JP2006272714A - ノズルプレートの製造方法及びノズルプレート - Google Patents
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Abstract
【課題】 ノズルプレートの製造工程を簡略化する。
【解決手段】 液滴を吐出するためのノズル孔を有するノズル形成基板の液滴吐出側の表面に撥液膜が形成されたノズルプレートの製造方法であって、前記ノズル孔を封止するための封止部材を前記ノズル形成基板の液滴吐出側から散布する散布工程と、前記ノズル形成基板の液滴吐出側の反対側から前記ノズル孔を介して前記封止部材を吸引する吸引工程と、前記ノズル形成基板の液滴吐出側の表面に存在する余分な前記封止部材を取り除く第1の除去工程と、前記ノズル形成基板の液滴吐出側の表面に撥液剤を塗布する塗布工程と、前記ノズル形成基板の液滴吐出側の表面に塗布された前記撥液剤を硬化させる硬化工程と、前記ノズル孔から前記封止部材を取り除く第2の除去工程と、を含む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5
【解決手段】 液滴を吐出するためのノズル孔を有するノズル形成基板の液滴吐出側の表面に撥液膜が形成されたノズルプレートの製造方法であって、前記ノズル孔を封止するための封止部材を前記ノズル形成基板の液滴吐出側から散布する散布工程と、前記ノズル形成基板の液滴吐出側の反対側から前記ノズル孔を介して前記封止部材を吸引する吸引工程と、前記ノズル形成基板の液滴吐出側の表面に存在する余分な前記封止部材を取り除く第1の除去工程と、前記ノズル形成基板の液滴吐出側の表面に撥液剤を塗布する塗布工程と、前記ノズル形成基板の液滴吐出側の表面に塗布された前記撥液剤を硬化させる硬化工程と、前記ノズル孔から前記封止部材を取り除く第2の除去工程と、を含む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5
Description
本発明はノズルプレートの製造方法及びノズルプレートに係り、特に、液滴吐出側の表面に撥液膜が形成されているノズルプレートの製造方法に関する。
インクジェット方式の画像形成装置は、多数のノズル(ノズル孔)が形成されたノズルプレートを印字ヘッドに備え、各ノズルよりインク滴を吐出して記録媒体上に画像を形成する。
ところで、ノズルから吐出されるインク滴の飛翔方向の安定化を図るために、ノズルプレートの液滴吐出側の表面に撥液膜を形成することが従来より知られている。ノズルプレートのインク滴吐出側の表面(特に、ノズル周辺部)にインク滴が付着していると、ノズルから吐出されるインク滴の飛翔方向に影響を及ぼす場合があるためである。そして、撥液膜を形成することによって、ノズルプレートのインク滴吐出側の表面に付着したインク滴をブレード等で除去しやすくしている。
このようなノズルプレートの製造方法として、例えば、特許文献1には、ノズル内に感光性フィルム等の耐腐食性高分子樹脂などのドライフィルムレジストを充填し、エッチングによる研削でドライフィルムを突出させた後、表面処理層を形成してドライフィルムを除去する方法が記載されている。
また、特許文献2には、ノズルプレートのインク吐出面の反対側の面からノズル孔に気体を導入しながら、ノズルプレートのインク吐出面に撥水処理用液体をスピンコート法で塗布した後、ノズルプレートを熱処理する方法が記載されている。
特開平9−76492号公報
特開2002−181883号公報
しかしながら、特許文献1のようにノズル内にレジストを充填する方法では、ノズルプレートの製造工程が増加して作業が複雑化するという問題がある。特に、ノズルプレートが複雑形状化されたり大型化されたりすると、ノズルプレートの製造工程はより複雑化して工数増加に繋がってしまう。
また、特許文献2のようにノズル孔に気体を導入しながら撥液処理用液体を塗布する方法では、その気体の流れの影響によって高粘度の液処理用液体を塗布したり厚膜化したりすることが難しく、ノズルプレートの表面に強固な撥液膜を形成することが難しい。また、ノズルプレートが多ノズル化されたり大サイズ化されたりすると、風圧によってノズルプレートが変形するため風圧を制御することが困難である。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、液滴吐出側の表面に撥液膜が形成されたノズルプレートの製造工程を簡略化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、液滴を吐出するためのノズル孔を有するノズル形成基板の液滴吐出側の表面に撥液膜が形成されたノズルプレートの製造方法であって、前記ノズル孔を封止するための封止部材を前記ノズル形成基板の液滴吐出側から散布する散布工程と、前記ノズル形成基板の液滴吐出側の反対側から前記ノズル孔を介して前記封止部材を吸引する吸引工程と、前記ノズル形成基板の液滴吐出側の表面に存在する余分な前記封止部材を取り除く第1の除去工程と、前記ノズル形成基板の液滴吐出側の表面に撥液剤を塗布する塗布工程と、前記ノズル形成基板の液滴吐出側の表面に塗布された前記撥液剤を硬化させる硬化工程と、前記ノズル孔から前記封止部材を取り除く第2の除去工程と、を含む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。
