JP2007021840A - 液体噴射ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構造で装置内を浮遊し不具合の原因となる液体ミストを回収することが可能な液体噴射ヘッドを提供する。
【解決手段】 複数のノズル開口１６´を有し、インク滴吐出側の表面上に撥液被膜層３５を形成したノズルプレート１７を備え、圧力発生源の作動によって前記ノズル開口１６´からインク滴を吐出する記録ヘッドであって、前記撥液被膜層３５が、前記ノズル開口１６´を内包する領域に形成された第１の撥液被膜領域３６と、該第１の撥液被膜領域３６から外れた領域に形成された第２の撥液被膜領域３７とからなり、該第２の撥液被膜領域３７が、絶縁性被膜層からなることを特徴とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、インクジェット式記録ヘッド等の液体噴射ヘッドに係り、特に、複数のノズル開口を有したノズル形成基板を備え、ノズル開口から液滴を吐出可能な液体噴射ヘッドに関する。

圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズル開口から液滴として吐出させる液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられるインクジェット式記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等がある。

このような液体噴射ヘッドには種々の形式があるが、例えば、インクジェット式記録装置（以下、単にプリンタという）におけるインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッドという）は、リザーバから圧力室を経てノズル開口に至る一連の液体流路が形成された流路ユニットや圧力室の容積を変動可能な圧力発生素子を有するアクチュエータユニット等を備えたヘッドユニットと、液体流路に連通する複数のノズル開口を列設してなるノズル列を有する金属製のノズルプレート（ノズル形成基板の一種）と、これらのヘッドユニット及びノズルプレートが固定される樹脂製のヘッドケースとを備えたものがある。

このような記録ヘッドにおいて、ノズル開口周りの状態、すなわち、ノズル開口周囲のインク等の液体の濡れの状態によっては、吐出する液滴に飛行曲がりが発生する場合がある。つまり、ノズル開口の周囲がインク等の液体で濡れていると、この部分の表面張力によって吐出時の液滴が引っ張られ、その結果、飛行曲がりが発生する。このような飛行曲がり等の吐出不具合を防止すべく、ノズル開口周囲のインク等の液体の付着を無くすための撥液処理をノズルプレートの液滴吐出側の表面に施すことが一般的となっている。

この記録ヘッドにおけるノズルプレートは、ノズルプレートのノズル開口を露出可能な露出窓部が開設された金属製のヘッドカバーによって被われた状態でヘッドケースに固定されるようになっている。このヘッドカバーは、ヘッドユニットやノズルプレートを保護し、各部の剥離を防止する機能を果たすものである。また、このヘッドカバーは、接地電位に設定されており、ノズルプレートに接触して導通することで、記録紙等から発生した静電気をノズルプレートから除電するようになっている。これにより、例えば、静電気がノズルプレートを通じて伝達することによる駆動回路等の静電破壊や、この静電気がノイズとして駆動信号に重畳することによる誤作動等の不具合を防止するようになっている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−７４６７６号公報

ところで、この種のプリンタ等で使用される記録ヘッドでは、近年、画像向上等の要求に応えるため、吐出するインク滴（液滴の一種）の滴量を小さくする傾向がある。小量のインク滴を記録媒体に着弾させるため、吐出するインク滴の初速を高くする方法も考えられるが、これにより、インク滴が引き伸ばされてメインインク滴とそれに付随するサテライトインク滴に分離してしまう場合がある。このサテライトインク滴は空気の粘性抵抗により速度が急激に低下し、記録媒体に到達することなくミスト化してしまう。このことより、ミスト化したサテライトインク滴（インクミスト）は、装置内を汚染し、電気回路等への付着によって動作不良を発生させたり、インクカートリッジ等に堆積してユーザーの手を汚したりする問題を生じることがあった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構造で装置内を浮遊し不具合の原因となる液体ミストを回収することが可能な液体噴射ヘッドを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の液体噴射ヘッドは、複数のノズル開口を有し、液滴吐出側の表面上に撥液被膜層を形成したノズル形成基板を備え、圧力発生源の作動によって前記ノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドであって、
前記撥液被膜層が、前記ノズル開口を内包する領域に形成された第１の撥液被膜領域と、該第１の撥液被膜領域から外れた領域に形成された第２の撥液被膜領域とからなり、該第２の撥液被膜領域が、絶縁性被膜層からなることを特徴とする。

上記構成によれば、撥液被膜層が、前記ノズル開口を内包する領域に形成された第１の撥液被膜領域と、該第１の撥液被膜領域から外れた領域に形成された第２の撥液被膜領域とからなり、該第２の撥液被膜領域が、絶縁性被膜層からなるので、第２の撥液被膜領域を帯電させて静電気を溜めることができる。これにより、浮遊する液体ミストを、静電気によって吸着させて第２の撥液被膜領域上に回収することが可能となる。また、ワイピングを行うことにより、第２の撥液被膜領域上に回収して貯留された液体ミストを除去できるだけでなく、再び帯電させて静電気による吸着力を回復することができる。

