JP2005138383A - ノズル板、液滴吐出ヘッド、画像形成装置及びノズル板の製造方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】シリコーン樹脂の真空蒸着やプラズマ重合によって形成したシリコーン樹脂の撥水層はワイピングや記録液に対する充分な耐久性がなく、フッ素樹脂で形成した撥水層は表面張力が低い記録液やフッ素系界面活性剤を添加した記録液に対する撥水性が十分でない。
【解決手段】ノズル板３１を構成するノズル孔形成部材３１の液滴吐出側面に霧状のシリコーン微粒子を静電塗装によって付着させることにより、シリコーン樹脂からなる撥水膜３０を形成することにより、ワイピングや記録液に対する充分な耐久性を有し、表面張力の低い記録液やフッ素系界面活性剤を含む記録液に対しても十分な撥水性を有するノズル板を得る。
【選択図】図５

Description

本発明はノズル板、液滴吐出ヘッド、画像形成装置及びノズル板の製造方法に関する。

例えば、プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像形成装置としては、液滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する液室（吐出室、圧力室、加圧室、インク流路等とも称される。）と、この液室内の液体を加圧するためのエネルギーを発生するアクチュエータ手段とを備えた液滴吐出ヘッドを搭載したものである。

この液滴吐出ヘッドにおいては、ノズルから液滴を吐出するために、ノズル板の表面特性が滴吐出特性に大きな影響を与えることも知られており、例えば、ノズルの周辺部にインクが付着すると、滴吐出方向が曲げられたり、滴の大きさにバラツキが生じ、あるいは滴吐出速度が不安定になるなどの不都合が生じる。そのため、ノズルの液滴吐出側表面に撥水膜（撥インク膜）を形成することによって、ノズルの吐出側表面の均一性を高めることで、滴吐出特性の安定化が図られている。

このような撥水膜（あるいは、撥水層とも称する。）としては、フッ素樹脂を用いる方法が知られている。例えば、金属製のノズル孔形成部材の表面にＮｉ／ＰＴＦＥの共析メッキを施し、加熱処理することにより、ノズル板表面にＰＴＦＥの薄膜を形成する方法や、フッ素系撥水剤を金属又は樹脂製のノズル板表面にコーティングする方法などがある。
特開２０００−２０３０３３号公報

また、この撥水膜を形成する他の素材として、シリコーン樹脂を用いる方法が知られている。例えば、液状のシリコーン樹脂を真空蒸着したり、シリコーンオイルをプラズマ重合したりして、ノズル板表面に撥水膜を形成する。
特開２００３−７２０８５号公報 特開２００３−７２０８６号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているフッ素樹脂を撥水層としたノズル板にあっては、吐出する記録液が表面張力３０ｍＮ／ｍ程度以上の染料インク、顔料インクのときは、良好な撥水性を得ることができるが、１５〜３０ｍＮ／ｍの表面張力の低い記録液やフッ素系界面活性剤を添加した記録液では、十分な撥水性を得ることができないという課題がある。

一方、特許文献２又は３に記載されているノズル板表面への液状シリコーン樹脂材料の真空蒸着、又はシリコーンオイルのプラズマ重合によってシリコーン樹脂皮膜を形成するときは、成膜時に真空処理をする必要があるためコストが高くなる。また、真空蒸着やプラズマ重合等によりシリコーン樹脂皮膜を形成するときは、長時間の成膜時間が必要とされ、かつ、形成される皮膜が非常に薄いため、ピンホール等の欠陥を生じやすい。

さらに、真空蒸着やプラズマ重合等においては、皮膜を厚くすることが困難であるため、ワイピングや記録液に対する充分な耐久性を持った皮膜を得ることが難しいという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、耐久性に優れた撥水膜を有するノズル板、このノズル板の製造方法、このノズル板を有する滴吐出特性に優れた液滴吐出ヘッド、及びこの液滴吐出ヘッドを搭載した画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明に係るノズル板は、液滴吐出面側に静電塗装により形成された、撥水性を有するシリーコン樹脂からなる撥水層を有する構成とした。

ここで、撥水層の膜厚は０．５μm以上であることが好ましい。また、撥水層の表面粗さＲａは０．２μm以下であることが好ましい。さらに、撥水層を形成するノズル孔形成部材の少なくとも表面が金属もしくは導電性の部材で形成されていることが好ましい。なお、本明細書においては、ノズルとなる穴（ノズル孔）を形成した部材を「ノズル孔形成部材」と称し、ノズル孔形成部材に撥水層を形成した部材を「ノズル板」と称することとし、「ノズル」はノズル孔と撥水層の穴とを併せた意味で用いる。

本発明に係る液滴吐出ヘッドは、本発明に係るノズル板を備えたものである。

本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えたものである。

ここで、記録液の表面張力は、１５〜３０ｍＮ／ｍの範囲内であることが好ましい。また、記録液はフッ素系界面活性剤を含むことが好ましい。さらに、記録液は顔料を含むことが好ましい。

本発明に係るノズル板の製造方法は、金属又は導電性のノズル孔形成部材の表面に、液状シリコーン樹脂を霧化して高電界印加により帯電させて付着させることにより撥水層となるシリコーン樹脂皮膜を形成する構成としたものである。

ここで、液状シリコーン樹脂は超音波を印加して霧化することが好ましい。あるいは、液状シリコーン樹脂をエアスプレーで噴霧して霧化することが好ましい。

また、液状シリコーン樹脂の粘度が１００ｃｐ以下であることが好ましい。また、霧化された液状シリコーン樹脂の微粒子の粒子径が２０μm以下であることが好ましい。さらに、霧化された液状シリコーン樹脂の微粒子とノズル孔形成部材との間に１ｋＶ以上１００ｋＶ以下の高電圧を印加することが好ましい。

