JP4973644B2

JP4973644B2 - ノズルプレートの製造方法

Info

Publication number: JP4973644B2
Application number: JP2008291635A
Authority: JP
Inventors: 正春伊藤
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2007-11-14
Filing date: 2008-11-14
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2028-11-14
Also published as: US8690294B2; JP2009137292A; US20090122111A1

Description

本発明は、インクジェット式記録装置等の液滴噴射装置に用いられるノズルプレートの製造方法に関するものである。

従来より、インクジェット式の記録装置（液滴噴射装置）として、インクジェットヘッドのノズル穴からインクを噴射して、記録媒体に記録を行うものは広く知られている。そのようなインクジェットヘッドは、インクを噴射する複数のノズル穴が形成されたノズルプレートを下部に備え、そのノズルプレートの下面であるノズル面には、インクがノズル面に付着するのを回避するために撥水膜が形成されているのが通例である。

そのノズル面は、記録媒体に対向しているので、用紙ジャムなどにより、記録用紙がノズル面に接触して、ノズル面やその面に形成されている撥水膜が損傷する場合がある。ノズル穴の周囲、具体的にはノズル穴のインクを噴射する側の開口の周囲においてノズル面や撥水膜が損傷すると、インクを噴射する方向が曲がったり、インク滴が所定どおり形成されないなど正常な噴射を行えなくなる。

そのような損傷を回避するために、ノズル面のノズル穴の周囲に突出部を形成することが考えられる。

ところで、ノズル穴（インク吐出孔）に近接させて突起を形成したインクジェットヘッドは知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１に記載の突起は、ノズル面と記録用紙との間に生じる隙間風によりインク滴の噴射方向が傾くのを回避しインク滴を記録用紙の所定位置に正確に着弾させるために、インク吐出孔に近接させて各インク吐出孔に対して記録紙の搬送方向上流側に設けたものである。
特開２００２−１２７４２４号公報（段落００２５〜００２８及び図１、図２）

特許文献１に記載のものでは、基板上面にインク流路に対応した金属パターンを形成したものをポリイミド樹脂で被覆して、レーザ加工によってインク吐出孔を穿設し、その後インク吐出孔よりエッチング液を内部に導入して金属パターンを溶融・除去することでポリイミド樹脂の内側に空洞を形成してノズル部材を製造している。そしてそのようにポリイミド樹脂を形成する際に、そのノズルの外表面に突起が同時に形成されるようにしているので、突起の形成に金型等を必要とし、面倒である。

しかも各インク吐出孔の、記録用紙の搬送方向の下流側にはそのような突起は設けられておらず、用紙ジャムなどにより記録用紙がノズル面に接触して、撥水膜が損傷するのを防止する上で不十分である。

この発明は、ノズル穴のインクを噴射する側の開口の周囲に、記録媒体との接触を回避するための突出部を、簡単に形成できるノズルプレートの製造方法を提供するものである。

請求項１の発明は、液体を噴射する複数のノズル穴が形成されたノズルプレート基材に対し、前記ノズル穴付近で、該ノズル穴の液体を噴射する側の開口が形成されたノズルプレート基材の表面に一定高さの突出部を形成するノズルプレートの製造方法であって、前記ノズルプレート基材の前記表面に撥水膜を形成し、その撥水膜が形成された前記ノズルプレート基材の前記表面の前記各開口の周囲の複数箇所において、レーザなどの剥離手段で撥水膜を剥離し、その後、前記剥離部分に液状樹脂からなる液滴を付着させ、その液滴を硬化させることにより前記突出部を前記開口の周囲に形成し、ノズル面とすることを特徴とする。

このようにすれば、記録媒体との接触を回避するための突出部が、撥水膜の影響を受けることなく、ノズル穴付近で、ノズル穴の液体を噴射する側の開口の周囲に簡単かつ確実に形成される。

請求項２に記載のように、請求項１のノズルプレートの製造方法において、前記複数のノズル穴は、列をなして形成され、前記突出部は、前記ノズル穴の間に設けられ、前記突出部は、前記ノズル列方向及びそれに直交する方向に規則的に設けられていることが望ましい。

