JP2004001394A

JP2004001394A - マルチノズルプレート及び液体噴射装置

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Publication number: JP2004001394A
Application number: JP2003038918A
Authority: JP
Inventors: Takuro Sekiya; 関谷　卓朗; Takayuki Yamaguchi; 山口　隆行; Mitsuru Shingyouchi; 新行内　充; Makoto Kobu; 小夫　真; Michio Umezawa; 梅沢　道夫; Tetsuo Hirota; 廣田　哲郎; Takesada Hirose; 広瀬　武貞; Hideki Otsuki; 大槻　英樹; Toshihiro Takesue; 武末　敏洋
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-02-17
Filing date: 2003-02-17
Publication date: 2004-01-08

Abstract

【課題】液体噴射装置に適した量産性の高いマルチノズルプレートを提供することである。
【解決手段】エネルギー作用面に対して垂直方向に液滴を飛翔させる液滴噴射装置の噴射ヘッドに適用されるマルチノズルプレート３３において、該マルチノズルプレート３３はプレスによる加工を取り入れてなるステンレス箔製の単体構成のマルチノズルプレート３３であって、隣接ノズル３４間の距離が２７μｍ以上であるようにした。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノンインパクト記録装置の一つであるインク飛翔記録装置等で用いられるマルチノズルプレート及び液体噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ノンインパクト記録法は、記録時の騒音発生が無視できる程度に小さい点で、オフィス用等として注目されている。その内、高速記録可能で、いわゆる普通紙に特別の定着処理を要せずに記録できる、いわゆるインクジェット記録法は極めて有力な方法であり、従来から種々の方式が提案され、又は既に製品化されて実用されている。
【０００３】
このようなインクジェット記録法は、いわゆるインクと称される記録液体の小滴を飛翔させ、被記録体に付着させて記録を行うもので、記録液体の小滴の発生法及び小滴の飛翔方向を制御するための制御方法により、幾つかの方式に大別される。
【０００４】
第１の方式は、例えば米国特許第３０６０４２９号明細書に開示されているものである。これは、Ｔｅｌｅ　ｔｙｐｅ方式と称され、記録液体の小滴の発生を静電吸引的に行い、発生した小滴を記録信号に応じて電界制御し、被記録体上にこの小滴を選択的に付着させて記録を行うものである。
【０００５】
より詳細には、ノズルと加速電極間に電界をかけて、一様に帯電した記録液体の小滴をノズルより吐出させ、吐出した小滴を記録信号に応じて電気制御可能なように構成されたｘｙ偏向電極間を飛翔させ、電界の強度変化によって選択的に小滴を被記録体上に付着させるものである。
【０００６】
第２の方式は、例えば米国特許第３５９６２７５号明細書、米国特許第３２９８０３０号明細書等に開示されているものである。これは、Ｓｗｅｅｔ方式と称され、連続振動発生法により帯電量の制御された記録液体の小滴を発生させ、この帯電量の制御された小滴を、一様電界がかけられている偏向電極間を飛翔させて、被記録体上に記録を行わせるものである。
【０００７】
具体的には、ピエゾ振動素子の付設されている記録ヘッドを構成する一部であるノズルのオリフィス（吐出口）の前に記録信号が印加されるようにした帯電電極を所定距離離間させて配置し、前記ピエゾ振動素子に一定周波数の電気信号を印加することでピエゾ振動素子を機械的に振動させ、オリフィスより記録液体の小滴を吐出させる。この時、吐出する小滴には帯電電極により電荷が静電誘導され、小滴は記録信号に応じた電荷量で帯電される。帯電量の制御された小滴は、一定電界が一様にかけられている偏向電極間を飛翔する時に、付加された帯電量に応じて偏向を受け、記録信号を担う小滴のみが被記録体上に付着することになる。
【０００８】
第３の方式は、例えば米国特許第３４１６１５３号明細書に開示されているものである。これは、Ｈｅｒｔｚ方式と称され、ノズルとリング状の帯電電極間に電界をかけ、連続振動発生法によって、記録液体の小滴を発生霧化させて記録させる方式である。即ち、ノズルと帯電電極間にかける電界強度を記録信号に応じて変調することにより小滴の霧化状態を制御し、記録画像の階調性を出して記録させるものである。
