JP5193501B2 - インクジェットヘッド用のノズルプレートの製造方法 - Google Patents
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Description
このような問題に対し、ノズルプレートにおけるインク吐出口の周りにカバープレートを形成する方法(特許文献2)によって、ノズル周りの撥インク表面層にダメージを受けにくくさせることが可能である。しかし、特許文献2に記載の方法では、ノズルプレートに対しカバープレートを精密に位置決めし、接着するなど、その生産加工に手間やコストがかかり、また、その生産プロセスは複雑な工程を要するために工場内での生産設備が必要であり、ユーザ先での簡便な、オンデマンドでの加工は不可能であった。
また、ユーザ先でのオンデマンドでの加工を可能にすることを目的とする。
(構成1)
基板にインク吐出口を形成してなるノズルプレートにおけるインクが吐出する側の面に、撥インク層が形成され、かつ、インク吐出口の周囲の撥インク層の前記インク吐出口に処理薬液を充填することによって、インク吐出口の周囲の撥インク層の機械的強度を選択的に低下させた後、機械的な除去手段を用いることにより、機械的強度を選択的に低下させた部分である前記インク吐出口の周囲の撥インク層を選択的に除去させ、これにより、インク吐出口の周囲のノズルプレートを露出させたことを特徴とするインクジェットヘッド用のノズルプレートの製造方法。
(構成2)
前記撥インク層が、フッ素樹脂と金属とを共析させることにより得られた層であって、前記インク吐出口に酸性液体を充填することによって、インク吐出口の周囲の撥インク層の機械的強度を選択的に低下させることを特徴とする構成1に記載のインクジェットヘッド用のノズルプレートの製造方法。
(構成3)
前記インク吐出口の周囲の撥インク層を選択的に除去する機械的な除去手段は、前記撥インク層上を摺動させる、柔軟性を有するブレードであることを特徴とする構成1または2に記載のインクジェットヘッド用のノズルプレートの製造方法。
(構成4)
前記柔軟性を有するブレードによる、撥インク層上の摺動は、一定の時間間隔で行うことを特徴とする構成3に記載のインクジェットヘッド用のノズルプレートの製造方法。
(構成5)
前記柔軟性を有するブレードが、ゴム材料からなることを特徴とする構成3又は4に記載のインクジェットヘッド用のノズルプレートの製造方法。
(構成6)
前記機械的な除去手段が、インクジェットプリンタ装置におけるインクジェットヘッドのワイピング機構からなるヘッドクリーニング機構であることを特徴とする構成3−5のいずれか一に記載のインクジェットヘッド用のノズルプレートの製造方法。
(構成7)
前記処理薬液は、ノズルプレートの表面に形成された、フッ素樹脂と金属とを共析させることにより得られた層の加工を行う際に使用され、前記フッ素樹脂と金属とを共析させることにより得られた層の機械的強度を低下させる機能を有する酸性液体を含むことを特徴とする構成1−6のいずれか一に記載のインクジェットヘッド用のノズルプレートの製造方法。
(構成8)
前記酸性液体が、pH1.5−4.0の範囲にある水溶液であることを特徴とする構成7に記載のインクジェットヘッド用のノズルプレートの製造方法。
(構成9)
前記酸性液体が、有機カルボン酸を含有する水溶液であることを特徴とする構成7又は8に記載のインクジェットヘッド用のノズルプレートの製造方法。
(構成10)
前記有機カルボン酸が、ヒドロキシカルボン酸であることを特徴とする構成9に記載のインクジェットヘッド用のノズルプレートの製造方法。
(構成11)
前記酸性液体が、更に浸透性界面活性剤を含有することを特徴とする構成7−10のいずれか一に記載のインクジェットヘッド用のノズルプレートの製造方法。
(構成12)
前記浸透性界面活性剤が、アセチレン系の界面活性剤であることを特徴とする構成11に記載のインクジェットヘッド用のノズルプレートの製造方法。
本発明のインクジェットヘッド用のノズルプレートの製造方法・加工方法によれば、後述する簡便な方法によって、インク吐出口(ノズル開口、ノズルオリフィス)の周囲の撥インク層を選択的に除去可能となる。
