２つ又は３つのパルス信号を供給するので、パルス信号が供給されてから次のパルス信号が供給されるまでの時間は一定である。従って、直前の噴射により噴射面９０の第１撥液膜７１の全域に溢れ出したインクは、この一定時間の間にある一定量がノズル５０内に戻る。従って、次にインクを噴射する際にインク噴射面９０に付着しているインクの量は常に一定となる。従って、噴射されるインクの量にばらつきが生じにくくなり印字品質の低下を防止することができる。
【００４９】
さらに、本実施の形態のインクジェットヘッド３においては、２以上のドットを連続的に記録用紙Ｐに形成する場合には、図１２に示すように、印字周期Ｔ0（周波数１／Ｆ）を変化させることにより、噴射されるインクの体積を変化させることができるように構成されている。
【００５０】
前述したように、ノズル５０からインクが噴射されたときには、インク噴射面９０においてインクは出射口５１から外側に溢れ出す。さらに、インクの噴射後には、インク噴射面９０に溢れ出したインクが、圧力室４４の圧力低下によりノズル５０内へ戻ろうとする。しかし、駆動パルス信号の印字周期Ｔ0を小さくする、即ち、周波数Ｆ（＝１／Ｔ0）を大きくすると、先のインクの噴射の際にインク噴射面９０に溢れ出したインクがノズル５０内に完全に戻る前に、後のインクの噴射を行うためのパルスが個別電極６２に印加されることになり、後のインクの噴射時においては、ノズル５０の出射口５１の周辺に残留するインクを含めたインクがノズル５０から噴射される。そのため、後のインクの噴射時に噴射されるインクの体積は、先のインクの噴射時よりも大きくなる。従って、図１２に示すように、同じ噴射形態であっても、周波数を大きくする（印字周期Ｔ0を小さくする）ことにより、インク噴射面９０のノズル５０の出射口５１の周辺に積極的にインクを残留させ、その残留したインクを利用して噴射するインクの体積を大きくすることができる。これにより、記録用紙Ｐの所定領域を塗りつぶすような高密度印字が必要な場合に、好適な記録を行うことができる。
【００５１】
ここで、特に、本実施の形態のインクジェットヘッド３においては、インク噴射面９０に、ノズル５０の出射口５１を囲う第１撥液膜７１と、この第１撥液膜７１を囲う第２撥液膜７２とが形成されており、これら２つの撥液膜の境界は、ノズル５０の出射口５１と同心円の円上にある。そのため、前述のように、インクの噴射時にノズル５０の出射口５１の周辺にインクが溢れ出したときには、このインクは、第１撥液膜７１の全域に広がるが、第１撥液膜７１から第２撥液膜７２へは移動しないので、インク噴射面９０におけるインクの形状は、ノズル５０の中心軸に関して軸対称な円形形状となる。そのため、後のインクの噴射時に、出射口５１に残留するインクもノズル５０の中心軸に関して軸対称となり、インクの噴射方向がずれにくくなり、噴射の安定性が高まる。
【００５２】
以上のように、ノズル５０からインクを噴射するときに、インクを積極的にノズル５０から外側に溢れ出させ、インク噴射面９０に付着させるほうが、中玉、大玉を噴射するあるいは２以上のドットを連続して噴射する場合に、後のインクの噴射時にインク噴射面９０に残留しているインクを利用してインクの噴射量を大きくすることができる。しかしながら、ノズル５０からインクが噴射されたとき、インク噴射面９０に溢れ出すインクの量が少なく、第１撥液膜７１の一部にのみにしか広がらない場合、インク噴射面９０におけるインクの形状がノズル５０の中心軸に関して軸対称にはならない。従って、この後ノズル５０内に戻ったインクのメニスカスの形状もこの軸に対して軸対称とはならず、インクの噴射方向にずれが生じる虞がある。このため、本実施の形態のインクジェットヘッド３は、ノズル５０からインクを噴射したときに、インク噴射面９０のノズル５０の周りに溢れ出すインクは、常に第１撥液膜７１と第２撥液膜７２との境界に達する程度の量となるように設計される。
【００５３】
次に、本実施の形態のノズルプレート４３の製造方法について図１３を用いて説明する。図１３はノズルプレート４３を製造する工程を表す工程図である。
【００５４】
まず、図１３（ａ）に示すポリイミド等の高分子合成樹脂材料からなる基板４３'の一表面に図１３（ｂ）に示すようにフッ素系樹脂等を塗布し、撥液膜７０を形成する（撥液膜形成工程）。
【００５５】
次に、図１３（ｃ）に示すように、撥液膜７０の表面のうち、第２撥液膜７２が形成される領域に、フィルム状の熱硬化性樹脂等を加熱しながらローラなどにより圧着してレジスト８１を形成した後、撥液膜７０のレジスト８１により覆われていない露出部分にレーザ等の光線を照射する（光線照射工程）。すると、撥液膜７０のうち、レーザが照射された部分が劣化し、その部分の撥液性が低下する。そして、この撥液性が低下した部分が第１撥液膜７１となり、一方、レジスト８１に覆われレーザが照射されなかった部分が第２撥液膜７２となる。尚、レジスト８１を形成する代わりに、撥液膜７０の第１撥液膜７１となる領域に、マスクを透過したレーザ光を光学系で結像するなどしてビーム径を細くしたレーザ光をスキャンしても良い。