本発明によれば、ノズル形成基板の液滴吐出側に散布された封止部材を液滴吐出側の反対側からノズル孔を介して吸引することによってノズル孔を封止部材で容易に封止することができる。また、ノズル形成基板の液滴吐出側の表面に撥液剤を塗布した後、ノズル孔から封止部材を容易に取り除くことができる。従って、液滴吐出側の表面に撥液膜が形成されたノズルプレートの製造工程が簡略化される。また、封止部材を再利用することが可能であり、ノズルプレートの製造コストを低減することが可能となる。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のノズルプレートの製造方法であって、前記硬化工程は、前記撥液剤を半硬化状態とする工程と、前記撥液剤を本硬化状態とする工程を含み、前記ノズル形成基板の液滴吐出側の表面に塗布された前記撥液剤を半硬化状態にして、前記ノズル孔から前記封止部材を取り除いた後、前記撥液剤を本硬化状態にすることを特徴とする。
請求項2の態様によれば、ノズル孔を封止している封止部材を容易に取り除くことができる。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載のノズルプレートの製造方法であって、さらに、前記吸引工程における吸引圧力を測定する測定工程と、を含み、前記吸引工程は、測定された前記吸引圧力が所定値以上となるまで行われることを特徴とする。
請求項3の態様によれば、吸引圧力によって封止部材によるノズル孔の封止状態を確認することができ、ノズル孔を確実に封止することが可能となる。
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のノズルプレートの製造方法であって、前記ノズル孔の液滴吐出側は、前記ノズル形成基板の液滴吐出側の面に向かって径が拡大するテーパ状であることを特徴とする。
請求項4の態様によれば、ノズル形成基板の液滴吐出側とは反対側からノズル孔を介して封止部材を吸引する際に、封止部材がノズル孔のテーパ部分に入り込み易くなり、ノズル孔を容易に封止することができる。
請求項5に記載の発明は、請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載のノズルプレートの製造方法であって、前記封止部材は、略球状の形状であることを特徴とする。
請求項5の態様によれば、ノズル孔を容易に封止することができる。
請求項6に記載の発明は、請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のノズルプレートの製造方法であって、前記封止部材は、弾性体であることを特徴とする。
請求項6の態様によれば、封止部材がノズル孔に隙間なく密着することが可能となり、ノズル孔を確実に封止することができる。
請求項7に記載の発明は、液滴を吐出するためのノズル孔を有するノズル形成基板の液滴吐出側の表面に撥液膜が形成されたノズルプレートであって、前記ノズル孔の液滴吐出側は、前記ノズル形成基板の液滴吐出側の面に向かって径が拡大するテーパ部を有し、前記テーパ部の表面に撥液膜が形成されていることを特徴とするノズルプレートを提供する。
本発明によれば、ノズル孔のテーパ部に液滴が付着しにくくなり、ノズル孔から吐出される液滴の量や飛翔速度などの吐出性能が安定する。
請求項8に記載の発明は、請求項7に記載のノズルプレートであって、前記テーパ部の表面に形成される前記撥液膜は、前記ノズル形成基板の液滴吐出側に向かって徐々に肉厚となるように構成されている特徴とする。
本発明によれば、テーパ部に形成される撥液膜の耐擦性が向上する。
本発明によれば、ノズル形成基板の液滴吐出側に散布された封止部材を液滴吐出側の反対側からノズル孔を介して吸引することによってノズル孔を封止部材で容易に封止することができる。また、ノズル形成基板の液滴吐出側の表面に撥液剤を塗布した後、ノズル孔から封止部材を容易に取り除くことができる。従って、液滴吐出側の表面に撥液膜が形成されたノズルプレートの製造工程が簡略化される。また、封止部材を再利用することが可能であり、ノズルプレートの製造コストを低減することが可能となる。
以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。
