流体吐出装置

【課題】吐出させる流体の処方設計に関わらず、流体の吐出方向を長期間安定させることができるように構成された流体吐出装置を提供する。
【解決手段】流体Ｉを吐出させるノズル孔１が形成されたノズルプレート２０と、ノズル孔１が開口するノズルプレート２０の表面２１を覆って設けられた層体３０とを有して構成される流体吐出装置ＩＪ（ＰＨ）において、層体３０を、ノズルプレート２０の表面２１に対してノズル孔１の開口周縁部２１ａを除いて設けている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を吐出させるノズル孔が形成されたノズルプレートを有し、ノズル孔が開口するノズルプレートの表面に層体が設けられて構成された流体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記流体吐出装置の代表例であるインクジェット装置は、ノズルプレートの表面に開口するノズル孔からインクを吐出させるように構成されている。インクジェット装置を搭載したプリンタ装置により、ノズル孔から吐出された粒状のインクを媒体に着弾させ、記録紙に対する画像の記録や、布帛に対する模様の捺染が行われる。インクは、媒体の材質や媒体に対して行われる処理等に応じて適宜処方設計がなされており、例えば抜染用途のインクには、地染めされた布帛を脱色させるための還元性薬剤が含まれている。
【０００３】
インクジェット装置においては、インクの吐出時に開口から溢れ出したインクにより、ノズルプレートの表面に濡れや汚れが生じるおそれがある。この濡れや汚れがノズル孔の開口周縁部に生じると、吐出時にインクがその影響を受けてインクの吐出方向に曲がりが生じ、プリント結果の品質が低下する。このため従来、図７(ａ)に示すように、ノズルプレート１２０の表面１２１を覆って撥インク性を有する層体１３０を設けたインクジェット装置が知られており、このようなノズル基板部１１１の構造により、ノズルプレート１２０の表面１２１の濡れが防止されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００４】
従来構造によると、層体１３０が、ノズルプレート１２０の表面１２１に対し、ノズル孔１０１の開口１０１ａを除いた略全面を覆って設けられており、ノズル孔１０１の内周面と層体１３０の壁面とが繋がった構造になっている。したがって、インクＩが層体１３０の壁面に沿って吐出されるようになっており、この層体１３０の表面に形成される開口１３０ａの形状がインクの吐出方向を規定する大きな要因となる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−７７８９号公報
【特許文献２】特開２００３−６３０１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に撥インク性を有した層体１３０は、撥水性高分子樹脂から成形されており、ノズルプレート１２０に対して機械的な強度やインクに対する耐食性が低いものになっている。このため、従来においては、インクの成分によって層体１３０の壁面が腐食するおそれや、吐出時のインクから受ける外力によって層体１３０が剥離するおそれがあった。このような腐食や剥離により、図７(ｂ)に示すように層体１３０に欠け１３０ｂが生じると、層体表面に形成される開口１３０ａの形状が変形してインクＩの吐出方向に曲がりが生じ、プリント結果の品質が低下するという問題があった。特に、インクＩに撥水性高分子樹脂との反応性が強い還元性薬剤が含まれている場合には層体１３０が腐食し易く、また、顔料インク等のようにインクＩに固相が含まれている場合にはインク吐出時にインクＩから受ける外力が大きくなって層体１３０が剥離し易くなるため、この品質低下が顕著に現われていた。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、ノズルプレートの表面に層体が設けられて構成される流体吐出装置において、流体の吐出方向を長期間安定させることができるように構成された流体吐出装置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】
【０００８】
上記目的達成のため、本発明に係る流体吐出装置は、流体を吐出させるノズル孔が形成されたノズルプレートと、ノズル孔が開口するノズルプレートの表面を覆って設けられた層体とを有して構成される流体吐出装置において、層体を、ノズルプレートの表面に対し、ノズル孔の開口周縁部を除いて設けている。
【０００９】
また、流体を印刷用インクとしたときに、少なくとも層体の表面層が、印刷用インクに対する撥インク性を有していることが好ましい。このとき、印刷用インクが、還元性薬剤を含有していてもよい。
【００１０】
