JP2007210334A - 疎水性コーティング膜の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェットヘッドのノズルプレート表面に疎水性コーティング膜を形成する方法を提供する。
【解決手段】本発明は、複数のノズル１３１を備えるノズルプレート１３０およびスタンプ２００を準備する工程と、準備されたスタンプの表面に疎水性物質１７０を塗布する工程と、スタンプの表面に塗布された疎水性物質をノズルプレートの表面に接触させ、ノズルプレートを加熱してノズルプレートの表面に疎水性物質を接着させる工程と、スタンプをノズルプレートから分離させる工程とを含む疎水性コーティング膜の形成方法である。これにより、疎水性物質１７０のうちノズルプレート１３０の表面に接着された部分は残存されて疎水性コーティング膜１７０’を形成し、複数のノズル１３１に対応する部分は、スタンプ２００と共にノズルプレート１３０から分離される。
【選択図】図３Ｄ

Description

本発明は、インクジェットヘッドに係り、さらに詳細には、選択的にインクジェットヘッドのノズルプレート表面のみに疎水性コーティング膜を形成する方法に関する。

一般的に、インクジェットヘッドは、印刷用インクの微小な液滴を印刷媒体上の所望の位置に吐出させて、所定の色の画像に印刷する装置である。このようなインクジェットヘッドは、インク吐出方式によって２つに大別される。一つは、熱源を利用してインクにバブルを発生させて、バブルの膨張力によりインクを吐出させる熱駆動方式のインクジェットヘッドである。他の一つは、圧電体を使用して、圧電体の変形によりインクに加えられる圧力によりインクを吐出させる圧電方式のインクジェットヘッドである。

図１は、従来のインクジェットヘッドの一例として、圧電方式のインクジェットヘッドの一般的な構成を示す断面図である。図２は、インクジェットヘッドのノズルプレートの表面処理における不良により発生する問題点を説明するための図面である。

まず、図１に示すように、流路プレート１０には、インク流路を構成するマニホルド１１、複数のリストリクター１２および複数の圧力チャンバ１３が形成される。流路プレート１０の上面には、圧電アクチュエータ４０の駆動により変形される振動板２０が接合されており、流路プレート１０の底面には、複数のノズル３１を備えるノズルプレート３０が接合される。一方、流路プレート１０および振動板２０は、一体に形成されてもよい。また、流路プレート１０およびノズルプレート３０も一体に形成されてよい。

マニホルド１１は、インク貯蔵庫（図示せず）から流入されたインクを複数の圧力チャンバ１３の各々に供給する通路である。リストリクター１２は、マニホルド１１から複数の圧力チャンバ１３内部にインクを流入するための通路である。複数の圧力チャンバ１３は、吐出されるインクが充填される場所であって、マニホルド１１の一側または両側に配列される。複数のノズル３１は、ノズルプレート３０を貫通するように形成され、複数の圧力チャンバ１３の各々に連結される。振動板２０は、複数の圧力チャンバ１３を覆うように流路プレート１０の上面に接合される。振動板２０は、圧電アクチュエータ４０の駆動により変形されて、複数の圧力チャンバ１３の各々にインクを吐出するための圧力変化を供給する。圧電アクチュエータ４０は、振動板２０上に順次積層される下部電極４１、圧電膜４２、上部電極４３から構成される。下部電極４１は、振動板２０の全面に形成され、共通電極の役割を行う。圧電膜４２は、複数の圧力チャンバ１３の各々上部に位置するように下部電極４１上に形成される。上部電極４３は、圧電膜４２上に形成され、圧電膜４２に電圧を印加する駆動電極の役割を行う。

上記のような構成を備えるインクジェットヘッドにおいて、ノズルプレート３０の表面処理は、ノズル３１を通じて吐出されるインク液滴の直進性および吐出速度などのインク吐出性能に直接的な影響を及ぼす。すなわち、インクの吐出性能を向上させるためには、ノズル３１の内面は親水性を備える必要があり、ノズル３１の外部に位置するノズルプレート３０外側表面は疎水性を備える必要がある。

したがって、通常、ノズルプレート３０の外側表面には、疎水性コーティング膜が形成される。このような疎水性コーティング膜を形成する方法としては、多様な方法が知られている。例えば、従来の疎水性コーティング膜の形成方法の一つとして、溶液状態の疎水性物質内にノズルプレート３０をディッピングして、ノズルプレート３０の外側表面に疎水性物質をコーティングさせる方法がある。他の方法として、蒸着方式を通じてノズルプレート３０の外側表面に疎水性物質をコーティングする方法がある。

