JPH08318628A - インクジェット記録ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】着弾位置精度の高い、応答性の優れたインクジ
ェット記録ヘッドの提供。 【構成】インクジェットヘッドのノズル板は、ノズル板
全面にポリテトラフロロエチレンを含むニッケル燐複合
鍍金をほどこした後にノズル板の裏面からエキシマレー
ザー光を照射し、ノズル板裏面のポリテトラフロロエチ
レンを選択的に除去すると共に微細な凹凸を形成する。 【効果】ノズル内面に優れた親水性が得られ、親水性と
ノズル表面の撥水性との境界を均質化できるので、イン
クの吐出方向が安定し高い着弾精度が得られると共に、
連続応答性が確保できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインクを吐出して記録用
紙上に文字記号等を表出するインクジェット記録ヘッド
に関し、特に複数の吐出口を有するノズル板の改良に関
する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録ヘッドの価値は、印
字品質と印字速度で決まる。優れた印字品質は、高い画
素位置精度つまり高い着弾精度が必須であり、これはイ
ンク吐出方向の高精度化と、均一な吐出速度により達成
できる。また、印字速度の向上はインク吐出後の圧力室
への急速なインク補充が重要な要素である。

【０００３】高印字品質且つ高速印字のインクジェット
記録ヘッドのノズル板に要求される品質は、ノズル表面
の撥水性と、ノズル内面の親水性と、ノズル表面の耐ワ
イピング性と、適正なノズル内面形状である。それぞれ
について、以下に説明する。

【０００４】ノズル表面の撥水性が劣ると、ノズル表面
にインクが付着しインク吐出方向を乱し、着弾精度を劣
化させる。またノズル表面は、ゴムブレード等によるワ
イピング動作を受けるが、これにより撥水性が劣化しな
い耐擦過性も必要である。

【０００５】圧力室内に気泡が存在すると、インクを吐
出するための圧力の一部が気泡に吸収され、インク吐出
速度にバラツキが生じ、着弾精度を劣化させる。特に、
インク吐出圧力に影響の大きい圧力室とノズル板との繋
ぎ目は、凹凸や段差を防ぐ配慮が重要である。ノズル穴
内面形状も凹凸や段差の無い円滑な流路形状を構成し、
気泡残留やインクの乱流を防ぐ工夫が必要である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、吐出
方向の確保と吐出速度のバラツキの最小化により着弾位
置精度を高めた、且つ応答性の優れたインクジェット記
録ヘッドを提供する事である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明のインクジェット記録ヘッドは下記記載の方法を
採用する。

【０００８】インクを吐出して記録用紙上に文字記号等
を表出するインクジェット記録ヘッドであって、記録用
紙に向かってインクを吐出する複数のノズル口を有する
ノズル板と、ノズル板のノズル口に連通する複数の圧力
室と、該圧力室に対応して配設した複数の機械的変位発
生部とを有し、ノズル板は、ノズル板全面にポリテトラ
フロロエチレンを含むニッケル燐複合鍍金を施した後
に、ノズル板の裏面からノズル板に垂直にエキシマレー
ザー光を照射することにより、ノズル板裏面のポリテト
ラフロロエチレンを選択的に除去すると共に微細な凹凸
を形成することを特徴とする。

【０００９】

【実施例】図１は本発明にかかわる高速インクジェット
プリンタの一実施例を示す斜視図である。

【００１０】インクジェット記録ヘッド１００は、プリ
ンタ本体の図示せぬ制御部からの信号に基づいてインク
を吐出し、記録用紙７００に文字記号等を表出する。

【００１１】キャリッジ２００は、インクジェット記録
ヘッド１００を搭載しており、第１のキャリッジ軸３０
０と第２のキャリッジ軸３０１により直線移動可能に案
内されており、更にキャリッジベルト４００が固着して
いる。キャリッジベルト４００はプーリー６００を介し
てキャリッジモーター５００に連結している。プリンタ
本体の図示せぬ制御部からの信号に基づいてキャリッジ
モーター５００を駆動する事で、インクジェット記録ヘ
ッド１００を記録用紙７００の搬送方向と直角の方向に
往復搬送する。

【００１２】プラテン８００は記録用紙７００を巻回
し、図示せぬピンチローラーと協働して記録用紙７００
を挟持している。プラテン８００には紙送りモーター９
００が直結している。プリンタ本体の図示せぬ制御部か
らの信号に基づいて紙送りモーター９００を駆動する
と、これに応じて記録用紙７００が搬送される。インク
ジェット記録ヘッド１００と記録用紙７００との隙間
は、お互いが接触しない程度の１〜１．５ｍｍに設定し
てある。

【００１３】次に図２を用いて本発明の実施例のインク
ジェット記録ヘッド１００を説明する。図２は、インク
ジェット記録ヘッド１００の一部を破断して示す斜視図
である。

