JP2006231626A - ノズルプレートの製造方法及び液体吐出ヘッド並びにこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズル形成時にバリが発生せず、孔形状が正確で、撥水材基材の損傷を少なくする。
【解決手段】液体を吐出するノズルが形成されたノズルプレートの表面に撥水膜を形成する工程と、前記撥水膜を半硬化させる工程と、前記撥水膜上に前記ノズルに対応する所定の孔を有するマスクを形成する工程と、前記ノズルプレートの前記撥水膜が形成された側とは反対側から流体または微粒子を吹き付けて、前記撥水膜に孔を形成する工程と、前記マスクを除去する工程と、前記撥水膜を本硬化させる工程と、を有することを特徴とするノズルプレートの製造方法を提供することにより前記課題を解決する。
【選択図】 図８

Description

本発明は、ノズルプレートの製造方法及び液体吐出ヘッド並びにこれを備えた画像形成装置に係り、特に、液体を吐出する微細な液体吐出口（ノズル）が多数形成されたノズルプレートの表面に撥液膜を形成する技術及びこのノズルプレートを用いた液体吐出ヘッド及び画像形成装置に関する。

従来より、画像形成装置として、インク（液体）を吐出する多数のノズル（吐出口）を配列させたインクジェットヘッド（液体吐出ヘッド）を有し、このインクジェットヘッドと被記録媒体を相対的に移動させながら、ノズルからインクを吐出することにより、被記録媒体上に画像を形成するインクジェット記録装置（インクジェットプリンタ）が知られている。

インクジェット記録装置におけるインク吐出方法としては、従来から様々な方法が知られている。例えば、圧電素子（ピエゾ素子）の変形によって圧力室の一部を構成する振動板を変形させて、圧力室の容積を変化させ、圧力室の容積増大時にインク供給路から圧力室内にインクを導入し、圧力室の容積減少時に圧力室内のインクをノズルから液滴として吐出する圧電方式が知られている。

このようなインクジェット記録装置においては、インク吐出ヘッドのノズルが形成されたノズルプレート表面に撥水膜を形成することで、ノズルの汚れを除去し易くしたり、ノズルからのインクの滲み出しを小さくして、インクの吐出方向や吐出量を安定化するようにしている。

このとき、ノズル孔と撥水膜を両立させるためには、大別して、ノズルプレートにノズル孔を加工した後に撥水膜を形成する方法と、撥水膜をノズルプレート一面に形成した後にノズル孔を形成する方法がある。

このうち、後からノズル孔を形成する方法では、孔を開けるには実質的にポリイミドなどの耐熱性樹脂にレーザ加工する方法（例えばエキシマレーザー）以外になく、孔を開ける手段が限られてしまうため、ノズル孔加工後に撥水膜を形成する方法が採用される場合が多い。

しかし、後から撥水膜を形成する方法は、ノズルの周囲にきれいに撥水膜を残すことが難しいため、従来から様々なノズルプレート製造方法が提案されている。

例えば、基板にノズルを加工し、ノズル加工された位置の周囲の基板表面に撥水膜を形成し、基板の撥水膜が形成された面の裏側から微小個体を衝突させるブラスト処理を行い、上で形成した撥水膜の不要部分を除去するようにしてノズル周囲に撥水膜が形成されたノズルプレートを製造する方法が知られている（例えば、特許文献１等参照）。なお、この方法では、ブラスト処理後に、ノズル外側に向かってバリが発生するため、熱加工を行ってバリを軟化溶融させて消滅させるようにしている。

また、上述したようなブラスト処理を用いるものでは、ノズル穴径が大きくなったり、ノズルプレートそのものが変形したり、ノズルプレート表面が面荒れしたりする等の問題があるため、ノズルプレートにノズル孔を形成し、ノズルプレートの表面側に撥水膜を形成して、ノズル孔を閉塞している箇所の撥水膜を裏面側から水を噴射してその水圧で除去するいわゆるウォータージェットを用いるノズルプレート製造方法が知られている（例えば、特許文献２等参照）。
特開平７−３０４１７５号公報 特開２００４−１４２２９７号公報

しかしながら、上記従来技術のように、ノズルプレート表面に形成した撥水膜の不要部分をノズルプレートの裏面側からブラスト処理や水の噴射で除去しようとすると、除去する必要のない撥水膜まで除去してしまう可能性があり、ノズルプレートとしての精度を維持できないという問題がある。

また、ブラスト材や水を衝突させて除去加工するために、撥水膜やノズルプレートそのものを変形させたり、内部応力を発生させてしまうという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ノズル形成時にバリが発生せず、孔形状が正確で、撥水材基材の損傷の少ないノズルプレートの製造方法及び液体吐出ヘッド並びにこれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、液体を吐出するノズルが形成されたノズルプレートの表面に撥水膜を形成する工程と、前記撥水膜を半硬化させる工程と、前記撥水膜上に前記ノズルに対応する所定の孔を有するマスクを形成する工程と、前記ノズルプレートの前記撥水膜が形成された側とは反対側から流体または微粒子を吹き付けて、前記撥水膜に孔を形成する工程と、前記マスクを除去する工程と、前記撥水膜を本硬化させる工程と、を有することを特徴とするノズルプレートの製造方法を提供する。

