ノズル板、液滴吐出装置、画像形成装置及びノズル板の製造方法
【課題】液滴吐出ヘッドを構成する流路板に対する接合剥れが発生しにくいノズル板を提供する。
【解決手段】複数の加圧液室及び加圧液室に液体を供給する液体供給路を形成した流路板に対して接合され、各加圧液室と連通して液体を吐出する複数のノズル孔４１を備え、液滴吐出面４０Ａにおいて最も外側の列に設けたノズル４１のエッジ部から、少なくとも流路板における加圧液室及び液体供給路よりなる流路構造の形成箇所の端部まで板厚が減少する板厚漸減面４２を備えるようにした。
【解決手段】複数の加圧液室及び加圧液室に液体を供給する液体供給路を形成した流路板に対して接合され、各加圧液室と連通して液体を吐出する複数のノズル孔４１を備え、液滴吐出面４０Ａにおいて最も外側の列に設けたノズル４１のエッジ部から、少なくとも流路板における加圧液室及び液体供給路よりなる流路構造の形成箇所の端部まで板厚が減少する板厚漸減面４２を備えるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴を吐出する液滴吐出装置に用いられるノズル板と、それを備えた液滴吐出装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、数十ミクロンの大きさで形成したノズル孔を有するノズル板と、加圧液室を有する流路板と、を備え、圧電素子などの圧力発生手段に電圧を印加して撓み（伸張／収縮）運動をさせることにより加圧液室の体積を変化させ、加圧液室内の圧力を変化させることにより、連通するノズル孔から、インクやＤＮＡ試料、液体レジストなどの液体を吐出する液滴吐出ヘッド（液滴吐出装置）が知られている。
このような液滴吐出ヘッドのうち、インク等の記録液を吐出する液滴吐出ヘッドを適用したプリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、プリンタ／ファックス／複写機複合機等の画像形成装置としては、液滴吐出ヘッドで構成した記録ヘッド（印字ヘッド）をキャリッジに搭載して、このキャリッジを記録媒体（以下「用紙」というが、材質を紙に限定するものではない）の搬送方向に対して直交する方向にシリアルスキャンさせるとともに、用紙を記録幅に応じて間歇的に搬送し、搬送と記録を交互に繰り返すことによって用紙に画像を形成するシリアル型画像形成装置や、１ヘッド当たりのノズル数を増やしたライン型の記録ヘッドを搭載したライン型画像形成装置がある。
かかる画像形成装置における大きな技術課題として、高速化及び高画質化があり、この課題への対応策として、特にライン型の記録ヘッドについては記録ヘッドをより長尺化し、1ヘッドあたりのノズル数をさらに増加させる方法がある。
なお、ヘッドを長尺化するに際しては、低コスト化の要求があるため、ノズル板の材料としては、長尺化への対応が比較的容易で、コストも低い金属プレートや樹脂プレートが選定されやすい。
ノズル孔はエッチングやプレスによる打ち抜き加工や塑性加工により形成されるが、ノズル孔をエッチングで加工する場合は加工に長時間を要するために、ライン型ヘッドなどの長尺なノズル板の加工には不向きであり、パンチを用いたプレス加工が有効であると考えられている。
【０００３】
さて、金属プレートにプレス加工でノズル孔を高密度で形成する際に、ダイとストリッパーによりワークを固定して加工が行われるが、金属プレートに複数のノズル孔を形成すると加工硬化によりノズル孔の形成部分に撓みが発生する。
ノズル板を流路板に接合する際には、ノズル板全体を加圧しながら接合を行うことが一般的だが、この加圧によって、プレス加工に起因する撓み部分が平坦化されるものの、ノズル板を構成する金属部品の復元力により撓み形状が元に戻り、ノズル部品と流路板での接合強度が弱まり接合剥れが発生することがある。
また、撓みが発生した状態で加圧接合するため、撓みが発生しているノズル孔周辺の箇所と、撓みが発生していない平坦部とでは加圧力に差が生じるため、均等な加圧が得られず、やはり接合強度が乏しい部分が生まれて、その部分で接合剥れが発生することがある。
さらに、撓みが発生したノズル孔形成部と接する流路板の加圧液室付近は流路構造が高密度に形成されているために、ノズル板との接合面積が狭く、流路構造が形成されていない部分よりも接合強度が弱いため、ここでも接合剥れが発生しやすい。
上記の問題を踏まえ、ノズル板と流路板との接合強度を向上させるために、特許文献１には、液滴吐出面に微細な複数の凸部を形成し、接合の際の押圧すべき箇所を均等に押圧できるようにした方法が記載されている。
また、特許文献２には、ノズル板の板厚を厚くし、薄板化が必要な場合には、組み立て後に研磨加工により薄板化する方法が開示されている。これによれば、厚肉のノズル板に対してパンチ加工をすることで、撓みが生じにくい利点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示の方法では、液滴吐出面に凸部を形成することにより、液滴吐出ヘッドをプリンタに組み込んだ場合に、液滴吐出面に当接してクリーニングを行うワイパーが、凹凸に引っかかって劣化しやすい、という問題がある。
また、特許文献２に開示の方法では、板厚を厚くすることで、プレス加工に用いるパンチが早期に劣化し、加工コストが上昇するという問題がある。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、ノズル孔の形成時に金属プレートなどにプレス加工によって生じた撓みの復元力を弱くし、かつ流路板への加圧接合時に撓みが平坦化しやすくなって均等な加圧接着が可能となることで、接合後の接合剥れが発生しにくいノズル板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、複数の加圧液室及び各加圧液室に液体を供給する液体供給路を形成した流路板の外面に対して内面を接合される平板状のノズル板であって、前記各加圧液室と夫々連通した状態で少なくとも１列に配列された液体吐出用の複数のノズル孔と、前記ノズル板の外面に設けられ、前記ノズル孔列を中心として該ノズル孔列の配列方向と直交する両外側方向へテーパー状に厚みを漸減させる板厚漸減面と、を備えたノズル板を特徴とする。
本発明によれば、ノズル孔付近でのノズル板の復元力が弱まり、加圧接合の際に一度緩和された撓みが元に戻りにくくなるので、流路板に対して十分な接合強度が得られ、接合剥れが少ないノズル板を実現出来る。
また、請求項２の発明は、前記板厚漸減面は、前記各ノズル孔の前記外側エッジ部から始端し、前記両外側方向へ延在する請求項１に記載のノズル板を特徴とする。
本発明によれば、ノズル孔付近でのノズル板の復元力が弱まり、加圧接合の際に一度緩和された撓みが元に戻りにくくなるので、流路板に対して十分な接合強度が得られ、接合剥れが少ないノズル板を実現出来る。
【０００６】
また、請求項３の発明は、前記板厚漸減面は、前記各ノズル孔の外周に形成した非テーパー面の外側エッジ部から始端し、前記両外側方向へ延在する請求項１に記載のノズル板を特徴とする。
本発明によれば、ノズル孔付近でのノズル板の復元力が弱まり、加圧接合の際に一度緩和された撓みが元に戻りにくくなるので、流路板に対して十分な接合強度が得られ、接合剥れが少ないノズル板を実現出来る。
さらに、ノズル孔のエッジ部分が鋭利でないため、画像形成装置に搭載された際のクリーニング動作時におけるワイパーを傷つけることが無くなる。
また、請求項４の発明は、前記板厚漸減面は、前記ノズル板の平坦な内面との間隔をテーパー状に連続的に漸減させるように構成されている請求項１乃至３の何れか一項に記載のノズル板を特徴とする。
本発明によれば、接合の際に均等に加圧を得られることで、接合の際に均等に加圧をすることができ、接合強度の分布が緩和されて、流路板に対する接合剥れが少ないノズル板を実現出来る。
【０００７】
また、請求項５の発明は、前記板厚漸減面は、前記ノズル板の前記両外側端縁、或いは該両外側端縁の手前まで延在している請求項１乃至４の何れか一項に記載のノズル板を特徴とする。
本発明によれば、ノズル板全体の反りが緩和されて、接合の際に均等に加圧をすることができ、流路板に対する接合強度が向上することで、接合剥れの少ないノズル板を実現出来る。