このようにすれば、突出部及びノズル穴が規則的に設けられているので、ノズル面のいずれの部分においても、記録媒体との接触が回避される。

請求項３の発明は、液体を噴射するノズル穴が未加工のノズルプレート基材に対し、該ノズル穴の液体を噴射する側の開口が形成されるべきノズルプレート基材の表面に前記一定高さの突出部を形成するノズルプレートの製造方法であって、前記ノズルプレート基材の前記表面に撥水膜を形成し、その撥水膜が形成された前記ノズルプレート基材の前記表面であって前記開口となる部分の周囲の複数箇所において、レーザなどの剥離手段で前記撥水膜を剥離し、その後、前記剥離部分に液状樹脂からなる液滴を付着させ、その液滴を硬化させることにより前記突出部を前記開口となる部分の周囲に形成し、前記ノズル穴を形成してノズル面とすることを特徴とする。

このようにすれば、記録媒体との接触を回避するための突出部が、撥水膜の影響を受けることなく、ノズル穴となる部分の周囲近傍に簡単かつ確実に形成される。

請求項４に記載のように、請求項３のノズルプレートの製造方法において、前記複数の開口となる部分は、列をなすようにされ、前記突出部は、前記開口となる部分の間に設けられ、前記突出部は、ノズル列方向及びそれに直交する方向に規則的に設けられていることが望ましい。

このようにすれば、突出部及び開口となる部分が規則的に設けられているので、ノズル面のいずれの部分においても、記録媒体との接触が回避される。

請求項５に記載のように、請求項１〜４のいずれか１つのノズルプレートの製造方法において、前記ノズル面は、前記開口を覆うように中空の吸引キャップが接離可能に接続されるものであり、前記突出部は、前記吸引キャップが接続される部分を除き形成されることが望ましい。

このようにすれば、前記突出部が前記開口の周囲の撥水膜を保護するのに加えて、突出部によってパージ時における吸引キャップの接続が影響を受けず、吸引キャップの密着性を損なうことがない。

請求項６に記載のように、請求項１〜５のいずれか１つのノズルプレートの製造方法において、前記液滴の付着は、前記液状樹脂を液滴状に噴射させて前記ノズルプレート基材の前記表面上に印刷することにより行うことができる。

このようにすれば、液状樹脂を液滴状に噴射させて前記表面上に印刷するようにしているので、突出部となる液状樹脂で構成される液滴を、ノズルプレート基材の表面に簡単に付着させることができる。

請求項７に記載のように、請求項１〜６のいずれか１つのノズルプレートの製造方法においてて、前記液状樹脂は、紫外線硬化樹脂であり、紫外線の照射により硬化する構成とすることができる。

このようにすれば、紫外線硬化樹脂の特性を利用して、液状樹脂の硬化を簡単に実施できる。

本発明は、液状樹脂を利用して、ノズル穴の液体を噴射する側の開口あるいは前記開口となる部分の周囲に、複数の突出部を形成するようにしているので、ノズル穴の液体を噴射する側の開口あるいは前記開口となる部分の周囲に、記録媒体との接触を回避するための突出部を簡単に形成することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。なお、以下の説明において、各符号に付加されるＢ，Ｙ，Ｍ，Ｃの添え字はそれぞれブラック、イエロー、マゼンタ、シアンのインク用のものであることを示す。

図１は本発明に係るインクジェット式記録装置の全体構成を示す斜視図、図２（ａ）はインクタンクとインクカートリッジとの位置関係を示す説明図、図２（ｂ）はインクカートリッジとインク供給チューブとの接続状態の説明図である。

図１及び図２（ａ）に示すように、インクジェット式記録装置１は、インクジェットヘッド２を備え、そのインクジェットヘッド２は、記録媒体である記録用紙（図示せず）に対して相対移動可能に支持されるヘッドホルダ３に保持される。インクジェットヘッド２は、複数種類のインクを吐出するノズル群を有する。ヘッドホルダ３は、図示しない駆動手段によって、前記記録用紙の送り方向に直交する方向に延びるガイドレール４Ａ，４Ｂに沿って往復移動可能に支持されている。ヘッドホルダ３には、インクジェットヘッド２にインクを供給するインクタンク５が搭載されている。