また、インクジェットプリンタ装置に処理前のヘッドを取り付け、インク吐出口に処理薬液を供給することによって、専用加工設備が無い場所でも簡便に処理を行うことができる。これにより、ユーザ先でのオンデマンドでの加工が可能になる。
本発明に係るインクジェットヘッド用のノズルプレートによれば、例えば図1(1)に示すように、基板にインク吐出口1aを形成してなるノズルプレート1におけるインクが吐出する側の面に、撥インク層2が形成され、かつ、インク吐出口1aの周囲の撥インク層2が選択的に除去され、これにより、インク吐出口1aの周囲のノズルプレート(表面)は露出している。
このように、本発明ではインク吐出口1aの周囲に撥インク層2が存在しないので、インク吐出口の周囲に撥インク層が存在する場合における以下に示すような課題を解決できる。
具体的には、例えば図1(2)に示すようにインク吐出口1aの周囲に撥インク層2が存在する場合(特許文献1参照)、例えば、ワイパによるワイピングによって撥インク層2の端面(エッジ)に直接ワイパが触れるため物理的ダメージを受けやすい構造になっており、撥インク層2の端面(エッジ)2’がダメージを受けた場合、インクの吐出直進性を阻害する要因となる。
また、例えば図1(3)に示すようにノズルプレートにおけるインク吐出口1aの周りにカバープレート5を形成する方法(特許文献2)によって、インク吐出口1aの周りの撥インク層2にワイパの接触等による物理的ダメージを受けにくくさせることが可能である。しかし、特許文献2に記載の方法では、インク吐出口1aの周りの撥インク層2の端面(エッジ)2’が腐食され、インクの吐出直進性を阻害する要因となる。特に、撥インク層2の化学的耐久性が弱い場合(例えば特許文献2)、撥インク層の端面(エッジ)の腐食により、吐出直進性が悪くなる。
本発明ではインク吐出口1aの周囲に撥インク層2が存在しないので、上記のようなインクの吐出直進性を阻害する要因がなく、したがって良好な印字品質を得ることができる。
図2(1)及び(2)は、インクジェットヘッドにおけるノズルプレートのインク吐出口に、撥インク層の機械的強度を低下させるための処理薬液を充填した状態を説明するための模式図であり、図2(1)は断面図、図2(2)は斜視図である。
また、図3(1)及び(2)は、インク吐出口の周囲の撥インク層を選択的に除去した状態を説明するための模式図であり、図3(1)は断面図、図3(2)は斜視図である。
ここで、ノズルプレート1は、例えば、NiまたはFe等を含有する合金素材からなる。
インク吐出口1aは、ノズル開口、ノズルオリフィスなどと呼ばれることがある。
撥インク層2は、インクジェットヘッドにおける端面即ち最も表面側の面に形成される。
詳しくは、図2(1)及び(2)に示すように、ノズルプレート1におけるインクが吐出する側の面を下方に向けた状態でノズルプレート1を水平に保持し、インク吐出口1aに上方側から処理薬液3を充填する。これによって、図2(1)及び(2)に示すように、ノズルプレート1におけるインクが吐出する側の面から突出した処理薬液3は、撥インク層2の作用を受け、液滴(液だまり)3aを生じる。これにより、インク吐出口1aの周囲の撥インク層に処理薬液3を選択的に作用させることができ、これにより、インク吐出口1aの周囲、即ちインク吐出口1aの中心から一定半径内にある領域、における撥インク層の機械的強度を選択的に低下させ、この部分を選択的に除去することが可能となる。
詳しくは、例えば、図2(2)示すように、機械的な除去手段として、撥インク層2上に柔軟性を有するブレード4を摺動させ、この柔軟性を有するブレード4によって前記撥インク層2をこする。これによって、機械的強度を選択的に低下させた部分であるインク吐出口の周囲の撥インク層が選択的に除去される。
この結果、図3(1)及び(2)に示すように、インク吐出口1aの周囲の撥インク層2は選択的(部分的)に除去され、これにより、インク吐出口1aの周囲のノズルプレート(表面)1bは露出する(露出面となる)。
上記のようにして得られたノズルプレートではインク吐出口1aの周囲に撥インク層2が存在しないので、上記のようなインク吐出口の周囲に撥インク層が存在する場合に生じるインクの吐出曲がりが起きることがなく、したがって良好な印字品質を得ることができる。
