JP2008254201A - ノズルプレートおよびインク吐出ヘッド、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルプレートのノズルの吐出口周辺について耐インク性を有することにより形状および寸法精度の維持を図れ、かつ、ノズルプレートの吐出面に形成される撥液層の剥離を防止するノズルプレートを提供すること、を目的とする。
【解決手段】インクの吐出のためのノズルが形成されるノズルプレートにおいて、少なくとも、前記ノズルの吐出口の内周を形成するエッジ部分の全周に亘って、形成するＰ型不純物層を有すること、を特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明はノズルプレートおよびインク吐出ヘッド、画像形成装置に係り、特に、インクジェットプリンタにおける記録ヘッドに設けられるノズルプレートに関する。

インクジェットプリンタに使用されるインクとして、一般にアルカリ性のものを使用する。そして、記録ヘッドを構成するシリコン基板は、耐アルカリ性が低い。

そこで、特許文献１には、圧力室の内面および振動板の圧力室側面がシリコンに形成されている。そして、圧力室の内面および振動板の圧力室側面はインクに接する部分であるため、耐アルカリ性として表面にＰ型不純物層が形成されている。
特開２００１−３２８２６３号公報

しかし、引用文献１に開示される発明では、ノズルプレートに関してはＰ型不純物層が形成されていない。そのため、ノズルプレートのノズルの吐出口の外周を形成するエッジ部分について耐インク性を有しないことになり、ノズルの吐出口の寸法精度の維持を図ることができない。

また、ノズルプレートにおけるノズルの吐出口が形成される面である吐出面に撥液層が形成されている場合、この撥液層はノズルプレートのプレート本体を形成するシリコン基板に酸化層が重ねて形成され、この酸化層と接合するように形成することが考えられる。この場合、酸化層と撥液層の接合部分がノズルの内面に露出しているため、接合部分にインクが侵入して、シリコン基板に重ねて形成される酸化層から撥液層が剥離してしまうおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ノズルプレートのノズルの吐出口周辺について耐インク性を有することにより形状および寸法精度の維持を図れ、かつ、ノズルプレートの吐出面に形成される撥液層の剥離を防止するノズルプレートを提供すること、を目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、インクの吐出のためのノズルが形成されるノズルプレートにおいて、少なくとも、前記ノズルの吐出口の内周を形成するエッジ部分の全周に亘って、形成するＰ型不純物層を有すること、を特徴とする。

本発明によれば、少なくともノズルの吐出口の内周を形成するエッジ部分の全周に亘って形成するＰ型不純物層を有するので、Ｐ型不純物層によりノズルのエッジ部分の耐アルカリ性が向上し、ノズルのエッジ部分の寸法精度を維持することができる。また、Ｐ型不純物層により耐磨耗性が向上するので、ノズルの吐出口におけるワイピングに対する耐久性が向上しノズルのエッジ部分の寸法精度を維持することができる。また、Ｐ型不純物層がノズルの内面も形成すれば、ノズルの内面の耐アルカリ性が向上し、ノズルの内面の寸法精度を維持することができる。

前記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、プレート基板に重ねて酸化層を配置し、前記酸化層に重ねて撥液層を配置して形成され、インクの吐出のためのノズルが前記プレート基板および前記酸化層および前記撥液層を貫通するように形成されるノズルプレートにおいて、前記撥液層における前記ノズルの吐出口の内周を形成するエッジ部分を全周に亘って形成するとともに、少なくとも前記エッジ部分から前記ノズルの内面における前記酸化層および前記撥液層の境界部分に亘って形成するＰ型不純物層を有すること、を特徴とする。

本発明によれば、Ｐ型不純物層がノズルの内面を形成するので、ノズルの内面の耐アルカリ性が向上し、ノズルの内面の寸法精度を維持することができる。また、Ｐ型不純物層によりノズル内面のインク濡れ性が向上し、ノズルのインクの吐出口からの気泡巻き込みが発生しにくい。また、Ｐ型不純物層は、少なくともインクの吐出口のエッジ部分からノズルの内面の酸化層と撥液層の境界部分の位置に亘る範囲を形成するので、酸化層と撥液層の境界部分はＰ型不純物層に覆われてノズルに直接面しないことから、酸化層と撥液層の境界部分にインクが侵入せず撥液層が酸化層から剥離するおそれがない。

前記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１または２のノズルプレートにおいて、前記Ｐ型不純物層は、前記ノズルの内面からの厚さが２μｍ以上１０μｍ以下であること、を特徴とする。

