JP2009220421A - ノズルプレート、液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液滴吐出ヘッドの側面を吐出液体で汚染することを抑制可能とする液滴吐出ヘッド及び液滴吐出ヘッドを備えた液体カートリッジを提供する。
【解決手段】ノズルプレート１の外周側面１ｆにも、吐出面１ｂ上に形成された撥水膜１１が連続して形成され、ノズルプレート１の吐出面１ｂと反対面の内面１ｄに達するまで、即ち、ノズルプレート１の外周側面１ｆ全面に撥水膜１１が形成されている。従って、矢印Ｄ方向に移動されるワイパー１２によって掻き集められて間隙ｇ内に押し込まれたインク滴Ｉは、球形を維持した状態でノズルカバー１０の内面角部１０ａに保持され、外周側面１ｆ及び流路板２の側面２ｅに沿って流れ落ちることが抑制される。その結果、インクによるヘッド汚れを防止することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、ノズルプレート、これを備えた液滴吐出ヘッド、当該液滴吐出ヘッドを備えた液体カートリッジ及び前記液滴吐出ヘッド又は液体カートリッジを備えたインクジェット記録装置であるプリンタ、ファックシミリ、プロッタなどの画像形成装置に関するものである。

液滴吐出ヘッドとしては、例えば液体レジストを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、インクを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド等がある。この中でプリンタ、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用いるインクジェット記録装置は、インク滴を吐出するノズルプレートと、このノズルプレートに形成されるノズル孔と連通する加圧液室と、この液室内のインクを加圧するための駆動手段(圧力発生手段)とを備えた液滴吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドを搭載したものである。以下では上記インクジェットヘッドを中心に説明をする。
インクジェットヘッドとしては、駆動手段が積層圧電素子（以下「圧電式」と言う。）によるもの(特許文献１)、静電気力（以下「静電式」と言う。）によるもの(特許文献２)、及び気泡圧力（以下「バブル式」と言う。）によるもの(特許文献３)等がある。これらのバブル式、圧電式、静電式何れの駆動手段を用いた場合においても、インクジェットプリンターは、近年、ますます高画質、高速、高信頼性の印刷の要求が強まっている。

インクジェットプリンターは、その動作原理よりノズルプレートの液滴吐出面にインクが付着することが避けられない。しかし、この付着インクは、インク液滴の吐出時のインク液滴の噴射曲がり等の不具合原因となるため、この付着したインクを除去する必要があり、そのためにノズルプレートの液滴吐出面をワイピングする機構が備えられていることが多い。しかし、このワイピング自体もまた、ワイピングされたインクによって液滴吐出ヘッド本体を汚染し、これが印字紙面を汚す要因の一つとなったり、また、ワイピングによる摩擦によって、液滴吐出面への付着インクの発生を抑制する液滴吐出ヘッドの液滴吐出面に形成される撥水膜に損傷を与えるなどの不具合の連鎖を起こす要因となっている。
そのため、これらの課題を克服するためのいろいろな工夫が提案されている。例えば、特許文献４においては、ノズルプレートの液滴吐出面の撥水性をノズルプレート側面の撥水性より高くし、このノズルプレート側面にスポンジなどのインク吸収体を配置することによりノズルプレートの液滴吐出面のインク汚染を防止することが提案されている。
また、特許文献５においては、まずノズルプレートの上下面に凹凸状の粗面を形成し、次にノズルプレートの液滴吐出面及びノズルプレートの上下面共に撥水膜を形成することによって撥水膜の密着性を向上させ、ノズルプレートの液滴吐出面の撥水膜がワイピング作用により剥離されることを防止するという提案がされている。
特公平２−５１７３４号公報 特開平５−５０６０１号公報 特公昭６１−５９９１１号公報 特開２００６−３２１１７２公報 特開平８−２３８７７５号公報