【００５６】
次に、図１３（ｄ）に示すように、レジスト８１を溶剤で溶かして除去し、図１３（ｅ）に示すようにノズルプレート４３の第１撥液膜７１及び第２撥液膜７２が形成されているのと反対側の面からエキシマレーザ等を照射してノズルプレート４３に孔を開けることによりノズル５０を形成する（ノズル形成工程）。
【００５７】
このノズル製造工程においては、ノズルプレート４３となる基板４３'に第１撥液膜７１及び第２撥液膜７２を形成してからノズル５０を形成している。つまり、撥液膜７０を劣化させるためにレーザを照射する際にはノズル５０が形成されていないのでノズル５０内にレジストを充填してノズル５０を塞ぐ等の処理を施す必要がなく、製造工程を簡略化することができる。尚、光線照射工程において照射する光線として、レーザのほかに、紫外線、電子ビーム等を用いてもよい。
【００５８】
次に本実施の形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、本実施の形態と同じ構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
【００５９】
＜第1変形形態＞
図１４に示すように、インク噴射面２９０のノズル５０を囲う環状の領域に撥液膜そのものを形成しなくてもよい。この場合には、この環状の領域（第１撥液性領域に対応する）の撥液性はノズル５０の内面と等しく、且つ、第２撥液膜７２よりも低くなる。従って、ノズル５０からインクが噴射されたときにノズルプレート２４３の表面に残留したインクは、ノズル５０を囲うこの環状の領域の全域に広がるが、第２撥液膜７２には移動しないので、インク噴射面２９０におけるインクの形状をノズル５０の中心軸に関して軸対称な円形に保持することができる。
【００６０】
＜第２変形形態＞
図１５に示すように、インク噴射面９０の第１撥液膜７１の外側に形成されている第１撥液膜３７２が、部分的にのみ（ここでは円形）で形成されていてもよい。
【００６１】
＜第３変形形態＞
本実施の形態においては、ノズル５０の出射口５１の形状を円形としたが、これに限られず、別の形状でもよい。一例として、図１６（ａ）にはインク噴射面４９０に形成された出射口４５１の形状が三角形であるノズル４５０、図１６（ｂ）にはインク噴射面５９０に形成された出射口５５１の形状が四角形のノズル５５０が示してある。
【００６２】
図１６（ａ）に示すように出射口４５１の形状が三角形の場合、第１撥液膜４７１と第２撥液膜４７２との境界は出射口４５１にほぼ相似な三角形となる。この三角形は、角が円弧状に丸くなっており、また、その重心は、出射口４５１の重心と一致する。つまり、第１撥液膜４７１と第２撥液膜４７２との境界は、ノズル４５０の出射口４５１、周縁に対する最短距離が常に一定となるように設けられている。
【００６３】
この場合、インク噴射時にノズル４５０から外側に溢れ出したインクは、第１撥液膜４７１の全域にのみ広がり、第１撥液膜４７１から第２撥液膜４７２には移動しないので、インク噴射面４９０のインクの形状は、第１撥液膜４７１と第２撥液膜４７２との境界と同じ形状になる。その後、このインクは、出射口４５０の重心を中心として、均一にノズル４５０内に引き込まれるので、引き込まれた後のノズル４５０内のインクのメニスカスの形状も安定し、インクの噴射方向にずれが生じるのを防止することができる。
【００６４】
また、図１６（ｂ）に示すように出射口５５１の形状が四角形である場合、第１撥液膜５７１と第２撥液膜５７２との境界は出射口５５０とほぼ相似な四角形となる。この四角形は角が円弧状に丸くなっており、また、その重心は、出射口５５０の重心と一致する。つまり、第１撥液膜５７１と第２撥液膜５７２との境界は、ノズル５５０の出射口５５１の周縁に対する最短距離が常に一定となるように設けられている。
【００６５】
この場合も同様に、インク噴射時にノズル５５０から外側に溢れ出したインクは、第１撥液膜５７１の全域にのみ広がり、第１撥液膜５７１から第２撥液膜５７２には移動しないので、インク噴射面５９０のインクの形状は、第１撥液膜５７１と第２撥液膜５７２との境界と同じ形状となる。その後、出射口５５０の重心を中心として、均一にノズル５５０内に引き込まれるので、引き込まれた後のノズル５５０内のインクのメニスカスの形状も安定し、インクの噴射方向にずれが生じるのを防止することができる。
【００６６】
＜第４変形形態＞
ノズルプレート１４３が、ステンレス鋼等の金属材料で形成されていてもよい。この場合、図１７（ｆ）に示すようなノズルプレート１４３は、以下のようにして製造される。図１７は金属材料からなるノズルプレート１４３の製造工程を表した工程図である。
【００６７】
