JPH06305149A - インクジェット記録ヘッドの表面処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 吐出口からインクを吐出させて記録するイン
クジェット記録ヘッドの撥液性表面処理剤による表面処
理において、斜線状または格子状の規則的な多数の凹凸
を表面に形成した平板状またはロール状の凹版と、吐出
口の面の表面処理を施す部分に対応したパターンにのみ
多数の凹凸を表面に形成したロール状の凸版とを有する
フレキソ印刷機を用いて、処理剤を吐出口面の出口周縁
部の一部分にのみ印刷することを特徴とする表面処理方
法。 【効果】 吐出されるインク滴の吐出方向、吐出速度、
粒径等が一定となり、記録品位が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プリンター、複写機、
ファクシミリ等の用いられるインクジェット記録装置に
関し、詳しくは、インクを吐出する吐出口を少なくとも
１つ備えた記録ヘッドにおける該吐出口近傍の表面処理
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、記録ヘッドの吐出口（オリフ
ィス）からインク（記録液）を吐出することにより記録
情報を行うインクジェット記録装置が、低騒音、高速記
録等の点で優れた記録装置として知られている。

【０００３】図２（Ａ）は、通常のインクジェット記録
ヘッドの構成を例示する展開斜視図であり、図２（Ｂ）
はその断面図である。

【０００４】この記録ヘッドにおいてはガラスやセラミ
ックス等で形成された基板１１の上に、吐出圧発生素子
１２が設置され、感光性樹脂硬化膜１３をフォトリソグ
ラフィー法でパターニングすることにより吐出圧発生素
子１２に対応する液流路１５及びオリフィス１４、液室
１６が形成されている。

【０００５】その感光性樹脂硬化膜１３の上には、例え
ばガラス、セラミックス、金属で形成された天板１７
が、接着剤１９により積層固着されている。その天板１
７には記録液供給口１８が形成されている。

【０００６】このような構成の記録ヘッドにおいて、オ
リフィス１４を囲む基板１１、感光性樹脂硬化膜１３及
び天板１７の表面の物理的性質（物理特性）は、オリフ
ィス１４から記録液を常時安定して吐出させる上で、極
めて重要である。すなわち、オリフィス１４の外回り表
面部（オリフィス周縁部）に記録液が回り込んで、その
一部にでも液溜りが生じると、流路１５の記録液がオリ
フィス１４から吐出される際に、その飛翔方向が正規の
所定方向から離脱するようになり、さらには、液溜り状
態の不安定さから、吐出されるごとにその飛翔方向が乱
れるという不都合が生じ、そのため安定した液吐出が行
えず良好な記録ができなくなる。

【０００７】さらに、オリフィス１４の外回り表面全体
が記録液の膜で覆われると、いわゆるスプラッシュ現象
が生じて記録液の散乱が起こり、安定した記録が行えな
くなる。また、オリフィスの外回りの表面部を覆う液溜
りが大きくなると、記録ヘッドの液吐出が不能状態に陥
ることすらある。

【０００８】また、図２（Ａ），（Ｂ）に示したような
通常の記録ヘッドでは、シリコン（基板１１）、ガラス
（天板１７）、樹脂（感光性樹脂硬化膜１３）のように
異なる材料が使用されることが多い。そして記録液はオ
リフィス周縁部において、それら三種の中で最も漏れや
すい材質の部分から漏れる。通常のインク（記録液）に
対しては、上述の三種の材料のうちガラスが一番インク
との界面張力が低いので、その部分からインクが漏れ
る。そのガラスは、ヘッドの製造上や性能上好ましいの
で通常使用されている材料であり、インク漏れを防ぐ目
的で別の材料を使用することは製造上、性能上、コスト
上望ましくない。