本発明によれば、より確実にノズルの吐出口周辺について耐インク性を有することにより形状および寸法精度の維持を図れる。また、より確実に撥液層の剥離を防止することができる。

前記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、インク吐出ヘッドにおいて、請求項１乃至３のいずれか１つのノズルプレートを有すること、を特徴とする。

前記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、画像形成装置において、請求項４のインク吐出ヘッドを有すること、を特徴とする。

本発明によれば、ノズルプレートのノズルの吐出口周辺について耐インク性を有することにより形状および寸法精度の維持を図れ、かつ、ノズルプレートの吐出面に形成される撥液層の剥離を防止することができる。

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。

〔ノズルプレートの説明〕
図１（ａ）は、本発明のノズルプレートについてノズル付近のインクの吐出方向における断面図である。図１（ｂ）は、撥液膜と酸化層の接合部分の拡大図である。

図１（ａ）に示すように、ノズルプレート１１は、プレート基板２１、ノズル２２、撥液層２３、酸化層２４、Ｐ型不純物層２７などにより形成される。プレート基板２１は、板状のシリコン基板である。ノズル２２は、インクの吐出方向に向かって内径が狭まるように形成され、インクの吐出方向の断面について見たときにテーパ形状をなしている。そして、テーパ形状の先端部にあるインクの吐出口の内周のエッジ部分２２Ａを形成している。

本発明の特徴として、このエッジ部分２２Ａは全周に亘って後述するＰ方不純物総２７により形成している。なお、ノズル２２はインクの吐出方向の断面について見たときにテーパ形状に限らず、平行な形状であってもよい。

撥液層２３は、一方の面がプレート基板２１に重ねて形成される酸化層２４に接合し、他方の面が後述するＰ型不純物層２７とともにインク吐出面２６を形成している。撥液層２３と酸化層２４の境界部分である接合部分２３Ａを拡大すると、図１（ｂ）に示すように、酸化層２４に撥液層２３の多くの分子が接合している状態となっている。なお、酸化層２４は、プレート基板２１の表面を酸化させた膜による層である。

本発明の特徴として、ノズル２２の内面にＰ型不純物層２７が形成されている。そのため、ノズル２２の内面の耐アルカリ性が向上し、ノズル２２の内面の寸法精度を維持することができる。また、Ｐ型不純物層２７によりノズル２２の内面のインク濡れ性が向上し、ノズル２２のインクの吐出口からの気泡巻き込みが発生しにくい。

また、エッジ部分２２Ａからノズル２２の内面における酸化層２４および撥液層２３の接合部分２３Ａに亘る範囲にもＰ型不純物層２７が形成されている。したがって、撥液層２３と酸化層２４との接合部分２３ＡがＰ型不純物層２７に覆われてノズル２２に直接面していないことから、ノズル２２の内部のインクが接合部分２３Ａに侵入せず、撥液層２３が酸化層２４から剥離するおそれがない。

後述するように、Ｐ型不純物層２７がホウ素により形成される場合、厚さｔ＝２μｍで１０^２０ａｔｍ／ｃｍ^３程度以上の濃度でドープしていれば十分である。なお、厚さｔは図１（ａ）に示すように、ノズル２２の内面からプレート基板２１や酸化層２４や撥液層２３との接触面までの幅である。

ここで、図２（ａ）は本発明のノズルプレート１１をインク吐出面２６側から見たときの外観図である。図２（ａ）に示すように、本実施形態では一例として、複数のノズル２２の吐出口がマトリクス状に配列された場合を示している。

そして、図２（ｂ）は、図２（ａ）の点線で囲んだ１つのノズル２２付近の拡大図である。図２（ｂ）に示すように、インク吐出面２６は、ノズル２２の吐出口の周囲にＰ型不純物層２７が形成され、その周囲に撥液層２３が形成されている。

次に、本発明のノズルプレートの製造方法について説明する。図３は、本発明のノズルプレートの製造方法の工程図である。

図３（ａ）に示すように、製造後のノズルプレート１１においてプレート基板２１を構成することとなるシリコン基板３１の両面に、マスク層３２、３３を形成する。ここでは、製造後のノズルプレート１１においてインク吐出面２６を形成しない側にマスク層３２、インク吐出面２６を形成する側にマスク層３３を形成する。シリコン基板３１の厚さは、５０μｍ〜１００μｍである。マスク層３２は後工程のドーピングの際のマスクを兼ねるため、温度上昇に耐えられ、イオンがシリコン基板３１まで通過することなく、パーティクルを出さないことが必要となる。そのため、マスク層３２，３３としてはシリコン酸化層が望ましい。