上記構成において、前記第１の撥液被膜領域が、導電性被膜層からなることが望ましい。
上記構成によれば、第１の撥液被膜領域が、導電性被膜層からなるので、発生した静電気等をノズル形成基板から速やかに除電することができる。したがって、静電気による駆動回路等の静電破壊や、駆動信号に重畳することによる誤作動等の不具合を防止することができる。

上記構成において、前記ノズル開口から吐出される液滴は、メイン液滴とメイン液滴の後に吐出されて画像の形成に供されないサテライト液滴とからなり、
前記第２の撥液被膜領域は、前記サテライト液滴が帯電する電荷と反対の極性の電荷に帯電させることが望ましい。
上記構成によれば、第２の撥液被膜領域は、前記サテライト液滴が帯電する電荷と反対の極性の電荷に帯電させるので、画像形成に供されないサテライト液滴を優先的に第２の撥液被膜領域上に吸着させることができる。そして、サテライト液滴と第２の撥液被膜領域がお互いに電気的に引き合うため、少ない電荷の帯電でも、効率よくサテライト液滴を回収することができる。

上記構成において、前記絶縁性被膜層を、下地膜と、前記下地膜の表面に形成した金属アルコキシドの撥液膜とで構成することが望ましい。

上記構成において、前記絶縁性被膜層を、下地膜と、フッ素を含む長鎖高分子基を有する金属アルコキシドが重合した分子膜を上記下地膜の表面に形成した撥液膜とで構成することが望ましい。
上記構成によれば、縁性被膜層を、下地膜と、フッ素を含む長鎖高分子基を有する金属アルコキシドが重合した分子膜を上記下地膜の表面に形成した撥液膜とで構成したので、分子膜が高密度な状態となり、液体が浸透し難くなる。したがって、薄く、耐摩擦性に優れ、撥液性の高い絶縁性被膜層を形成することができる

また、本発明の液体噴射ヘッドは、複数のノズル開口を有し、液滴吐出側の表面上に撥液被膜層を形成したノズル形成基板を備え、圧力発生源の作動によって前記ノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドであって、
前記撥液被膜層が、前記ノズル開口を内包する領域に形成された第１の撥液被膜領域と、該第１の撥液被膜領域から外れた領域に形成された第２の撥液被膜領域と、を備え、
前記ノズル開口から吐出される液滴は、メイン液滴とメイン液滴の後に吐出されて画像の形成に供されないサテライト液滴とからなり、
該サテライト液滴が、第２の撥液被膜領域上に吸着され易いようにしたことを特徴とする。

上記構成によれば、撥液被膜層が、前記ノズル開口を内包する領域に形成された第１の撥液被膜領域と、該第１の撥液被膜領域から外れた領域に形成された第２の撥液被膜領域と、を備え、前記ノズル開口から吐出される液滴は、メイン液滴とメイン液滴の後に吐出されて画像の形成に供されないサテライト液滴とからなり、該サテライト液滴が、第２の撥液被膜領域上に吸着され易いようにしたので、画像形成に供されないサテライト液滴を優先的に第２の撥液被膜領域上に吸着して回収することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面等を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下の説明は、本発明の液体噴射ヘッドとして、インクジェット式記録装置（液体噴射装置の一種。以下、単にプリンタという）に搭載されるインクジェット式記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドという）を例に挙げて行う。

まず、プリンタの概略構成について、図１を参照して説明する。プリンタ１は、記録紙等の記録媒体２の表面へ液体状のインクを吐出して画像等の記録を行う装置である。このプリンタ１は、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッド３（本発明の液体噴射ヘッドの一種に相当。以下、記録ヘッドという）、この記録ヘッド３が取り付けられるキャリッジ４、キャリッジ４を主走査方向に移動させるキャリッジ移動機構５、記録媒体２を副走査方向に移送するプラテンローラ６等を備えている。ここで、上記のインクは、本発明の液体の一種であり、インクカートリッジ７に貯留されている。このインクカートリッジ７は、記録ヘッド３に対して着脱可能に装着される。

上記のキャリッジ移動機構５はタイミングベルト８を備えている。そして、このタイミングベルト８はＤＣモータ等のパルスモータ９により駆動される。従ってパルスモータ９が作動すると、キャリッジ４は、プリンタ１に架設されたガイドロッド１０に案内されて、主走査方向（記録媒体２の幅方向）に往復移動する。

プリンタ１の非記録領域であるホームポジションには、例えばキャリッジ４に搭載された記録ヘッド３のノズル形成面（ノズルプレート１７のインク吐出側の表面／図３，５参照）を払拭（ワイピング）するワイピング機構１５が配設されている。このワイピング機構１５は、ワイパーブレード１５´を有しており、このワイパーブレード１５´としては、ゴムやエラストマー等の弾性部材により構成される。このワイピング機構１５は、ワイピング時において、ワイパーブレード１５´をその先端部が記録ヘッド３のノズル形成面の移動方向と交差する方向に位置付け、記録ヘッド３の通過に伴ってワイパーブレード１５´の先端部がノズルプレート１７の表面を摺接し、これによりノズルプレート１７の表面が払拭されるように構成されている。