【０００９】以上説明したように、従来の記録ヘッドに
おいては、オリフィスの周縁部に記録液の液溜りが生じ
ると、安定な吐出が行えなくなる。しかも、この傾向は
ノズル密度を上げて、高精細な記録を行う場合や、高周
波数での駆動、すなわち高速記録をねらう場合に、非常
に顕著に現れるので、記録ヘッドの性能を向上させる上
で大きな問題となっている。

【００１０】そこで、図３に示すように、少なくともオ
リフィス１４の周縁部にいわゆる撥液処理を施すことに
より、インクをはじく撥液処理層２０を形成し、上述の
問題を解決しようとする提案が、従来より数多く公開さ
れている。

【００１１】この撥液層の形成方法として、出願人は既
に特開昭６３−２３９０６３、特開平２−４８９５３に
おいて、支持体上に設けられた撥液性の表面処理剤を、
インクジェット記録ヘッドの吐出口を有する面に転写す
ることを特徴とするインクジェット記録ヘッドの表面処
理方法を提案した。

【００１２】特開昭６３−１２２５６０においては、イ
ンクジェット記録ヘッドの吐出口内部に除去可能な物質
を充填した後、撥液性の表面処理剤中に吐出口を有する
面を浸漬するか、あるいは、撥液性の表面処理剤を吐出
口を有する面にスプレー塗布する等のインクジェット記
録ヘッドの表面処理方法をも提案している。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、製造上
の諸点、例えば、コスト、精度、品質、歩留まり、量産
性等を考慮した場合、これらの方法は満足すべきものと
は言えなかった。すなわち、インク吐出口の内方に表面
処理剤が入り込むことなく、均一かつ簡易にインク吐出
口面の撥液性表面処理を施し、量産対応が可能であると
いう点において充分な表面処理方法でないという問題が
あった。

【００１４】さらに、吐出口面全面に撥液性表面処理が
施されていると、ノズル密度を上げて、高精細な記録を
行う場合、高速印字を行う場合、さらにインク吐出量を
増加した場合等にオリフィス周縁部にインクの液溜りを
生じ安定な吐出を行えなくなるという問題があった。特
に、長時間連続印字を行う場合に発生頻度が高かった。

【００１５】本発明の目的は前述したような問題点を解
決し、インクが吐出されるときに、吐出方向、吐出速度
およびインク滴の粒径が一定化され、記録品位が高いイ
ンクジェット記録ヘッド得ることができるインクジェッ
ト記録ヘッドの表面処理方法を提供することにある。

【００１６】また、本発明の他の目的は、その処理の際
インク吐出口内方に表面処理剤が入り込むことなく、イ
ンク吐出口内に物質を充填する等の工程を必要とせず
に、廉価にインクジェット記録ヘッドを作製できるイン
クジェット記録ヘッドの表面処理方法を提供することに
ある。

【００１７】さらにまた、本発明の他の目的は、精度よ
くかつ歩留まりよく、量産性に優れた、インクジェット
記録ヘッドの表面処理方法を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、液路を連通す
る吐出口からインクを吐出させて記録を行うインクジェ
ット記録ヘッドの撥液性表面処理剤による表面処理にお
いて、斜線状または格子状の規則的な多数の凹凸を表面
に形成した平板状またはロール状の凹版と、吐出口面の
表面処理を施す部分に対応したパターンにのみ規則的な
多数の凹凸または不規則的な多数の凹凸を表面に形成し
たロール状の凸版とを有するフレキソ印刷機を用いて、
撥液性表面処理剤をインクジェット記録ヘッドの吐出口
面の吐出口周縁部の一部分にのみ印刷することを特徴と
するインクジェット記録ヘッドの表面処理方法である。

【００１９】以下に図面を参照して、本発明を詳細に説
明する。

【００２０】本発明においてはインク吐出口の付近に問
題の解決が絞られるものであるから、以下の説明におい
ては記録ヘッドのインク吐出口を含む部分のみを抽出し
て詳述するが、本発明の主旨に沿うものであれば、例え
ば図示のようなインクジェット記録ヘッドに限定される
ことなく、如何なる形態のインクジェット記録ヘッドで
あっても、本発明の方法は有効に適用されるものであ
る。

