JP2008049615A - インクジェットヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】積層構造のインクジェットヘッドにおいて、樹脂部材の耐インク性を向上させ寸法精度を確保する。
【解決手段】薄膜基板を積層して形成されたインクジェットヘッドであって、金属粒子１６０を混ぜた樹脂接着剤１５６によって接合され積層された薄膜基板と、前記積層された薄膜基板によって形成される流路内に露出した前記樹脂接着剤１５６の部分に形成された金属膜１５８と、を有することを特徴とするインクジェットヘッドを提供することにより前記課題を解決する。
【選択図】図９

Description

本発明は、インクジェットヘッド及びその製造方法に係り、特に、ヘッド内面の樹脂部分のインクによる腐食を防止する技術に関する。

従来より、画像形成装置として、インクを吐出する多数のノズルを配列させたインクジェットヘッドを備え、このインクジェットヘッドと記録媒体を相対的に移動させながら、記録媒体に向けてノズルからインクを吐出することにより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。

インクジェットヘッドは、インクタンクからインク流路を介して、ノズルと連通するインク室にインクを導き、例えばインク室内に圧力を発生させる等、様々な方法でノズルからインクを吐出する。

このときインクジェットヘッドのインク流路やインク室等を構成する部材のインクに接する部分がインクによって腐食するという問題があり、従来からこれに対する様々な対策が提案されて来た。

例えば、感光性樹脂により形成されるインクジェット記録ヘッドのインク流路、キャビティーの表面を、オゾン等の反応性ガスと接触させることにより、反応性ガスが感光性樹脂の重合反応を進行させ、耐インク性を向上させるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１等参照）。

また例えば、インクジェットヘッドのインクと接触する金属部材の一部又は全部に、腐食防止処理を施して、耐インク性を向上させるようにしたものが知られている（例えば、特許文献２等参照）。なお、特許文献２には、具体的な腐食防止処理として、有機被膜としてシランカップリング剤、液状フォトレジストや感光性ポリイミド等を塗布したり、あるいは無機被膜や不導体膜を形成したり、または金属部分そのものに耐インク性を持たせることが開示されており、特に、金属部分そのものに耐インク性を持たせるためには、金属部分をＮｉ合金で形成したり、あるいは金属部分が電鋳で表面の結晶性が高い電鋳部材から成るようにしたり、あるいは金属部分が電鋳で表面がＮｉ合金電鋳である電鋳部材とすることが記載されている。

また例えば、薄板積層構造プリントヘッドを有するインクジェットプリンタにおいて、前記薄板積層構造を構成する各薄板とそれらを接合する接合層からなるインク流路部の全周にわたって耐食層が被覆されている耐食インクジェットプリントヘッドが知られている（例えば、特許文献３等参照）。また、特許文献３には、具体的には、部材に金属を用い、有機系の接着剤を使わず、ハンダめっきを接着剤代わりに使って接合し、ヘッドをめっき液につけて流路のめっきを行ったり、あるいはヘッド内部にめっき液を流すことで流路のめっきを行うことが記載されている。
特開平６−７１８９５号公報 特開平８−８０６１０号公報 特開平８−１８７８６７号公報

しかしながら、樹脂を使用してインクジェットヘッドを製造した場合に、インクに接触した樹脂の部分がインクにより腐食するという問題がある。

具体的には、接着剤を用いて部材を接合しインクジェットヘッドを形成した場合、インク流路等を形成する接合部分で露出した接着剤がインクに接触することにより溶解し、あるいは接着剤と部材の界面にインクが入り込むことで接着力が落ち、接合した部材が剥離してしまうという問題がある。

この問題に対して、例えば上記特許文献１に記載のものでは、反応性ガスを用いることで感光性樹脂の架橋が進むこともあるが、いわゆるＵＶオゾン洗浄のように有機物が分解されることもあるという問題がある。

また上記特許文献２に記載のものは、金属の腐食防止方法であり、接着剤など樹脂の腐食防止は考えられておらず、また接合前に部材に処理を行うため、接着剤による接合後における接着剤の腐食防止は行うことができないという問題がある。

