JP2004230744A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、インク流路部材の金属材料等において腐食性の高いインクに対して、耐腐食性を持たせ、且つインク充填性を損なうことのないヘッドを提供すること。
【解決手段】インク流路内全面に被覆性が高く耐薬品性に優れたエポキシ系樹脂を保護膜として被覆し、更に、親インク性に優れたコロイダルシリカとＳｉＯ_２からなる親インク層をその表層に設けるようにした。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年インクジェットヘッドは、インクを吐出して文字や画像を紙等に形成するプリンタとしてだけではなく、ＬＣＤ製造装置、３次元造形機、プリント基板回路形成、燃料電池の電極形成など各種パターニング装置への応用が急速に進んでいる。その為、インクジェットヘッドは、多種多様な液体にさらされることになり、非常に高い耐薬品性を求められるようになった。
【０００３】
中でも産業用途向けのインクジェットヘッドの一般的な構成部材としては、ニッケルやステンレス等の金属をエレクトロフォーミングやエッチングを用いて流路プレートを作製し、それらを積層してヘッドを構成している物が多い。その場合、一般的な水性、油性、溶剤系のインクに対しての耐食性には非常に優れているが、酸性の溶液に対して非常に腐食しやすいという特徴がある。
【０００４】
そこで、腐食が起こらないようにインク流路に耐食性及び被覆性に優れたエポキシ樹脂を保護膜として設ける技術が提案されている（例えば特許文献１参照
）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２４６１４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述したエポキシ系樹脂で保護膜を設ける方法では、特性上、液体との接触角が高く、インク充填性が悪くなるといった問題があった。そこで、本発明においては、インクジェットヘッドのインク流路構成部材において、特に金属材料等に腐食性の高い溶液に対して、耐腐食性を持たせ、且つインク充填性を損なうことのないインクジェットヘッドを提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような課題を達成するため、耐腐食性が高く被覆性の優れたエポキシ系樹脂樹脂をインク流路内部の保護膜として用い且つ、コロイダルシリカとＳｉＯ_２を主成分とする親インク層を設けることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、実施例にて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。
【０００９】
【実施例１】
図１は、本発明のインクジェットヘッドの主要部の構造説明斜視図である。図１に示す２は複数のノズル１を形成したオリフィスプレートである。ノズル１の開口形状の加工精度はインクジェットヘッドのインク吐出特性に大きな影響を及ぼす。複数のノズル１間においてこれらのノズル精度ばらつきを低く押さえるためオリフィスプレート２の製法は高い加工精度が要求される。このためオリフィスプレート２は金属材料等を用い例えばステンレスの精密プレス法、レーザ加工法またはニッケルの電鋳加工等により形成される。またある場合では、ポリイミド樹脂や感光性樹脂を用いてレーザ加工法またはエッチングによって形成されることもある。
【００１０】
このオリフィスプレート２に圧力室３が形成されたチャンバプレート４、及びインク供給路１０と圧力室３とを連結し圧力室３へのインク流入を制御するリストリクタ５を形成したリストリクタプレート６を位置決めして接合する。更に圧電アクチュエータ１３の圧力を効率よく圧力室に伝えるための振動板７と共通インク通路１０からリストリクタ５に流入するインク中のゴミ等を取り除くフィルタ部８を形成したダイアフラムプレート９と共通インク通路１０を形成したハウジング１１を同じように位置決めして接合する。チャンバプレート４、リストリクタプレート６、ダイアフラムプレート９はステンレス材のエッチング加工法、またはニッケル材の電鋳加工法、あるいは樹脂材のレーザ加工法、エッチング加工法で作られる。ハウジング１１はステンレス材の切削加工等で形成され、外部インクタンクからインクを共通インク通路１０まで導くインク導入パイプ２０が接合されている。
【００１１】
