JPH06320734A - インクジェット記録ヘッド、その製造方法、及び記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インク吐出口形成端面の材料の改質により、
密着性良好な、インク吐出方向の偏向及びインク不吐出
等の発生しない、安定したインク吐出を長期間に亘って
得ることを可能とする、インクジェット記録ヘッドの製
造方法、該方法により得られる記録ヘッド並びに該ヘッ
ド及び載置部材を具備するインクジェット記録装置を提
供する。 【構成】 インクジェット記録ヘッドのインク吐出口形
成端面に、撥水性を賦与するフッ素化合物イオン等を、
少なくとも吐出口付近の流路が常温で固体の物質で充填
された状態でイオン注入して、該端面の表面改質を行う
ことにより、目的とするインクジェット記録ヘッド製造
方法、該方法により製造される記録ヘッド並びに該ヘッ
ド及び載置部材を具備するインクジェット記録装置が提
供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般にインクと呼ばれ
る記録液を吐出口（オリフィス）から小滴として吐出、
飛翔させ、この小滴を被記録面へ付着させて記録を行う
インクジェット記録ヘッド、特に吐出口形成端面に改良
を加えたインクジェット記録ヘッド、その製造方法、及
び同ヘッドを用いた記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピュータの普及に伴いその各
種応用機器の開発が盛んに行われている。特に複写機、
ファクシミリ、ワードプロセッサ、その他のいわゆるパ
ーソナルコンピュータ等のオフィースオートメーション
用の事務機器の開発及び普及には著しいものがある。こ
れらの事務機器においては、処理されたデータ或いは文
章等の出力用機器としてのいわゆるプリンタは必須の装
置である。

【０００３】従来、このようなプリンタとしては、ワイ
ヤードットプリンタ等のインパクト方式のプリンタや、
静電複写方式を用いたレーザービームプリンタ、熱転写
プリンタ等のノンインパクト方式のプリンタが用いられ
ているが、インクジェット記録方式によるプリンタも近
年その優れた特徴が注目されて、各種の方式の開発が進
められている。

【０００４】プリンタによる印字や画像が、美麗で精細
であることが望ましいのは言う迄もないことであり、上
記の各種プリンタ関連技術が目標とする点もここにあ
る。そのためインクジェット記録ヘッドの一形態とし
て、インク吐出ノズルを小さく形成し、インクを高速度
且つ高密度に吐出させるようにしたものがある。又、他
の形態のインクジェット記録ヘッドとしては、インク吐
出ノズルを小さく且つ密接して配置することが考えら
れ、その実現のために、いわゆるマイクロリソグラフィ
の技術を用いた微細加工方式によって多数の吐出口を密
接して製作する方法が知られている。

【０００５】図４はこのような方法により製造された従
来のインクジェット記録ヘッドの構成例を示すものであ
る。同図において、１は例えばシリコンウエハー等で形
成された第１の基板、２は第１の基板１の表面に、例え
ばＳｉＯ₂ 等により形成された表面層である。３はリソ
グラフィ等の手法で形成されたノズル壁、４は例えばガ
ラス板で形成した第２の基板、５は第２の基板４をノズ
ル壁３の上部に接着するための接着層、６はノズルのイ
ンク吐出口である。このような記録ヘッドは、例えばノ
ズル壁３を高さ２５μｍ、幅２０μｍの寸法とし、吐出
口６がノズル壁３と同じ寸法となるように極めて精細に
加工されている。

【０００６】図５（Ａ）及び（Ｂ）は図４に示すインク
ジェット記録ヘッドのノズル方向に沿った側断面を示す
もので、インク７が吐出されてインク滴８を形成する状
態の二例を示している。図５（Ａ）は吐出口形成端面９
がインクに濡れておらず、インク滴が端面９に対して垂
直方向（図中矢印Ｘ方向）に吐出される状態を、又図５
（Ｂ）はノズル端面９の一部が吐出前にインクに濡れて
いるために偏曲した方向（図中矢印Ｙ方向）にインク滴
が吐出されようとしている状態を示す。

【０００７】吐出口形成端面９が濡れるのは、インク吐
出時にインクが濡れ広がる場合の他に、キャリッジにイ
ンクジェット記録ヘッドを搭載して記録を行う構成の装
置では、ヘッドが印字を行いながら機械的に移動する
際、又キャリッジが記録媒体の端部に達して復帰動作を
行う際等に起こる機械的振動によって、ノズル内のイン
ク７がノズル先端の端部９へ溢れ出てそこを濡らす場合
がある。漏れ出て端面９を濡らしたインクが吐出口内に
再び戻ってくる場合や、吐出口周辺を均一に濡らした場
合には、インク滴８の吐出方向は図５（Ａ）に示すよう
に端面９に対して垂直となり、吐出状態即ち記録状態は
安定する。

【０００８】然しながら、従来のインクジェット記録ヘ
ッドでは、第２の基板４と接着層５との濡れ性の相違に
より、ノズル形成端面９が不均一に濡れたり、或いは、
一旦濡れた後に端面９に不均一なインクの残留状態を生
ずると、図５（Ｂ）に示すような不安定な吐出状態が起
こることになる。即ち、吐出端面の濡れと端面の表面状
態とは強い相関があり、吐出口形成端面の表面状態が適
切でない場合には不安定な吐出状態をもたらすことにな
り、従って良好な記録状態を維持出来ずに記録品位が低
下することにもなる。