【０００９】
第４の方式は、例えば米国特許第３７４７１２０号明細書に開示されているものである。これは、Ｓｔｅｍｍｅ　方式と称され、第１〜３の方式とは根本的に原理が異なるものである。即ち、第１〜３の方式が、何れもノズルより吐出された記録液体の小滴を、飛翔している途中で電気的に制御し、記録信号を担った小滴を選択的に被記録体上に付着させて記録を行わせるのに対し、このＳｔｅｍｍｅ　方式では、記録信号に応じて吐出口より記録液体の小滴を吐出飛翔させて記録するものである。
【００１０】
つまり、Ｓｔｅｍｍｅ　方式は、記録液体を吐出する吐出口を有する記録ヘッドに付設されているピエゾ振動素子に、電気的な記録信号を印加してピエゾ振動素子の機械的振動に変え、この機械的振動に従い吐出口より記録液体の小滴を吐出飛翔させて被記録体に付着させるものである。
【００１１】
これらの４方式は、各々に特長を有するが、同時に、解決すべき課題点もある。まず、第１〜第３の方式は、記録液体の小滴を発生させるための直接的エネルギーが電気的エネルギーであり、かつ、小滴の偏向制御も電界制御による。よって、第１の方式は、構成上はシンプルであるが、小滴の発生に高電圧を要し、かつ、記録ヘッドのマルチノズル化が困難で高速記録には不向きである。第２の方式は、記録ヘッドのマルチノズル化が可能で高速記録に向くが、構成上複雑であり、かつ、記録液体の小滴の電気的制御が高度で困難であり、被記録体上にサテライトドットが生じやすい。第３の方式は、記録液体の小滴を霧化することにより階調性に優れた記録が可能ではあるが、他方、霧化状態の制御が困難である。また、記録画像にカブリが生ずるとか、記録ヘッドのマルチノズル化が困難で高速記録には不向きであるといった欠点がある。
【００１２】
一方、第４の方式は、比較的多くの利点を持つ。まず、構成がシンプルである。また、オンデマンドで記録液体をノズルの吐出口より吐出させて記録を行うために、第１〜第３の方式のように吐出飛翔する小滴の内、画像記録に要しなかった小滴を回収する必要がない。また、第１，２の方式のように、導電性の記録液体を使用する必要はなく、記録液体の物質上の自由度が大きいといった利点を持つ。しかし、反面、記録ヘッドの加工上に問題がある、所望の共振周波数を有するピエゾ振動素子の小型化が極めて困難である等の理由から、記録ヘッドのマルチノズル化が難しい。また、ピエゾ振動素子の機械的振動という機械的エネルギーによって記録液体の小滴の吐出飛翔を行わせるので、上記のマルチノズル化の困難さと相俟って、高速記録には不向きなものとなっている。
【００１３】
このように、従来法には、構成上、高速記録上、記録ヘッドのマルチノズル化上、サテライトドットの発生及び記録画像のカブリ発生等の点において、一長一短があり、その長所が発揮される用途にしか適用し得ないという制約を受けるものである。
【００１４】
しかし、このような不都合も本出願人により提案された特公昭５６−９４２９号公報に開示のインクジェット記録方式によればほぼ解消し得る。これは、液室内のインクを加熱して気泡を発生させて、インクに圧力上昇を生じさせ、微細な毛細管ノズルからインクを飛び出させて記録させるものである。
【００１５】
同様な記録方式として、特公昭６１−５９９１４号公報に開示されたものもある。これは、液体を所定の方向に吐出させるための吐出口に連通する液路中の液体の一部を熱して膜沸騰を生起させることにより、吐出口より吐出される液体の飛翔的液滴を形成し、この液滴を被記録体に付着させて記録させるものである。具体的には、同公報中の第１図及び第２図に示されるように、ノズル状の液路部分に設けられた熱作用部分において、記録液体が急激な状態変化を受けることにより、その状態変化に基づく作用力により、記録液体が吐出口より吐出飛翔するようにしたものである。
【００１６】
この方式の原理を図７を参照して説明する。まず、同図（ａ）は定常状態を示し、オリフィス面でインク１の表面張力と外圧とが平衡状態にある。同図（ｂ）はヒータ２に加熱され、このヒータ２の表面温度が急上昇し、隣接インク層に沸騰現象が起きるまで加熱され、微小気泡３が点在している状態にある。同図（ｃ）はヒータ２の全面で急激に加熱された隣接インク層が瞬時に気化し、沸騰膜を作り、この気泡３が成長した状態にある。この時、ノズル４内の圧力は気泡３の成長した分だけ上昇し、オリフィス面での外圧とのバランスがくずれ、オリフィス面よりインク柱５が成長し始める。同図（ｄ）は気泡３が最大に成長した状態であり、オリフィス面より気泡３の体積に相当する分のインク１が押出される。この時、ヒータ２には電流が流れていない状態にあり、ヒータ２の表面温度は低下しつつある。