図２及び図３は、上記記録ヘッド３の構成を説明する図であり、図２は記録ヘッド３を斜め上方から観た分解斜視図、図３は記録ヘッド３を斜め下方から観た分解斜視図である。この記録ヘッド３は、上記インクカートリッジ７内のインクを記録ヘッド３内部に導入するインク供給針１１が複数配設された供給針ユニット１２と、アクチュエータユニット１３や流路ユニット１４等のヘッド構成部材を有するヘッドユニット２６とをヘッドケース１８に備えて概略構成される。また、この記録ヘッド３において、ヘッドケース１８の先端側には、ヘッドユニット２６やヘッドユニット２６の底面に接合されたノズルプレート１７（ノズル形成基板の一種）の側部を保護すると共に、ノズルプレート１７を接地電位に調整するためのヘッドカバー１９が取り付けられるようになっている。

ヘッドケース１８は、上記供給針ユニット１２と配線基板２０が取り付けられるベース部２１と、このベース部２１の底部から下方に向けて延出し、開口面にヘッドユニット２６が取り付けられる中空箱体状のケース部２２とにより構成される部材である。このヘッドケース１８と供給針ユニット１２の材料としては、例えば、エポキシ系の合成樹脂等が用いられる。

ヘッドケース１８のベース部２１には、配線基板２０が配設される基板配設部２３が区画されている。配線基板２０は、各種駆動信号用の電子部品が実装されると共に、アクチュエータユニット１３のフレキシブルケーブル２４の一端側端子が接続される接続端子が形成された基板である。また、この配線基板２０はコネクタ２５を備えており、このコネクタ２５には、制御装置からのＦＦＣ（フレキシブルフラットケーブル）等の制御ケーブル（何れも図示せず）が電気的に接続されるようになっている。

上記ヘッドユニット２６は、アクチュエータユニット１３と流路ユニット１４とから構成されており、これらを重ね合わせた状態で一体化してある。アクチュエータユニット１３は、ノズル開口１６´に対応する圧力室を形成した圧力室プレート、連通口を形成した連通口プレート、及び、圧電振動子を実装した振動子プレートを積層した状態で備え、また、ＴＣＰ（テープキャリアパッケージ）等のフレキシブルケーブル２４を、その他端側端子を圧電振動子の端子部に電気的に接続した状態で備えている。このアクチュエータユニット１３における圧電振動子は、所謂撓み振動モードの圧電振動子であり、この圧電振動子を駆動、即ち、撓み振動させると、圧力室の容積が変化し、ノズル開口１６´からインク滴（液滴の一種）が吐出されるようになっている。

流路ユニット１４は、インク供給口３０とリザーバの圧力変動を緩和するコンプライアンス部３１とを形成した供給口プレート３２、インクカートリッジ側から導入されたインクが供給される複数のリザーバ３３が形成されたリザーバプレート３４、及び、複数のノズル開口１６´を列設してなるノズル列１６を有するノズルプレート１７により構成されている。供給口プレート３２とリザーバプレート３４とは、積層した状態で熱溶着フィルム等によって接合されており、リザーバ３３からノズル開口１６´に至るまでのインク流路を形成している。そして、このリザーバプレート３４の供給口プレート３２接合面とは反対側の面、即ち、ヘッドユニット２６の底面は、ノズルプレート１７が接合される。

このノズルプレート１７の材料としては、導電性を有する材料、例えばステンレス鋼等の大型の素材基板が用いられる。そして、この素材基板に対してノズル開口１６´の開設や、一方の面（インク滴吐出側の表面）上に撥液処理が施された後、この素材基板から複数のノズルプレート１７が切り出される。したがって、撥液被膜層３５は、ノズルプレート１７のインク滴吐出側の表面のみに形成されるようになっている。この撥液被膜層３５は、ノズルプレート１７の表面、特に、ノズル開口１６´の周囲を撥液性にすることで、インク等の液体が付着するのを極力防止し、インク等の濡れによる吐出する液滴の飛行曲がり等の吐出不具合を防止するためのものである。なお、撥液被膜層３５については、後で詳述する。
また、本実施形態では、ステンレス鋼等の金属基板（素材基板の一種）から構成されたノズルプレート１７を例示したが、これに限らず、少なくとも液滴吐出側の表面が導電性を有する金属基材で構成されたものであれば、どのようなものでもよい。

次にヘッドカバー１９について説明する。図４は、ヘッドカバー１９の構成を説明する図、図５は、ヘッドカバー１９がヘッドケース１８に取り付けられた状態の記録ヘッド３を示す図である。このヘッドカバー１９は、ノズルプレート１７と同様に、例えば、ステンレス鋼等の導電性を有する金属板で作製されており、中央部分に露出窓部４３が開設された額縁状のフレーム部４０と、このフレーム部４０の外周縁からヘッドケース１８側に延出した側壁部４４とにより概略構成されている。そして、ノズル列直交方向における両側の側壁部４４には、側方に向けて耳片状の止着部４５を延出しており、この止着部４５には、ヘッドケース１８に取り付けるための止着ピン４６を挿通する止着孔４７が開設されている。また、側壁部４４は、ガイドロッド１０を介してプリンタ１側に通じるアースライン（図示せず）に接続されるようになっている。これにより、ヘッドカバー１９が接地電位に調整されるように構成されている。