また、ノズルプレートを、少なくとも層体の表面層に比べ、機械的強度が高く且つ流体に対する耐食性が強い材料から成形されることが好ましい。このとき、例えばノズルプレートを、金属ニッケル、ニッケル合金、セラミック若しくは高分子化合物の一つ又はそれらの組合せ材料から成形し、少なくとも層体の表面層を、撥水性高分子樹脂から成形してもよい。また、少なくとも層体の表面層を、撥水性高分子樹脂を用いた共析メッキにより成形してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
このように、層体が、ノズルプレートの表面に対してノズル孔の開口周縁部を除いて設けられているため、従来のようにインクが吐出されるときに層体の壁面に沿ってインクが吐出されることがなく、インクが吐出される開口部分の腐食や剥離が生じなくなる。このように開口部分の形状が維持されるため、インクの吐出方向を長期間安定させることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。なお、本発明に係る流体吐出装置は、プリンタ装置に搭載されるインクジェット装置（プリンタヘッド装置）に用いるのに適している。このため、以下では、プリンタ装置にセットされた媒体Ｍに対し、液状のインクＩを吐出してインクＩを着弾させるインクジェット装置ＩＪ（プリンタヘッド装置ＰＨ）を本発明の実施形態として説明する。但し、本発明は他の流体吐出用途にも適用することが可能である。
【００１３】
図１に示すように、インクジェット装置ＩＪは、内部にノズル孔１、圧力室２、供給流路３および流体供給室４が順次連通して形成されたボディと、圧力室２の開口を覆ってボディに取り付けられたダイアフラム５と、ダイアフラム５を上下動させるピエゾ素子等のアクチュエータ６とを有して構成されている。そして、図２に示すように、複数のインクジェット装置ＩＪ，ＩＪ，…が整列して設けられてプリンタヘッド装置ＰＨが構成されている。プリンタヘッド装置ＰＨの下側表面には、各インクジェット装置ＩＪのノズル孔１が並んで開口されている。プリンタヘッド装置ＰＨのヘッドボディ１０は、複数のインクジェット装置ＩＪ，ＩＪ，…の各ボディを一体にしたものになっている。
【００１４】
このヘッドボディ１０は、各インクジェット装置ＩＪ，ＩＪ，…のノズル孔１，１，…が並んで形成されたノズル基板部１１と、各圧力室２，２，…および各供給流路３，３，…が並んで形成された中間部１２と、各供給流路３，３，…に連通される単一の流体供給室４が形成されたハウジング部１４とを有して構成されている。このように流体供給室４は、複数のインクジェット装置ＩＪ，ＩＪ，…に対して共通となる単一の空間となっている。供給孔４ａから流体供給室４に供給されたインクＩは、各インクジェット装置ＩＪの供給流路３，３，…を通って各圧力室２，２，…に供給され、さらに各ノズル孔１，１，…内に供給される。このようにしてヘッドボディ１０（各ボディ）の内部にインクＩが充満された状態になる。
【００１５】
上記構成のインクジェット装置ＩＪ（プリンタヘッド装置ＰＨ）においては、アクチュエータ６を振動させてダイアフラム５を振動させ、これにより圧力室２内の容積を変動させてインクＩをノズル孔１から吐出させる。
【００１６】
すなわち、図３に示すように、矢印A1に示す方向にアクチュエータ６が振動してダイアフラム５が撓むと、圧力室２の容積が小さくなって内部圧力が高くなり、矢印B1に示すようにインクＩがノズル孔１の先端開口１ａから粒状になって下向きに吐出される。これにより、ノズル孔１の先端開口１ａと上下に対向配置されている媒体ＭにインクＩが着弾される。また、図４に示すように、矢印A2に示す方向にアクチュエータ６が振動してダイアフラム５が復元されると、圧力室２の容積が大きくなって内部圧力が低くなる。このとき、矢印B2に示すようにノズル孔１内のインクＩは圧力室２側に吸引されるが、先端開口１ａにおけるインクＩの表面張力によってインクメニスカスＩｍが形成され、大気の吸引が抑止される。同時に、矢印C2に示すように流体供給室４内のインクＩが供給流路３を通って圧力室２内に吸引され、ノズル孔１および圧力室２内にインクＩが充満された状態が維持される。
【００１７】
このインクジェット装置ＩＪ（プリンタヘッド装置ＰＨ）が搭載されたプリンタ装置においては、記録紙や樹脂フィルム等の媒体Ｍに対する書体や図柄の記録や、合成繊維も含めた布帛等の媒体Ｍに対する模様の捺染を行うことができる。インクＩは、媒体Ｍの材質、媒体Ｍに対して行う処理、プリント後における媒体Ｍの用途や使用環境等に応じて適宜処方設計がなされる。例えば、地染めされた衣料の抜染を行うためのインクＩには、衣料を脱色させるためにロンガリット（Rongalit；Sodium formaldehyde sulfoxylate）等の還元性薬剤が含有される。