気泡３の体積の最大値は電気パルス印加のタイミングからやや遅れたものとなる。同図（ｅ）は気泡３がインク１などにより冷却されて収縮を開始し始めた様子を示す。インク柱５の先端部では押出された速度を保ちつつ前進し、後端部では気泡３の収縮に伴ってノズル内圧の減少によりオリフィス面からノズル内へインク１が逆流しインク柱５にくびれが生じている。同図（ｆ）はさらに気泡３が収縮し、ヒータ２面にインク１が接し、ヒータ２面がさらに急激に冷却される状態にある。オリフィス面では、外圧がノズル内圧より高い状態になるためメニスカスが大きくノズル内に入り込んできている。インク柱５の先端部は液滴となって記録紙の方向に５〜１０ｍ／秒の速度で飛翔している。同図（ｇ）ではオリフィスにインク１が毛細管現象により再びリフィルされて、同図（ａ）の状態に戻る過程を示し、気泡は完全に消滅している。
【００１７】
図８はこのような動作を示すバブルジェット型インクジェット記録ヘッド６の一部を切欠いて示す斜視図であり、一般にエッジ・シュータ（Ｅｄｇｅ　Ｓｈｏｏｔｅｒ）と称される。
【００１８】
このようなエッジ・シュータに対し、図９はサイド・シュータ（Ｓｉｄｅ　Ｓｈｏｏｔｅｒ）と称される記録ヘッド７の一部を切欠いて示す斜視図であり、図１０はその動作原理を図７に準じて示すものである。
【００１９】
この方式の特徴は、図７（ｂ）〜（ｄ）又は図１０（ｂ）〜（ｃ）の過程で、膜沸騰現象を利用している点にある。よって、記録手段として応用し得るためには、如何に規則的に膜気泡の発生、消滅をコントロールできるかにかかっている。一般に、膜沸騰現象は、▲１▼高温に加熱された物体を液体中に漬けたとき、▲２▼液体と接する物体の表面温度を急激に上げたとき、に生じる。ヒータ２上で膜沸騰現象を再現させるためには▲２▼の方法を用いることになる。
【００２０】
ここに、図１１にヒータ２に印加するパルス幅と気泡３の発生する様子を示す。１０μ秒以下程度の極く短いパルスを与えると、ヒータ２が急激に加熱されて予め存在する発泡核が活性化する前に、インクが加熱限界に到達し、図１１（ａ）に示すようなきれいな膜気泡３ａが得られる。この気泡は、計算では１５ｋｇ／ｃｍ^２　程度の内圧を持って断熱膨張し、インクをノズル外に押し出す。気泡が最大になる時点では加熱を停止しており、熱を奪われた蒸気泡は自然と消滅する。加熱を徐々に行うと、ヒータ２面に存在する発泡核から、通常の沸騰が始まり、図１１（ｂ）中に示すような不特定な気泡３ｂや固定泡３ｃが発生し、繰返し特性、泡の大きさや消滅のコントロールが効かないものとなる。このような膜沸騰をヒータ表面で実現することにより、バブルの大きさが均一で安定したものとなり（常に同じ大きさのバブルが同じタイミングで出現する）、かつ、インクへの熱損失が少ないもの（インクがあまり加熱されないので冷却手段を必要としない）となる。また、バブルが最大体積に達した時、既にバブル周辺のインクは冷たくなっているので、気泡は急激に収縮し、周波数応答性がよく、高速でバブルの発生・消滅を繰返し得るものとなる。このようにオン・デマンド型インクジェットの吐出原動力として理想的な手段となり得る。また、この方式によれば、バブルの大きさが吐出特性を左右する要因であり、原理から明らかなようにバブルの大きさが電圧によらないことがこのような特性を持たせているものである。バブルの大きさはヒータ２のサイズ、ノズル構造で決まる。従って、一度設計値を決定すると、安定したドットを得ることが可能になり、デジタル型の記録手段として最適なものとなる。
【００２１】
ところで、このようなインクジェット記録ヘッドに使用するノズル吐出口は、上記特公昭６１−５９９１４号公報中の説明によれば、内径１００μｍ、肉厚１０μｍの円筒状ガラスファイバーを熱溶融させることにより、６０μｍ径の吐出口として形成される。また、吐出口を液路とは別に形成した後、例えばガラスプレートに電子ビーム加工やレーザ加工等によって穴を形成し、液路と合体させる方式も記載されている。何れにしても、このような微細な吐出口を工業的に安定して高精度に形成することは非常に困難である。
【００２２】
また、同公報によれば、別の吐出口を有する記録ヘッドが同公報中の第３図、第４図及び第５図に開示されており、その吐出口の形成方法として、ガラス板に微細カッティング機により幅６０μｍ、深さ６０μｍ、ピッチ２５０μｍの溝を形成した溝板を、電気・熱変換体部の設けられた基板に接着することが記載されている。しかし、この場合も形成すべき吐出口は非常に微細であり、微細カッティング機で溝を形成する際に、欠けやクラックが入ることが多々あり、歩留まりの低いものである。また、形成された吐出口も、その欠け等により、その端部を高精度にできないものでもある。