インクタンク５は、複数種類のインクを貯留するインク貯留室８Ｂ，８Ｙ，８Ｍ，８Ｃ（図３参照）を、各インクごとに有する。インク貯留室８Ｂ〜８Ｃには、ヘッドホルダ３外に配置されたインクカートリッジ６Ｂ，６Ｙ，６Ｍ，６Ｃからインク供給チューブ７Ｂ，７Ｙ，７Ｍ，７Ｃを通じてインクが供給されるようになっている。

各インク供給チューブ７Ｂ〜７Ｃの上流端は、ブラックインクのインク供給チューブ７Ｂの上流端について図２（ａ）（ｂ）に示すように、筒状の接続部７Ｂａとして構成される。この接続部７Ｂａは、皿状のカートリッジ受け１２の底部の所定位置に、接続部７Ｂａの中心軸線が鉛直方向に延びるように取り付けられている。また、この接続部７Ｂａと平行に、大気連通管１１の接続部１１ａが、カートリッジ受け１２の底部に取り付けられている。インクカートリッジ６Ｂをカートリッジ受け１２に向けて下降させることでインクカートリッジ６Ｂが着脱可能に接続され、インクタンク５のインク貯留室８Ｂに対しインクの供給が可能な状態となる構成とされている。つまり、インクカートリッジ６Ｂの底部には、接続部７Ｂａ，１１ａがそれぞれ着脱可能に接続される開孔６Ｂａが形成され、
その開孔６Ｂａに、カートリッジ受け１２への接続により開放される開閉弁１３Ｂが設けられている。この各開閉弁１３Ｂは、開孔６Ｂａ，６Ｂａを開閉可能に閉塞する弁体１３Ｂａと、開孔６Ｂａを閉じる方向に弁体１３Ｂａを付勢する板バネ１３Ｂｂ（２つの弁体１３Ｂａに対し共通）とにより構成される。インクカートリッジ６Ｂからインク供給チューブ７Ｂへインクが供給されると、大気連通管１１からインクカートリッジ６Ｂへ大気が導入され、インクカートリッジ６Ｂ内はほぼ大気圧に維持される。なお、２つの弁体１３Ｂａ，１３Ｂａに対する板バネ１３Ｂｂ，１３Ｂｂを１つの板バネ部材で構成しているが、別々に設けることができるのはいうまでもない。

また、図１及び図３に示すように、ヘッドホルダ３の移動経路のうち、前記記録用紙への記録に関与しない所定の待機位置に、ヘッドホルダ３の下面に対向するように、回復手段３１が設けられている。この回復手段３１は、インク吐出性能を回復するためにインクジェットヘッド２内のエアや増粘インクを外部に排出するパージ処理、後述するノズル面４１Ａａに付着したインクを払拭・除去するワイプ処理を行うものである。パージ処理を行う装置として、公知のようにノズル面４１Ａａに接離可能に接続される吸引キャップ３２を備える。吸引キャップ３２の接続開孔部３２ａは、吸引通路３３を介して吸引ポンプ３４に接続されている。吸引キャップ３２は、昇降装置３５によって昇降可能に支持される可動板３６に取り付けられている。

ワイプ処理を行う装置として、公知のようにノズル面４１Ａａに接離可能に接触する、ゴム材等の弾性ブレードからなるワイパ３３を備える。ワイパ３３は、昇降装置３７によって昇降される。

この吸引ポンプ３４及び昇降装置３５，３７も、制御手段３８（図３参照）によって制御される。つまり、インクカートリッジを交換した場合や定期的メンテナンスの場合においてパージ処理を行う際に、ヘッドホルダ３を吸引手段３１と対向する位置へ移動させ、昇降装置３５を駆動して吸引キャップ３２をインクジェットヘッド２のノズル面に密着させ、その状態で、吸引キャップ３２に連通する吸引ポンプ３４を一定時間駆動することで、インクジェットヘッド２内のエアや増粘インクを外部に排出するようになっている。その後、昇降装置３５を駆動して吸引キャップ３２をノズル面４１Ａａから離し、昇降装置３７を駆動してワイパ３３を上昇させる。そして、ヘッドホルダ３を記録用紙側へ移動させることで、ワイパ３３をノズル面４１Ａａ接触させ、ノズル面４１Ａａに付着したインクを払拭・除去する。

