(57)【要約】【課題】非導電性部材のノズル板において撥液層の端部位置精度が良く、滴吐出特性のばらつきが少ない液滴吐出ヘッドの製造方法を提供する。【解決手段】非導電性のノズル孔形成部材表面に、撥液剤４５を形成した液滴吐出ヘッド１の製造方法であって、ノズル孔形成部材の液滴吐出面からノズル内壁面を介して流路形成面境界部まで導電性膜を成膜する工程と、金属または導電体である構造体４２とノズル孔形成部材の流路形成側とを密着した状態で保持する工程と、撥液剤４５を微粒子化する工程と、撥液剤４５を帯電させる工程とを有する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非導電性のノズル孔形成部材表面に、撥液剤を形成した液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
前記ノズル孔形成部材の液滴吐出面からノズル内壁面を介して流路形成面境界部まで導電性膜を成膜する工程と、
金属または導電体である構造体と前記ノズル孔形成部材の流路形成側とを密着した状態で保持する工程と、
前記撥液剤を微粒子化する工程と、
前記撥液剤を帯電させる工程と、
を有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記撥液剤の材料にシリコーン系樹脂を用いることを特徴とする請求項１記載のヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記導電性膜の材料に導電性酸化膜を用いることを特徴とする請求項１または２記載のヘッドの製造方法。
【請求項４】
微粒子化された前記撥液剤の粒子径が２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記撥液剤を霧化装置にて微粒子化することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記撥水剤を微粒子化する霧化装置が、超音波を印加して微粒子化する霧化装置であることを特徴とする請求項５に記載のヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記撥水剤を微粒子化する霧化装置が、２流体のエアスプレーにて微粒子化する霧化装置であることを特徴とする請求項５に記載のヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記撥水剤を微粒子化する霧化装置が、１流体のエアレススプレーにて微粒子化する霧化装置であることを特徴とする請求項５に記載のヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記撥液剤に１〜１２０ｋＶの高電圧を印加させることで、撥液剤を帯電させることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のヘッドの製造方法。
【請求項１０】
撥液剤が塗布されるノズル孔形成部材のノズル孔径が６０μｍ以下であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のヘッドの製造方法。
【請求項１１】
液滴を吐出する複数のノズルを形成した非導電性の液滴吐出ヘッドのノズル部材であって、
ノズル孔形成部材の液滴吐出面からノズル内壁面を介して流路形成面境界部まで導電性膜を成膜する工程と、
金属または導電体である構造体と前記ノズル孔形成部材の流路形成側とを密着した状態で保持する工程と、
撥液剤を微粒子化する工程と、
前記撥液剤を帯電させる工程と、
を有する液滴吐出ヘッドの製造方法により製造され、前記液滴吐出面に前記撥液剤を形成したことを特徴とするノズル部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズル孔より液滴を吐出し画像を形成する画像形成装置に関わり、より詳細には、液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの製造方法及びノズル部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、数十ミクロンの大きさで形成したノズル孔を有するノズル板と、加圧液室を有する流路板と、を備え、圧電素子などの圧力発生手段に電圧を印加して撓み（伸張／収縮）運動をさせることにより加圧液室の体積を変化させ、加圧液室内の圧力を変化させることにより、連通するノズル孔から、インクやＤＮＡ試料、液体レジストなどの液体を吐出する液滴吐出ヘッド（液滴吐出装置）が知られている。
【０００３】
このような液滴吐出ヘッドのうち、インク等の記録液を吐出する液滴吐出ヘッドを適用したプリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、複写機複合機等の画像形成装置としては、液滴吐出ヘッドで構成した記録ヘッド（印字ヘッド）をキャリッジに搭載して、このキャリッジを記録媒体（以下「用紙」というが、材質を紙に限定するものではない）の搬送方向に対して直交する方向にシリアルスキャンさせるとともに、用紙を記録幅に応じて搬送し、搬送と記録を交互に繰り返すことによって、用紙に画像を形成する。