【００２３】
ところで、同公報中の第３図、第４図及び第５図に示される記録ヘッドの、より具体的な製造方法は、特開昭５５−１２８４７１号公報、特公昭５９−４３３１４号公報に開示されている。特開昭５５−１２８４７１号公報のものは、細孔からなる記録液流路を有し、この細孔に通じている吐出口から記録液流路中にある記録液を小滴にして吐出飛翔させ、被記録体面上に付着させて記録する記録ヘッドであり、吐出口を所定数並設させるとともに、これと同数の細孔を吐出口の配列密度とほぼ同密度で並列に配設させたものである。また、特公昭５９−４３３１４号公報のものは、記録液流路となる細孔と、この細孔に通じている所定口径ｄの開口と、細孔に沿って設けられた発熱部とを具備した液滴噴射記録装置において、発熱部がその開口寄りの縁が開口位置からｄないし５０ｄなる寸法の範囲内に位置するように配設させたものである。さらには、発熱部が細孔の長手方向に長尺な面状発熱体よりなることも記載されている。
【００２４】
ここに、これらの特開昭５５−１２８４７１号公報、特公昭５９−４３３１４号公報に記載された記録ヘッドの製造方法は、要約すると、感光性ガラスを用いた細溝を有する部品と、発熱抵抗体パターンを形成した部品とを、接着することにより吐出オリフィスを形成するものである。即ち、前述した特公昭６１−５９９１４号公報記載のものとは、感光性ガラスのエッチングにより細溝を形成する点で異なるが、何れも数１０μｍという非常に微細な吐出口又はオリフィスを使用する点において共通する。つまり、微細なオリフィスは、通常３０〜５０μｍ程度の大きさ（形状的には、必ずしも丸に限らず、角形もある）である。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の種々のサーマルインクジェット（いわゆるバブルジェット（登録商標））においても、それ以前のインクジェット技術に対しては構成上のシンプル化、高密度化、マルチノズル化の容易性等の点で優位性を発揮し得るものの、現実のヘッド作製等の点においてその量産性や低コスト化を考えると、必ずしも満足できるものではない。
【００２６】
そこで、本発明は、このような欠点を持たない、従来と全く異なる新規なマルチノズルプレート及び液体記録装置を提供することを目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、エネルギー作用面に対して垂直方向に液滴を飛翔させる液滴噴射装置の噴射ヘッドに適用されるマルチノズルプレートにおいて、該マルチノズルプレートはプレスによる加工を取り入れてなるステンレス箔製の単体構成のマルチノズルプレートであって、隣接ノズル間の距離が２７μｍ以上であるようにした。
請求項２記載の発明では、エネルギー作用面に対して垂直方向に液滴を飛翔させ、該液滴の飛翔速度が３ｍ／ｓ以上の液体噴射装置の噴射ヘッドに適用されるマルチノズルプレートにおいて、該マルチノズルプレートはプレスによる加工を取り入れてなるステンレス箔製の単体構成のマルチノズルプレートであって、ノズル部分の厚さが３０〜２２０μｍであるようにした。
請求項３記載の発明では、請求項１又は２記載のマルチノズルプレートを具備してなることを特徴とする液体噴射装置とした。
【００２８】
従って、ステンレス箔によるマルチノズルプレートを量産性よく低コストで作製できる。特に、ノズル部分の厚さや隣接ノズル間の距離を所定の適正値に設定することにより、プレスによる加工時の変形を防止でき、実用的なマルチノズルプレートを作製できることになる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図１ないし図６に基づいて説明する。図１は本実施の形態による液体飛翔記録ヘッド２１の構成を示す分解斜視図、図２はその完成図である。まず、発熱体基板２２上にはエネルギー作用部として機能する複数個の発熱体２３が１列に設けられ、個別の制御電極２４と共通な共通電極２５とが電気的に接続されて設けられている。これらの電極２４，２５の端部は発熱体基板２２の同一サイドに引出され、各々ボンディングパッド２６，２７とされている。また、発熱体２３の並び方向に位置させて前記発熱体基板２２には記録液体となるインク２８用のインク導入口２９が貫通形成され、フィルタ３０を通してインク導入チューブ３１に連結されている。また、発熱体基板２２上にはこれらの発熱体２３、インク導入口２９をカバーし得る大きさに形成されて液室を形成する液体保持手段として機能する矩形枠状のスペーサ３２が設けられている。さらに、このスペーサ３２上面を覆う長方形状のマルチノズルプレートである開口形成部材３３が設けられている。この開口形成部材３３には各発熱部２３に対応させた位置にノズルである開口３４が形成されている。