【００２１】図４、図５および図６は、本発明における
基本的な構成を説明するための模式図である。

【００２２】まず、ワークステージ８にインクジェット
記録ヘッド１をインク吐出口面が上方になるようにセッ
トする。次に、インクジェット記録ヘッド１と凸版６と
のアラインメントを行う。次に、ディスペンサー３を用
いて撥液性表面処理剤２を凹版４上に塗布し、凹版を回
転させながら、ドクターブレード５またはドクターロー
ル（不図示）を用いて撥液性表面処理剤２を凹版４の凹
部に均一に塗布する。次に凹版４と版胴７上の凸版６と
を、接触させ、回転することにより、凹版４の凹部か
ら、凸版６の凹部へと、撥液性表面処理剤２を均一に転
写する。最後に、凸版６をインクジェット記録ヘッド１
に一定圧力（印圧）で押し付けることにより、凸版表面
上に撥液性表面処理剤２をインクジェット記録ヘッド１
のインク吐出口面の吐出口周縁部の一部分にのみ印刷し
（図６）、撥液性表面処理剤がレベリングすることによ
り、図１に示すような均一な撥液性表面処理層２０を形
成する。

【００２３】フレキソ印刷機としては、図４および図５
に示すような液晶ディスプレイの配向膜またはポリイミ
ド等の印刷用に改良されたフレキソ印刷機であれば使用
可能である。例えば、「オングストローマーＪ型、Ｍ
型、ＩＮＬＩＮＥ型）（日本写真印刷（株）製）や「日
立薄膜コーティング装置Ｋ−６０１」（日立化成工業
（株）製）等が具体例として挙げられる。これらの装置
にインクジェット記録ヘッド１と凸版６とのアラインメ
ント機構を設けることにより、撥液性表面処理剤を吐出
口面に選択的に印刷可能である。

【００２４】凹版としては、金属またはセラミックで形
成されたロール状（図４）または平板状（図５）のもの
があり、その表面には規則的に配列された斜線状（図
７）あるいは格子状（図８、図９）の多数の凸凹が形成
されている。斜線状の凹版の配列のピッチＰは、１００
line/cm のものが好ましく、格子状の凹版においては、
２２０，２５０，３００，３６０，４００line/inch の
ものが好ましい。

【００２５】さらに、凸版の材料としては、「ＡＰＲ」
（旭化成（株）製）あるいは、「サイレル」（デュポン
社製）「ルイール」（日本ゼオン（株）製）等のゴムま
たはプラスチックが好ましく用いられる。

【００２６】その凸版上には、吐出口面の表面処理を施
す部分に対応したパターンが形成され（図１０）このパ
ターンの表面には規則的に多数の凹凸（図１１）が形成
され、または不規則的な多数の凹凸例えば梨地模様、砂
目模様が形成されている。規則的な多数の凹凸を有する
凸版の配列ピッチＰは３００，４００line/inch のもの
が好ましい。

【００２７】撥液性表面処理剤の印刷範囲としては、吐
出口の中心を基準として、上下吐出口径以上が有効であ
り、より好ましくは、吐出口径の２倍以上がよい。

【００２８】撥液性表面処理剤としては、撥液性を有す
る固体状、液体状の表面処理剤であって、必要に応じて
何らかの処理を施すことで最終的に固体状の表面処理面
が記録ヘッドの吐出口面上に形成されるものを用いるこ
とができる。