しかしながら、特許文献４記載のものでは、ノズルプレートの液滴吐出面に付着したインクがワイピングにより液滴吐出面の端部に収集され、収集されたインクが液滴吐出面より撥水性の低いノズルプレート側面に誘導され、ノズルプレート側面に配置されたインク吸収体で誘導されたインクを吸収保持するようにしている。従って、ワイピングにより液滴吐出面の端部に収集され、収集されたインクがノズルプレートの側面から漏出することを抑制できないだけでなく、一つのノズルプレートに複数の撥水膜を形成することなりコストアップとなり、しかも、工程も複雑になることから量産においては歩留まり低下の要因となる問題を招く。
また、特許文献５記載のものでは、ノズルプレートの上下面に凹凸状粗面を形成して、この粗面上に撥水性被膜を形成して、ワイピング時の被膜の剥離を防止しようとするものであるが、ノズルプレートの側面には、撥水性被膜が形成されないので、ワイピングにより液滴吐出面の端部に収集され、収集されたインクがノズルプレートの側面から漏出することを抑制できない問題がある。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、簡単な構成でワイピングされて収集された液体がノズルプレート側面への移動を抑制することが可能なノズルプレートを提供することである。
本発明による他の目的としては、液滴吐出ヘッドの側面を吐出液体で汚染することを抑制可能とする液滴吐出ヘッド及び液滴吐出ヘッドを備えた液体カートリッジを提供することである。
さらに、本発明による他の目的としては、印字紙面のインクによる汚染を抑制して高品位な印字が可能な画像形成装置を提供することである。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、液滴を吐出する複数のノズル孔を有するノズルプレートにおいて、当該ノズルプレートの外周側面は、前記ノズル孔から液滴を吐出する前記ノズルプレートの吐出面から当該吐出面と反対の面に達するまで撥水膜に覆われていることを特徴とする。
また、請求項２の発明は、請求項１記載のノズルプレートにおいて、前記撥水膜は、前記ノズルプレートの吐出面から前記外周側面まで実質的に同一組成で連続して形成されていることを特徴とする。
また、請求項３の発明は、請求項１又は２記載のノズルプレートにおいて、前記撥水膜は、フッ素系高分子材料を含有する撥水膜であることを特徴とする。

また、請求項４の発明は、液滴を吐出する複数のノズル孔を有するノズルプレートと、前記ノズル孔と連接して当該ノズル孔から液滴として吐出される液体を貯留し、当該液体の前記ノズル孔に対する液圧を変化させることの可能な加圧液室とを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、前記ノズルプレートは、請求項１乃至３のいずれか１項記載のノズルプレートであること特徴とする。
また、請求項５の発明は、請求項４記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記ノズルプレートの外周側面は、ノズルカバーで被覆されていることを特徴とする。
また、請求項６の発明は、液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、当該液滴吐出ヘッドに前記液滴を形成する液体を供給する液体タンクを一体化した液体カートリッジにおいて、前記液滴吐出ヘッドは、請求項４又は５記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とする。
また、請求項７の発明は、液滴を吐出させて画像を形成する液滴吐出ヘッドを備えた画像形成装置において、前記液滴吐出ヘッドは、請求項４又は５記載の液滴吐出ヘッド又は請求項６記載の液体カートリッジであることを特徴とする。

本発明によれば、ノズルプレートの外周側面は、ノズル孔から液滴を吐出するノズルプレートの吐出面から当該吐出面と反対の面に達するまで撥水膜に覆われていることによって、簡単な構成でワイピングされて収集された液体がノズルプレート側面への移動を抑制することが可能なノズルプレートを提供することができる。
また、本発明によれば、液滴吐出ヘッド又は液体カートリッジのノズルプレートは、請求項１乃至３のいずれか１項記載のノズルプレートとすることによって、液滴吐出ヘッドの側面を吐出液体で汚染することを抑制可能とする液滴吐出ヘッド及び液滴吐出ヘッドを備えた液体カートリッジを提供できるようになる。
また、本発明によれば、液滴吐出ヘッドは、請求項４又は５記載の液滴吐出ヘッド又は請求項６記載の液体カートリッジであることによって、印字紙面のインクによる汚染を抑制して高品位な印字が可能な画像形成装置を提供することが可能となる。

先ず、本発明による一実施形態に係る液滴吐出ヘッドで、画像形成装置のインクジェットヘッドとして使用される液滴吐出ヘッドについて、図１〜図４に基づいて説明する。
図１は、本発明による一実施形態の液滴吐出ヘッドの概略構成を示す断面図、図２は、流路板２の製造工程を説明する説明図、図３は、従来の液滴吐出ヘッドの主要部の拡大断面図、図４は、図１のＣ−Ｃ線上で切断した液滴吐出ヘッドの主要部の拡大断面図である。
本実施形態に係るインクジェットヘッドは、図１に示すように、図示しないサブタンクに収容されているインクを受給するインク受給口（不図示）とインク受給口から供給されたインクを貯留して後述する複数のノズル孔１ａにそれぞれ対応して形成される複数の加圧液室２ａにインクを供給する供給口３ａを有する共通液室３ｂと、後述する積層圧電素子４を収容する凹部１３とを有する彫り込みを樹脂成形によって形成したフレーム３を有している。さらに、共通液室３ｂからのインクの供給を受けると共に、後述する積層圧電素子４によってインクがノズル孔１ａから吐出する際のインクの流圧を発生する加圧液室２ａと、加圧液室２ａ内の液圧が共通液室３ｂに及ぶことを抑制する流体抵抗部２ｃとノズル孔１ａに連通する連通口２ｂを彫り込みによって形成した流路板２と、ノズル孔１ａを形成するノズルプレート１とを有している。
また、インクジェットヘッドは、積層圧電素子４の上下方向への振動に応じて振動する凸部５ａ及び可撓性フィルムからなるダイヤフラム部５ｂを有する振動板５を有している。そして、当該振動板５は、接着剤によってその下面を積層圧電素子４及びフレーム３に接着され、上面を流路板２に接着されて積層圧電素子４、フレーム３及び流路板２に連結されている。積層圧電素子４は、ベース６上に固定されている。なお、５ｃは、振動板５に形成されたインク流入口で、共通液室３ｂ内に貯留されたインクを加圧液室２ａ内に供給可能としている。

