(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＦｅまたはＦｅ系金属粉末を用いた粉末成形法によりインクジェットプリンタのノズルプレートを製造する方法であって、
前記粉末成形工程では、バインダの揮発成分量の異なるバインダが混練された前記金属粉末を、揮発成分量に対応した積層状態となるように、成形型に入れることにより、前記ノズルプレートの一方の表面をポーラス状とし、
この一方の表面に撥水膜を被覆することを特徴とするノズルプレートの製造方法。
【請求項２】
前記ノズルプレートの前記撥水膜を形成する側に、最も揮発成分量の多いバインダを混練した前記金属粉末が位置するように、前記積層状態における積層順序を決定することを特徴とする請求項１に記載のノズルプレートの製造方法。
【請求項３】
ＦｅまたはＦｅ系金属により形成された金属プレートと、
この金属プレートの厚み方向に貫通するように設けられたノズル孔と
を備えており、
前記ノズル孔の先端側に対応した金属プレートの表面にポーラス構造が形成されていて、この表面を覆うように撥水膜が被覆されており、
さらに、前記ポーラス構造が前記表面から奥側に向かって、次第に稠密な構造となっている
ことを特徴とする、ノズルプレート。
【請求項４】
インクを吐出するインクノズルを構成するためのノズルプレートを備えたインクジェットプリンタであって、
前記ノズルプレートが、
ＦｅまたはＦｅ系金属により形成された金属プレートと、
この金属プレートの厚み方向に貫通するように設けられたノズル孔と
を備えており、
前記ノズル孔の先端側に対応した金属プレートの表面にポーラス構造が形成されていて、この表面を覆うように撥水膜が被覆されており、
さらに、前記ポーラス構造が前記表面から奥側に向かって、次第に稠密な構造となっている
ことを特徴とする、インクジェットプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノズルを介してインクを噴射するインクジェットプリンタとインクジェットプリンタ用のノズルプレートと、その製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、従来のノズルプレートの概略構成を示す部分断面図である。
【０００３】
図において、インクジェットプリンターのヘッドノズルを構成するノズルプレート１は、例えば、ＳＵＳ等の金属材料で形成されたプレートの厚み方向に、印刷用インクの通り道となる複数のノズル２，２が設けられている。このノズル２，２は図において上方に位置するインク流路の上流側に配置された圧電素子等で構成した駆動手段を介して、液室から導かれたインクを、流路を狭めたノズル先端２ａ，２ａから吐出するためのものである。
【０００４】
このノズルプレート１は、ノズル先端２ａ側表面１ａに撥水膜３が設けられている。このような撥水膜３は、ノズル２，２から吐出したインクが先端２ａ，２ａの周囲に広がって付着してしまうのを防止するための設けられる。
【０００５】
このような撥水膜３は、通常、フッ化炭化水素により形成されている。具体的には、ノズルプレートを窒化エチレンとニッケルとの混合液中に浸漬して、表面１ａにニッケルを含有した状態のフッ化炭化水素を、共析メッキすることにより形成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７のノズルプレート１に、上述のような手法で設けた撥水膜３は、ニッケルとフッ化炭化水素が共析メッキにより結合しているため、このニッケルとフッ化炭化水素の境界が微細な粒界となっている。
【０００７】
このため、ノズル２，２を介して、インクを吐出する場合に、このインクに有機溶剤が含まれていると、この有機溶剤がニッケルとフッ化炭化水素との境界に入り込んでしまい、撥水膜が浸食されてしまうという問題があった。
【０００８】
撥水膜が浸食されると、撥水効果が失われ、最悪の場合、撥水膜が剥離して、ノズル２，２から吐出したインクが先端２ａ，２ａの周囲に付着して、その結果所謂吐出インクの飛行曲がりが発生し、印字品質が損なわれることになる。
【０００９】