米国特許第５３８７４４０号明細書

しかし、上記従来のコーティング方法では、選択的にノズルプレート３０の外側表面のみに疎水性コーティング膜を形成することが難しく、ノズル３１の内面にも疎水性コーティング膜が不均一に形成される。この場合、図２に示すように、インク液滴の直進性が低下し、複数のノズル３１から吐出されるインク液滴の速度および体積などが不均一になるなど、インク液滴の吐出性能が低下するという問題点が発生する。

そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、選択的にノズルプレートの外側表面のみに均一な疎水性コーティング膜を容易に形成できる疎水性コーティング膜の形成方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の観点によれば、インクジェットヘッドのノズルプレート表面に疎水性コーティング膜を形成する方法において、（イ）複数のノズルを備えるノズルプレートおよびスタンプを準備する工程と、（ロ）準備されたスタンプの表面に疎水性物質を塗布する工程と、（ハ）スタンプの表面に塗布された疎水性物質をノズルプレートの表面に接触させ、ノズルプレートを加熱してノズルプレートの表面に疎水性物質を接着させる工程と、（ニ）スタンプをノズルプレートから分離させる工程とを含み、（ニ）工程で、疎水性物質のうち、ノズルプレートの表面に接着された部分はノズルプレートに残存されて、疎水性コーティング膜を形成し、複数のノズルに対応する部分は、スタンプと共にノズルプレートから分離される疎水性コーティング膜の形成方法が提供される。

（ロ）工程は、疎水性物質を含有した溶液を製造する工程と、溶液をスタンプの表面に塗布する工程と、溶液に含有される溶媒を蒸発する工程とを含むことができる。この場合、溶液の溶媒は、過フッ素化合物、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、アセトン、トルエン、キシレンおよびエタノールから構成される群より選択される一つの化合物であってよい。そして、溶媒に対する疎水性物質の濃度は、５〜２０ｗｔ％であることが望ましい。また、溶液の塗布は、スピンコーティング方法またはディッピング方法により行われてよい。

疎水性物質は、フッ素化合物または硫黄化合物であることが望ましい。

スタンプは、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ、Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）のような高分子材質から形成されてよい。

（ロ）工程、（ハ）工程および（ニ）工程は、工程順に沿って複数回繰り返して行われてよい。

インクジェットヘッドの組み付けが完了した状態で、（イ）工程、（ロ）工程、（ハ）工程、（ニ）工程が順次行われてよい。

上記本発明によれば、疎水性物質および溶媒を含有した溶液をスタンプ表面に塗布し、溶媒を蒸発除去することで、スタンプ表面に疎水性物質を接着する。次に、スタンプ表面をノズルプレート表面に接触して、ノズルプレート自体を加熱することにより、疎水性物質をノズルプレートに接着する。そして、スタンプとノズルプレートとを分離すると、ノズルに対応する疎水性物質は、ノズルプレートに接着されていない部分であるため、スタンプとともにノズルプレートから分離されて除去される。一方、ノズルプレート表面に接着される疎水性物質は、ノズルプレート表面に残存して疎水性コーティング膜を形成できる。これは、疎水性物質のノズルプレート表面への接着力は、疎水性物質のスタンプ表面への接着力より強いためである。なぜなら、自然乾燥による溶媒除去によって疎水性物質をスタンプ表面に接着するより、加熱によって疎水性物質をノズルプレート表面に接着する方が接着強さにおいて強いからである。したがって、選択的にノズルプレートの外側表面のみに均一な疎水性コーティング膜を容易に形成できるので、複数のノズルを介したインク液滴の吐出性能を向上することができる。これにより、インクジェットヘッド自体の印刷性能を向上できる。

以上説明したように本発明によれば、選択的にノズルプレートの外側表面のみに均一な疎水性コーティング膜を形成できる。したがって、複数のノズルを介したインク液滴の吐出速度およびインク液滴の直進性などのインクの吐出性能を向上することができるため、印刷品質を向上できる。そして、本発明は、疎水性物質を含有した溶液を使用したスタンピング方式により疎水性コーティング膜を形成するので、従来の蒸着方式に比べて疎水性物質の選択の幅が広いという長所があり、さらに高価な蒸着装備を使用しなくてもよいので、製造コストが安いという長所がある。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図３Ａ〜図３Ｄは、本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドのノズルプレート表面に、疎水性コーティング膜を形成する方法を段階的に示す図面である。一方、図３Ａ〜図３Ｄは、ノズルプレートの一部を示すものであって、一般的なノズルプレートには、数十〜数百個のノズルが１列または複数の列で配列される。