さらに、静電塗装をするときにノズル孔形成部材裏面及びノズル孔内部をマスク部材でマスクすることが好ましい。この場合、マスク部材は感光性ドライフィルムレジスト又は水溶性樹脂で形成することが好ましい。

また、液状シリコーン樹脂は、室温硬化型、加熱硬化型或いは紫外線硬化型の液状シリコーンレジン又はエラストマーであることが好ましい。

本発明に係る液滴吐出ヘッドのノズル板によれば、液滴吐出面側に静電塗装により形成された、撥水性を有するシリーコン樹脂からなる撥水層を有するので、撥水膜の耐久性が向上し、かつ、表面張力の低い記録液やフッ素系界面活性剤を含む記録液に対しても十分な撥水性を得ることができる。

本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、本発明に係るノズル板を備えているので、表面張力の低い記録液やフッ素系界面活性剤を含む記録液についても、長期にわたり安定した滴吐出特性が得られる。

本発明に係る画像形成装置によれば、本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えているので、長期にわたり安定した滴吐出特性が得られて高画質記録を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
先ず、本発明に係るノズル板を有する本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドの一例について図１ないし図４を参照して説明する。なお、図１は同ヘッドの平断面説明図、図２は同ヘッドを分解した状態の平面説明図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う断面説明図、図４は図２のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図である。

このインクジェットヘッドは、アクチュエータ基板（アクチュエータユニット）１と、液室構成部材である流路基板２及び本発明に係るノズル板３を接合したノズル・液室ユニット１０とを接合して構成し、これらのユニット１、１０を接合することで、液滴を吐出するノズル４が連通口であるノズル連通路５を介して連通する液室６、液室６に記録液（インク）を供給するための流体抵抗部７及びインク供給孔８を形成している。各液室６は液室間隔壁９で仕切られている。

アクチュエータ基板１には、アクチュエータ素子１１が各液室６に対応して形成されている。このアクチュエータ素子１１は、振動板１２と、この振動板１２と犠牲層エッチングで形成されたギャップ（空隙）１３を介して対向する電極（個別電極）１４とで構成される。

また、アクチュエータ基板１には流路基板２のインク供給孔８が臨み、外部からインクが供給されるインク供給路１８を形成している。

一方、ノズル・液室ユニット１０を構成する流路基板２は、例えば、結晶面方位（１１０）の単結晶シリコン（Ｓｉ）基板をＫＯＨ水溶液などの強アルカリ性エッチング液で異方性エッチングすることによって液室６となる凹部を形成したものである。なお、液室構成部材となる流路基板２としては、セラミックス、若しくはポリイミド又はＰＰＳなどを用いることもできる。

また、ノズル板３は、後述するように、ノズル４を形成する金属又は導電性ノズル孔形成部材の吐出側表面にインクとの撥水性を確保するために、シリコーン樹脂の皮膜からなる撥水膜３０を形成している。

また、アクチュエータ基板１の具体的構成について図３及び図４を参照して説明しておくと、シリコン基板２１上に熱酸化膜２２などの絶縁膜を形成し、この熱酸化膜２２上に個別電極１４を所要の電極形状にパターニングして形成し、この個別電極１４に絶縁膜２３、ポリシリコンなどの犠牲層２４、絶縁膜２５を順次積層し、この絶縁膜２５上に振動板電極２６を所要の形状にパターニングして形成し、更に絶縁膜２７を形成した後、絶縁膜２５、２７にエッチングホール（犠牲層除去孔）２８を形成して、個別電極１４と振動板電極２６との間の犠牲層をエッチングで除去することでギャップ１３及び連通路１７並びに振動板１２を形成し、その後、犠牲層除去孔２８を封止するとともに、アクチュエータ素子１１の耐接液性を向上するための樹脂材料からなる封止接液膜２９を振動板１２上に形成している。

なお、個別電極１４及び振動板電極２６としては、ポリシリコン膜を用いている。電極の材料としては、高温耐性を有し、加工性に優れ、且つ成膜表面の凹凸が少ない材料が好ましく、ポリシリコン以外では例えばＴｉＮなどの高融点金属材料も好ましい。また、個別電極１６はパッド配線３１を介して外部の電極パッド３２と接続されている。

また、個別電極１４及び振動板電極２６の対向面側に形成した個別電極側絶縁膜２３及び振動板側絶縁膜２５は、当接時の短絡、放電による損傷を防止するとともに、犠牲層２４の残存部分と相俟ってギャップ１３のスペーサーを兼ねるようしている。さらに、振動板１２上に形成し、エッチングホール２８を封止する封止接液膜２９としては、ＰＢＯ膜（ポリベンゾオキサゾール膜）が好ましい。

以上のように構成したヘッドにおいては、振動板１２を共通電極とし、個別電極１４との間に駆動パルス電圧を印加することによって、振動板１２と個別電極１４間に発生した静電力によって振動板１２が個別電極１４側に変形変位する。その後、駆動パルス電圧を放電することによって、振動板１２が復帰変形して、液室６の内容積の変化、及び圧力の作用によってノズル４からインク滴が吐出する。

なお、ここでは、本発明に係るノズル板を有する液滴吐出ヘッドとして、アクチュエータユニットに静電型アクチュエータを用いる例で説明したが、これに限るものではなく、電気機械変換素子などの圧電型アクチュエータ、電気熱変換素子に膜沸騰を利用するサーマル型アクチュエータなどを用いることもできる。ただし、静電型アクチュエータは、小型化、高速化、高密度化、省電力化において他の方式に比べて優位な点を有している。