【００３０】
なお、これらの各図では、説明を簡単にするため、必要に応じて簡略化して構造等を図示するものであり、いくつかの省略点、誇張点を持つものである。例えば、発熱体基板２２には発熱体２３や電極２４，２５の他に蓄熱層、保護膜等が設けられているが、ここでは図示を省略し、後述するものとした。また、発熱体２３と開口３４との対は図示例では３個だけとしたが、実際には多数設けられるものであり、例えばローエンドシリアルプリンタの例で６４〜２５６個設けられ、ハイエンドマルチプリンタの例では２０００〜４０００個設けられる。また、発熱体２３等の数が多くなるに伴い、インク導入口２９の数も増やされ、或いは、開口面積が大きくされる。このようなインク導入口２９は例えばシリコン等による発熱体基板２２の場合であれば、レーザビーム加工或いはエッチングにより容易に形成できる。また、図示例の各部の寸法比率は判りやすさを優先させてあり、必ずしも現実に即したものではない。
【００３１】
以下、各部の構成・製造方法等を個別に説明する。まず、発熱体基板２２の構造及びその製造方法を図３を参照して説明する。本実施の形態において、発熱体基板２２は重要なパーツの一つである。この発熱体基板２２自体は例えばガラス、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリコン等の材質によるものが用いられる。この基板２２上に形成される蓄熱層４１は例えばＳｉＯ_２　層よりなり、ガラス又はアルミナ基板の場合であればスパッタリング法等の薄膜形成法により形成され、シリコン基板の場合には熱酸化法によって形成される。蓄熱層４１の膜厚としては１〜５μｍ程度がよい。発熱体２３を構成する材料としては、例えばタンタル‐ＳｉＯ_２　の混合物、窒化タンタル、ニクロム、銀‐パラジウム合金、シリコン半導体、或いは、ハフニウム、ランタン、ジルコニウム、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、ニオブ、クロム、バナジウム等の金属の硼化物が使用可能である。これらの内、金属の硼化物が特に好ましく、その中でも、硼化ハフニウムが最も特性的に好ましく、次いで、硼化ジルコニウム、硼化ランタン、硼化タンタル、硼化バナジウム、硼化ニオブの順に好ましいものとなる。発熱体２３はこのような材料を用い、電子ビーム法、蒸着法、スパッタリング法等により形成される。膜厚は単位時間当たりの発熱量が所望値となるように、その面積、材質、熱作用部分の形状及び大きさ、実際面での消費電力等に応じて適宜設定されるが、通常は０．００１〜５μｍ程度、好ましくは０．０１〜１μｍ程度の膜厚とされる。
【００３２】
制御電極２４や共通電極２５の材料としては、通常の電極材料と同じでよく、例えば、Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｃｕ等が用いられる。これらは蒸着法等により、所定位置に所定の大きさ、形状、膜厚で形成される。保護層４２は発熱体２３で発生した熱を効果的にインク１９側に伝達させることを妨げずに発熱体２３を保護するためのものであり、材料としては、酸化シリコン（ＳｉＯ_２　）、窒化シリコン、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウム等が用いられる。製法は、電子ビーム法、蒸着法、スパッタリング法等による。膜厚は、通常０．０１〜１０μｍ、好ましくは０．１〜５μｍ（中でも、０．１〜３μｍが最適）とされる。保護層４２はこれらの材料を用いて１層又は複数層構造で形成されるが、これらの層の他に、気泡２０が収縮・消滅する際に発生するキャビテーション作用からヒータ部９を保護するためにＴａ等の金属層を表面に形成するのが望ましい。具体的には、Ｔａなどの金属層を膜厚０．０５〜１μｍ程度で形成すればよい。
【００３３】
電極保護層４３の材料としては、例えばポリイミドイソインドロキナゾリンジオン（商品名：ＰＩＱ，日立化成社製）、ポリイミド樹脂（商品名：ＰＹＲＡＬＩＮ，デュポン社製）、環化ポリブタジエン（商品名：ＪＳＲ‐ＣＢＲ，日本合成ゴム社製）、フォトニース（商品名：東レ社製）、その他の感光性ポリイミド樹脂等が用いられる。
【００３４】
インク１９中で気泡２０を発生させるエネルギー作用部としては、発熱体層１４を持つヒータ部９によるジュール熱加熱法に限らず、例えば、パルスレーザ又は放電を利用したエネルギー作用方式であってもよい。
【００３５】