まず、図３Ａに示すように、複数のノズル１３１を備えるノズルプレート１３０およびスタンプ２００を準備する（準備工程）。このとき、ノズルプレート１３０は、シリコンウェーハ、ガラス基板または金属基板などで構成される。ノズルプレート１３０に形成されるノズル１３１は、ノズルプレート１３０を貫通するように形成される。スタンプ２００は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ、Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）などのような高分子材質で形成されてよい。

次いで、図３Ｂに示すように、準備されたスタンプ２００の表面に疎水性物質１７０を所定の厚さに塗布する。ここで、スタンプ２００の表面とは、ノズルプレート１３０に対向する面となる。このとき、疎水性物質１７０は、溶液状態でスピンコーティング方法やディッピング方式などにより、例えば、約５ｎｍ〜１０ｎｍの厚さに塗布される。つまり、スタンプ２００の表面に疎水性物質１７０を塗布する段階（スタンプ２００表面への疎水性物質１７０塗布工程）では、以下の段階を含む。まず一つめは、疎水性物質１７０を溶媒などの物質に溶解させて、溶液を製造する段階である。次は、当該溶液をスタンプ２００の表面に塗布する段階である。そして最後は、当該溶液に含有される溶媒を蒸発する段階である。疎水性物質１７０を含有する溶液は、過フッ素化合物、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、トルエン、キシレンまたはエタノールなどから構成される群より選択される一つの溶媒に約５〜２０ｗｔ％、望ましくは、約１０ｗｔ％の濃度で疎水性物質１７０を溶解させて製造される。疎水性物質１７０としては、通常使用される多様な疎水性物質、例えば、フッ素化合物または硫黄化合物などが使用される。次いで、スタンプ２００の表面に塗布された溶液を所定時間自然乾燥させて溶媒を蒸発する。これにより、スタンプ２００の表面には、疎水性物質１７０から構成される膜が形成される。

次いで、図３Ｃに示すように、スタンプ２００をノズルプレート１３０の表面上に移動させて、疎水性物質１７０をノズルプレート１３０の表面に接触させる。つまり、スタンプ２００およびノズルプレート１３０の互いに対向する表面を接触させて、スタンプ２００の表面に形成される疎水性物質１７０をノズルプレート１３０の表面に接触させる。このとき、ノズルプレート１３０を所定の温度、例えば、約１００℃の温度に加熱する。この加熱工程は、疎水性物質１７０をノズルプレート１３０表面に接触させる工程以前に予め行われてもよい。また加熱工程は、疎水性物質１７０をノズルプレート１３０表面に接触させるとともに実施されるか、もしくは疎水性物質１７０をノズルプレート１３０表面に接触させた後に行われてもよい。この加熱工程により、ノズルプレート１３０の表面に接触した疎水性物質１７０の界面が熱によって軟化して、ノズルプレート１３０の表面に強く接着される。上記工程は、ノズルプレート１３０表面への疎水性物質１７０接着工程となる。

次いで、図３Ｄに示すように、スタンプ２００をノズルプレート１３０から分離させる（分離工程）。このとき、疎水性物質１７０は、スタンプ２００の表面には単純に塗布された状態であるが、ノズルプレート１３０の表面には上記のように強く接着された状態であるので、疎水性物質１７０とスタンプ２００との接着力より、疎水性物質１７０とノズルプレート１３０との接着力がはるかに強い。つまり、自然乾燥による溶媒除去によってスタンプ２００表面に疎水性物質１７０を接着するより、加熱によってノズルプレート１３０表面に疎水性物質１７０を接着する方が接着強さにおいて強いからである。したがって、スタンプ２００をノズルプレート１３０から分離すると、疎水性物質１７０のうちノズルプレート１３０の表面に接着された部分は、ノズルプレート１３０の表面に接着された状態で残存して、疎水性コーティング膜１７０’を形成する。一方、疎水性物質１７０のうち複数のノズル１３１に対応する部分は、ノズルプレート１３０に接着されていない部分であるため、スタンプ２００に塗布された状態でスタンプ２００と共にノズルプレート１３０から分離される。

このように、本発明の実施形態によれば、ノズルプレート１３０の外側表面のみに疎水性コーティング膜１７０’が形成され、ノズル１３１の内面には疎水性コーティング膜が形成されない。

