JPH0757546B2

JPH0757546B2 - インクジェット記録ヘッドの製造方法

Info

Publication number: JPH0757546B2
Application number: JP4124983A
Authority: JP
Inventors: 春夫上原; 繁幸松本; 靖鷹取; 徳也太田; 洋治松藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-05-18
Filing date: 1992-05-18
Publication date: 1995-06-21
Anticipated expiration: 2010-06-21
Also published as: JPH05138889A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、一般にインクと呼ばれる記録液
を微細口（オリフィス）から小滴として吐出、飛翔さ
せ、この小滴の被記録面への付着を以て記録を行うイン
クジェット記録装置の記録ヘッド製造方法に関する。

【０００２】現在知られる各種記録方式の中でも、記録
時に騒音の発生がほとんどないノンインパクト記録方式
であって、且つ、高速記録が可能であり、しかも、普通
紙に特別の定着処理を必要とせずに記録の行える所謂イ
ンクジェット記録法は、極めて有用な記録方式であると
認められている。このインクジェット記録法について
は、これ迄にも様々な方式が提案され、改良が加えられ
て商品化されたものもあれば、現在もなお、実用化への
努力が続けられているものもある。

【０００３】インクジェット記録法は、要するに、イン
クと称される記録液の小液滴（ｄｒｏｐｌｅｔ）を飛翔
させ、それを紙等の被記録部材に付着させて記録を行う
ものである。そして、記録液滴の発生及び生じた液滴の
飛翔方向を制御する為の制御方法等に基づき、このイン
クジェット記録法は、幾つかの方式に大別される。

【０００４】それ等の中で、代表的な方式の一つは、例
えばＵＳＰ３５９６２７５（Ｓｗｅｅｔ方式）、ＵＳＰ
３２９８０３０（ＬｅｗｉｓａｎｄＢｒｏｗｎ方
式）等に開示されている方式であって、連続振動発生法
によって帯電量の制御された液滴流を発生させ、この帯
電量の制御された液滴流を、一様の電界が掛けられてい
る偏向電極間を飛翔させることで、液滴の飛翔軌道を制
御しつつ被記録部材上に記録を行うものである。そし
て、この方式は、一般にコンティニアス方式とも略称さ
れている。

【０００５】これと対比される代表的な他の方式は、例
えばＵＳＰ３７４７１２０に開示されている方式（Ｓｔ
ｅｍｍｅ方式）である。この方式は、記録のための液体
を吐出するオリフィスを有する記録ヘッドに付設されて
いるピエゾ振動素子に、電気的な記録信号を印加し、こ
の電気的記録信号をピエゾ振動素子の機械的振動に変
え、その機械的振動に従って必要時毎に前記オリフィス
より液滴を吐出飛翔させて被記録部材に付着させること
で記録を行うものである。

【０００６】これが、所謂、オンデイマンド方式であ
る。以上にその概要を説明したインクジェット記録技術
に於いて適用される記録ヘッドは、その代表的なものと
して例えば図１に示す様な構造を有している。即ち、例
えばガラス、セラミクス、金属等で形成され、且つ記録
液ＩＫの流路６の一部を形成する、微細な中空を有する
導管２の外周囲には、導管２内に満たされている記録液
ＩＫを吐出オリフィス４より吐出させる為の手段であ
る、例えばピエゾ素子３が付設されて、記録ヘッド１が
構成されている。導管２の一方の端部には別に設けられ
ている不図示の貯蔵槽より導管２内に、矢印Ｐで示す様
に記録液ＩＫを供給する為に貯蔵槽と導管２との間を連
結し、流路６の一部を構成する例えばポリ塩化ビニール
等で形成されているパイプ５が接続されている。

【０００７】今、この様な記録ヘッド１に於いては、導
管２の終端部に設けられた吐出オリフィス４の回りの表
面の物性は、吐出オリフィス４より記録液ＩＫを常時安
定して吐出させる上で極めて重要である。