【０００９】このことは、図４に示したインクジェット
記録ヘッドのみならず上記第１の形態のインクジェット
記録ヘッドにおいても無論生じ得る問題点であるが、図
７に示すインクジェット記録ヘッドのようにインク吐出
口が密接して設けられている場合には、濡れは互いに隣
接した吐出口周辺で起こるので、濡れ部分が隣接する吐
出口同士で連結してしまいその影響はますます大きくな
る。その結果、記録された文字が歪んだり画像に乱れが
生ずる等、記録品位や画質に一層著しい悪影響を与える
ことになるので、これらの悪影響を生じないように吐出
口端面が一層厳格に管理される必要がある。

【００１０】この方法として、吐出口端面に撥水性の表
面処理を施し、インクを弾いて濡れないようにすること
が考えられる。従来より、インク吐出口を有する面（吐
出口形成端面）に撥水性の材料を設ける提案が多数なさ
れている。例えば、撥水性のあるフッ素樹脂等を塗布し
たり、蒸着法或いはスパッタリング法等により撥水性の
ある有機高分子等をコーティングする方法等がある。然
しながら、前記方法で形成した皮膜は吐出口の端面に対
する密着性が不充分であり、このため皮膜が吐出口端面
から剥離することがあるという耐久性の問題点があっ
た。

【００１１】更に、最近のインクジェット記録として用
紙選択性の良いことが要求される。即ち、何んな紙でも
印字が出来ることである。ところが、ある紙では、紙カ
ス、紙粉が発生し易く、それがインクジェット記録ヘッ
ドの吐出口面に付着して印字を悪くする。従って、紙カ
ス、紙粉を取り除く必要がある。そのため、ブレードを
吐出口形成端面に定期的に当接させ、紙カス、紙粉を除
去することが提案されている。然しながら、上記のよう
な従来の撥水材料を設ける方法は、密着性が不充分であ
り、撥水材の耐摩耗性が低いために、ブレード材料に制
約があった。従って、設計の自由度アップ、低価格化の
ため、ブレード材料の制約を無くすることが必要であっ
た。そのため、耐摩耗性に優れた撥水性を吐出口面に賦
与することが必要であった。

【００１２】又、上記の紙カス、紙粉等は吐出口端面が
絶縁性であると、更に付着し易かった。即ち、吐出口端
面が絶縁性のため帯電し易く、それによって紙カス、紙
粉が引き寄せられるものと推定される。従って、吐出口
端面を導電性にする必要があった。

【００１３】ところで、従来のインクジェット記録ヘッ
ドの回復系は、吐出口端面に非接触型のタイプが多い
が、特に吐出口端面に撥水性を付与したタイプのインク
ジェット記録ヘッドでは殆ど非接触型である。即ち、前
記のような従来の撥水材料を配設する方法は密着性が不
充分であり、撥水材の耐摩耗性が低いので非接触型にせ
ざるを得ないからであり、接触型の回復系は吐出口端面
の撥水性を損なうからである。然しながら、回復系は接
触型のものがより確実である。従って、耐摩耗性に優れ
た撥水性を吐出口端面に賦与することによって初めて接
触型の回復系の採用が可能となる。このように、確実な
回復系を保持するためには、耐摩耗性に優れた撥水性を
吐出口端面に賦与することが必要であった。

【００１４】従来より、インク吐出口の端面被覆によっ
て表面形状を整える試み、即ち、端面に被覆層を設ける
ことにより均一表面化を行い、又記録液滴の吐出の安定
化を図る試みは為されている。然しながら、吐出口を形
成した後における被覆ないし表面処理は、吐出口内部に
及ぶこと無しに行うことは技術的困難が伴い、吐出口内
部に被覆材料が侵入することによって、むしろ記録液の
吐出口への供給を妨げて、不安定な吐出状態に陥ってし
まうことがあった。この現象は 従来殆ど無視出来るも
のであったが、近年印字品位向上のため、高密度化が進
み、液滴が小さくなるとその影響が無視出来ないものと
なった。又、このような悪影響が懸念されるが故に、被
覆ないし表面処理に用い得る材料には制約があり、表面
処理の効果の持続性を低下させる結果を生じることもあ
った。

【００１５】フォトリソグラフィ手法によるパターニン
グや、マスク等で吐出口内部への入り込みを防ぎ、吐出
口端面部のみを表面処理しようとしても、マスク合わせ
が煩雑だったり、パターニング材や、マスクの浮きによ
り吐出口内部へ被処理材が侵入する等の問題があった。

【００１６】又、特開昭６３−１２２５５９号で、吐出
口の法線に対し、傾斜した方向から物質を飛翔させて端
面に被着させる方法が提案されているが、実施例中で述
べられている電子ビーム蒸着やスパッタリング法は直進
性が不充分なため、吐出口内部への被着防止が不完全で
あった。又、そもそもデポジッション法は物質の蒸発や
イオンによってターゲット物質を叩き出し、その叩き出
された物質が被加工物に衝突する方法であるため、物質
の被加工物に対する衝突エネルギーも限界があり、吐出
口端面に被着した膜の密着強度も完全なものではなかっ
た。

【００１７】それに比較してイオン注入法は、高エネル
ギーのイオンそのものを被加工物に衝突させて、物理的
に埋め込む方法であり、打ち込みエネルギー及び直線性
共に蒸着法やスパッタリング法より格段に優れた方法で
あるため、吐出口内部への被着が殆ど無く、吐出口端部
の撥水効果の持続性が高い表面処理を行うことが出来
る。