【００１８】
次に、図５，図６を参照してヘッドボディ１０のノズル基板部１１について説明する。ノズル基板部１１は、各ノズル孔１，１，…が並んで形成された平板状のノズルプレート２０を有しており、各ノズル孔１の先端開口１ａが形成されたノズルプレート２０の表面２１を覆ってインクＩに対する撥インク性を有した撥インク層３０が設けられて構成されている。
【００１９】
ノズルプレート２０は、例えば金属、シリコン、ガラス等の材料から成形されるが、好ましくは、金属ニッケルの単一材、ニッケル−クロム合金等のニッケルを主材とする合金、セラミックス、高分子化合物やこれらの組み合わせ材料など、機械的な強度が高く、還元性薬剤等のインクＩに含まれる成分に対して耐食性が強い材料から成形される。なお、これらの材料の組み合わせ方は、例えば各材料で成形されたプレートを積層するものでも、選択した複数の材料を混ぜ合わせて製造された単一材で成形するものでもどのような方法でもよい。なお、ノズル孔１は、断面形状が真円形となるように精密加工されている。
【００２０】
撥インク層３０は、ノズルプレート２０の表面２１に対し、各先端開口１ａ，１ａ，…の周縁部２１ａを除いて設けられている。これにより、各ノズル孔１，１，…の先端開口１ａ，１ａ，…が下方外部に開口し、ノズルプレート２０の表面２１が、この先端開口１ａの周縁部２１ａにおいて下方外部に露出されている。
【００２１】
このように撥インク層３０が先端開口１ａの周縁部２１ａを除いて設けられているため、撥インク層３０の表面にはノズル孔１に連通する開口３０ａ，３０ａ，…が形成されることになる。撥インク層３０はノズルプレート２０に対して部分的に除いて設けられるが、これは開口周縁部３０ａに限ったものであり、開口３０ａからノズルプレート２０の表面２１に対して延びる撥インク層３０の段差壁面３０ｂによって各ノズル孔１の先端開口１ａが囲まれた構造になっている。撥インク層表面の開口３０ａは、各ノズル孔１に対応して形成されており、互いに繋がらないようになっている。撥インク層表面の開口形状は、特に限定されるものではないが、本実施形態においては、ノズル孔１よりも径の大きい円形状に形成されて対応して設けられるノズル孔１と同心上に配置されており、段差壁面３０ｂがノズル孔１の先端開口１ａに対して径方向外側に離れた位置にある。
【００２２】
撥インク層３０は、共析メッキ等の加工処理手段により成形される。共析メッキは、層を設ける面（本実施形態ではノズルプレート２０の表面２１）を金属イオンと撥水性高分子樹脂粒子とを含んだ液中に浸漬して行われるもので、層の強度を確保することができる加工処理手段である。但し撥インク層３０は、上記の材料から成形されるノズルプレート２０に比べると、機械的な強度や還元性薬剤に対する耐食性が低いものになっている。なお、共析メッキにおいて、金属イオンとしては、例えばニッケルイオンや銀イオン等が用いられ、撥水性高分子樹脂材としては、例えばポリテトラフルオロエチレン等が用いられる。
【００２３】
先端開口１ａの周縁部２１ａを除いて撥インク層３０を設ける方法は、ノズルプレート２０の表面２１に対して先端開口１ａの周縁部２１ａにのみマスク処理を行って撥インク層３０を設け、その後マスクされた部分を除去する方法でもよく、また、ノズルプレート２０の表面２１の全面を覆うようにして撥インク層３０を設け、その後先端開口１ａの周縁部２１ａのみが外部に露出されるように撥インク層３０を部分的に除去する方法でもよい。なお、この除去方法についても、機械的に取り除くものでも化学的作用を利用するものでも、どちらでもよい。
【００２４】
上記構成のノズル基板部１１を有したインクジェット装置ＩＪ（プリンタヘッド装置ＰＨ）においては、撥インク層３０がノズルプレート２０の表面２１が先端開口１ａの周縁部２１ａを除いて設けられている。このため、インクＩは、従来のようにインクＩが段差壁面３０ｂに沿って吐出されることがなくなる。すなわち、本実施形態においてインクの吐出方向を規定する要因となるのは、撥インク層表面の開口３０ａの形状ではなく、ノズル孔１の先端開口１ａの形状となっている。
【００２５】
このノズル孔１が形成されているノズルプレート２０は、機械的な強度が強くインクＩに対する耐食性が強くなっているため、ノズル孔１の先端開口１ａがインクＩの成分により腐食したり、インクＩの吐出時にインクＩから受ける外力によって剥離したりすることがない。したがって、ノズル孔１の先端開口１ａの形状は真円形のまま維持され、インクＩの吐出方向を長期間安定させることができる。
【００２６】
