JPH08118655A - インクジェット用ノズルプレート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インクジェット記録装置の画像品質を向上す
るノズルプレートを提供する。 【構成】 ノズルプレート４は、吐出口５と液室６とを
連通する連通孔７を形成したノズル基板８上に、複数の
吐出口５を形成する吐出口形成層９、及びこの吐出口形
成層９より厚みの厚い保護層１０を形成し、更にこの保
護層１０表面に撥インク層１１を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェット記録装
置において用いられるインクジェット用ノズルプレート
に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録方式は、記録プロセ
スが非常に単純であることやカラー記録にも適すること
などから注目されており、現在では、記録信号が入力さ
れたときにのみインクを吐出する所謂ドロップオンデマ
ンド（ＤＯＤ）方式が主流になっている。そして、ＤＯ
Ｄ方式の中には、ヒータによる熱エネルギーによってイ
ンク中に発生するバブルを利用する所謂バブルジェット
方式（特公昭６１−５９９１３号等参照）と圧電素子を
用いるピエゾアクチュエータ方式（特公昭６０−８９５
３号公報等参照）がある。

【０００３】ところで、インクジェット記録方式は、上
述のようにヒータ、圧電素子等のエネルギー発生手段
（アクチュエータ）を駆動することによって吐出口から
液滴化したインク（インク滴）を吐出飛翔させて記録を
行うため、吐出口の形状、精度等がインク滴の噴射特性
（インク的吐出性能）に影響を与えると共に、吐出口を
形成している吐出口形成部材であるノズルプレートの表
面の少なくとも吐出口周辺部の特性がインク滴の噴射特
性に影響を与える。例えば、吐出口形成部材表面の吐出
口周辺部にインクが付着して不均一なインク溜り（所謂
濡れムラ）が発生すると、インク滴の吐出方向が曲げら
れたり、インク滴の大きさにバラツキが生じたり、イン
ク滴の飛翔速度が不安定になる等の不都合が生じること
が知られている。なお、吐出口は、ノズル、ノズル孔、
オリフィス、ノズルオリフィス等とも称されるので、本
明細書では、一応、「吐出口」と称することとし、適宜
その他の称呼を用いることとする。

【０００４】そこで、従来、ノズルプレートの材料及び
その製造方法としては、特開平１−１０８０５６号公
報、特開平２−１２１８４２号公報等に記載されている
ように、樹脂材料からなるプレートにエキシマレーザー
によってインク吐出口を形成したもの、特開昭６３−３
９６３号公報、特開平１４２９３９号公報等に記載され
ているように、ドライフィルムレジスト等の感光性樹脂
材料を用いて吐出口に応じたレジストパターンを形成し
た後、このレジストパターンを用いてＮi等の金属材料
をメッキして金属材料からなるノズルプレートを形成す
るものなどがある。

【０００５】また、ノズルプレートの表面の少なくとも
吐出口の周辺部に、前記特開昭６３−３９６３号公報、
特開平１４２９３９号公報等に記載されているように、
撥インク性（撥水性や撥油性）処理を施して、インクが
ノズルプレート表面のノズル周辺部に付着すること防止
するようにしたもの、あるいは逆に、特開昭５５−１０
７４８１号公報、特開平２−６３８４０号公報等に記載
されているように、親インク性処理（インクに対して親
和性を持つ処理）を施して、インクがノズルプレート表
面のノズル周辺部に均一に付着する、つまり均一な濡れ
性を得るようにしたものなどがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、インクジェ
ット記録装置等の各種記録装置においては、ますます高
解像度が要求されるようになっており、これに伴ってイ
ンクジェットヘッドにおいても、ノズルプレートの吐出
口（ノズル孔）の小径化（微細化）、高精度化が要求さ
れている。上述した従来のノズルプレートとして、エキ
シマレーザーを用いて樹脂プレートを加工するものにあ
っては、こうした吐出口の微細化や高精度化の要求に応
えられるものの、樹脂材料からなるノズルプレートでは
記録紙との接触やノズル面のクリーニングによる損傷が
発生し易く、特に撥インク処理を施したとしてもその耐
久性や信頼性が充分でない。