【０００８】即ち、吐出オリフィス４は、例えば図示さ
れている様に、導管２と連続一体的に導管２の終端部を
形成する様に設けられても良いし、或いは、所定径の穴
の設けられた吐出オリフィス板を導管２の終端部に付設
して吐出オリフィス４としても良いが、何れにしても記
録ヘッド１の使用時に吐出オリフィス４の外回り表面に
記録液が回り込んで、吐出オリフィス４付近の一部にで
も液溜りが生ずると、流路６内の記録ＩＫが吐出オリフ
ィス４から吐出される際、その飛翔方向が正規の方向
（所定方向）から、離脱する様になり、更には、液溜り
の状態の不安定さから、吐出される毎に、その飛翔方向
が区区になるという不都合が生じ、安定した液滴吐出が
行えず、良好な記録が行えなくなる。又、更には、吐出
オリフィス４の回り全面が記録液ＩＫの膜で覆われる
と、所謂スプラッシュ現象が生じて記録液の散乱が起
り、これ又、安定した記録が行えなくなる。或いは又、
吐出オリフィス４を覆う液溜りが大きくなると、記録ヘ
ッドの液滴吐出が不能状態に陥ることすらある。

【０００９】本発明は、上記の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液
体量を以て安定した吐出が行え、高速記録に充分適用さ
れ得る記録ヘッドの製造方法を提供することを目的とす
る。

【００１０】そして、このような目的を達成するための
本願構成は、インク路として細孔を有し、この細孔の一
端を吐出口として前記インクの小滴を吐出、飛翔させ、
前記インク小滴の被記録面への付着をもって記録を行う
インクジェット記録ヘッドの製造方法において、前記イ
ンク路内に充填剤を充填した状態で前記吐出口の周縁部
に対して撥液処理を行い、その後前記充填剤を除去する
ことを特徴とする。このようにインク路内に充填剤を充
填したことで撥液処理剤がインク路内に混入することが
防げ、不要な部分への撥液処理剤の付着を防止でき、吐
出口の周縁部の所望領域にのみ撥液処理を良好に施すこ
とができる。

【００１１】以下、本発明を図面に従って具体的に説明
する。

【００１２】尚、本発明に於いては、吐出オリフィス４
付近に問題の解決が絞られているものであるから、以後
に於いては記録ヘッドの吐出オリフィスを含む部分のみ
を抽出して詳述するが、本発明の主旨の沿うものであれ
ば、例えば図１に示した如き記録ヘッドに限定されるこ
とはなく、如何なるタイプの記録ヘッドでも、吐出オリ
フィスより液体を吐出させるものであれば本発明に適用
されるものである。又、図１に示す様に導管２の終端部
が吐出オリフィス４を形成するタイプだけでなく、導管
２の端部に、所定径の穴の設けられた導管２とは別のオ
リフィス板を付設して、吐出オリフィス４を形成したタ
イプの場合も本発明に包含される。

【００１３】図２には、記録ヘッドの先端部である吐出
オリフィス８の設けられている部分７（吐出オリフィス
部分）の模式的拡大断面図が示される。吐出オリフィス
部分７の吐出オリフィス８をその端部とし、吐出オリフ
ィス８を囲む外壁表面部分には、流路１０（図に於いて
は、吐出オリフィス部分７のところのみが示されている
が、実際には、記録液の満たされている貯蔵槽まで続い
ている）を満たす記録液に対して撥液性である物質で表
面処理されて撥液膜９が形成されている。この場合、流
路１０の少なくとも一部を形成し、撥液膜９の設けられ
る部材１１は形成される流路１０の壁面１２，１３が少
なくとも、記録液に対して親液性であることが望まし
い。

【００１４】図３、図４に、本発明の目的をより効果的
に達成する、夫々、別の好適な実施態様の模式的拡大断
面図を示す。

【００１５】図３に示される記録ヘッドの先端部分１４
は、図１の場合と異なる点として、吐出オリフィス８を
囲む外表面に曲率をもたせ、吐出オリフィス８を囲む該
曲率を有する部分に、撥液膜９を形成したものである。

【００１６】図４に於いては、この曲率をもたせる代り
に、テーパーをつけ、該テーパー部の吐出オリフィス８
を囲む部分に撥液膜９を形成したものである。

【００１７】図３、図４に示すものは、図２に示すもの
と上記の点で異なり、他の点では同様であるが吐出オリ
フィス８を囲む部分にこの様な曲率やテーパーを設ける
ことにより、一層効果的に、記録液滴の吐出安定性と液
滴発生周波数の向上を計ることが出来るものである。

【００１８】次に、図５（ａ）及びこの図５（ａ）をＡ
−Ｂ線で切った図５（ｂ）及び図６によって、本発明の
他の実施態様が示される。

【００１９】記録ヘッド１６は、インクを通す溝１７を
有するガラス、セラミクスと一般に感熱記録に用いられ
る発熱ヘッド部１８（図では薄膜ヘッドが示されている
が、これに限定されるものではない）とを接着して得ら
れる。発熱ヘッド部１８は酸化シリコン等で形成される
保護膜１９、アルミニウム電極２０₁、２０₂、ニクロム
等で形成される発熱抵抗体層２１、蓄熱層２２、アルミ
ナ等の放熱性の良い基板２３より成っている。