【００１４】圧電素子１０３は、インク吐出の圧力を発
生するための機械的変位の発生源であり、圧電素材と電
極素材が多数の層状に形成されており、圧電素材と電極
素材との間に電圧を印加することにより機械的に変位す
る。圧電素子１０３は、直線状の溝加工により複数に分
断してある。溝により分断された圧電素子壁部１０３ａ
が、電圧の印加により機械的変位を生じる部分である。

【００１５】圧電素子１０３には、それぞれの圧電素子
壁部１０３ａに共通した共通電極部１０３ｃと、電気的
に独立したそれぞれの圧電素子壁部１０３ａの給電部１
０３ｂとが設けてある。所望の給電部１０３ｂと共通電
極部１０３ｃとの間に電位差を与えることにより、所望
の圧電素子壁部１０３ａに機械的な変位が生じる。

【００１６】圧電素子１０３の溝本数はノズル口部７３
の２倍数設け、圧電素子壁部１０３ａの半数はインク吐
出のための圧力を生じるための機械的変位発生用であ
り、残りの半数は機械的変位を支える支柱となってい
る。

【００１７】圧電素子壁部１０３ａの前部にはシール板
１０６を接着し、圧電素子壁部１０３ａの後部には封止
板１０７を接着することで、溝加工された圧電素子壁部
１０３ａの機械的強度を確保している。

【００１８】シール板１０６と封止板１０７の接着後
に、圧電素子壁部１０３ａとシール板１０６と封止板１
０７との上面は、３者同時に同時加工し同一面を形成す
る。この面に、３〜５０μｍの金属薄板構成のダイヤフ
ラム１０４の下面をエポキシ系接着剤で接着する。これ
により、圧電素子壁部１０３ａの機械的変位が、ダイヤ
フラム１０４へ伝わる構成になっている。

【００１９】液室上板１０５は、複数の供給口１０５ａ
と、液室上板凹部１０５ｂと、圧力室１０５ｃと、圧力
室口１０５ｄを有する。液室上板１０５には共通のイン
ク供給路である液室上板凹部１０５ｂを設け、その液室
上板凹部１０５ｂの底部にはノズル口部７３と同数の供
給口１０５ａを設ける。液室上板１０５の下面には、供
給口１０５ａと同数の圧力室１０５ｃが圧電素子壁部１
０３ａと同方向に設けてある。

【００２０】圧力室１０５ｃの後端は供給口１０５ａ
が、また前端には圧力室口１０５ｄが設けてある。供給
口１０５ａの断面積は、圧力室１０５ｃの圧力の逃げを
少なくし且つインク補充を可能とする流路抵抗に設定す
る。供給口１０５ａから圧力室１０５ｃまでの間の断面
積は、徐々に大きくした形状とする。圧力室１０５ｃか
ら圧力室口１０５ｄまでの断面積は徐々に小さくし、圧
力室口１０５ｄの形状はノズル口部７３の反対側の形状
に合わせる。

【００２１】液室上板１０５の下面とダイヤフラム１０
４の上面とはエポキシ系接着剤で接着することで、機械
的強度を得ると共に複数の圧力室１０５ｃ間のシール性
を確保する。この液室上板１０５とダイヤフラム１０４
との接着シール性の確保による圧力室１０５ｃの圧力の
漏れ防止が、インク吐出速度を均一化するために重要で
ある。

【００２２】上記の液室上板１０５とダイヤフラム１０
４の接着の時、それぞれの圧力室１０５ｃの位置は、ダ
イヤフラム１０４を介してそれぞれの圧電素子壁部１０
３ａと対抗する位置に合わせて接着する。これにより、
圧電素子壁部１０３ａの機械的変位がダイヤフラム１０
４を介して圧力室１０５ｃに伝わる構成をとる。

【００２３】圧電素子１０３の端面に設けたシール板１
０６と、ダイヤフラム１０４の端面と、液室上板１０５
の端面は、３者の接着後に同時加工し同一面とし、ノズ
ル板接着面を形成する。

【００２４】ノズル板１０１は、インクを吐出する複数
のノズル口部７３を有し、上記ノズル板接着面にエポキ
シ系接着剤でインク漏れの無いように封止接着する。ノ
ズル板１０１のノズル口部７３と圧力室口１０５ｄとの
位置を十分に合わせことがインク吐出方向の安定化に重
要である。

【００２５】液室上板１０５の上面には、上板１０９を
重ねて封止接合する。これにより、液室上板凹部１０５
ｂと上板１０９によりインク溜めを形成する。

【００２６】上板１０９はインクタンク用穴１０９ａを
有し、インクタンク用穴１０９ａにはインクを保有する
インクタンク１１１の結合突起部１１１ａが入ってい
る。

【００２７】インクタンク１１１のインクは、液室上板
凹部１０５ｂから供給口１０５ａ経て圧力室１０５ｃ入
り、圧電素子１０３による圧力をダイヤフラム１０４を
介して受け、ノズル口部７３から記録用紙７００に向か
って吐出する。