インクジェットヘッド２は、図４に詳細を示すように、キャビティユニット４１に圧電アクチュエータ４２を重ね合わせた構造である。キャビティユニット４１は、ノズルプレート４１Ａを含む複数枚のプレートを積層して形成され、複数のノズル穴４３に一対一に対応して連通する複数の圧力室４４を平面状にマトリクス配置して有し、その圧力室４４に圧力室４４の列ごとにインクを供給する共通インク室４５を備える。なお、複数のノズル穴４３は列をなして形成される（ノズル列方向Ｓ１）。

キャビティユニット４１の上面に列状に開口したインク供給口（図示せず）から各共通インク室４５にインクが導入され、共通インク室４５から圧力室４４にインクが分配され、圧力室４４からノズル穴４３に至るようになっている。圧電アクチュエータ４２は、平板状のセラミックスシートを複数枚積層し、その間に各圧力室４４と対応する個別電極４６Ａを、全ての圧力室４４に共通する共通電極４６Ｂとを交互に挟んで形成されたもので、電極４６Ａ，４６Ｂ間のセラミックスを圧電効果により変形する駆動部としている。これらの駆動部は圧力室４４と対応して平面状に複数配置され、各駆動部を選択的に駆動することによりノズル穴４３からインクを噴射させるように構成されている。

圧電アクチュエータ４２の上面には、各駆動部と電気的に接続された接続端子（図示せず）を平面状にマトリクス配置して多数備え、その接続端子に接続される配線パターンを有するフレキシブル配線板４７が、圧電アクチュエータ４２の上面と平行に重ねた状態で固定されている。

キャビティユニット４１は、下面にノズルプレート４１Ａを有し、このノズルプレート４１Ａは、図５（ａ）（ｂ）に拡大して示すように、インクを噴射する複数のノズル穴４３が開口されたノズル面４１Ａａに対し、一定高さの断面山形形状の突出部５１を複数個備えている。これらの突出部５１は、少なくともノズル穴４３を囲んでその周囲に均等に配置され、好ましくは、ノズル列方向Ｓ１及びそれに直交する方向Ｓ２に規則的に配置されている。これらの突出部５１は、用紙ジャムなどにより、ノズル面４１Ａａに記録用紙が直接に接触しにくくするもので、そのような接触によりノズル面４１Ａａや撥水膜が損傷するのを回避する機能を発揮する。

突出部５１は、ノズル穴４３の直径約２０μｍよりも直径が大きく（約４０μｍ）、ノズル面４１Ａａからの突出高さ約２０μｍで、ノズル穴４３の間に設けられている。そして、突出部５１は、図５（ｂ）に示すように、ノズル列方向Ｓ１及びそれに直交する方向Ｓ２に一定のピッチ（約８５μｍ）でもって規則的に設けられている。具体的には、各ノズル列において、ノズル列方向Ｓ１に沿って各ノズル穴４３の間に複数（図５（ｂ）に示す例では３つ）の突出部５１が前記一定のピッチでもって設けられている。そして、ノズル列方向Ｓ１に延びるノズル列の間には、突出部５１が前記一定のピッチで設けられている、突出部５１の列が配置されている。

図５（ｂ）に示すように、ノズルプレート４１Ａのノズル面４１Ａａは、ノズル穴４３を覆うように中空の吸引キャップ３２が接離可能に接続されるものであり、突出部５１は、吸引キャップ３２が接続される部分を除き、それの内側に形成され、吸引キャップ３２がされるノズル面４１Ａａは平坦面とし、吸引キャップ３２の接続を損なわないようになっている。また、ワイパ３３が突出部５１に妨げられずにノズル面４１Ａａを払拭できるように、ワイパ３３は、先端を薄くする等して柔軟に形成するか、突出部５１は、外周面をノズル面４１Ａａから急に立ち上がらない球面形状にすることが好ましい。