また、請求項６の発明は、ステンレス系の金属部材で構成されている請求項１乃至５の何れか一項に記載のノズル板を特徴とする。
本発明によれば、安価で長尺への対応が可能な部品を形成することが出来る。
【０００８】
また、請求項７の発明は、前記ノズル孔が、プレス工法を用いた形成される請求項１乃至６の何れか一項に記載のノズル板を特徴とする。
本発明によれば、安価で長尺への対応が可能な部品を形成することが出来る。
また、請求項８の発明は、液滴吐出面に撥液層を備えている請求項１乃至７の何れか一項に記載のノズル板を特徴とする。
本発明によれば、液滴吐出の安定性の高いノズル板を実現することが出来る。
【０００９】
また、請求項９の発明は、液滴を吐出する複数のノズル孔を形成したノズル板と、
前記ノズル板に接合され、各ノズルと連通する複数の加圧液室及び該加圧液室に液体を供給する液体供給路を形成した流路板と、液滴吐出のための圧力を各加圧液室に加えることにより、前記加圧液室に供給された液体を各ノズルから吐出させる圧力発生手段と、を備えた液滴吐出装置であって、前記ノズル板は、請求項１乃至８の何れか一項に記載のノズル板である液滴吐出装置を特徴とする。
また、請求項１０の発明は、請求項９に記載の液滴吐出装置を備えた画像形成装置を特徴とする。
また、請求項１１の発明は、ノズル板となる板状材料に対し、前記ノズル板の液滴吐出面とは反対側の面からプレス加工を行うプレス工程と、前記プレス加工による押し込みにより前記板状部材の前記液滴吐出面側に発生した凸部を、回転研磨機による研磨により除去して、前記板状材料の厚み方向で貫通する少なくとも１列のノズル孔を配列形成する研磨工程と、を備え、前記研磨工程において、前記回転研磨機の回転パッドを前記ノズル孔付近に合わせて研磨を行うことにより、前記回転パッドの内側と外側の回転速度の差によって前記ノズル孔列を中心として前記ノズル孔列の配列方向と直交する両外側方向へテーパー状に厚みを漸減させる板厚漸減面を形成することを特徴とするノズル板の製造方法を特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように構成したことにより、本発明によれば、金属プレートなどにプレス加工によってノズル孔を形成する際に撓みが生じた加工部分の復元力が弱まり、かつ流路板への加圧接合時に撓みが平坦化しやすくなって均等な加圧接着が可能となることで、接合剥れが発生しにくいノズル板及び液滴吐出装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドの概略図。
【図２】本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図。
【図３】図１に示す液滴吐出ヘッドのＡ−Ａ断面図。
【図４】図１に示す液滴吐出ヘッドのＢ−Ｂ断面図。
【図５】本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドにおいて特徴的なノズル板の流路形状を示す断面図。
【図６】本実施形態に係る液滴吐出ヘッドのノズル板の製造方法を示す断面図。
【図７】複数列のノズル孔４１を備えた場合のノズル板４０の断面図。
【図８】図５に示すノズル板４０の変形例を示す図。
【図９】打ち抜き加工によってノズル孔４１を形成する場合のノズル板の断面図。
【図１０】プレス加工後のノズル付近の状態を示すノズル板の断面図。
【図１１】本実施形態に係る液滴吐出ヘッドを適用したインクカートリッジを示す図。
【図１２】本実施形態に係る液滴吐出ヘッドを採用した液滴吐出記録装置の一例を示す斜視説明図。
【図１３】本実施形態に係る液滴吐出ヘッドを採用した液滴吐出記録装置の一例を示す側面説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドの概略図、図２は、本発明の液滴吐出ヘッドの分解斜視図、図３は、図１のＡ−Ａ断面図、図４は、Ｂ−Ｂ断面図である。
図２乃至図４に示すように、本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドは、フレーム部材１０上に、振動板２０、流路板３０、ノズル板４０を順次積層（接合）した構成を備えている。
詳しくは、フレーム部材１０は、金属あるいはセラミックスなどの高剛性材料で形成したベース基板１３（図３、図４）と、ベース基板１３に接合されており、流路板３０に備えた加圧液室３１内の液体（例えばインク）を加圧するための圧力発生手段（アクチュエータ手段）である電気機械変換素子としての積層型圧電素子１４（図３、図４）と、上述の加圧液室３１と連通した共通液室１１となる凹部、この共通液室１１に外部からインクを供給するためのインク供給穴１２を形成している。
このフレーム部材１０は、例えばエポキシ系樹脂或いはポリフェニレンサルファイトで射出成形により形成している。
【００１３】
積層型圧電素子１４は、厚さ１０〜５０μｍ／１層のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電層と、厚さ数μｍ／１層の銀・パラジューム（ＡｇＰｄ）からなる内部電極層とを交互に積層したものであり、内部電極を交互に端面の端面電極（外部電極）である個別電極、共通電極に電気的に接続し、これらの電極に図３に示すＦＰＣケーブル１７を介して駆動信号を供給するようにしている。
また、圧電素子１４は、一方の面をベース基板１３に接合されているが、他方の面は、振動板２０に接合されている。
この圧電常数がｄ２３である圧電素子１４の伸縮により、振動板２０が撓むことにより、対応する加圧液室３１を収縮、膨張させるようになっている。
なお、圧電素子１４に駆動信号が印加され充電が行われると伸長し、また圧電素子１４に充電された電荷が放電すると反対方向に収縮する。
【００１４】
また、図４に示すように、各圧電素子１４の間には加圧液室３１、３１間の隔壁部３１ａに対応して支柱部１５を設けている。ここでは、圧電素子部材にハーフカットのダイシングによるスリット加工を施すことで櫛歯状に分割して、１つ毎に圧電素子１４と支柱部１５として形成している。支柱部１５の構成は圧電素子１４と同じであるが、駆動電圧を印加しないので単なる支柱してのみ機能する。
振動板２０は、電鋳法により形成されており、その外周部２０Ａをフレーム部材１０に接着剤にて接合されている。
また、振動板２０は、加圧液室３１と連通してフレーム部材１０の共通液室１１から加圧液室３１にインクを供給するためのインク供給口２１を備えている（図２、図３）。
振動板２０は、３層構造のニッケルの金属プレート状に形成したもので、例えば電鋳法で作製しているが、この他の金属板や樹脂板或いは金属と樹脂板との積層部材や金属と金属の積層部材（複層構造部材）などを用いることもできる。
【００１５】
流路板３０は、例えばステンレス鋼材をプレート状に成形したもので、例えばプレス加工法にて加圧液室３１、インク供給路３３（図３）を形成し、ダンパ室３２をウエットエッチング加工法にて加圧液室３１よりも浅くハーフエッチングにより形成したものや、例えば、結晶面方位（１１０）の単結晶シリコン基板を水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）などのアルカリ性エッチング液を用いて異方性エッチングすることで、加圧液室などの流路パターンを形成したもの（単結晶シリコンに限らない）などを用いることもできる。
なお、ダンパ室３２は、ノズル板４０と振動板２０により、矩形の空間となるが大気連通管２２を通して大気と連通することにより、エアダンパ効果を持たせる構造としている。
【００１６】
ノズル板４０は各加圧液室３１に対応してノズル孔４１を形成している。
このノズル板４０としては、例えばステンレス鋼材をプレート状に形成したもので、後述するように、例えばパンチを用いた打ち抜き加工もしくは塑性加工と研磨工程を組み合わせた加工によりノズル孔４１を形成している。
ノズル板４０をＳＵＳ（ステンレス）系の金属部材で構成することで、安価で長尺対応なノズル板を形成することが可能である。