また、本発明の製造方法(加工方法)によれば、インクジェットプリンタ装置に処理前のヘッドを取り付け、インク吐出口に処理薬液を供給することによって、専用加工設備が無い場所でも簡便に処理を行うことができる。これにより、ユーザ先でのオンデマンドでの加工が可能になる。
本発明において、フッ素樹脂と金属とを共析させることにより得られた層は、例えば、フッ素樹脂粒子と金属とを複合メッキ法によって共析させることにより得られる。複合メッキ法は、メッキ浴中に微粒子を混入させ、金属と同時に共析させることにより、皮膜に新たな機能を付与させるメッキである。電解メッキ、無電解メッキのどちらでも複合メッキは可能である。
前記のフッ素樹脂としては、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、ポリパーフルオロアルコキシブタジエン、ポリフルオロビニリデン、ポリフルオロビニル、ポリジパーフルオロアルキルフマレートや、PFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)、FEP(テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体)、ETFE(テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体)、PVDF(ポリビニリデンフルオライド)、PCTFE(ポリクロロトリフルオロエチレン)、等の樹脂を単独にまたは混合して用いることができる。これらのフッ素樹脂は、撥インク性(撥水性)を付与できる樹脂である。また、これらのフッ素樹脂は酸・アルカリ・有機溶剤などの化学薬品に対して安定である。
前記のフッ素樹脂としては、化学的耐久性等の観点から、FEP(テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、などが好ましい。
前記の金属としては、ニッケル、銅、銀、錫、亜鉛等を用いることが出来るが、ニッケル、ニッケル−コバルト合金、ニッケル−ホウ素合金等の表面硬度が大きく耐摩耗性に優れる材料の利用が好ましい。
このとき、酸性液体が金属を溶解させることによってフッ素樹脂のみが残り、フッ素樹脂と金属とを共析層の機械的強度が低下する。例えば、NiとFEPの共析メッキからなる撥インク層は、酸性液体がNiを溶解させることによってFEPのみが残り、これにより撥インク層の機械的強度が低下する。
前記酸性液体はpH1.5〜4.0の範囲にある水溶液であることが好ましく、更に有機カルボン酸を含有する水溶液であることが好ましい。
前記有機カルボン酸としては、ヒドロキシカルボン酸(例えばグリコール酸)、酢酸、ギ酸等が例示されるが、臭気、生体安全性の理由でヒドロキシカルボン酸(例えばグリコール酸)を使用することが好ましい。
グリコール酸(CH2(OH)COOH)は、ヒドロキシ酢酸とも呼ばれ、一般にフルーツ酸と呼ばれるアルファヒドロキシ酸(AHA)に分類される酸の一種である。
本発明において、前記ブレードの1回の摺動動作は往復動作で行うことが好ましく、往復動作を行うことによって撥インク層2の溶解された部分は周縁に残存することなく除去される効果がある。
また、前記の摺動操作は一定の時間間隔で(定期的に) 行うことによって、ノズル毎の処理薬液3の液滴3aの直径及び高さのばらつきをリセットし(余分なメニスカス又はノズル周りの薬液を物理的に除去し)、撥インク層2の除去部分の直径のばらつきを調整でき、ノズル毎の直径の大きさを均一化できるので好ましい。
本発明において、ブレード4を有する機械的な除去手段として、インクジェットプリンタ装置におけるインクジェットヘッドのワイピング機構からなるヘッドクリーニング機構を用いることができる。これにより、特別な装置を用いることなく、オンデマンドでの加工が容易となる。
必要に応じ、浸透性界面活性剤、例えばアセチレン系界面活性剤(例:サーフィノール465(エアープロダクツ社製))を1wt%程度の濃度として、処理薬液3に添加すると、濡れ性を上げることができるので、ノズル周りの撥インク層2の溶解を促進させる働きがあるので好ましい。アセチレン系界面活性剤としては、ノニオン性・カチオン性・アニオン性いずれの界面活性剤でも使用可能である。