ベース６は、チタン酸バリウム系セラミックからなり、積層圧電素子４を２列配置して接合している。積層圧電素子４は、厚さ１０〜５０μｍ／１層のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電層４ａと、厚さ数μｍ／１層の銀・パラジウム（ＡｇＰｄ）からなる内部電極層４ｂ及び４ｃとを交互に積層し、内部電極層４ｂは、個別電極７Ａ接続され、内部電極層４ｃは共通電極７Ｂと電気的に接続されている。そして、圧電常数がｄ３３である積層圧電素子４の伸縮により振動板５を介して加圧液室２ａを上下方向（矢印Ｃ方向）に伸縮、膨張させるようになっている。
即ち、積層圧電素子４に駆動信号が印加され充電が行われると伸長し、また積層圧電素子４に充電された電荷が放電すると反対方向に収縮するようになっている。なお、積層圧電素子部材の一端面の端面電極はハーフカットによるダイシング加工で分割されて個別電極７Ａとなり、他端面の端面電極は切り欠き等の加工による制限で分割されずにすべての積層圧電素子４で導通した共通電極７Ｂとなる。そして、積層圧電素子４の個別電極７Ａには駆動信号を与えるために半田接合又はＡＣＦ（異方導電性膜）接合若しくはワイヤボンディングでＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）ケーブル８Ａを接続し、このＦＰＣケーブル８Ａには各圧電層４ａに選択的に駆動波形を印加するための駆動回路（ドライバＩＣ）９を接続している。また、共通電極７Ｂは、積層圧電素子４の端部に電極層を設けて回し込んでＦＰＣケーブル８Ｂのグラウンド（ＧＮＤ）電極に接続している。
流路板２はシリコン単結晶基板を用いて、後述するように、流体抵抗部２ｃ、加圧液室２ａ及びノズル孔１ａに対する位置に連通口２ｂとなる貫通口をエッチング工法によってパターニングで形成されている。また、このヘッドでは、流路板２の加圧液室２ａと共通液室３ｂと連通する上部液室２ｄとの間のエッチング幅を狭くする部分を設けて、加圧液室２ａから上部液室２ｅとの間のインクの流れを抑制する流体抵抗部２ｃとしている。

次に、本発明による一実施形態の流路板２の製造方法について、図２に基づいて説明する。
先ず、図２（ａ）に示すように、厚さ４００μｍのシリコン基板４０１を用意し、厚さ１μｍのシリコン酸化膜４０２ａ、４０２ｂ、厚さ０．１５μｍの厚さのシリコン窒化膜４０３ａ、４０３ｂを形成した。使用するウエファーの種類は両面研磨ウエファー、両面未研磨ウエファー、片面未研磨ウエファーのどのウエファーを使用してもかまわない。また比抵抗も揃っている必要は無く、例えば本実施例では比抵抗０．１Ωｃｍ〜１００Ωｃｍのウエファーを使用している。
次に、図２（ｂ）に示すように、ノズルプレート１との接合面にノズル孔１ａと連通する連通口２ｂ（図１参照）を形成する連通口パターン４０４と、ノズルプレート１との接合時の余剰接着剤を流れ込ませて貯留する接着剤溜り部２ｅ（図１参照）を形成する肉抜きパターン４０５ａの形状にパターニングされたレジスト層４０６を形成した。その後シリコン窒化膜４０３ａをドライエッチングして図２（ｂ）に示すような所定の形状のパターンを有するように、シリコン窒化膜４０３ａの一部を除去した。この工程では、肉抜きパターン４０５ａを加圧液室とほぼ同じ形状にて形成した。この工程で余剰接着剤を吸収するスリット２ｆを形成するパターン４０５ｂを連通口パターン４０４の周囲に例えば１０μｍ幅で形成する。
次に、図２（ｃ）に示すように、連通口パターン４０４の形状部分を除いてレジスト層４０７で被覆して、連通口パターン４０４部分のシリコン酸化膜４０２ａを除去するパターニングを行った。
次に、図２（ｄ）に示すように、振動板５との接合面側の加圧液室２ａ（図１参照）に対応する加圧液室パターン４０８と振動板５との接合時の余剰接着剤を流れ込ませる肉抜きパターンの形状にレジスト膜４０９のパターニングおよびシリコン窒化膜４０３ｂのみのドライエッチングのパターニングを行った。この工程で図中には示していないが、余剰接着剤を吸収するスリット２ｇに対応するパターン４１０を加圧液室パターン４０８間の長辺方向に例えば１０μｍ幅で形成する。