ヘッドカバー１９の露出窓部４３は、上記ノズル列１６を露出するように開口した窓枠状の形状をしており、その寸法（内寸）は、ノズルプレート１７よりも小さめに設定されている。したがって、ヘッドカバー１９をヘッドケース１８に取り付けると、図５に示すように、ノズルプレート１７がこのヘッドカバー１９のフレーム部４０の一部に重畳する状態で、露出窓部４３から露出するようになっている。このように、ヘッドユニット２６とノズルプレート１７を外側から包囲するように、ヘッドケース１８の先端側にヘッドカバー１９が取り付けられるので、ノズルプレート１７の表面、若しくは側面とヘッドカバー１９とが当接（導通）し、これにより、ヘッドカバー１９を介してノズルプレート１７を接地電位に調整することができる。

ところで、上述した記録ヘッド３において、画質向上を図るためインク滴の滴量を小さくして吐出すると、記録媒体２に着弾し難くなることがあった。その小量のインク滴を確実に着弾させるため、吐出の初速度を上げるという方法がある。しかし、初速度を上げて行くと、インク滴がメインインク滴５０（メイン液滴の一種）とこのメインインク滴５０に対し微量の滴量であるサテライトインク滴５１（サテライト液滴の一種）とに分離して吐出される現象が生じた（図８参照）。このサテライトインク滴５１は、結果的にメインインク滴５０の後に吐出され、画像の形成に供されないインク滴となる場合があった。すなわち、このサテライトインク滴５１が空気の粘性抵抗により速度が急激に低下し、記録媒体２に到達することなくミスト化してしまっていた。これにより、このインクミスト５１´が浮遊して、プリンタ１内を汚染し、電気回路等への付着によって動作不良を発生させたり、インクカートリッジ７等に堆積してユーザーの手を汚したりする問題を生じることがあった。

そこで、本発明は、ノズルプレート１７のインク滴吐出側の表面上に形成された撥液被膜層３５を、ノズル開口１６´を内包する領域に形成された第１の撥液被膜領域３６と、この第１の撥液被膜領域３６から外れた領域に形成された第２の撥液被膜領域３７とに区分けして構成し、この第２の撥液被膜領域３７を、絶縁性被膜層とすることによりインクミスト５１´が絶縁性被膜層に付着して回収されるようにした。また、本発明は、第１の撥液被膜領域３６が、導電性被膜からなることが望ましい。以下、この第１の実施形態における撥液被膜層３５について説明する。

図６（ａ）は、表面に第１の撥液被膜領域３６と第２の撥液被膜領域３７とからなる撥液被膜層３５が形成されたノズルプレート１７の平面図、（ｂ）は、（ａ）の領域Ｐにおける拡大図、図７は、図６（ｂ）におけるＡ−Ａ断面図、図８は、インク滴吐出時のメインインク滴５０とサテライトインク滴５１の動きを説明する模式図である。

本実施形態では、図６（ａ）に示すように、撥液被膜層３５を、ノズル開口１６´を列設してなるノズル列１６ごと内包した領域を第１の撥液被膜領域３６とし、この第１の撥液被膜領域３６から外れた領域を第２の撥液被膜領域３７として構成している。この第１の撥液被膜領域３６は、導電性被膜層で構成し、ノズル開口１６´の周囲においてインク等の液体が付着すると吐出不具合を発生する領域（吐出不具合発生領域Ｓ）を含む領域、すなわち、吐出不具合発生領域Ｓより大きい領域としている。これにより、ノズル列１６を内包する第１の撥液被膜領域３６にインクミスト５１´（サテライトインク滴５１）を付着させることなく、第２の撥液被膜領域３７の絶縁性被膜層のみにインクミスト５１´を付着させて回収する。

次に、撥液被膜層３５について詳しく説明する。第１の撥液被膜領域３６を構成する導電性被膜層として、例えば、共析めっき層がノズルプレート１７のインク滴吐出側の表面に形成される。具体的には、ニッケルイオン等の金属イオンとフッ素樹脂等の撥液性高分子樹脂の粒子を含む電解質溶液中に、電極に接続したノズルプレート１７を浸漬し、その表面にめっきを付着させた後、荷重を加えて反りを抑えながら加熱処理することで導電性の撥液被膜層が得られる。本実施形態では、まず、ノズルプレート１７の表面全体に導電性被膜となる共析めっき層を形成する。このように、ノズルプレート１７の表面に導電性（撥液）被膜層が形成されると、ノズル開口１６´の周囲のインク等の濡れによるインク滴の飛行曲がり等の吐出不具合を未然に防止することができる。さらに、導電性被膜層とノズルプレート１７とが導通するので、記録紙等の記録媒体２から発生した静電気をノズルプレート１７から速やかに除電することができる。

一方、第２の撥液被膜領域３７は、ノズルプレート１７の表面上の第１の撥液被膜領域３６とする部分を、例えば、紫外線硬化樹脂等を用いてマスキングし（図示せず）、このマスキングされた部分以外、すなわち、第１の撥液被膜領域３６から外れたすべての領域に形成する。