また、ノズル孔４１の内部形状（内側形状）は、ストレート形状、もしくはテーパー形状、または、二つを組み合わせたストレート−テーパー形状に形成し、このノズル孔４１の穴径はインク滴出口側の直径で約１０〜３５μｍとしている。さらに、各列のノズルピッチは１５０ｄｐｉとした。
また、ノズル板４０のノズル面（吐出方向の表面（外面）：液滴吐出面）４０Ａには、図示しない撥水性の表面処理を施した撥水処理層を設けている。撥水処理層としては、例えば、ＰＴＦＥ−Ｎｉ共析メッキやフッ素樹脂の電着塗装、蒸発性のあるフッ素樹脂（例えばフッ化ピッチなど）を蒸着コートしたもの、シリコン系樹脂・フッ素系樹脂の溶剤塗布後の焼き付け等、インク物性に応じて選定した撥水処理膜を設けて、インクの滴形状、飛翔特性を安定化し、高品位の画像品質を得られるようにしている。
【００１７】
図５は、本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドにおいて特徴的なノズル板の形状を示す断面図である。
なお、図５において、図中下側が、液滴（インク）の吐出方向である。
また、図５は、図１におけるＡ−Ａ線に沿ったノズル板１の断面図であり、この場合、ノズル孔４１が１列のみの場合を示している。
図５に示すように、本実施形態に係る液滴吐出ヘッドにおけるノズル板４０では、ノズル孔４１のエッジ（外側エッジ部）４１ａから、図１にも示すＣ方向に向かって板厚（流路板３０側の平坦な内面４０Ｂとの間隔）が徐々に減少（テーパー状に漸減）している部分（板厚漸減面４２）を備えている。Ｃ方向は、ノズル孔４１の配列方向と直交するノズル板の両外側方向である。
この板厚漸減面４２が、少なくとも加圧液室３１及びインク供給路３３を備えた流路板３０の流路構造の端部３４（図３）まで続くことで、ノズル付近（ノズル板４０と流路板３０との接合の際に接する加圧液室３１の範囲）での板の復元力が弱まり、加圧接合の際に一度緩和された撓みが元に戻りにくくなり、十分な接合強度が得られて接合剥れの少ない液滴吐出ヘッドの製作が可能となる。
【００１８】
また、ノズル板４０全体の反りも緩和されて接合の際に均等な加圧が得られ接合強度が向上することで接合剥れの少ない液滴吐出ヘッドの製作が可能となる。
また、板厚漸減面４２は、ノズル４１のエッジ４１ａからテーパー状に連続的に板厚（流路板３０側の内面４０Ｂとの間隔）が減少するようにする。
こうすることで、接合の際に、接合部分に均等に圧力を加えることが出来るので、ノズル板４０中での接合強度の分布が緩和されて、接合剥れの少ない液滴吐出ヘッドの製作が可能となる。
すなわち、この形状することにより、プレス加工でノズル板の撓みが発生しても、金属部材の復元力がノズル孔４１から板水平方向に向かって弱まっていくためノズル板材の撓みが復元しにくくなり、十分な接合強度が得られる。
本実施形態では、ノズル板として金属材料を用いているが、好ましくはステンレス鋼を用いることで、様々な液に対応することが可能で、さらに材料コストを抑えることが可能となる。ただし、ステンレス鋼に限らず、様々な金属材料でも部品形成は可能である。
ノズル形状を、プレス加工を用いて形成することで、安価で長尺対応な部品を形成できる。
【００１９】
図６は、本実施形態に係る液滴吐出ヘッドのノズル板の製造方法を示す断面図である。
図６に示すノズル板において、ノズル形状（図ではテーパー形状）は、プレス加工と研磨工程により形成されている。
図６に示すように、プレス加工法によって、ステンレス鋼材などの板材を塑性変形によりノズル孔４１の形状に変形させる。
このとき液滴吐出面にはプレスの押し込みにより発生した凸部４３が発生する。
この凸部４３を除去する研磨工程の際に回転研磨機を用いる。この回転研磨機の回転パッドの直径は、ノズル列が１列の場合、もしくはノズル列が２列以上でノズル列間距離が近い場合は（例えば、ノズル孔４１と対応する加圧液室３１の端部とノズル孔４１の重心との距離）、１列もしくはノズル列間距離が近い２列以上のノズル列に対応する流路板３０の加圧液室３１がノズル列間方向に対して全て収まる程度の半径とする。
この回転パッドの中心をノズル列付近に合わせて加工し、液滴吐出面（外面）４０Ａの凸部４３を加工することでノズル孔４１が開孔し、回転研磨機の内側と外側の加工速度の差により、ノズル孔４１から板水平方向に沿って離れるにつれて徐々にテーパー状に板厚が減少（漸減）していく形状が得られる。
【００２０】
図７は、複数列のノズル孔４１を備えた場合のノズル板４０の断面図である。
図７に示すように、隣り合うノズル孔４１列の距離は、昨今のノズルの高密度化により５０〜３００μｍであり、隣り合うノズル列間４４の板厚は研磨量に差が生じないため平坦となる。
【００２１】
図８は、図５に示すノズル板４０の変形例を示す図である。
図８において、ノズル孔４１付近の部分４５は研磨パッドの中心付近で加工されているため加工速度に差がそれほど生じず、研磨パッドの端部と異なり平坦に近い形状（非テーパー面）となる。
そして、板厚漸減面４２は、この非テーパー面４５の外側エッジ部４５ａから始端して両外側方向に延在している。
こうすると、ノズルエッジが鋭利でないことから、本発明のノズル板４０を組み込んだ画像形成装置に備えるワイパーの高耐久化が可能となる。
【００２２】
図９は、打ち抜き加工によってノズル孔４１を形成する場合の、ノズル板４０の断面図である。
図９に示すように、打ち抜き加工によっては、図５〜図８の場合と異なり、ノズル形状はストレートとなっている。
この場合、図８の場合に比べてさらにノズルエッジ４１ａが鋭利とならないため、本発明のノズル板４０を組み込んだ画像形成装置に備えるワイパーのさらなる高耐久化が可能となる。
【００２３】
図１０は、プレス加工後のノズル付近の状態を示すノズル板の断面図である。
打ち抜き加工の際には、図１０（ａ）に示すように、せん断部４６と破断部４７とバリ部４８が発生する。
バリ部４８はワイピング不良をもたらすため、図５〜図８に示したノズル孔４１がテーパー形状である場合と同様に研磨工程を追加することにより、図１０（ｂ）に示すように、バリ部４８の除去と供に、板厚が徐々に減少する部分（板厚漸減面）４２が形成される。
以上説明したようなノズル板４０と、流路板３０、振動板２０、圧電素子１４、フレーム部材１０をそれぞれ接合することで、液滴吐出ヘッドが組み立てられるが、本発明における凹形状となる液供給部を備えた流路板３０とフィルター機能を併設した振動板２０、ノズル板４０を、組立工程の初期段階にて接合を行うことにより、接合強度が向上し接合剥れが生じないヘッドの組立工程とすることが可能となり、ヘッドの歩留まりを向上させることに貢献する。
【００２４】
図１１は、本実施形態に係る液滴吐出ヘッドを適用したインクカートリッジを示す図である。
図１１に示すインクカートリッジは、ノズル孔４１等を有する上記各実施形態のいずれかの液滴吐出ヘッド１と、この液滴吐出ヘッド１に対してインクを供給するインクタンク５０とを一体化したものである。
このようにインクタンク一体型のヘッドの場合、ヘッドの歩留まり不良は直ちにインクカートリッジ全体の不良につながるので、上述したように液滴吐出特性の向上は、ヘッド一体型インクカートリッジの信頼性向上化を図れる。
【００２５】
図１２は、本実施形態に係る液滴吐出ヘッドを採用した液滴吐出記録装置の一例を示す斜視説明図、図１３は、同記録装置の機構部の側面説明図である。
この液滴吐出記録装置は、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本発明を実施した液滴吐出ヘッドからなる記録ヘッド、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、装置本体８１の下方部には前方側から多数枚の用紙８３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８３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８３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９で紙面垂直方向）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本発明に係る液滴吐出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。
