JP5051012B2 - 撥液処理方法及びノズルプレートの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、撥液処理方法及びノズルプレートの製造方法に関する。

インクジェット式記録ヘッドの製造には、Ｓｉ、ガラス、金属等の材料が用いられている。これらの材料を用いて、液滴を吐出するノズル孔を備えたノズルプレートやノズル孔に吐出する液体を供給する流路溝を備えたボディプレートが形成されている。

インクジェット式記録ヘッドにおいて、ノズルプレートのインクを吐出する吐出口がある面（吐出面）の撥インク性（撥液性）が不十分であるとインクの液滴が吐出口周辺に広がって付着しやすくなる。このため、インクの吐出量が不安定になったり直進性が損なわれたりして、印刷品質が低下する。

そこで、ノズルプレートの吐出面には撥液処理が行われ、その例として、吐出口端面を処理する際に、吐出口から所定の気体を噴射しつつ、吐出口端面を処理剤に暴露する方法が開示されている（特許文献１参照）。この方法によると、吐出口から処理剤が回り込むことがなくなり、また、吐出口内に処理剤と混じり合わない液体または固体をノズルに詰め、処理後その液体または固体を取り出すという手間がない。このため、容易かつ短時間の操作にて吐出口端面のみを表面処理することができ、また、容易に端面が一様に撥液化され、吐出方向を安定させて良好な記録が得られるとしている。
特開昭６３−１２２５５７号公報

ノズルプレートに撥液処理を行う方法として、吐出面に撥液処理剤を塗布し撥液膜を形成し、その後、乾燥して定着させ、更に形成した撥液膜にリンス処理を行い、ノズルプレートに固着していない余分な撥液処理剤や汚染物質等を除去して清浄にする方法がある。

上記の撥液処理方法の場合、特許文献１に記載されているように、ノズルの吐出口から気体を噴射しつつ、撥液膜を形成し乾燥させた後、更に、気体を噴射しつつリンス処理を行うと、撥液処理剤及びリンス処理剤が吐出口内に回り込むことがない。また、撥液処理剤及びリンス処理剤と混じり合わない液体又は固体をノズルに詰め、処理後その液体又は固体を取り出すという手間がなくなる。

しかしながら、撥液処理した後、リンス処理したノズルプレートの吐出面を観察すると、リンス処理により除去されるべき余分な撥液処理剤や汚染物質等が水滴痕のように撥液膜表面に残留している。この残留物が存在する撥液膜は、本来の撥液状態と異なるため、インク等を均一な液滴として吐出ができなくなり印刷品質が低下する。また、残留物は、撥液膜表面から容易に剥がれるため、例えば、吐出面を清掃するワイプ操作時に吐出面から剥がれ、剥がれた残留物が吐出口に侵入して液滴吐出が不安定になる、又はできなくなって印刷品質が低下する。

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ノズルプレートの吐出面に余分な撥液処理剤や汚染物質等がない清浄な状態にすることによって印刷品質を良好とすることができる撥液処理方法及びこの撥液処理方法により処理されるノズルプレートの製造方法を提供することである。

上記の課題は、以下の構成により解決される。

１． 液滴を吐出するノズルを備える液体吐出ヘッド用ノズルプレートの、該ノズルの吐出口を有する吐出面に撥液処理を行う撥液処理方法において、
撥液処理剤を含む溶液を用いて前記吐出面に撥液膜を形成する撥液膜形成工程と、
前記撥液膜形成工程で形成された前記撥液膜をリンス液ですすぐ処理を行うリンス処理工程と、を有し、
前記リンス処理工程では、前記吐出口から気体を噴出させながら、前記撥液膜が形成された前記吐出面を前記リンス液に浸した後に、前記リンス液から露出させ、前記吐出面からの前記リンス液の液切りを前記リンス液の蒸気中で行うことを特徴とする撥液処理方法。

２． 前記気体は前記リンス液の蒸気を含むことを特徴とする１に記載の撥液処理方法。

３． 液滴を吐出するノズルを備える液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法において、
板部材に前記ノズルを形成するノズル形成工程と、
１又は２に記載の撥液処理方法を用いて、前記ノズル形成工程で前記板部材に形成された前記ノズルの吐出口を有する吐出面に撥液膜を形成する撥液膜形成工程と、を有することを特徴とするノズルプレートの製造方法。