この第２の撥液被膜領域３７には、例えば、下地膜とこの下地膜の表面に形成した金属アルコキシドの撥液膜とで構成した絶縁性皮膜を用いる。この金属アルコキシドの撥液膜として、フッ素を含む長鎖高分子基を有する金属アルコキシドが重合した分子膜を下地膜の表面に形成して絶縁性被膜層とすることが望ましい。具体的には、まずノズルプレートの表面上に下地膜として、例えば、シリコーン材料のプラズマ重合膜を形成する。そして、下地膜を２００〜４００℃程度に加熱すると共に上記の金属アルコキシド溶液に浸漬させることで、下地膜上に均一な膜厚の金属アルコキシドが重合した分子膜を形成することができる。このように形成された分子膜は、金属アルコキシドに由来する金属原子と結合するフッ素を含む長鎖高分子基が表面側に位置し、金属原子が三次元的に結合して、フッ素を含む長鎖高分子が複雑に絡み合った状態となる。これにより、分子膜が高密度な状態となり、インク等の液体が浸透し難くなる。したがって、上記の共析めっきに比べて、薄く、耐摩擦性に優れ、撥液性の高い絶縁性被膜層を形成することができる（図７参照）。また、ノズルプレート１７の表面から、他の部分、例えばノズルプレート１７（内部）やヘッドカバー１９等を介して、アースラインに導通することがないので、除電されることはない。したがって、この絶縁性被膜層を帯電させて静電気を溜めることができる。

次に、絶縁性被膜層が形成された後に、溶剤等によりマスキング材として用いた紫外線硬化樹脂等を除去すると、第１の撥液被膜領域３６と、第２の撥液被膜領域３７とに区分された撥液被膜層３５がノズルプレート１７の表面に形成される（図６、７参照）。

このように、撥液被膜層３５が、ノズル開口１６´を内包する領域に形成された第１の撥液被膜領域３６と、この第１の撥液被膜領域３６から外れた領域に形成された第２の撥液被膜領域３７とからなり、この第２の撥液被膜領域３７が、絶縁性被膜層からなるようにすると、第２の撥液被膜領域３７を帯電させて静電気を溜めることができる。これにより、簡単な構造で、図８に示すように、メインインク滴５０の後に吐出されて画像の形成に供されないサテライトインク滴５１、すなわち、プリンタ１内を浮遊するインクミスト５１´を、静電気によって吸着させて第２の撥液被膜領域３７上に回収することができる。また、第１の撥液被膜領域３６を導電性被膜層で構成すると、ヘッドカバー１９等を介して記録紙等の記録媒体２から発生した静電気等をノズルプレート１７から速やかに除電することができるので、静電気がノズルプレート１７を通じて伝達することによる駆動回路等の静電破壊や、この静電気がノイズとして駆動信号に重畳することによる誤作動等の不具合を防止することができる。

次に、本実施形態における、第２の撥液被膜領域３７に静電気を溜める方法を簡単に説明する。この第２の撥液被膜領域３７の帯電方法としては、例えば、上述したワイピング時のワイパーブレード１５´とノズルプレート１７の表面との摺動の摩擦によって帯電させることができる。この場合、導電性被膜層からなる第１の撥液被膜領域３６は、ヘッドカバー１９等を介して接地電位に調整しているため、帯電することなく、静電気による不具合は発生しないようになっている。したがって、絶縁性膜層からなる第２の撥液被膜領域３７のみに帯電させることができる。このようにすると、第２の撥液被膜領域３７上に回収して貯留されたインク（インクミスト５１´）をワイピングによって除去できるだけでなく、インクミスト５１´の回収によって第２の撥液被膜領域３７の電荷が中和されて吸着力が減衰した時も、再び帯電させて静電気による吸着力を回復することができる。したがって、新たに帯電機構やインク除去機構を追加することなく簡単な構造で、ノズルプレート１７の表面上にインクミスト５１´を常時回収し除去することができる。

次に、上記実施形態の変形例について説明する。上記実施形態では、導電性被膜層をノズルプレート１７の表面全体に形成した後に、マスキングにより、第２の撥液被膜領域３７となる絶縁性被膜層を導電性被膜層の表面上に部分的に積層する例を示したが、撥液被膜層３５の形成する方法はこれに限られない。本実施形態では、予めマスキングによって第１の撥液被膜領域３６となる領域と、第２の撥液被膜領域３７となる領域とを区分して、ノズルプレート１７の表面上にこれらの領域を別個に形成することを特徴とする。

本実施形態では、ノズルプレート１７の表面に、第１の撥液被膜領域３６となる領域を残して他の領域を紫外線硬化樹脂等のマスキング材を用いてマスキングする（図示せず）。この状態で、上記実施形態同様に、マスキングされていない領域に、導電性被膜層として、例えば、共析めっき層を形成する。この導電性被膜層が形成された後に、マスキング材を溶剤等で除去することにより、第１の撥液被膜領域３６が形成される。