次に、図３（ｂ）に示すように、マスク層３２に重ねて間欠部３４Ａが形成されるレジストパターン３４を配置する。間欠部３４Ａの内径は、製造後のノズルプレート１１においてノズル２２の吐出口とは反対にある供給口の内径に相当する内径としておく。

次に、図３（ｃ）に示すように、マスク層３２についてノズル２２の供給口の内径に相当する内径からなるマスク開口部３６を形成し、レジストパターン３４を除去する。

次に、図３（ｄ）に示すように、マスク開口部３６を介してシリコン基板３１をエッチングし、ノズル２２用の孔を形成する。エッチングとしては、ドライエッチングであってもウェットエッチングであってもよい。本実施形態では、一例として、水酸化カリウム（ＫＯＨ）による異方性エッチングを行うこととする。この場合、シリコン基板としては、（１００）面方位のものを使用する。そして、インク吐出面２６側のマスク層３３に達したところでエッチングを終了する。

次に、図３（ｅ）に示すように、エッチング時のマスク開口部３６をそのまま利用し、Ｐ型不純物をシリコン基板３１に形成される孔の内面にドープして、Ｐ型不純物層２７を形成する。Ｐ型不純物としては、例えばホウ素（Ｂ）が挙げられる。

ここで、Ｐ型不純物層２７の厚さｔ（図１参照）と濃度について説明する。シリコンへのホウ素のドープ量と耐アルカリ性の関係は、強アルカリ液の一例として水酸化カリウムを一例に示すと、図４のようになる。この図は横軸にホウ素のドープ量（ａｔｍ／ｃｍ^３）、縦軸に水酸化カリウムでのエッチング速度を示している。そして、水酸化カリウムの濃度として、１０％、２４％、４２％、５７％の場合を示している。全体的に、エッチング速度はホウ素のドープ量が１０^１９ａｔｍ／ｃｍ^３を過ぎてから低下し始め、特に水酸化カリウムの濃度が１０％の液については、ホウ素のドープ量が１０^２０ａｔｍ／ｃｍ^３の時に１０^１７ａｔｍ／ｃｍ^３の時の１／１００のエッチング速度（つまり１００倍のアルカリ耐性）となっている。

通常のインクは水酸化カリウムほど強いアルカリ性ではないため、より低いホウ素の濃度でもインクに対して十分な耐アルカリ性が期待できる。そのため、本発明の目的であるノズル２２の耐アルカリインク性向上のためには、Ｐ型不純物層２７をホウ素により形成する場合、例えば、厚さｔ＝２μｍで１０^２０ａｔｍ／ｃｍ^３程度以上の濃度でドープできれば十分である。なお、Ｐ型不純物層２７の濃度はその厚さ（深さ）方向に進むに連れて徐々に低下していく。そのため、厚さｔ＝２μｍの位置で１０^２０ａｔｍ／ｃｍ^３程度以上の高濃度でドープする場合、可能な限り厚さｔ＝１０μｍまで耐アルカリ性が期待できる濃度のＰ型不純物層２７を形成しておくことが望ましい。そのため、Ｐ型不純物層２７について耐アルカリ性が期待できる濃度である限り、その推奨する厚さｔは２μｍ以上１０μｍ以下とする。

ドープ方法としては、熱拡散法、イオン注入法等が挙げられるが、インクに接する最表面の不純物濃度が最も高くなる熱拡散法が最も好ましい。熱拡散法による不純物濃度の模式図を図５に示す。不純物濃度は、表面が最も高く、シリコン表面からの深さが増すにつれて、不純物濃度は低下する。

例えば、固体熱拡散法で１１５０℃で１時間の拡散を行えば、表面部分で濃度が２×１０^２０ａｔｍ／ｃｍ^３、厚さｔ＝２μｍの部分で濃度が１×１０^２０ａｔｍ／ｃｍ^３の不純物ドープ層が得られる。これによりノズル２２の内面に、厚さ２μｍ程度のＰ型不純物によるドープ層（不純物濃度が１０^２０ａｔｍ／ｃｍ^３以上）が形成される。なお、流路部材と接合した後、流路部材内面すべてにドープ層を形成しても良い。

次に、図３（ｆ）に示すように、インク吐出面２６側のマスク層３３にレジストパターン３７を形成する。レジストパターン３７の幅は、製造後のノズルプレート１１においてインク吐出面２６のＰ型不純物層２７の外径に相当するものとする。

