JP3196796B2 - インクジェット記録ヘッドのノズル形成方法 - Google Patents
インクジェット記録ヘッドのノズル形成方法Info
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Description
書込みを行うインクジェット記録ヘッドにおけるノズル
の形成方法に関する。
りインクをインク滴として吐出し記録媒体上に記録の書
込みを行うものであるが、この書込みに水性インクを用
いる場合には、ノズル開口部周囲の撥水性が不充分であ
ると、インクがその面に付着し易くなってインク滴の直
進性が損なわれるなどの問題が生じる。一般に、インク
ジェット記録ヘッドにおいて求められるノズル開口部周
囲の撥水性は、接触角が90度以上あればインク滴の直
進性が損なわれないと言われており、このために、ノズ
ル開口面側に撥水剤をコーティングすることが行われて
いる。
静電粉体塗装法(特開昭57−167765号)、真空
蒸着法(特開昭60−183161号)あるいは、ディ
ッピング法、スプレーコート法、スピンコート法等が提
案されているが、これらの方法では、いずれも撥水剤が
ノズル内に入り込んで目詰まりを起こしたり、インク滴
の直進性を損ねて印字品質に悪影響を与えるといった問
題を有している。
なくその開口面側に撥水処理を行う方法として、特開昭
63−122560号公報に開示されたものは、ノズル
を含むインク流路内に液体または固体を充填してからコ
ーティング処理をするというもので、また特開昭62−
59047号公報に開示されたものは、ノズルよりエア
を噴出させながらコーティング処理をするというもので
ある。
の液体・固体の充填が容易でなく、また流路内に充填剤
を満たしたままでノズル開口面に付着した余分な充填剤
を除去することが困難であるといった問題を有し、また
後者の方法では、最も撥水性を要求されるノズル開口部
の周囲がエア流の影響を受けるため、十分なコーティン
グを行うことができないという問題を有している。
ーザーを用いる方法については、特開平3−20765
7号公報において提案されている。そしてここには、ノ
ズルの形成と同時にその開口部周面に設けた撥水層をエ
キシマレーザーにより除去するという点についても開示
されているが、このエキシマレーザーにより除去するこ
とができる撥水剤としてのテフロンは、ワイピングによ
ってノズルの表面から簡単に剥離してしまうといった問
題があり、またシリコン系の樹脂は、エキシマレーザー
でアブレーション可能な樹脂には積層させることができ
ず、ガラスには強力に結合するが、ノズル形成部材にガ
ラスを用いた場合には、ノズルの形成が困難であるほ
か、長期の使用によってガラスが溶けてしまうといった
問題を有している。
題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、
ノズル形成部材に対して密着性がよく、かつ耐摩耗性に
優れた撥水層を、加工前の膜厚の厳密な管理を不要とす
るとともに、比較的大なる膜厚で形成することができる
ノズル形成方法を提案することにある。
ノズル形成部材の表面に、より膜厚の大なる含弗素重合
体を撥水層として形成することのできる新たなノズル形
成方法を提供することにある。
るために本発明のインクジェット記録ヘッドのノズル形
成方法は、エキシマレーザーによるアブレーションが可
能なプラスチックにより形成したノズル形成部材の表面
に、上記ノズル形成部材のアブレーションによって除去
され得る20nm以上の厚さを有する含弗素重合体より
なるコーティング層を形成する工程と、上記コーティン
グ層の表面にエキシマレーザーによるアブレーションが
可能で、かつ剥離可能なプラスチックの被覆層を形成す
る工程と、上記ノズル形成部材の背面よりノズル形成部
位に向けてエキシマレーザーを照射するノズル形成工程
と、上記ノズル形成工程の後に、上記コーティング層か
ら上記被覆層を剥離する工程と、を備える。
エキシマレーザーによるアブレーションが可能で、かつ
剥離可能なプラスチックの被覆層を形成して、ノズル形
成部材の背面よりノズル形成部位に向けてエキシマレー
ザーを照射するから、被覆層のアブレーションによりノ
ズルに残存するコーテング層が除去可能となり、コーテ
ング層の膜厚の厳密な管理を要することなく、インク滴
が所望の方向に飛翔するノズルを形成できる。
る。図1は、本発明の一実施例をなすインクジェット記