次に、図２（ｅ）に示すように、連通口２ｂを形成するパターン４１１の形状にレジスト膜４１２で被覆し、連通口２ｂに対応するシリコン酸化膜４０２ｂの部分を除去するパターニングを行った。
次に、図２（ｆ）に示すように、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）ドライエッチャーによるシリコン基板４０１のエッチングのためのマスク形成を行った。この際のレジスト膜４１３の膜厚は８μｍにて行った。本実施形態の例ではＩＣＰエッチングをノズルプレート１の接合面側より行っている。その後、ＩＣＰドライエッチャーを使用してシリコン基板４０１の連通口対応部分を掘削して形状４１４で示すようなパターニングを行った。
その後、図２（ｇ）に示すように、レジスト膜４１２を除去して水酸化カリウム水溶液によりシリコン基板４０１の異方性エッチングを行い連通口２ｂの貫通を行った。
次に、図２（ｈ）に示すように、加圧液室２ａに対応する部分４１７及び振動板接合時の接着剤溜り部２ｅ、２ｆ、２ｇに対応する肉抜き部４１５、４１６のシリコン酸化膜４０２ａ、４０２ｂの除去をウェットエッチングにて行った。
その後、図２（ｉ）に示すように、加圧液室部４１７、ノズル接合面の疑似液室部４１８、余剰接着剤吸収用の肉抜き部４１９をシリコンの異方性エッチングによってシリコン基板４０１に形成した。加圧液室形成時には、加圧液室２ａよりも断面積の小さい流体抵抗部２ｃに相当する部分４２０も同時に形成した。加圧液室形成時のシリコンの異方性エッチングは水酸化カリウム水溶液濃度３０％、処理温度８５℃で行った。
最後に、図２（ｊ）に示すように、シリコン窒化膜４０３ａ、４０３ｂ及びシリコン酸化膜４０２ａ、４０２ｂの除去を行い、その後、耐インク接液膜としてシリコン酸化膜を１μｍの厚さで形成し、これにより加圧液室パターンが形成された流路板２が完成する。
上記実施形態においては、流路板２のノズルプレート１との接合面と振動板５との接合面との接合面積がほぼ同じになるように、ノズルプレート１との接合面の形状は、疑似液室部４１８の形状を調整してパターニングを行った。なお、上記実施形態においては、流路板２の材料としてシリコン基板を使用した製造方法を示したが、長尺なヘッドにおいてはシリコン基板での製造は難しい。そのため、この場合においてはＳＵＳ（ステンレス鋼）基板を用いたプレス加工により該流路板を形成する方法が有効である。

次に、ノズルプレート１について説明すると、液体吐出ノズル部であるノズルプレート１は、後述するように、金属材料、例えば、電鋳工法によるＮｉメッキ膜等で形成したもので、インク滴を飛翔させるための微細な吐出口であるノズル孔１ａを多数形成している。このノズル孔１ａの内部形状（内側形状）は、ホーン形状（略円柱形状又は略円錘台形状でもよい。）に形成している（図４参照）。また、このノズル孔１ａの径はインク滴出口側の直径で約２０〜３５μｍである。また各列のノズルピッチは１５０ｄｐｉとした。このノズルプレート１のインク吐出面１ｂ（ノズル表面側）は、後述するようにして、ノズルプレート１の吐出面１ｂから外周側面１ｆを通じて吐出面１ｂと反対の内面１ｄに達する撥インク性の表面処理を施した撥水膜１１を設けている。撥水膜１１としては、フッ素樹脂、シリコン樹脂などの樹脂層、またはＮｉとＰＴＦＥ（ポリテトラフロロエチレン）との共析膜などの金属／樹脂複合膜などが用いることができるが、特に、後述するフッ素系高分子材料を含有するＵＶ硬化型アクリル系樹脂からなるダイキン社製オプツールが好適である。
このような構造を有するインクジェットヘッドにおいては、例えば、記録信号に応じて積層圧電素子４に駆動波形（１０〜５０Ｖのパルス電圧）を印加することによって、積層圧電素子４に積層方向の変位が生起し、振動板５を介して流路板２に形成された加圧液室２ａ内のインクが加圧されて圧力が上昇し、ノズルプレート１に形成されたノズル孔１ａからインク滴が吐出される。
その後、インク滴吐出の終了に伴い、加圧液室２ａ内のインク圧力が低減し、インクの流れの慣性と駆動パルスの放電過程によって加圧液室２ａ内に負圧が発生してインク充填行程へ移行する。このとき、図示しないインクタンクから供給されたインクは共通液室３ｂに流入し、共通液室３ｂからインクの供給口３ａを経て流体抵抗部２ｃを通り、加圧液室２ａ内に充填される。