本発明は、上記課題を解消し、インクに対する耐蝕性にすぐれた撥水膜を備えたノズルプレートと、このようなノズルプレートの製造方法及びこのノズルプレートを備えたインクジェットプリンタを提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、請求項１の発明によれば、ＦｅまたはＦｅ系金属粉末を用いた粉末成形法によりインクジェットプリンタのノズルプレートを製造する方法であって、
前記粉末成形工程では、バインダの揮発成分量の異なるバインダが混練された前記金属粉末を、揮発成分量に対応した積層状態となるように、成形型に入れることにより、前記ノズルプレートの一方の表面をポーラス状とし、
この一方の表面に撥水膜を被覆するノズルプレートの製造方法により、達成される。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明の構成において、前記ノズルプレートの前記撥水膜を形成する側に、最も揮発成分量の多いバインダを混練した前記金属粉末が位置するように、前記積層状態における積層順序を決定することを特徴とする。
【００１２】
請求項２の構成によれば、金属粉末成形法を実施するに当たって、前記金属粉末を、揮発成分量に対応した積層状態となるように成形機の金型に入れることで、成形後の脱脂工程において、バインダーの揮発成分を除去する工程で、前記積層状態に対応して金属材料中に揮発成分量に応じた微細な空隙を形成することができる。
【００１３】
これにより、焼成後に撥水膜を被膜する際に、この空隙に撥水膜材料を侵入させて、金属プレート材料と撥水膜とを結合させることができる。
【００１４】
上記目的は、請求項３の発明にあっては、ＦｅまたはＦｅ系金属により形成された金属プレートと、この金属プレートの厚み方向に貫通するように設けられたノズル孔と  を備えており、前記ノズル孔の先端側に対応した金属プレートの表面にポーラス構造が形成されていて、この表面を覆うように撥水膜が被覆されており、さらに、前記ポーラス構造が前記表面から奥側に向かって、次第に稠密な構造となっているノズルプレートにより、達成される。
【００１５】
また、上記目的は、請求項４の発明にあっては、インクを吐出するインクノズルを構成するためのノズルプレートを備えたインクジェットプリンタであって、前記ノズルプレートが、ＦｅまたはＦｅ系金属により形成された金属プレートと、この金属プレートの厚み方向に貫通するように設けられたノズル孔とを備えており、前記ノズル孔の先端側に対応した金属プレートの表面にポーラス構造が形成されていて、この表面を覆うように撥水膜が被覆されており、さらに、前記ポーラス構造が前記表面から奥側に向かって、次第に稠密な構造となっているインクジェットプリンタにより、達成される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態に係るインクノズルプレートを備えたインクジェットプリンタの構成の一例を示す概略図である。
【００２１】
図において、プリンタ５０は、印刷対象としての例えば印刷用紙５５に対してヘッド５１により所定の印刷を行うことができる構成を備えており、プリンタの全体構成は公知の広く使用されている構成が適用できる。
【００２２】
このプリンタ５０では、インクジェット型の記録ヘッド５１が使用でき、このような記録ヘッド５１は、外部に備えたインク供給手段５７もしくは、記録ヘッド５１に内蔵されたインクを収容する液室から印刷用インクが供給される複数組，例えば３組のヘッド部を備えている。記録ヘッド５１は、各ヘッド部に駆動手段、例えばピエゾ素子を備えている（図示せず）。また、インク供給手段５７または各液室は、インクを吐出するノズル部に接続されており、このノズル部はヘッド５１の図１において下面に開口されている。このノズル部を形成するものが、後で詳しく説明するノズルプレート４０である（図６参照）。
【００２３】
各組の液室には、異なる色のインク、たとえばイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、クロマ（Ｃ）のインクが収容されている。
【００２４】
各液室のピエゾ素子は、後述する送り制御装置のヘッド駆動部からの指令信号に基づいて、動作することにより、液室内のインクを、上記ノズル部から、図１に示す印刷用紙５５に向けて発射して、インクを着弾させることができるようになっている。
