JP2002355957A - インクジェットプリントヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、吐出曲がりや吐出不良の生じな
い、且つあらゆるインクが吐出可能な高品質で安価なイ
ンクジェットプリントヘッドを提供する。 【解決手段】 ２種類の撥インク材を、それぞれの機能
を生かすべくノズルプレート表面に形成すべき膜の範囲
を規定し、且つ低撥インク性の材料の厚膜を高撥インク
性の材料よりも２〜５％程度厚く形成することで実現す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット記
録装置に用いられるプリントヘッドのオリフィスプレー
トの表面処理に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】インクジェットヘッドにおいては、ノズ
ル周辺に溜まったインクやノズル間のメニスカス形成位
置のばらつきにより、ノズルから吐出させたインク滴
が、インク吐出量の変動や飛翔方向の曲がり等を生じ、
印刷品質が低下するという問題が知られている。

【０００３】かかる問題に対して、ノズル表面及びある
所定の範囲で、ノズル内面に撥インク膜を形成すること
で上記問題点の対策としている。具体的な処理法として
は、メッキがある。しかし、本方法はメッキ液の状態や
メッキ表面状態により、メッキ厚がばらつくという欠点
がある。

【０００４】上記特開ではノズル内部へのメッキをも提
案している。このような構成において、メッキ厚の変動
はノズル径がばらつくことになり、インク吐出特性（イ
ンク吐出速度、吐出量）が不安定になる。

【０００５】また、メッキ状態が不安定なことで、本来
の撥インク性、つまり予定した接触角が得られず、やは
り良好な吐出特性は期待できないという欠点にもなって
いた。また、たとえ厳しい品質管理で均一になっても、
前記メッキ法では、全面に撥インクのメッキを施したノ
ズル表面では、停留したインクは表面エネルギが等しい
ゆえにあらゆる場所に残留する可能性があり、特にノズ
ル周辺に停留した場合は前述した問題が生じる。これ
は、前記したインク吐出の方向性を阻害することであ
り、本来の目的が実現できないことを意味する。

【０００６】また、別の従来例ではフッ素系高分子材料
のコートを提案している。本材料は、膜厚を比較的精度
良く塗布することはできるが、表面との密着性が悪い。
そして、インクがノズル表面に残留した場合、ゴム等で
拭取る動作をする場合があるが、その際前記コート材が
剥離し、撥インク性が低下する問題があり実用化が困難
であった。

【０００７】しかし、インクジェットプリンタの応用範
囲が拡大し、従来の水性・油性インクに加え溶剤系イン
ク要求が出てきた。前記溶剤系インクは表面張力・粘度
ともに低く、従来のメッキ法の撥インク処理では良好な
性能を維持するに必要な接触角が得られず、その吐出特
性・安定性は水性・油性インクのそれと比較して低く、
印刷品質は満足するものではなかった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、イン
クジェットプリンタ用ノズルプレートにおいて、インク
が吐出するノズル表面と、それと連続的にノズル先端部
から最も近いノズル内面の最小直径となる部分まで撥イ
ンク膜を形成し、インク直進飛行性向上、及びノズル内
のインクの挙動を安定化し、高印字品質で且つ信頼性の
高い印字ができ、あらゆるインク種に対応できるインク
ジェットプリントヘッドを提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明では、インクジェットプリンタ用ノズルプレ
ート撥インク膜を、撥インク性の異なる２種の材料の
内、高撥インク性材料（以下第一の撥インク膜という）
をノズル周辺に形成し、残りの表面を前記材料より性能
が低い（インクとの接触角が小さい）材料（以下第二の
撥インク膜という）で形成し、そして第一の撥インク膜
の膜厚は、第二の撥インク膜より薄く形成することを特
徴とする。

【００１０】また、高撥インク性を有する撥インク剤
を、前記オリフィスプレートに配設されたノズルの周囲
に被膜し、該箇所以外を低撥インク性の材料で被膜する
ことを特徴とする。

【００１１】更に、ノズル周辺の被膜範囲は、ノズル端
より０．０５〜０．２ｍｍの範囲であることを特徴とす
る。

【００１２】また、前記低撥インク性の材料の被膜厚さ
は、２〜５％だけ前記高撥インク性の材料の膜厚より厚
いことを特徴とする。

【００１３】更に、前記低撥インク性を被膜する箇所
は、未処理又は親インク処理を施した箇所を含むことを
特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明になるノズルプレ
ートの断面図である。

