JPH0687216A - インクジェット記録ヘッドのノズル形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 密着性がよくかつ耐摩耗性に優れた撥水層を
ノズル形成部材上に設けること、 【構成】エキシマレーザーによるアブレーションが可能
なプラスティックで形成したノズル形成部材１の表面
に、含弗素重合体よりなるコーティング層５を２０ｎｍ
乃至７００ｎｍの厚さに形成し、ついでこのノズル形成
部材１の背面からエキシマレーザーを照射しその部分に
高濃度の励起種を生成して、その分解・飛散する力を利
用してノズル７を形成するとともにノズル７上のコーテ
ィング層５を除去するようにしたもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインク滴を吐出して記録
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。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録ヘッドは、ノズルよ
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。

【０００３】このコーティング方法としては、これまで
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。

【０００４】一方、ノズルに目詰まりを生じさせること
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。

【０００５】しかしながら、前者の方法では、流路内へ
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。

【０００６】他方、ノズルの形成手段としてエキシマレ
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。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
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
優れた撥水層を適度の厚さに、かつノズル内へ入り込ま
せることなく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。

【０００８】また、本発明の他の目的とするところは、
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。

【０００９】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明はこの
ような課題を達成するためのインクジェット記録ヘッド
のノズル形成方法として、はじめに、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、ノズル形成部材のアブレ
ーションによってノズル上より完全に除去することが可
能な少なくとも２０ｎｍ以上の膜厚を有する含弗素重合
体からなるコーティング層を施し、ついで、このノズル
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
ーザーを照射するようにしたものである。

【００１０】また、他のノズル形成方法として、はじめ
に、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、ノ
ズル形成部材のアブレーションによってノズル上より少
なくとも一部の除去が可能な２０ｎｍ以上の厚さを有す
る含弗素重合体からなるコーティング層を施し、つい
で、このコーティング層の上に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よりなる被覆層を
添着した上、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し、最後に、コーティ
ング層の上から上記被覆層を剥離するようにしたもので
ある。

【００１１】

【実施例】そこで以下に図示した実施例について説明す
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。

【００１２】はじめに、Ｅ字形をなすノズル形成部材１
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。

【００１３】ついで、撥水剤としてサイトップ１０５Ｐ
（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）。

【００１４】撥水剤として使用する含弗素重合体につい
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。

【００１５】これらの非晶質含弗素重合体は弗素系の有
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。

【００１６】この非晶質含弗素重合体のコーティング方
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。

【００１７】また、コーティングを行う面をオゾン雰囲
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。

【００１８】つぎに、このノズル形成部材１を治具２
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。

【００１９】これにより、ノズル形成部材１のうちエキ
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。

【００２０】なお、この際、コーティング層５が７００
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。

【００２１】そして最後に、このようにして形成したノ
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。

【００２２】（実施例１）上述したディッピング法によ
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。

【００２３】

【表１】

【００２４】また、シリコンゴムからなるゴミ除去ワイ
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。

【００２５】一方、このディッピング法によりノズル形
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。

【００２６】（実施例２）ポリカーボネートからなるノ
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。

【００２７】

【表２】

【００２８】このノズル形成部材１に、発振波長が２４
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。

【００２９】さらに実施例１と同様の方法にてワイピン
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。

【００３０】以上の実施例から明らかなように、ノズル
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。

【００３１】ところで上述した各実施例は、ノズル形成
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。

【００３２】したがって、上述した実施例では、励起さ
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。

【００３３】図５はこの実施例を示したもので、はじめ
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。

【００３４】そしてさらに、このコーティング層５の上
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）。

【００３５】ついで、このコーティング層５と被覆層６
を設けたノズル形成部材１の背面から発信波長が２４８
ｎｍ、エネルギー密度が２．０Ｊ／ｃｍ² のＫr Ｆエキ
シマレーザー項を照射する。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。

【００３６】この実施例により形成されたコーティング
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。

【００３７】他方、膜厚が２０００ｎｍのコーティング
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。

【００３８】（実施例３）ポリエーテルイミドよりなる
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。

【００３９】他方、これと同じ膜厚を有するコーティン
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。

【００４０】このことから、コーティング層５の上に添
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。

【００４１】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、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ティ
ックよりなるノズル形成部材の表面に含弗素重合体より
なるコーティング層を施し、ついでこのノズル形成部材
の背面からエキシマレーザーを照射するようにしたの
で、耐摩耗性には富んでいるが励起させることが困難な
含弗素重合体を、エキシマレーザーによるノズルの形成
と同時に、その際に生成された励起種の分解・飛散力を
利用してノズル上から完全に除去して、インク滴の飛翔
曲がりのないコーティング層をノズル形成部材上に容易
に形成することができる。

【００４２】またさらに、コーティング層の上にエキシ
マレーザーによるアブレーションが可能なプラスティッ
クよりなる被覆層を施した上、ノズル形成部材の背面か
らエキシマレーザーを照射するようにしたので、含弗素
重合体のコーティング層を十分な厚さに形成した場合で
も、ノズル形成部材と被覆層の両方によってこのコーテ
ィング層をノズル上から確実に除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）乃至（ｄ）は発明の一実施例をなすイン
クジェット記録ヘッドの形成工程を示した図である。

【図２】 この形成工程により形成されたインクジェッ
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。

【図３】コーティング層の膜厚が不足な場合の成形状態
を示した図である。

【図４】（ａ）（ｂ）はコーティング層の膜厚が過大な
場合の成形状態を示した図である。

【図５】（ａ）乃至（ｄ）は本発明の他のノズル形成工
程を示した図である。

【符号の説明】

１ ノズル形成部材 ５ 含弗素重合体よりなるコーティング層 ６ 被覆層 ７ ノズル １０ 圧電素子 １１ インクジェット記録ヘッド

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【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、該ノズル形成部材のアブレーションによってノ
   ズル上より完全に除去され得る程度の少なくとも２０ｎ
   ｍ以上の膜厚を有する含弗素重合体よりなるコーティン
   グ層を施す工程と、 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、 からなるインクジェット記録ヘッドのノズル形成方法。
2. 【請求項２】 上記コーティング層の素材として、非晶
   質含弗素重合体を用いることを特徴とするクレーム１に
   従うインクジェット記録ヘッドのノズル形成方法。
3. 【請求項３】 上記コーティング層を、２０乃至７００
   ｎｍの厚さに施すことを特徴とするクレーム１に従うイ
   ンクジェット記録ヘッドのノズル形成方法。
4. 【請求項４】 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、該ノズル形成部材のアブレーションによってノ
   ズル上より少なくとも一部が除去され得る程度の２０ｎ
   ｍ以上の厚さを有する含弗素重合体よりなるコーティン
   グ層を施す工程と、 該コーティング層の上に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よりなる被覆層を添着す
   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の上か
   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。