【００２６】
インクカートリッジ６５は上方に大気と連通する大気口、下方には液滴吐出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液滴吐出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６４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６３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド６１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６２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ６３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ６７で回転駆動される駆動プーリ６８と従動プーリ６９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６３に固定しており、主走査モータ６７の正逆回転によりキャリッジ６３が往復駆動される。
【００２７】
一方、給紙カセット８４にセットした用紙８３をヘッド９４の下方側に搬送するために、給紙カセット８４から用紙８３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８３を案内するガイド部材１０３と、給紙された用紙８３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８３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８３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８３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８３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８３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙８３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８３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８３を排紙する。
【００２８】
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、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。
本実施形態に係る液滴吐出ヘッドを適用することで、接合剥れの少ない安価な液滴吐出記録装置を実絵できる。
なお、液滴吐出記録装置としてインクジェットプリンタを例として説明したが、インクジェットコピー、インクジェットファックス、あるいはそれらの複合型記録装置にも適用できる。
また、インクジェット記録装置以外にも、インクジェット技術を用いたカラーフィルタ製造装置、金属配線製造装置、捺染装置、ＤＮＡチップ製造装置などの工業用製造装置にも適用できる。
【符号の説明】
【００２９】
１ 液滴吐出ヘッド、１０ フレーム部材、１１ 共通液室、１２ インク供給穴、１３ ベース基板、１４ 積層型圧電素子、１５ 支柱部、１７ ＦＰＣケーブル、２０ 振動板、２１ インク供給口、２２ 大気連通管、３０ 流路板、３１ 加圧液室、３１ａ 隔壁部、３２ ダンパ室、３３ インク供給路、４０ ノズル板、４１ ノズル孔、４３ 凸部、４４ ノズル列間、４６ 断部、４７ 破断部、４８ バリ部、５０ インクタンク、６１ 主ガイドロッド、６２ 従ガイドロッド、６３ キャリッジ、６４ ヘッド、６５ インクカートリッジ、６７ 主走査モータ、６８ 駆動プーリ、６９ 従動プーリ、７０ タイミングベルト、８１ 記録装置本体、８２ 印字機構部、８３ 用紙、８４ 給紙カセット、８５ トレイ、８６ 排紙トレイ、９１ 主ガイドロッド、９２ 従ガイドロッド、９３ キャリッジ、９４ 記録ヘッド、９５ 各インクカートリッジ、１０１ 給紙ローラ、１０２ フリクションパッド、１０３ ガイド部材、１０４ 搬送ローラ、１０５ 搬送コロ、１０６ 先端コロ、１０７ 副走査モータ、１０９ 部材、１１１ 搬送コロ、１１２ 拍車、１１３ 排紙ローラ、１１４ 拍車、１１５，１１６ ガイド部材、１１７ 回復装置
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３０】
【特許文献１】特開２００７−５０６３４公報
【特許文献２】特開２００１−３４７６７１公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴を吐出する液滴吐出装置に用いられるノズル板と、それを備えた液滴吐出装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、数十ミクロンの大きさで形成したノズル孔を有するノズル板と、加圧液室を有する流路板と、を備え、圧電素子などの圧力発生手段に電圧を印加して撓み（伸張／収縮）運動をさせることにより加圧液室の体積を変化させ、加圧液室内の圧力を変化させることにより、連通するノズル孔から、インクやＤＮＡ試料、液体レジストなどの液体を吐出する液滴吐出ヘッド（液滴吐出装置）が知られている。
このような液滴吐出ヘッドのうち、インク等の記録液を吐出する液滴吐出ヘッドを適用したプリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、プリンタ／ファックス／複写機複合機等の画像形成装置としては、液滴吐出ヘッドで構成した記録ヘッド（印字ヘッド）をキャリッジに搭載して、このキャリッジを記録媒体（以下「用紙」というが、材質を紙に限定するものではない）の搬送方向に対して直交する方向にシリアルスキャンさせるとともに、用紙を記録幅に応じて間歇的に搬送し、搬送と記録を交互に繰り返すことによって用紙に画像を形成するシリアル型画像形成装置や、１ヘッド当たりのノズル数を増やしたライン型の記録ヘッドを搭載したライン型画像形成装置がある。
かかる画像形成装置における大きな技術課題として、高速化及び高画質化があり、この課題への対応策として、特にライン型の記録ヘッドについては記録ヘッドをより長尺化し、1ヘッドあたりのノズル数をさらに増加させる方法がある。
なお、ヘッドを長尺化するに際しては、低コスト化の要求があるため、ノズル板の材料としては、長尺化への対応が比較的容易で、コストも低い金属プレートや樹脂プレートが選定されやすい。
ノズル孔はエッチングやプレスによる打ち抜き加工や塑性加工により形成されるが、ノズル孔をエッチングで加工する場合は加工に長時間を要するために、ライン型ヘッドなどの長尺なノズル板の加工には不向きであり、パンチを用いたプレス加工が有効であると考えられている。
【０００３】
さて、金属プレートにプレス加工でノズル孔を高密度で形成する際に、ダイとストリッパーによりワークを固定して加工が行われるが、金属プレートに複数のノズル孔を形成すると加工硬化によりノズル孔の形成部分に撓みが発生する。
ノズル板を流路板に接合する際には、ノズル板全体を加圧しながら接合を行うことが一般的だが、この加圧によって、プレス加工に起因する撓み部分が平坦化されるものの、ノズル板を構成する金属部品の復元力により撓み形状が元に戻り、ノズル部品と流路板での接合強度が弱まり接合剥れが発生することがある。
また、撓みが発生した状態で加圧接合するため、撓みが発生しているノズル孔周辺の箇所と、撓みが発生していない平坦部とでは加圧力に差が生じるため、均等な加圧が得られず、やはり接合強度が乏しい部分が生まれて、その部分で接合剥れが発生することがある。
さらに、撓みが発生したノズル孔形成部と接する流路板の加圧液室付近は流路構造が高密度に形成されているために、ノズル板との接合面積が狭く、流路構造が形成されていない部分よりも接合強度が弱いため、ここでも接合剥れが発生しやすい。