上記工程を経れば、ノズルプレート１３０の外側表面のみに均一な疎水性コーティング膜１７０’が形成され、ノズル１３１の内面には疎水性コーティング膜１７０’が形成されない。従って、本発明の実施形態によれば、複数のノズル１３１を介したインク液滴の吐出速度および直進性などのインク吐出性能を向上できる。これにより、インクジェットヘッド自体の印刷性能を向上できる。そして、本発明の実施形態は、疎水性物質１７０を含有した溶液を用いるスタンピング方式により疎水性コーティング膜１７０’を形成するので、従来の蒸着方式に比べて疎水性物質１７０を幅広く選択できるという長所がある。さらに本発明の実施形態は、高価な蒸着装備を使用しなくてもよいので、製造コストが安いという長所がある。

そして、疎水性コーティング膜１７０’の厚さは、図３Ｂ、図３Ｃおよび図３Ｄに示す工程を複数回、例えば、２回または３回繰り返して行うことによって調節される。つまり、スタンプ２００表面への疎水性物質１７０塗布工程（図３Ｂ）、ノズルプレート１３０表面への疎水性物質１７０接着工程（図３Ｃ）、分離工程（図３Ｄ）を工程順に沿って複数回行うことで、所定の厚さの疎水性コーティング膜１７０’を得ることができる。

一方、上記では別途に分離された状態のノズルプレート１３０表面に疎水性コーティング膜１７０’を形成すると図示して説明したが、本発明の実施形態は、これに限定されない。すなわち、以下で説明するように、インクジェットヘッド１００が完成した状態でも、本発明の実施形態の方法によって、選択的にノズルプレート１３０の外側表面に疎水性コーティング膜１７０’を形成できる。

図４は、インクジェットヘッドが完成した状態で、本発明の実施形態に係るノズルプレート表面に疎水性コーティング膜を形成する方法を用いる場合について、説明するための図面である。

図４に示すように、インクジェットヘッド１００の流路プレート１１０には、複数の圧力チャンバ１１３が形成される。複数の圧力チャンバ１１３は、吐出されるインクが充填される場所である。流路プレート１１０の上面には、複数の圧力チャンバ１１３を覆う振動板１２０が接合される。振動板１２０上には、圧電アクチュエータ１４０が形成される。そして、流路プレート１１０の底面には、貫通形成された複数のノズル１３１を備えるノズルプレート１３０が接合される。そして、流路プレート１１０には、図示されていないが、マニホルドおよび複数のリストリクターが形成される。圧電アクチュエータ１４０は、複数の圧力チャンバ１１３の各々に、インクを吐出するための駆動力を供給する役割を行う。つまり、圧電アクチュエータ１４０の駆動により変形される振動板１２０によって、複数の圧力チャンバ１１３に圧力変化が供給される。これにより、複数の圧力チャンバ１１３の各々は、ノズル１３１よりインクを吐出することができる。圧電アクチュエータ１４０は、振動板１２０上に順次に積層される下部電極１４１、圧電膜１４２、上部電極１４３から構成される。下部電極１４１は、振動板１２０の全面に形成され、共通電極の役割を行う。圧電膜１４２は、複数の圧力チャンバ１１３の各々上部に位置するように、下部電極１４１上に形成される。上部電極１４３は、圧電膜１４２上に形成され、圧電膜１４２に電圧を印加する駆動電極の役割を行う。

図４では、一つの圧力チャンバ１１３に対応して一つのノズル１３１が形成されているが、本発明の実施形態は、これに限定されない。つまり、一つの圧力チャンバ１１３に対応して複数のノズル１３１が形成されてもよい。同様に、圧電膜１４２、上部電極１４３も一つの圧力チャンバ１１３に対応して各々一つずつ設けられているが、一つの圧力チャンバ１１３に対して複数のノズル１３１が形成される場合、圧電膜１４２、上部電極１４３も複数のノズル１３１に対応して複数設けられてよい。

一方、流路プレート１１０および振動板１２０は一つの基板になり、また、流路プレート１１０およびノズルプレート１３０も一つの基板になる。つまり、言い換えると、流路プレート１１０および振動板１２０は、一体で構成されてよいし、流路プレート１１０およびノズルプレート１３０も一体で構成されてよい。