【０００７】一方、記録装置のカラー化の要求も高まっ
ており、これに対応するため、インクジェット記録装置
にあっては、記録紙への浸透度を高め、各色間の境界の
にじみを防止するために低表面張力インクが用いられ
る。ところが、このような活性剤等を添加した低表面張
力インクを用いると、活性剤がノズルプレートの撥イン
ク処理面に付着して、経時的に撥インク性能を劣化させ
てインクの噴射特性の劣化を来すことが確認されてお
り、むしろ吐出口周辺部を親インク性にした方が経時的
に安定した噴射特性が得られる。しかしながら、ノズル
プレートの表面を親インク性にした場合、複数の吐出口
を設けたマルチノズルヘッドとしたとき、各吐出口の距
離が狭くなると、吐出口表面でのメニスカスの相互干渉
が生じるようになって安定した噴射特性が得られなくな
り、高密度化が困難になるといる課題を生じる。

【０００８】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
であり、インクジェット記録装置の画像品質を向上する
インクジェット用ノズルプレートを提供することを目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め請求項１のインクジェット用ノズルプレートは、複数
の吐出口を形成する吐出口形成層を、前記吐出口と液室
とを連通する連通孔を形成した基板上に形成したインク
ジェット用ノズルプレートにおいて、前記基板上に前記
吐出口形成層及びこの吐出口形成層より厚みの厚い保護
層が形成されている構成とした。

【００１０】請求項２のインクジェット用ノズルプレー
トは、上記請求項１のインクジェット用ノズルプレート
において、吐出口形成層が樹脂で形成され、エキシマレ
ーザーにて加工されている構成とした。

【００１１】請求項３のインクジェット用ノズルプレー
トは、上記請求項１又は２のインクジェット用ノズルプ
レートにおいて、前記基板が前記吐出口形成層面側に導
電性薄膜を形成した樹脂成形品からなる構成とした。

【００１２】請求項４のインクジェット用ノズルプレー
トは、上記請求項１又は２のインクジェット用ノズルプ
レートにおいて、前記基板がＮi電鋳にて形成されてい
る構成とした。

【００１３】請求項５のインクジェット用ノズルプレー
トは、上記請求項１、２及び４のいずれかのインクジェ
ット用ノズルプレートにおいて、前記保護層が金属メッ
キにて形成されている構成とした。

【００１４】請求項６のインクジェット用ノズルプレー
トは、上記請求項１、２及び４のいずれかのインクジェ
ット用ノズルプレートにおいて、前記保護層がＮiとフ
ッ素系高分子を主成分とする共析メッキにて形成されて
いる構成とした。

【００１５】請求項７のインクジェット用ノズルプレー
トは、上記請求項５のインクジェット用ノズルプレート
において、前記保護層表面にＮiとフッ素系高分子を主
成分とする共析メッキにて形成した撥インク層が形成さ
れている構成とした。

【００１６】

【作用】請求項１のインクジェット用ノズルプレート
は、基板上に吐出口形成層及びこの吐出口形成層より厚
みの厚い保護層が形成されているので、吐出口が直接記
録紙と接触することを確実に防止できる。

【００１７】請求項２のインクジェット用ノズルプレー
トは、上記請求項１のインクジェット用ノズルプレート
において、吐出口形成層が樹脂で形成され、エキシマレ
ーザーにて加工されているので、高精度の吐出口が得ら
れると共に、吐出口周辺部を粗してその表面の濡れ性を
均一にする（親インク性を付与する）ことでインク滴の
噴射方向を改善することができる。

【００１８】請求項３のインクジェット用ノズルプレー
トは、上記請求項１又は２のインクジェット用ノズルプ
レートにおいて、基板が吐出口形成層面側に導電性薄膜
を形成した樹脂成形品からなるので、コストの低減を図
れると共に、連通孔以外の加圧液室、共通液室その他の
流路を一体的に形成することが可能になる。

【００１９】請求項４のインクジェット用ノズルプレー
トは、上記請求項１又は２のインクジェット用ノズルプ
レートにおいて、基板がＮi電鋳にて形成されているの
で、連通孔の位置精度、孔径精度の向上を図れると共
に、連通孔と吐出口との段差を低減できて、その部分へ
の気泡トラップによる噴射不良を防止できる。

【００２０】請求項５のインクジェット用ノズルプレー
トは、上記請求項１、２及び４のいずれかのインクジェ
ット用ノズルプレートにおいて、保護層が金属メッキに
て形成されているので、ノズルプレートの剛性が高くな
ると共に、吐出口形成層の外周を保護することができ
る。