本発明の撥液処理方法によれば、ノズルプレートの吐出面に余分な撥液処理剤や汚染物質等がない清浄な状態にすることによって印刷品質を良好とすることができる。また、本発明のノズルプレートの製造方法によれば、吐出面に余分な撥液処理剤や汚染物質等がない清浄な状態にすることによって印刷品質を良好とすることができるノズルプレートを製造することができる。

本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限らない。

図５は液体吐出ヘッドの例であるインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッドと称する。）Ｕを構成している、ノズルプレート１、ボディプレート２、圧電素子３を模式的に示している。

ノズルプレート１には、インク吐出のためのノズル１１を複数配列してあり、ノズル１１の吐出口がある吐出面１２には、撥液膜４５が設けてある。また、ボディプレート２には、ノズルプレート１を貼り合わせることで、ノズル１１の開口である吐出口から吐出される液体を供給する圧力室となる圧力室溝２４、インク供給路となるインク供給路溝２３、共通インク室となる共通インク室溝２２、及びインク供給口２１が形成されている。

ノズルプレート１のノズル１１とボディプレート２の圧力室溝２４とが一対一で対応するようにノズルプレート１とボディプレート２とを貼り合わせることで流路ユニットＭを形成する。ここで、以後、上記で説明に使用した圧力室溝、供給路溝、共通インク室溝の各符号はそれぞれ圧力室、供給路、共通インク室にも使用する。

図６（ａ）は、この記録ヘッドＵにおけるノズルプレート１のＹ−Ｙ’、及びボディプレート２のＸ−Ｘ’の位置での断面を模式的に示している。図６（ａ）が示しているように、流路ユニットＭに圧電素子３をインク吐出用アクチュエータとしてボディプレート２のノズルプレート１を接着する面と反対の各圧力室２４の底部２５の面に接着することで、記録ヘッドＵが完成する。この記録ヘッドＵの各圧電素子３に駆動パルス電圧が印加され、圧電素子３から発生する振動が圧力室２４の底部２５に伝えられ、この底部２５の振動により圧力室２４内の圧力を変動させることでノズル１１からインク滴を吐出させる。

図６（ｂ）は、ノズルプレート１が備えている一つのノズル１１の周辺部を示している。ノズル１１は、小径部１４と大径部１５とで構成され、小径部１４の液滴を吐出する吐出口１３がある吐出面１２には、撥液膜４５が設けてある。

Ｓｉからなるノズルプレート１のノズル１１を製造すること（ノズル形成工程）に関して図７、図８に沿って説明する。大径部１５及び小径部１４は、それぞれＳｉ基板３０の対向する面から形成する。

まず大径部１５の形成に関して図７に沿って説明する。Ｓｉ基板３０に大径部１５を形成する方法は、例えば、後述する小径部１４と同じくエッチングとデポジションとを交互に繰り返す異方性エッチング方法を用いることができるが、これに限定されない。この異方性エッチング方法によるエッチングを行う際のエッチングマスクとなるＳｉＯ_２からなる熱酸化膜３２、３１を両面に設けてあるＳｉ基板３０を準備する（図７（ａ））。

次に大径部１５を形成する側の熱酸化膜３２の面にフォトレジスト３４を塗布（図７（ｂ））後、大径部１５を形成するためのフォトレジストパターン３４ａを形成する（図７（ｃ））。フォトレジストパターン３４ａをエッチングマスクとして、例えばＣＨＦ_３を用いたドライエッチングにより熱酸化膜パターンを形成し（図７（ｄ））、これを異方性エッチング方法におけるエッチングマスクパターン３２ａとする。

フォトレジストパターン３４ａを除去後（図７（ｅ））、エッチングとデポジションとを交互に繰り返す異方性エッチング方法より大径部１５を形成する（図７（ｆ））。異方性エッチング方法を行うエッチング装置は、ＩＣＰ型ＲＩＥ装置が好ましく、例えば、エッチング時のエッチングガスとして、６フッ化硫黄（ＳＦ_６）、デポジション時のデポジションガスとしてフッ化炭素（Ｃ_４Ｆ_８）を交互に使用する。この後、エッチングマスクパターン３２ａを除去して大径部１５が完成する（図７（ｇ））。尚、大径部１５を形成する方法を上記ではエッチングとデポジションとを交互に繰り返す異方性エッチング方法としたが、これに限定されない。また、大径部１５の深さ（長さ）は、所定の深さとなるように、予め大径部１５を形成する方法、装置を用いて実験等を行うことで形成条件を決めればよい。

次に、小径部１４の形成に関して図８に沿って説明する。小径部１４は大径部１５と同様に、例えばエッチングとデポジションとを交互に繰り返す異方性エッチング方法を用いて形成することができる。