流体抵抗部２ｃは、吐出後の残留圧力振動の減衰に効果が有る反面、表面張力による最充填（リフィル）に対して抵抗になる。流体抵抗部２ｃを適宜に選択することで、残留圧力の減衰とリフィル時間のバランスが取れ、次のインク滴吐出動作に移行するまでの時間（駆動周期）を短くできる。
また、ノズル孔１ａからインク滴が吐出された際に、ノズルプレート１の吐出面１ｂにインク滴が付着し、吐出面１ｂが汚染される。この吐出面１ｂへのインク滴の付着は、インク液滴吐出時におけるインク液滴の噴射曲がり等の不具合原因となるため、この付着したインク液滴を除去する必要があり、そのために、従来から吐出面１ｂ上にフッ素樹脂等の撥水性被膜を形成し、さらに、ノズルプレート１の吐出面１ｂをワイピングする機構が備えられている。
しかしながら、従来のインクジェットヘッドにおいては、吐出面１ｂからワイピングされたインク滴Ｉがヘッドの外周を被覆するノズルカバーとの間隙内に流れ込んでインク滴でヘッドの外周面を汚染するだけでなく、間隙内に流れ込んだインク滴によって、印字される用紙を汚染し、折角印字された画像を損なってしまうことがある。従来のインクジェットヘッドについて図３に基づいて説明する。

従来のインクジェットヘッドは、図３に示すように、ノズルプレート１の吐出面１ｂ上には、フッ素系高分子材料を含有する樹脂からなるインク液をはじく撥水性の撥水膜１１で表面処理が施されている。このようなインクジェットヘッドは、図３に示すように、ノズルプレート１の吐出面１ｂ上の撥水膜１１に付着したインク滴Ｉが矢印Ｄ方向に移動されるワイパー１２によってワイピングされてノズルプレート１の端部に拭き集められる。このようにして拭き集められたインク滴Ｉは、ノズルプレート１の端部を被覆するノズルカバー１０と吐出面１ｂ上の撥水膜１１との間の間隙ｇ内に押し込まれてノズルエッジ部１ｅに到達する。このようにして間隙ｇ内に押し込まれたインク滴Ｉは、図３に示すように、外周側面１ｆ及び流路板２の側面２ｉに沿って流れ落ち、このようにして流れ落ちたインク滴Ｉがヘッドを汚染したり、用紙を汚染することが判明した。
本発明者は、この原因について検討した結果、ニッケル金属等の金属材料で形成されたノズルプレート１は、インク液に対して濡れ易く、それ故、ノズルエッジ部１ｅに到達したインク滴Ｉは、表面張力によって、球形化していた液滴が、撥水膜１１を形成していないノズルプレート１の外周側面１ｆで濡れ広がり、その結果、インク滴が外周側面１ｆ及び流路板２の側面２ｉに沿って下方に流れ落ちることを究明した。この究明に基づきさらなる検討を行った結果、ノズルプレート１の外周側面１ｆにも撥水膜１１を形成すれば、インク滴の球形化が維持されて、インク滴Ｉが外周側面１ｆ及び流路板２の側面２ｉに沿って流れ落ちることを抑制できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