上記の問題を踏まえ、ノズル板と流路板との接合強度を向上させるために、特許文献１には、液滴吐出面に微細な複数の凸部を形成し、接合の際の押圧すべき箇所を均等に押圧できるようにした方法が記載されている。
また、特許文献２には、ノズル板の板厚を厚くし、薄板化が必要な場合には、組み立て後に研磨加工により薄板化する方法が開示されている。これによれば、厚肉のノズル板に対してパンチ加工をすることで、撓みが生じにくい利点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示の方法では、液滴吐出面に凸部を形成することにより、液滴吐出ヘッドをプリンタに組み込んだ場合に、液滴吐出面に当接してクリーニングを行うワイパーが、凹凸に引っかかって劣化しやすい、という問題がある。
また、特許文献２に開示の方法では、板厚を厚くすることで、プレス加工に用いるパンチが早期に劣化し、加工コストが上昇するという問題がある。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、ノズル孔の形成時に金属プレートなどにプレス加工によって生じた撓みの復元力を弱くし、かつ流路板への加圧接合時に撓みが平坦化しやすくなって均等な加圧接着が可能となることで、接合後の接合剥れが発生しにくいノズル板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、複数の加圧液室及び各加圧液室に液体を供給する液体供給路を形成した流路板の外面に対して内面を接合される平板状のノズル板であって、前記各加圧液室と夫々連通した状態で少なくとも１列に配列された液体吐出用の複数のノズル孔と、前記ノズル板の外面に設けられ、前記ノズル孔列を中心として該ノズル孔列の配列方向と直交する両外側方向へテーパー状に厚みを漸減させる板厚漸減面と、を備えたノズル板を特徴とする。
本発明によれば、ノズル孔付近でのノズル板の復元力が弱まり、加圧接合の際に一度緩和された撓みが元に戻りにくくなるので、流路板に対して十分な接合強度が得られ、接合剥れが少ないノズル板を実現出来る。
また、請求項２の発明は、前記板厚漸減面は、前記各ノズル孔の前記外側エッジ部から始端し、前記両外側方向へ延在する請求項１に記載のノズル板を特徴とする。
本発明によれば、ノズル孔付近でのノズル板の復元力が弱まり、加圧接合の際に一度緩和された撓みが元に戻りにくくなるので、流路板に対して十分な接合強度が得られ、接合剥れが少ないノズル板を実現出来る。
【０００６】
また、請求項３の発明は、前記板厚漸減面は、前記各ノズル孔の外周に形成した非テーパー面の外側エッジ部から始端し、前記両外側方向へ延在する請求項１に記載のノズル板を特徴とする。
本発明によれば、ノズル孔付近でのノズル板の復元力が弱まり、加圧接合の際に一度緩和された撓みが元に戻りにくくなるので、流路板に対して十分な接合強度が得られ、接合剥れが少ないノズル板を実現出来る。
さらに、ノズル孔のエッジ部分が鋭利でないため、画像形成装置に搭載された際のクリーニング動作時におけるワイパーを傷つけることが無くなる。
また、請求項４の発明は、前記板厚漸減面は、前記ノズル板の平坦な内面との間隔をテーパー状に連続的に漸減させるように構成されている請求項１乃至３の何れか一項に記載のノズル板を特徴とする。
本発明によれば、接合の際に均等に加圧を得られることで、接合の際に均等に加圧をすることができ、接合強度の分布が緩和されて、流路板に対する接合剥れが少ないノズル板を実現出来る。
【０００７】
また、請求項５の発明は、前記板厚漸減面は、前記ノズル板の前記両外側端縁、或いは該両外側端縁の手前まで延在している請求項１乃至４の何れか一項に記載のノズル板を特徴とする。
本発明によれば、ノズル板全体の反りが緩和されて、接合の際に均等に加圧をすることができ、流路板に対する接合強度が向上することで、接合剥れの少ないノズル板を実現出来る。
また、請求項６の発明は、ステンレス系の金属部材で構成されている請求項１乃至５の何れか一項に記載のノズル板を特徴とする。
本発明によれば、安価で長尺への対応が可能な部品を形成することが出来る。
【０００８】
また、請求項７の発明は、前記ノズル孔が、プレス工法を用いた形成される請求項１乃至６の何れか一項に記載のノズル板を特徴とする。
本発明によれば、安価で長尺への対応が可能な部品を形成することが出来る。
また、請求項８の発明は、液滴吐出面に撥液層を備えている請求項１乃至７の何れか一項に記載のノズル板を特徴とする。
本発明によれば、液滴吐出の安定性の高いノズル板を実現することが出来る。
【０００９】
また、請求項９の発明は、液滴を吐出する複数のノズル孔を形成したノズル板と、
前記ノズル板に接合され、各ノズルと連通する複数の加圧液室及び該加圧液室に液体を供給する液体供給路を形成した流路板と、液滴吐出のための圧力を各加圧液室に加えることにより、前記加圧液室に供給された液体を各ノズルから吐出させる圧力発生手段と、を備えた液滴吐出装置であって、前記ノズル板は、請求項１乃至８の何れか一項に記載のノズル板である液滴吐出装置を特徴とする。
また、請求項１０の発明は、請求項９に記載の液滴吐出装置を備えた画像形成装置を特徴とする。
また、請求項１１の発明は、ノズル板となる板状材料に対し、前記ノズル板の液滴吐出面とは反対側の面からプレス加工を行うプレス工程と、前記プレス加工による押し込みにより前記板状部材の前記液滴吐出面側に発生した凸部を、回転研磨機による研磨により除去して、前記板状材料の厚み方向で貫通する少なくとも１列のノズル孔を配列形成する研磨工程と、を備え、前記研磨工程において、前記回転研磨機の回転パッドを前記ノズル孔付近に合わせて研磨を行うことにより、前記回転パッドの内側と外側の回転速度の差によって前記ノズル孔列を中心として前記ノズル孔列の配列方向と直交する両外側方向へテーパー状に厚みを漸減させる板厚漸減面を形成することを特徴とするノズル板の製造方法を特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように構成したことにより、本発明によれば、金属プレートなどにプレス加工によってノズル孔を形成する際に撓みが生じた加工部分の復元力が弱まり、かつ流路板への加圧接合時に撓みが平坦化しやすくなって均等な加圧接着が可能となることで、接合剥れが発生しにくいノズル板及び液滴吐出装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドの概略図。
【図２】本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図。
【図３】図１に示す液滴吐出ヘッドのＡ−Ａ断面図。
【図４】図１に示す液滴吐出ヘッドのＢ−Ｂ断面図。
【図５】本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドにおいて特徴的なノズル板の流路形状を示す断面図。
【図６】本実施形態に係る液滴吐出ヘッドのノズル板の製造方法を示す断面図。
【図７】複数列のノズル孔４１を備えた場合のノズル板４０の断面図。
【図８】図５に示すノズル板４０の変形例を示す図。
【図９】打ち抜き加工によってノズル孔４１を形成する場合のノズル板の断面図。
【図１０】プレス加工後のノズル付近の状態を示すノズル板の断面図。
【図１１】本実施形態に係る液滴吐出ヘッドを適用したインクカートリッジを示す図。
【図１２】本実施形態に係る液滴吐出ヘッドを採用した液滴吐出記録装置の一例を示す斜視説明図。
【図１３】本実施形態に係る液滴吐出ヘッドを採用した液滴吐出記録装置の一例を示す側面説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドの概略図、図２は、本発明の液滴吐出ヘッドの分解斜視図、図３は、図１のＡ−Ａ断面図、図４は、Ｂ−Ｂ断面図である。
図２乃至図４に示すように、本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドは、フレーム部材１０上に、振動板２０、流路板３０、ノズル板４０を順次積層（接合）した構成を備えている。