また上記特許文献３に記載のものは、インクジェットヘッド製造後にヘッド内部にめっきを行う方法であるが、金属の腐食防止方法であり、接着剤など樹脂の腐食防止は考えられていない。また、部材接合後に流路にめっき液を流して流路全面にめっきする方法が開示されているが、全面にめっきをする場合、めっき液の流速が場所によって異なるなどめっき液の流れがヘッド内部で一様ではないことから、めっきの膜厚のバラツキが生じる。この厚さのバラツキは流路の径のバラツキになるため、特に精度が必要なインク供給口などの径がバラつき、その結果、吐出量や吐出速度のバラツキになるという問題がある。

また、上述したインクにより接着剤が溶解し部材が剥離するという問題に対しては、耐インク性の高い接着剤を用いることで改善は可能ではあるが、どのようなインクに対しても完全に腐食防止が可能とは言えず根本的な解決とは言えない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、接着剤によって接合して形成された積層構造のインクジェットヘッドにおいて、樹脂部材の耐インク性を向上させ、寸法精度を確保することのできるインクジェットヘッド及びその製造方法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、薄膜基板を積層して形成されたインクジェットヘッドであって、金属粒子を混ぜた樹脂接着剤によって接合され積層された薄膜基板と、前記積層された薄膜基板によって形成される流路内に露出した前記樹脂接着剤の部分に形成された金属膜と、を有することを特徴とするインクジェットヘッドを提供する。

これにより、樹脂にのみ耐インク膜が形成可能であり、樹脂接着剤の熱膨張係数を小さくすることができ、樹脂のインクによる腐食を防止するとともに、寸法精度を確保することができる。

また、請求項２に示すように、前記金属膜はニッケル合金であることを特徴とする。これにより、金属膜の耐インク性を高くすることができる。

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、薄膜基板を積層してインクジェットヘッドを形成するインクジェットヘッド製造方法であって、金属粒子を混ぜた樹脂接着剤によって前記薄膜基板を接合し積層して流路を形成する工程と、前記形成された流路内に露出した前記樹脂接着剤の部分に金属膜を形成する工程と、を含むことを特徴とするインクジェットヘッド製造方法を提供する。

これにより、樹脂のインクによる腐食を防止するとともに、寸法精度を確保することができる。

また、請求項４に示すように、前記形成された流路内に露出した前記樹脂接着剤の部分に金属膜を形成する工程は、前記流路内にメッキ液を流す工程を含むことを特徴とする。

これにより、ヘッドの接合に使用した接着剤表面に耐インク膜を形成することができる。

また、請求項５に示すように、前記形成された流路内に露出した前記樹脂接着剤の部分に金属膜を形成する工程は、前記流路内にメッキ液を流す工程の前に樹脂のエッチング液を流す工程を有することを特徴とする。

これにより、樹脂の表面に金属粒子が出やすくなり、確実に樹脂部分に対してメッキを施すことができる。

また、同様に前記目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、薄膜基板を積層してインクジェットヘッドを形成するインクジェットヘッド製造方法であって、樹脂接着剤によって前記薄膜基板を接合し積層して流路を形成する工程と、前記形成された流路に樹脂の表面改質剤を流す工程と、前記流路に金属膜形成のための処理液を流す工程と、を含むことを特徴とするインクジェットヘッド製造方法を提供する。

これにより、簡単かつ安価に樹脂のみにメッキを成膜することができる。

また、請求項７に示すように、前記樹脂接着剤をポリイミド系接着剤とし、前記表面改質剤をアルカリ水溶液としたことを特徴とする。

これにより、耐熱性の高いポリイミド系接着剤を使用でき、さらにポリイミド上にのみ耐インク膜を形成することができる。

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または２に記載のインクジェットヘッド、あるいは請求項３〜７に記載の方法で製造されたインクジェットヘッドを備えたことを特徴とするインクジェットプリンタを提供する。

これにより、使用するインクの種類の選択肢が広がり、耐久性のあるプリンタを提供することができる。

以上説明したように、本発明によれば、樹脂にのみ耐インク膜が形成可能であり、樹脂のインクによる腐食を防止するとともに、寸法精度を確保することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明に係るインクジェットヘッド及びその製造方法について詳細に説明する。