〔インクジェット記録装置の全体構成〕
図1は、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(インク吐出面)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は、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(インク吐出面)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をなすように構成されている。
ベルト33は、記録紙16の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(不図示)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(不図示)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。従って、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。印字部12を構成する各印字ヘッド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(不図示)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。
〔印字ヘッドの構造〕
次に、印字ヘッドの構造について説明する。インク色ごとに設けられている各印字ヘッド12K、12M、12C、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示すものとする。
次に、印字ヘッドの構造について説明する。インク色ごとに設けられている各印字ヘッド12K、12M、12C、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示すものとする。
図2は印字ヘッド50の構造例を示す平面透視図である。また図3は1つの液滴吐出素子(1つのノズル51に対応したインク室ユニット)の立体的構成を示す断面図(図2中3−3線に沿う断面図)である。
記録紙面上に印字されるドットピッチを高密度化するためには、印字ヘッド50におけるノズルピッチを高密度化する必要がある。本例の印字ヘッド50は、図2に示したように、インク滴の吐出口であるノズル51と、各ノズル51に対応する圧力室52等からなる複数のインク室ユニット(液滴吐出素子)53を千鳥でマトリクス状(2次元的)に配置させた構造を有し、これにより、印字ヘッド長手方向(紙送り方向と直交する方向)に沿って並ぶように投影される実質的なノズル間隔(投影ノズルピッチ)の高密度化を達成している。
各ノズル51に対応して設けられている圧力室52は、その平面形状が概略正方形となっており(図2参照)、対角線上の両隅部にノズル51と供給インクの流入口(供給口)54が設けられている。
印字ヘッド50のノズル面(インク吐出面)50Aは、図3に示すように、ノズル(ノズル孔)51が形成されるノズルプレート60によって構成されている。なお、ノズルプレート60の製造方法については後述する。
また、圧力室52は供給口54を介して共通流路55と連通されている。共通流路55はインク供給源たるインクタンク(不図示)と連通しており、インクタンクから供給されるインクは共通流路55を介して各圧力室52に分配供給される。
圧力室52の天面を構成している加圧板(共通電極)56には個別電極57を備えたアクチュエータ58が接合されており、個別電極57と共通電極56に駆動電圧を印加することによってアクチュエータ58が変形して圧力室52の容積が変化し、これに伴う圧力変化によりノズル51からインクが吐出される。なおアクチュエータ58には、ピエゾ素子などの圧電体が好適に用いられる。インク吐出後、共通流路55から供給口54を通って新しいインクが圧力室52に供給される。
かかる構造を有する多数のインク室ユニット53は、図4に示す如く、主走査方向に沿う行方向及び主走査方向に対して直交しない一定の角度θを有する斜めの列方向とに沿って一定の配列パターンで格子状に配列させた構造になっている。主走査方向に対してある角度θの方向に沿ってインク室ユニット53を一定のピッチdで複数配列する構造により、主走査方向に並ぶように投影されたノズルのピッチPはd× cosθとなる。
すなわち、主走査方向については、各ノズル51が一定のピッチPで直線状に配列されたものと等価的に取り扱うことができる。このような構成により、主走査方向に並ぶように投影されるノズル列が1インチ当たり2400個(2400ノズル/インチ)におよぶ高密度のノズル構成を実現することが可能になる。