このように、本実施形態のノズル基板部１１においては、少なくともノズルプレート２０に対してのみ、インクＩに含有される成分に対する耐食性を有し、インクＩから受ける外力に対する機械的な強度が確保されていればよい。このため、インクＩに樹脂材からなる撥インク層３０を腐食させやすい還元性薬剤が含まれている場合であっても、また、インクＩの着色剤として顔料が用いられる等してインクＩに固相が含まれている場合であっても、腐食や剥離が生じず、インクＩの吐出方向を安定させることができるようになる。したがって、このインクジェット装置ＩＪを利用すればインクＩの設計自由度を高くすることができるとともに、撥インク層３０に対する材料の選択自由度や成形手段の選択自由度も高くなる。
【００２７】
なお、撥インク層表面に形成された開口３０ａは、各ノズル孔１に対応して設けられたものであり、互いに繋がった構造にはなっていない。このため、あるノズル孔１からインクＩが溢れ出ても、溢れ出たインクが表面２１に広がらず、他のノズル孔１からのインクＩの吐出方向を維持させることができる。このように、撥インク層表面における開口面積がなるべく小さくなるような構造になっており、撥インク層による濡れの防止効果が損なわれないようになっている。なお、ある先端開口１ａの周縁部２１ａにおいて濡れが発生しても、プリンタ装置にはノズル基端部１１の表面を拭き取るためのワイパが設けられており、ワイパの作動によって濡れを拭き取ってこの周縁部２１ａを簡単に清浄な状態に復帰させることができる。このとき、インクＩの吐出方向を規定する要因となるノズル孔１の先端開口１ａが機械的な強度の高いノズルプレート２０に形成されているため、この先端開口１ａに対してワイパから外力が作用しても形状が変形されてインクの吐出方向に曲がりが生じるようなことがない。
【００２８】
これまで本発明に係る流体吐出装置の実施形態について説明したが、本発明の範囲は必ずしも上記の構成に限られない。例えば、上記実施形態では、ノズルプレート２０の表面２１上に設けられる層体を撥インク層３０のみからなる単層構造としたが、この層体を、撥インク層が表面層をなすように構成された積層構造としてもよい。この場合においても、層体を、ノズルプレート２０の表面２１に対してノズル孔１の先端開口１ａの周縁部２１ａを除いて設けることにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る流体吐出装置の一例を示すインクジェット装置（プリンタヘッド装置）の正断面図である。
【図２】図１の矢印II−II方向に沿って示すインクジェット装置（プリンタヘッド装置）の側断面図である。
【図３】インクジェット装置（プリンタヘッド装置）の作動を説明するための正断面図である。
【図４】インクジェット装置（プリンタヘッド装置）の作動を説明するための正断面図である。
【図５】図１の矢印V方向に見たインクジェット装置（プリンタヘッド装置）の下面図である。
【図６】図５の矢印VI−VI方向に沿って示すインクジェット装置（プリンタヘッド装置）の側断面図である。
【図７】(ａ)が、流体吐出装置の従来例を示す断面図であり、(ｂ)が、吐出方向に曲がりが生じている状況を示す流体吐出装置の従来例の断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
ＰＨプリンタヘッド装置ＩＪインクジェット装置
Ｉインク１ノズル孔
１ａ先端開口１０ヘッドボディ
１１ノズル基板部２０ノズルプレート
２１表面２１ａ周縁部
３０撥インク層

【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を吐出させるノズル孔が形成されたノズルプレートと、前記ノズル孔が開口する前記ノズルプレートの表面を覆って設けられた層体と、を有して構成される流体吐出装置において、
前記層体が、前記ノズルプレートの表面に対し、前記ノズル孔の開口周縁部を除いて設けられていることを特徴とする流体吐出装置。
【請求項２】
前記流体が印刷用インクであり、
少なくとも前記層体の表面層が、前記印刷用インクに対する撥インク性を有していることを特徴とする請求項１に記載の流体吐出装置。
【請求項３】
前記印刷用インクが、還元性薬剤を含有していることを特徴とする請求項２に記載の流体吐出装置。
【請求項４】
前記ノズルプレートが、少なくとも前記層体の表面層に比べて、機械的強度が高く且つ前記流体に対する耐食性が強い材料から成形されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の流体吐出装置。
【請求項５】
前記ノズルプレートが、金属ニッケル、ニッケル合金、セラミック若しくは高分子化合物の一つ又はそれらの組合せ材料から成形され、少なくとも前記層体の表面層が、撥水性高分子樹脂から成形されていることを特徴とする請求項４に記載の流体吐出装置。
【請求項６】
少なくとも前記層体の表面層が、前記撥水性高分子樹脂を用いた共析メッキにより成形されていることを特徴とする請求項５に記載の流体吐出装置。

【図１】