例えば、パルスレーザ方式は、特開平１−１８４１４８号公報中の第８図方式等に準じたものでよい。即ち、レーザ発振器より発生させたレーザ光を、光変調器駆動回路に入力されて電気的に処理され出力される画情報信号に従って、光変調器においてパルス変調させる。パルス変調されたレーザ光を走査器を通し集光レンズにより熱エネルギー作用部の外壁に焦点が合うように集光させ、記録ヘッドの外壁を加熱し、内部のインク内で気泡を発生させる。或いは、熱エネルギー作用部の外壁を、レーザ光に対して透過性材料により形成し、集光レンズによって内部のインクに焦点が合うように集光させてインクを直接熱して気泡を発生させるようにしてもよい。実際的なレーザ光を利用する構成としては、同公報中の第９図に準じて構成すればよい。
【００３６】
また、放電方式も、同公報中の第１０図方式に準じたものでよい。即ち、熱エネルギー作用部の内壁側に配置させた一対の放電電極に放電装置から高電圧パルスを印加することにより、インク中で放電を生じさせ、この放電により発生する熱で瞬時に気泡を発生させるものである。放電電極の形状は、同公報中の第１１図ないし第１８図に例示されるような各種形状を適宜用いればよい。
【００３７】
ついで、スペーサ３２について説明する。このスペーサ３２は発熱体基板２２と開口形成部材３３との間に位置して、両者を平行に保ち、かつ、両者間の距離を所望値に保って液室を形成するためのものである。ここに、発熱体基板２２と開口形成部材３３との間の距離は、両者間に保持されるインク層の厚さを決定するものであり、重要な要素となる。図１においては、説明を簡単にするため、スペーサ３２を単体として示したが、実際には、次のように形成される。即ち、発熱体基板２２上にドライフィルムフォトレジストをラミネートし、この発熱体基板２２の外周部にのみドライフィルムフォトレジストが残るような形状としたフォトマスクを用い、露光・現像によって、所望のパターンに形成される。ドライフィルムフォトレジストとして、例えばオーディルＳＹ３２５（東京応化工業社製）を利用すれば、厚さ２５μｍのスペーサ３２を形成できる。この他、５０μｍの厚さのドライフィルムフォトレジストを用いれば、５０μｍの厚さのスペーサ３２を形成できる。ドライフィルムフォトレジストは通常は５０μｍ、２５μｍ、２０μｍというような厚さで供給されるため、その厚さがそのまま所望の厚さであればそのようなドライフィルムフォトレジストを用いればよいが、所望の厚さのものがない場合には、高粘度の液状フォトレジストを用いればよい。このような液状フォトレジストとしては、例えばＢＭＲＳ１０００（東京応化工業社製）が用いられる。粘度１０００ｃｐのＢＭＲＳ１０００をスピンコーティングにより発熱体基板２２上に塗布する場合、５００〜１０００ｒｐｍの回転数で１０〜４０μｍの厚さとすることができる。即ち、ドライフィルムフォトレジストと異なり、スピナーの回転数を適宜設定することにより４０μｍ以下の厚さにおいて任意の膜厚に形成できるものである。
【００３８】
また、ドライフィルムフォトレジストを用いる場合も、液状フォトレジストを用いる場合も、現像後に紫外線照射による硬化、或いは熱硬化を行うが、このような硬化作業前の未硬化ないしは半硬化の状態において、開口形成部材３３を現像後のレジスト（＝スペーサ３２）上に押し当て、加熱・加圧することにより、この開口形成部材３３の接合を容易に行うことができる。また、このような接合時の加熱を、硬化用の加熱と同時に行うようにすることもできる。
【００３９】
なお、上記の説明では、スペーサ３２としてフォトレジストを用いた例のみを示したが、必ずしもフォトレジストを利用するものに限られず、例えば、樹脂状のフィルムを打ち抜いたり、金属箔を打ち抜いたり、エッチング等により形成するようにしてもよい。
【００４０】
次に、開口形成部材３３及び開口３４について説明する。本実施の形態の開口形成部材３３には開口３４が形成されている。図４中、７０は厚さ５０〜１００μｍのステンレス箔をロール状に巻いたものであり、パンチステーション（打抜き機）７１を通して開口３４を形成するものである。７２はバリ取り機、７３は洗浄機である。このようなステンレス箔７０にプレスによる加工を取り入れることにより低コストで自動化されたラインにより製造できる。開口３４間の距離Ｌは、隣接する発熱体２３間距離と同じとされる。このように自動化されたラインにより製造された開口形成後のステンレス箔７０は必要に応じてカットされて使用されるが、記録紙幅全域をカバーし得るような、いわゆるフルマルチ型の開口形成部材３３を容易に形成し得るものとなる。
【００４１】