次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドのノズル板について図５及び図６を参照して説明する。なお、図５はノズル板の断面説明図、本発明に係るノズル板の他の構成例の説明図である。

このノズル板３は、金属又は導電性の部材であるノズル孔形成部材３１の液滴吐出面側に静電塗装により塗布したシリコーン樹脂の皮膜からなる撥水性を有する撥水膜３０を形成したものである。

ノズル孔形成部材３１は、例えば、Ｎｉ電鋳により作製することができるが、これに限るものではない。また、ノズル孔形成部材３１は、そのすべてが導電性を有する必要性はなく、シリコーン樹脂の静電塗装が可能であれば、例えば、図６に示すように、ポリイミド樹脂などの樹脂部材３２の表面に蒸着、コーティングなどで導電性皮膜３３を形成したものを用いることもできる。このように、ノズル板３のノズル孔形成部材３１として少なくとも表面が導電性を有する部材を用いることによって、ピンホール欠陥のないシリコーン樹脂皮膜からなる撥水膜３０を形成することができる。

また、撥水膜３０となるシリコーン樹脂皮膜を静電塗装によって形成することで、効率的に、表面張力の低いシリコーン樹脂皮膜を均一かつ平滑に形成することができ、膜厚も厚くすることができる。これにより、１５〜３０ｍＮ／ｍの表面張力の低い記録液や、フッ素系界面活性剤を添加した記録液に対しても十分な撥水性を発現することができ、その皮膜は持続性、耐久性に優れた撥水性を保つことができる。したがって、液滴吐出ヘッドにこのノズル板３を備えることで、長期にわたり安定した滴吐出特性が得られ、高品質画像を形成することができる。

ここで、撥水膜３０を形成するシリコーン樹脂皮膜の膜厚は、０．５μm以上とすることが好ましい。撥水膜３０の膜厚を０．５μm以上とすることによって、ヘッドの信頼性維持回復のためノズル面を清浄化部材で拭き取るワイピングに対する耐久性、及び記録液に対する耐久性が向上する。

また、撥水膜３０を形成するシリコーン樹脂皮膜の表面粗さＲａは、０．２μｍ以下にすることが好ましい。表面粗さＲａを０．２μｍ以下にすることによって、ワイピング時の拭き残しを低減することができる。

なお、このノズル板３においては、記録液の充填時には撥水膜３０とノズル孔形成部材３１との境界部分に記録液３５のメニスカスが形成される。

次に、本発明に係るノズル板の撥水膜を形成するための静電塗装方法の一例について図７を参照して説明する。なお、図７は静電塗装に用いる装置を含む説明図である。

静電塗装に用いる装置４０は、シリコーン溶液を霧化するための超音波霧化器４１を備え、この霧化器４１に供給路４２を介して連通した供給液タンク４３に充填されている液状シリコーン樹脂（溶液）を供給することで、霧化器４１から霧状のシリコーン樹脂の微粒子（シリコーン微粒子）４３ａが放出される。そして、霧化器４１の出口部分には高電圧印加用の電極４５を配置し、この電極４５と被塗装部材との間に高電圧を印加する高圧電源４４を備えている。

そこで、霧化器４１に対向して、被塗装部材であるノズル孔４ａを形成したノズル孔形成部材３１を配置し、超音波霧化器４１に例えば１００ｋＨｚの駆動波形を印加して駆動することにより、霧状のシリコーン微粒子４３ａを放出させるとともに、高圧電源４４から電極４５とノズル孔形成部材３１（ノズル孔形成部材３１が樹脂部材と導電性皮膜と積層である場合にはノズル孔形成部材３１の導電性皮膜）の間に、例えば６０ｋＶの高電圧を印加して、高電界を発生させる。

これによって、霧化器４１から放出された霧状のシリコーン微粒子４３ａが帯電されて、ノズル孔形成部材３１側に引き寄せられて、ノズル孔形成部材３１の表面にシリコーン微粒子４３ａが付着し、ノズル孔形成部材３１の表面にシリコーン樹脂皮膜が形成され、このシリコーン樹脂皮膜を硬化させることで撥水膜３０が形成される。

このように、上述したようにして静電塗装でシリコーン樹脂皮膜を形成するとき、液状シリコーン樹脂としては、室温硬化型の液状シリコーンレジン又はエラストマーを用いて、コーティング後に室温の大気中に数分〜１時間程放置することによって、シリコーン樹脂の微粒子を重合硬化させて撥水膜３０を形成することができる。このように、常温硬化型の液状シリコーン樹脂を用いることによって、常温で硬化させることができて、硬化させるための特別の構成が不要になる。

また、液状シリコーン樹脂として、加熱硬化型の液状シリコーンレジン又はエラストマーを用いて、コーティング後に数十℃〜百数十℃で数分〜数十分加熱処理して、シリコーン樹脂の微粒子を重合硬化させて撥水膜３０を形成することができる。このように、加熱硬化型の液状シリコーン樹脂を用いることにより、短時間で加熱硬化させることができる。

さらに、液状シリコーン樹脂として、紫外線硬化型の液状シリコーンレジン又はエラストマーを用いて、コーティング後に５００〜１０００ｍＪ／ｃｍ２の紫外線を照射することにより、シリコーン樹脂の微粒子を重合硬化させて撥水膜３０を形成することができる。このように、紫外線硬化型の液状シリコーン樹脂を用いることにより、短時間で加熱硬化させることができる。