次に、図３（ｇ）に示すように、レジストパターン３７に覆われた部分以外のマスク層３３をエッチング除去する。

次に、図３（ｈ）に示すように、シリコン基板３１について、マスク層３３が配置される側の面からマスク層３２が配置される側の面へ向かってエッチングする。エッチング量は０．１μｍとする。これにより、マスク層３３が配置される側の面について、Ｐ型不純物層２７とシリコン基板３１との間に０．１μｍの段差を形成する。

次に、図３（ｉ）に示すように、レジストパターン３７とマスク層３２，３３を除去し、ノズル２２を形成する。

次に、図３（ｊ）に示すように、段差を形成したことにより一段下がったところにあるシリコン基板３１の表面を酸化させてシリコン酸化層２４を形成し、重ねて撥液層２３を形成する。撥液層２３の形成方法としては、フロロアルキルシランのシランカップリングなどが挙げられ、これには、ＭＶＤ法や液相法が挙げられる。なお、シリコン基板３１がプレート基板２１となる。

以上のような本発明のノズルプレート１１により、以下の効果を得ることができる。

まず、ノズル２２が形成されるノズルプレート１１において、少なくともノズル２２の吐出口の内周を形成するエッジ部分２２Ａを全周に亘って形成するＰ型不純物層２７を有するので、ノズル２２のエッジ部分２２Ａの耐アルカリ性が向上し、アルカリ性のインクによる腐食を防止して、ノズル２２のエッジ部分２２Ａにおける鋭角な形状および内径の寸法精度を維持することができる。そのため、安定した吐出状態を実現することができる。

また、ノズル２２のエッジ部分２２Ａの耐磨耗性が向上し、メンテナンス時などに行うインク吐出面２６のワイピングに対する耐久性が向上し、ノズル２２のエッジ部分２２Ａにおける鋭角な形状および内径の寸法精度を維持することができる。そのため、安定した 吐出状態を実現することができる。

なお、本実施形態では、ノズル２２の吐出口がインク吐出面２６に形成されているが、これに限定されない。例えば、インク吐出面２６に対してザグリを介してノズル２２の吐出口が形成している場合も考えられる。

また、Ｐ型不純物層２７がノズル２２の内面を形成するので、ノズル２２の内面のインクの濡れ性が向上し、ノズル２２の吐出口からの気泡の巻き込みが発生しない。

また、図１に示すように、プレート基板２１に重ねて酸化層２４を配置し、酸化層２４に重ねて撥液層２３を配置して形成され、インクの吐出のためのノズル２２がプレート基板２１および酸化層２４および撥液層２３を貫通するように形成されるノズルプレート１１において、撥液層２３におけるノズル２２の吐出口の内周を形成するエッジ部分２２Ａを全周に亘って形成するとともに、少なくともエッジ部分２２Ａからノズル２２の内面における酸化層２４および撥液層２３の境界部分２３Ａに亘って形成するＰ型不純物層２７を有するので、撥液層２３と酸化層２４との接合部分２３ＡがＰ型不純物層２７に覆われてノズル２２に直接面していないことから、ノズル２２の内部のインクが接合部分２３Ａに侵入せず、撥液層２３が酸化層２４から剥離するおそれがない。

また、Ｐ型不純物層２７の厚さｔを２μｍ以上１０μｍ以下とすることにより、より確実にノズル２２の吐出口周辺について耐アルカリ性を有することにより形状および寸法精度の維持を図れる。また、より確実に撥液層２３の剥離を防止することができる。

〔ヘッドの構造〕
次に、本発明のノズルプレートを有するインク吐出ヘッド（以下、ヘッドという）の構造について説明する。後述する色別の各ヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙの構造は共通している。そのため、以下、これらを代表して説明する場合には、符号５０によってヘッドを示すものとする。

図６（ａ）はヘッド５０の構造例を示す平面透視図であり、図６（ｂ） はその一部の拡大図である。また、図６（ｃ） はヘッド５０の他の構造例を示す平面透視図、図７は１つの液滴吐出素子（１つのノズル２２に対応したインク室ユニット）の立体的構成を示す断面図（図６(a) 中の７−７線に沿う断面図）である。

記録紙上に印字されるドットピッチを高密度化するためには、ヘッド５０におけるノズルピッチを高密度化する必要がある。本例のヘッド５０は、図６（ａ）,（ｂ） に示したように、インク吐出口であるノズル２２と、各ノズル２２に対応する圧力室５２等からなる複数のインク室ユニット（液滴吐出素子）５３を千鳥でマトリクス状に（２次元的に）配置させた構造を有し、これにより、ヘッド長手方向（紙送り方向と直交する方向）に沿って並ぶように投影される実質的なノズル間隔（投影ノズルピッチ）の高密度化を達成している。