【００２１】請求項６のインクジェット用ノズルプレー
トは、上記請求項１、２及び４のいずれかインクジェッ
ト用ノズルプレートにおいて、保護層がＮiとフッ素系
高分子を主成分とする共析メッキにて形成されているの
で、吐出口間を撥インク性とすることができて、吐出口
間のメニスカスの相互干渉を抑制でき、インク中の活性
剤等の付着による撥インク性の低下に対しても吐出口形
成層との段差によってメニスカスの相互干渉を抑制でき
る。

【００２２】請求項７のインクジェット用ノズルプレー
トは、上記請求項５のインクジェット用ノズルプレート
において、保護層表面にＮiとフッ素系高分子を主成分
とする共析メッキにて形成した撥インク層が形成されて
いるので、低コストで保護層を厚くしつつ、吐出口間を
撥インク性とすることができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面を参照して
説明する。図１は本発明を適用したインクジェットヘッ
ドの外観斜視図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う要部拡大
断面図、図３は図１のノズルプレート表面側の説明図、
図４は図３は図１の他のノズルプレート表面側の説明
図、図５はノズルプレートの製造工程を説明する工程図
である。

【００２４】このインクジェットヘッドは、ヘッド基板
１上にアクチュエータ部２を設け、このアクチュエータ
部２上に液室形成部３を設けてなり、液室形成部３の前
面側に吐出口形成部材であるノズルプレート４を設け、
このノズルプレート４には２列にインク滴を吐出する複
数の吐出口５，５…を形成している。

【００２５】アクチュエータ部２には、ノズルプレート
４の複数の吐出口５からインク滴を吐出させるためのエ
ネルギー発生手段、例えば圧電素子や気泡発生用ヒータ
等が設けられる。また、液室形成部３にはノズルプレー
ト４の吐出口５に連通する液室６が設けられている。こ
の液室形成部３はドライフィルムレジストからフォトリ
ソ法を用いて形成されたり、あるいは樹脂の成型やガラ
ス、樹脂等のエッチングで形成される。

【００２６】ノズルプレート４は、図２に示すように、
吐出口５と液室６とを連通する連通孔７を形成したノズ
ル基板８上に、複数の吐出口５を形成する吐出口形成層
９、及びこの吐出口形成層９より厚みの厚い保護層１０
を形成し、更にこの保護層１０表面に撥インク層１１を
形成したものである。ここで、吐出口形成層９及び保護
層１０（撥インク層１１）の平面形状は、例えば図３に
示すように、個々の吐出口５，５…毎に吐出口形成層
９，９…を形成し、あるいは図４に示すように２列の吐
出口５，５…の各列毎に吐出口形成層９，９を形成し
て、残りの部分（図中、斜線を施して示す部分）を保護
層１０（撥インク層１１）にしている。

【００２７】そこで、このノズルプレート４の製造方法
について図５を参照して説明すると、先ず、同図（ａ）
に示すように、導電性の基板２１の表面に感光性樹脂材
料をコーティング等してマスク部材を用いて露光し現像
処理することによって、所望形状のフォトレジスト２２
をパターニングする。その後、この基板２１上にエレク
トロンフォーミング工法（電鋳）によってＮi（ニッケ
ル）層を積層形成することによって、連通孔７を形成し
たＮiプレートからなるノズル基板８を形成する。

【００２８】そして、同図（ｂ）に示すように、導電性
の基板２１から剥離し、フォトレジスト２１を除去した
ノズル基板８の表面に、ドライフィルムフォトレジスト
をラミネートした後、マスク部材を用いて露光し、現像
処理して、所望形状、例えば上記の図３あるいは図４に
示すような形状にパターニングした吐出口形成層９を形
成する。

【００２９】次いで、図５（ｃ）に示すように、ノズル
基板８の裏面の全面にマスク２３を施し、ノズル基板８
表面の吐出口形成層９が形成されていない部分に、Ｎi
メッキを施して、吐出口形成層９より厚みの厚い保護層
１０を形成した後、同図（ｄ）に示すように、保護層１
０表面にＮi−フッ素共析メッキを施して、撥インク層
１１を形成する。なお、Ｎi−フッ素共析メッキにはＮi
−フッ素系高分子共析メッキを含むものである。

【００３０】その後、同図（ｅ）に示すように、マスク
２３を除去したノズル基板８の裏面側から吐出口用マス
クを通してエキシマレーザーを照射して吐出口形成層９
に吐出口５を形成し、反対側からもエキシマレーザーを
照射して吐出口形成層９の表面、すなわち吐出口５の周
辺部を粗す。