録ヘッドのノズル形成工程を示したものである。
を上下から治具2a、2bで挟み込んでネジ3により固
定する(図1a)。このノズル形成部材1は、エキシマ
レーザーによりアブレーションが可能な任意のプラスチ
ック、つまり高強度紫外レーザーによる光化学反応によ
り照射された部分に高濃度の励起種が生成し、これが分
解飛散する力によりエッチングされる任意のプラスチッ
クが使用されるが、具体的には、ポリカーボネート、ポ
リサルフォン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリ
ベンズイミダゾール、ポリアセタール、ポリエチレン、
ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリフェ
ニレンオキサイド、その他フェノール樹脂、アクリル樹
脂、エポキシ樹脂、ABSなどが使用される。
(旭硝子(株)製)40重量%、CT−solv.10
0(旭硝子(株)製)60重量%よりなる含弗素重合体
の溶液内へこのノズル形成部材1の表面4を浸し、しば
らく静置した後、100mm/分の速度で溶液中より引
上げ、これをオーブン内で約1時間、120度の温度で
加熱して溶媒を蒸発除去させ、その表面4に、膜厚が2
0乃至700nmのコーティング層5を形成する(図1
b)。
ては、非晶質含弗素重合体であることが望ましく、具体
的には、上記した組成物以外に、ポリジパーフルオロア
ルキルフマレート、テフロンAF(Du pont社商
標)のような含弗素重合体、あるいはジパーフルオロア
ルキルフマレートとスチレンの交互共重合体、三弗化塩
化エチレンとビニルエーテルとの交互共重合体、四弗化
塩化エチレンとビニルエステルとの交互共重合体などの
含弗素エチンレンと炭化水素系エチレンとの交互共重合
体もしくはその類似体乃至誘導体、フマライト(日本油
脂(株)商標)が用いられる。
機溶媒に溶解するから、溶媒に任意の濃度で溶解してコ
ーティングすることにより、エキシマレーザーでアブレ
ーション可能なプラスティックに対する密着性が高く、
かつ均一なコーティングが可能となる。
法としては、上述したディッピング法以外に、例えば、
スプレーを用いて噴霧するスプレーコート法、表面に1
乃至数滴滴下したあと高速で回転させてコーティングす
るスピンコート法、ゴムなどの支持体に予め溶液を塗っ
ておいてこれを表面に押し付けてコーティングする転写
法などを採用することができる。
気に曝し、そのあとでコーティングすることもできる。
このようなオゾンを用いた表面洗浄処理を行うことによ
り、その面の汚れを除去してコーティング層の密着性を
上げることができ、さらにオゾンの雰囲気は酸素プラズ
マや紫外線照射により得ることができる。またさらに、
コーティングを行う面との密着性を向上するためにカッ
プリング化合物層を介してコーティング層を形成するこ
とができ、これはオゾンを用いた表面洗浄処理とともに
行うようにしても単独で行うようにしてもよい。
a、2bから外し、発振波長248nm、エネルギー密
度2.0J/cm2 のKr Fエキシマレーザー光をノズ
ル形成部材1の背面6よりノズル形成部位に向けて照射
し、そこにノズル7を形成する。
シマレーザーの照射を受けた部分が光化学反応により高
濃度の励起種を生成しこれが分解・飛散して、図1
(c)に示したように、当該部分をエッチングしてそこ
にノズル7を正確に形成するとともに、分解・飛散した
励起種がノズル7上のコーティング層5を吹飛ばして除
去する。
nm以上の膜厚を有する場合には、励起種による吹飛ば
しが十分に行えず、図3に示したように、ノズル7の開
口部周囲に水掻き状の膜5aが残り、また、膜厚が20
nm以下の場合には、図4に示したように、ノズル7上
の周囲のコーティング層5が吹飛ばされて、撥水層のな
い部分4aが形成される。
ズル形成部材1に圧力伝達用の振動板8とインク供給口
を備えたヘッド形成部品9を接着し(図1d)、さら
に、振動板8に圧電素子10を接着してインクジェット
記録ヘッド11を構成する。このようにして形成した含
弗素重合体よりなるコーティング層5は、水に対する接
触角が100度以上あり、またコーティング層5による
ノズル7の詰まり及びノズル7の穿孔不良、形状不良は
なかった。
り成形したコーティング層5をポリサルフォンの小片で
一部削り取り、その結果現れた表面4との段差を測定す
る方法でこの層5の厚さを求めたところ、厚さは約30
0nmであった。このヘッド11を用いて表1に示すと