記録紙の送り方向と略直交する方向に記録紙の全幅に対応する長さにわたり１列以上のノズル列を構成する形態は本例に限定されない。例えば、図６（ａ） の構成に代えて、図６（ｃ） に示すように、複数のノズル２２が２次元に配列された短尺のヘッドモジュール５０’を千鳥状に配列して繋ぎ合わせることで記録紙の全幅に対応する長さのノズル列を有するラインヘッドを構成してもよい。

各ノズル２２に対応して設けられている圧力室５２は、その平面形状が概略正方形となっており（図６（ａ）,（ｂ） 参照）、対角線上の両隅部の一方にノズル２２への流出口が設けられ、他方に供給インクの流入口（供給口）５４が設けられている。なお、圧力室５２の形状は、本例に限定されず、平面形状が四角形（菱形、長方形など）、五角形、六角形その他の多角形、円形、楕円形など、多様な形態があり得る。

図７に示したように、ヘッド５０はノズルプレート１１と流路基板５９とから形成されている。そして、流路基板５９には圧力室５２、供給口５４、共通流路５５などが形成されている。各圧力室５２は供給口５４を介して共通流路５５と連通されている。共通流路５５はインク供給源たるインクタンク（不図示）と連通しており、インクタンクから供給されるインクは共通流路５５を介して各圧力室５２に分配供給される。

圧力室５２の一部の面（図７において天面）を構成している加圧板（共通電極と兼用される振動板）５６には個別電極５７を備えたアクチュエータ５８が接合されている。個別電極５７と共通電極間に駆動電圧を印加することによってアクチュエータ５８が変形して圧力室５２の容積が変化し、これに伴う圧力変化によりノズル２２からインクが吐出される。なお、アクチュエータ５８には、チタン酸ジルコン酸鉛やチタン酸バリウムなどの圧電体を用いた圧電素子が好適に用いられる。インク吐出後、アクチュエータ５８の変位が元に戻る際に、共通流路５５から供給口５４を通って新しいインクが圧力室５２に再充填される。

上述した構造を有するインク室ユニット５３を図８に示す如く主走査方向に沿う行方向及び主走査方向に対して直交しない一定の角度θを有する斜めの列方向とに沿って一定の配列パターンで格子状に多数配列させることにより、本例の高密度ノズルヘッドが実現されている。

すなわち、主走査方向に対してある角度θの方向に沿ってインク室ユニット５３を一定のピッチｄで複数配列する構造により、主走査方向に並ぶように投影されたノズルのピッチＰはｄ× cosθとなり、主走査方向については、各ノズル２２が一定のピッチＰで直線状に配列されたものと等価的に取り扱うことができる。このような構成により、主走査方向に並ぶように投影されるノズル列が１インチ当たり２４００個（２４００ノズル／インチ）におよぶ高密度のノズル構成を実現することが可能になる。

なお、印字可能幅の全幅に対応した長さのノズル列を有するフルラインヘッドで、ノズルを駆動する時には、（１）全ノズルを同時に駆動する、（２）ノズルを片方から他方に向かって順次駆動する、（３）ノズルをブロックに分割して、ブロックごとに片方から他方に向かって順次駆動する等が行われ、用紙の幅方向（用紙の搬送方向と直交する方向）に１ライン（１列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン）を印字するようなノズルの駆動を主走査と定義する。

特に、図８に示すようなマトリクス状に配置されたノズル２２を駆動する場合は、上記（３）のような主走査が好ましい。すなわち、ノズル２２−１１ 、２２−１２ 、２２−１３ 、２２−１４ 、２２−１５ 、２２−１６ を１つのブロックとし（他にはノズル２２−２１、…、２２−２６を１つのブロック、ノズル２２−３１、…、２２−３６を１つのブロック、…として）、記録紙の搬送速度に応じてノズル２２−１１、２２−１２、…、２２−１６を順次駆動することで記録紙の幅方向に１ラインを印字する。

一方、上述したフルラインヘッドと用紙とを相対移動することによって、上述した主走査で形成された１ライン（１列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン）の印字を繰り返し行うことを副走査と定義する。

そして、上述の主走査によって記録される１ライン（或いは帯状領域の長手方向）の示す方向を主走査方向といい、上述の副走査を行う方向を副走査方向という。すなわち、本実施形態では、記録紙の搬送方向が副走査方向であり、それに直交する方向が主走査方向ということになる。