【００２５】
記録ヘッド５１は、例えば、ボール螺子５２等からなる送り手段５２に沿って矢印Ｅの方向に沿って往復移動されるようになっており、このＥ方向への移動は、送りモータ等でなる第１の駆動手段５３により行われるようになっている。この矢印Ｅ方向は、印刷用紙５５の印字方向，すなわちライン方向と一致している。
【００２６】
さらに、記録ヘッド５１は、印刷用紙５５との関係において、上記矢印Ｅ方向と直交する矢印Ｆで示すフィード方向に、送りモータ等でなる第２の駆動手段５４により相対移動されるようになっている。
【００２７】
図示の場合、第２の駆動手段５４は、記録ヘッド５１を移動させるようになっているが、第２の駆動手段５４は、記録ヘッド５１を直接移動させなくても、印刷対象である印刷用紙５５側をフィードさせるようにして、相対移動させるようになっていればよい。
【００２８】
そして、記録ヘッド５１の印刷時の送り制御を行うために、上記記録ヘッド５１、第１の駆動手段５３、第２の駆動手段５４には、送り制御装置５６が接続されている。
【００２９】
送り制御装置５６は、例えば、プリンタ５０に印刷の指定を出すパーソナルコンピュータ等の端末装置（図示せず）とプリンタ５０との間に介在して、プリンタ５０の動作の中で、記録ヘッド５１の送り制御を行うようになっている。
【００３０】
次に、記録ヘッド５１に適用されるノズル部を構成するノズルプレートの製造方法と構成について詳しく説明する。
【００３１】
図２ないし図６は、本発明の一実施形態に係るノズルプレートの製造方法を説明するための工程図である。
【００３２】
この実施形態においては、プリンタ用のノズルプレートを製造するに際して、金属粉末と有機バインダーとを混練し、この混練した物を用いて、射出成形する金属粉末射出成形（ＭＩＭ：Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｊｅｃｓｔｉｏｎ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）法を用いるものである。
【００３３】
この実施形態における金属粉末射出成形では、次のような条件が使用される。
【００３４】
金属粉末を構成する金属材料の主成分は、ＦｅまたはＦｅ系合金である。Ｆｅ系合金の場合におけるＦｅ以外の金属としては、例えばＮｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｗ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｚｒ等が挙げられ、これらのうちの１種、または２種以上を含有することができる。
【００３５】
この場合、Ｆｅ系合金は、Ｆｅに、Ｎｉ、ＣｏおよびＣｒのうちの少なくとも１種を含む合金であるのが好ましく、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１７、ＳＵＳ３２９Ｊ１、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４４０、ＳＵＳ６３０）であるのがより好ましい。
【００３６】
また、このようなＦｅ系合金においては、Ｆｅのもつ優れた強度、靭性、加工のし易さといった特性を活かすため、Ｆｅを４０ｗｔ（重量）パーセント以上含有するものであるのが好ましい。
【００３７】
このような金属粉末の平均粒径は、特に限定されないが、５０μm 以下が好ましく、通常、０．１〜４０μm 程度がより好ましい。平均粒径が大き過ぎると、他の条件によっては、焼結密度の向上が不十分となることがある。
【００３８】
金属粉末の製造方法は、特に限定されず、例えばアトマイズ法、還元法、カルボニル法、粉砕法により製造されたものを用いることができるが、Ｎ含有量の制御がし易いこと、粒径の細かい粉末が比較的容易に得られること等の点で、ガスアトマイズ法または水アトマイズ法が好ましい。具体的には、窒素  ガスを用いたガスアトマイズ法、窒素  ガスおよび水を用いた水アトマイズ法、Ｎ含有溶湯を用いたガスまたは水アトマイズ法が挙げられる。
【００３９】
次に、本実施形態によるノズルプレートの具体的な製造方法について説明する。先ず、上記した金属粉末を用い、金属粉末射出成形法（ＭＩＭ法）により図２の部分断面図に示すような成形体を製造する。