図１は、本発明に係るインクジェット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一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インクジェットヘッド（以下、印字ヘッドと言う。）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（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（インクジェットヘッド）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共通流路から圧力室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。

このような印字ヘッド５０上のノズル配置のサイズは特に限定されるものではないが、一例として、ノズル５１を横４８行（２１ｍｍ）、縦６００列（３０５ｍｍ）に配列することにより２４００ｎｐｉを達成する。

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。

図５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５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５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５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を清浄化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５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６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。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（登録商標）、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６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、本発明の特徴である、接着剤によって接合して形成された積層構造における樹脂部材（特に接着剤）に選択的に耐インク膜を形成したインクジェットヘッドについて詳しく説明する。

図７は、図３中の７−７線に沿った断面図である。

図７に示すように、圧力室ユニット５４は、ノズルプレート１５１、複数の流路プレート１５２、振動板５６、ピエゾカバー１５３等の複数の薄板プレートが積層されて形成されている。ノズルプレート１５２にはインクを吐出するノズル５１が形成され、複数枚の流路プレート１５２には、圧力室５２や共通流路５５、圧力室５２にインクを供給する供給口（絞り）５３、圧力室５２とノズル５１を連通するノズル流路５１ａ等が形成されている。

圧力室５２は、一方でノズル流路５１ａを介してノズル５１と連通するとともに、他方で供給口（絞り）５３を介して共通流路５５と連通している。圧力室５２の一面（図では天面）は振動板５６で構成され、その上面には振動板５６に圧力を付与して振動板５６を変形させる圧電素子５８が接合されている。圧電素子５８の上面には個別電極５７が形成されている。振動板５６は共通電極を兼ねており、圧電素子５８は、共通電極（振動板５６）と個別電極によって挟まれている。

これら２つの電極（共通電極５６、個別電極５７）に駆動電圧を印加することによって圧電素子５８が変形するようになっている。圧電素子５８の変形によって振動板５６が圧力室５２側に押され、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、共通流路５５から供給口５３を介し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。

振動板５６（及び圧電素子５８）の上側にはピエゾカバー１５３が形成され、圧電素子５８を保護するとともに、圧電素子５８の上側の部分には空間１５３ａが形成され圧電素子５８の駆動を妨げないようになっている。

なお、図７では省略したが、ピエゾカバー１５３の上側には、これらの電極５６、５７に電気を供給するための配線が形成されたフレキシブル配線基板あるいはリジッド基板等の配線部が形成されている。

図８に、図７に円で囲んだノズル５１の周辺を拡大して示す。

図８に示すように、ノズルプレート１５１に形成されたノズル５１は、流路プレート１５２に形成されたノズル流路５１ａと連通しており、さらにノズル流路５１ａは図８には示されていないが圧力室５２へと連通している（図７参照）。

ノズルプレート１５１の表面（インク吐出側、図８ではノズルプレート１５１の下側）には撥液層１５４が形成されている。このように、ノズルプレート表面に撥液層１５４を形成することで、ノズル５１の汚れを除去し易くしたり、ノズル５１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。

また、流路プレート１５２とノズルプレート１５１は樹脂の接着剤１５６によって接合されており、接着剤１５６がノズル流路５１ａ側に露出した部分にはメッキによって耐インク膜１５８が形成されている。

このように、本実施形態は、ヘッド内面の樹脂部分（ヘッドを構成する各プレートを樹脂の接着剤により接合して積層する際、流路等のヘッド内のインクが流れる部分に露出した接着剤部分）にメッキによる保護膜（耐インク膜）を形成するものである。

図８に示すようなヘッド内の樹脂部分に金属膜（耐インク膜）を形成する方法はいろいろあるが、図９にその第１実施形態を示す。

まず図９（ａ）に示すように、本第１実施形態の金属膜形成方法では、積層構造のヘッドにおいて、使用する接着剤（樹脂材料）１５６にメッキ析出の核となる金属粒子１６０を混ぜておく。

ここで樹脂接着剤１５６としては、材質がエポキシやポリイミド等である。また、接着剤１５６に混ぜる金属粒子１６０としては、Ｐｄ（パラジウム）、Ａｕ、Ａｇなどが用いられる。詳しくは後述するが、どのような金属粒子１６０を用いるかは、各プレートの材質、使用するメッキ液、つけたい金属膜などに応じて選択する。