図８（ａ）に示す大径部１５が形成されたＳｉ基板３０において、小径部１４を形成する側の熱酸化膜３１の面にフォトレジスト４４を塗布（図８（ｂ））後、小径部１４を形成するためのフォトレジストパターン４４ａを形成する（図８（ｃ））。フォトレジストパターン４４ａをエッチングマスクとして、熱酸化膜パターンを形成し（図８（ｄ））、これを異方性エッチング方法におけるエッチングマスクパターン３１ａとする。フォトレジストパターン４４ａを除去後（図８（ｅ））、エッチングとデポジションとを交互に繰り返す異方性エッチング方法により小径部１４を大径部１５に貫通するまで形成する（図８（ｆ））。この後、エッチングマスクパターン３１ａを除去する（図８（ｇ））。

以上のようにして、液体を吐出する小径部１４及び大径部１５で構成するノズルを備えたＳｉ基板３０を得ることができる。尚、小径部１４の形成と大径部１５の形成の順は、大径部１５を先としても良い。

次に、撥液膜４５に関して説明する。図６（ａ）に示すように、ノズルプレート１の吐出口１３がある吐出面１２に撥液膜４５を設ける。撥液膜４５を設けることで、例えばインクが吐出面１２に馴染むことで吐出口１３からの染み出しや広がりを抑制することができ、インクの直進性が損なわれないため良好な印刷品質を得ることができる。

本発明に係わる撥液膜４５を形成する撥液処理方法（撥液膜形成工程）は、撥液処理剤を溶媒に溶かした溶液を用いて塗布又は浸漬等によりノズルプレート１に撥液膜を形成し、その後、リンス（すすぎ）処理により、余剰の撥液処理剤や汚染物質等を除去することにより行われる。例えば、撥液処理剤とし、フッ素化炭素系化合物であるオプツールＤＳＸ（ダイキン工業製、商品名）が挙げられ、溶媒としては、デムナムソルベントＳＯＬ１（ダイキン工業製、商品名）がある。

ノズルプレート１に撥液膜を形成する方法は、例えば、図４に示すように、後述するリンス処理治具Ａの一部を用いて形成することができる。５０は撥液膜を形成するノズルプレート１を固定する固定台、５４は撥液処理剤を溶媒で溶かした溶液Ｒの収容部、５２は固定台５０とでノズルプレート１を挟持し、且つ収容部５４の一部である枠、５８は枠５２及びノズルプレート１を固定台５０に固定する固定ねじである。尚、溶液Ｒの収容部５４は、ノズルプレート１と枠５２で構成される。

固定台５０には、固定台５０に固定されたノズルプレート１のノズルに連通するガス流路５０１が設けてあり、ガス流路５０１には、ガス導入口５０２からガスを導入することができる。

図４（ａ）に示すようにノズルプレート１を固定台５０と枠５２とで挟む状態で配置し、固定ねじ５８で固定し、この状態で、収容部５４に溶液Ｒを収容部５４に入れる。溶液Ｒを収容部５４に入れるに先だって、ガス導入口５０２からガスを導入しノズル１１から気体を噴出させておく。ノズルから気体を噴出させることにより、ノズル１１を塞ぐ作業を行うことなく、溶液Ｒがノズル１１内に入ることを防止することができる。噴出する気体は、溶液Ｒ等と容易に反応しない、例えば空気、窒素ガス（Ｎ_２）、不活性ガス（ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン）等が好ましい。

ノズル１１から気体を噴出させながら吐出面に溶液Ｒに浸した後、乾燥させ定着させる。ノズルプレート１に撥液膜４６が形成されている様子を図４（ｂ）に示す。撥液膜４６は、撥液膜として完成していなく、後述するリンス処理を行うことにより図５等で示した撥液膜４５として完成する。ノズルプレート１に撥液膜４６を形成する方法は、上記の方法に限定されることはなく、ノズル１１が塞がれることなく吐出面に撥液膜を形成することができればよい。他の方法としては、例えば、ノズル１１を塞いだ状態で、スピンコート法を用いて吐出面に溶液Ｒによる撥液膜を形成し、乾燥させ定着させた後にノズル１１を塞いだ物質を除去する方法でも良い。

次に、上述のように撥液膜４６を形成し、乾燥させノズルプレート１の吐出面に対して、リンス処理を行う。リンス処理（リンス処理工程）に関して図１から図３を適宜用いて説明する。