ころのインクジェット用インク12をノズル7より吐出
したところ、インク滴は曲がりなく(0.5°以下)真
直ぐに吐出、飛行し、記録媒体14上に印字精度の高い
高品位な記録画像を形成することができた。
パー1用いてワイピングを5000回繰返す試験を行っ
た結果、インク滴の直進性は損なわれることなく、ワイ
ピング後においても印字精度の高い高品位な記録画像を
形成することができた。また、撥水剤としてAF160
0(Du pont社製)3.5重量%、FC−75
(住友スリーエム社製)96.5重量%の溶液を用いた
ディッピング法により膜厚が約650nmのコーティン
グ層5を形成した場合にも上記したと同様の好結果が得
られ、10000回のワイピング処理を行った後も画像
品質に変化はなかった。
成部材1の表面4に膜厚が約800nmのコーティング
層5を形成して上述した条件のもとでエキシマレーザー
によりノズルを形成したところ、図3に示したように、
ノズル7上のコーティング層5を十分に除去することが
できず、この結果、このヘッド11を用いてインクをノ
ズル7より吐出させたところ、インク滴はノズル7の上
部に水掻き状の膜として残存したコーティング層5の影
響を受けて2乃至8°の曲がりを示し、記録媒体14上
に高品位の記録画像を形成することができなかった。
ズル形成部材1の表面4に、波長が200nmの紫外線
光を10分照射した後、表2に示す組成よりなる溶液を
数滴滴下し、3000回転/分で1分間スピンコートに
よりコーティングし、さらに80度の温度で1時間加熱
して溶媒を除去し、表面4に撥水性を示すコーティング
層5を形成した。
8nm、エネルギー密度が2.0J/cm2 のKr Fエ
キシマレーザー光を背面より照射してノズルを形成し
た。このスピンコート法により形成したコーティング層
5は水に対する接触角が100度以上あり、また、形成
されたノズル7は、このコーティング層5によって詰ま
ったりすることはなかった。また、この方法によって形
成したコーティング層5は30nmの厚さを有し、この
ヘッド11を用いてインクをノズル7より吐出させたと
ころ、インク滴は曲がりなく真直ぐに吐出、飛行して記
録媒体14上に良好な記録画像を形成することができ
た。
グを2000回繰返す試験を行ったが、その後において
も印字精度の高い記録画像を形成することができた。一
方、このスピンコート法によりノズル成形部材の表面に
厚さが15nmのコーティング層を形成し、その上で上
述した条件のもとでノズルを形成したところ、図4
(a)に示したようにノズル7の周囲のコーティング層
5は破壊され、このヘッド11を用いてインクをノズル
7より吐出させたところ、ノズル7の表面4周囲にイン
クが付着して、その影響によりインクの吐出方向が3〜
5°曲がって高品位の記録画像を形成することはできな
かった。
形成部材1の表面4に含弗素重合体よりなるコーティン
グ層5を20〜700nmの厚みに形成することによ
り、その後のエキシマレーザーによるノズル7の形成と
ともに、ノズル開口部周囲に、十分な被覆を有し、かつ
ノズル7内へのコーティング層7の侵入のない良好なノ
ズルを形成することができる確証が得られた。
部材1そのものがアブレーションをを利用するものであ
って、ノズル形成部材1がもたらすアブレーション効果
は、高強度紫外レーザーによる光化学反応によって照射
された部分の構成分子が励起状態、つまり高エネルギー
状態となって不安定になるのに伴い、励起エネルギーを
発散して安定化するために分子間の結合を切って飛散す
るものと推測されるから、励起エネルギー量以上のエネ
ルギー密度のエキシマレーザーを照射しても、励起しに
くい性質を有する含弗素重合体を一定以上除去すること
はできない。
せにくいコーティング層を良好に除去させるためにその
膜厚の上限を厳密に管理する必要を有するものである
が、以下に述べる実施例はこのような管理を特に不要と
なし、かつ膜厚を大となして耐摩耗性をより高めるよう
にしたものである。
に、ポリサルフォンからなるノズル形成部材1の表面
に、第1実施例で述べたと同様のディッピング法により
含弗素重合体よりなるコーティング層5を形成する(同
図a)。このコーティング層5は、ノズル形成部材1の
アブレーションにより少なくともノズル7上の一部が穿
設除去される程度の厚さに止どめられる。
面に、厚さが約100μm程度のポリイミドのような、
エキシマレーザーでアブレーション可能なプラスチック