接着剤１５６中に混ぜる金属粒子１６０の密度は、メッキを行うためには高密度であることが望ましいが、密度を高くするにつれ接着力が落ちるため、必要な接着力を得ることができる範囲内で高密度にするとよい。なお、必要な接着力は用いる材料、ヘッドの用途により異なる。

次に図９（ｂ）に示すように、ヘッド製造後にヘッドをメッキ液につけたりあるいはヘッド内部にメッキ液を流すことにより、ヘッド内に露出した接着剤１５６の樹脂材料表面にメッキ膜を形成することにより、耐インク膜１５８を形成する。耐インク膜１５８としては、特に耐インク性が高いため、例えばＮｉ合金などが好適に例示される。

なお、ヘッド内部にメッキ液を流し耐インク膜１５８を形成した後に、流路内に洗浄液を流して流路の洗浄を行う。洗浄液としては、純水、あるいは濡れ性を良くするために界面活性剤を混ぜた液またはインクから染料もしくは顔料成分などの色材成分を除いたものなどが用いられる。

洗浄液は、通常はインクの流れと同様にインク供給側からノズル側に向かって流される。しかし、流路の狭い部分にゴミが詰まっているような場合には、逆にノズル側からインク供給側に向かって洗浄液を流してゴミを除去するようにすることが好ましい。

金属粒子１６０のサイズＤは、図９（ｂ）に示すように接着層（接着剤１５６）の厚さをｔとすると、０．１≦Ｄ／ｔ≦１であることが望ましい。これは、金属粒子１６０のサイズＤが接着層の厚さｔよりも大きいと、接着層が所望の厚さよりも厚くなってしまい、接着時に問題が生じるため、少なくともＤはｔ以下であり、また逆に金属粒子１６０のサイズＤがあまり小さいと金属粒子１６０が接着層から脱落しやすくなり、メッキ膜の密着性が悪くなるため、少なくともＤは接着層の厚さｔの１／１０以上である必要があるからである。

また、金属粒子１６０の形状は特に限定されるものではなく、図９に示したような球状の他に、図１０に示す金属粒子１６０’のように針状であってもよいし、あるいは図示は省略するがフレーク状であってもよい。針状あるいはフレーク状の場合には樹脂部分の接着層から脱落しにくくなる。

なお、金属粒子１６０のサイズＤは、金属粒子１６０が球状の場合はその直径、針状の場合にはその長さとする。

また、図９に示すように、接着剤１５６中に金属粒子１６０を混ぜておき、後からメッキ液を流すなどするようにしても、必ずしも金属粒子１６０が接着層の表面に露出しているとは限らない。例えば、図１１（ａ）に示すように、せっかく金属粒子１６０を接着剤１５６中に混ぜておいても金属粒子１６０が全く表面に出ない場合もある。これではメッキ液を流してもきちんと金属膜（耐インク膜１５８）が形成されない。

そこで、図１１（ｂ）に示すように、メッキ液を流す前に、樹脂のエッチング液を流して金属粒子１６０が表面に出るようにしてもよい。この樹脂のエッチング液としては、硫酸−クロム酸の混合液や硫酸−硝酸−塩酸の混合液あるいはヒドロキノン−ピロカテキン−アセトンの混合液などが考えられる。樹脂以外の部分がエッチングされないように、液やエッチング条件を選択することが好ましい。

また、流路プレート１５２やノズルプレート１５１等の各プレートをＳＵＳ等の金属部材とし、これら金属部材を接着剤で接合する場合、接着剤に金属粒子を混ぜることで接着剤の熱膨張係数が金属に近くなる。そのため、接着剤硬化時の加熱やプリンタとして使用する際の温度変化によるヘッドの反りや部材の剥がれ等を低減することができる。また、接着剤の熱伝導率も高くなるため、ヘッドの温度均一性も良くなる。

次に本発明の第２実施形態について説明する。

図１２に第２実施形態における耐インク膜形成方法を示す。これは、各プレート等の部材接合後にヘッド内の流路に表面改質剤を流し、樹脂材料の表面改質を行い、その後樹脂表面に金属膜（耐インク膜）を形成するものである。