詳しくは、フレーム部材１０は、金属あるいはセラミックスなどの高剛性材料で形成したベース基板１３（図３、図４）と、ベース基板１３に接合されており、流路板３０に備えた加圧液室３１内の液体（例えばインク）を加圧するための圧力発生手段（アクチュエータ手段）である電気機械変換素子としての積層型圧電素子１４（図３、図４）と、上述の加圧液室３１と連通した共通液室１１となる凹部、この共通液室１１に外部からインクを供給するためのインク供給穴１２を形成している。
このフレーム部材１０は、例えばエポキシ系樹脂或いはポリフェニレンサルファイトで射出成形により形成している。
【００１３】
積層型圧電素子１４は、厚さ１０〜５０μｍ／１層のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電層と、厚さ数μｍ／１層の銀・パラジューム（ＡｇＰｄ）からなる内部電極層とを交互に積層したものであり、内部電極を交互に端面の端面電極（外部電極）である個別電極、共通電極に電気的に接続し、これらの電極に図３に示すＦＰＣケーブル１７を介して駆動信号を供給するようにしている。
また、圧電素子１４は、一方の面をベース基板１３に接合されているが、他方の面は、振動板２０に接合されている。
この圧電常数がｄ２３である圧電素子１４の伸縮により、振動板２０が撓むことにより、対応する加圧液室３１を収縮、膨張させるようになっている。
なお、圧電素子１４に駆動信号が印加され充電が行われると伸長し、また圧電素子１４に充電された電荷が放電すると反対方向に収縮する。
【００１４】
また、図４に示すように、各圧電素子１４の間には加圧液室３１、３１間の隔壁部３１ａに対応して支柱部１５を設けている。ここでは、圧電素子部材にハーフカットのダイシングによるスリット加工を施すことで櫛歯状に分割して、１つ毎に圧電素子１４と支柱部１５として形成している。支柱部１５の構成は圧電素子１４と同じであるが、駆動電圧を印加しないので単なる支柱してのみ機能する。
振動板２０は、電鋳法により形成されており、その外周部２０Ａをフレーム部材１０に接着剤にて接合されている。
また、振動板２０は、加圧液室３１と連通してフレーム部材１０の共通液室１１から加圧液室３１にインクを供給するためのインク供給口２１を備えている（図２、図３）。
振動板２０は、３層構造のニッケルの金属プレート状に形成したもので、例えば電鋳法で作製しているが、この他の金属板や樹脂板或いは金属と樹脂板との積層部材や金属と金属の積層部材（複層構造部材）などを用いることもできる。
【００１５】
流路板３０は、例えばステンレス鋼材をプレート状に成形したもので、例えばプレス加工法にて加圧液室３１、インク供給路３３（図３）を形成し、ダンパ室３２をウエットエッチング加工法にて加圧液室３１よりも浅くハーフエッチングにより形成したものや、例えば、結晶面方位（１１０）の単結晶シリコン基板を水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）などのアルカリ性エッチング液を用いて異方性エッチングすることで、加圧液室などの流路パターンを形成したもの（単結晶シリコンに限らない）などを用いることもできる。
なお、ダンパ室３２は、ノズル板４０と振動板２０により、矩形の空間となるが大気連通管２２を通して大気と連通することにより、エアダンパ効果を持たせる構造としている。
【００１６】
ノズル板４０は各加圧液室３１に対応してノズル孔４１を形成している。
このノズル板４０としては、例えばステンレス鋼材をプレート状に形成したもので、後述するように、例えばパンチを用いた打ち抜き加工もしくは塑性加工と研磨工程を組み合わせた加工によりノズル孔４１を形成している。
ノズル板４０をＳＵＳ（ステンレス）系の金属部材で構成することで、安価で長尺対応なノズル板を形成することが可能である。
また、ノズル孔４１の内部形状（内側形状）は、ストレート形状、もしくはテーパー形状、または、二つを組み合わせたストレート−テーパー形状に形成し、このノズル孔４１の穴径はインク滴出口側の直径で約１０〜３５μｍとしている。さらに、各列のノズルピッチは１５０ｄｐｉとした。
また、ノズル板４０のノズル面（吐出方向の表面（外面）：液滴吐出面）４０Ａには、図示しない撥水性の表面処理を施した撥水処理層を設けている。撥水処理層としては、例えば、ＰＴＦＥ−Ｎｉ共析メッキやフッ素樹脂の電着塗装、蒸発性のあるフッ素樹脂（例えばフッ化ピッチなど）を蒸着コートしたもの、シリコン系樹脂・フッ素系樹脂の溶剤塗布後の焼き付け等、インク物性に応じて選定した撥水処理膜を設けて、インクの滴形状、飛翔特性を安定化し、高品位の画像品質を得られるようにしている。
【００１７】
図５は、本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドにおいて特徴的なノズル板の形状を示す断面図である。
なお、図５において、図中下側が、液滴（インク）の吐出方向である。
また、図５は、図１におけるＡ−Ａ線に沿ったノズル板１の断面図であり、この場合、ノズル孔４１が１列のみの場合を示している。
図５に示すように、本実施形態に係る液滴吐出ヘッドにおけるノズル板４０では、ノズル孔４１のエッジ（外側エッジ部）４１ａから、図１にも示すＣ方向に向かって板厚（流路板３０側の平坦な内面４０Ｂとの間隔）が徐々に減少（テーパー状に漸減）している部分（板厚漸減面４２）を備えている。Ｃ方向は、ノズル孔４１の配列方向と直交するノズル板の両外側方向である。
この板厚漸減面４２が、少なくとも加圧液室３１及びインク供給路３３を備えた流路板３０の流路構造の端部３４（図３）まで続くことで、ノズル付近（ノズル板４０と流路板３０との接合の際に接する加圧液室３１の範囲）での板の復元力が弱まり、加圧接合の際に一度緩和された撓みが元に戻りにくくなり、十分な接合強度が得られて接合剥れの少ない液滴吐出ヘッドの製作が可能となる。
【００１８】
また、ノズル板４０全体の反りも緩和されて接合の際に均等な加圧が得られ接合強度が向上することで接合剥れの少ない液滴吐出ヘッドの製作が可能となる。
また、板厚漸減面４２は、ノズル４１のエッジ４１ａからテーパー状に連続的に板厚（流路板３０側の内面４０Ｂとの間隔）が減少するようにする。
こうすることで、接合の際に、接合部分に均等に圧力を加えることが出来るので、ノズル板４０中での接合強度の分布が緩和されて、接合剥れの少ない液滴吐出ヘッドの製作が可能となる。
すなわち、この形状することにより、プレス加工でノズル板の撓みが発生しても、金属部材の復元力がノズル孔４１から板水平方向に向かって弱まっていくためノズル板材の撓みが復元しにくくなり、十分な接合強度が得られる。
本実施形態では、ノズル板として金属材料を用いているが、好ましくはステンレス鋼を用いることで、様々な液に対応することが可能で、さらに材料コストを抑えることが可能となる。ただし、ステンレス鋼に限らず、様々な金属材料でも部品形成は可能である。
ノズル形状を、プレス加工を用いて形成することで、安価で長尺対応な部品を形成できる。
【００１９】
図６は、本実施形態に係る液滴吐出ヘッドのノズル板の製造方法を示す断面図である。
図６に示すノズル板において、ノズル形状（図ではテーパー形状）は、プレス加工と研磨工程により形成されている。
図６に示すように、プレス加工法によって、ステンレス鋼材などの板材を塑性変形によりノズル孔４１の形状に変形させる。
このとき液滴吐出面にはプレスの押し込みにより発生した凸部４３が発生する。
この凸部４３を除去する研磨工程の際に回転研磨機を用いる。この回転研磨機の回転パッドの直径は、ノズル列が１列の場合、もしくはノズル列が２列以上でノズル列間距離が近い場合は（例えば、ノズル孔４１と対応する加圧液室３１の端部とノズル孔４１の重心との距離）、１列もしくはノズル列間距離が近い２列以上のノズル列に対応する流路板３０の加圧液室３１がノズル列間方向に対して全て収まる程度の半径とする。
この回転パッドの中心をノズル列付近に合わせて加工し、液滴吐出面（外面）４０Ａの凸部４３を加工することでノズル孔４１が開孔し、回転研磨機の内側と外側の加工速度の差により、ノズル孔４１から板水平方向に沿って離れるにつれて徐々にテーパー状に板厚が減少（漸減）していく形状が得られる。