次に、本発明に係るノズル板の撥水膜を形成するための静電塗装方法の他の例について図８を参照して説明する。なお、図８は静電塗装に用いる装置を含む説明図である。

この例では、ノズル孔形成部材３１に、ノズル４となるノズル孔４ａの内周面及びノズル孔形成部材３１の液室側となる表面（液室側表面）を覆うマスク材４６を設けた上で、上述した例と同様にして、静電塗装に用いる装置４０により静電塗装を実施することにより、液滴吐出側表面となるノズル孔形成部材３１の表面のみにシリコーン樹脂皮膜を形成できるようにしている。このようにマスク材を設けた上で静電塗装を施すことによって、ノズル板のノズル内や液室側の面にシリコーン樹脂皮膜が形成されることを防止できる。

このようにノズル板に静電塗装でシリコーン樹脂皮膜を形成する場合、霧化する前の状態の液状シリコーン樹脂の粘度は１００ｃｐ以下であることが好ましい。液状シリコーン樹脂の粘度を１００ｃｐ以下とすることにより、霧化したシリコーン樹脂の微粒子を極めて微細化することができる。

また、霧化されたシリコーン樹脂の微粒子の粒径が２０μｍ以下になるように霧化することが好ましい。ノズル４を高密度（例えば６００ｄｐｉ以上）に配置した高密度ノズル板にあっては、ノズル間ピッチが狭くなるので、シリコーン樹脂の微粒子を２０μｍ以下とすることで、ノズル間の部分にも均一に平滑なシリコーン樹脂皮膜を形成することができるようになる。

さらに、静電塗装を行うときにシリコーン樹脂の微粒子とノズル板を構成するノズル孔形成部材（被塗装部材）との間に印加する高電圧は、１ｋＶ〜１００ｋＶの範囲内であることが好ましく、このような高電圧を印加することによって効率的な塗装（皮膜形成）を行うことができる。

また、液状シリコーン樹脂に超音波を印加して霧化することによって、被塗布部材であるノズル板のノズル孔形成部材に対して衝撃を与えることのない非常に微細なシリコーン樹脂の微粒子を形成することができる。液状シリコーン樹脂の霧化は超音波印加方法に限るものではなく、エアスプレーなどによって霧化することもでき、エアスプレーを用いれば、簡易的で安価に微細なシリコーン樹脂の微粒子を形成することができる。

次に、本発明に係るノズル板の製造方法の第１実施形態について図９及び図１０を参照して説明する。
ここでは、上述したマスク材４６としてネガ型の感光性ドライフィルムレジストを用いている。

先ず、図９（ａ）に示すように、Ｎｉ電鋳でノズル孔４ａを形成したノズル孔形成部材３１の液滴吐出側面及び液室側面からノズル孔４ａ内部を含めてマスク材となるネガ型の感光性ドライフィルムレジスト５１をラミネートする。なお、ここではドライフィルムレジストとして、日立化成のＰｈｏｔｅｃ Ｈ−Ｙ９２０（商品名）を用いた。

その後、同図（ｂ）に示すように、ノズル孔形成部材３１の液室側から紫外線５２を全面に照射して、感光性ドライフィルムレジスト５２を露光する。なお、ここでは、高圧水銀灯（波長３６５ｎｍ）を使用し、露光量は例えば１０００ｍＪとする。そして、紫外線５２の照射後、３０ｍｉｎ程放置することで、同図（ｃ）に示すように露光部分５３が硬化し、露光されなかった部分は未露光部分５４として残ることなる。

そこで、図１０（ａ）に示すように、これを図示しない現像液に浸して未露光部分５４のドライフィルムレジストを除去し、その後、純水にてリンスすることにより、ノズル孔形成部材３１の液室側及びノズル孔４ａを覆い、ノズル孔４ａから吐出面側に突き出した円柱状部４６ａを有するドライフィルムレジストからなるマスク材４６を形成することができる。なお、現像液としては、三菱瓦斯化学のＥＦ−１０５Ａ（商品名）を５倍希釈したものを用いた。

次いで、同図（ｂ）に示すように、ノズル孔形成部材３１の液滴吐出側表面に、前述したように、静電塗装によってシリコーン樹脂皮膜３０ａをコーティングする。そして、コーティングしたシリコーン樹脂皮膜３０ａを前述したように、常温放置、加熱或いは紫外線照射によって硬化させた後、マスク材４６を形成するドライフィルムレジストを５０℃の剥離液に９０ｓｅｃ浸し、５０℃の純水中で超音波洗浄を１２０ｓｅｃ行うことにより、マスク材４６を剥離除去することで、同図（ｃ）に示すように、ノズル孔形成部材３１の吐出側表面に静電塗装で形成しシリコーン樹脂皮膜からなる撥水膜３０を有するノズル板３が得られる。なお、剥離液としては、三菱瓦斯化学のＲ−１００（商品名）を６倍希釈したものを用いた。

次に、本発明に係るノズル板の製造方法の第２実施形態について図１１及び図１２を参照して説明する。ここでは、上述したマスク材４６として水溶性樹脂を用いている。

先ず、図１１（ａ）に示すように、Ｎｉ電鋳でノズル孔４ａを形成したノズル孔形成部材３１の液滴吐出側表面にマスキングテープ６１としてシリコーンフィルムを貼付し、次いで、同図（ｂ）に示すように、ノズル孔形成部材３１の液室側から水溶性樹脂６２を浸漬により塗布する。なお、ここではシリコーンフィルムとして、三菱樹脂の珪樹・５０μm（商品名）、水溶性樹脂として、クラレのＰＶＡ−２１７（商品名）の４％溶液を用いている。