また、処理薬液3が撥インク層2を溶解させる速度が早すぎる場合には、例えば、ジエチレングリコールを0〜15wt%の濃度となるように、処理薬液3に添加すると、反応速度を遅らせることができるので、撥インク層2の溶解速度の時間を制御するのが容易になる。
例えば、処理薬液3として、撥インク層の構成成分の少なくとも一部を溶解又は腐食させる働きがあるものや、撥インク層を溶解又は腐食させる働きがあるものを用いることが可能である。そして、このような処理薬液3を、図2(1)及び(2)に示すように、インク吐出口1aの周囲の撥インク層に選択的に作用させ、これにより、図3(1)及び(2)に示すように、インク吐出口1aの周囲、即ちインク吐出口1aの中心から一定半径内にある領域、における撥インク層を選択的に除去することも可能である。
また、例えば、処理薬液3は、インク吐出口に充填させることなく、インクジェットヘッド用の処理液として使用することが可能である。
同様に、図1(1)及び図3(1)及び(2)に示した、インク吐出口の周囲の撥インク層を選択的に除去したノズルプレートは、撥インク層の非除去部分をマスキング処理した後、特開2003−63014号公報(特許文献1)記載のプラズマ照射を用いて処理することによって得ることができるが、この場合、非除去部分をマスキング処理する必要があり工程が複雑であり、プラズマ照射装置が必要となる。
(実施例1)
インクジェットヘッドのノズルプレートの加工を下記のプロセスで行った。
[ノズルプレートの準備]
ノズルプレートの表面に、図2(1)及び(2)に示すように、撥インク層2を形成した。撥インク層2は、無電解複合メッキ法によって、無電解ニッケル−FEP(テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体)複合メッキ層を形成した。
[加工プロセス]
(1)ヘッドへの酸性処理薬液の充填
インクジェットヘッドへの酸性処理薬液の充填を、通常のインクジェットヘッドへインクを充填するのと同様の方法で行なった。このときの、酸性処理薬液の組成、pHを以下に示す。
・(酸性処理薬液組成)
グリコール酸:10重量%
サーフィノール:1重量%
残部:水
・酸性処理薬液のpH:1.5
(2)定期ワイピング作業
定期ワイピング作業を2時間おきに4〜8回実施した。これにより、ノズルプレートの吐出口周辺の撥インク層を選択的に除去した。
(3)洗浄液置換
ワイピング作業終了後から2〜12時間後に酸性処理薬液を洗浄液で置換した。
(4)クリーニング作業
洗浄液によるクリーニング作業によってノズル周りの残渣の除去を行った。
尚、上記(1)〜(4)工程の温度条件は20〜30℃とした。
[加工の評価]
上記の条件で作製したヘッドを顕微鏡観察した結果、図3(1)及び(2)に示すようにノズルプレートのインク吐出口周辺の撥インク層が選択的に除去されたノズルプレートを有するインクジェットヘッドを作製することができた。
[印字品質の検証]
本発明によるインクジェットヘッドを大型インクジェットプリンタ装置本体に取り付け、該ヘッドに分散染料インクを充填させ、インクジェットプリンタで1m×1m吐出を行ない、ノズルチェックパターンにて、飛行曲がり、及びノズル抜けの数をカウントした。
上記の条件で試験した結果、ノズル抜け:0本、飛行曲がり:0本と、印字不良は認められず、高い印字品質を得ることが可能となった。
実施例1において、グリコール酸を1重量%とし、酸性処理薬液のpHを3.9とした。他は実施例1と同様とした。
作製したヘッドを顕微鏡観察した結果、図3(1)及び(2)に示すようにノズルプレートの吐出口周辺の撥インク層が選択的に除去されたノズルプレートを有するインクジェットヘッドを作製することができた。
また、実施例1と同じ条件で試験した結果、ノズル抜け:0本、飛行曲がり:0本と、印字不良は認められず、高い印字品質を得ることが可能となった。
実施例1において、グリコール酸を0.001重量%とし、酸性処理薬液のpHを4.1とした。他は実施例1と同様とした。