【００２０】インク２４は吐出オリフィス２５まで来て
おり、メニスカス２６を形成している。吐出オリフィス
２５を囲む外壁表面には撥液膜９が形成されている。

【００２１】今、電極２０₁，２０₂に電気信号が加わる
と、発熱ヘッド１８のｎで示される部分が急激に発熱
し、ここに接しているインク２４に気泡が発生し、その
圧力でメニスカス２６が破壊されインク２４が吐出しオ
リフィス２５より小滴２７となり、被記録部材２８に向
って飛翔する。

【００２２】図６には図５（ａ）に示すヘッドを多数並
べたマルチヘッドの外観図を示す。該マルチヘッドはマ
ルチ溝３１を有するガラス板２９と、図５（ａ）に説明
したものと同様な発熱ヘッド３０を接着してつくられて
いる。この図示例に於いても、マルチ溝３１の先端（吐
出オリフィスを包含）の外壁面には撥液膜９が形成され
ている。

【００２３】叙上のように本発明は、吐出オリフィスを
囲む記録ヘッド外表面を本発明に特有の化合物で処理し
て撥液性にすることにより、水系、非水系インクを問わ
ず安定したインクジェット記録を行うことが出来る。ま
た吐出エネルギーの著しい低減およびそれに付随した高
速記録が可能となった。またスプラッシュすることなく
記録液滴（インク小滴）が吐出するのでカブリのない良
好な記録が得られる。従来から吐出オリフィスを囲む外
表面をシリコーンオイル、アラビヤゴム等で処理して撥
水または撥油性にする方法は実公昭４８−３６１８８号
公報等によって公知である。しかしこれらの方法は吐出
オリフィスを形成するガラス、金属等の部材との接着性
が悪いために耐久性がなく、目的とする効果は初期的な
ものにすぎなかった。また撥液性も充分ではなく、例え
ばシリコーン系の物質では水系のインクに対して撥液性
を示しても、アルコール系、ケトン系、エステル系等の
有機溶剤系インクに対しては全く撥液性を示さなかっ
た。本発明は上記の点に鑑み成されたものであって、水
系非水系のインクを問わず撥液性に極めて優れ、また吐
出オリフィス形成部材と強固に結合するため、永久的に
撥液性が持続する記録ヘッドの製造方法を提供する。

【００２４】本発明のヘッドの撥液処理剤としては下記
一般式（Ａ）で示される化合物を使用する。

【００２５】Ｒ・Ｓｉ・Ｘ₃…（Ａ）（但し、式中のＲは炭素数１〜２０のフルオロアルキル
基、フルオロアリル基、フルオロシクロアルキル基、フ
ルオロアルカリル基、フルオロアルキルアリル基の内か
ら選ばれる基で、その基に於けるフッ素とフッ素以外の
元素との元素数での比率が１：１以上の含フッ素基であ
る。Ｘはハロゲン、炭素数１〜５のアルコキシ基、アル
キル基、アシロキシ基から選ばれる加水分解性基または
ヒドロキシ基である。）次に、本発明で使用する一般式
（Ａ）の化合物の好ましい具体例を示す。

【００２６】

【外１】

【００２７】

【外２】

【００２８】本発明のヘッドは、あらかじめ作成された
ヘッドを前記の撥液剤の原液または稀釈液中に浸漬する
か、またはスプレー塗布或いは蒸気、スパッタリングな
どの方法により作成することができる。或いはヘッド作
成工程中の適当な段階で撥液処理を行うこともできる。
前者の場合にはインク流路の内壁面に撥液剤が廻りこま
ないように、あらかじめ流路内に撥液剤と混和しない液
体（例えば水）を充填しておくことが好ましい。

【００２９】以下に実施例にて本発明の記録ヘッドにつ
き更に詳述するが、本発明はこれらによって限定される
ものではない。

【００３０】

【実施例】図５（ａ）の如き発熱ヘッドをまず作成し
た。アルミナ基板２３は厚さ１ｍｍであり、保護層１９
はＳｉＯ₂スパッタリングで作成され、厚み０．５μ
ｍ、電極２０₁，２０₂はアルミニウム蒸着法で作成さ
れ、厚み６０００Å、発熱抵抗体層２１はＺｒＢ₂スパ
ッタリングで作成され、厚み６００Å、蓄熱層２２はＳ
ｉＯ₂スパッタリングで作成され、厚み４μｍである。