【００３１】このように、このノズルプレート４におい
ては、吐出口５と液室６とを連通する連通孔７を形成し
たＮi基板からなるノズル基板８上に、複数の吐出口５
を形成する樹脂からなる吐出口形成層９、及びこの吐出
口形成層９より厚みの厚いＮiメッキで形成した保護層
１０を設け、更にこの保護層１０表面にＮi−フッ素共
析メッキで形成した撥インク層１１を設けている。

【００３２】ここで、吐出口形成層９を樹脂で形成して
エキシマレーザーで加工することによって、高精度の吐
出口５を形成することができる。また、この場合、吐出
口５の外表面近傍をエキシマレーザーにてわずかにアブ
レーションすることによって粗すことで、吐出口５の外
周表面がインク膜で均一に濡らされて（親インク性が付
与されて）インク溜りが生じ難くなり、インク溜りによ
ってインク滴の吐出方向が曲げられるという不都合が改
善される。

【００３３】しかも、吐出口形成層９よりも厚みの厚い
保護層１０を設けているので記録紙が直接吐出口５に接
触することが確実に防止される。これによって、上記の
ように特に樹脂からなる吐出口形成層９をエキシマレー
ザーで加工して吐出口５を形成するという、高精度な吐
出口５の形成方法を採用した場合においても、吐出口５
が記録紙に接触して損傷することを確実に防止できる。

【００３４】また、ノズル基板８をＮi電鋳によって加
工形成することにより、連通孔７の位置精度、孔径精度
を高くすることができ、連通孔７と吐出口５との接続段
差部を小さくしてその部分に気泡が滞留して噴射不良を
生じるという事態を防止できる。また、連通孔７以外に
も液室６、各液室６にインクを供給する共通液室やその
他の流路を一体に形成することも可能になる。

【００３５】さらに、保護層１０をＮiメッキ等の金属
メッキで形成することによってノズルプレート４の剛性
が高くなる。インクジェットヘッドにおいては、加圧液
室６内にインクを充填した状態でアクチュエータを作動
することでインク圧が急速に高まり、インク滴を吐出す
るが、液室６内部のインク圧の上昇は同時にノズルプレ
ート４自体をも変形させる圧力となるので、この変形が
生じるとインク圧の上昇が阻害され、インク吐出効率の
低下を来すことになるが、ノズルプレート４の剛性を高
くすることによって変形を防止でき、インク吐出効率の
低下を抑えることができる。しかも、金属メッキの厚さ
を制御することによって吐出口形成層９外周を保護する
形状を容易に得ることができる。

【００３６】また、保護層１０表面にＮi−フッ素共析
メッキによる撥インク層１１を形成することによって吐
出口５，５間に撥水性（撥インク性）を持たせることが
でき、吐出口５，５間のメニスカスの相互干渉が防止さ
れる。この場合、低表面張力インクに含まれる活性剤等
の付着による撥水性の低下が多少生じるものの、吐出口
形成層９と撥インク層１１との段差による形状効果によ
って相互干渉は防止できる。この場合、保護層１０自体
に撥水性を持たせることもできるが、撥水層は数μｍの
厚さで足りるので、保護層１０の厚みを厚くする上では
別途撥インク層１１を設ける方が低コストになる。

【００３７】なお、上記実施例においてノズル基板８を
金属材料で形成する場合には、ＮI電鋳に代えて、プレ
ス、エッチング、放電加工等の方法を用いて連通孔７を
形成することもできる。また、ノズル基板８は樹脂で形
成することもでき、樹脂を用いることでコスト低減を図
れると共に、加圧液室や共通液室その他の流路を一体に
形成することが可能になる。ただし、ノズル基板８を樹
脂で形成する場合には、保護層１０を形成するために、
表面に導電層を設ける必要があるが、これはスパッタ、
蒸着、無電解メッキ等によって行うことができる。さら
に、吐出口形成層９は樹脂フィルムをノズル基板８に接
着して形成することもできるが、高精度なパターニング
を行うためには吐出口５と同様にエキシマレーザーによ
る加工が好ましい。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように請求項１のインクジ
ェット用ノズルプレートによれば、基板上に吐出口形成
層及びこの吐出口形成層より厚みの厚い保護層を形成し
たので、吐出口が直接記録紙と接触することを確実に防
止でき、高精度な吐出口が得られ、しかも記録紙との接
触による損傷を防止できて、インクジェット記録装置の
画像品質を向上することができるノズルプレートが得ら
れる。