【００２０】
図７は、複数列のノズル孔４１を備えた場合のノズル板４０の断面図である。
図７に示すように、隣り合うノズル孔４１列の距離は、昨今のノズルの高密度化により５０〜３００μｍであり、隣り合うノズル列間４４の板厚は研磨量に差が生じないため平坦となる。
【００２１】
図８は、図５に示すノズル板４０の変形例を示す図である。
図８において、ノズル孔４１付近の部分４５は研磨パッドの中心付近で加工されているため加工速度に差がそれほど生じず、研磨パッドの端部と異なり平坦に近い形状（非テーパー面）となる。
そして、板厚漸減面４２は、この非テーパー面４５の外側エッジ部４５ａから始端して両外側方向に延在している。
こうすると、ノズルエッジが鋭利でないことから、本発明のノズル板４０を組み込んだ画像形成装置に備えるワイパーの高耐久化が可能となる。
【００２２】
図９は、打ち抜き加工によってノズル孔４１を形成する場合の、ノズル板４０の断面図である。
図９に示すように、打ち抜き加工によっては、図５〜図８の場合と異なり、ノズル形状はストレートとなっている。
この場合、図８の場合に比べてさらにノズルエッジ４１ａが鋭利とならないため、本発明のノズル板４０を組み込んだ画像形成装置に備えるワイパーのさらなる高耐久化が可能となる。
【００２３】
図１０は、プレス加工後のノズル付近の状態を示すノズル板の断面図である。
打ち抜き加工の際には、図１０（ａ）に示すように、せん断部４６と破断部４７とバリ部４８が発生する。
バリ部４８はワイピング不良をもたらすため、図５〜図８に示したノズル孔４１がテーパー形状である場合と同様に研磨工程を追加することにより、図１０（ｂ）に示すように、バリ部４８の除去と供に、板厚が徐々に減少する部分（板厚漸減面）４２が形成される。
以上説明したようなノズル板４０と、流路板３０、振動板２０、圧電素子１４、フレーム部材１０をそれぞれ接合することで、液滴吐出ヘッドが組み立てられるが、本発明における凹形状となる液供給部を備えた流路板３０とフィルター機能を併設した振動板２０、ノズル板４０を、組立工程の初期段階にて接合を行うことにより、接合強度が向上し接合剥れが生じないヘッドの組立工程とすることが可能となり、ヘッドの歩留まりを向上させることに貢献する。
【００２４】
図１１は、本実施形態に係る液滴吐出ヘッドを適用したインクカートリッジを示す図である。
図１１に示すインクカートリッジは、ノズル孔４１等を有する上記各実施形態のいずれかの液滴吐出ヘッド１と、この液滴吐出ヘッド１に対してインクを供給するインクタンク５０とを一体化したものである。
このようにインクタンク一体型のヘッドの場合、ヘッドの歩留まり不良は直ちにインクカートリッジ全体の不良につながるので、上述したように液滴吐出特性の向上は、ヘッド一体型インクカートリッジの信頼性向上化を図れる。
【００２５】
図１２は、本実施形態に係る液滴吐出ヘッドを採用した液滴吐出記録装置の一例を示す斜視説明図、図１３は、同記録装置の機構部の側面説明図である。
この液滴吐出記録装置は、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本発明を実施した液滴吐出ヘッドからなる記録ヘッド、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、装置本体８１の下方部には前方側から多数枚の用紙８３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８３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８３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９で紙面垂直方向）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本発明に係る液滴吐出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。
【００２６】
インクカートリッジ６５は上方に大気と連通する大気口、下方には液滴吐出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液滴吐出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６４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６３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド６１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６２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ６３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ６７で回転駆動される駆動プーリ６８と従動プーリ６９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６３に固定しており、主走査モータ６７の正逆回転によりキャリッジ６３が往復駆動される。
【００２７】
一方、給紙カセット８４にセットした用紙８３をヘッド９４の下方側に搬送するために、給紙カセット８４から用紙８３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８３を案内するガイド部材１０３と、給紙された用紙８３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８３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８３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８３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８３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８３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙８３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８３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８３を排紙する。
【００２８】
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、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。
本実施形態に係る液滴吐出ヘッドを適用することで、接合剥れの少ない安価な液滴吐出記録装置を実絵できる。
なお、液滴吐出記録装置としてインクジェットプリンタを例として説明したが、インクジェットコピー、インクジェットファックス、あるいはそれらの複合型記録装置にも適用できる。
また、インクジェット記録装置以外にも、インクジェット技術を用いたカラーフィルタ製造装置、金属配線製造装置、捺染装置、ＤＮＡチップ製造装置などの工業用製造装置にも適用できる。
【符号の説明】
【００２９】
１ 液滴吐出ヘッド、１０ フレーム部材、１１ 共通液室、１２ インク供給穴、１３ ベース基板、１４ 積層型圧電素子、１５ 支柱部、１７ ＦＰＣケーブル、２０ 振動板、２１ インク供給口、２２ 大気連通管、３０ 流路板、３１ 加圧液室、３１ａ 隔壁部、３２ ダンパ室、３３ インク供給路、４０ ノズル板、４１ ノズル孔、４３ 凸部、４４ ノズル列間、４６ 断部、４７ 破断部、４８ バリ部、５０ インクタンク、６１ 主ガイドロッド、６２ 従ガイドロッド、６３ キャリッジ、６４ ヘッド、６５ インクカートリッジ、６７ 主走査モータ、６８ 駆動プーリ、６９ 従動プーリ、７０ タイミングベルト、８１ 記録装置本体、８２ 印字機構部、８３ 用紙、８４ 給紙カセット、８５ トレイ、８６ 排紙トレイ、９１ 主ガイドロッド、９２ 従ガイドロッド、９３ キャリッジ、９４ 記録ヘッド、９５ 各インクカートリッジ、１０１ 給紙ローラ、１０２ フリクションパッド、１０３ ガイド部材、１０４ 搬送ローラ、１０５ 搬送コロ、１０６ 先端コロ、１０７ 副走査モータ、１０９ 部材、１１１ 搬送コロ、１１２ 拍車、１１３ 排紙ローラ、１１４ 拍車、１１５，１１６ ガイド部材、１１７ 回復装置