【００１８】本発明者は、上記の諸問題を解決する有効
な手段、即ちインク吐出口形成端面にイオン注入法によ
りイオンを注入して、吐出口形成端面を表面改質する方
法を提案した。注入イオンは直進性をもって注入される
ので、ノズル内の注入イオンの入り込みによる不都合な
問題も無くなる。

【００１９】近年、印字品位向上のため、ノズルの高密
度化が進み、吐出される液滴が小径のインクジェットヘ
ッドが求められるようになった。このような、小液滴ヘ
ッドに対し、イオン注入法によって吐出口形成端面を表
面改質する場合、ノズル内部に入り込んだイオンの影響
は無視出来ない。即ち、ノズル内部に入り込んだイオン
により、インクのメニスカスの異常後退等が生じ、イン
クの吐出量や吐出速度が変化して不安定な吐出状態に陥
ることがある。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点に鑑み成されたものであって、使用の際には常時所定
の方向に実質的に均一な液体量を以て吐出を行うことが
出来、高速記録に充分対応出来て、ノズルが高密度化し
て液滴が小さくなっても対応出来、而も耐久性のあるイ
ンクジェット記録ヘッドを提供することを目的とする。

【００２１】又、用紙選択性の無い安定した吐出が出来
るインクジェット記録ヘッドを提供することをも目的と
する。そのため、本発明では、吐出口形成端面に撥水
性、導電性を賦与するために、又硬度アップのためイン
クジェット記録ヘッドの吐出口形成端面をイオン注入法
により表面改質を行う。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、以下に示
す本発明によって達成される。即ち本発明は、インク流
路を有し、該流路の一端を吐出口としてインク小滴を吐
出、飛翔させ、該小滴を被記録面へ付着させて記録を行
うインクジェット記録装置用記録ヘッドの製造方法にお
いて、少なくとも吐出口付近の流路が常温で固体の物質
で充填された状態で、前記吐出口の形成端面にイオン注
入法によりイオンを注入して、該吐出口形成端面を表面
改質するインクジェット記録ヘッドの製造方法、並びに
該方法によって製造されるインクジェット記録ヘッドで
ある。

【００２３】又本発明は、インク吐出エネルギー発生素
子を具備するインクジェット記録装置用記録ヘッドにお
いて、該エネルギー発生素子が、電気エネルギーを与え
ることにより発熱しインクに状態変化を生ぜしめて吐出
を行わせる電気熱変換体であるインクジェット記録ヘッ
ド、及び前記インク吐出口が、記録媒体の記録領域の全
幅に亘って複数の吐出口を具備するフルラインタイプの
インクジェット記録ヘッド、並びに記録ヘッド及び該ヘ
ッドを載置するための部材を少なくとも具備するインク
ジェット記録装置において、該ヘッドが、記録媒体の被
記録面に対向してインクを吐出するインク吐出口を有す
るインクジェット記録装置である。

【００２４】本発明においては、表面改質によってイン
ク吐出口の形成端面に撥水性を賦与することにより、下
記のような改良点がもたらされる。 (1)撥水剤のノズル内への入り込みを防ぐことにより、
インク吐出状態が安定化する。 (2)印字の耐久性が良くなる。 (3)紙カス、紙粉を除去するブレードに対し耐久性が高
まる。 (4)接触型の回復系が可能となる。 (5)表面改質により硬度も高くなり、上記効果が更に向
上する。 (6)吐出口面に導電性を賦与することにより紙カス、紙
粉の吐出口形成端面への付着が防止される。 (7)ノズルの高密度化に対応した小液滴インクジェット
にも以上の効果が得られる。

【００２５】以下、本発明を詳細に説明する。先ず、イ
オン注入法について概要を説明する。イオン注入法は、
１０〜数１００ＫｅＶに加速されたイオンを固体表面に
照射して、固体表面の物性を制御する技術である。イオ
ン注入法の適用例としては、半導体素子の不純物ドーピ
ングによる拡散層の形成やキャリヤ濃度の調整等に実用
化されている。又、金属表面の改質（例えば、ドリルの
刃等の硬度の上昇や摩耗性の向上）を狙って、検討が進
められている。

【００２６】イオン注入装置の代表的な構造例を図３に
示す。イオンは、イオン源１１で作製され引き出される
（例えば、ガスを１０^-3Ｔｏｒｒ程度導入しＤＣやＲＦ
放電によって生じるプラズマ中より引き出す）。引き出
されたイオンビームは、原子イオンや分子イオン、残留
ガスからのイオン等種々の成分を含有するため、質量分
析器１２によって必要イオン種のみを取り出す。

【００２７】質量分析器１２は必ずしも必要なものでは
なく、金属表面の表面改質装置の場合は殆ど設置されて
いないが、半導体素子用装置の場合には全て取り付けら
れている。質量分析器１２により選択された必要なイオ
ン種は、次いでビームスリット１３、加速器１４、レン
ズ１５、中性ビームトラップ２０、ゲート１６を通過
後、Ｙスキャナ１７、Ｘスキャナ１８によってイオンビ
ームはＸ軸，Ｙ軸にスキャニングされウエハ等の基板１
９に均一に走査される。装置によっては、試料台を回転
させて均一注入を行う場合もある。