これにより、撥水膜の除去するべき箇所のみ精度良く孔を加工することができ、バリの発生もなく、孔形状を正確に形成することが可能となる。

また、請求項２に示すように、前記ノズルの孔径をφ₁ とし、前記マスクの孔径をφ₂ とするとき、φ₂ ＜φ₁ であることを特徴とする。

これにより、撥水膜に形成される孔がテーパ状に形成され、ノズルにおける液体のメニスカスの保持が容易となり、液体の吐出が安定し、高周波吐出が可能となる。

また、同様に前記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、液体を吐出するノズルが形成されたノズルプレートの表面に撥水膜を形成する工程と、前記撥水膜を半硬化させる工程と、前記撥水膜上に前記ノズルに対応する所定の孔を有するマスクを形成する工程と、前記ノズルプレートの前記撥水膜が形成された側から流体または微粒子を吹き付けて、前記撥水膜に孔を形成する工程と、前記マスクを除去する工程と、前記撥水膜を本硬化させる工程と、を有することを特徴とするノズルプレートの製造方法を提供する。

これにより、撥水膜の除去するべき箇所のみ精度良く孔を加工することができ、バリの発生もなく、孔形状を正確に形成することが可能となる。

また、請求項４に示すように、前記ノズルの孔径をφ₁ とし、前記マスクの孔径をφ₂ とするとき、φ₂ ＞φ₁ であることを特徴とする。

これにより、撥水膜に形成される孔がテーパ状に形成され、ノズルにおける液体のメニスカスの保持が容易となり、液体の吐出が安定し、高周波吐出が可能となる。

また、請求項５に示すように、前記撥水膜の厚さをｔ₀ とし、ｔ₁ ＝｜φ₁ −φ₂ ｜／２とするとき、ｔ₁ ／ｔ₀ ≦１であることを特徴とする。

これにより、撥水膜のテーパ状の部分の強度が確保されるとともに、吐出される液体の飛翔特性を向上させることができる。

また、請求項６に示すように、前記ノズルプレートの材質は金属または半導体であることを特徴とする。

これにより、撥水膜のみを選択的に孔加工することが可能となる。

また、請求項７に示すように、前記流体は、エアーまたは窒素ガスまたは不活性ガスであることを特徴とする。

これにより、撥水膜の基材へ損傷を与えることが抑制される。

また、同様に前記目的を達成するために、請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれかに記載の方法によって製造されたノズルプレートを備えたことを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。

さらに、同様に前記目的を達成するために、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の液体吐出ヘッドを備えたことを特徴とする画像形成装置を提供する。

これにより、液体の飛翔特性が向上し、高周波吐出が可能となるため、高画質な画像形成を効率的に行うことが可能となる。

以上説明したように、本発明に係るノズルプレートの製造方法及び液体吐出ヘッド並びにこれを備えた画像形成装置によれば、ノズルプレートの製造工程において、撥水膜の除去するべき箇所のみ精度良く孔を加工することができ、バリの発生もなく、孔形状を正確に形成することが可能となり、このようにして形成されたノズルプレートを用いることにより高画質な画像形成を効率的に行うことが可能となる。

以下、添付した図面を参照して、本発明に係るノズルプレートの製造方法及び液体吐出ヘッド並びにこれを備えた画像形成装置について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る液体吐出ヘッドを有する画像形成装置としてのインクジェット記録装置の第１実施形態の概略を示す全体構成図である。

図１に示すように、このインクジェット記録装置１０は、インクの色毎に設けられた複数の印字ヘッド（液体吐出ヘッド）１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙを有する印字部１２と、各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１４と、記録紙１６を供給する給紙部１８と、記録紙１６のカールを除去するデカール処理部２０と、前記印字部１２のノズル面（インクを吐出するノズルが形成されたノズルプレートの表面）に対向して配置され、記録紙１６の平面性を保持しながら記録紙１６を搬送する吸着ベルト搬送部２２と、印字部１２による印字結果を読み取る印字検出部２４と、印画済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部２６とを備えている。

図１では、給紙部１８の一例としてロール紙（連続用紙）のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。

ロール紙を使用する装置構成の場合、図１のように、裁断用のカッター２８が設けられており、該カッター２８によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター２８は、記録紙１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃２８Ａと、該固定刃２８Ａに沿って移動する丸刃２８Ｂとから構成されており、印字裏面側に固定刃２８Ａが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃２８Ｂが配置されている。なお、カット紙を使用する場合には、カッター２８は不要である。

複数種類の記録紙を利用可能な構成にした場合、紙の種類情報を記録したバーコードあるいは無線タグ等の情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される用紙の種類を自動的に判別し、用紙の種類に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御を行うことが好ましい。

給紙部１８から送り出される記録紙１６はマガジンに装填されていたことによる巻き癖が残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部２０においてマガジンの巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム３０で記録紙１６に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。

デカール処理後、カットされた記録紙１６は、吸着ベルト搬送部２２へと送られる。吸着ベルト搬送部２２は、ローラー３１、３２間に無端状のベルト３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する部分が平面（フラット面）をなすように構成されている。

ベルト３３は、記録紙１６幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔（図示省略）が形成されている。図１に示したとおり、ローラー３１、３２間に掛け渡されたベルト３３の内側において印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバー３４が設けられており、この吸着チャンバー３４をファン３５で吸引して負圧にすることによってベルト３３上の記録紙１６が吸着保持される。