まず図１２（ａ）に示すように、ノズルプレート１５１と流路プレート１５２を樹脂接着剤１５６で接合する。ここで、例えばノズルプレート１５１と流路プレート１５２は材質がＳＵＳであり、接着剤１５６はポリイミドあるいはエポキシである。

次に図１２（ｂ）に示すように、各プレート接合後、流路内に表面改質剤を流す。表面改質剤としては、上で述べた樹脂のエッチング液や樹脂材料がポリイミドの場合はアルカリ水溶液、例えば水酸化カリウム水溶液が使用できる。なお、本願に言うアルカリ水溶液は、主にアルカリ金属水酸化物水溶液およびアルカリ土類金属水酸化物水溶液を指す。好ましくは、アルカリ金属水酸化物水溶液であり、特に好ましくは、水酸化カリウム水溶液である。ポリイミドの反応では、水酸化カリウムにより樹脂の加水分解反応とともに溶液が樹脂中に拡散し、樹脂材料の表面１５６ａに改質層が形成される。

次に図１２（ｃ）に示すように、流路内に硫酸銅や硫酸ニッケルなどの金属塩水溶液を流すことによりイオン交換反応により表面１５６ａに金属イオンを導入する。

その後図１２（ｄ）に示すように、流路内に還元剤を流し、還元反応により表面１５６ａに銅（Ｃｕ）やニッケル（Ｎｉ）等の金属を析出させて、金属膜（耐インク膜）１５８を形成する。

なお、還元反応による金属膜１５８では耐インク膜として薄い場合には、図１２（ｅ）に示すように、さらに流路内にメッキ液を流して、メッキを行い、所望の厚さの金属膜１５８を得るようにする。例えば、この金属膜１５８の厚さとしては２〜３μｍは必要である。

また、樹脂材料がエポキシの場合には、樹脂のエッチング液で表面１５６ａの改質を行い、その後触媒化処理を行ってからメッキ液を流し樹脂材料表面１５６ａに金属膜１５８を形成するようにする。

この場合にも、上述した例と同様に、ヘッド内部にメッキ液を流して耐インク膜１５８を形成した後、流路内に洗浄液を流して流路の洗浄を行う。

以上説明した実施形態においては、流路内に露出している樹脂の表面にのみ耐インク膜を形成するようにしたため、樹脂の腐食を防ぐとともに、耐インク膜を流路すべてにつけるのではないため、流路の寸法精度を保つことができる。

またこのとき、樹脂中に金属粒子を混ぜるようにした場合には、この金属粒子がメッキ成長の触媒となり、樹脂にのみメッキが成長するようにできる。このため樹脂の熱膨張係数を小さくすることができる。

次に基板及びメッキ膜の材料の組み合わせについて説明する。

メッキ時に使用する還元剤などの薬品やｐＨにもよるが、具体的に以下のような材料の組み合わせが考えられる。なお、以下示す例において、メッキ金属として単体でＮｉ、Ｃｕなどと書いているが、Ｎｉ合金やＣｕ合金もメッキ可能である。

まず、接着剤中に金属粒子を混ぜる場合の例としては以下のような組み合わせが考えられる。

（１）メッキ：Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ
流路基板：ＳＵＳ、Ｓｉ、樹脂（ポリイミド、エポキシ、感光性樹脂も含む）
ノズルプレート：ＳＵＳ、Ｓｉ、樹脂（ポリイミド、エポキシ、感光性樹脂も含 む）
これらの組み合わせ。

また、メッキ膜にＣｕを用いる場合は周辺材料としてＮｉも使用できるため、次のような組み合わせでもよい。

（２）メッキ：Ｃｕ
流路基板：ＳＵＳ、Ｓｉ、Ｎｉ、樹脂（ポリイミド、エポキシ、感光性樹脂も含 む）
ノズルプレート：ＳＵＳ、Ｓｉ、Ｎｉ、樹脂（ポリイミド、エポキシ、感光性樹 脂も含む）
これらの組み合わせ。