その後、同図（ｃ）に示すように、ノズル孔形成部材３１を１５０℃にて５ｍｉｎ加熱し、水溶性樹脂６２を硬化させてからマスキングテープ６１を剥がすことにより、図１２（ａ）に示すように、ノズル孔形成部材３１の液室側及び穴部４ａ内に水溶性樹脂からなるマスク材４６を形成する。

その後、同図（ｂ）に示すように、ノズル孔形成部材３１の液滴吐出側表面に、前述したように、静電塗装によってシリコーン樹脂皮膜３０ａをコーティングする。そして、コーティングしたシリコーン樹脂皮膜３０ａが硬化した後、８０℃の純水に５ｍｉｎ間浸し、マスク材４６を形成していた水溶性樹脂を溶解除去することにより、同図（ｃ）に示すように、ノズル孔形成部材３１の吐出側表面に静電塗装で形成しシリコーン樹脂皮膜からなる撥水膜３０を有するノズル板３が得られる。

なお、上記各実施形態では、液状シリコーン樹脂として、液状シリコーンエラストマーを使用し、具体的には東レのダウコーニングＨＣ２０００・溶剤希釈液（商品名）を、トルエンにて粘度を５０ｃｐ以下に下げて用いた。

上述したようにして作製したノズル板３について、ワイピング耐性を評価した。
ここでは、ＥＰＤＭ（ゴム硬度５０度）のワイピングブレードを用いてワイピングを実施したが、１０００回のワイピングに対しても、撥水膜３０は良好な撥水性を維持することが確認できた。また、７０℃のインクに１４日間浸漬処理したが、その後も初期状態と変わらない撥水性が得られることが確認できる。

また、本発明に係るシリコーン樹脂の撥水膜３０を形成したノズル板３と、従来方法であるＮｉ／ＰＴＦＥの共析メッキを施し、３５０℃で６０分間の加熱処理を実施したノズル板の各インクに対する撥水性特性を評価した。評価結果を表1に示している。

ここで、評価に用いたインクの条件は、表1にも示すように、（１）表面張力が２０ｍＮ／ｍで、かつ、フッ素系界面活性剤を含有するインク、（２）表面張力が２０ｍＮ／ｍで、かつ、フッ素系界面活性剤を含有しないインク、（３）表面張力が３５ｍＮ／ｍで、かつ、フッ素系界面活性剤を含有するインク、（３）表面張力が３５ｍＮ／ｍで、かつ、フッ素系界面活性剤を含有しないインク含有しないインクの４種類である。

この結果から分かるように、フッ素系樹脂の撥水膜を形成したノズル板では、記録液の表面張力が２０ｍＮ／ｍのとき及びフッ素系界面活性剤を含有するインクに対して、撥水性が得ることができなかったが、本発明に係るノズル板３においては、上記全ての条件のインクに対して良好な撥水性を得ることができた。

次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドを搭載した画像形成装置の機構の一例について図１３及び図１４を参照して説明する。なお、図１３は同記録装置の斜視説明図、図１４は同記録装置の機構部の側面説明図である。

このインクジェット記録装置は、記録装置本体１１１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に係るインクジェット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１１２等を収納し、装置本体１１１の下方部には前方側から多数枚の用紙１１３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）１１４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙１１３を手差しで給紙するための手差しトレイ１１５を開倒することができ、給紙カセット１１４或いは手差しトレイ１１５から給送される用紙１１３を取り込み、印字機構部１１２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１１６に排紙する。

印字機構部１１２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１２１と従ガイドロッド１２２とでキャリッジ１２３を主走査方向（図１２で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ１２３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であるインクジェットヘッドからなるヘッド１２４を複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、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１２３にはヘッド１２４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１２５を交換可能に装着している。なお、本発明に係るインクカートリッジを搭載する構成とすることもできる。

インクカートリッジ１２５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェット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インクジェット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１２４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。

ここで、キャリッジ１２３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１２１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１２２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１２３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１２７で回転駆動される駆動プーリ１２８と従動プーリ１２９との間にタイミングベルト１３０を張装し、このタイミングベルト１３０をキャリッジ１２３に固定しており、主走査モータ１２７の正逆回転によりキャリッジ１２３が往復駆動される。

一方、給紙カセット１１４にセットした用紙１１３をヘッド１２４の下方側に搬送するために、給紙カセット１１４から用紙１１３を分離給装する給紙ローラ１３１及びフリクションパッド１３２と、用紙１１３を案内するガイド部材１３３と、給紙された用紙１１３を反転させて搬送する搬送ローラ１３４と、この搬送ローラ１３４の周面に押し付けられる搬送コロ１３５及び搬送ローラ１３４からの用紙１１３の送り出し角度を規定する先端コロ１３６とを設けている。搬送ローラ１３４は副走査モータ１３７によってギヤ列を介して回転駆動される。

そして、キャリッジ１２３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１３４から送り出された用紙１１３を記録ヘッド１２４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１３９を設けている。この印写受け部材１３９の用紙搬送方向下流側には、用紙１１３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１４１、拍車１４２を設け、さらに用紙１１３を排紙トレイ１１６に送り出す排紙ローラ１４３及び拍車１４４と、排紙経路を形成するガイド部材１４５，１４６とを配設している。

記録時には、キャリッジ１２３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１２４を駆動することにより、停止している用紙１１３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙１１３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１１３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１１３を排紙する。

また、キャリッジ１２３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド１２４の吐出不良を回復するための回復装置１４７を配置している。回復装置１４７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ１２３は印字待機中にはこの回復装置１４７側に移動されてキャッピング手段でヘッド１２４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。

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１２４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。