【００２８】次に、図３と図４と図５と図６を用いてノ
ズル板１０１の詳細を説明する。図３はノズル板１０１
を示す斜視図である。図４はノズル口部７３の断面形状
を説明するための拡大図である。図５はノズル板１０１
にポリテトラフロロエチテンを含むニッケル燐複合鍍金
をほどこした後の状態を説明する図である。図６の左側
ではノズル板１０１にポリテトラフロロエチテンを含む
ニッケル燐複合鍍金をほどこした後にエキシマレーザー
光の照射を説明し、図６の右側はエキシマレーザー光の
照射後の鍍金状態を説明する図である。

【００２９】図３及び図４において、ノズル本体５５は
ニッケル、ステンレス鋼、鉄ニッケル合金等の金属製の
厚さ２０〜１００μｍの一枚の薄板状であり、電気鋳造
法、フォトエッチング加工、塑性加工等により形成す
る。

【００３０】ノズル板１０１は、インクを吐出する直径
３０〜４０μｍの正方形の複数のノズル口部７３を有す
る。ノズル穴内面７７の形状は、角錘台形状の穴であ
る。ノズル板１０１のノズル口部７３の反対側の形状
は、圧力室口１０５ｄと一致させてあり、圧力室口１０
５ｄとの繋ぎ目に段差や凹凸の生じない流路形状として
いる。ノズル板１０１と圧力室口１０５ｄの繋ぎ目に段
差や凹凸が有る場合には、この部分に気泡が残留し、イ
ンクを吐出する圧力が吸収されてしまい吐出速度の不均
一を生じてしまう。

【００３１】本実施例は単純な角錐台状の内面形状とし
ているが、圧力室口１０５ｄの形状に合わせて、例えば
円錐状でもよいし、またビール瓶の上半分の形状ように
曲面を多用した円滑な形状であってもよい。

【００３２】次に、ノズル本体５５の表面処理工程を説
明する。

【００３３】図４及び図５に示しように、ノズル本体５
５の全面には、０．１〜０．５μｍのほぼ球形のポリテ
トラフロロエチレン等の重合体を含むニッケル燐複合鍍
金５７を施す。その表面は、ニッケル燐鍍金８１により
ポリテトラフロロエチレン等の重合体７９を抱え込む構
成となっており、撥水性が確保されている。

【００３４】ポリテトラフロロエチレン等の重合体を含
むニッケル燐複合鍍金５７は、鍍金後３００〜４００℃
の高温で熱処理することにより、ニッケル燐の硬度を向
上させる。これにより、ニッケル燐鍍金８１が摩耗しに
くくなり、ワイピング動作による擦過動作を受けても、
ポリテトラフロロエチレン等の重合体７９の抱え込みが
維持でき、高い撥水性を確保でき、優れた耐久性が得ら
れる。この時、ノズル穴内面７７もノズル裏面７５も同
様の表面状態になる。

【００３５】図６の左側に示すように、鍍金と熱処理を
終えたノズル本体５５は、ノズルの裏面側の方向からノ
ズル本体５５に垂直にエキシマレーザー光を照射する。
これにより、図６の右側に示すようにポリテトラフロロ
エチレン等の重合体を含むニッケル燐複合鍍金５７のポ
リテトラフロロエチレン等の重合体７９が昇華し消滅
し、ニッケル燐鍍金８１のみが残る。

【００３６】このエキシマレーザー光の照射の時、ノズ
ル板１０１の表面にドライフィルムレジストのような合
成樹脂のシートを針張り付け、加工後に剥すことで、ノ
ズル板１０１の表面の汚れを保護しても良い。

【００３７】エキシマレーザー光を照射した面は、０．
１〜０．５μｍのほぼ球形のポリテトラフロロエチレン
等の重合体７９が昇華した痕の細かい凹凸が形成され、
優れた親水性が得られる。

【００３８】エキシマレーザーは指向性が強く且つノズ
ル板１０１の裏側平面に垂直に照射するため、角錘台状
のノズル穴内面７７の全面が照射できるのでと共に、ノ
ズル表面７１への回り込みが無い。従って、エキシマレ
ーザー照射のあるノズル穴内面７７の親水面と、照射の
無いノズル表面７１の撥水面との境界が、ノズル口部７
３に一致して均質に形成できる。この親水面と撥水面の
境界が均質化により、インク吐出後のノズル内側のイン
ク曲面の中心がノズル穴内面７７の中心線と一致するた
め、インクの吐出方向はノズル板１０１に垂直に一定に
なり、高い着弾精度が得られる。