【００３９】請求項２のインクジェット用ノズルプレー
トによれば、吐出口形成層を樹脂で形成して、エキシマ
レーザーにて加工しているので、高精度の吐出口が得ら
れると共に、吐出口周辺部を粗してその表面の濡れ性を
均一にすることでインク滴の噴射方向を改善することが
できる。

【００４０】請求項３のインクジェット用ノズルプレー
トによれば、基板が吐出口形成層面側に導電性薄膜を形
成した樹脂成形品からなるので、コストの低減を図れる
と共に、連通孔以外の加圧液室、共通液室その他の流路
を一体的に形成することができる。

【００４１】請求項４のインクジェット用ノズルプレー
トによれば、基板をＮi電鋳にて形成しているので、連
通孔の位置精度、孔径精度の向上を図れると共に、連通
孔と吐出口との段差を低減できて、その部分への気泡ト
ラップによる噴射不良を防止できる。

【００４２】請求項５のインクジェット用ノズルプレー
トによれば、保護層を金属メッキにて形成しているの
で、ノズルプレートの剛性が高くなると共に、吐出口形
成層の外周を保護する形状を容易に得ることができる。

【００４３】請求項６のインクジェット用ノズルプレー
トによれば、保護層をＮiとフッ素系高分子を主成分と
する共析メッキにて形成しているので、吐出口間を撥イ
ンク性とすることができて、吐出口間のメニスカスの相
互干渉を抑制でき、インク中の活性剤等の付着による撥
インク性の低下に対しても吐出口形成層との段差によっ
てメニスカスの相互干渉を抑制できる。

【００４４】請求項７のインクジェット用ノズルプレー
トによれば、保護層表面にＮiとフッ素系高分子を主成
分とする共析メッキにて形成した撥インク層を形成して
いるので、低コストで保護層を厚くしつつ、吐出口間を
撥インク性とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したインクジェットヘッドの外観
斜視図

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う要部拡大断面図

【図３】図１のノズルプレート表面側の説明図

【図４】図１の他のノズルプレート表面側の説明図

【図５】ノズルプレートの製造工程を説明する工程図

【符号の説明】

１…ヘッド基板、２…アクチュエータ部、３…液室形成
部、４…ノズルプレート、５…吐出口、６…液室、７…
連通孔、８…ノズル基板、９…吐出口形成層、１０…保
護層、１１…撥インク層。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の吐出口を形成する吐出口形成層
   を、前記吐出口と液室とを連通する連通孔を形成した基
   板上に形成したインクジェット用ノズルプレートにおい
   て、前記基板上に前記吐出口形成層及びこの吐出口形成
   層より厚みの厚い保護層が形成されていることを特徴と
   するインクジェット用ノズルプレート。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のインクジェット用ノズ
   ルプレートにおいて、吐出口形成層が樹脂で形成され、
   エキシマレーザーにて加工されていることを特徴とする
   インクジェット用ノズルプレート。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載のインクジェット
   用ノズルプレートにおいて、前記基板が前記吐出口形成
   層面側に導電性薄膜を形成した樹脂成形品からなること
   を特徴とするインクジェット用ノズルプレート。
4. 【請求項４】 請求項１又は２に記載のインクジェット
   用ノズルプレートにおいて、前記基板がＮi電鋳にて形
   成されていることを特徴とするインクジェット用ノズル
   プレート。
5. 【請求項５】 請求項１、２及び４のいずれかに記載の
   インクジェット用ノズルプレートにおいて、前記保護層
   が金属メッキにて形成されていることを特徴とするイン
   クジェット用ノズルプレート。
6. 【請求項６】 請求項１、２及び４のいずれかに記載の
   インクジェット用ノズルプレートにおいて、前記保護層
   がＮiとフッ素系高分子を主成分とする共析メッキにて
   形成されていることを特徴とするインクジェット用ノズ
   ルプレート。
7. 【請求項７】 請求項５に記載のインクジェット用ノズ
   ルプレートにおいて、前記保護層表面にＮiとフッ素系
   高分子を主成分とする共析メッキにて形成した撥インク
   層が形成されていることを特徴とするインクジェット用
   ノズルプレート。