【０００４】
近年、インクジェット画像形成装置の汎用化に伴い、印写品質の高精度化が必要となっている。そのため、ノズルの吐出面は撥液性、ノズル内壁面は親液性とすることでメニスカスが安定し、高精度な印写を可能にする。
【０００５】
上記効果を実現するため、特許文献１には、ノズル孔形成部材表面を微粒子化し、帯電させた撥液剤を塗布し成膜することで、吐出を安定するノズル部材の製造方法が提案されている。
【０００６】
また、特許文献２には、ノズル孔形成部材表面に撥液層を真空蒸着法により塗布した後、酸素プラズマ処理により内壁面に入り込んだ撥水層を除去することで吐出を安定する方法が提案されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示の方法では、ノズル孔形成部材表面に撥液剤を微粒子化し、帯電させて塗布する方法が提案されている。しかしながら、このような方法においては、微粒子化した撥液剤がランダムにノズル孔内壁面に入り込んでしまうため、ノズル孔内壁面に撥液膜が形成されてしまう。これにより、ノズル孔内に撥液性のムラを起こし、インク滴の噴射方向曲がりや不吐出、あるいはインク充填性不良が発生するといった問題があった。また、電気的な塗装方法であるため樹脂プレート、Ｓｉ基板などの非導電性部材のノズル板への転用ができない等の問題もある。
【０００８】
また、特許文献２に開示の方法では、ノズル孔形成部材表面に撥液剤を塗布し膜を形成した後、酸素プラズマ処理により内壁面に入り込んだ撥液膜を除去する方法が提案されている。しかしながら、このような方法においては内壁面に入り込んだ撥液膜を完全に除去することは難しく、極微量に残存した撥液膜によりノズル孔内に撥水性のムラが生じ、吐出不良の原因になりうる。
【０００９】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的としては、非導電性部材のノズル板において撥液層の端部位置精度が良く、滴吐出特性のばらつきが少ない液滴吐出ヘッドの製造方法及びノズル部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる目的を達成するために、本発明は、以下の特徴を有することとする。
【００１１】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、非導電性のノズル孔形成部材表面に、撥液剤を形成した液滴吐出ヘッドの製造方法であって、前記ノズル孔形成部材の液滴吐出面からノズル内壁面を介して流路形成面境界部まで導電性膜を成膜する工程と、金属または導電体である構造体と前記ノズル孔形成部材の流路形成側とを密着した状態で保持する工程と、撥液剤を微粒子化する工程と、前記撥液剤を帯電させる工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、非導電性部材に微粒子化した撥液剤が選択的にノズル孔形成部材の吐出面側へ成膜され、ノズル孔形成部材のノズル孔内壁部及び液室形成側へ付着することを防ぐことで、撥液層の端部位置精度が良く、滴吐出特性のばらつきが小さく、またインク充填性および気泡排出性の良い液滴吐出ヘッドの製造方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係る液滴吐出ヘッドの概略図である。
【図２】本実施形態に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図である。
【図３】図１に示す液滴吐出ヘッドのＡ−Ａ断面図である。
【図４】図１に示す液滴吐出ヘッドのＢ−Ｂ断面図である。
【図５】本発明に係るノズル板の撥水膜の成膜方法を示す図である。
【図６】本実施形態に係る液滴吐出ヘッドを適用したインクカートリッジを示す図である。
【図７】本実施形態に係る液滴吐出ヘッドを採用した液滴吐出記録装置の一例を示す斜視説明図である。
【図８】本実施形態に係る液滴吐出ヘッドを採用した液滴吐出記録装置の一例を示す側面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、図面を参照して、本発明の一実施形態を詳細に説明する。
【００１５】
図１は、一実施形態に係る液滴吐出ヘッドの概略図、図２は、一実施形態に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図、図３は、図１のＡ−Ａ断面図、図４は、Ｂ−Ｂ断面図である。
【００１６】
図１乃至図４に示すように、一実施形態に係る液滴吐出ヘッドは、フレーム部材１０上に、振動板２０、流路板３０、ノズル板４０を順次積層（接合）して構成されている。
【００１７】
詳しくは、フレーム部材１０は、金属あるいはセラミックスなどの高剛性材料で形成したベース基板１３（図３、図４）と、ベース基板１３に接合されている。フレーム部材１０には、流路板３０に備えた加圧液室３１内の液体（例えばインク）を加圧するための圧力発生手段（アクチュエータ手段）である電気機械変換素子としての積層型圧電素子１４（図３、図４）と、上述の加圧液室３１と連通した共通液室１１となる凹部と、この共通液室１１に外部からインクを供給するためのインク供給穴１２とが形成されている。