最後に、複数の積層圧電体素子１４とそれを固定する支持基板１６からなる圧電アクチュエータ１３を位置決めして接合する。本例で使用した圧電アクチュエータ１３を製作する順序は、まず支持基板１６に積層圧電体素子棒を複数本並べて接着固定する。その後、積層圧電体素子棒をダイシングソー、ワイヤソー等を利用した切断により分割する。この時、分割された各々の積層圧電体素子１４は圧力室の一つずつに対応するようになっている。更には、支持基板１６にはそれぞれの積層圧電体素子１４に外部駆動回路から接続ケーブル１９を介して独立した電気信号を送るための個別電極１７及び共通電極（図示せず）が形成されている。外部駆動回路から選択的な電気信号が圧電体素子１４に印加されることにより、圧電体素子１４はひずみを生じる。圧電体素子１４は高剛性の支持基板１６上に接合されているため、振動板７に優先的に変位を与え圧力室３の圧力を高める。本例にて説明するインクジェットヘッドはこうした原理によってノズル１から液体を吐出して媒体上にパターンを形成する装置に用いられる。
【００１２】
図２は本発明の実施例１を説明するインクジェトヘッドの製造過程を示す部分断面図である。
【００１３】
図２（ａ）では、オリフィスプレート２、チャンバプレート４、リストリクタプレート６、ダイアフラムプレート９、ハウジング１１、インク導入パイプ２０のうち、チャンバプレート４とダイアフラムプレート９の両面、及びインク導入パイプ２０の外周部に１液性エポキシ系接着剤をディップ法、転写法、スプレー法、スピンコート法等によって塗布を行い、位置決めを行った状態で貼り合わせ圧力を加えながら１２０℃に加熱して接着剤を硬化させ、インク流路部材を形成した。
【００１４】
その後、十分に冷却し、図２（ｂ）のようにノズル面を上方に向けインク導入パイプ２０より保護膜２１となるエポキシ系樹脂の溶解液をノズル表面から溢れ出すまで充填をおこなった後、インク導入パイプ２０より吸引ポンプ等を用い流路内のエポキシ系樹脂の溶液を排出する。この際、ノズル表面に溢れ出た溶液は、吸収体を用いて余分な液体を排除するか、あるいはゴム状のブレード等を用いて均一に塗り広げるようにすることがより望ましい。または、スピンナーを利用して表面のエポキシ系樹脂の溶液を塗り広げることで非常に均一な塗布を行える。この動作においてインク流路内壁すべてにエポキシ系樹脂の溶液が塗布される。本例では、ジャパンエポキシレジン社製エピコート８２８（２９３重量部）、日本化薬社製ＫＡＹＡＢＯＮＤ Ｃ３００Ｓ（７０７重量部）を２−ブタノン（９００重量部）に溶解した後、この溶液を３重量部とり、２−ブタノン（９７重量部）に溶解したものを用いた。
【００１５】
続いて、図３（ｃ）に示すように、吸引により余分なエポキシ系樹脂の溶液を十分に排出した後、１２０℃の恒温槽に１時間投入し、エポキシ系樹脂の保護膜２１を形成する。
【００１６】
その後、再び十分に冷却し、図２（ｄ）のように、ノズル面を上方に向けインク導入パイプ２０より親インク処理液がノズル表面に溢れ出さない位置まで充填をおこなった後、インク導入パイプ２０より吸引ポンプ等を用い、流路内の親インク処理液を排出する。この動作において、インク流路内壁すべてに親インク処理液が塗布される。本例で用いた親インク処理液は、コロイダルシリカ（日産化学工業製スノーテックスＩＰＡ−ＳＴ）（１重量部）、６重量％のシリカゾル溶液（硝酸でｐＨ３〜４に調整、溶媒の主成分はエタノール）（１重量部）、及びエタノール（５０重量部）を混合した溶媒からなる。本例では、これらの材料および混合比において実施したが、コロイダルシリカとＳｉＯ_２を主成分とした親インク処理である場合はこれに限定されるものではない。
【００１７】
その後１２０℃に加熱して、図２（ｅ）のようにインク流路内面にコロイダルシリカとＳｉＯ_２を主成分とした親インク層２２を成膜する。
【００１８】
このように完成したインク流路部材と駆動部材である圧電アクチュエータ１６の圧電体素子１４の先端部に２液性エポキシ系接着剤をディップ法、転写法、ポッティング法等によって塗布を行い、各個別のインク流路に対応するように位置決めを行った後、図２（ｆ）のように接合させた。
【００１９】
以上のような方法で得られたインクジェットヘッドに、粘度８ｍＰａ・ｓ、表面張力６５ｍＮ／ｍ、ｐＨ１．７の酸性水溶液をノズル側から４０ｋＰａの圧力で吸引し、液体の充填を行った結果、全ノズルより液体が吐出することを確認した。一方、流路内に親インク処理を施さないヘッドにおいて同様の条件で液体の充填を行ったところ、４０％以下のノズルからしか吐出しなかった。
【００２０】
また、本例で作製したインクジェットヘッドを積層圧電体素子１４に電圧を加え１０億回駆動させた後、オリフィスプレート２、チャンバプレート４を剥離し、振動板７にコーティングされている保護膜２１及び親インク層２２を観察したところ、亀裂および剥離等の発生は確認されなかった。
【００２１】
また、吐出に用いた酸性水溶液をインクジェットヘッド内に１ヶ月間充填させておいた溶液を原子吸光光度法を用い、Ｆｅの定量分析を行った結果、検出量は１ｐｐｍ以下であった。このことから、本発明の保護膜２１及び親インク層２２によれば、流路内を確実に被覆して、各プレートの金属面に酸性水溶液が触れることがないことが立証され、保護膜の被覆性及び信頼性が得られたことが確認された。