よりなるフィルムを被覆層6として添着する(同図
b)。
を設けたノズル形成部材1の背面から発振波長が248
nm、エネルギー密度が2.0J/cm2 のKr Fエキ
シマレーザー光を照射する。これにより、照射された部
分の構成分子は高濃度の励起種を生成しこれが分解・飛
散して、この部分をエッチングすることにより精度のよ
いノズル7を削成するとともに、この分解・飛散した励
起種により、同図cに示したように、ノズル7の上部を
覆っているコーティング層5の一部を除去し、さらに貫
通したエキシマレーザーによりその上の被覆層6の一部
を除去して、この被覆層6のアブレーションによりノズ
ル7上に残存するコーティング層5の全てを除去する。
そして最後に、同図dに示したように、コーティング層
5の上面から被覆層6を剥離して全ての生成工程を終え
る。
層5は膜厚が2000nmであったが、このヘッドを用
いてインクをノズル7より吐出させたところ、インク滴
は曲りなく真直ぐに吐出・飛行して記録媒体14上に精
度のよい記録画像を形成した。
層5の上面に被覆層6を添着することなくノズル形成部
材1の背面からエキシマレーザーによりノズル7を形成
したところ、ノズル7上のコーティング層5は完全に除
去されず、この影響を受けてインク滴は2°乃至8°の
曲りを生じて高品位な記録画像を形成することはできな
かった。このことから、ノズル7上のコーティング層5
は、ノズル形成部材1のアブレーションだけでなく被覆
層6のアブレーションによって除去されることが確認で
きた。
ノズル形成部材1の表面4に、第2実施例で示したと同
様のスピンコート法をもって膜厚が800nmのコーテ
ィング層5を形成し、その上にポリエチレンテレフタレ
ートよりなる膜厚150μmの被覆層6を添着した。そ
して、ノズル形成部材1の背面からエキシマレーザーを
照射して上述したと同様のノズル形成加工を施したとこ
ろ、インク滴の曲りのないヘッドが形成できた。
グ層5の上に、エキシマレーザーでアブレーションしな
い膜厚が500μmのポリテトラフルオロエチレンのフ
ィルムを添着して、上述したと同様のノズル形成加工を
施したところ、ノズル7上のコーティング層5は完全に
除去することができず、インクの吐出方向に曲がりが生
じた。
着する被覆層6は、エキシマレーザーでアブレーション
する素材からなるフィルムでなければならないことが確
認できた。
シマレーザーによるアブレーションが可能なプラスチッ
クにより形成したノズル形成部材の表面に、ノズル形成
部材のアブレーションによって除去され得る20nm以
上の厚さを有する含弗素重合体よりなるコーティング層
を形成する工程と、コーティング層の表面にエキシマレ
ーザーによるアブレーションが可能で、かつ剥離可能な
プラスチックの被覆層を形成する工程と、ノズル形成部
材の背面よりノズル形成部位に向けてエキシマレーザー
を照射するノズル形成工程と、ノズル形成工程の後に、
コーティング層から被覆層を剥離する工程とを備えたの
で、被覆層のアブレーションによりノズルに残存するコ
ーテング層が除去可能となり、コーテング層の膜厚の厳
密な管理を要することなく、インク滴を所望の方向に飛
行させることができるノズルが形成できる。
クジェット記録ヘッドの形成工程を示した図である。
ト記録ヘッドのインク吐出試験について示した図であ
る。
を示した図である。
場合の成形状態を示した図である。
程を示した図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 エキシマレーザーによるアブレーション
が可能なプラスチックにより形成したノズル形成部材の
表面に、上記ノズル形成部材のアブレーションによって
除去され得る20nm以上の厚さを有する含弗素重合体
よりなるコーティング層を形成する工程と、上記コーティング層の表面にエキシマレーザーによるア
ブレーションが可能で、かつ剥離可能なプラスチックの
被覆層を形成する工程と、 上記ノズル形成部材の背面よりノズル形成部位に向けて
エキシマレーザーを照射するノズル形成工程と、上記ノズル形成工程の後に、上記コーティング層から上
記被覆層を剥離する工程と、 からなるインクジェット記録ヘッドのノズル形成方法。 - 【請求項2】 上記コーティング層が、非晶質含弗素重
合体である請求項1に記載のインクジェット記録ヘッド
のノズル形成方法。
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