もっとも、開口形成部材３３としては、例えば、フォトファブリケーション法により作製することも可能である。例えば、図５に示すようなフォトエッチング法により形成することも可能である。同図（ａ）は前処理工程を示し、両面を研磨したステンレス箔６１を基板として用意し、酸６２により表面を軽くエッチングする。同図（ｂ）はレジスト塗布工程を示し、液状フォトレジスト６３をステンレス箔６１の両面に塗布する。塗布方法としては、図示例のように上から下へ液状フォトレジスト６３を流すようにする方法の他、例えば、ディッピング法等が適宜用いられる。同図（ｃ）は露光工程を示し、プリベーキングによりフォトレジスト６３中の溶剤成分を乾燥させた後、図示のように所望のパターンを有するエマルジョンマスク６４をステンレス箔６１の両面から位置が合うように整合させてセットし、光源６５より紫外線を照射し露光する。同図（ｄ）は現像工程を示し、フォトレジスト６３としてネガ型を用いた場合であれば、紫外線照射を受けた部分が硬化し、紫外線照射を受けない部分は現像液により流されるので、ステンレス箔６１上には所望のパターンのフォトレジスト６３が残ることになる。その後、ポストベーキングによりこのレジストパターンを硬化させる。同図（ｅ）はエッチング工程を示す。まず、スプレノズル６６から噴出するエッチング液６７によって、フォトレジスト６３で覆われていない部分（ステンレス面）は腐食される。このような腐食がステンレス箔６１の両面からほぼ同時に進行し、その板厚の中心部で腐食穴が貫通し開口が形成される。同図（ｆ）は剥離工程を示し、エッチング後のステンレス箔６１を剥離液６８に浸すことにより不要なフォトレジスト６３が除去され、開口３４を有する開口形成部材３３が得られる。
【００４２】
さらに、別の開口形成部材３３の製造方法を説明する。例えば、樹脂による成形加工法を利用できる。この場合、材料としては、耐インク性に優れたポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンオキサイド、ポリプロピレンなどが用いられる。開口３４（例えば、円形開口とする）を形成する際、開口形成部材３３を成形するための金型内に円形型スライド駒を開口形成部分に配置させ、樹脂を充填させ硬化させた後、駒をスライドさせて逃がすことにより、金型内で形成される。このような成形機は市販の射出成形機を用いるが、形状を精度よく転写させるため射出圧力２０００ｋｇ／ｃｍ^２　以上の能力を有する成形機を用いるのがよい。また、プラスチックの流動性を高めるため、シリンダ温度は４００℃以上に加熱される。金型は図１に示したような開口形成部材３３と対になる形状の金型を用いる。また、転写性をよくするため、金型を材料の熱変形温度以上に加熱できるようにヒータ、熱媒体等を金型内に設けるのがよい。なお、金型の樹脂充填部を真空ポンプ等により減圧し、転写性を高めるようにしてもよい。
【００４３】
さらに、開口形成部材３３の別の製造方法として、エキシマレーザ法を説明する。この場合、開口形成部材３３の材料としては、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンオキサイド、ポリプロピレン等が用いられる。まず、予め最終形状となるような外形寸法とした上記材料等による樹脂プレートを用意し（例えば、５ｍｍ×２０ｍｍ×０．０５ｍｍ）、最終的な開口寸法と同じ寸法の開口を有するメカニカルマスクを介してエキシマレーザ装置により紫外線を照射し、メカニカルマスクの開口部に露出している樹脂部を除去・蒸発させることにより、樹脂板に開口を形成するというものである。前述した各例では、最終的に得られる開口形成部材３３が図１に示したようなプレート状のものだけであるが、このエキシマレーザ方式による場合には、樹脂部を容易に除去・蒸発させることができるので、必ずしもプレート状の樹脂に開口をあけ、これを図１に示したようにアセンブルするという方法とする必要はない。例えば、図２に示すようにアセンブリし終わった状態（開口はまだ形成されていないものとする）で、後からエキシマレーザ装置により開口形成部材３３に開口３４を形成することも可能である。このような方法によれば、例えば透明樹脂を用いると下部の発熱体２３側を見ることができるため、エキシマレーザによって形成される開口中心軸とそれに対応する発熱体２３の中心軸とを精度よく合せることができる。
【００４４】
次に、各開口３４間の距離について検討する。表１は、前述したような各種製造方法により形成された開口形成部材３３の開口３４間の距離ｘ（図６参照）を変えたものを試作し、前述のような発熱体基板２２上に取付け、隣接する２個の発熱体２３を同時に駆動させた場合の飛翔滴３８の挙動を観察した結果を示す。開口形成部材３３は厚さ５０μｍのものとされ、開口３４の径は２５０μｍとされ、発熱体２３の駆動条件は、インクとしてはヒューレットパッカード社製のＤｅｓｋ　Ｊｅｔ用インクと同等の物性を持つビークル（インクから染料成分を除去した無色透明染体）を使用し、発熱体２３に入力させる信号パルス幅は６μ秒、連続駆動周波数は１ｋＨｚとした。