【００２２】
【実施例２】
図３は本発明の実施例２を説明するインクジェトヘッドの製造過程を示す部分断面図である。
【００２３】
図３（ａ）は、オリフィスプレート２、チャンバプレート４、リストリクタプレート６、ダイアフラムプレート９、ハウジング１１、インク導入パイプ２０にエポキシ系樹脂をそれぞれディップ法、スプレー法、スピンコート法等を用い全面に塗布を行った状態である。
【００２４】
その後、図３（ｂ）のように位置決めを行った状態で貼り合わせ圧力を加えながら１２０℃に加熱してエポキシ系樹脂を硬化させ、インク流路部材を形成した。望ましくは、オリフィスプレート２は、貼り合わせ前に熱硬化させておくことで樹脂の流れ出しによるノズル詰まり等の要因を排除できる。また、オリフィスプレート２とハウジング１１を貼り合わせ前に熱硬化させておくことで、貼り合わせ時に圧力を加える治具への貼り付きを防止することが出来る。本例では、ジャパンエポキシレジン社製エピコート８２８（４８３重量部）、三井東圧社製ＸＬ２２５−４ＬＳ（５１６重量部）、四国化成製２Ｅ４ＭＺ（１重量部）、２−ブタノン（９０００重量部）にした後、この溶液を３重量部とり、２−ブタノン（９７重量部）に溶解したものを用いた。これにより、図３（ｂ）のようにインク流露内がエポキシ系樹脂によって保護されたインクジェットヘッドが得られる。
【００２５】
その後、図３（ｃ）に示すように、十分に冷却し、実施例１で行った工程と同様にインク流路内に親インク層２２を成膜した。
【００２６】
このように完成したインク流路部材と駆動部材である圧電アクチュエータ１６の圧電体素子１４の先端部に２液性エポキシ系接着剤をディップ法、転写法、ポッティング法等によって塗布を行い、各個別のインク流路に対応するように位置決めを行った後、図３（ｄ）のように接合させた。
【００２７】
以上のような方法で得られたインクジェットヘッドに実施例１と同様の評価を行った所、実施例１で得られたインクジェットヘッドと同等の結果が得られた。
【００２８】
【実施例３】
まず、オリフィスプレート２全面にエポキシ系樹脂による保護膜２１を形成後、インク吐出表面に撥インク処理を施す。具体的には、ＳＵＳ３０４材にプレス加工によって打ちぬかれたノズルを有するオリフィスプレート２に、ジャパンエポキシレジン社製エピコート８２８（２９３重量部）、日本化薬社製ＫＡＹＡＢＯＮＤ Ｃ３００Ｓ（７０７重量部）を２−ブタノン（９００重量部）に溶解した後、この溶液を３重量部とり、２−ブタノン（９７重量部）に溶解したものをディップ法、スプレー法、スピンコート法等を用いて塗布を行い、１２０℃で１時間加熱し硬化させる。
【００２９】
その後、十分に冷却し撥インク処理剤例えば、ダイキン工業社製デムナムＳＨ、あるいはデュポン社製テフロンＡＦ、あるいは旭硝子社製サイトップ等をインク吐出側表面に処理をする。具体的には、インク流路側を感光性のレジスト樹脂やマスキングテープ等を用いてマスク処理を施しインク吐出側表面に撥インク処理を施す。あるいは、オリフィスプレート２全面に撥インク処理を施した後、インク吐出側表面に感光性のレジスト樹脂やマスキングテープ等を用いマスク処理を施し、マスクされていない部分の撥インク膜を除去する。例えばドライエッチィング装置等を用い酸素プラズマや、アルゴンプラズマ、窒素プラズマ等の雰囲気中にさらし剥離する。
【００３０】
以上のような方法で得られたオリフィスプレート２を用いて実施例１と同様にインク流路部材を形成する。
【００３１】
その後、十分に冷却しノズル面を上方に向けインク導入パイプ２０より保護膜２１となるエポキシ系樹脂の溶解液をノズル表面に溢れ出さない位置まで充填をおこなった後、インク導入パイプ２０より吸引ポンプ等を用い、流路内のエポキシ系樹脂の溶液を排出する。この場合、ノズル表面に撥インク処理が施されている為もし溶液が溢れ出した場合においても容易に除去することが可能である。吸引により余分なエポキシ系樹脂の溶液を十分に排出した後、１２０℃の恒温槽に１時間投入し、エポキシ系樹脂の保護膜２１を形成する。本実施例のエポキシ系樹脂は、実施例１と同様のものを用いた。
【００３２】
その後、再び十分に冷却しノズル面を上方に向けインク導入パイプ２０より親インク処理液がノズル表面に溢れ出さない位置まで充填をおこなった後、インク導入パイプ２０より吸引ポンプ等を用い流路内の親インク処理液を排出する。この動作においてインク流路内壁すべてに親インク処理液が塗布される。この場合、ノズル表面に撥インク処理が施されている為もし親インク処理液が溢れ出した場合においても容易に除去することが可能である。本実施例の親インク処理液は、実施例１と同様のものを用いた。
【００３３】