【００２８】又、上記のようなイオン注入装置を用いて
イオン注入法により吐出口形成端面を改質するインクジ
ェット記録ヘッドの一例を図１に示す。図中、１は第１
の基板、２は表面層、３は吐出ノズル壁、４は第２の基
板、５は接着層、６は吐出口である。本発明においては
吐出口形成端面９をイオン注入装置によってイオン注入
して端面９を改質するものである。

【００２９】先ず、吐出口形成端面の撥水性付与につい
て説明する。イオン源としては、ＣＦ₄ ，Ｃ₂ Ｆ₆ ，Ｃ
ＨＦ₃ 等少なくともＣとＦを含有する常圧、又は減圧下
でガス状であるもの全て、及びＦ₂ ＋ＣＨ₄ 等Ｆを含有
するガスとＣを含有するガスとの組み合わせがある。更
に、イオン注入する材料がＣを含有するときはＦを含有
するガスのみでも良い。

【００３０】イオン種としては、ＣＦ₃ ⁺，Ｃ₂ Ｆ₆ ⁺，Ｃ
₂ Ｆ₃ ⁺イオン等上記イオン源から発生するＣとＦを含有
するイオン種の全て、及びＦ⁺ イオンとＣ⁺ イオンの組
み合わせが好ましい。更にイオン注入する材料がＣを含
有するときはＦ⁺ イオンのみでも良い。

【００３１】イオン注入量はドーズ量１×１０¹⁴〜１×
１０¹⁸ｃｍ^-2が好ましく、１×１０ ¹⁵〜１×１０¹⁷ｃｍ
^-2が特に好ましい。ドーズ量が１×１０¹⁴ｃｍ^-2よりも
少ない場合には撥水効果が不充分の場合があり、又ドー
ズ量が１×１０¹⁸ｃｍ^-2を越える場合は温度上昇のため
不都合の場合がある。

【００３２】又、注入の際のイオン加速エネルギーとし
ては５〜１００ＫｅＶ、特に１０〜６０ＫｅＶが好まし
い。１００ＫｅＶを越える場合は基板の温度上昇を生
じ、又イオンが内部深くに注入されるので好ましくない
場合がある。又、５ＫｅＶ未満の場合にはイオン加速の
安定性が悪い。

【００３３】イオン注入の際、撥水作用を高めるために
熱処理を施しても良い。尚、イオン注入により撥水性を
付与出来る材料は、インクジェット記録ヘッドを構成す
るあらゆる材料、例えば半導体（Ｓｉ等）、ガラス、セ
ラミックス、半導体の酸化物、有機高分子や有機樹脂等
の有機化合物、又は、無機化合物である。又、イオン注
入法は撥水性を保持したまま、他の特性（硬度アップ及
び帯電防止等）をイオン種を変えることによって賦与す
ることが出来る。

【００３４】硬度アップには、イオン源として、Ｎ₂ ガ
ス、ＳｉＦ₄ ，ＳｉＣｌ₄ 等Ｓｉを含有する常圧、又は
減圧下でガス状であるもの全て、及びＢＣｌ₃ ＋ＮＨ₃
等窒化物を作る元素を含有するガスと窒素ガス等が好ま
しい。イオン種としてはＮ⁺ イオン、Ｓｉ⁺ イオン、Ｓ
ｉＣｌ₃ ⁺イオン等Ｓｉを含有するイオン全て、Ｂ⁺ イオ
ン、Ｎ⁺ イオンの組み合わせ等窒化物を作る元素を含有
するイオンと窒素イオンの組み合わせ等が好ましい。注
入条件は、前記撥水性付与の場合と同様である。又、吐
出口形成端面に導電性を賦与するためのイオン源として
は、（Ｃ₂ Ｈ₅ ） ₃ Ａｌ、ＷＦ₆ 等金属化合物で常圧、
又は減圧下でガス状であるもの全てが使用出来るが、イ
オン種としてはＡｌ⁺ ，Ｗ⁺ 等の金属を含有するイオン
が使用出来る。注入条件としては前記撥水性付与の場合
と同様である。

【００３５】次に、イオン混入時のノズル内部への注入
イオンの入り込み防止について以下に説明する。先ず、
第一の方法は、吐出口内部に除去可能な物質、例えば、
ワックスやポリエチレングリコールなどのように、２０
〜１００℃程度で容易に液化する常温で固体の物質を封
止した状態でイオン注入するものである。この際、少な
くともインク吐出口の入口付近のノズルが封止されてお
れば良い。

【００３６】また、第二の方法は、特開昭６２−２５３
４５７号に開示されるような吐出口形成方法を利用する
ものであり、吐出口内部にポジレジストを残した状態の
ままイオン注入し、その後ポジレジストを除去して吐出
口を形成する方法である。

【００３７】本発明は、特にインクジェット記録方式の
中でも、熱エネルギーを利用して飛翔液滴を形成し、記
録を行うインクジェット記録方式の記録ヘッド及び記録
装置において、優れた効果をもたらすものである。その
代表的な構成原理については例えば、米国特許第４７２
３１２９号、及び同第４７４０７９６号に開示されてお
り、本発明はこれらの基本的な原理を用いて行うものが
好ましい。この記録方式はいわゆるオンデマンド型、コ
ンティニュアス型の何れにも適用可能である。 この記
録方式を簡単に説明する。液体（インク）が保持されて
いるシートや流路に対応して配置されている電気熱変換
体に、記録情報に対応して液体（インク）に核沸騰現象
を越え、膜沸騰現象を生じるような急速な温度上昇を与
えるための少なくとも一つの駆動信号を印加することに
よって、熱エネルギーを発生させて、記録ヘッドの熱作
用面に膜沸騰を発現させる。このように液体（インク）
から電気熱変換体に賦与する駆動信号に一対一で対応し
た気泡を形成出来るため、特にオンデマンド型の記録法
には有効である。この気泡の成長、収縮により吐出孔を
介して液体（インク）を吐出させて、少なくとも一つの
小滴を形成する。