ベルト３３が巻かれているローラー３１、３２の少なくとも一方にモータ（図示省略）の動力が伝達されることにより、ベルト３３は図１において、時計回り方向に駆動され、ベルト３３上に保持された記録紙１６は、図１の左から右へと搬送される。

縁無しプリント等を印字するとベルト３３上にもインクが付着するので、ベルト３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部３６が設けられている。ベルト清掃部３６の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、あるいはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラー線速度を変えると清掃効果が大きい。

なお、吸着ベルト搬送部２２に代えて、ローラー・ニップ搬送機構を用いる態様も考えられるが、印字領域をローラー・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面にローラーが接触するので、画像が滲み易いという問題がある。したがって、本例のように、印字領域では画像面と接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。

吸着ベルト搬送部２２により形成される用紙搬送路上において印字部１２の上流側には、加熱ファン４０が設けられている。加熱ファン４０は、印字前の記録紙１６に加熱空気を吹きつけ、記録紙１６を加熱する。印字直前に記録紙１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。

印字部１２は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙搬送方向（副走査方向）と直交する方向（主走査方向）に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている（図２参照）。

図２に示すように、各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙは、本インクジェット記録装置１０が対象とする最大サイズの記録紙１６の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口（ノズル）が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている。

記録紙１６の搬送方向（紙搬送方向）に沿って上流側（図１の左側）から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に各色インクに対応した印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙが配置されている。記録紙１６を搬送しつつ各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙからそれぞれ色インクを吐出することにより記録紙１６上にカラー画像を形成し得る。

このように、紙幅の全域をカバーするフルラインヘッドがインク色毎に設けられてなる印字部１２によれば、紙搬送方向（副走査方向）について記録紙１６と印字部１２を相対的に移動させる動作を一回行うだけで（すなわち、一回の副走査で）記録紙１６の全面に画像を記録することができる。これにより、印字ヘッドが紙搬送方向と直交する方向（主走査方向）に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。

なお、ここで主走査方向及び副走査方向とは、次に言うような意味で用いている。すなわち、記録紙の全幅に対応したノズル列を有するフルラインヘッドで、ノズルを駆動する時、（１）全ノズルを同時に駆動するか、（２）ノズルを片方から他方に向かって順次駆動するか、（３）ノズルをブロックに分割して、ブロックごとに片方から他方に向かって順次駆動するか、等のいずれかのノズルの駆動が行われ、用紙の幅方向（記録紙の搬送方向と直交する方向）に１ライン（１列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン）の印字をするようなノズルの駆動を主走査と定義する。そして、この主走査によって記録される１ライン（帯状領域の長手方向）の示す方向を主走査方向という。

一方、上述したフルラインヘッドと記録紙とを相対移動することによって、上述した主走査で形成された１ライン（１列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン）の印字を繰り返し行うことを副走査と定義する。そして、副走査を行う方向を副走査方向という。結局、記録紙の搬送方向が副走査方向であり、それに直交する方向が主走査方向ということになる。

また本例では、ＫＣＭＹの標準色（４色）の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態には限定されず、必要に応じて淡インク、濃インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタ等のライト系インクを吐出する印字ヘッドを追加する構成も可能である。

図１に示したように、インク貯蔵／装填部１４は、各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙに対応する色のインクを貯蔵するタンクを有し、各タンクは図示を省略した管路を介して各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙと連通されている。また、インク貯蔵／装填部１４は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段（表示手段、警告音発生手段等）を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。

印字検出部２４は、印字部１２の打滴結果を撮像するためのイメージセンサ（ラインセンサ等）を含み、該イメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりその他の吐出不良をチェックする手段として機能する。

本例の印字検出部２４は、少なくとも各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙによるインク吐出幅（画像記録幅）よりも幅の広い受光素子列を有するラインセンサで構成される。このラインセンサは、赤（Ｒ）の色フィルタが設けられた光電変換素子（画素）がライン状に配列されたＲセンサ列と、緑（Ｇ）の色フィルタが設けられたＧセンサ列と、青（Ｂ）の色フィルタが設けられたＢセンサ列とからなる色分解ラインＣＣＤセンサで構成されている。なお、ラインセンサに代えて、受光素子が二次元配列されて成るエリアセンサを用いることも可能である。

印字検出部２４は、各色の印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙにより印字されたテストパターンを読み取り、各ヘッドの吐出検出を行う。吐出判定は、吐出の有無、ドットサイズの測定、ドット着弾位置の測定等で構成される。

印字検出部２４の後段には、後乾燥部４２が設けられている。後乾燥部４２は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹きつける方式が好ましい。

多孔質のペーパに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパの孔を塞ぐことでオゾンなど、染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぐことで画像の耐候性がアップする効果がある。

後乾燥部４２の後段には、加熱・加圧部４４が設けられている。加熱・加圧部４４は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラー４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。

このようにして生成されたプリント物は、排紙部２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置１０では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部２６Ａ、２６Ｂへと送るために排紙経路を切り換える選別手段（図示省略）が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター（第２のカッター）４８によってテスト印字の部分を切り離す。カッター４８は、排紙部２６の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に、本画像とテスト印字部を切断するためのものである。カッター４８の構造は前述した第１のカッター２８と同様であり、固定刃４８Ａと丸刃４８Ｂとから構成されている。