リンス処理を行うリンス液は、撥液処理剤の溶液Ｒに使用する溶媒とすれば良く、撥液処理剤をオプツールＤＳＸとする場合、デムナムソルベントＳＯＬ１をリンス液とすることができる。

リンス処理は、リンス液に数分程度浸漬すればよく、例えば図１に示すリンス処理治具Ａを用いて行うことができる。リンス処理治具Ａは、以下を備えている。５０はリンス処理対象のノズルプレート１を固定する固定台、５５はリンス液Ｌの収容部、５２は固定台５０とでノズルプレート１を挟持し、且つ収容部５５の一部である枠、５６は枠５２のノズルプレート１が接する側と反対側の開口を塞ぐ蓋、５８は蓋５６、枠５２及びノズルプレート１を固定台５０に固定する固定ねじである。尚、リンス液の収容部５５は、ノズルプレート１と枠５２と蓋５６で構成される。本発明のカバーである蓋５６は、収容部５５に収容されたリンス液の液面を覆うことができる。

固定台５０には、固定台５０に固定されたノズルプレート１のノズル１１に連通するガス流路５０１が設けてあり、ガス流路５０１には、ガス導入口５０２からガスを導入することができる。蓋５６には、収容部５４にリンス液Ｌを導入・排出する入出口５６１、及び空気抜き口５６２が設けてある。

図１に示すように、ノズルプレート１を固定台５０と枠５２とで挟む状態で配置し、更に枠５２の上に蓋５６を重ねた状態で固定ねじ５８で固定する。この状態で、入出口５６１から収容部５４にリンス液Ｌを導入する。リンス液Ｌを導入するに先だって、ガス導入口５０２からガスを導入しノズル１１から気体を噴出させておく。ノズル１１から気体を噴出させることにより、ノズル１１を塞ぐ作業を行うことなく、リンス処理により撥液膜から剥がれ落ちる余剰な撥液処理剤や汚染物がノズル１１内に入ることを防止することができる。噴出する気体は、リンス液Ｌ等と容易に反応しない、例えば空気、窒素ガス（Ｎ_２）、不活性ガス（ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン）等が好ましい。

リンス液を収容部５５に満たし、数分程度経過した後、リンス処理治具Ａを図１の横配置から図２に示すように縦に配置させる。図２に示すようにリンス処理治具Ａを配置した後、ノズル１１から気体を噴出し続けるようにガス導入口５０２からガスの供給を継続した状態で、リンス液を入出口５６１から排出する。

リンス液Ｌが、入出口５６１から排出されるため、収容部５５中のリンス液Ｌの液面が下降していく。下降することにより収容部５５中に生じる空間Ｄには、周囲がほぼ閉じられているため、ノズル１１から生じる泡の影響も受けて、リンス液Ｌが蒸発した蒸気を含んでいる。このため、空間Ｄに次第に露出していくノズルプレート１の撥液膜４６は、容易に乾燥しない。このため、リンス液Ｌの液面が下がることにより生じる、ノズルプレート１の撥液膜４６の露出部分のリンス液は、下降する液面に向かって流れやすくなり、液切れを十分に行うことができる。よって、リンス液Ｌから露出したノズルプレート１の撥液膜４６においては、リンス処理により除去されるべき余分な撥液処理剤や汚染物質等の不要物質が容易に流れ、水滴痕のように残留しないで除去された清浄な状態とすることができる。

ノズル１１より噴出するガスは、リンス液Ｌの蒸気を含むガスとするのがより好ましい。リンス液Ｌの蒸気を含むガスとすることにより、空間Ｄにおけるリンス液Ｌの蒸気の濃度を高くすることができ、リンス液Ｌから露出したノズルプレート１の撥液膜４６がより乾燥し難くすることができ、上記の不要物質をより効果的に除去することができる。

収容部５５内のリンス液Ｌを排出した後、リンス処理治具Ａからノズルプレート１を取り外して乾燥させることによってノズルプレート１の撥液処理が完了する。

上記の例では、リンス液を収容部５５に満たした後、数分程度経過した後、リンス処理治具Ａを図１に示す横配置から図２に示す縦に配置させたが、図３に示すように、上下を反転させても上記と同様にすることができる。尚、反転に際して、予め空気抜き口５６２は塞いでおく。