本発明の実施に際してノズルの配置構造は図示の例に限定されない。また、本実施形態では、ピエゾ素子（圧電素子）に代表されるアクチュエータ５８の変形によってインク滴を飛ばす方式が採用されているが、本発明の実施に際して、インクを吐出させる方式は特に限定されず、ピエゾジェット方式に代えて、ヒータなどの発熱体によってインクを加熱して気泡を発生させ、その圧力でインク滴を飛ばすサーマルジェット方式など、各種方式を適用できる。

〔インクジェット記録装置の構成〕
次に、上述したヘッドを備えた画像記録装置の具体的な適用例としてのインクジェット記録装置について説明する。

図９は、本発明に係る画像記録装置の一実施形態を示すインクジェット記録装置の全体構成図である。同図に示すように、このインクジェット記録装置１１０は、黒（Ｋ），シアン（Ｃ），マゼンタ（Ｍ），イエロー（Ｙ）の各インクに対応して設けられた複数のヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙを有する印字部１１２と、各ヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１１４と、被記録媒体たる記録紙１１６を供給する給紙部１１８と、記録紙１１６のカールを除去するデカール処理部１２０と、前記印字部１１２のインク吐出面２６に対向して配置され、記録紙１１６の平面性を保持しながら記録紙１１６を搬送するベルト搬送部１２２と、印字部１１２による印字結果を読み取る印字検出部１２４と、記録済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部１２６とを備えている。

インク貯蔵／装填部１１４は、各ヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙに対応する色のインクを貯蔵するインクタンクを有し、各タンクは所要の管路を介してヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙと連通されている。

なお、不吐出時に各ヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙに備わるノズル２２からインクが漏出することを防止するために、ノズル２２内部のインクに負圧を与える液体負圧装置を設けてもよい。この液体負圧装置では、負圧を与えるにあたって、ノズル２２と連通するインク貯蔵／装填部１１４（例えば、インクカートリッジやインクタンク、サブタンクなど）において、ポンプ（不図示）により空気の供給排出による圧力調整を行い負圧を発生させる負圧発生室が設けられている。

給紙部１１８から送り出される記録紙１１６はマガジンに装填されていたことによる巻きクセが残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部１２０においてマガジンの巻きクセ方向と逆方向に加熱ドラム１３０で記録紙１１６に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。

ロール紙を使用する装置構成の場合、図９ように、裁断用のカッター（第１のカッター）１２８が設けられており、該カッター１２８によってロール紙は所望のサイズにカットされる。

デカール処理後、カットされた記録紙１１６は、ベルト搬送部１２２へと送られる。ベルト搬送部１２２は、ローラ１３１、１３２間に無端状のベルト１３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部１１２のインク吐出面２６及び印字検出部１２４のセンサ面に対向する部分が水平面（フラット面）をなすように構成されている。

ベルト１３３は、記録紙１１６の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引穴（不図示）が形成されている。図１０に示したとおり、ローラ１３１、１３２間に掛け渡されたベルト１３３の内側において印字部１１２のインク吐出面２６（図７参照）及び印字検出部１２４のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバ１３４が設けられており、この吸着チャンバ１３４をファン１３５で吸引して負圧にすることによって記録紙１１６がベルト１３３上に吸着保持される。

ベルト１３３が巻かれているローラ１３１、１３２の少なくとも一方にモータ（図１１中符号８８）の動力が伝達されることにより、ベルト１３３は図９上の時計回り方向に駆動され、ベルト１３３上に保持された記録紙１１６は図９の左から右へと搬送される。

縁無しプリント等を印字するとベルト１３３上にもインクが付着するので、ベルト１３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部１３６が設けられている。

ベルト搬送部１２２により形成される用紙搬送路上において印字部１１２の上流側には、加熱ファン１４０が設けられている。加熱ファン１４０は、印字前の記録紙１１６に加熱空気を吹き付け、記録紙１１６を加熱する。印字直前に記録紙１１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。

印字部１１２の各ヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙは、当該インクジェット記録装置１１０が対象とする記録紙１１６の最大紙幅に対応する長さを有し、そのインク吐出面２６には最大サイズの被記録媒体の少なくとも一辺を超える長さ（描画可能範囲の全幅）にわたりインク吐出用のノズルが複数配列されたフルライン型のヘッドとなっている（図１０参照）。

ヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙは、記録紙１１６の送り方向に沿って上流側から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の色順に配置され、それぞれのヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙが記録紙１１６の搬送方向と略直交する方向に沿って延在するように固定設置される。

ベルト搬送部１２２により記録紙１１６を搬送しつつ各ヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙからそれぞれ異色のインクを吐出することにより記録紙１１６上にカラー画像を形成し得る。