また、図示を省略したが、本画像の排出部２６Ａには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられている。

次に、印字ヘッド（液体吐出ヘッド）のノズル（液体吐出口）の配置について説明する。インク色毎に設けられている各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙの構造は共通しているので、以下、これらを代表して符号５０によって印字ヘッドを表すものとし、図３に印字ヘッド５０の平面透視図を示す。

図３に示すように、本実施形態の印字ヘッド５０は、インクを液滴として吐出するノズル５１、インクを吐出する際インクに圧力を付与する圧力室５２、図３では図示を省略した供給液室から圧力室５２にインクを供給するインク供給口５３を含んで構成される圧力室ユニット５４が千鳥状の２次元マトリクス状に配列され、ノズル５１の高密度化が図られている。

図３に示す例においては、各圧力室５２を上方から見た場合に、その平面形状は略正方形状をしているが、圧力室５２の平面形状はこのような正方形に限定されるものではない。圧力室５２には、図３に示すように、その対角線の一方の端にノズル５１が形成され、他方の端の側にインク供給口５３が設けられている。

また、図４は他の印字ヘッドの構造例を示す平面透視図である。図４に示すように、複数の短尺ヘッド５０’を２次元の千鳥状に配列して繋ぎ合わせて、これらの複数の短尺ヘッド５０’全体で印字媒体の全幅に対応する長さとなるようにして１つの長尺のフルラインヘッドを構成するようにしてもよい。

また、図３中の５−５線に沿った断面図を図５に示す。

図５に示すように、圧力室ユニット５４は、その一番下層にインクを吐出するノズル５１が形成されたノズルプレート１５１が形成されている。圧力室ユニット５４は、このノズル５１と連通する圧力室５２によって主に形成される。また圧力室５２は、ノズル５１と連通するとともに、インク供給口５３を介してインクを供給する供給液室５５と連通する。圧力室５２の一面（図では天面）は振動板５６で構成され、その上部には、振動板５６に圧力を付与して振動板５６を変形させる圧電素子５８が接合され、圧電素子５８の上面には個別電極５７が形成されている。また、振動板５６は共通電極を兼ねている。

圧電素子５８は、共通電極（振動板５６）と個別電極５７によって挟まれており、これら２つの電極５６、５７に駆動電圧を印加することによって変形する。圧電素子５８の変形によって振動板５６が押され、圧力室５２の容積が縮小されてノズル５１からインクが吐出されるようになっている。２つの電極５６、５７間への電圧印加が解除されると圧電素子５８がもとに戻り、圧力室５２の容積が元の大きさに回復し、供給液室５５からインク供給口５３を通って新しいインクが圧力室５２に供給されるようになっている。

図６はインクジェット記録装置１０におけるインク供給系の構成を示した概要図である。インクタンク６０は印字ヘッド５０にインクを供給するための基タンクであり、図１で説明したインク貯蔵／装填部１４に設置される。インクタンク６０の形態には、インク残量が少なくなった場合に、補充口（図示省略）からインクを補充する方式と、タンクごと交換するカートリッジ方式とがある。使用用途に応じてインク種類を替える場合には、カートリッジ方式が適している。この場合、インクの種類情報をバーコード等で識別して、インク種類に応じて吐出制御を行うことが好ましい。なお、図６のインクタンク６０は、先に記載した図１のインク貯蔵／装填部１４と等価のものである。

図６に示したように、インクタンク６０と印字ヘッド５０を繋ぐ管路の中間には、異物や気泡を除去するためにフィルタ６２が設けられている。フィルタ・メッシュサイズは印字ヘッド５０のノズル径と同等若しくはノズル径以下（一般的には、２０μｍ程度）とすることが好ましい。

なお、図６には示さないが、印字ヘッド５０の近傍又は印字ヘッド５０と一体にサブタンクを設ける構成も好ましい。サブタンクは、ヘッドの内圧変動を防止するダンパー効果及びリフィルを改善する機能を有する。

また、インクジェット記録装置１０には、ノズルの乾燥防止又はノズル近傍のインク粘度上昇を防止するための手段としてのキャップ６４と、ノズル面（ノズルプレート１５１の表面）５０Ａの清掃手段としてのクリーニングブレード６６とが設けられている。

これらキャップ６４及びクリーニングブレード６６を含むメンテナンスユニットは、図示を省略した移動機構によって印字ヘッド５０に対して相対移動可能であり、必要に応じて所定の退避位置から印字ヘッド５０下方のメンテナンス位置に移動される。

キャップ６４は、図示しない昇降機構によって印字ヘッド５０に対して相対的に昇降変位される。昇降機構は、電源ＯＦＦ時や印刷待機時にキャップ６４を所定の上昇位置まで上昇させ、印字ヘッド５０に密着させることにより、ノズル面５０Ａのノズル領域をキャップ６４で覆うようになっている。

クリーニングブレード６６は、ゴムなどの弾性部材で構成されており、図示を省略したブレード移動機構により印字ヘッド５０のインク吐出面（ノズル面５０Ａ）に摺動可能である。ノズル面５０Ａにインク液滴又は異物が付着した場合、クリーニングブレード６６をノズル面５０Ａに摺動させることでノズル面５０Ａを拭き取り、ノズル面５０Ａを清浄するようになっている。