次に、この画像形成装置で用いている記録液であるインクの一例について説明するが、これに限られるものでないことはもちろんである。
インクには色材を含有している。色材は、溶解した状態で含有させても良いし、分散させた状態で含有させても良い。この場合、溶解した状態で用いられる色材としては、染料が好ましい。また、分散した状態で用いられる色材としては、顔料、あるいは溶媒に対して溶解性が低い染料が挙げられる。顔料を用いることで、高い耐光性、耐水性を得ることができる。

これらの中では、色材を分散した状態で含有させることが好ましい。つまり、色材を分散した状態で含有させると、記録媒体（用紙）に着弾した瞬間にｐＨ変化が生じて色材の分散が破壊され色材が凝集する、あるいは、色材が記録媒体の繊維の目に引っかかり遠くまで流れ出さない現象が生じる。このような現象が生じる結果、フェザリングやカラーブリードを抑制することができ、鮮明な画像を得ることができる。

逆に、色材を溶解した状態で含有させると、記録媒体に着弾した瞬間にｐＨ変化が生じても溶解した色材は容易には析出しないため色材は凝集しない。また、色材が溶解した状態ではインクが記録媒体に浸透した際に繊維の目に引っかかることなく遠くまで流れ出てしまう。このような現象が生じる結果、フェザリングやカラーブリードが生じてしまい、不鮮明な画像になるおそれがある。

使用できる染料としては、カラーインデックスにおいて酸性染料、直接染料、反応性染料、食用染料に分類される染料で、耐水、耐光性が優れたものが挙げられる。また、これら染料は複数種類を混合して用いても良いし、あるいは顔料等の他の色素と混合して用いても良い。これらは効果が阻害されない範囲で添加される。

これら染料を具体的に挙げれば、酸性染料及び食用染料としては、
Ｃ．Ｉ．アシッドイエロー１７、２３、４２、４４、７９、１４２、
Ｃ．Ｉ．アシッドレッド１、８、１３、１４、１８、２６、２７、３５、３７、４２、５２、８２、８７、８９、９２、９７、１０６、１１１、１１４、１１５、１３４、１８６、２４９、２５４、２８９、
Ｃ．Ｉ．アシッドブルー９、２９、４５、９２、２４９
Ｃ．Ｉ．アシッドブラック１、２
などを挙げることができる。

直接染料としては、
Ｃ．Ｉ．ダイレクトイエロー１、１２、２４、２６、３３、４４、５０、８６、１２０、１３２、１４２、１４４、
Ｃ．Ｉ．ダイレクトレッド１、４、９、１３、１７、２０、２８、３１、３９、８０、８１、８３、８９、２２５、２２７、
Ｃ．Ｉ．ダイレクトオレンジ２６、２９、６２、１０２、
Ｃ．Ｉ．ダイレクトブルー１、２、６、１５、２２、２５、７１、７６、７９、８６、８７、９０、９８、１６３、１６５、１９９、２０２、
Ｃ．Ｉ．ダイレクトブラック１９、２２、３２、３８、５１、５６、７１、７４、７５、７７、１５４、１６８、１７１
などを挙げることができる。

反応染料としては、
Ｃ．Ｉ．リアクティブブラック３、４、７、１１、１２、１７、
Ｃ．Ｉ．リアクティブイエロー１、５、１１、１３、１４、２０、２１、２２、２５、４０、４７、５１、５５、６５、６７、
Ｃ．Ｉ．リアクティブレッド１、１４、１７、２５、２６、３２、３７、４４、４６、５５、６０、６６、７４、７９、９６、９７、
Ｃ．Ｉ．リアクティブブルー１、２、７、１４、１５、２３、３２、３５、３８、４１、６３、８０、９５
などを挙げることができる。

特に酸性染料及び直接染料が好ましく用いることができる。

使用できる顔料としては、具体的には以下のものが挙げられる。この場合、これら顔料は複数種類を混合して用いても良いし、あるいは染料等の他の色素と混合して用いても良い。

有機顔料としては、アゾ系、フタロシアニン系、アントラキノン系、ジオキサジン系、インジコ系、チオインジコ系、ペリレン系、イソインドレノン系、アニリンブラック、アゾメチン系、ローダミンＢレーキ顔料、カーボンブラックなどが挙げられる。

また、前記顔料は、粒子径が０．０１〜０．１５μｍの粒子状として使用するのが好ましい。

無機顔料としては、酸化鉄、酸化チタン、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、バリウムイエロー、紺青、カドミウムレッド、クロムイエロー、金属粉が挙げられる。有機顔料としては、アゾ系、フタロシアニン系、アントラキノン系、キナクリドン系、ジオキサジン系、インジゴ系、チオインジゴ系、ペリレン系、イソインドレノン系、アニリンブラツク、アゾメチン系、ローダミンＢレーキ顔料、カーボンブラックなどが挙げられる。

また、これらの顔料の粒子径は０．０１から０．１５μｍで用いることが好ましい。０．０１μｍ以下では隠蔽力が低下し濃度が低く、また、耐光性が低下し、高分子染料系と混合した際のインクの耐光性が従来の染料系と同等となってしまう。また、０．１５μｍ以上では、ヘッドの目詰まりやフィルタでの目詰まりが発生し、吐出安定性を得ることができないおそれがある。

インクには、インクを所望の物性にするため、またインクの乾燥を防止して吐出不良を防止するため、また、色材の溶解安定性、分散安定性を向上させるためなどの目的から、次の水溶性有機溶媒を使用することが好ましい。