【００１８】
このフレーム部材１０は、例えばエポキシ系樹脂或いはポリフェニレンサルファイトで射出成形により形成されている。
【００１９】
積層型圧電素子１４は、厚さ１０〜５０μｍ／１層のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電層と、厚さ数μｍ／１層の銀・パラジューム（ＡｇＰｄ）からなる内部電極層とを交互に積層したものである。内部電極を交互に端面の端面電極（外部電極）である個別電極、共通電極に電気的に接続し、これらの電極に、図３に示すＦＰＣケーブル１７を介して駆動信号を供給するようにしている。
【００２０】
また、圧電素子１４は、一方の面をベース基板１３に接合されているが、他方の面は、振動板２０に接合されている。この圧電常数がｄ２３である圧電素子１４の伸縮により、振動板２０が撓むことにより、対応する加圧液室３１を収縮、膨張させるようになっている。
【００２１】
なお、圧電素子１４に駆動信号が印加され、充電が行われると、圧電素子１４は伸長する。また、圧電素子１４に充電された電荷が放電すると、圧電素子１４は反対方向に収縮する。
【００２２】
また、図４に示すように、各圧電素子１４の間には、加圧液室３１、３１間の隔壁部３１ａに対応して支柱部１５が設けられている。ここでは、圧電素子部材にハーフカットのダイシングによるスリット加工を施すことで、櫛歯状に分割して、１つ毎に圧電素子１４と支柱部１５として形成されている。支柱部１５の構成は、圧電素子１４と同じであるが、駆動電圧を印加しないので単なる支柱としてのみ機能する。
【００２３】
振動板２０は、電鋳法により形成されており、その外周部２０Ａが、フレーム部材１０に接着剤により接合されている。
【００２４】
また、振動板２０は、加圧液室３１と連通してフレーム部材１０の共通液室１１から加圧液室３１にインクを供給するためのインク供給口２１を備えている（図２、図３）。
【００２５】
振動板２０は、３層構造のニッケルの金属プレート状に形成されたもので、例えば電鋳法で作製されているが、この他の金属板や樹脂板、或いは、金属と樹脂板との積層部材や、金属と金属の積層部材（複層構造部材）などを用いることもできる。
【００２６】
流路板３０は、例えば、ステンレス鋼材をプレート状に成形されたものである。例えば、プレス加工法にて加圧液室３１、インク供給路２１（図３）を形成し、ダンパ室３２をウエットエッチング加工法にて加圧液室３１よりも浅くハーフエッチングにより形成したものや、例えば、結晶面方位（１１０）の単結晶シリコン基板を水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）などのアルカリ性エッチング液を用いて異方性エッチングすることで、加圧液室３１などの流路パターンを形成したもの（単結晶シリコンに限らない）などを用いることもできる。
【００２７】
なお、ダンパ室３２は、ノズル板４０と振動板２０により、矩形の空間となるが大気連通管２２（図２）を通して大気と連通することにより、エアダンパ効果を持たせる構造とされている。
【００２８】
ノズル板４０は、各加圧液室３１に対応して、ノズル孔４１が形成されている。このノズル板４０は、非導電性部材をプレート状に形成したもので、部材がポリイミドなどの樹脂材の場合は、エキシマーレーザーによりノズル孔４１が形成され、部材がシリコーン材では、異方性エッチングにより形成されている。
【００２９】
次に、このようにして得られたノズル板に導電膜、撥液膜を形成する工程について、図５を参照して説明する。
【００３０】
撥液膜には、液状シリコーン系樹脂を用いて説明するが、これに限るものではない。シリコーン系樹脂を有する撥液剤の場合、ノズル板４０へ付着後に３次元架橋反応が発生するため、耐久性のよい、安定した撥液膜を得ることができる。
【００３１】
撥液層の形成法は、静電塗布法を用いる。まず、ノズル板４０には、導電性層４９を撥液層４７塗布面である液滴吐出面からノズル内壁面を介して流路形成面境界部まで、もしくは、流路形成全面に成膜がなされる。この導電性層４９は、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉなどの金属や、好ましくは酸化チタン、ＩＴＯなど金属酸化物をスパッタリング法、蒸着法により成膜がなされる。導電性酸化膜を用いることによって撥液膜との密着性が高い、耐久性のよい、安定した撥液膜を形成することができる。
【００３２】
次に、塗布空間内に、ノズル板４０とノズル板４０の流路部材接合側に導電性を持った構造体４２が、ノズル板４０に密着して配置される。ノズル板４０及び導電性構造体４２は、グラウンドに設置される。
【００３３】
次に、撥液剤４５をエアスプレー４３により微粒子化し、微粒子化した撥液剤４５をアシストエアーにより噴霧する。微粒子化された撥液剤の粒子径が２０μｍ以下であることが好ましい。このことによって、ノズル板４０へ付着した際に平均膜粗さが±１．０μｍ以下の平面性の高い良好な撥液膜を形成することができる。
【００３４】
ここで、撥液剤４５を微粒子化する方法は、霧化装置を使用してエアスプレーにより霧化する方法を取っているが、霧化装置は超音波霧化でもよいし、２流体のエアレススプレーでもよいし、１流体のエアレススプレーでもよい。