印字中又は待機中において、特定のノズル５１の使用頻度が低くなり、そのノズル５１近傍のインク粘度が上昇した場合、粘度が上昇して劣化したインクを排出すべく、キャップ６４に向かって予備吐出が行われる。

また、印字ヘッド５０内のインク（圧力室５２内のインク）に気泡が混入した場合、印字ヘッド５０にキャップ６４を当て、吸引ポンプ６７で圧力室５２内のインク（気泡が混入したインク）を吸引により除去し、吸引除去したインクを回収タンク６８へ送液する。この吸引動作は、初期のインクのヘッドへの装填時、或いは長時間の停止後の使用開始時にも行われ、粘度が上昇して固化した劣化インクが吸い出され除去される。

すなわち、印字ヘッド５０は、ある時間以上吐出しない状態が続くと、ノズル近傍のインク溶媒が蒸発してノズル近傍のインクの粘度が高くなってしまい、吐出駆動用の圧力発生手段（図示省略、後述）が動作してもノズル５１からインクが吐出しなくなる。したがって、この様な状態になる手前で（圧力発生手段の動作によってインク吐出が可能な粘度の範囲内で）、インク受けに向かって圧力発生手段を動作させ、粘度が上昇したノズル近傍のインクを吐出させる「予備吐出」が行われる。また、ノズル面５０Ａの清掃手段として設けられているクリーニングブレード６６等のワイパーによってノズル面５０Ａの汚れを清掃した後に、このワイパー摺擦動作によってノズル５１内に異物が混入するのを防止するためにも予備吐出が行われる。なお、予備吐出は、「空吐出」、「パージ」、「唾吐き」などと呼ばれる場合もある。

また、ノズル５１や圧力室５２内に気泡が混入したり、ノズル５１内のインクの粘度上昇があるレベルを超えたりすると、上記予備吐出ではインクを吐出できなくなるため、上述したような吸引動作を行う。

すなわち、ノズル５１や圧力室５２のインク内に気泡が混入した場合、或いはノズル５１内のインク粘度があるレベル以上に上昇した場合には、圧力発生手段を動作させてもノズル５１からインクを吐出できなくなる。このような場合、印字ヘッド５０のノズル面５０Ａに、キャップ６４を当てて圧力室５２内の気泡が混入したインク又は増粘インクをポンプ６７で吸引する動作が行われる。

ただし、上記の吸引動作は、圧力室５２内のインク全体に対して行われるためインク消費量が大きい。したがって、粘度上昇が少ない場合はなるべく予備吐出を行うことが好ましい。なお、図６で説明したキャップ６４は、吸引手段として機能するとともに、予備吐出のインク受けとしても機能し得る。

また、好ましくは、キャップ６４の内側が仕切壁によってノズル列に対応した複数のエリアに分割されており、これら仕切られた各エリアをセレクタ等によって選択的に吸引できる構成とする。

図７はインクジェット記録装置１０のシステム構成を示す要部ブロック図である。

図７に示すように、インクジェット記録装置１０は、通信インターフェース７０、システムコントローラ７２、画像メモリ７４、モータドライバ７６、ヒータドライバ７８、プリント制御部８０、画像バッファメモリ８２、ヘッドドライバ８４等を備えている。

通信インターフェース７０は、ホストコンピュータ８６から送られてくる画像データを受信するインターフェース部である。通信インターフェース７０にはＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、イーサネット、無線ネットワークなどのシリアルインターフェースやセントロニクスなどのパラレルインターフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリ（図示省略）を搭載してもよい。ホストコンピュータ８６から送出された画像データは通信インターフェース７０を介してインクジェット記録装置１０に取り込まれ、一旦画像メモリ７４に記憶される。画像メモリ７４は、通信インターフェース７０を介して入力された画像を一旦格納する記憶手段であり、システムコントローラ７２を通じてデータの読み書きが行われる。画像メモリ７４は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなどの磁気媒体を用いてもよい。

システムコントローラ７２は、通信インターフェース７０、画像メモリ７４、モータドライバ７６、ヒータドライバ７８等の各部を制御する制御部である。システムコントローラ７２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びその周辺回路等から構成され、ホストコンピュータ８６との間の通信制御、画像メモリ７４の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ８８やヒーター８９を制御する制御信号を生成する。

モータドライバ７６は、システムコントローラ７２からの指示に従ってモータ８８を駆動するドライバ（駆動回路）である。ヒータドライバ７８は、システムコントローラ７２からの指示にしたがって後乾燥部４２等のヒーター８９を駆動するドライバである。

プリント制御部８０は、システムコントローラ７２の制御に従い、画像メモリ７４内の画像データから印字制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理機能を有し、生成した印字制御信号（印字データ）をヘッドドライバ８４に供給する制御部である。プリント制御部８０において所要の信号処理が施され、該画像データに基づいてヘッドドライバ８４を介して印字ヘッド５０のインク液滴の吐出量や吐出タイミングの制御が行われる。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。

プリント制御部８０には画像バッファメモリ８２が備えられており、プリント制御部８０における画像データ処理時に画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ８２に一時的に格納される。なお、図７において画像バッファメモリ８２はプリント制御部８０に付随する態様で示されているが、画像メモリ７４と兼用することも可能である。また、プリント制御部８０とシステムコントローラ７２とを統合して１つのプロセッサで構成する態様も可能である。