【００４０】
この場合、上記した金属粉末と結合材（有機バインダー）とを用意し、これらを混練機により、例えば、温度条件、摂氏５０度，時間条件として１時間で混練し、複数種類，この実施形態では、３種類の混練物（コンパウンド）を形成する。
【００４１】
ここで使用する結合材としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体などのポリオレフィン、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート等のアクリル系樹脂、ポリスチレン等のスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアミド、ポリエステル、ポリエーテル、ポリビニルアルコール、またはこれらの共重合体等の各種樹脂や、各種ワックス、パラフィン、高級脂肪酸（例：ステアリン酸）、アルコール、高級脂肪酸エステル、高級脂肪酸アミド等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を混合して用いることができる。
【００４２】
また、さらに可塑剤が添加されていてもよい。この可塑剤としては、例えば、フタル酸エステル（例：ＤＯＰ、ＤＥＰ、ＤＢＰ）、アジピン酸エステル、トリメリット酸エステル、セバシン酸エステル等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を混合して用いることができる。
【００４３】
脱脂前の成形体中の金属粉末の含有量は、７０〜９７ｗｔパーセント程度であるのが好ましく、８０〜９５ｗｔパーセント程度であるのがより好ましい。７０ｗｔパーセント未満では、成形体を焼成した際の収縮率が増大し、寸法精度が低下し、また、焼結体における空孔率や含有Ｃ量が増大する傾向を示す。また、９７ｗｔパーセントを超えると、相対的に結合材の含有量が減るので、成形時における流動性が乏しくなり、射出成形が不能または困難となるか、あるいは成形物の組成が不均一となる。
【００４４】
なお、上記混練に際しては、上記金属粉末、結合材、可塑剤の他に、例えば、潤滑剤、酸化防止剤、脱脂促進剤、界面活性剤等の各種添加物を必要に応じ添加することができる。
【００４５】
混練条件は、用いる金属粉末の粒径、結合材、添加剤の組成およびその配合量等の諸条件により異なるが、その一例を挙げれば、混練温度：２０〜２００℃程度、混練時間：２０〜２１０分程度とすることができる。混練物は、必要に応じ、ペレット（小塊）化される。ペレットの粒径は、例えば、１〜１０mm程度とされる。
【００４６】
図２は、このようなペレット成形用の金型内に配置した時の積層状態を模式的に示したものである。
【００４７】
図において材料１１、１２、１３は、同じ金属材料を用いて、上記した結合材（バインダー）の揮発成分量のみを変えて、異なるコンパウンドを形成し、これを積層した状態を示している。
【００４８】
すなわち、上記したバインダーの種類の中に、特に、アルコール等の揮発成分を混入し、その成分量の比率を材料１１、１２、１３において変えて含有させたものである。例えば、バインダーとして、上記したものなかから、ポリエチレンを選択し、揮発成分として、アルコール（グリセリン）を選択する。この場合、アルコール成分量は、例えば、材料１３、１２、１１の順に次第に高くする。その比率は、例えば、材料１３の場合、１ｗｔパーセント、材料１２の場合、５ｗｔパーセント、材料１１の場合、１０ｗｔパーセントとする。あるいは、材料１１だけに揮発成分を含有させるか、材料１３、１２だけに揮発成分をその成分量を変えて含有させる。
【００４９】
この点が、本実施形態において、最も特徴的な点であり、後述するポーラス構造を形成するために必要な事項となる。
【００５０】
次に、図２の順序となるように射出成形機の金型内に射出成形する。
【００５１】
この射出成形の成形条件としては、用いる金属粉末の粒径、結合材の組成およびその配合量等の諸条件により異なるが、その一例を挙げれば、材料温度が好ましくは２０〜２００℃程度、射出圧力が好ましくは３０〜１５０ｋｇｆ／平方センチメートル程度とされる。
【００５２】