続いて、ノズルプレート４１Ａに突出部５１を形成する方法について説明する。

まず、インクを噴射する複数のノズル穴４３が形成されたノズルプレート基材に対し、ノズル穴４３付近で、ノズル穴４３のインクを噴射する側の開口４３ａが形成されている、（ノズルプレート基材の）表面にマスク（図示せず）にて各開口４３ａ付近のみを覆った状態で撥水膜を形成する。各ノズル穴４３の内部には撥水膜が形成されない。そして、その撥水膜が形成された前記ノズルプレート基材の前記表面に対し、開口４３ａ除く開口４３ａ付近の周囲に、液状樹脂で構成される複数の液滴を、山形状でかつ一定の高さとなるように付着させる。前記液滴の付着は、例えば、前記液状樹脂をインクジェット方式の液体噴射装置を用いて液滴状に噴射させて前記ノズルプレート基材の表面上に印刷することにより行われる。なお、前記液状樹脂としては、紫外線の照射により硬化する紫外線硬化樹脂を用いることができる。

それから、その液滴を硬化させることにより一定高さの突出部５１を開口４３ａの周囲に形成してノズル面４１Ａａとする。

これにより、インクを噴射する各開口４３ａ（ノズル穴４３）の周囲近傍に複数の突出部５１が形成されたノズルプレート４１Ａが、簡単に形成される。

本発明は、前記実施の形態のほか、次のように変更して実施することも可能である。

(i)前記実施の形態では、インクを噴射する複数のノズル穴が形成されたノズルプレー
ト基材に対し、ノズル穴４３のインクを噴射する側の開口４３ａが形成されたノズルプレート基材の表面に、ノズル穴４３をマスクした後に撥水膜を形成して、そのノズルプレート基材の表面であって開口４３ａの周囲に対し複数の突出部５１を形成するようにしているが、図６（ａ）（ｂ）に示すように、インクを噴射するノズル穴４３’が未加工のノズルプレート基材に対し、その未加工のノズル穴４３’のインクを噴射する側の開口４３’ａとなる部分が形成されるノズルプレート基材の表面に撥水膜を形成した後に、前記開口４３’ａとなる部分の周囲に複数の突出部５１を形成した後に、複数のノズル穴４３’を貫通形成するようにしてもよいのはもちろんである。

(ii)前記実施の形態では、撥水膜が形成されたノズルプレート基材の表面に対し液状樹脂からなる液滴の付着を直接行っているが、その液状樹脂からなる液滴の付着に先立って、付着させる箇所の撥水膜を予め剥離しておくことも可能である。この場合には、まず、ノズル面に撥水膜が形成されたノズルプレート基材の表面の各開口４３ａ（あるいは開口４３’ａとなる部分）の周囲の複数箇所において、レーザなどの剥離手段で撥水膜を剥離する。その後、前記剥離部分に液状樹脂からなる液滴を付着させ、その液滴を硬化させることにより一定高さの突出部５１を各開口４３ａ（あるいは開口４３’ａとなる部分）の周囲に形成することになる。このようにすれば、撥水膜を介することなく、ノズルプレート基材の表面上に複数の突出部５１を形成することができるので、ノズルプレート基材の表面と突出部５１との接合性を高めることができる。

また、同様に接合性を高めるために、撥水膜を形成する前のノズルプレート基材の表面に、開口４３ａ（あるいは開口４３’ａとなる部分）の周囲に、液状樹脂からなる複数の液滴を付着させ、その液滴を硬化させることにより一定高さの突出部５１を各開口４３ａ（あるいは開口４３’ａとなる部分）の周囲に形成することも可能である。この場合には、突出部５１を開口４３ａ（あるいは開口４３’ａとなる部分）の周囲に形成した後に、前記ノズルプレート基材の表面上に撥水膜を形成することになる。

(iii)前記実施の形態では、突出部５１は断面山形形状であるが、本発明はそれに限定
されるものではなく、ノズル面４１Ａａの撥水膜に記録用紙が直接に接触しにくくする形状であればよく、また、各突出部は同じ形状や大きさでなくてもよい。