次に、第１の撥液被膜領域３６上に、マスキング材を施してマスキングをする（図示せず）。そして、ノズルプレート１７の表面のマスキングがされていない領域、すなわち、第１の撥液被膜領域３６から外れた領域に絶縁性被膜層を形成する。上記実施形態と同様に、共析めっきに比べて、薄く、耐摩擦性・撥液性の高い絶縁性被膜層をノズルプレート１７の表面に形成する。次に、ノズルプレート１７の表面上のマスキング材を溶剤等で除去すると、図６に示すように、ノズルプレート１７の表面に第１の撥液被膜領域３６と、第２の撥液被膜領域３７とに区分された撥液被膜層３５が形成される。なお、本実施形態の撥液被膜層３５の形成方法では、導電性被膜として用いた層の厚い共析めっきと、絶縁性被膜として用いた下地膜と上記金属アルコキシドが重合した分子膜からなる被膜では、層の厚さが異なるため、図９に示すように、ノズル開口１６´の周囲においてこれらの層の境目に段差が生じる。

ところで、通常この種のプリンタでは、ワイパーブレード１５´をその先端部が記録ヘッド３のノズルプレート１７の表面の移動方向、すなわち、図６におけるＸ方向と交差する方向に位置付けて設け、記録ヘッド３の通過に伴ってワイパーブレード１５´の先端部がノズルプレート１７の表面をＸ方向に摺動してワイピングを行っているのが一般的である。しかし、ワイピングはノズルプレート１７の表面に付着したインクを除去することができれば、Ｘ方向で行うことに限定されない。例えば、ワイパーブレード１５´を記録ヘッド３のノズルプレート１７の表面の移動方向と平行になるように設けて、ワイピング機構１５自体をそのノズルプレート１７の表面の移動方向と交差する方向、すなわち、Ｙ方向に摺動させてワイピングを行うことも可能である。この場合、図６に示すように、本実施形態における第１の撥液被膜領域３６と第２の撥液被膜領域３７とがＹ方向に平行に区分されているので、第２の撥液被膜領域３７の連続する方向（ノズル列１６方向）にワイピングすることができる。これにより、窪んだ第２の撥液被膜領域３７に保持されたインクを容易に除去できる。また、ワイパーブレード１５´が第２の撥液被膜領域３７を経て第１の撥液被膜領域３６上を通過することがないので、ワイピング時に第２の撥液被膜領域３７に保持されたインクが第１の撥液被膜領域３６に渡る虞がない。これにより、第１の撥液被膜領域３６、すなわち、吐出不具合発生領域Ｓにインクが付着する虞がなくなるので、吐出不具合をより一層防止することができる。さらに、第２の撥液被膜領域３７に保持されたインクが第１の撥液被膜領域３６に渡る虞がなくなることで、第１の撥液被膜領域３６のノズル列１６と直交した方向（図６におけるＸ方向）の幅を吐出不具合領域Ｓの直径（２×ｒ）とほぼ同じになるように最少の幅で形成することができるので、第２の撥液被膜領域３７の幅を最大限に拡大することができる。これにより、プリンタ１内を浮遊するインクミスト５１´をより効率的に回収することができるので、インクミスト５１´の付着による不具合をより防止することができる。

次に、第２の実施形態について、説明する。図１０は、第２の実施形態の第１の撥液被膜領域３６と第２の撥液被膜領域３７とで区分された撥液被膜層３５におけるノズル開口１６´の周囲の拡大図である。

第１の撥液被膜領域３６に関し、上記実施形態では、吐出不具合発生領域Ｓより外側に大きく、且つ、ノズル列１６ごと内包する領域としている例を示したが、これには限られない。例えば、図１０（ａ）に示すように、吐出不具合発生領域Ｓより外側に一回り大きい領域であって、ノズル開口１６´を単体で内包する領域を第１の撥液被膜領域３６とすることも可能である。また、同図（ｂ）に示すように、吐出不具合発生領域Ｓより外側に大きい略正方形領域であって、ノズル開口１６´を単体で内包する領域を第１の撥液被膜領域３６とすることも可能である。要するに、第１の撥液被膜領域３６は、吐出不具合発生領域Ｓより外側に大きな領域であればどのような形状でもよい。そして、この第１の撥液被膜領域３６の作用効果は、上記実施形態と同様のものが期待できる。なお、上記絶縁性被膜層により、ノズルプレート１７の表面とヘッドカバー１９との導通ができない場合は、絶縁性被膜層のないノズルプレート１７の側面でヘッドカバー１９と当接（導通）させることもできるし、ヘッドカバー１９が当接する部分のノズルプレート１７の表面に第１の撥液被膜層領域と同様に導電性被膜層の領域を設けることで導通させることも可能であるし、若しくは、ヘッドカバー１９自体に突起を設けて、ヘッドカバー１９を取り付ける際に突起を絶縁性被膜層に貫通させて導通させることも可能である。したがって、このように第１の撥液被膜領域３６と第２の撥液被膜領域とを区分しても、第１の撥液被膜領域３６において、上記の実施形態同様の作用効果が期待できる。