【００２９】具体的には、液体状の感光性樹脂、感光性
樹脂を溶媒に溶解した感光性樹脂溶液、または液体状の
熱硬化性樹脂、熱硬化性樹脂を溶媒に溶解した熱硬化性
樹脂溶液、さらにシラン系、チタネート系、クロム系、
アルミニウム系等の液状カップリング剤あるいはこれら
を溶媒に溶解した溶液が挙げられる。特にフッ素化合物
またはそれらの溶液、シリコン化合物またはそれらの溶
液等が好適である。固体化する処理としては、溶液状の
ものであれば自然乾燥、加熱等による強制乾燥による乾
燥処理、感光性樹脂あるいは該樹脂溶液であれば該樹脂
に対して化学的に活性な光線の照射処理、熱硬化性樹脂
あるいは該樹脂の溶液であれば加熱処理等が選択され
る。

【００３０】例えば、「ＤＥＦＥＮＳＡ ７７１０シリ
ーズ」（ＤＩＫ）、「ＬＦ−４０」（総研化学工業
（株））、「ビスフェノールＡＦ型エポキシ樹脂」（セ
ントラルガラス（株））、「ＫＰ−８０１Ｍ」「ＫＰ−
８ＦＴ」（信越化学工業（株））「ＣＴＸ−８０５Ａ」
（旭硝子（株））、「テフロンＡＦ」（デュポン）等が
列挙できる。

【００３１】前記表面処理剤の粘度としては、１０ｃｐ
ｓ〜３０００ｃｐｓ好ましくは３０ｃｐｓ〜１，０００
ｃｐｓさらに好ましくは５０〜５００ｃｐｓである。表
面処理剤の粘度が低すぎると、表面処理剤がインク吐出
口内部に入り込むことがあり、この場合インクが流路に
流入しにくいためインクが吐出されるときに、吐出方
向、吐出速度、リフィール周波数、インク滴径に悪影響
を与える。表面処理剤の粘度が高すぎると、凸版からイ
ンクジェット記録ヘッドに表面処理剤が印刷される際
に、インク吐出口が全て開口しない場合がある。またさ
らに粘度が高いと、凹版から凸版への表面処理剤の転写
が不可能になる。

【００３２】前記表面処理剤の濃度、粘度を調整するた
めに使用する溶媒または表面処理剤を溶解するための溶
媒としては、表面処理剤が溶解可能な溶媒であればいず
れも使用可能であるが、蒸気圧が１００ｔｏｒｒ（２５
℃）以下のものが好ましく、より好ましくは５０ｔｏｒ
ｒ（２５℃）以下である。蒸気圧が高すぎると、凹版か
ら凸版への表面処理剤の転写障害や凸版からインクジェ
ット記録ヘッドの表面処理剤の転写不良を引き起こす。

【００３３】凸版のインクジェット記録ヘッドの吐出口
を有する面に対する印圧としては０．１ｋｇ／ｃｍ² 〜
５ｋｇ／ｃｍ² の範囲が好ましく、より好ましくは１〜
３ｋｇ／ｃｍ² である。印圧が低すぎると、凸版からイ
ンクジェット記録ヘッドへの表面処理剤の転写不良が生
じる。また印圧が高すぎると、表面処理剤をインク吐出
口内部に押し入れることがあり、さらには、インクジェ
ット記録ヘッドを破損することもある。

【００３４】前記撥液性表面処理層２０の膜厚として
は、好ましくは０．００５μｍ〜２μｍであり、より好
ましくは０．０１μｍ〜０．５μｍである。表面処理層
の膜厚が薄すぎると、表面処理層を設けることが難しく
なる上、表面処理層の機械的強度も弱くなる。表面処理
層の膜厚が厚すぎると、表面処理剤がインク吐出口内部
への入り込みを生じたり、インク吐出口が表面処理剤に
より開口しない場合もある。

【００３５】

【実施例】以下実施例により本発明を詳細に説明する。

【００３６】実施例１ まず、図２に示すように、シリコン製の基板１１上に発
熱素子（吐出圧発生素子）１２を設けた。なお、図２に
は図示していないが、この発熱素子１２の両端には、こ
の発熱素子へ信号を送るための導体配線がなされてい
る。次に、この基板１１の上に感光性の樹脂硬化膜１３
（東京応化製、オーディル）をラミネートした後、周知
のフォトリソグラフィー加工法で、オリフィス１４、流
路１５および液室１６を形成した。さらに、ガラス製の
天板１７に記録液の供給口１８を開口したものを、接着
剤１９を介して感光性樹脂硬化膜１３上に積層して接着
した。