(iv)前記実施の形態では、液滴噴射装置がインクジェット式の記録装置である場合のノズルプレートについて説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、着色液を微小液滴として塗布、あるいは導電液を噴射して配線パターンを形成するなどする他の液滴噴射装置などである場合のノズルプレートにも適用することができる。

(v)前記実施の形態では、インク（液体）を噴射させるための駆動部は、圧電方式であ
るが、圧電方式のもの以外に、静電気あるいは電気発熱素子によって噴射動作をするものも使用することができる。

(vi)前記実施の形態では、記録媒体は記録用紙であるが、そのほか、樹脂、布など各種のものを用いることができ、また噴射する液体としてはインクだけでなく、着色液、機能液など各種のものを適用することができる。

本発明の一実施の形態に係るインクジェット式記録装置の全体構成を示す斜視図である。図２（ａ）はインクタンクとインクカートリッジとの位置関係を示す説明図、図２（ｂ）はインクカートリッジとインク供給チューブとの接続状態の説明図である。インクジェットヘッドと吸引手段との関係を示す説明図である。インクジェットヘッドの断面図である。（ａ）は図４のＡ部拡大図、（ｂ）はノズル面の一部底面図である。他の実施の形態についての図５（ａ）（ｂ）と同様の図である。

符号の説明

１インクジェット式記録装置
２インクジェットヘッド
３１回復手段
３２吸引キャップ
４１Ａノズルプレート
４１Ａａノズル面
４３，４３’ ノズル穴
４３ａ，４３’ａ開口
５１突出部

Claims

液体を噴射する複数のノズル穴が形成されたノズルプレート基材に対し、前記ノズル穴付近で、該ノズル穴の液体を噴射する側の開口が形成されたノズルプレート基材の表面に一定高さの突出部を形成するノズルプレートの製造方法であって、
前記ノズルプレート基材の前記表面に撥水膜を形成し、その撥水膜が形成された前記ノズルプレート基材の前記表面の前記各開口の周囲の複数箇所において、レーザなどの剥離手段で撥水膜を剥離し、
その後、前記剥離部分に液状樹脂からなる液滴を付着させ、
その液滴を硬化させることにより前記突出部を前記開口の周囲に形成し、ノズル面とすることを特徴とするノズルプレートの製造方法。
前記複数のノズル穴は、列をなして形成され、
前記突出部は、前記ノズル穴の間に設けられ、
前記突出部は、前記ノズル列方向及びそれに直交する方向に規則的に設けられてい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。
液体を噴射するノズル穴が未加工のノズルプレート基材に対し、該ノズル穴の液体を噴射する側の開口が形成されるべきノズルプレート基材の表面に前記一定高さの突出部を形成するノズルプレートの製造方法であって、
前記ノズルプレート基材の前記表面に撥水膜を形成し、その撥水膜が形成された前記ノズルプレート基材の前記表面であって前記開口となる部分の周囲の複数箇所において、レーザなどの剥離手段で前記撥水膜を剥離し、
その後、前記剥離部分に液状樹脂からなる液滴を付着させ、
その液滴を硬化させることにより前記突出部を前記開口となる部分の周囲に形成し、前記ノズル穴を形成してノズル面とすることを特徴とするノズルプレートの製造方法。
前記複数の開口となる部分は、列をなすようにされ、
前記突出部は、前記開口となる部分の間に設けられ、
前記突出部は、ノズル列方向及びそれに直交する方向に規則的に設けられてい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。
前記ノズル面は、前記開口を覆うように中空の吸引キャップが接離可能に接続されるものであり、
前記突出部は、前記吸引キャップが接続される部分を除き形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のノズルプレートの製造方法。
前記液滴の付着は、前記液状樹脂を液滴状に噴射させて前記ノズルプレート基材の前記表面上に印刷することにより行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のノズルプレートの製造方法。
前記液状樹脂は、紫外線硬化樹脂であり、紫外線の照射により硬化することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のノズルプレートの製造方法。