すなわち、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、１，５−ペンタンジオール、１，５−ヘキサンジオール、グリセロール、１，２，６−ヘキサントリオール、１，２，４−ブタントリオール、１，２，３−ブタントリオール、ペトリオール等の多価アルコール類、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の多価アルコールアルキルエーテル類、エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノベンジルエーテル等の多価アルコールアリールエーテル類、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ−ヒドロキシエチル−２−ピロリドン、２−ピロリドン、１，３−ジメチルイミダゾリジノン、ε−カプローラクタム等の含窒素複素環化合物、ホルミアミド、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等のアミド類、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、モノエチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン等のアミン類、ジメチルスルホキシド、スルホラン、チオジエタノール等の含硫黄化合物類、プロピレンカーボネート、炭酸エチレン、γ−ブチローラクトンである。これらの溶媒は水と共に単独もしくは複数混合して用いられる。

これらの中で特に好ましいものは、ジエチレングリコール、チオジエタノール、ポリエチレングリコール２００〜６００、トリエチレングリコール、グリセロール、１，２，６−ヘキサントリオール、１，２，４−ブタントリオール、ペトリオール、１，５−ペンタンジオール、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ−ヒドロキシエチルピロリドン、２−ピロリドン、１，３−ジメチルイミダゾリジノンである。これらを用いることにより色材の高い溶解性あるいは高い分散性と水分蒸発により噴射特性不良の防止に対して優れた効果が得られる。

また、インクは、浸透剤を含有することが好ましい。
浸透剤はインクと記録媒体の濡れ性を向上させ、浸透速度を調整する目的で添加される。浸透剤としては、下記式（Ｉ）〜（IV）で表わされるものが好ましい。すなわち、下記式（Ｉ）のポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル系界面活性剤、式（II）のアセチレングリコール系界面活性剤、下記式（III）のポリオキシエチレンアルキルエーテル系界面活性剤ならびに式（IV）のポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル系界面活性剤は、液の表面張力を低下させることができるので、濡れ性を向上させ、浸透速度を高めることができる。

（Ｒは分岐していても良い炭素数６〜１４の炭化水素鎖、ｋ：５〜２０）

（ｍ、ｎ≦２０，０＜ｍ＋ｎ≦４０）

（Ｒは分岐してもよい炭素数６〜１４の炭化水素鎖、ｎは５〜２０）

（Ｒは炭素数６〜１４の炭化水素鎖、ｍ、ｎは２０以下の数）

前記式（Ｉ）〜（IV）の化合物以外では、例えばジエチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノアリルエーテル、ジエチレングリコールモノフェニルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールクロロフェニルエーテル等の多価アルコールのアルキル及びアリールエーテル類、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロック共重合体等のノニオン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、エタノール、２−プロパノール等の低級アルコール類を用いることができるが、特にジエチレングリコールモノブチルエーテルが好ましい。

また、インクには、インクに接する部材の溶出、腐食を防止する目的でｐＨ調整剤、あるいは防錆剤を添加することが好ましい。ｐＨ調整剤としては、調合されるインクに悪影響を及ぼさずにｐＨを６以上に調整できるものであれば、任意の物質を用いることができる。例えば、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアミン、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属元素の水酸化物、水酸化アンモニウム、第４級アンモニウム水酸化物、第４級ホスホニウム水酸化物、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等のアルカリ金属の炭酸塩等が挙げられる。防錆剤としては、例えば、酸性亜硫酸塩、チオ硫酸ナトリウム、チオジグリコール酸アンモン、ジイソプロピルアンモニウムニトライト、四硝酸ペンタエリスリトール、ジシクロヘキシルアンモニウムニトライト等がある。

さらに、インクには、防腐防黴を目的として防腐防黴剤を添加することが好ましい。防腐防黴剤としてはデヒドロ酢酸ナトリウム、ソルビン酸ナトリウム、２−ピリジンチオール−１−オキサイドナトリウム、イソチアゾリン系化合物、安息香酸ナトリウム、ペンタクロロフェノールナトリウム等が使用できる。

さらにまた、インクには、不要な泡立ちを抑制するために消泡剤を添加することが好ましい。消泡剤としては、シリコン系の消泡剤が好ましく用いられる。一般にシリコン系消泡剤には、オイル型、コンパウンド型、自己乳化型、エマルジョン型などがあるが、水系での使用を考慮すると、自己乳化型、もしくはエマルジョン型を用いることが、信頼性を確保する上で好ましい。また、アミノ変性、カルビノール変性、メタクリル変性、ポリエーテル変性、アルキル変性、高級脂肪酸エステル変性、アルキレンオキサイド変性、等の変性シリコン系消泡剤を使用しても良い。

市販のシリコン系消泡剤で入手可能なものとしては、信越化学工業(株)のシリコーン消泡剤（KS508、KS531、KM72、KM85など：商品名）、東レ・ダウ・コーニング（株）のシリコーン消泡剤（Q2-3183A、SH5510など：商品名）、日本ユニカー（株）のシリコーン消泡剤（SAG30など：商品名）、旭電化工業(株)の消泡剤（アデカノールシリーズ：商品名）などが挙げられる。

この記録液を表面張力が１５〜３０ｍＮ／ｍになるように調製して、記録ヘッド１１４から液滴と吐出して画像を形成したところ、良好な画像を形成することができた。

このように、この画像形成装置においては本発明に係る液滴吐出ヘッドを搭載しているので、インク滴の吐出特性のバラツキが少なく、高い画像品質の画像を記録できる

なお、本発明は、プリンタ、ファクシミリ装置、複写装置、プリンタ／ファックス／コピア複合機などの画像形成装置に適用することができ、また、インク以外の液体である記録液を用いた画像形成装置にも適用することができる。