なお、印字可能幅の全幅に対応した長さの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には、(1)全ノズルを同時に駆動する、(2)ノズルを片方から他方に向かって順次駆動する、(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等が行われ、用紙の幅方向(用紙の搬送方向と直交する方向)に1ライン又は1個の帯状を印字するようなノズルの駆動を主走査と定義する。
特に、図4に示すようなマトリクス状に配置されたノズル51を駆動する場合は、上記(3)のような主走査が好ましい。すなわち、ノズル51-11 、51-12 、51-13 、51-14 、51-15 、51-16 を1つのブロックとし(他にはノズル51-21 、…、51-26 を1つのブロック、ノズル51-31 、…、51-36 を1つのブロック、…として)、記録紙20の搬送速度に応じてノズル51-11 、51-12 、…、51-16 を順次駆動することで記録紙20の幅方向に1ラインを印字する。
一方、上述したフルラインヘッドと用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なるライン)の印字を繰り返し行うことを副走査と定義する。
本発明の実施に際してノズルの配置構造は図示の例に限定されない。また、本実施形態では、ピエゾ素子(圧電素子)に代表されるアクチュエータ58の変形によってインク液滴を飛ばす方法が採用されているが、本発明の実施に際して、インクを吐出させる方式には限定されず、ピエゾ方式に代えて、ヒータ等の発熱体によってインクを加熱して気泡を発生させ、その圧力でインク滴を飛ばすサーマルジェット方式等でもよい。
〔ノズルプレートの製造方法〕
図5(a)〜(h)は、ノズルプレート60の製造工程を示した説明図である。以下、各図に従って、本発明の特徴であるノズルプレート60の製造方法について説明する。
図5(a)〜(h)は、ノズルプレート60の製造工程を示した説明図である。以下、各図に従って、本発明の特徴であるノズルプレート60の製造方法について説明する。
まず、図5(a)に示すように、SUS等の金属からなる薄板状のノズル形成基板62を機械加工、レーザ加工、エッチング等の方法でノズル孔(ノズル)51を穿孔して、ノズル形成基板62のインク滴吐出側の表面(インク吐出面)62Aからノズル孔51を封止するための封止部材64を散布する。尚、封止部材64の構造については後で詳説するが、封止部材64は略球状の弾性体で構成される。
次に、図5(b)に示すように、ノズル形成基板62のインク滴吐出側とは反対側の表面(インク流路面)62B側からノズル孔51を介してインク吐出面62A側に散布された封止部材64を吸引する。例えば、同図に示すように、ノズル形成基板62のインク流路面62B側を密閉カバー66で密閉して、バルブ68を開いてポンプ70を吸引側で作動させて、密閉カバー66で密閉されたインク流路面62B側の空気を吸い出すようにして封止部材64を吸引する。尚、符号72は、ポンプ70による圧力を測定する圧力検出器である。これにより、ノズル形成基板62のインク吐出面62A側に散布された封止部材64のうち、一部の封止部材64はノズル孔51Aをインク吐出面62A側から封止し、その他の封止部材64は余分な封止部材64としてインク吐出面62A側に残った状態となる。尚、インク吐出面62A側から封止部材64を散布すると同時に、インク流路面62B側からノズル孔51を介して封止部材64を吸引するようにしてもよい。
次に、図5(c)に示すように、インク流路面62B側からの吸引を継続したまま、インク吐出面62A側をエアカーテン74で走査する。これにより、ノズル形成基板62のインク吐出面62Aに残った余分な封止部材64(即ち、ノズル孔51を封止していない封止部材64)が取り除かれる。エアカーテン74によって取り除かれた封止部材64は、再利用することが可能である。
次に、図5(d)に示すように、圧力検出器72で圧力(吸引圧力)を測定する。圧力検出器72で測定される吸引圧力の値が規定値未満の場合は、封止部材62によって封止されていないノズル孔51が存在すると判断して、再度、インク吐出面62A側から封止部材64を散布してインク流路面62Bから吸引する処理を行う。そして、圧力検出器72で測定される吸引圧力が規定値以上となるまで上記処理を繰り返す。
このように圧力検出器72で測定される圧力(吸引圧力)の値によって、封止部材64によるノズル孔51の封止状態を確認することができ、ノズル孔51が微細の場合でも高精度に封止部材64によるノズル孔51の封止状態を確認することができる。