【００４５】
【表１】

【００４６】
表１において、製作可否蘭の判定「○」はほぼ良好なる開口３４を形成できた場合を示し、判定「×」は開口間距離ｘが小さ過ぎて精度のよい開口を形成できなかった場合を示す。また、飛翔性能蘭の判定「○」は飛翔が良好に行われた場合を示す。判定「×」は飛翔滴３８が直進せず飛翔方向が乱れてしまった場合を示す。
【００４７】
この表１に示す結果によれば、本実施の形態で用いているステンレス箔７０の打ち抜きを利用した加工による開口形成部材３３の場合であれば、隣接開口間距離ｘが２７μｍ以上であればよいことが判る。
【００４８】
また、同じ開口形成方法を用い、開口形成部材３３の厚さを変えた場合について表２を参照して検討する。ただし、ここでは開口径を２５０μｍとした。また、発熱体２３の駆動条件等は全て表１に対する実験例と同じとした。
【００４９】
【表２】

【００５０】
表２において、製作可否蘭の判定「○」はほぼ良好なる開口３４を形成できた場合を示し、判定「×」は良好なる開口を形成できなかった場合を示す。また、飛翔性能蘭の判定「○」は飛翔速度として６ｍ／秒以上の高速性が得られた場合を示し、判定「△」は３〜５ｍ／秒程度の比較的遅い飛翔速度となった場合を示し、「判定「×」は飛翔しなかった場合を示す。
【００５１】
表２に示す結果によれば、開口３４付近の開口形成部材３３の厚さはある程度厚くても開口３４を形成し得る。しかし、より好ましくは、特に、本実施の形態で用いているステンレス箔７０の打ち抜きを利用した加工による開口形成部材３３の場合であれば、開口３４付近の厚さは３０〜２２０μｍの範囲内がよいことが判る。
【００５２】
次に、インク２８の組成等について説明する。本実施の形態で使用されるインク２８は、所定の熱物性値及びその他の物性値を有するように、材料の選択と組成成分の比が調合されること、従来から使用されているインクと同様に化学的・物理的に安定であること、応答性、忠実性、曳糸化能に優れていること、液路において固まらないこと、液路中を記録速度に応じた速度で流通し得ること、記録後に被記録体への定着が速やかであること、記録濃度が十分であること、貯蔵寿命が良好であること、等の特性を満足し得るように物性が調整される。具体的には、上記特開平１−１８４１４８号公報の明細書第３４頁ないし第４９頁に例示されるような特性のインクを、本発明でも使用すればよい。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、ステンレス箔のプレスによる加工を取り入れることにより単体構成のマルチノズルプレートを量産性よく低コストで作製でき、特に、ノズル部分の厚さを３０〜２２０μｍ、または、隣接ノズル間の距離を２７μｍ以上に設定することにより、プレスによる加工時の変形を防止でき、実用的な単体構成のマルチノズルプレートを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のヘッドの分解斜視図である。
【図２】ヘッドの斜視図である。
【図３】発熱体基板構成を示す断面図である。
【図４】開口形成部材の打抜きを利用した加工法を示す斜視図である。
【図５】開口形成部材のフォトエッチング製法の工程を順に示す説明図である。
【図６】開口形成部材の平面図である。
【図７】従来のインク飛翔原理を示す工程断面図である。
【図８】そのヘッド構造を示す斜視図である。
【図９】別のヘッド構造を示す斜視図である。
【図１０】その飛翔原理を示す工程断面図である。
【図１１】気泡発生状況を示す説明図である。
【符号の説明】
３３　　マルチノズルプレート
３４　　ノズル
７０　　ステンレス箔

Claims

エネルギー作用面に対して垂直方向に液滴を飛翔させる液滴噴射装置の噴射ヘッドに適用されるマルチノズルプレートにおいて、該マルチノズルプレートはプレスによる加工を取り入れてなるステンレス箔製の単体構成のマルチノズルプレートであって、隣接ノズル間の距離が２７μｍ以上であることを特徴とするマルチノズルプレート。
エネルギー作用面に対して垂直方向に液滴を飛翔させ、該液滴の飛翔速度が３ｍ／ｓ以上の液体噴射装置の噴射ヘッドに適用されるマルチノズルプレートにおいて、該マルチノズルプレートはプレスによる加工を取り入れてなるステンレス箔製の単体構成のマルチノズルプレートであって、ノズル部分の厚さが３０〜２２０μｍであることを特徴とするマルチノズルプレート。
請求項１又は２記載のマルチノズルプレートを具備してなることを特徴とする液体噴射装置。