【００３８】この駆動信号をパルス形状とすると、即時
適切に気泡の成長収縮が行われるので、特に応答性に優
れた液体（インク）の吐出が達成出来、より好ましい。
このパルス形状の駆動信号としては、米国特許第４４６
３３５９号、及び同第４３４５２６２号に示されている
ようなものが適している。尚、上記熱作用面の温度上昇
率に関し、米国特許第４３１３１２４号に示される条件
を採用すると、更に優れた記録を行うことが出来る。

【００３９】記録ヘッドの構成としては、上記の各号明
細書に開示されているような吐出孔、液流路、電気熱変
換体を組み合わせた構成（直線状液流路又は直角液流
路）の他に、米国特許第４５５８３３３号、及び同第４
４５９６００号に示されているように、熱作用部が屈曲
する領域に配置された構成のものも本発明に含まれる。
加えて、複数の電気熱変換体に対して、共通するスリッ
トを電気熱変換体の吐出孔とする構成を開示する特開昭
５９−１２３６７０号や、熱エネルギーの圧力波を吸収
する開孔を吐出部に対応させる構成を開示する特開昭５
９−１３８４６１号、に基づいた構成としても本発明は
有効である。

【００４０】更に、本発明が有効に利用される記録ヘッ
ドとしては、記録装置が記録出来る記録媒体の最大幅に
対応した長さのフルラインタイプの記録ヘッドがある。
このフルラインヘッドは、上記の各号明細書に開示され
ているような記録ヘッドを複数組み合わせることによっ
てフルライン構成にしたものや、一体的に形成された一
個のフルライン記録ヘッドであっても良い。加えて、装
置本体に装着されることで、装置本体との電気的な接続
や装置本体からのインクの供給が可能になる交換自在の
チップタイプの記録ヘッド、或いは記録ヘッド自体に一
体的に設けられたカートリッジタイプの記録ヘッドを用
いた場合にも本発明は有効である。

【００４１】又、本発明の記録装置に、記録ヘッドに対
する回復手段や、予備的な補助手段等を付加すること
は、本発明の記録装置を一層安定にすることが出来るの
で好ましいものである。これらを具体的に列挙すれば、
記録ヘッドに対しての、キャッピング手段、クリーニン
グ手段、加圧或いは吸引手段、電気熱変換体或いはこれ
とは異なる加熱素子、或いはこれらの組み合わせによる
予備加熱手段、記録とは別の吐出を行う予備吐出モード
を行う手段を付加することも安定した記録を行うために
有効である。

【００４２】更に、記録装置の記録モードとしては黒色
等の主流色のみを記録するモードだけではなく、記録ヘ
ッドを一体的に構成したものか、複数個を組み合わせて
構成したものかの何れでも良いが、異なる色の複色カラ
ー又は、混色によるフルカラーの少なくとも一つを備え
た装置にも本発明は極めて有効である。

【００４３】以上説明した本発明の各例においては、液
体インクを用いる場合であるが、本発明では室温で固体
状であるインクであっても、室温で軟化状態となるイン
クであっても用いることが出来る。上記のインクジェッ
ト装置ではインク自体を３０℃以上７０℃以下の範囲内
で温度調整を行ってインクの粘性を安定吐出範囲にある
ように温度制御するものが一般的であるから、使用記録
信号付与時にインクが液状をなすものであれば良い。

【００４４】加えて、熱エネルギーによるヘッドやイン
クの過剰な昇温をインクの固形状態から液体状態への状
態変化のエネルギーとして使用せしめることで積極的に
防止するか又は、インクの蒸発防止を目的として放置状
態で固化するインクを用いることも出来る。何れにして
も熱エネルギーの記録信号に応じた付与によってインク
が液化してインク液滴として吐出するものや記録媒体に
到達する時点では既に固化し始めるもの等のような、熱
エネルギーの付与によって初めて液化する性質を持つイ
ンクの使用も本発明には適用可能である。このようなイ
ンクは、特開昭５４−５６８４７号或いは同６０−７１
２６０号に示されるような、多孔質シートの凹部又は貫
通孔に液状又は固形物として保持された状態で、電気熱
変換体に対して対向するような形態としても良い。

【００４５】本発明において、上記した各インクに対し
て最も有効なものは、上記の膜沸騰方式を実行するもの
である。図６は本発明により得られた記録ヘッドをイン
クジェットヘッドカートリッジ（ＩＪＣ）として装着し
たインクジェット記録装置（ＩＪＲＡ）の一例を示す外
観斜視図である。

【００４６】図６において、１２０はプラテン１２４上
に送紙されてきた記録紙の記録面に対向してインク吐出
を行うノズル群を具えたインクジェットヘッドカートリ
ッジ（ＩＪＣ）である。１１６はＩＪＣ１２０を保持す
るキャリッジＨＣであり、駆動モータ１１７の駆動力を
伝達する駆動ベルト１１８の一部と連結し、互いに平行
に配設された２本のガイドシャフト１１９Ａ及び１１９
Ｂと摺動可能とすることにより、ＩＪＣ１２０の記録紙
の全幅にわたる往復移動が可能となる。