圧力検出器72で測定される吸引圧力の値が規定値以上となった場合には、全てのノズル孔51は封止部材62によって封止されていると判断して、図5(e)に示すように、ノズル形成基板62のインク吐出面62Aに撥液剤76を塗布する。このとき、ノズル形成基板62のインク流路面62B側の圧力(負圧)は一定であることが望ましく、さらに、バルブ68を閉じてポンプ70を停止し、密閉カバー66で密閉されるインク流路面62B側を密封状態とし、ポンプ70の振動による影響をなくすことがより望ましい。また、ノズル形成基板62が多ノズル化されたり大サイズ化されたりする場合には、インク流路面62B側の圧力を図5(b)の工程の場合より小さくして、さらに、その圧力が一定となってから撥液剤76を塗布することが望ましい。これにより、ノズル形成基板62の撓みが防止され、ノズル形成基板62のインク吐出面62Aに撥液剤76を均一に塗布することができる。
撥液剤76を塗布する方法としては、スピンコート、蒸着、スプレーが挙げられる。スピンコートは、蒸着やスプレーに比べて厚膜を形成するのに適している。一方、蒸着やスプレーの場合は封止部材64の表面も成膜してしまう場合があり、その場合には封止部材64の表面をクリーニングしてから封止部材64を最後に除去する必要が生じる。従って、スピンコートによりノズル形成基板62のインク吐出面62Aに対して撥液剤76を塗布することがより望ましい。
次に、図5(f)に示すように、ノズル形成基板62のインク吐出面62Aに塗布された撥液剤76を硬化させる。このとき、ノズル形成基板62のインク流路面62B側の圧力(負圧)を撥液剤76を塗布したときの状態を維持して行う。尚、撥液剤76を硬化させるための条件は撥液剤76の種類に応じて異なる。
本実施形態では、撥液剤76を増粘状態(半硬化状態)にすることが可能な場合には、ここでは撥液剤76を本硬化状態にしないで半硬化状態にしておくことが望ましい。撥液剤76が熱硬化性を有する場合には低温で加熱することにより、撥液剤76を半硬化状態にすることができ、例えば、硬化温度が180℃/1時間の撥液剤76の場合には100℃で1時間加熱するか、又は120℃で30分加熱すればよい。また、撥液剤76が紫外線硬化性を有する場合には紫外線照射時間を短縮化すればよい。また、熱処理が必要な撥液剤76の場合は熱処理をしないでおけばよい。
次に、図5(g)に示すように、バルブ68を開いてポンプ70を加圧側で作動させて、インク流路面62B側からノズル孔51を介して、ノズル孔51を封止している封止部材64に圧力を加える。これにより、封止部材64は吹き上げられて、ノズル孔51から取り除かれる。そして、この封止部材64は、エアーカーテン74によって除去される。除去された封止部材64は再利用することが可能である。尚、ノズル形成基板62のインク吐出面62Aが図5(g)の下向きになるように反転させてから、封止部材64をノズル孔51から取り外してもよい。
撥液剤76が半硬化状態の場合は、図5(h)に示すように、撥液剤76の種類に応じた処理(加熱、紫外線照射等)を行って、撥液剤76を本硬化状態にする。
このようにして、ノズル孔51を有するノズル形成基板62のインク吐出面62Aに撥液剤(撥液膜)76が形成されたノズルプレート60を製造することができる。尚、図5(g)の工程においてノズル孔51から封止部材64を取り除く際にノズル開口部付近の撥液剤76にバリが生じる場合にはサンドブラストや熱処理で除去することが好ましい。
〔封止部材の構造〕
次に、封止部材64の構造について説明する。図6は、ノズル形成基板62のノズル孔51の拡大断面図であり、ノズル孔51が封止部材64で封止された様子を表してる。
次に、封止部材64の構造について説明する。図6は、ノズル形成基板62のノズル孔51の拡大断面図であり、ノズル孔51が封止部材64で封止された様子を表してる。
本実施形態では、封止部材64は略球状の形状であって、シリコンやポリイミド等の弾性体で構成されている。一方、ノズル孔51は、インク吐出面62A側に向かって徐々に内径が拡大するテーパ部51Aと、テーパ部51Aの最小径と同径の円筒部51Bとから構成されている。
ノズル孔51から吐出されるインク滴の量や飛翔速度等の吐出性能を安定させるためには、ノズル孔51の円筒部51Bに撥液剤76が入り込むのを防止する必要がある。そのためには、図6に示すように、テーパ部51Aと円筒部51Bが接続される部分であってテーパ部51Aにおける最小径を構成する部分(最小径部)51Cで封止部材64が引っ掛かるようにしてノズル孔51が確実に封止されなければならない。即ち、封止部材64がノズル孔51の最小径部51Cで接するように構成される必要がある。従って、ノズル孔51におけるテーパ部51Aのテーパ角度をθ、最小径部51Cの内径をdとする場合、封止部材64の直径Dは次式の条件を満たす必要がある。
例えば、ノズル孔51におけるテーパ部51Aのテーパ角度θが45度、その深さvが10μm、最小径部51Cの内径dが30μmである場合、封止部材64の直径Dは次式で示される範囲とすればよい。