【００３１】又、発熱体部分（図５（ａ）中ｎの部分）
の大きさは２００μｍ×２００μｍであり、マルチヘッ
ドに対応して発熱体部分のピッチは２５０μｍである。
次に厚み１．３ｍｍのガラス板をダイヤモンドカッター
で切削し、巾２００μｍ、深さ約２００μｍの溝１７を
作成した。

【００３２】これらを図６に示す形に接着し、マルチヘ
ッドを作成した。溝間のピッチは２５０μｍである。次
に吐出オリフィスの外壁面を研摩した後、蒸溜水でよく
洗浄し乾燥した。次に各マルチヘッド内の流路に共通に
水銀を入れた。撥液処理剤としてウンデカフルオロペン
チルトリメトキシシランの１％トリクロロトリフルオロ
エタン溶液を調整した。前記ヘッドのオリフィス面を撥
液処理剤に浸漬し引き上げてドライヤーで熱風を送り乾
燥した。

【００３３】次に下記組成のインクを作成し、瀘過後、
上記マルチヘッドに下記条件で連続信号印加を行ったと
ころ良好なインク滴吐出の応答が為された。又、ヘッド
作成にあたり撥水処理を行わなかった例では数分後には
スプラッシュ現象が生じ、満足な印字が得られなかっ
た。

【００３４】インク組成・黒色染料ソルボンブラックＰＵＬ（オリエント化学
製）１０（重量）部・エチルアルコール８０（重量）部・エチレングリコール１０（重量）部電気条件・印加パルス巾１０μｓｅｃ・周波数１０ＫＨｚ・パルス電圧（発熱体１個当り）３０Ｖ

【００３５】なお、撥液処理剤を上記のウンデカフルオ
ロペンチルトリメトキシシランから前記（２）〜（１
４）の化合物に代えて他は上記と同様に実施した結果、
何れも良好なインク滴の吐出状態が観察された。

【発明の効果】このようにインク路内に充填剤を充填し
たことで撥液処理剤がインク路内に混入することが防
げ、不要な部分への撥液処理剤の付着を防止でき、吐出
口の周縁部の所望領域にのみ撥液処理を良好に施すこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るインクジエット記録ヘッドの典型
的な例を示す模式的説明図である。

【図２】本発明の好適な実施態様を各々示す模式的拡大
断面図である。

【図３】本発明の好適な実施態様を各々示す模式的拡大
断面図である。

【図４】本発明の好適な実施態様を各々示す模式的拡大
断面図である。

【図５】（ａ）（ｂ）は本発明による記録ヘッドの好適
な一例の要部縦断面図および同横断面図である。

【図６】本発明によるマルチ型式の記録ヘッドの外観斜
視図である。

【符号の説明】

１記録ヘッド２導管３ピエゾ素子４，８吐出オリフィス５パイプ６流路７，１４，１５記録ヘッド先端部９撥液膜１０流路１１部材１２，１３流路壁面１７液室１８発熱ヘッド部１９保護層２０電極２１発熱抵抗体層２２蓄熱層２３基板３２溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ４１Ｊ 2/05 (72)発明者太田徳也東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者松藤洋治東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インク路として細孔を有し、この細孔の
一端を吐出口として前記インクの小滴を吐出、飛翔さ
せ、前記インク小滴の被記録面への付着をもって記録を
行うインクジェット記録ヘッドの製造方法において、前
記インク路内に充填剤を充填した状態で前記吐出口の周
縁部に対して撥液処理を行い、その後、前記充填剤を除
去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。
【請求項２】撥液処理に使用される化合物は、一般
式；Ｒ・Ｓｉ・Ｘ₃ （ただし、Ｒは炭素数１〜２０のフ
ロオロアルキル基、フルオロアリル基、フルオロシクロ
アルキル基、フルオロアルカリル基、フルオロアルキル
アリル基の内から選ばれる基で、その基におけるフッ素
とフッ素以外の元素との元素数での比率が１：１以上の
含フッ素である。Ｘはハロゲン、炭素数１〜５のアルコ
キシ基、アルキル基、アシロキシ基から選ばれる加水分
解性基又はヒドロキシ基である。）で示される化合物で
あることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット
記録ヘッドの製造方法。
【請求項３】前記充填剤は、前記撥液処理に使用され
る化合物に対して混和しない液体であることを特徴とす
る請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドの製造方
法。