ヘッドドライバ８４はプリント制御部８０から与えられる印字データに基づいて各色の印字ヘッド５０の圧力発生手段を駆動する。ヘッドドライバ８４にはヘッドの駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。

印字検出部２４は、図１で説明したように、ラインセンサー（図示省略）を含むブロックであり、記録紙１６に印字された画像を読み取り、所要の信号処理などを行って印字状況（吐出の有無、打滴のばらつきなど）を検出し、その検出結果をプリント制御部８０に提供するものである。

プリント制御部８０は、必要に応じて印字検出部２４から得られる情報に基づいて印字ヘッド５０に対する各種補正を行うようになっている。

次に、ノズルプレート１５１に撥水膜を形成する方法について説明する。

図８（ａ）〜（ｅ）に、ノズルプレート１５１の表面に撥水膜を形成する工程を示す。

まず図８（ａ）に示すように、ノズルプレート１５１にノズル５１となるノズル孔５１ａを開口する。ノズル孔５１ａの開け方は特に限定されるものではない。例えば、ドリルやウエットエッチング、ドライエッチングあるいはレーザ加工や電鋳あるいはパンチング等によって形成することができる。ノズルプレート１５１の材質は、特に限定されるものではないが、この後その表面上に塗布される撥水膜よりも除去加工性が悪いものが好ましい。例えばノズルプレート１５１の材質としては、ＳＵＳやＮｉあるいはＮｉ合金など、またはＳｉ等の半導体などを用いることができる。

ノズルプレート１５１の厚みｔは、ｔ＝１０〜１００［μｍ］である。また、ノズル孔５１ａは、インクが吐出していく先端側であるノズル面５０Ａ側の径φ₁ の方が、その根元側であるノズルプレート１５１の裏面５０Ｂ側の径φ₀ よりも小さく（φ₁ ≦φ₀ ）なるように形成される。

次に、図８（ｂ）に示すように、ノズル孔５１ａの開いたノズルプレート１５１に対し、そのノズル面５０Ａ側から撥水膜９０を塗布する。このとき、撥水膜９０は、ノズルプレート１５１に開けられたノズル孔５１ａの中にまで入り込む。撥水膜９０の材質としては、特に限定されるものではないが、例えば、エポキシ系あるいはアクリル系の樹脂やシリコン系樹脂などが好適に用いられる。

撥水膜９０のノズル面５０Ａ上における厚さｔ₀ は、０．２〜５［μｍ］とするが、撥水膜９０の厚みは傷に対する耐性からは厚い方が望ましい。しかし、塗布やスピンコートなどの実際の膜形成工程を考慮すると厚膜を形成するのは難しく、通常は、０．５〜２［μｍ］程度に設定される。

なお、ノズルプレート１５１上に塗布された撥水膜９０は、仮キュアによりある程度硬化させておく。例えば、１００℃１時間程度で半硬化させる。

次に、図８（ｃ）に示すように、撥水膜９０の上にマスク９２を乗せる。マスク９２のノズル孔５１ａに対応する位置には孔９２ａが形成されている。このマスク９２の孔９２ａの径φ₂ は、ノズル孔５１ａのノズル面５０Ａ側の径φ₁ より小さい（φ₂ ＜φ₁ ）。このように、マスク９２の孔径φ₂ をノズルプレート１５１の孔径φ₁ よりも小さくするのは、ノズルプレート１５１に対して、マスク９２の位置合わせ誤差を吸収させるためである。

マスク９２は、孔９２ａ等のパターンが形成された別部材を撥水膜９０上に押し当てて接触させてもよいし、撥水膜９０上に直接形成してもよいが、別部材を押し当てる方式の方が作業性に優れており、量産性がある。

マスク９２を直接形成する方法では、撥水膜９０上にレジストを成膜してから露光及び現像をして形成する方法や、微細構造の金型を高分子樹脂にプレスして金型の微細構造を転写してレジスト代わりとするナノインプリントによる方法や、あるいはＮｉ、Ｃｕ等の金属メッキによる方法などがある。金属メッキによる方法では、後の不要な撥水膜９０の除去加工の工程における変形が少なく、また、ナノインプリント法では、レジストの露光及び現像という工程が不要であるため効率が良いという利点がある。

次に、図８（ｄ）に示すように、ノズルプレート１５１の裏面５０Ｂ側から、例えばエアーを吹き付けてノズル孔５１ａ部分の不要な撥水膜９０を除去する。この不要な撥水膜９０の除去加工は、エアーに限定されるものではなく、ブラストやウオータージェット等様々な方法を用いることができる。特に、ノズルプレート１５１に対するダメージの少ない気体（エアーや窒素ガスや、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガス等）を用いるのが好ましい。また、除去加工性を良くするために、上で行う撥水膜９０の半硬化は、マスク９２より撥水膜９０の方が柔らかい程度に硬化させるものとする。

その後、マスク９２を除去して、例えば２００℃程度の温度で本キュアを行い、撥水膜９０を本硬化させることによって、図８（ｅ）に示すようなノズルプレート１５１の表面に撥水膜９０が形成されたノズル５１が形成される。このとき、前述したようにノズル孔５１ａの先端部の径φ₁ よりマスク９２の孔径φ₂ の方を小さくしたため（図８（ｃ）参照）、撥水膜９０の断面は、外側に向かって細いテーパ状に形成される。