【００１５】図１においてノズルプレート１はステンレ
スで形成され、ノズル２はプレス等により裏面に開いた
漏斗状に形成される。本例では、ノズルプレート１の材
質を金属としたが、後述する撥インク処理が可能であれ
ば、セラミック、シリコン、ガラス、プラスチック樹脂
などで形成しても問題は無い。

【００１６】前記ノズル２の表面周辺は、高撥インク性
を有する第一の撥インク膜４が塗布されている。後述す
る特徴を有する撥インク剤はフッ素高分子であり、より
具体的にはポリフロロエーテル等が適当である。本剤は
純水との接触角が１００°以上であり、溶剤系のインク
でも吐出特性は充分に満足したものが得られる。

【００１７】通常、本剤を溶剤により１〜１０％に薄め
た液に浸すことで塗布される。その膜厚は１μｍ以下で
あり、実験の結果では、そのばらつきは非常に少なく、
吐出特性に影響を与えることは無い。しかし、ゴム板を
表面に押し当てて残留したインクを拭取ると、密着性が
悪いために撥インク性は低下するという欠点がある。特
に顔料を含むインクの場合は、その変化が顕著である。

【００１８】前記第一の撥インク膜４を除く第二の撥イ
ンク膜５は、前記第一の撥インク膜より低い撥インク性
のものが塗布されている。本例では密着性が良く、フッ
素粒子を含む無電界メッキ（一般的呼称：分散メッキ）
である。

【００１９】図２は残留インクの挙動を説明する図であ
る。

【００２０】図２において、インク３はノズルより飛翔
したインクが紙に着地し、その飛沫がノズルプレート表
面の前記第一の撥インク膜４に残留したものである。更
に、継続印刷でインク３は増加して、最終的に撥インク
性の低い前記撥インク膜Ｂ、５に接触すると、前記イン
ク３は前記５に引き寄せられ、インク３’の如くなる。

【００２１】ここで、前記撥インク膜の接触角の差が３
５°以上の場合において、前記第一の撥インク膜の被膜
範囲がノズル２の端部より０．０５ｍｍ未満では、前記
第一の撥インク膜での停留可能なインク量が少なくなる
ため、印刷が少量でも停留インクがノズル端にまで溢れ
だし、インクの吐出方向に悪影響を及ぼす。

【００２２】そこで、印刷品質に影響の無い様にするに
は、停留したインクを拭く、又は吸着することによって
取り除くことが考えられる。しかし、これでは余計な時
間を必要とし、結果として印刷処理性能を低下させるこ
とになる。

【００２３】従って、前記０．０５ｍｍ以内では、頻繁
にインク除去動作を印刷中に行わねばならず、それは印
刷性能を著しく低下するものであるため容認できない。

【００２４】また、同様の条件で、前記第一の撥インク
膜を０．２ｍｍ以上にした場合、停留インクを前記ノズ
ル２から第二の撥インク膜に引き寄せる前にインクの停
留量が増大して、インクの吐出方向に悪影響を及ぼす。

【００２５】つまり、実験により、第一の撥インク膜４
は、ノズル２の端部より０．０５〜０．２ｍｍの範囲に
あることが望ましいことが判明した。

【００２６】但し、インク吐出面に停留したインクが吐
出インクの方向性や印刷媒体に転移して汚すなど印刷品
質への悪影響をさけるため、停留インクの除去動作は必
須となる。

【００２７】通常、インク吐出面への密着性を考慮し
て、その除去には弾性ゴムの板材を用いてインクを拭
き、除去する。しかし、この拭き取り動作によって撥イ
ンク性能が低下する。上記機能を維持するには、第一の
撥インク膜の撥インク性能の低下は避けなければならな
い。そこで、第一の撥インク膜４の保護は、第二の撥イ
ンク膜５の膜厚を厚くすることにより、直接拭取る部材
が接触しなくなるため、撥インク性の低下を防止でき
る。