まず、図１７（ａ）に示す基板１４３'の一面から図１７（ｂ）のようにエキシマレーザ等を照射してノズル１５０を形成する（ノズル形成工程）。このとき、基板１４３'のエキシマレーザ照射側と反対側の他面にバリ１４４が発生するので、図１７（ｃ）のようにバリ１４４を除去する。
【００６８】
次に、図１７（ｄ）に示すように、基板１４３'の一面にレジスト１８０を塗布する。このとき、塗布されたレジスト１８０は、毛管力によってノズル１５０内部に充填される。更にその後、基板１４３'の他面にフッ素系の樹脂等を塗布し、撥液膜１７０を形成する（撥液膜形成工程）。そして、フィルム状の熱硬化性樹脂等を加熱しながらローラなどにより圧着して撥液膜１７０の表面のノズル１５０と第１撥液膜１７１とが形成される部分を除く領域にレジスト１８１を形成する。
【００６９】
次に、図１７（ｅ）に示すように、撥液膜１７０のレジスト１８１により覆われていない露出部分にレーザ等を照射して、レジスト１８１が形成されていない部分の撥液膜１７０を劣化させてその部分の撥液性を低下させるとともに、撥液膜１７０のノズル１５０に対応する部分を除去する（光線照射工程）。これにより、撥液膜１７０のうち、レーザが照射されて撥液性が低下した部分が第１撥液膜１７１となり、レジスト１８１に覆われレーザが照射されなかった部分が第２撥液膜１７２となる。そして、図１７（ｆ）に示すように、レジスト１８０、１８１を溶剤で溶かして除去することによりノズルプレート１４３は製造される。
【００７０】
金属製の基板１４３'にノズル１５０を形成するとバリ１４４が発生するが、このようにノズル１５０を形成してから第１撥液膜１７１及び第２撥液膜１７２を形成すると、第１撥液膜１７１及び第２撥液膜１７２を形成する前にバリを除去することができるので、第１撥液膜１７１及び第２撥液膜１７２を形成する前にノズルプレート１４３の表面を平坦化することができる。また、ノズルプレート１４３は金属であるので、他のプレート４０〜４２と拡散接合等により同時に接合することができ、この場合には製造工程を簡略化することができる。
【００７１】
本実施の形態では、インクジェットヘッドに本発明の液体移送装置を適用した一例について説明したが、この液体移送装置の適用可能な範囲はインクジェットヘッドに限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本実施の形態に係るインクジェットプリンタの概略構成図である。
【図２】図１のインクジェットヘッドの拡大平面図である。
【図３】図２のIII−III線断面図である。
【図４】図３のIV−IV線断面図である。
【図５】ノズルプレートの平面拡大図である。
【図６】図４の個別電極に電圧を印加しているときの状態を表したインクジェットヘッドの一部を拡大した断面図である。
【図７】図６の個別電極の駆動電圧を一旦解除したときの状態を表した断面図である。
【図８】図７の個別電極に再び駆動電圧を印加したときの状態を表した断面図である。
【図９】図８のノズルから噴射されたインクが噴射される状態を表した断面図である。
【図１０】図９のインク噴射後の状態を表した断面図である。
【図１１】液滴階調を行うときの図４の個別電極に印加する電圧を表した図である。
【図１２】図１１のように電圧を印加した場合の電圧の周波数と噴射されるインクの量の関係を表す図である。
【図１３】ノズルプレートの製造工程を表す工程図である。
【図１４】第１変更形態の図５相当のノズルプレートの平面図である。
【図１５】第２変更形態の図５相当のノズルプレートの平面図である。
【図１６】第３変更形態の図５相当のノズルプレートの平面図であり、（ａ）はノズルの出射口の形状が三角形の場合、（ｂ）はノズルの出射口の形状が四角形の場合の図である。
【図１７】第４変更形態の金属材料からなるノズルプレートの製造工程を表す工程図である。
【符号の説明】
【００７３】
１  インクジェットプリンタ
３  インクジェットヘッド
４３  ノズルプレート
４４  圧力室
５０  ノズル
５１  インク噴射面
７１  第１撥液膜
７２  第２撥液膜
１５０  ノズル
１７１  第１撥液膜
１７２  第２撥液膜
２４３  ノズルプレート
２４４  圧力室
２５１  インク噴射面
２７１  第１撥液膜
２７２  第２撥液膜
３７１  第１撥液膜
３７３  第３撥液膜
４４３、５４３  ノズルプレート
４５０、５５０  ノズル
４７１、５７１  第１撥液膜
４７２、５７２  第２撥液膜
【図１】
2006256316.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006256316.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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