なお、実際に使用される可能性が高い組み合わせとしては、次の（３）あるいは（４）のような例が考えられる。

（３）メッキ：Ｎｉ
流路基板：ＳＵＳ、もしくはＳｉ
ノズルプレート：ポリイミド
（４）メッキ：Ｃｕ
流路基板：ＳＵＳ、もしくはＳｉ
ノズルプレート：Ｎｉ
次に、流路に樹脂の表面改質剤を流す場合には、次のような例が考えられる。

（５）メッキ：Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ
流路基板：ＳＵＳ、Ｓｉ
ノズルプレート：ＳＵＳ、Ｓｉ
これらの組み合わせ。

また、メッキ膜にＣｕを用いる場合には周辺材料としてＮｉも使用できるため、次のような組み合わせでもよい。

（６）メッキ：Ｃｕ
流路基板：ＳＵＳ、Ｓｉ、Ｎｉ
ノズルプレート：ＳＵＳ、Ｓｉ、Ｎｉ
これらの組み合わせ。

実際に使用する可能性の高い組み合わせとしては、次の（７）あるいは（８）などがある。

（７）メッキ：Ｃｕ
流路基板：ＳＵＳ、もしくはＳｉ
ノズルプレート：Ｎｉ
（８）メッキ：Ｎｉ
流路基板：ＳＵＳ、もしくはＳｉ
ノズルプレート：Ｓｉ
以上、本発明のインクジェットヘッド及びその製造方法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。 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。 図３中の７−７線に沿った断面図である。 図７中の円内を拡大したノズル周辺の断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、樹脂部分に金属膜を形成する第１実施形態を示す説明図である。 接着剤中に針状の金属粒子を混ぜた様子を示す説明図である。 （ａ）、（ｂ）は、接着剤表面をエッチングした後金属膜を形成する様子を示す説明図である。 （ａ）〜（ｅ）は、接着剤表面を改質して金属膜を形成する第２実施形態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…ノズル流路、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、５８ａ…圧電体、５８…圧電素子、５９…電極パッド、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、１５１…ノズルプレート、１５２…流路プレート、１５３…ピエゾカバー、１５６…接着剤、１５８…金属膜（耐インク膜）、１６０…金属粒子

Claims (8)

1. 薄膜基板を積層して形成されたインクジェットヘッドであって、
   金属粒子を混ぜた樹脂接着剤によって接合され積層された薄膜基板と、
   前記積層された薄膜基板によって形成される流路内に露出した前記樹脂接着剤の部分に形成された金属膜と、を有することを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記金属膜はニッケル合金であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 薄膜基板を積層してインクジェットヘッドを形成するインクジェットヘッド形成方法であって、
   金属粒子を混ぜた樹脂接着剤によって前記薄膜基板を接合し積層して流路を形成する工程と、
   前記形成された流路内に露出した前記樹脂接着剤の部分に金属膜を形成する工程と、
   を含むことを特徴とするインクジェットヘッド製造方法。
4. 前記形成された流路内に露出した前記樹脂接着剤の部分に金属膜を形成する工程は、前記流路内にメッキ液を流す工程を含むことを特徴とする請求項３に記載のインクジェットヘッド製造方法。
5. 前記形成された流路内に露出した前記樹脂接着剤の部分に金属膜を形成する工程は、前記流路内にメッキ液を流す工程の前に樹脂のエッチング液を流す工程を有することを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッド製造方法。
6. 薄膜基板を積層してインクジェットヘッドを形成するインクジェットヘッド製造方法であって、
   樹脂接着剤によって前記薄膜基板を接合し積層して流路を形成する工程と、
   前記形成された流路に樹脂の表面改質剤を流す工程と、
   前記流路に金属膜形成のための処理液を流す工程と、
   を含むことを特徴とするインクジェットヘッド製造方法。
7. 前記樹脂接着剤をポリイミド系接着剤とし、前記表面改質剤をアルカリ水溶液としたことを特徴とする請求項６に記載のインクジェットヘッド製造方法。
8. 請求項１または２に記載のインクジェットヘッド、あるいは請求項３〜７に記載の方法で製造されたインクジェットヘッドを備えたことを特徴とするインクジェットプリンタ。

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