【００３５】
次に、電極針４４に、電源装置４８によって、例えば６０ｋＶの高電圧を印加することで、エアスプレー４３とノズル板４０との間に、高電界を発生させる。微粒子化された撥液剤４５は、高電界領域内を通過することにより帯電する。撥液剤に１〜１２０ｋＶの高電圧を印加させることによって、撥液剤４５を帯電することが可能となる。
【００３６】
ここで、撥液剤４５を帯電する方法は、電極針４４から電界を発生させる方法を取っているが、例えば、電界をかけた導電性構造体４２の間に撥液剤４５を通すことで帯電させる方法でもよいし、予め撥液剤４５に電荷をかけてから微粒子化する方法でもよい。
【００３７】
帯電した撥液剤４５は、クーロン力によりグラウンド状態のノズル板４０に引き付けられ、ノズル板の吐出面側に衝突する。この際、ノズル板４０のノズル孔開口部と導電性構造体４２を密着させることによって、ノズル孔開口部以外を閉空間として形成された空間４６は、ファラデーケージ効果により、電気力線が及ばない。このため、帯電した撥液剤４５は、空間４６に進入しない。
【００３８】
この際、ノズル孔開口部直径は６０μｍ以下と、短いほど望ましい。開口部を６０μｍ以下にすることにより、空間４６は擬似的に閉空間に近づき、ファラデーケージ効果が強く発生するため、ノズル孔内壁部に撥液剤４５の付着がないノズル板４０を形成できる。このようにして、ノズル板４０の吐出側に撥液層４７を成膜する。
【００３９】
従来技術では、ノズル板流路側と導電性構造体４２を密着保持しないため、ノズル孔開口部空間にファラデーケージが形成されない。このため微粒子化した撥液剤４５がノズル孔内壁部に進入してしまい、ノズル孔内壁部及びノズル板流路側へ付着する。しかし、本発明は、上述のように、撥液膜を成膜することで、ノズル孔内壁部及びノズル板流路側への撥液剤４５の付着を防止することができる。
【００４０】
撥液膜の成膜後、ノズル板４０を開放する。こうして、吐出不良が発生しない良好な吐出を可能とするノズル板４０を実現することができる。
【００４１】
図６は、一実施形態に係る液滴吐出ヘッドを適用したインクカートリッジを示す図である。図６に示すインクカートリッジは、ノズル孔４１等を有する上記各実施形態のいずれかの液滴吐出ヘッド１と、この液滴吐出ヘッド１に対してインクを供給するインクタンク５０とを一体化したものである。
【００４２】
このように、インクタンク一体型の液滴吐出ヘッド１の場合、液滴吐出ヘッドの歩留まり不良は直ちにインクカートリッジ全体の不良につながるので、上述したように液滴吐出特性の向上は、液滴吐出ヘッド一体型インクカートリッジの信頼性向上化を図れる。
【００４３】
図７は、一実施形態に係る液滴吐出ヘッドを採用した液滴吐出記録装置の一例を示す斜視説明図、図８は、同記録装置の機構部の側面説明図である。
【００４４】
この液滴吐出記録装置は、記録装置本体８１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した本発明を実施した液滴吐出ヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部８２等を収納し、装置本体８１の下方部には、前方側から多数枚の用紙８３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）８４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙８３を手差しで給紙するための手差しトレイ８５を開倒することができ、給紙カセット８４或いは手差しトレイ８５から給送される用紙８３を取り込み、印字機構部８２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ８６に排紙する。
【００４５】
印字機構部８２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド９１と従ガイドロッド９２とでキャリッジ９３を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ９３には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドからなるヘッド９４を複数のインク吐出口（ノズル）を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ９３には、ヘッド９４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ９５を交換可能に装着している。
【００４６】
インクカートリッジ９５は、上方に大気と連通する大気口、下方には液滴吐出ヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力により液滴吐出ヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、記録ヘッドとしてここでは、各色のヘッド９４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。