【００２８】前記板材の前記インク吐出面への充分な密
着性は、拭き取り性能向上には効果的であるが、押し付
け力を過剰にすれば、第二の撥インク膜に損傷を与えて
しまう。従って、適切な押しつけ力と板材の硬度を選択
することで、インクの除去と撥インク膜の損傷を防ぐこ
とが必要である。

【００２９】前記板材の硬度をショアＡで５０、板厚２
ｍｍとし、保持位置より自由端、すなわち拭き取り端部
までの距離を５ｍｍとした場合で、尚且つ線厚が５０ｇ
／ｍｍの場合に、第一の撥インク膜と第二の撥インク膜
の膜厚の差が２％以下では、前記拭き取り端の変形が充
分で無く、インクに接触できずその除去は不可能であ
る。また、５％以上では、前記拭き取り端が第一の撥イ
ンク膜に接触し、撥インク性能を低下させる。本例で
は、具体的に拭き取り部材の仕様を提示したが、他の組
み合わせでも良好な構成となる第一の撥インク膜と第二
の撥インク膜の膜厚の差は２〜５％となる。

【００３０】図３は本発明になるノズルプレートの製作
工程を説明する図である。

【００３１】工程（１）：マスク材６は前記第一の撥イ
ンク膜４の面積を除いた形状でインク吐出面に塗布され
る。マスク剤はフォトレジストが適当で、露光そして現
像で所望のパターンが得られる。その方法は公知であり
で詳述は省略する。

【００３２】工程（２）：第一の撥インク膜４が前記マ
スク材６を除いた部分に形成される。

【００３３】工程（３）：前記マスク材６を除去 工程（４）：第二の撥インク膜５を形成。この際、前記
第一の撥インク膜４は不導体ゆえ、第一の撥インク膜４
には第二の撥インク膜５は付着しない。前記第二の撥イ
ンク膜５は精度良く厚みを形成することは困難である
が、前述した如く膜厚の許容範囲が広く、容易に品質の
管理ができる。

【００３４】工程（５）：インク吐出面の裏面より酸素
プラズマを照射。第一の撥インク膜４は有機材ゆえ、酸
素プラズマで除去可能。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、インクが吐出するノズ
ル表面に異なる特性の撥インク膜を形成することによ
り、インク直進飛行性に優れしかもあらゆるインク種を
安定して吐出が可能であり、信頼性が高く高印字品質の
印字ができるノズルプレートを安価に高精度で形成する
ことができ、ひいては高性能のインクジェットプリント
ヘッドを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一例を示す断面図である。

【図２】 本発明における残留したインク挙動を説明す
る図である。

【図３】 本発明の製作工程を表す図である。

【符号の説明】

１はノズルプレート、２はノズル、３は残留インク、４
は第一の撥インク膜、５は第二の撥インク膜、６はマス
ク材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2C056 EA04 EA24 HA16 HA24 2C057 AF43 AF99 AG07 AP57

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インクジェットプリントヘッドのノズルを
   有するオリフィスプレートにおいて、該オリフィスプレ
   ート表面を撥インク性の異なる２種類の撥インク剤によ
   り被膜することを特徴とするインクジェットプリントヘ
   ッド。
2. 【請求項２】前記撥インク剤のうち、高撥インク性を有
   する撥インク剤を、前記オリフィスプレートに配設され
   たノズルの周囲に被膜し、前記オリフィスプレートの高
   撥インク性を有する撥インク剤の被膜部分を除く部分
   を、低撥インク性の材料で被膜することを特徴とする請
   求項１記載のインクジェットプリントヘッド。
3. 【請求項３】前記ノズル周辺の被膜範囲は、ノズル縁よ
   り０．０５〜０．２ｍｍの範囲であることを特徴とする
   請求項２記載のインクジェットプリントヘッド。
4. 【請求項４】前記低撥インク性の材料の被膜は、前記高
   撥インク性の材料の膜厚より２〜５％程度厚いことを特
   徴とする請求項１、２又は３記載のインクジェットプリ
   ントヘッド。
5. 【請求項５】前記低撥インク性を被膜する箇所は、未処
   理又は親インク処理を施した箇所を含むことを特徴とす
   る請求項１、２、３又は４記載のインクジェットプリン
   トヘッド。