図３に示すようにリンス処理治具Ａを配置した後も、ノズル１１から気体を噴出し続けるようにガス導入口５０２からガスの供給を継続する。ノズル１１から噴出したガスは、ノズル１１周辺を中心として泡Ｆとなってノズルプレート１の撥液膜４６側に溜まっていく。この時、泡Ｆがノズルプレート１の撥液膜４６と接している部分は、リンス液Ｌから露出している状態となる。また、泡Ｆの内部には、リンス液Ｌの蒸気が存在している。このため、泡Ｆが溜まり、次第に露出していくノズルプレート１の撥液膜４６は、容易に乾燥しない。溜まっていく泡Ｆにより、リンス液Ｌの液面が下降することにより生じる、ノズルプレート１の撥液膜４６の露出部分のリンス液は、泡Ｆ同士の境界部分や枠５２の壁面を伝って下降する液面に向かって流れやすくなり、液切れを十分に行うことができる。よって、ノズルプレート１のリンス液Ｌから露出した撥液膜４６においては、リンス処理により除去されるべき余分な撥液処理剤や汚染物質等の不要物質が容易に流れ、水滴痕のように残留しないで除去された清浄な状態とすることができる。

ノズル１１より噴出するガスは、図２で説明した場合と同様に、リンス液Ｌの蒸気を含むガスとするのがより好ましい。このようにすることにより、泡Ｆにおけるリンス液Ｌの蒸気の濃度を高くすることができ、リンス液Ｌから露出したノズルプレート１の撥液膜４６がより乾燥し難くすることができ、上記の不要物質がより効果的に除去することができる。

上述のリンス処理工程においては、ノズル１１から気体を噴出し続けるようにガス導入口５０２からガスの供給を継続しているが、連続してノズル１１から気体を噴出し続けるのが好ましいが、ノズル１１に余剰な撥液処理剤や汚染物が入り込む等の不具合が生じない範囲で気体を噴出を断続としてもよい。

リンス処理を行うリンス処理治具の例を示す図である。 リンス処理治具を用いてリンス処理を行う例を示す図である。 リンス処理治具を用いてリンス処理を行う例を示す図である。 ノズルプレートに撥液膜を形成する例を示す図である。 液体吐出ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを示す図である。 （ａ）インクジェット式記録ヘッドの断面を模式的に示す図である。（ｂ）ノズルプレートのノズル孔周辺の断面を示す図である。 ノズルプレートの大径部の製造工程を説明するためのフロー図である。 ノズルプレートの小径部の製造工程を説明するためのフロー図である。

符号の説明

１ ノズルプレート
２ ボディプレート
３ 圧電素子
１１ ノズル
１２ 吐出面
１３ 吐出口
１４ 小径部
１５ 大径部
２１ インク供給口
２２ 共通インク室（溝）
２３ インク供給路（溝）
２４ 圧力室（溝）
３０ Ｓｉ基板
３１、３２ 熱酸化膜
３１ａ、３２ａ エッチングマスクパターン
３４、４４ フォトレジスト
４４ａ、３４ａ フォトレジストパターン
４５、４６ 撥液膜
５０ 固定台
５０１ ガス流路
５０２ ガス導入口
５２ 枠
５４、５５ 収容部
５６ 蓋
５６１ 入出口
５６２ 空気抜き口
５８ 固定ねじ
Ａ リンス処理治具
Ｆ 泡
Ｌ リンス液
Ｒ 溶液

Claims (3)

1. 液滴を吐出するノズルを備える液体吐出ヘッド用ノズルプレートの、該ノズルの吐出口を有する吐出面に撥液処理を行う撥液処理方法において、
   撥液処理剤を含む溶液を用いて前記吐出面に撥液膜を形成する撥液膜形成工程と、
   前記撥液膜形成工程で形成された前記撥液膜をリンス液ですすぐ処理を行うリンス処理工程と、を有し、
   前記リンス処理工程では、前記吐出口から気体を噴出させながら、前記撥液膜が形成された前記吐出面を前記リンス液に浸した後に、前記リンス液から露出させ、前記吐出面からの前記リンス液の液切りを前記リンス液の蒸気中で行うことを特徴とする撥液処理方法。
2. 前記気体は前記リンス液の蒸気を含むことを特徴とする請求項１に記載の撥液処理方法。
3. 液滴を吐出するノズルを備える液体吐出ヘッド用ノズルプレートの製造方法において、
   板部材に前記ノズルを形成するノズル形成工程と、
   請求項１又は２に記載の撥液処理方法を用いて、前記ノズル形成工程で前記板部材に形成された前記ノズルの吐出口を有する吐出面に撥液膜を形成する撥液膜形成工程と、を有することを特徴とするノズルプレートの製造方法。

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