【００４７】
ここで、キャリッジ９３は、後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド９１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド９２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ９３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータで回転駆動される駆動プーリと従動プーリとの間にタイミングベルトを張装し、このタイミングベルトをキャリッジ９３に固定しており、主走査モータの正逆回転によりキャリッジ９３が往復駆動される。
【００４８】
一方、給紙カセット８４にセットした用紙８３をヘッド９４の下方側に搬送するために、給紙カセット８４から用紙８３を分離給装する給紙ローラ１０１及びフリクションパッド１０２と、用紙８３を案内するガイド部材１０３と、給紙された用紙８３を反転させて搬送する搬送ローラ１０４と、この搬送ローラ１０４の周面に押し付けられる搬送コロ１０５及び搬送ローラ１０４からの用紙８３の送り出し角度を規定する先端コロ１０６とを設けている。搬送ローラ１０４は、副走査モータによってギヤ列を介して回転駆動される。
【００４９】
そして、キャリッジ９３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１０４から送り出された用紙８３を記録ヘッド９４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材１０９が設けられている。この印写受け部材１０９の用紙搬送方向下流側には、用紙８３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１１１、拍車１１２を設け、更に用紙８３を排紙トレイ８６に送り出す排紙ローラ１１３及び拍車１１４と、排紙経路を形成するガイド部材１１５、１１６とが配設されている。
【００５０】
記録時には、キャリッジ９３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド９４を駆動することにより、停止している用紙８３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙８３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙８３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ、用紙８３を排紙する。
【００５１】
また、キャリッジ９３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド９４の吐出不良を回復するための回復装置１１７が配置されている。回復装置１１７は、キャップ手段と吸引手段とクリーニング手段とを有している。キャリッジ９３は、印字待機中にはこの回復装置１１７側に移動されてキャッピング手段でヘッド９４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【００５２】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド９４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等は、クリーニング手段により除去され、吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【００５３】
本実施形態に係る液滴吐出ヘッドを適用することで、接合剥れの少ない安価な液滴吐出記録装置を実現できる。
【００５４】
なお、液滴吐出記録装置としてインクジェットプリンタを例として説明したが、インクジェットコピー、インクジェットファックス、あるいはそれらの複合型記録装置にも適用できる。
【００５５】
また、インクジェット記録装置以外にも、インクジェット技術を用いたカラーフィルタ製造装置、金属配線製造装置、捺染装置、ＤＮＡチップ製造装置などの工業用製造装置にも適用できる。
【符号の説明】
【００５６】
１    液滴吐出ヘッド
４０    ノズル板
４１    ノズル孔
４２    導電性構造体
４３    エアスプレー
４４    電極針
４５    撥液剤
４６    閉空間
４７    撥液層
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５７】
【特許文献１】特開２００５−１３８３８３号公報
【特許文献２】特開２０１０−７６４２２号公報
【図１】
2012250476.tif 000003
【図２】
2012250476.tif 000004
【図３】
2012250476.tif 000005
【図４】
2012250476.tif 000006
【図５】
2012250476.tif 000007
【図６】
2012250476.tif 000008
【図７】
2012250476.tif 000009
【図８】
2012250476.tif 000010