【００４７】１２６はヘッド回復装置であり、ＩＪＣ１
２０の移動経路の一端、例えばホームポジションと対向
する位置に配設される。伝動機構１２３を介したモータ
１２２の駆動力によって、ヘッド回復装置１２６を動作
せしめ、ＩＪＣ１２０のキャッピングを行う。このヘッ
ド回復装置１２６のキャップ部１２６ＡによるＩＪＣ１
２０へのキャッピングに関連させて、ヘッド回復装置１
２６内に設けた適宜の吸引手段によるインク吸引若しく
はＩＪＣ１２０へのインク供給経路に設けた適宜の加圧
手段によるインク圧送を行い、インクを吐出口より強制
的に排出させることによりノズル内の増粘インクを除去
する等の吐出回復処理を行う。又、記録終了時等にキャ
ッピングを施すことによりＩＪＣが保護される。

【００４８】１３０はヘッド回復装置１２６の側面に配
設され、シリコンゴムで形成されるワイピング部材とし
てのブレードである。ブレード１３０はブレード保持部
材１３０Ａにカンチレバー形態で保持され、ヘッド回復
装置１２６と同様、モータ１２２及び伝動機構１２３に
よって動作し、ＩＪＣ１２０の吐出面との係合が可能と
なる。これにより、ＩＪＣ１２０の記録動作における適
切なタイミングで、或いはヘッド回復装置１２６を用い
た吐出回復処理後に、ブレード１３０をＩＪＣ１２０の
移動経路中に突出させ、ＩＪＣ１２０の移動動作に伴っ
てＩＪＣ１２０の吐出面における結露、濡れ或いは塵埃
等を拭き取るものである。

【００４９】

【実施例】以下、図面に基き実施例により本発明を詳細
に説明するが、本発明がこれらのみに制約、限定される
ものではない。

【００５０】実施例１−１ 図２の特開昭５５−１２８４７０号に開示されるような
発熱素子を設けたヘッド、但し吐出口寸法２０×２０μ
ｍに対して、吐出口６内部に天然ワックスを溶融状態で
充填した。次いで、吐出口６外部表面に付着したワック
スを削り落とし表面を洗浄するために遠紫外線による洗
浄処理を行った。次いで、その吐出口形成端面９にイオ
ンとしてＣ₂ Ｆ₄ ⁺イオンを加速エネルギー２０ＫｅＶ、
ドーズ量１×１０¹⁶ｃｍ^-2の条件で、吐出口形成端面に
対して垂直方向から注入した。注入後、アセトンにより
ワックスを除去し、更にイソプロピルアルコール、純水
洗浄を行ない、最後に乾燥しヘッドを得た。

【００５１】第１の基板としてシリコンウェハー１上に
ＳｉＯ₂ を下部層として成膜し、その上に発熱素子（吐
出圧発生素子）を形成した。そして、その上に感光性ア
クリル樹脂をフォトリソ技術によってノズル壁３を形成
した。ガラス製の第２の基板４に接着層５としてアクリ
ル樹脂を塗布しノズル壁３上に貼り合せ接着した。最後
に第１の基板１、ノズル壁３、及び第２の基板４を同時
に切断し、吐出口６を形成した。尚、吐出口面に、シリ
コン、ＳｉＯ₂ 、アクリル樹脂、ガラスの４種類の材料
が存在し、これらの材料で構成された吐出口形成端面９
を上記条件で改質した。

【００５２】実施例１−２ 実施例１−１と同様に、ヘッドの吐出口形成端面にイオ
ンとしてＣ⁺ イオンを加速エネルギー２０ＫｅＶ、ドー
ズ量１×１０¹⁶ｃｍ^-2の条件で吐出口形成端面に対して
垂直方向から注入した。次にイオンとしてＦ⁺ イオンを
加速エネルギー２０ＫｅＶ、ドーズ量２×１０¹⁶ｃｍ^-2
の条件で同様に注入した。注入後の後処理は実施例１−
１と同じくした。

【００５３】実施例１−３ 実施例１−１と同様に、ヘッドの吐出口形成端面にイオ
ンとしてＣ₂ Ｆ₄ ⁺イオンを加速エネルギー２０ＫｅＶ、
ドーズ量１×１０¹⁶ｃｍ^-2の条件で吐出口形成端面に対
して垂直方向から注入した。次いで、イオンとしてＮ⁺
イオンを加速エネルギー２０ＫｅＶ、ドーズ量２×１０
¹⁶ｃｍ^-2の条件で同様に注入した。注入後の後処理は実
施例１−１と同じくした。

【００５４】実施例１−４ 実施例１−１と同様に、ヘッドの吐出口形成端面にイオ
ンとしてＣ₂ Ｆ₄ ⁺イオンを加速エネルギー２０ＫｅＶ、
ドーズ量１×１０¹⁶ｃｍ^-2の条件で吐出口形成端面に対
して垂直方向から注入した。次にイオンとしてＡｌ⁺ イ
オンを加速エネルギー２０ＫｅＶ、ドーズ量１×１０¹⁵
ｃｍ^-2の条件で同様に注入した。注入後の後処理は実施
例１−１と同じくした。