そして、１２０℃に加熱し親インク層２２を成膜する。その後は実施例１と同じ方法でインクジェットヘッドを作製し同様の評価を行った結果、実施例１で得られたインクジェットヘッドと同等の性能が得られることが確認できた。また、撥インク処理の効果によりノズル表面にインクが濡れ広がる事がなく安定した吐出が可能である事を確認した。
【００３４】
【実施例４】
実施例３で用いた撥インク処理を施したオリフィスプレート２を使用する以外は、全て実施例２と同じ方法でインクジェットヘッドを作製し同様の評価を行った結果、実施例３で得られたインクジェットヘッドと同等の性能が得られることが確認できた。
【００３５】
【実施例５】
実施例３で用いた撥インク処理を施したオリフィスプレート２を使用する以外は、全て実施例１の図２（ａ）と同様にインク流路を形成する。
【００３６】
その後、実施例１と同様のエポキシ系樹脂を用いてインク導入パイプ２０よりエポキシ系樹脂の溶液を充填した後、インク導入パイプ２０よりエアーあるいは窒素ガス等を導入しエポキシ系樹脂の溶液をノズルより排出させる。この際、オリフィスプレート２表面は撥インク処理が施されているため、エポキシ系樹脂の溶液ははじかれコーティングされることはない。そして、１２０℃に加熱しエポキシ系樹脂の保護膜２１を成膜する。
【００３７】
その後、実施例１と同様の親インク処理剤を用いてインク導入パイプ２０より親インク処理液を充填した後、インク導入パイプ２０よりエアーあるいは窒素ガス等を導入し親インク処理液をノズルより排出させる。この際、オリフィスプレート２表面は撥インク処理が施されているため、親インク処理液ははじかれコーティングされることはない。そして、１２０℃に加熱し親インク層２２を成膜する。その後は実施例１と同じ方法でインクジェットヘッドを作製し同様の評価を行った結果、実施例３で得られたインクジェットヘッドと同等の性能が得られることが確認できた。
【００３８】
【実施例６】
実施例３で用いた撥インク処理を施したオリフィスプレート２を使用する以外は、全て実施例２の図３（ｂ）と同様に作製したインク流路全体を、親インク処理液に浸漬させ、揺動あるいは超音波振動をあたえるか、もしくは全体を減圧雰囲気中にさらしインク流路内に残っている気泡を排出する。その後吸引あるいは加圧によってインク流路内の親インク処理液を排出し熱処理を施し親インク層２２を成膜する。
【００３９】
その後、実施例１と同じ方法でインクジェットヘッドを作製し同様の評価を行った結果、実施例３で得られたインクジェットヘッドと同等の性能が得られることが確認できた。本実施例では、撥インク処理された部分以外全て親インク処理を施されるが、インクジェットヘッドとして何ら不具合はなかった。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、インク流路内全面に被覆性が高く耐薬品性に優れたエポキシ系樹脂を保護膜として被覆し親インク性に優れたコロイダルシリカとＳｉＯ_２からなる親インク層をその表層に設けることで金属材料等において腐食性の高いインクに対して、耐腐食性を持たせ、且つインク充填性を損なうことのないインクジェットヘッドを提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェットヘッドの主要部の分解斜視図。
【図２】本発明の第１の例となるインクジェトヘッドの製造過程を示す部分断面図。
【図３】本発明の第２の例となるインクジェトヘッドの製造過程を示す部分断面図。
【符号の説明】
１はノズル、２はオリフィスプレート、３は圧力室、４はチャンバプレート、５はリストリクタ、６はリストリクタプレート、７は振動板、８はフィルタ部、９はダイアフラムプレート、１０は共通インク通路、１１はハウジング、１２は接着部材、１３は圧電アクチュエータ、１４は積層圧電体素子、１５は導電性接合部材、１６は支持基板、１７は個別電極、１９は接続ケーブル、２０はインク導入パイプ、２１は保護膜、２２は親インク層である。

Claims (3)

1. インク流路内全面がエポキシ系樹脂の保護膜により被覆されており、さらにその表層がコロイダルシリカとＳｉＯ_２からなる親インク層によって形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記エポキシ系樹脂が、インク流路部材の保護膜とインク流路部材の結合部材を兼ねることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
3. 請求項１または２のいずれかに記載されているインクジェットヘッドにおいて、前記インク流路部材と連通するオリフィスが形成されているオリフィスプレートのインク吐出表面に撥インク処理が施されていることを特徴とするインクジェットヘッド。

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