【００３７】以上のように構成したインクジェット記録
ヘッドに、以下に示す条件でインク吐出口面の吐出口周
縁部の一部分にのみ撥液性表面処理層２０を形成した。

【００３８】フレキソ印刷機 オングストローマーＩ
ＮＬＩＮＥ型（日本写真印刷（株）製）（図４参照） 凹版 格子型３００line/inch （図８参
照） 凸版 ＡＰＲ（旭化成（株）製）４００li
ne/inch（図１０、図１１参照） 印圧 １ｋｇ／ｃｍ² 撥液性表面処理剤 「ＣＴＸ−８０５Ａ」（旭硝子
（株）製） 撥液性表面処理剤熱処理 クリーオーブン １８０℃
１時間 インク吐出口面の吐出口周縁部に形成された撥液性表面
処理層は図１２（Ａ）のような印刷パターンであった。

【００３９】実施例２ 実施例１同様に図１２（Ｂ）のような印刷パターンを形
成した。

【００４０】実施例３ 実施例１同様に図１２（Ｃ）のような印刷パターンを形
成した。

【００４１】比較例１ インク吐出口面に撥液性表面処理層を形成しなかった。

【００４２】比較例２ インク吐出口面に図３に示すような吐出口面全面に撥液
性表面処理層を形成した。

【００４３】次に、本発明の方法で得られる作用効果に
ついて具体的に説明する。

【００４４】図１３はインクの吐出特性を観察するため
の測定装置の配置を示す模式図である。３０１で示すイ
ンクジェット記録ヘッドのインク吐出口から吐出される
インク滴３０２の吐出方向および吐出速度のばらつきを
観察するため、インク滴３０２の飛翔方向ｘと直交する
方向ｙおよびｚの２方向に顕微鏡を取り付けたビデオモ
ニタ３０３および３０４を配置した。また、ストロボ発
光器３０５をインク吐出周波数と同期させて発光させ
た。

【００４５】この測定装置に実施例１〜３によりインク
吐出口面を表面処理されたインクジェット記録ヘッドを
インクジェット記録ヘッド３０１としてセットし、イン
クを連続的に吐出させてインク滴を観察した。このと
き、ｙ方向、ｚ方向共にインク滴はｘ方向上で静止して
見えた。これは、インク滴が直進し、吐出速度も一定で
あることを示している。長時間の連続吐出後もこの様子
は変わらなかった。

【００４６】これに対して、比較例１により上記の表面
処理を行っていないインクジェット記録ヘッドでは、イ
ンク滴がｘ方向からずれた位置にあることがあり、イン
ク液滴の進行方向でゆらいでいる場合があった。これは
インク滴が直進せず、またその吐出速度も一定でないこ
とがあることを示している。また、このときインク吐出
口の周辺を観察したところインクが付着している場合が
あるのが見られた。このような現象は前記実施例に係る
表面処理方法によって処理されたインクジェット記録ヘ
ッドには見られないことであった。

【００４７】また、比較例２により、インク吐出口全面
に処理されたインクジェット記録ヘッドでは長時間の連
続吐出後、吐出口面にインク液溜りが発生し、インク滴
が直進せず、吐出速度も一定でないことがあった。