続いて、図２の成形材料であるプレート素材１の材料中から揮発成分を除去する脱脂処理（脱バインダー処理）を行う。
【００５３】
この脱脂処理としては、例えば、非酸化性雰囲気、例えば真空または減圧状態下（例えば１×１０-1〜１×１０-6 Torr ）、あるいは窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス中で、熱処理を行うことによりなされる。
【００５４】
この場合、熱処理条件としては、例えば、好ましくは温度１００〜７５０℃程度で０．５〜４０時間程度、より好ましくは温度１５０〜６００℃程度で１〜２４時間程度とされる。
【００５５】
また、このような熱処理による脱脂は、種々の目的（例えば脱脂時間の短縮の目的）で、複数の工程（段階）に分けて行われてもよい。この場合、例えば、前半を低温で、後半を高温で脱脂処理するような方法や、低温と高温を繰り返し行う方法が挙げられる。
【００５６】
なお、この脱脂処理は、結合材や添加剤中の揮発成分を含む特定成分を所定の溶媒（液体、気体）を用いて溶出させることにより行ってもよい。
【００５７】
次に、脱脂処理を終了したプレート素材１０を焼結炉で焼成する。これにより、プレート素材１０は、均一に収縮，稠密化し、好ましくは、材料１３に対応する箇所で、例えば、相対密度９６パーセント以上とされる。この焼結における焼結温度は、好ましくは１０００〜１４５０℃程度、より好ましくは１１００〜１３８０℃程度、時間は、好ましくは０．５〜８時間程度、より好ましくは１〜５時間程度とされる。
【００５８】
また、焼結雰囲気は、水素を含まない非酸化性雰囲気とされるのが好ましい。これにより、焼結時の安全性が向上するとともに、焼結体の空孔率の低減に寄与する。
【００５９】
好ましい焼結雰囲気としては、１×１０-2 Torr 以下（より好ましくは１×１０-2〜１×１０-6 Torr ）の減圧（真空）下、または窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスであるのが好ましい。
【００６０】
なお、焼結雰囲気は、焼結の途中で変化してもよい。例えば、最初に１×１０-2〜１×１０-6 Torr の減圧（真空）下とし、途中で上記のような不活性ガスに切り替えることができる。
【００６１】
このように、バインダーの揮発成分を除去した後で、焼結が終了したプレート素材が図３の部分断面図に示されている。
【００６２】
ここで、除去されるバインダーの揮発成分量に応じて、図３に模式的に示すように、金属粉末の積層状態に対応して、材料中に多数の微細な空隙Ｓが生じる。この場合、例えば、材料１１の部分では、比較的大きな空隙Ｓ１を生じ、材料１２の部分では、これより小さな空隙Ｓ２を生じており、材料１３の部分では、殆ど空隙が生じない。
【００６３】
これにより、プレート素材１０は、図３の下から上へ向かって、次第に稠密な構造となっている。この場合、上記空隙Ｓ１は、例えば、５０μｍ程度の大きさで、体積比１．５パーセント程度の密度であり、材料１１の箇所は、所謂、ポーラス構造，すなわち多孔質構造となっている。
【００６４】
図４は、焼結後のプレート素材１０に穿孔して、ノズル孔を形成する工程を示している。
【００６５】
プレート素材１０のノズル孔先端側に対応する面１０ｂにダイ２５を当て、ノズル孔の基端側となる面１０ａにストリッパプレート２１を当てて、厚みＤが数百ミクロン以下のプレート素材１０をストリッパプレート２１とダイ２５とで挟み込む。
【００６６】
ストリッパプレート２１内には、ポンチ２３が収容されており、図において上下に進退するようになっている。ポンチ２３は、基端側が円柱形状であり、先端にいくに従って、ノズル孔の縮径部に対応した第１の円錐部２４と、その先で、さらに僅かに縮径された第２の円錐部２８とを備えている。
【００６７】
一方、ダイ２５には、ポンチ２３が通過するための孔２６が設けられており、孔２６の周縁には、斜めに傾斜した面取り部２７が形成されている。
【００６８】
このような構成において、ポンチ２３を矢印方向に進めると、図４に示されているように、ポンチ２３は、プレート素材１０を貫く。この時、抜きカスは、ダイ２５側の孔２６から排出され、プレート素材１０のノズル孔先端側に対応する面１０ｂ側にでるバリは、面取り部２７に残される。