上記のような構成を備えるインクジェットヘッド１００の組み付けが完了した状態で、図３Ａ〜図３Ｄに示す工程が行われてよい。つまり、インクジェットヘッド１００の組み付けが完了した後で、圧力チャンバ１１３内部に対して外側に位置するノズルプレート１３０の外側表面に、図３Ａ〜図３Ｄで行った工程を順次実施することで、疎水性コーティング膜１７０’を形成できる。この場合、ノズル１３１の内部だけでなく、複数の圧力チャンバ１１３の内部にも疎水性物質が浸透せず、ノズルプレート１３０の外側表面のみに疎水性コーティング膜１７０’を形成することができる。すなわち、本発明の実施形態によれば、インクジェットヘッド１００が完成した状態でも、他の部位に影響を及ぼさないでノズルプレート１３０の外側表面のみに容易に疎水性コーティング膜１７０’を形成できるという長所がある。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、インクジェットヘッド関連の技術分野に好適に用いられる。

従来のインクジェットヘッドの一例として、圧電方式のインクジェットヘッドの一般的な構成を示す断面図である。 インクジェットヘッドのノズルプレートの表面処理における不良により発生する問題点を説明するための図面である。 本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドのノズルプレート表面に疎水性コーティング膜を形成する方法において、スタンプおよびノズルプレートを準備する段階を示す図面である。 本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドのノズルプレート表面に疎水性コーティング膜を形成する方法において、スタンプに疎水性物質を塗布する段階を示す図面である。 本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドのノズルプレート表面に疎水性コーティング膜を形成する方法において、スタンプとノズルプレートとを接触する段階を示す図面である。 本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドのノズルプレート表面に疎水性コーティング膜を形成する方法において、スタンプとノズルプレートとを分離する段階を示す図面である。 インクジェットヘッドが完成した状態で、本発明の実施形態に係るノズルプレート表面に疎水性コーティング膜を形成する方法を用いる場合について説明するための図面である。

符号の説明

１３０ ノズルプレート
１３１ ノズル
１７０、１７０’ 疎水性コーティング膜
２００ スタンプ

Claims (9)

1. インクジェットヘッドのノズルプレート表面に疎水性コーティング膜を形成する方法において、
   （イ）複数のノズルを備えるノズルプレートおよびスタンプを準備する工程と；
   （ロ）準備された前記スタンプの表面に疎水性物質を塗布する工程と；
   （ハ）前記スタンプの表面に塗布された前記疎水性物質を前記ノズルプレートの表面に接触させ、前記ノズルプレートを加熱して前記ノズルプレートの表面に前記疎水性物質を接着させる工程と；
   （ニ）前記スタンプを前記ノズルプレートから分離させる工程と；
   を含み、
   前記（ニ）工程で、前記疎水性物質のうち、前記ノズルプレートの表面に接着された部分は前記ノズルプレートに残存されて、疎水性コーティング膜を形成し、複数の前記ノズルに対応する部分は、前記スタンプと共に前記ノズルプレートから分離されることを特徴とする、疎水性コーティング膜の形成方法。
2. 前記（ロ）工程は、
   前記疎水性物質を含有した溶液を製造する工程と；
   前記溶液を前記スタンプの表面に塗布する工程と；
   前記溶液に含有される溶媒を蒸発する工程と；
   を含むことを特徴とする、請求項１に記載の疎水性コーティング膜の形成方法。
3. 前記溶液の前記溶媒は、過フッ素化合物、テトラヒドロフラン、トルエン、キシレンおよびエタノールから構成される群より選択される一つの化合物であることを特徴とする、請求項２に記載の疎水性コーティング膜の形成方法。
4. 前記溶媒に対する前記疎水性物質の濃度は、５〜２０ｗｔ％であることを特徴とする、請求項２または３に記載の疎水性コーティング膜の形成方法。
5. 前記溶液の塗布は、スピンコーティング方法またはディッピング方法により行われることを特徴とする、請求項２〜４のいずれかに記載の疎水性コーティング膜の形成方法。
6. 前記疎水性物質は、フッ素化合物または硫黄化合物であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の疎水性コーティング膜の形成方法。
7. 前記スタンプは、ポリジメチルシロキサンから形成されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の疎水性コーティング膜の形成方法。
8. 前記（ロ）工程、前記（ハ）工程および前記（ニ）工程は、複数回繰り返して行われることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の疎水性コーティング膜の形成方法。
9. 前記インクジェットヘッドの組み付けが完了した状態で、前記（イ）工程、前記（ロ）工程、前記（ハ）工程および前記（ニ）工程が順次行われることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の疎水性コーティング膜の形成方法。