また、上記第１、２の実施形態では、紫外線硬化樹脂等を用いたマスキングによって、第１、２の撥液被膜領域を区分して撥液被膜層３５を形成する方法を例示したが、これには限られない。例えば、第１の実施形態のように、まず、ノズルプレート１７の表面全体に導電性被膜層を形成し、さらに、この層の表面全体に絶縁性被膜層を形成した後に、レーザー等による剥離、若しくは研磨加工を用いて、第１の撥液被膜領域３６とする領域上の絶縁性被膜層を除去することで、上記実施形態同様の撥液被膜層３５を形成することも可能である。また、これらレーザー等による剥離、若しくは研磨加工と上記実施形態で例示したマスキングを組み合わせて、上記実施形態同様の撥液被膜層３５を形成することも可能である。要するに、ノズルプレート１７の表面上の撥液被膜層３５が、ノズル開口１６´を内包する領域に形成された第１の撥液被膜領域３６と、この第１の撥液被膜領域３６から外れた領域に形成された第２の撥液被膜領域３７と区分して構成し、この第２の撥液被膜領域３７が、絶縁性被膜層からなるように形成できれば、どのような製法を採ってもよい。

ところで、上記実施形態における記録ヘッド３から吐出されるインク滴に関し、電極棒を用いたインク滴の吐出実験結果より、このインク滴が吐出時に分離してできたメインインク滴５０とサテライトインク滴５１とでは、互いに反対の極性の電荷に帯電することがわかった。このメカニズムの詳細は不明であるが、メインインク滴５０とサテライトインク滴５１が分離する際に反対の極性の電荷を帯び、さらに、メインインク滴５０が必ず一方の極性の電荷を帯び、サテライトインク滴５１はもう一方の極性の電荷を帯びることになり、メインインク滴５０とサテライトインク滴５１が同時に同じ極性の電荷を帯びることはないと考えられる。また、いずれのメインインク滴５０とサテライトインク滴５１であっても、メインインク滴５０がプラスならサテライトインク滴５１はマイナスとなり、メインインク滴５０とサテライトインク滴５１が場合によってプラスとマイナスが反対になって帯電されることはない。そこで、このメインインク滴５０の後に吐出されて画像の形成に供されないサテライトインク滴５１（インクミスト５１´）が、第２の撥液被膜領域３７上に吸着され易いようにした。具体的には、第２の撥液被膜領域３７は、サテライトインク滴５０が帯電する電荷と反対の極性の電荷に帯電させている。以下、詳しく説明する。

記録ヘッド３から吐出されるインク滴は、上述したようにメインインク滴５０とこのメインインク滴５０から分離して、結果的にメインインク滴５０の後に吐出されるサテライトインク滴５１とで構成されている。このサテライトインク滴５１が記録媒体２に着弾しない場合、すなわち、画像形成に供されない場合は、空気中を浮遊してインクミスト５１´となることが知られている。ここで、インク滴の吐出される軌道のすぐ近くに、例えば、正電極を配置してメインインク滴５０とサテライトインク滴５１の軌道の変化を調べる実験を行ったところ（図示せず）、メインインク滴５０は正電極に引き寄せられるように軌道が変化し、サテライトインク滴５１は正電極から遠ざかるように軌道が変化した。すなわち、メインインク滴５０は、マイナスに帯電し、サテライトインク滴５１はプラスに帯電することがわかった。

そこで、第２の撥液被膜領域３７をサテライトインク滴５１が帯電する電荷と反対の極性の電荷、すなわち、マイナスに帯電させることで、サテライトインク滴５１を第２の撥液被膜領域３７上に吸着させ易くしている。具体的には、上述したワイピングにより、ワイパーブレード１５´のゴム材と第２の撥液被膜領域３７の絶縁性被膜との摩擦電気により、第２の撥液被膜領域３７をマイナスの電荷に帯電させている。これは、帯電系列により決まり、例えば、２つの物体の摩擦により電子が移動することにより、電子が奪われてプラスの電荷の割合が多くなった側の物体がプラスに帯電し、電子を奪ってマイナスの電荷の割合が多くなった側の物体がマイナスに帯電することを利用することで可能である。また、帯電系列により、組み合わせる２つの基材も適宜設定することができる。本実施形態の場合、ワイパーブレード１５´のゴム材と下地膜と、フッ素を含む長鎖高分子基を有する金属アルコキシドが重合した分子膜を上記下地膜の表面に形成した撥液膜とで構成した絶縁性被膜層とを選定することで、ゴム材がプラスに帯電し、上記の絶縁性被膜層がマイナスに帯電することが実験的にわかった。このことから、ワイピングによりワイパーブレード１５´をプラスに帯電させて、第２の撥液被領域３７をサテライトインク滴５１の帯電する電荷と反対の極性の電荷、すなわち、マイナスに帯電させることができる。

このように、第２の撥液被膜領域３７を、サテライトインク滴５１が帯電する電荷と反対の極性の電荷に帯電させると、画像形成に供されないサテライトインク滴５１、すなわち、インクミスト５１´を優先的に第２の撥液被膜領域３７上に吸着させることができる。そして、サテライトインク滴５１と第２の撥液被膜領域３７が互いに電気的に引き合うため、第２の撥液被膜領域３７に大きな電荷を帯電させなくても、インクミスト５１´を吸着力することができる。これより、第２の撥液被膜領域３７が少ない電荷の帯電でも、効率よくインクミスト５１´を回収できる。