【００６９】
次いで、ストリッパプレート２１及びダイ２５を退避させて、好ましくは、ノズル孔３１が形成されたプレート素材１０の表面側１０ｂを研磨する。
【００７０】
すなわち、プレート素材１０のノズル孔３１の先端側３２に対応した表面の領域は、上述した混練工程で、揮発成分量の多いバインダーが用いられていた材料１１に対応する面であるから、図４に示されているように、材料中に比較的大きな空隙Ｓ１が形成されている。そして、表面１０ｂを研磨すると、この空隙Ｓ１を表面に露出させることができる。
【００７１】
この状態で、図６に示すように、プレート部材１０のノズル孔３１の基端側３３とは反対の面１０ｂに、例えば、フッ化炭化水素を焼き付けることにより撥水膜３５を被覆する。
【００７２】
フッ化炭化水素の焼き付け方法は、具体的には、例えば、ポリテトラルフルオロエチレン粉末を摂氏８０度程度に加熱しながら、５０ＫＮ（キロニュートン）程度で加圧し、その後摂氏２００度程度で焼成することにより行う。
【００７３】
かくして、ＭＩＭにより形成したプレート素材１０にノズル孔３１が形成され、ノズル孔３１の先端側３２の表面にフッ化炭化水素による撥水膜３５が形成されたノズルプレート４０を得ることができる。
【００７４】
このノズルプレート４０においては、表面１０ｂが空隙Ｓ１を有するポーラス状とされており、このポーラス状となった表面のポーラス構造のなかにフッ化炭化水素が入り込むことで、ノズルプレート表面と強力に結合している。このため、強靱な撥水膜３５を備えている。このため、従来のように、有機溶剤を含んだインクがノズル孔３１を通過して、撥水膜３５に触れても、撥水膜３５を構成するフッ化炭化水素はポーラス構造と強く結びついて侵されることがないので、耐久性が従来よりも格段に向上する。
【００７５】
また、上述のノズルプレートをインクジェットプリンタのインク吐出ノズルとして用いることにより、長期にわたって印字品質の良好なインクジェットプリンタを実現することができる。
【００７６】
本発明は、上述の実施形態に限定されない。例えば金属材料は、上述したものの他、さらに他の材料を選択することができる。プレート素材１０の図２の積層構造は、少なくとも２層もしくは２種類、あるいは４種類以上の揮発成分量となるようにしてもよい。また、実施形態の各構成は、必要によりその一部を省略したり、上述しない他の構成や条件と組み合わせてもよい。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、インクに対する耐蝕性にすぐれた撥水膜を備えたノズルプレートと、このようなノズルプレートの製造方法及び長期にわって印字品質を良好に維持できるインクジェットプリンタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るインクノズルプレートを備えたインクジェットプリンタの構成の一例を示す概略斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係るノズルプレートの製造工程における成形の際の状態を示すプレート素材の概略断面図。
【図３】図２プレート素材の成形後の状態を示す概略断面図。
【図４】図４のプレート素材にノズル孔を穿孔する様子を示す概略断面図。
【図５】ノズル孔を穿孔したプレート素材を研磨した状態を示す概略断面図。
【図６】本実施形態のノズルプレートの概略断面図。
【図７】従来のノズルプレートの概略断面図。
【符号の説明】
１０      プレート素材
１１      材料
１２      材料
１３      材料
２１      ストリッパプレート
２３      ポンチ
２５      ダイ
３１      ノズル孔
３５      撥水膜
４０      ノズルプレート
Ｓ１      空隙
【図１】
0003753310.tif 000002
【図２】
0003753310.tif 000003
【図３】
0003753310.tif 000004
【図４】
0003753310.tif 000005
【図５】
0003753310.tif 000006
【図６】
0003753310.tif 000007
【図７】
0003753310.tif 000008