図４は、本発明による一実施形態に係るインクジェットヘッドの概略構成を示す図である。図中、同一構成について、図１及び図３で示した符号を付して説明を省略する。本実施形態に係るインクジェットヘッドにおいては、図３と比較すれば明らかなように、ノズルプレート１の外周側面１ｆにも、吐出面１ｂ上に形成された撥水膜１１が連続して形成され、ノズルプレート１の吐出面１ｂと反対面の内面１ｄに達するまで、即ち、ノズルプレート１の外周側面１ｆ全面に撥水膜１１が形成されている。従って、矢印Ｄ方向に移動されるワイパー１２によって掻き集められて間隙ｇ内に押し込まれたインク滴Ｉは、球形を維持した状態でノズルカバー１０の内面角部１０ａに保持され、外周側面１ｆ及び流路板２の側面２ｉに沿って流れ落ちることが抑制される。その結果、インクによるヘッド汚れを防止することができる。
この場合、ノズルカバー１０は、プラスチック材等のインクに対して濡れ性の悪い、即ち前記撥水膜１１の撥水性と同等以上の材料で構成されていれば充分であるが、金属材料などでノズルカバー１０を作製する場合には、ノズルカバー１０の内面に前記撥水膜１１の撥水性と同等以上の材料による撥水処理を施して撥水膜を形成することが好ましい。さらに、前記撥水膜１１の撥水性より悪い材料プラスチック材でノズルカバー１０を作製した場合においても、ノズルカバー１０の内面角部１０ａ、先端部１０ｂ及び、少なくともノズルプレート１の外周側面１ｆに対向する内面に前記撥水膜１１の撥水性と同等以上の撥水膜を形成することが推奨される。

次に、上記のような、ノズルプレート１の外周側面１ｆに撥水膜１１を形成する方法について、図５〜図７に基づいて説明する。
図５は、ノズルプレート１の製造に使用されるシリコンウエファの平面図、図６は、図５のＢ部の拡大図、図７は、ノズルプレート１の製造工程を説明する断面図である。なお、図７は、図６のＡ−Ａ線上で切断した断面図である。
ノズルプレート１を作製するに当り、図５、図６及び図７（ａ）に示すように、先ず、シリコン（Ｓｉ）基板２０１にスパッタ装置を用いてＴｉ膜２０２（膜厚：１０００Å）を成膜する。その上にノズルプレート１を複数個並べて配列されたノズル孔１ａに対応するノズル孔形成パターンを有するレジスト膜２０４及びチップ分離パターンを有するレジスト膜２０３Ａ、２０３Ｂが形成されており、これらのレジスト膜２０３Ａ、２０３Ｂ、２０４が除去されて開孔が形成された後に、レジスト膜２０３Ａ、２０３Ｂを接続する接続部２０３Ａａ、２０３Ｂａが形成されている。後刻、これらのレジスト接続部２０３Ａａ、２０３Ｂａを切り離して個々のノズルプレート１を作製するチップ分離パターンを有するレジスト膜２０３Ａ、２０３Ｂからなるフォトレジスト膜の塗布、露光、現像によりノズルプレート部２００を複数列形成する。
次に、図７（ｂ）に示すように、電鋳技術によりＴｉ膜２０２上にＮｉを成長させてノズルプレート２０５を形成する。
次に、図７（ｃ）に示すように、ノズルプレート２０５をＴｉ膜２０２とＳｉ基板２０１から剥離する。この時ノズルプレート２０５の吐出面２０６にはノズル孔やチップ分離パターン形成のためのレジスト膜２０３及び２０４の一部が残存付着する。
続いて、図７（ｃ）及び（ｄ）に示すように、吐出面２０６側から矢印Ｅで示すように酸素プラズマ処理することで残存レジスト膜２０３及び２０４を除去する。これによりノズルプレート２０５には、ノズル孔２０８及びチップ分離孔２０９の形成が完成する。

次に、図７(ｅ)に示すように、真空蒸着装置を用いて吐出面２０６、ノズル孔２０８及びチップ分離孔２０９の内周面並びに吐出面２０６と反対面の内面２０７にまで達する撥水膜２１０を形成する。この撥水膜２１０の材料としてはシリコン系やフッ素系樹脂材料を使用すること可能であるが、この実施形態においては、フッ素系高分子材料を含むＵＶ硬化型アクリル樹脂であるダイキン社製オプツールを用いた。この時、ノズルプレート２０５は蒸着装置に吐出面２０６側を上にしてセットすることで吐出面２０６に撥水膜２１０が形成されるが、ノズル孔２０８やチップ分離孔２０９からの回り込みによりこれらのパターンの側面（ノズルプレート側面）及び内面２０７の一部にも吐出面２０６と実質的に同一組成の撥水膜２１０が同時に連続して成膜される。
ここで実質的に同一組成とは、完全な同一組成に限らず、成膜時の少々の組成変動のものも包含することを意味している。なお、前記オプツールからなる撥水膜２１０のＮｉ金属からなるノズルプレート２０５との密着性を向上させるために、撥水膜２１０の下地層として酸化膜やＴｉ膜等を成膜することも有効である。
次に、図７（ｆ）に示すように、吐出面２０６にＤＦＲ（ドライフィルムレジスト）２１１をラミネートする。この時のラミネート条件としてはラミネート圧０．３Ｍｐａ〜０．５Ｍｐａ、ラミネート温度１００℃〜１２０℃程度とすることで、ノズル孔２０８やチップ分離孔２０９に入り込むＤＦＲの量を安定させることができる。
次に、図７（ｇ）に示すように、ノズルプレート２０５の内面２０７側からの酸素プラズマ処理（矢印Ｆ方向からの処理）により、内面２０７側に回りこんだ撥水膜２１０を除去する。この時のプラズマ処理条件としては酸素５０ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍ、プラズマパワー３００Ｗ〜５００Ｗ、圧力１０Ｐａ〜１００Ｐａ程度が有効である。
次に、図７（ｈ）に示すように、ＤＦＲ２１１を吐出面２０６より剥離する。この剥離はアセトンを使用することで簡単に除去できる。この状態から、図７（ｈ）及び図６に示すノズルプレート２０５の接続部２０３Ａａ、２０３Ｂａ相当部分をハサミ、カッター等で切断することでノズルプレート２０５を個々に分離できる。これによりノズルプレート２０５の側面部２０５ａの外周には、吐出面２０６と実質的に同一組成の撥水膜２１０が形成されたノズルプレート２０５が完成する。このようにして、容易、確実にノズルプレート１の側面２０５ａ（１ｆ）の全面に撥水膜２１０（１１）を形成することが可能である。