このように、紙幅の全域をカバーするノズル列を有するフルライン型のヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙを色別に設ける構成によれば、紙送り方向（副走査方向）について記録紙１１６と印字部１１２を相対的に移動させる動作を１回行うだけで（すなわち１回の副走査で）、記録紙１１６の全面に画像を記録することができる。これにより、記録ヘッドが紙搬送方向と直交する方向に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。

本例では、ＫＣＭＹの標準色（４色）の構成を例示したが、インク色や色数の組合せについては本実施形態に限定されず、必要に応じて淡インク、濃インク、特別色インクを追加してもよい。また、各色ヘッドの配置順序も特に限定はない。

図９に示した印字検出部１２４は、印字部１１２の打滴結果を撮像するためのイメージセンサ（ラインセンサ又はエリアセンサ）を含み、該イメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりや着弾位置誤差などの吐出特性をチェックする手段として機能する。

本例の印字検出部１２４には、受光面に複数の受光素子（光電変換素子）が２次元配列されてなるＣＣＤエリアセンサを好適に用いることができる。エリアセンサは、少なくとも各ヘッド１１２Ｋ，１１２Ｃ，１１２Ｍ，１１２Ｙによるインク吐出幅（画像記録幅）の全域を撮像できる撮像範囲を有しているものとする。

印字検出部１２４の後段には後乾燥部１４２が設けられている。後乾燥部１４２は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。

後乾燥部１４２の後段には、加熱・加圧部１４４が設けられている。加熱・加圧部１４４は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラ１４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。

こうして生成されたプリント物は排紙部１２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置１１０では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部１２６Ａ、１２６Ｂへと送るために排紙経路を切り換える不図示の選別手段が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター（第２のカッター）１４８によってテスト印字の部分を切り離す。

〔制御系の説明〕
図１１は、インクジェット記録装置１１０のシステム構成を示すブロック図である。同図に示したように、インクジェット記録装置１１０は、通信インターフェース７０、システムコントローラ７２、画像メモリ７４、モータドライバ７６、ヒータドライバ７８、プリント制御部８０、画像バッファメモリ８２、ヘッドドライバ８４等を備えている。

通信インターフェース７０は、ホストコンピュータ８６から送られてくる画像データを受信する画像入力手段として機能するインターフェース部（画像入力部）である。通信インターフェース７０にはＵＳＢ（Universal Serial Bus）、ＩＥＥＥ１３９４、イーサネット（登録商標）、無線ネットワークなどのシリアルインターフェースやセントロニクスなどのパラレルインターフェースを適用することができる。

ホストコンピュータ８６から送出された画像データは通信インターフェース７０を介してインクジェット記録装置１１０に取り込まれ、一旦画像メモリ７４に記憶される。画像メモリ７４は、通信インターフェース７０を介して入力された画像を格納する記憶手段であり、システムコントローラ７２を通じてデータの読み書きが行われる。画像メモリ７４は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなど磁気媒体を用いてもよい。

システムコントローラ７２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びその周辺回路等から構成され、所定のプログラムに従ってインクジェット記録装置１１０の全体を制御する制御装置として機能するとともに、各種演算を行う演算装置として機能する。すなわち、システムコントローラ７２は、通信インターフェース７０、画像メモリ７４、モータドライバ７６、ヒータドライバ７８等の各部を制御し、ホストコンピュータ８６との間の通信制御、画像メモリ７４の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ８８やヒータ８９を制御する制御信号を生成する。

画像メモリ７４は、画像データの一時記憶領域として利用されるとともに、プログラムの展開領域及びＣＰＵの演算作業領域としても利用される。

モータドライバ７６は、システムコントローラ７２からの指示に従って搬送系のモータ８８を駆動するドライバ（駆動回路）である。ヒータドライバ７８は、システムコントローラ７２からの指示に従って後乾燥部１４２等のヒータ８９を駆動するドライバである。

プリント制御部８０は、システムコントローラ７２の制御に従い、画像メモリ７４内の画像データ（多値の入力画像のデータ） から打滴制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理手段として機能するとともに、生成したインク吐出データをヘッドドライバ８４に供給してヘッド５０の吐出駆動を制御する駆動制御手段として機能する。

プリント制御部８０には画像バッファメモリ８２が備えられており、プリント制御部８０における画像データ処理時に画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ８２に一時的に格納される。なお、図１２において画像バッファメモリ８２はプリント制御部８０に付随する態様で示されているが、画像メモリ７４と兼用することも可能である。また、プリント制御部８０とシステムコントローラ７２とを統合して１つのプロセッサで構成する態様も可能である。