【００５５】実施例１−５ 実施例１−１と同様に、ヘッドの吐出口形成端面にイオ
ンとしてＣ₂ Ｆ₄ ⁺イオンを加速エネルギー２０ＫｅＶ、
ドーズ量１×１０¹⁶ｃｍ^-2の条件で吐出口形成端面に対
して垂直方向から注入した。次いでイオンとしてＮ⁺ イ
オンを加速エネルギー２０ＫｅＶ、ドーズ量１×１０¹⁶
ｃｍ^-2の条件で同様に注入した。更にイオンとしてＡｌ
⁺ イオンを加速エネルギー２０ＫｅＶ、ドーズ量１×１
０¹⁵ｃｍ ^-2の条件で同様に注入した。注入後の後処理は
実施例１−１と同じくした。

【００５６】以上のように作製した各ヘッドに対して、
下記の条件（但し、吐出量：１０ｐｌ／ノズル）、即
ち、 （信号パルス条件） 印加パルス幅 １０μｓｅｃ パルス周波数 ３ｋＨｚ 印加エネルギー ０．０２ｍＪ／パルス（発熱素子一
個あたり） （インク組成） 水 ７０％ ジエチレングリコール ２６％ ダイレクトブラック ４％ でインク吐出試験を行ったが、１０⁹ パルス以上に亘り
安定した吐出及び着弾点精度の高い優れた記録を行うこ
とが出来た。

【００５７】本実施例の方法により処理された吐出口形
成端面を有するインクジェット記録ヘッドは、インク吐
出口形成端面がインクにより不均一に濡れることがな
く、インク滴の吐出方向が安定して、従って優れた印字
品質、画質を得ることが可能となった。

【００５８】又、本実施例のインクジェット記録ヘッド
をプリンターに搭載して印字試験を行なった結果、紙カ
ス、紙粉の除去のためのブレードの撥水面の強度が向上
し、耐摩耗性が向上したことによって、種々の材料を用
いたインク吐出口でも、吐出や印字に不都合な問題はな
かった。従って、設計の自由度が向上し、コストダウン
にもなった。又、接触型の回復系の試験でも撥水性の低
下がなく、回復系が吐出口面に接触するタイプを採用出
来ることが判る。従って確実に回復出来る回復系の採用
が可能となる。

【００５９】又、実施例１−３乃至１−５については、
吐出口形成端面の撥水性に加え他の特性も付与したもの
であるが、以下更に説明を加える。実施例１−３のヘッ
ドにおいては、撥水性の付与をＣ₂ Ｆ₄ ⁺イオンで行い、
更にＮ⁺ イオンを注入することによって、樹脂等で形成
される吐出口形成端面のノズル壁や接着層、又、オリフ
ィスプレート等の機械的強度が向上する。従って実施例
１−１及び１−２以上の効果があった。

【００６０】実施例１−４のヘッドにおいては、撥水性
の付与をＣ₂ Ｆ₄ ⁺イオンで行い、更にＡｌ⁺ イオンを注
入することにより吐出口面に導電性を付与してある。こ
れにより、吐出口面の静電気による帯電が起こらず、紙
カス、紙粉が付着し難くなった。これにより、紙カス、
紙粉による印字不良が改善された。実施例１−５のヘッ
ドにおいては、実施例１−３及び１−４の組み合わせの
相乗効果により更に効果が上がった。

【００６１】比較例１ 実施例１−１で作成したヘッドにフッ素樹脂“DEFENSA
7710”（ＤＩＫ製）をゴム状弾性体による転写法によっ
て吐出口面に形成した。

【００６２】次に上記のようにして製造した各ヘッドに
ついて、以下の評価を行った。 （1)ブレードワイピングテスト 試験方法：ウレタンブレードを使用し、ブレードを吐出
口面に複数回ワイピングしてその後印字させ評価した。
結果を表１に示す。

【００６３】

【表１】 実施例Ａ：実施例１−１、１−２及び１−４ 実施例Ｂ：実施例１−３及び１−５ レベル１：ワイピング回数 ２０００回 レベル２： 同上 １００００回 レベル３： 同上 ３００００回 評価 ○：印字良好 ×：印字不良（ヨレが目立つ）。

【００６４】（2)回復系テスト 試験方法：スポンジ（商品名ベルクリン）を押し当てて
擦り、回復を複数回行なって回復後に印字して評価し
た。結果を表２に示す。

【００６５】

【表２】 実施例Ａ：実施例１−１、１−２及び１−４ 実施例Ｂ：実施例１−３及び１−５ レベル１：回復回数 １００回 レベル２： 同上 ５００回 レベル３： 同上 １０００回 評価 ○：印字良好 ×：印字不良（ヨレが目立つ）。

【００６６】（3)導電率の測定 イオン注入をして表面改質した部分の導電率を測定し
た。結果を表３に示す。

【００６７】

【表３】

【００６８】

【発明の効果】上記のように、本発明はインクジェット
記録ヘッドにおいて吐出口形成端面にイオン注入法によ
りイオンを注入して表面を改質するものであり、このよ
うなイオン注入法によれば、吐出口形成端面の材料の改
質であるために、密着性が極めて良好である。又、注入
するイオン種を選択することにより、撥水性のみならず
硬度アップ、導電性付与等も容易に出来る。これによ
り、印字品位を向上させることが出来る。

【００６９】又、表面の改質は何れの材料に対しても広
く適用可能なので、吐出口形成端面を異種の材料を組合
せて形成したものでも何れの材料をも効果的に改質する
ことが出来る。更に、上記方法で製造したヘッドは、使
用の際には常時所定の方向に実質的に均一な流体量を保
持し安定した吐出が得られるので、高速記録に充分適用
することが出来、而も耐久性のあるインクジェット記録
ヘッドを提供することが出来る。