次に、本発明による上記液滴吐出ヘッドは、インク等の液体を供給する液体タンクを一体化した液体カートリッジとして使用することができる。図８は、液体カートリッジの一実施形態であるインクカートリッジの概略構成を示す斜視図である。本実施形態に係るインクカートリッジ９５は、複数のノズル孔１ａを有するノズルプレート１を有する上記実施形態のインクジェットヘッド９４と、インクタンク６２を一体に組み合わせ、インクジェットヘッド９４からインク滴をノズル孔１ａから吐出して所望の印字及び画像形成を可能としたものである。この場合、インクカートリッジ９５は、インクジェットヘッド９４の共通液室３ｂ（図１参照）の下方にインクタンク６２を配設して共通液室３ｂとインクタンク６２を直結可能な構造とすることが可能となるが、インクジェットヘッド９４の性能は直ちに液体カートリッジ全体の性能につながるので、前記の液滴吐出ヘッドを使用することにより、高画質、高速の液体カートリッジを達成することができる。

次に、本発明による一実施形態の画像形成装置について、図９及び図１０に基づいて説明する。図９は、画像形成装置の概略構成を示す断面図、図１０は、図９に示す画像形成装置で使用される印字機構部の斜視図である。
本実施形態に係る画像形成装置であるインクジェット記録装置は、図９に示すように、記録装置本体８１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前記実施形態のインクジェットヘッドからなるシリアル型一体液滴ヘッドを使用した記録ヘッド、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８２等を収納し、記録装置本体８１の下方部には前方側から多数枚の用紙Ｐを積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）８４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙Ｐを手差しで給紙するための手差しトレイ８５を開倒することができ、給紙カセット８４或いは手差しトレイ８５から給送される用紙Ｐを取り込み、印字機構部８２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８６に排紙する。
印字機構部８２は、図１０に示すように、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９１と従ガイドロッド９２とでキャリッジ９３を主走査方向（図１０で用紙搬送方向に対して垂直の方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ９３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上記実施形態に係るインクジェットヘッドからなるヘッド９４を複数のインク吐出口（ノズル）を主走査方向と交差する方向に配列し、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９３にはヘッド９４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９５を交換可能に装着している。
インクカートリッジ９５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９４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９３は、後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド９１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９２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ９３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ９７で回転駆動される駆動プーリ９８と従動プーリ９９との間にタイミングベルト７０を張装し、このタイミングベルト７０をキャリッジ９３に固定しており、主走査モータ９７の正逆回転によりキャリッジ９３が往復駆動される。
一方、給紙カセット８４にセットした用紙Ｐをインクジェットヘッド９４の下方側に搬送するために、図９に示すように、給紙カセット８４から用紙Ｐを分離給装する給紙ローラ１０１及びフリクションパッド１０２と、用紙Ｐを案内するガイド部材１０３と、給紙された用紙Ｐを反転させて搬送する搬送ローラ１０４と、この搬送ローラ１０４の周面に押し付けられる搬送コロ１０５及び搬送ローラ１０４からの用紙Ｐの送り出し角度を規定する先端コロ１０６とを設けている。搬送ローラ１０４は副走査モータ１０７（図１０参照）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９３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１０４から送り出された用紙Ｐを記録ヘッド９４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１０９を設けている。この印写受け部材１０９の用紙搬送方向下流側には、用紙Ｐを排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１１１、拍車１１２を設け、さらに用紙Ｐを排紙トレイ８６に送り出す排紙ローラ１１３及び拍車１１４と、排紙経路を形成するガイド部材１１５、１１６とを配設している。