上記の条件で作製したヘッドを顕微鏡観察した結果、ノズルプレートの吐出口周辺の撥インク層を、満足な状態で溶解できず、明瞭且つ均一な径で選択的に除去することができなかった。
また、実施例1と同じ上記の条件で試験した結果、ノズル抜け:3本、飛行曲がり:15本となり、印字不良が認められ、印字品質の良い状態ではなかった。
実施例1において、グリコール酸を30重量%とし、酸性処理薬液のpHを1.39とした。他は実施例1と同様とした。
上記の条件で作製したヘッドを顕微鏡観察した結果、ノズルプレートの吐出口(オリフィス)周辺の撥インク層を選択的に除去する際に、除去の径が均一でないヘッドとなった。
また、実施例1と同じ上記の条件で試験した結果、ノズル抜け:5本、飛行曲がり:5本となり、印字品質の良い状態ではなかった。
1a インク吐出口
2 撥インク層
3 処理薬液
3a 液滴
Claims (12)
- 基板にインク吐出口を形成してなるノズルプレートにおけるインクが吐出する側の面に、撥インク層が形成され、かつ、インク吐出口の周囲の撥インク層の前記インク吐出口に処理薬液を充填することによって、インク吐出口の周囲の撥インク層の機械的強度を選択的に低下させた後、機械的な除去手段を用いることにより、機械的強度を選択的に低下させた部分である前記インク吐出口の周囲の撥インク層を選択的に除去させ、
これにより、インク吐出口の周囲のノズルプレートを露出させたことを特徴とするインクジェットヘッド用のノズルプレートの製造方法。 - 前記撥インク層が、フッ素樹脂と金属とを共析させることにより得られた層であって、前記インク吐出口に酸性液体を充填することによって、インク吐出口の周囲の撥インク層の機械的強度を選択的に低下させることを特徴とする請求項1に記載のインクジェットヘッド用のノズルプレートの製造方法。
- 前記インク吐出口の周囲の撥インク層を選択的に除去する機械的な除去手段は、前記撥インク層上を摺動させる、柔軟性を有するブレードであることを特徴とする請求項1又は2に記載のインクジェットヘッド用のノズルプレートの製造方法。
- 前記柔軟性を有するブレードによる、撥インク層上の摺動は、一定の時間間隔で行うことを特徴とする請求項3に記載のインクジェットヘッド用のノズルプレートの製造方法。
- 前記柔軟性を有するブレードが、ゴム材料からなることを特徴とする請求項3又は4に記載のインクジェットヘッド用のノズルプレートの製造方法。
- 前記機械的な除去手段が、インクジェットプリンタ装置におけるインクジェットヘッドのワイピング機構からなるヘッドクリーニング機構であることを特徴とする請求項3−5のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド用のノズルプレートの製造方法。
- 前記処理薬液は、ノズルプレートの表面に形成された、フッ素樹脂と金属とを共析させることにより得られた層の加工を行う際に使用され、
前記フッ素樹脂と金属とを共析させることにより得られた層の機械的強度を低下させる機能を有する酸性液体を含むことを特徴とする請求項1−6のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド用のノズルプレートの製造方法。 - 前記酸性液体が、pH1.5−4.0の範囲にある水溶液であることを特徴とする請求項7に記載のインクジェットヘッド用のノズルプレートの製造方法。
- 前記酸性液体が、有機カルボン酸を含有する水溶液であることを特徴とする
請求項7又は8に記載のインクジェットヘッド用のノズルプレートの製造方法。 - 前記有機カルボン酸が、ヒドロキシカルボン酸であることを特徴とする請求項
9に記載のインクジェットヘッド用のノズルプレートの製造方法。 - 前記酸性液体が、更に浸透性界面活性剤を含有することを特徴とする請求項7−10のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド用のノズルプレートの製造方法。
- 前記浸透性界面活性剤が、アセチレン系の界面活性剤であることを特徴とする請求項11に記載のインクジェットヘッド用のノズルプレートの製造方法。
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