36.1μm≦D≦42.4μm ・・・ (3)
図7は、インク吐出面62Aに撥液剤(撥液膜)76が形成されたノズル形成基板62のノズル孔51の拡大断面図であり、封止部材64(図7中不図示)が取り外された後の状態を表している。前記式(1)及び式(2)を満たす封止部材64を用いることによって、同図に示すように、ノズル孔51から封止部材64を容易に取り外すことができる。そして、ノズル孔51のテーパ部51Aの表面には、略球状である封止部材64の外形に沿って撥液剤(撥液膜)76が形成されている。そして、その撥液剤(撥液膜)76は、最小径部51Cからインク吐出面62側に向かって徐々に肉厚となるように構成されている。このようにノズル孔51のテーパ部51Aに形成される撥液剤(撥液膜)76は、ノズル孔51の一定の深さで形成され、耐擦性に優れている。
図7は、インク吐出面62Aに撥液剤(撥液膜)76が形成されたノズル形成基板62のノズル孔51の拡大断面図であり、封止部材64(図7中不図示)が取り外された後の状態を表している。前記式(1)及び式(2)を満たす封止部材64を用いることによって、同図に示すように、ノズル孔51から封止部材64を容易に取り外すことができる。そして、ノズル孔51のテーパ部51Aの表面には、略球状である封止部材64の外形に沿って撥液剤(撥液膜)76が形成されている。そして、その撥液剤(撥液膜)76は、最小径部51Cからインク吐出面62側に向かって徐々に肉厚となるように構成されている。このようにノズル孔51のテーパ部51Aに形成される撥液剤(撥液膜)76は、ノズル孔51の一定の深さで形成され、耐擦性に優れている。
また本実施形態において、ノズル形成基板62のインク吐出面62Aに形成される撥液剤76の膜厚tがテーパ部51Aの深さvと比較して無視できない程度の大きさである場合には、前記式(2)の代わりに、撥液剤76の膜厚tを考慮した次式を用いることがより好ましい。
本実施形態では、前述したように、封止部材64は弾性体で構成されているため、封止部材64がノズル孔51に隙間なく密着して、ノズル孔51を確実に封止することができる。そのため、ノズル孔51の寸法精度のバラツキが存在する場合でもそのバラツキを吸収することができる。尚、封止部材64の硬度の値は、ノズル孔51の形状(内径等)、撥液剤76のぬれ性や粘度、ノズル形成基板62のインク流路面62B側から吸引する圧力などによって変化するが、一般的には60°以下であることが望ましい。
また封止部材64は、均一の材質で構成されることが好ましく、その材質はノズル形成基板62と同一であることがより好ましい。封止部材64の熱膨張率が均一となり、ノズル形成基板62のインク吐出面62Aに塗布された撥液剤76を硬化又は半硬化させるときにノズル孔51と封止部材64の間に隙間が生じることなく、ノズル孔51をより確実に封止することができる。
尚、より望ましい態様として封止部材64が均一の材質で構成される場合を示したが、本発明の実施に際してはこれに限定されず、封止部材64の内部が空洞であってもよいし、異なる複数の材質で構成されていてもよい。
また封止部材64の表面は、撥液性が高く、且つ、摩擦係数が低いことが望ましい。封止部材64の表面の撥液性が低いと、ノズル形成基板62のインク吐出面62Aに塗布された撥液剤76が封止部材64に濡れ上ってその表面を覆ってしまうため、ノズル孔51から封止部材64を取り外すことができなくなる。そのため、封止部材64の表面は撥液性が高い方が良い。また、ノズル孔51から封止部材64を取り外し易くするため、封止部材64の表面の摩擦係数は低い方が良い。封止部材64の表面として、例えば、エポキシ系の樹脂材料を用いる方法や、サイトップ等の軟質の撥液剤を薄膜コートする方法がある。
尚、本実施形態では、ノズル孔51の形状は、テーパ部51Aと円筒部51Bからなる構成に限定されるものでない。例えば、図9に示すように、ノズル孔51が略円柱状に構成される場合には、封止部材64の直径Dがノズル孔51の内径d以上となるように構成すればよい(即ち、D≧d)。
また、より好ましい態様として、テーパ部51Aを有するノズル孔51を略球状の封止部材64で封止する構成を例示したが、本発明の実施に際してはこれに限定されず、封止部材64がノズル孔51を封止できる構造であればよく、例えば、5角柱状のノズル孔51を正十二面体状の封止部材64で封止するようにしてもよい。
また、図10に示すように、一体的に構成された櫛歯状の封止部材64によって、ノズル形成基板62のインク吐出面62A側から各ノズル孔51を一度に封止するようにしてもよい。