記録（画像形成）時には、キャリッジ９３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド９４を駆動することにより、停止している用紙Ｐにインクを吐出して１行分を記録し、用紙Ｐ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Ｐ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Ｐを排紙する。
また、キャリッジ９３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、インクジェットヘッド９４の吐出不良を回復するための回復装置１１７を配置している。回復装置１１７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９３は印字待機中にはこの回復装置１１７側に移動されてキャッピング手段でヘッド９４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インクジェットヘッド９４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。
このように、このインクジェット記録装置においては本発明を実施したインクジェットヘッドを搭載しているので、高画質、高速での記録を行うことができる。また高速であるので、インクジェット記録装置全体の消費電力も低減できる。
なお、上記実施形態においては、本発明をインクジェットヘッドに適用したが、インク以外の液滴、例えば、パターニング用の液体レジストを吐出する液滴吐出ヘッドにも適用することできる。

本発明による一実施形態の液滴吐出ヘッドの概略構成を示す断面図である。 本発明による一実施形態の流路板の製造工程を説明する断面図である。 従来の液滴吐出ヘッドの主要部の拡大断面図である。 図１のＣ−Ｃ線上で切断した液滴吐出ヘッドの主要部の拡大断面図である。 本発明による一実施形態のノズルプレート１の製造に使用されるシリコンウエファの平面図である。 図５のＢ部の拡大平面図である。 本発明による一実施形態のノズルプレート１の製造工程を説明する断面図である。 本発明による一実施形態であるインクカートリッジの概略構成を示す斜視図である。 本発明による一実施形態の画像形成装置の概略構成を示す断面図である。 図９に示す画像形成装置で使用される印字機構部の斜視図である。

符号の説明

１、２０５ ノズルプレート１０５、１ａ、２０８ ノズル孔、１ｂ、２０６ 吐出面、１ｄ 内面、１ｅ ノズルエッジ部、１ｆ 外周側面、２ 流路板、２ａ 加圧液室、２ｂ 連通口、３ フレーム、３ｂ 共通液室、４ 積層圧電素子、４ａ 圧電層、４ｂ、４ｃ 内部電極、５ 振動板、６ ベース、７Ａ、７Ｂ 外部電極、８Ａ、８Ｂ ＦＰＣケーブル、９ 駆動回路、１０ ノイズカバー、１０ａ 内面角部、１１、２１０ 撥水膜、１２ ワイパー、８２ 印字機構、９３ キャリッジ、９４ インクジェットヘッド、９５ インクカートリッジ、２００ ノズルプレート部、Ｉ インク滴

Claims (7)

1. 液滴を吐出する複数のノズル孔を有するノズルプレートにおいて、
   当該ノズルプレートの外周側面は、前記ノズル孔から液滴を吐出する前記ノズルプレートの吐出面から当該吐出面と反対の面に達するまで撥水膜に覆われていることを特徴とするノズルプレート。
2. 請求項１記載のノズルプレートにおいて、
   前記撥水膜は、前記ノズルプレートの吐出面から前記外周側面まで実質的に同一組成で連続して形成されていることを特徴とするノズルプレート。
3. 請求項１又は２記載のノズルプレートにおいて、
   前記撥水膜は、フッ素系高分子材料を含有する撥水膜であることを特徴とするノズルプレート。
4. 液滴を吐出する複数のノズル孔を有するノズルプレートと、前記ノズル孔と連接して当該ノズル孔から液滴として吐出される液体を貯留し、当該液体の前記ノズル孔に対する液圧を変化させることの可能な加圧液室とを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記ノズルプレートは、請求項１乃至３のいずれか１項記載のノズルプレートであること特徴とする液滴吐出ヘッド。
5. 請求項４記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記ノズルプレートの外周側面は、ノズルカバーで被覆され、当該ノズルカバーの内面は、前記撥水膜と同等以上の撥水性を有していることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
6. 液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、当該液滴吐出ヘッドに前記液滴を形成する液体を供給する液体タンクを一体化した液体カートリッジにおいて、
   前記液滴吐出ヘッドは、請求項４又は５記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とする液体カートリッジ。
7. 液滴を吐出させて画像を形成する液滴吐出ヘッドを備えた画像形成装置において、
   前記液滴吐出ヘッドは、請求項４又は５記載の液滴吐出ヘッド又は請求項６記載の液体カートリッジであることを特徴とする画像形成装置。

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