ここで図８（ｅ）に示すように、撥水膜９０の厚みｔ₀ に対する撥水膜９０のテーパ部先端の水平方向の距離ｔ₁ の割合、ｔ₁ ／ｔ₀ が１以下となるようにする（ｔ₁ ／ｔ₀ ≦１）。ここで、撥水膜９０のテーパ部先端の水平方向の距離ｔ₁ とは、ここでは、撥水膜９０のテーパ部先端の張り出した部分の長さをいい、ノズル孔５１ａの孔径φ₁ とマスク９２の孔径φ₂ の差の半分である。すなわち、ｔ₁ ＝（φ₁ −φ₂ ）／２である。

このｔ₁ ／ｔ₀ ≦１という条件は、撥水膜９０のノズル５１部におけるテーパ状の斜面の垂直方向に対する角度が４５°以下になることを意味している。このようにこの角度を小さくすることにより、テーパ部分の強度を補強して、テーパ状の先端部が細くなって折れ易くなるのを防ぐことができる。

このようにマスク９２の孔径φ₂ をノズル孔５１ａの孔径φ₁ よりも小さくした場合には、テーパ状の先端断面形状を有するノズル５１が得られるが、マスク９２の孔径φ₂ をノズル孔５１ａの孔径φ₁ と等しくした場合には、図８（ｆ）に示すように、垂直状の先端断面形状を有するノズル５１が得られる。

以上説明した方法によれば、ノズル面５０Ａ上に撥水膜９０が形成されたノズルプレート１５１の表面上（撥水膜９０上）にマスク９２を乗せて、ノズルプレート１５１の裏面５０Ｂ側から、例えばエアーを吹き付ける等の撥水膜９０除去加工を行うようにしたため、マスク９２が撥水膜９０を保護して、撥水膜９０のバリの発生を防止することができる。

また、ノズルプレート１５１裏面側から行われる撥水膜９０除去加工において、例えばエアーを吹き付ける方向に対して撥水膜９０より下流側にマスク９２を配置するとともに、撥水膜９０より上流側マスクをノズルプレート１５１で代用していると見做せば、撥水膜９０の両側をマスクで挟んで除去加工が行われることとなる。

また上述したように、マスク９２の孔径φ₂ をノズルプレート１５１の孔径φ₁ よりも小さくした場合、ノズル５１は先端に向かって細い構造となるため、メニスカス位置の保持が容易となり、吐出安定性を確保することができる。

次に、ノズルプレート１５１に撥水膜を形成する他の方法について説明する。

図９（ａ）〜（ｃ）に撥水膜を形成する他の方法を示す。

この方法も、テーパ状のノズル孔５１ａが形成されたノズルプレート１５１の表面に撥水膜９０を形成し、その上にマスク９２を乗せるまでは、前述した方法と同様である。ただし、いまの場合、図９（ａ）に示すように、マスク９２に形成される孔径φ₂ は、ノズル孔５１ａの先端部の径φ₁ より大きく形成される（φ₁ ＜φ₂ ）。

そして、図９（ｂ）に示すように、マスク９２側から例えばエアーを吹き付けて不要な撥水膜９０の除去加工が行われる。このように、撥水膜９０の除去を、前の例のようにノズルプレート１５１の裏面側から行うのではなく、表面のマスク９２側から行う点が前の例と異なっている。

このように、ノズルプレート１５１表面のマスク９２側から除去加工を行うことにより、図９（ｃ）に示すように、撥水膜９０のノズル５１部分の断面が、先端側へ行く程広くなるような、前の例とは逆のテーパ状に形成される。また、このとき、テーパ部先端の水平方向の距離ｔ₁ は、ここでは、撥水膜９０のテーパ部先端が水平方向に後退した長さをいい、前の例と同様に、マスク９２に形成される孔径φ₂ とノズル孔５１ａの先端部の径φ₁ との差の半分、ｔ₁ ＝（φ₂ −φ₁ ）／２であり、テーパ面の角度は、この距離ｔ₁ と、撥水膜９０の厚さｔ₀ との比、ｔ₁ ／ｔ₀ が１以下となるように形成される。これにより、前の例と同様、テーパ部斜面が垂直方向となす角は、４５°以下となるように形成される。

これにより、ノズルプレート１５１のノズル５１部（テーパ部）があまり薄くなることがなく、強度を確保することができる。

なお、この場合の撥水膜９０の不要部分の除去加工において、例えばエアーを吹き付ける方向に対して、撥水膜９０の上流側のマスクはマスク９２であり、下流側のマスクはノズルプレート１５１であると見做すことができ、この場合にも、撥水膜９０の両側をマスクで挟んで除去加工をしていることになる。

なお、上で説明したいずれの方法においても、ノズルプレート１５１の形状は、単にテーパ状のノズル孔５１ａを有するものに限定されるものではなく、例えば、図１０に示すように、ノズル孔５１ａは、テーパ状の他に段つき形状を有していてもよい。