本実施形態では、ノズル形成基板62のインク吐出面62A側に散布された封止部材64をインク流路面62B側からノズル孔51を介して吸引することによって、ノズル孔51を封止部材64によって容易に封止することができる。また、インク吐出面62Aに撥液剤76を塗布して硬化又は半硬化させた後にインク流路面62B側からノズル孔51を封止する封止部材64を加圧して容易に取り除くことができる。従って、ノズル形成基板62のインク吐出面62Aに撥液剤(撥液膜)76が形成されたノズルプレート60を簡易な工程で製造することができる。
また、本実施形態では、封止部材64を再利用することが可能である。尚、封止部材64に撥液剤76が付着したり、封止部材64の破損等によって封止部材64の径が変化したりする場合には撥液剤76の付着や破損を検出する手段を設けて、封止部材64を再利用することが好ましい。例えば、封止部材64を穴に通過させることによって所定の径の範囲にある封止部材64を再利用するコインキッド方式や、CCD等による形状測定、重量測定、又は、反射率、屈折率若しくは透過率等の光学測定等を行う検出装置を用いる方法がある。
また、本実施形態では、ノズル形成基板62のインク吐出面62A側に向かって径が拡大するテーパ部51Aを有するノズル孔51に対して、前記式(1)及び式(2)を満たす略球状の封止部材64を用いているため、ノズルプレート60(ノズル形成基板62)が多ノズル化されたり大サイズ化されても確実なクリップ点を確保することができる。さらに、封止部材64は弾性体で構成されるため、封止部材64がノズル孔51に隙間なく密着することが可能となり、ノズル孔51を確実に封止することができる。
以上、本発明のノズルプレートの製造方法及びノズルプレートについて詳説に説明したが、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よいのはもちろんである。
10…インクジェット記録装置、50…印字ヘッド、51…ノズル、51A…テーパ部、51B…円筒部、60…ノズルプレート、62…ノズル形成基板、62A…インク吐出面、62B…インク流路面、64…封止部材、70…ポンプ、72…圧力検出器、74…エアーカーテン、76…撥液剤(撥液膜)
Claims (8)
- 液滴を吐出するためのノズル孔を有するノズル形成基板の液滴吐出側の表面に撥液膜が形成されたノズルプレートの製造方法であって、
前記ノズル孔を封止するための封止部材を前記ノズル形成基板の液滴吐出側から散布する散布工程と、
前記ノズル形成基板の液滴吐出側の反対側から前記ノズル孔を介して前記封止部材を吸引する吸引工程と、
前記ノズル形成基板の液滴吐出側の表面に存在する余分な前記封止部材を取り除く第1の除去工程と、
前記ノズル形成基板の液滴吐出側の表面に撥液剤を塗布する塗布工程と、
前記ノズル形成基板の液滴吐出側の表面に塗布された前記撥液剤を硬化させる硬化工程と、
前記ノズル孔から前記封止部材を取り除く第2の除去工程と、を含むことを特徴とするノズルプレートの製造方法。 - 前記硬化工程は、前記撥液剤を半硬化状態とする工程と、前記撥液剤を本硬化状態とする工程を含み、
前記ノズル形成基板の液滴吐出側の表面に塗布された前記撥液剤を半硬化状態にして、前記ノズル孔から前記封止部材を取り除いた後、前記撥液剤を本硬化状態に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1又は請求項2に記載のノズルプレートの製造方法であって、さらに、
前記吸引工程における吸引圧力を測定する測定工程と、を含み、
前記吸引工程は、測定された前記吸引圧力が所定値以上となるまで行われることを特徴とするノズルプレートの製造方法。 - 前記ノズル孔の液滴吐出側は、前記ノズル形成基板の液滴吐出側の面に向かって径が拡大するテーパ状であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のノズルプレートの製造方法。
- 前記封止部材は、略球状の形状であることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載のノズルプレートの製造方法。
- 前記封止部材は、弾性体であることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のノズルプレートの製造方法。
- 液滴を吐出するためのノズル孔を有するノズル形成基板の液滴吐出側の表面に撥液膜が形成されたノズルプレートであって、
前記ノズル孔の液滴吐出側は、前記ノズル形成基板の液滴吐出側の面に向かって径が拡大するテーパ部を有し、
前記テーパ部の表面に撥液膜が形成されていることを特徴とするノズルプレート。 - 前記テーパ部の表面に形成される前記撥液膜は、前記ノズル形成基板の液滴吐出側に向かって徐々に肉厚となるように構成されている特徴とする請求項7に記載のノズルプレート。
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