また、上記実施形態では、サテライトインク滴５１がプラスに帯電した場合の例を示したが、本発明は、これに限定されない。例えば、具体的にはどのような状態、条件でサテライトインク滴５１がマイナスに帯電するかは不明であるが、サテライトインク滴５１がマイナスに帯電する場合も、同様に実施することが可能である。すなわち、電極を用いたインク滴吐出実験により、メインインク滴５０、サテライトインク滴５１の帯電する電荷の極性を調べて、第２の撥液被膜領域３７の絶縁性被膜をサテライトインク滴５１が帯電する電荷と反対の極性の電荷に帯電するように、ワイパーブレード１５´の素材と絶縁性被膜層の成分等の組合せを設定すればよい。また、この組合せの設定は、通常の帯電系列の実験により適宜設定することが可能である。

なお、本発明は、ノズル形成基板を備えているものであれば、例示したプリンタには限らず、例えば、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等、他の液体噴射ヘッドにも適用することができる。

プリンタの構成を説明する斜視図である。 記録ヘッドの構成を斜め上方から観た分解斜視図である。 記録ヘッドの構成を斜め下方から観た分解斜視図である。 ヘッドカバーの構成を説明する斜視図である。 ヘッドカバーがヘッドケースに取り付けられた状態の記録ヘッドを示す図である。 （ａ）はノズルプレート平面図、（ｂ）は（ａ）における領域Ｐの拡大図である。 第１の実施形態における図６（ｂ）のＡ−Ａ線断面図である。 インク滴吐出時のメインインク滴とサテライトインク滴の動きを説明する模式図である。 第１の実施形態の変形例における図６（ｂ）のＡ−Ａ線断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は第２の実施形態におけるノズル開口周囲の拡大図である。

符号の説明

１…プリンタ，２…記録媒体，３…記録ヘッド，４…キャリッジ，５…キャリッジ移動機構，６…プラテンローラ，７…インクカートリッジ，８…タイミングベルト，９…パルスモータ，１０…ガイドロッド，１１…インク供給針，１２…供給針ユニット，１３…アクチュエータユニット，１４…流路ユニット，１５…ワイピング機構，１６…ノズル列，１６´…ノズル開口，１７…ノズルプレート，１８…ヘッドケース，１９…ヘッドカバー，２０…配線基板，２１…ベース部，２２…ケース部，２３…基板配設部，２４…フレキシブルケーブル，２５…コネクタ，２６…ヘッドユニット，３０…インク供給口，３１…コンプライアンス部，３２…供給口プレート，３３…リザーバ，３４…リザーバプレート，３５…撥液被膜層，３６…第１の撥液被膜領域，３７…第２の撥液被膜領域，４０…フレーム部，４３…露出窓部，４４…側壁部，４５…止着部，４６…止着ピン，４７…止着孔，５０…メインインク滴，５１…サテライトインク滴，５１´…インクミスト

Claims (6)

1. 複数のノズル開口を有し、液滴吐出側の表面上に撥液被膜層を形成したノズル形成基板を備え、圧力発生源の作動によって前記ノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドであって、
   前記撥液被膜層が、前記ノズル開口を内包する領域に形成された第１の撥液被膜領域と、該第１の撥液被膜領域から外れた領域に形成された第２の撥液被膜領域とからなり、該第２の撥液被膜領域が、絶縁性被膜層からなることを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 前記第１の撥液被膜領域が、導電性被膜層からなることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
3. 前記ノズル開口から吐出される液滴は、メイン液滴とメイン液滴の後に吐出されて画像の形成に供されないサテライト液滴とからなり、
   前記第２の撥液被膜領域は、前記サテライト液滴が帯電する電荷と反対の極性の電荷に帯電させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
4. 前記絶縁性被膜層を、下地膜と、前記下地膜の表面に形成した金属アルコキシドの撥液膜とで構成したことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の液体噴射ヘッド。
5. 前記絶縁性被膜層を、下地膜と、フッ素を含む長鎖高分子基を有する金属アルコキシドが重合した分子膜を上記下地膜の表面に形成した撥液膜とで構成したことを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の液体噴射ヘッド。
6. 複数のノズル開口を有し、液滴吐出側の表面上に撥液被膜層を形成したノズル形成基板を備え、圧力発生源の作動によって前記ノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドであって、
   前記撥液被膜層が、前記ノズル開口を内包する領域に形成された第１の撥液被膜領域と、該第１の撥液被膜領域から外れた領域に形成された第２の撥液被膜領域と、を備え、
   前記ノズル開口から吐出される液滴は、メイン液滴とメイン液滴の後に吐出されて画像の形成に供されないサテライト液滴とからなり、
   該サテライト液滴が、第２の撥液被膜領域上に吸着され易いようにしたことを特徴とする液体噴射ヘッド。
   

Images