画像入力から印字出力までの処理の流れを概説すると、印刷すべき画像のデータは、通信インターフェース７０を介して外部から入力され、画像メモリ７４に蓄えられる。この段階では、例えば、ＲＧＢの多値の画像データが画像メモリ７４に記憶される。

ヘッドドライバ８４は、プリント制御部８０から与えられるインク吐出データ及び駆動波形の信号に基づき、印字内容に応じてヘッド５０の各ノズル２２に対応するアクチュエータ５８を駆動するための駆動信号を出力する。ヘッドドライバ８４にはヘッドの駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。

こうして、ヘッドドライバ８４から出力された駆動信号がヘッド５０に加えられることによって、該当するノズル２４からインクが吐出される。記録紙１１６の搬送速度に同期してヘッド５０からのインク吐出を制御することにより、記録紙１１６上に画像が形成される。

上記のように、プリント制御部８０における所要の信号処理を経て生成されたインク吐出データ及び駆動信号波形に基づき、ヘッドドライバ８４を介して各ノズルからのインク液滴の吐出量や吐出タイミングの制御が行われる。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。

印字検出部１２４は、図９で説明したように、イメージセンサを含むブロックであり、記録紙１１６に印字された画像を読み取り、所要の信号処理などを行って印字状況（吐出の有無、打滴のばらつき、光学濃度など）を検出し、その検出結果をプリント制御部１８０及びシステムコントローラ７２に提供する。

プリント制御部８０は、必要に応じて印字検出部１２４から得られる情報に基づいてヘッド５０に対する各種補正を行うとともに、必要に応じて予備吐出や吸引、ワイピング等のクリーニング動作（ノズル回復動作）を実施する制御を行う。

以上、本発明のノズルプレートおよびノズルプレートの製造方法、インク吐出ヘッド、画像形成装置について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

例えば、本発明のノズルプレートは、画像形成装置に限らず液体吐出装置にも使用することができる。

（ａ）は本発明のノズルプレートについてノズル付近のインクの吐出方向における断面図であり、（ｂ）は撥液膜と酸化層の接合部分の拡大図である。 （ａ）は本発明のノズルプレートをインク吐出面側から見たときの外観図である。（ｂ）は（ａ）の点線で囲んだ１つのノズル付近の拡大図である。 本発明のノズルプレートの製造方法の工程図である。 シリコンへのホウ素のドープ量と耐アルカリ性の関係図である。 熱拡散法による不純物濃度の模式図である。 （ａ）はヘッドの構造例を示す平面透視図であり、（ｂ）はその一部の拡大図であり、（ｃ）はヘッドの他の構造例を示す平面透視図である。 図６（ａ）中の７−７線に沿う断面図である。 図６に示した印字ヘッドの一部を拡大した詳細図である。 本発明に係る画像形成装置としてのインクジェット記録装置の一実施形態の概略を示す全体構成図である。 図９に示したインクジェット記録装置の印字部周辺の要部平面図である。 本実施形態に係るインクジェット記録装置のシステム構成を示す要部ブロック図である。

符号の説明

１１…ノズルプレート、２１…プレート基板、２２…ノズル、２３…撥液層、２４…酸化層、２６…インク吐出面、２７…Ｐ型不純物層、３１…シリコン基板、３２…マスク層、３３…マスク層、３４…レジストパターン、３６…ノズル開口部、３７…レジストパターン

Claims (5)

1. インクの吐出のためのノズルが形成されるノズルプレートにおいて、
   少なくとも、前記ノズルの吐出口の内周を形成するエッジ部分の全周に亘って、形成するＰ型不純物層を有すること、
   を特徴とするノズルプレート。
2. プレート基板に重ねて酸化層を配置し、前記酸化層に重ねて撥液層を配置して形成され、インクの吐出のためのノズルが前記プレート基板および前記酸化層および前記撥液層を貫通するように形成されるノズルプレートにおいて、
   前記撥液層における前記ノズルの吐出口の内周を形成するエッジ部分を全周に亘って形成するとともに、少なくとも前記エッジ部分から前記ノズルの内面における前記酸化層と前記撥液層の境界部分に亘って形成するＰ型不純物層を有すること、
   を特徴とするノズルプレート。
3. 請求項１または２のノズルプレートにおいて、
   前記Ｐ型不純物層は、前記ノズルの内面からの厚さが２μｍ以上１０μｍ以下であること、
   を特徴とするノズルプレート。
4. 請求項１乃至３のいずれか１つのノズルプレートを有すること、を特徴とするインク吐出ヘッド。
5. 請求項４のインク吐出ヘッドを有すること、を特徴とする画像形成装置。

Images