【００４８】次に、インクジェット記録ヘッドをプリン
タに取り付けて印字を行い、印字品位の評価を行った。
このインクジェット記録ヘッドとしては、２個のインク
吐出口を有するものを用いた。この結果、実施例１〜３
により処理を行ったインクジェット記録ヘッドでは、長
時間にわたり安定な印字品位が得られた。これに対し
て、比較例１による未処理のインクジェット記録ヘッド
においては印字を続けるにしたがって印字不良、すなわ
ち、文字を構成するドットの偏りや主ドット以外に微小
ドットが形成される等の現象が起こることがあった。こ
の時のインク吐出口の周辺では、やはりインクが付着し
ている場合があった。このインクをふき取ると一時的に
良好な印字品位となるが、すぐ印字不良を起こした。

【００４９】比較例２によるインク吐出口全面に処理さ
れたインクジェット記録ヘッドは、長時間にわたる印字
により印字不良を引き起こした。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法によ
れば、 （１）インク吐出口面に均一に表面処理を行うことがで
きる。

【００５１】（２）インク吐出口の周りのインク吐出口
面の荒れやキズ等がなくなる。

【００５２】（３）吐出されたインク滴を吐出方向、吐
出速度および粒径が一定となり記録品位が向上する。

【００５３】（４）吐出周波数を上げても良好な印字品
位が得られるため記録速度を上げることができる。

【００５４】（５）長時間連続印字での印字品位が向上
する。

【００５５】（６）表面処理を行う際にインク路内に表
面処理剤が入り込むことを阻止するような特別な処理を
必要としない。

【００５６】（７）量産化も容易であり廉価なインクジ
ェット記録ヘッドを提供できる。

【００５７】（８）表面処理によりインク吐出口の形状
を変えることがなく、設計上の制約を与えることがな
い。 等の優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法でインクジェット記録ヘッドの表
面処理を形成した模式的斜視図である。

【図２】（Ａ）は、インクジェット記録ヘッドの構成を
例示する展開斜視図である。（Ｂ）は、インクジェット
記録ヘッドの構成を例示する断面図である。

【図３】従来例のインクジェット記録ヘッドの表面処理
層を形成した模式斜視図である。

【図４】フレキソ印刷機の構成を例示する模式的断面図
である。

【図５】フレキソ印刷機の構成を例示する模式的断面図
である。

【図６】表面処理方法の構成を例示する模式的断面図で
ある。

【図７】フレキソ印刷機の凹版の構成を例示する模式図
である。

【図８】フレキソ印刷機の凹版の構成を例示する模式図
である。

【図９】フレキソ印刷機の凹版の構成を例示する模式図
である。

【図１０】フレキソ印刷機の凸版の構成を例示する模式
図である。

【図１１】フレキソ印刷機の凸版の構成を例示する模式
図である。

【図１２】本発明の方法で表面処理層を形成した模式図
である。

【図１３】インク吐出特性観察用測定装置の配置を示す
模式図である。

【符号の説明】

１，３０１ インクジェット記録ヘッド ２ 撥液性表面処理剤 ３ ディスペンサー ４，９ 凹版 ５ ドクターブレード ６ 凸版 ７ 版胴 ８ ワークステージ １０ 凹版取付台 １１ 基板 １２ 吐出圧発生素子 １３ 感光性樹脂硬化膜 １４ 吐出口（オリフィス） １５ 流路 １６ 液室 １７ 天板 １８ インク供給口 １９ 接着剤 ２０ 撥液性表面処理層 ３０２ インク滴 ３０３，３０４ ビデオモニタ ３０５ ストロボ発光器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液路を連通する吐出口からインクを吐出
   させて記録を行うインクジェット記録ヘッドの撥液性表
   面処理剤による表面処理において、斜線状または格子状
   の規則的な多数の凹凸を表面に形成した平板状またはロ
   ール状の凹版と、吐出口面の表面処理を施す部分に対応
   したパターンにのみ規則的な多数の凹凸または不規則的
   な多数の凹凸を表面に形成したロール状の凸版とを有す
   るフレキソ印刷機を用いて、撥液性表面処理剤を吐出口
   の面の吐出口周縁部の一部分にのみ印刷することを特徴
   とするインクジェット記録ヘッドの表面処理方法。