このようにして形成されたノズルプレート１５１を、図５に示したような、圧力室５２等を含む構造部材に接合することにより圧力室ユニット５４が形成される。さらに、このような圧力室ユニット５４に対して、配線部材等を接続することにより液体吐出ヘッド（印字ヘッド５０）が形成される。

このようにして形成された印字ヘッド５０によるインク吐出の様子を図１１に示す。図１１（ａ）は、最初に説明した方法によって形成された、ノズル５１部の断面が先端程細くなるようなテーパが形成された撥水膜９０を有するノズルプレート１５１を用いた場合である。また、図１１（ｂ）は、後者の方法によって形成された、ノズル５１部の断面が先端程広くなるような逆テーパに形成された撥水膜９０を有するノズルプレート１５１を用いた場合である。

これらの図に示すように、いずれの場合にも、ノズル５１の撥水膜９０とノズルプレート１５１との境界部でメニスカス面がクリップされ易くなり、メニスカスが安定するため、打滴後のメニスカス面の収束が早く、高周波吐出が可能となる。

以上、本発明のノズルプレートの製造方法及び液体吐出ヘッド並びにこれを備えた画像形成装置について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

本発明に係る画像形成装置としてのインクジェット記録装置の一実施形態の概略を示す全体構成図である。 図１に示したインクジェット記録装置の印字部周辺の要部平面図である。 印字ヘッドの構造例を示す平面透視図である。 印字ヘッドの他の例を示す平面図である。 図３中の５−５線に沿った断面図である。 本実施形態のインクジェット記録装置におけるインク供給系の構成を示した概要図である。 本実施形態のインクジェット記録装置のシステム構成を示す要部ブロック図である。 （ａ）〜（ｆ）は、本発明によるノズルプレートの製造工程を示す説明図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明によるノズルプレートの他の製造工程を示す説明図である。 他のノズルプレートの例を示す断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、インク吐出の様子を示す説明図である。

符号の説明

１０…インクジェット記録装置、１２…印字部、１４…インク貯蔵／装填部、１６…記録紙、１８…給紙部、２０…デカール処理部、２２…吸着ベルト搬送部、２４…印字検出部、２６…排紙部、２８…カッター、３０…加熱ドラム、３１、３２…ローラー、３３…ベルト、３４…吸着チャンバー、３５…ファン、３６…ベルト清掃部、４０…加熱ファン、４２…後乾燥部、４４…加熱・加圧部、４５…加圧ローラー、４８…カッター、５０…印字ヘッド、５０Ａ…ノズル面、５１…ノズル、５１ａ…ノズル孔、５２…圧力室、５３…インク供給口、５４…圧力室ユニット、５５…共通液室、５６…振動板（共通電極）、５７…個別電極、５８…圧電素子、６０…インクタンク、６２…フィルタ、６４…キャップ、６６…ブレード、６７…吸引ポンプ、６８…回収タンク、７０…通信インターフェース、７２…システムコントローラ、７４…画像メモリ、７６…モータドライバ、７８…ヒータドライバ、８０…プリント制御部、８２…画像バッファメモリ、８４…ヘッドドライバ、８６…ホストコンピュータ、８８…モータ、８９…ヒータ、９０…撥水膜、９２…マスク、９２ａ…マスクの孔、１５１…ノズルプレート

Claims (9)

1. 液体を吐出するノズルが形成されたノズルプレートの表面に撥水膜を形成する工程と、 前記撥水膜を半硬化させる工程と、
   前記撥水膜上に前記ノズルに対応する所定の孔を有するマスクを形成する工程と、
   前記ノズルプレートの前記撥水膜が形成された側とは反対側から流体または微粒子を吹き付けて、前記撥水膜に孔を形成する工程と、
   前記マスクを除去する工程と、
   前記撥水膜を本硬化させる工程と、
   を有することを特徴とするノズルプレートの製造方法。
2. 前記ノズルの孔径をφ₁ とし、前記マスクの孔径をφ₂ とするとき、φ₂ ＜φ₁ であ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。
3. 液体を吐出するノズルが形成されたノズルプレートの表面に撥水膜を形成する工程と、 前記撥水膜を半硬化させる工程と、
   前記撥水膜上に前記ノズルに対応する所定の孔を有するマスクを形成する工程と、
   前記ノズルプレートの前記撥水膜が形成された側から流体または微粒子を吹き付けて、前記撥水膜に孔を形成する工程と、
   前記マスクを除去する工程と、
   前記撥水膜を本硬化させる工程と、
   を有することを特徴とするノズルプレートの製造方法。
4. 前記ノズルの孔径をφ₁ とし、前記マスクの孔径をφ₂ とするとき、φ₂ ＞φ₁ であることを特徴とする請求項３に記載のノズルプレートの製造方法。
5. 前記撥水膜の厚さをｔ₀ とし、ｔ₁ ＝｜φ₁ −φ₂ ｜／２とするとき、
   ｔ₁ ／ｔ₀ ≦１
   であることを特徴とする請求項２または４に記載のノズルプレートの製造方法。
6. 前記ノズルプレートの材質は金属または半導体であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法。
7. 前記流体は、エアーまたは窒素ガスまたは不活性ガスであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のノズルプレートの製造方法。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の方法によって製造されたノズルプレートを備えたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
9. 請求項８に記載の液体吐出ヘッドを備えたことを特徴とする画像形成装置。
   

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