本発明に係る液滴吐出ヘッドの平面説明図である。 同ヘッドを分解した状態の平面説明図である。 図２のＡ−Ａ線に沿う断面説明図である。 図２のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図である。 本発明に係るノズル板の断面説明図である。 本発明に係るノズル板の他の構成例の説明図である。 本発明に係る静電塗装の説明に供する説明図である。 本発明に係る静電塗装の他の例の説明に供する説明図である。 本発明に係るノズル板の製造方法の第1実施形態の説明に供する説明図である。 図９に続く工程の説明に供する説明図である。 本発明に係るノズル板の製造方法の第２実施形態の説明に供する説明図である。 図１０に続く工程の説明に供する説明図である。 本発明に係る画像形成装置の一例を説明する斜視説明図 同画像形成装置の機構部の説明図

符号の説明

１…アクチュエータ基板
２…流路基板
３…ノズル基板
４…ノズル
４ａ…ノズル孔
５…ノズル連通路
６…液室
１０…ノズル・液室ユニット
１１…アクチュエータ素子
１２…振動板
１３…ギャップ（空隙）
１４…電極（個別電極）
３０…撥水層（撥水膜）
３０ａ…シリコーン樹脂皮膜
３１…ノズル孔形成部材
４０…静電塗装に用いる装置
４１…超音波霧化器
４３ａ…シリコーン微粒子
４４…高圧電源
４５…電極
４６…マスク材
４６ａ…円柱状部
５１…ドライフィルムレジスト
５２…紫外線
５３…露光部分
５４…未露光部分
６１…マスキングテープ
６２…水溶性樹脂

Claims (21)

1. 液滴を吐出する複数のノズルを形成した液滴吐出ヘッドのノズル板において、液滴吐出面側に静電塗装により形成された、撥水性を有するシリーコン樹脂からなる撥水層を有することを特徴とするノズル板。
2. 請求項１に記載のノズル板において、前記撥水層の膜厚が０．５μｍ以上であることを特徴とするノズル板。
3. 請求項１又は２に記載のノズル板において、前記撥水層の表面粗さRａが０．２μｍ以下であることを特徴とするノズル板。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のノズル板において、前記撥水層を形成するノズル孔形成部材の少なくとも表面が金属もしくは導電性の部材で形成されていることを特徴とするノズル板。
5. 液滴を吐出する複数のノズルを形成したノズル板を備えた液滴吐出ヘッドにおいて、前記ノズル板が請求項１ないし４のいずれかに記載のノズル板であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
6. 記録液の液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを備えて被記録媒体に画像を形成する画像形成装置において、前記液滴吐出ヘッドが請求項５に記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項６に記載の画像形成装置において、前記記録液の表面張力が１５〜３０ｍＮ／ｍの範囲内であることを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項６又は７に記載の画像形成装置において、前記記録液はフッ素系界面活性剤を含むことを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項６ないし８のいずれかに記載の画像形成装置において、前記記録液が顔料を含むことを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項１に記載のノズル板を製造するノズル板の製造方法であって、金属又は導電性のノズル孔形成部材の表面に、液状シリコーン樹脂を霧化して高電界印加により帯電させて付着させることにより前記撥水層となるシリコーン樹脂皮膜を形成することを特徴とするノズル板の製造方法。
11. 請求項１０に記載のノズル板の製造方法において、前記液状シリコーン樹脂に超音波を印加して霧化することを特徴とするノズル板の製造方法。
12. 請求項１０に記載のノズル板の製造方法において、前記液状シリコーン樹脂をエアスプレーで噴霧して霧化することを特徴とするノズル板の製造方法。
13. 請求項１０ないし１２のいずれかに記載のノズル板の製造方法において、前記液状シリコーン樹脂の粘度が１００ｃｐ以下であることを特徴とするノズル板の製造方法。
14. 請求項１０ないし１３のいずれかに記載のノズル板の製造方法において、霧化された前記液状シリコーン樹脂の微粒子の粒子径が２０μｍ以下であることを特徴とするノズル板の製造方法。
15. 請求項１０ないし１４のいずれかに記載のノズル板の製造方法において、霧化された前記液状シリコーン樹脂の微粒子とノズル孔形成部材との間に１ｋＶ以上１００ｋＶ以下の高電圧を印加することを特徴とするノズル板の製造方法。
16. 請求項１０ないし１５のいずれかに記載のノズル板の製造方法において、静電塗装をするときにノズル孔形成部材裏面及びノズル内部をマスク部材でマスクすることを特徴とするノズル板の製造方法。
17. 請求項１６に記載のノズル板の製造方法において、前記マスク部材が感光性ドライフィルムレジストから形成されることを特徴とするノズル板の製造方法。
18. 請求項１６又は１７に記載のノズル板の製造方法において、前記マスク部材が水溶性樹脂から形成されることを特徴とするノズル板の製造方法。
19. 請求項１０ないし１８のいずれかに記載のノズル板の製造方法において、前記液状シリコーン樹脂は、室温硬化型の液状シリコーンレジン又はエラストマーであることを特徴とするノズル板の製造方法。
20. 請求項１０ないし１８のいずれかに記載のノズル板の製造方法において、前記液状シリコーン樹脂は、加熱硬化型の液状シリコーンレジン又はエラストマーであることを特徴とするノズル板の製造方法。
21. 請求項１０ないし１８のいずれかに記載のノズル板の製造方法において、前記液状シリコーン樹脂は、紫外線硬化型の液状シリコーンレジン又はエラストマーであることを特徴とするノズル板の製造方法。
    
    

Images