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３０】
【特許文献１】特開２００７−５０６３４公報
【特許文献２】特開２００１−３４７６７１公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の加圧液室及び各加圧液室に液体を供給する液体供給路を形成した流路板の外面に対して内面を接合される平板状のノズル板であって、
前記各加圧液室と夫々連通した状態で少なくとも１列に配列された液体吐出用の複数のノズル孔と、前記ノズル板の外面に設けられ、前記ノズル孔列を中心として該ノズル孔列の配列方向と直交する両外側方向へテーパー状に厚みを漸減させる板厚漸減面と、を備えたことを特徴とするノズル板。
【請求項２】
前記板厚漸減面は、前記各ノズル孔の前記外側エッジ部から始端し、前記両外側方向へ延在することを特徴とする請求項１に記載のノズル板。
【請求項３】
前記板厚漸減面は、前記各ノズル孔の外周に形成した非テーパー面の外側エッジ部から始端し、前記両外側方向へ延在することを特徴とする請求項１に記載のノズル板。
【請求項４】
前記板厚漸減面は、前記ノズル板の平坦な内面との間隔をテーパー状に連続的に漸減させるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のノズル板。
【請求項５】
前記板厚漸減面は、前記ノズル板の前記両外側端縁、或いは該両外側端縁の手前まで延在していることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のノズル板。
【請求項６】
ステンレス系の金属部材で構成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のノズル板。
【請求項７】
前記ノズル孔が、プレス工法を用いた形成されることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載のノズル板。
【請求項８】
液滴吐出面に撥液層を備えていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載のノズル板。
【請求項９】
液滴を吐出する複数のノズル孔を形成したノズル板と、
前記ノズル板に接合され、各ノズルと連通する複数の加圧液室及び該加圧液室に液体を供給する液体供給路を形成した流路板と、
液滴吐出のための圧力を各加圧液室に加えることにより、前記加圧液室に供給された液体を各ノズルから吐出させる圧力発生手段と、を備えた液滴吐出装置であって、
前記ノズル板は、請求項１乃至８の何れか一項に記載のノズル板であることを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の液滴吐出装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
ノズル板となる板状材料に対し、前記ノズル板の液滴吐出面とは反対側の面からプレス加工を行うプレス工程と、
前記プレス加工による押し込みにより前記板状部材の前記液滴吐出面側に発生した凸部を、回転研磨機による研磨により除去して、前記板状材料の厚み方向で貫通する少なくとも１列のノズル孔を配列形成する研磨工程と、を備え、
前記研磨工程において、前記回転研磨機の回転パッドを前記ノズル孔付近に合わせて研磨を行うことにより、前記回転パッドの内側と外側の回転速度の差によって前記ノズル孔列を中心として前記ノズル孔列の配列方向と直交する両外側方向へテーパー状に厚みを漸減させる板厚漸減面を形成することを特徴とするノズル板の製造方法。
【請求項１】
複数の加圧液室及び各加圧液室に液体を供給する液体供給路を形成した流路板の外面に対して内面を接合される平板状のノズル板であって、
前記各加圧液室と夫々連通した状態で少なくとも１列に配列された液体吐出用の複数のノズル孔と、前記ノズル板の外面に設けられ、前記ノズル孔列を中心として該ノズル孔列の配列方向と直交する両外側方向へテーパー状に厚みを漸減させる板厚漸減面と、を備えたことを特徴とするノズル板。
【請求項２】
前記板厚漸減面は、前記各ノズル孔の前記外側エッジ部から始端し、前記両外側方向へ延在することを特徴とする請求項１に記載のノズル板。
【請求項３】
前記板厚漸減面は、前記各ノズル孔の外周に形成した非テーパー面の外側エッジ部から始端し、前記両外側方向へ延在することを特徴とする請求項１に記載のノズル板。
【請求項４】
前記板厚漸減面は、前記ノズル板の平坦な内面との間隔をテーパー状に連続的に漸減させるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のノズル板。
【請求項５】
前記板厚漸減面は、前記ノズル板の前記両外側端縁、或いは該両外側端縁の手前まで延在していることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のノズル板。
【請求項６】
ステンレス系の金属部材で構成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のノズル板。
【請求項７】
前記ノズル孔が、プレス工法を用いた形成されることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載のノズル板。
【請求項８】
液滴吐出面に撥液層を備えていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載のノズル板。
【請求項９】
液滴を吐出する複数のノズル孔を形成したノズル板と、
前記ノズル板に接合され、各ノズルと連通する複数の加圧液室及び該加圧液室に液体を供給する液体供給路を形成した流路板と、
液滴吐出のための圧力を各加圧液室に加えることにより、前記加圧液室に供給された液体を各ノズルから吐出させる圧力発生手段と、を備えた液滴吐出装置であって、
前記ノズル板は、請求項１乃至８の何れか一項に記載のノズル板であることを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の液滴吐出装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
ノズル板となる板状材料に対し、前記ノズル板の液滴吐出面とは反対側の面からプレス加工を行うプレス工程と、
前記プレス加工による押し込みにより前記板状部材の前記液滴吐出面側に発生した凸部を、回転研磨機による研磨により除去して、前記板状材料の厚み方向で貫通する少なくとも１列のノズル孔を配列形成する研磨工程と、を備え、
前記研磨工程において、前記回転研磨機の回転パッドを前記ノズル孔付近に合わせて研磨を行うことにより、前記回転パッドの内側と外側の回転速度の差によって前記ノズル孔列を中心として前記ノズル孔列の配列方向と直交する両外側方向へテーパー状に厚みを漸減させる板厚漸減面を形成することを特徴とするノズル板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１２６０８１（Ｐ２０１２−１２６０８１Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８１５２１（Ｐ２０１０−２８１５２１）
【出願日】平成２２年１２月１７日（２０１０．１２．１７）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１７日（２０１０．１２．１７）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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