【００３９】次に、インクジェット記録ヘッド１００が
インクを吐出する動作について説明する。

【００４０】プリンタ本体の図示せぬ制御部からの信号
に基づいて、給電部１０３ｂを経て圧電素子１０３に電
圧を印加すると、圧電素子壁部１０３ａが機械的に伸縮
する。

【００４１】圧電素子壁部１０３ａの機械的伸縮はダイ
ヤフラム１０４を介して液室上板１０５の圧力室１０５
ｃに伝わり、圧力室１０５ｃの圧力が上昇する。これに
より、圧力室１０５ｃ内のインクは圧力室口１０５ｄを
経てノズル口部７３から記録用紙７００に向かって吐出
する。

【００４２】記録用紙７００に向かって吐出したインク
以外のインクは、圧電素子１０３への電圧解除による圧
力室１０５ｃの圧力が低下と、インクの表面張力によ
り、ノズル口部７３を越えてノズル穴内まで引き戻され
る。

【００４３】この時のノズル内のインクが形成する曲面
はノズル穴内面７７は親水性であるため、インク表面端
部がノズル口部７３に維持でき、インク表面中央部が大
きく後退する。

【００４４】その結果、インク表面が形成する曲面の曲
率は大きくなり、インクの表面張力によるインク補充が
急速に行え、高速応答が可能であり、高速連続印字に対
応できる。

【００４５】エキシマレーザー光を照射しない状態で
は、ノズル裏面７５は、ポリテトラフロロエチレン等の
重合体を含むニッケル燐複合鍍金５７のポリテトラフロ
ロエチレン等の重合体７９があるため、撥水状態であ
る。

【００４６】この状態では、ノズル内のインクが形成す
る曲面はノズル穴内面７７が撥水性はであるため、イン
ク表面端部がノズル口部７３に維持できず、ノズル穴内
面７７に沿って後退する。インク表面中央部はそれより
も僅かに後退する。

【００４７】そのため、インク表面が形成する曲面の曲
率が小さくなり、インクの表面張力によるインク補充が
遅くなり、応答性が劣る。

【００４８】

【発明の効果】以上の説明のように本発明は、ポリテト
ラフロロエチレン等の重合体を含むニッケル燐複合鍍金
により撥水性と耐久性が確保された面を、エキシマレー
ザーを照射することで、ポリテトラフロロエチレン等の
重合体を昇華し消滅するため、鍍金表面はニッケル燐鍍
金のみを残して且つ微細な凹凸表面が形成されるので、
優れた親水性が得られる。

【００４９】エキシマレーザーは指向性が強く且つノズ
ル板に垂直に照射するため、ノズル穴内面の全面が照射
できるので、ノズル表面の撥水性との境界がノズル口部
に一致して明確化できる。このため、インク吐出後のノ
ズル穴内面のインクは、インク表面の端部がノズル口部
に維持できるため、インク表面の中央部が形成する曲面
の曲率は大きくなり、インクの表面張力による吐出後の
インク補充が急速に行え、高速印字に対応できる。

【００５０】また、均質化した親水面と撥水面の境界が
得られるため、インク吐出後のノズル内側のインク曲面
の中心がノズル穴内面の中心線と一致するためインクの
吐出方向は一定になり、印字品質に重要な高い着弾精度
が得られる。

【００５１】さらに、段差や凹凸の無い円滑な流路形状
のノズル穴内面や液室上板との接続形状を形成できるの
で、残留気泡が無く、安定した吐出速度が得られ、印字
品質を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる高速インクジェットプリンタの
一実施例をを示す斜視図である。

【図２】本実施例のインクジェットヘッドの一部切削斜
視図である。

【図３】本実施例のノズル板を示す斜視図である。

【図４】本実施例のノズル口部の断面形状を説明するた
めの拡大図である。

【図５】本実施例の表面処理後の状態を説明する図であ
る。

【図６】本実施例の表面処理後の処理を説明する図であ
る。

【符号の説明】

５５ ノズル本体 ７１ ノズル表面 ７３ ノズル口部 ７５ ノズル裏面 ７７ ノズル穴内面 １０１ ノズル板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インクを吐出して記録用紙上に文字記号等
   を表出するインクジェット記録ヘッドであって、記録用
   紙に向かってインクを吐出する複数のノズル口を有する
   ノズル板と、ノズル板のノズル口に連通する複数の圧力
   室と、該圧力室に対応して配設した複数の機械的変位発
   生部とを有し、 ノズル板は、ノズル板全面にポリテトラフロロエチレン
   を含むニッケル燐複合鍍金を施した後に、ノズル板の裏
   面からエキシマレーザー光を照射することにより、ノズ
   ル板裏面のポリテトラフロロエチレンを選択的に除去す
   ると共に微細な凹凸を形成することを特徴とするインク
   ジェット記録ヘッドの製造方法。