【００７０】又、用紙選択性のない安定して吐出が可能
なインクジェット記録ヘッドを提供することが出来る。
具体的には、表面改質による撥水性を吐出口形成端面に
賦与することにより下記の諸点で改良が得られる。 (1)印字の耐久性。 (2)紙カス、紙粉を除去するブレードに対する耐久性。 (3)接触型の回復系の可能性。 (4)改質表面の硬度アップ。 (5)吐出口面の帯電防止（紙カス、紙粉等の吐出口形成
端面への付着防止）。 本発明は、以上のようなイオン注入による表面改質の効
用を小液滴ヘッドに対しても適用することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のヘッドを示す概略斜視図。

【図２】本発明の一実施例のヘッドの製造工程説明図。

【図３】本発明の実施に使用するイオン注入装置の一例
を示す概念図。

【図４】従来のヘッドの一例を示す概略斜視図。

【図５】インク滴の吐出状態を示す説明図。

【図６】本発明の方法を適用したインクジェット記録ヘ
ッドの模式断面図。

【符号の説明】

１ 第１の基板 ２ 表面層 ３ 吐出ノズル壁 ４ 第２の基板 ５ 接着層 ６ 吐出口 ７ インク ８ インク滴 ９ 吐出口形成端面 １０ オリフィスプレート １１ イオン源 １２ 質量分析器 １３ ビームスリット １４ 加速器 １５ レンズ １６ ゲート １７ Ｙスキャナ １８ Ｘスキャナ １９ ウエハ（基板） ２０ 中性ビームトラップ ４０ ヘッド １１６ キャリッジ １１７ 駆動モータ １１８ 駆動ベルト １１９Ａ ガイドシャフト １１９Ｂ 同上 １２０ インクジェットヘッドカートリッジ １２２ クリーニング用モータ １２３ 伝動機構 １２４ プラテン １２６ ヘッド回復装置 １２６Ａ キャップ部 １３０ ブレード １３０Ａ ブレード保持部材

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク流路を有し、該流路の一端を吐出
   口としてインク小滴を吐出、飛翔させ、該小滴を被記録
   面へ付着させて記録を行うインクジェット記録装置用記
   録ヘッドの製造方法において、少なくとも吐出口付近の
   流路が常温で固体の物質で充填された状態で、前記吐出
   口の形成端面にイオン注入法によりイオンを注入して該
   吐出口形成端面を表面改質することを特徴とする、イン
   クジェット記録ヘッドの製造方法。
2. 【請求項２】 前記イオン注入法のイオン種が、Ｃ
   Ｆ₃ ⁺、Ｃ₂ Ｆ₆ ⁺及びＣ₂Ｆ₃ ⁺イオンの、ＣとＦを含有す
   るイオン種の全て、又はＦ⁺ イオンとＣ⁺ イオンの組み
   合わせたものであることを特徴とする、請求項１記載の
   インクジェット記録ヘッドの製造方法。
3. 【請求項３】 前記イオン種のイオン源が、ＣＦ₄ 、Ｃ
   ₂ Ｆ₆ 及びＣＨＦ₃の、少なくもＣとＦを含有する常
   圧、又は減圧下でガス状のもの、又はＦ₂ ＋ＣＨ₄ の、
   Ｆを含有するガスとＣを含有するガスとの組み合わせた
   ものであることを特徴とする、請求項２記載のインクジ
   ェット記録ヘッドの製造方法。
4. 【請求項４】 前記イオン注入法のイオン注入量が、ド
   ーズ量１×１０¹⁴〜１×１０¹⁸ｃｍ^-2であることを特徴
   とする、請求項１記載のインクジェット記録ヘッドの製
   造方法。
5. 【請求項５】 前記イオン注入法のイオン注入の際のイ
   オン加速エネルギーが、５〜１００ＫｅＶであることを
   特徴とする、請求項１記載のインクジェット記録ヘッド
   の製造方法。
6. 【請求項６】 インク流路を有し、該流路の一端を吐出
   口としてインク小滴を吐出、飛翔させ、該小滴を被記録
   面へ付着させて記録を行うインクジェット記録装置用記
   録ヘッドにおいて、少なくとも吐出口付近の流路が常温
   で固体の物質で充填された状態で、前記吐出口の形成端
   面にイオン注入法によりイオンを注入して該吐出口形成
   端面を表面改質させてなることを特徴とする、インクジ
   ェット記録ヘッド。
7. 【請求項７】 インク吐出エネルギー発生素子を具備す
   るインクジェット記録装置用記録ヘッドにおいて、該エ
   ネルギー発生素子が、電気エネルギーを与えることによ
   り発熱しインクに状態変化を生ぜしめて吐出を行わせる
   電気熱変換体であることを特徴とする、請求項６記載の
   インクジェット記録ヘッド。
8. 【請求項８】 前記インク吐出口が、記録媒体の記録領
   域の全幅に亘って複数の吐出口を具備するフルラインタ
   イプのものであることを特徴とする、請求項６記載のイ
   ンクジェット記録ヘッド。
9. 【請求項９】 記録ヘッド及び該ヘッドを載置するため
   の部材を少なくとも具備するインクジェット記録装置に
   おいて、該ヘッドが、記録媒体の被記録面に対向してイ
   ンクを吐出するインク吐出口有する請求項６記載の記録
   ヘッドであることを特徴とする、インクジェット記録装
   置。