JPH10202886A

JPH10202886A - インクジェットヘッドの製造方法

Info

Publication number: JPH10202886A
Application number: JP878597A
Authority: JP
Inventors: Hideo Yasutomi; 英雄保富
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1997-01-21
Filing date: 1997-01-21
Publication date: 1998-08-04

Abstract

(57)【要約】【課題】性能のよいインクジェットヘッドを簡便に製
造することができる方法を提供する。【解決手段】ノズル孔３０９が形成されたノズルプレ
ート３０３を備えるインクジェットヘッドの製造方法で
あって、ノズル孔３０９が形成されたノズルプレート３
０３を、表面改質剤を含む有機化合物溶液３５１に浸漬
するステップと、ノズルプレート３０３に対して任意の
パターンのマスク３７０を介して短波長レーザ光３４０
を照射することにより、有機化合物を硬化し、ノズル３
０３表面に任意のパターンのコート層３５０を形成する
ステップとを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、インクジェット
ヘッドの製造方法に関するもので、特に、ノズルの周縁
部に改良を加えたインクジェットヘッドの製造方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、イクジェットヘッドにおい
て、インク滴を良好に飛翔させるために、インクを吐出
するためのノズルの周縁部に撥水性保護膜を形成する技
術が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来
は、一般にパンチング加工やレーザ孔開け加工等の方法
で、ノズルプレート上にノズル孔を形成した後に、塗布
法などでノズルプレート表面におけるノズル孔近傍のコ
ーティングを行なっている。そのため、塗布量の均一化
が難しい上にノズル孔の内側のマスキングが困難で、ノ
ズル内側にコート層の回り込みが起こり、ノズル細りま
たは目詰まりを起こしてしまう可能性があった。その結
果、インク液を充填した場合に、インクメニスカスの広
がりにばらつきが生じ、インクの飛翔にも悪影響を及ぼ
すという問題があった。

【０００４】この発明の目的は、上述の問題点を解決
し、性能のよいインクジェットヘッドを簡便に製造する
ことができる新規な製造方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明によるインクジ
ェットヘッドの製造方法は、ノズル孔が形成されたノズ
ルプレートを備えるインクジェットヘッドの製造方法で
あって、ノズル孔が形成されたノズルプレートを、表面
改質剤を含む有機化合物溶液に浸漬するステップと、ノ
ズルプレートに対して任意のパターンのマスクを介して
短波長レーザ光を照射することにより、有機化合物を硬
化し、ノズル表面に任意のパターンのコート層を形成す
るステップとを備えている。

【０００６】本願発明によれば、エキシマレーザ光等の
短波長レーザ光が照射されることにより、溶液中の有機
化合物の種々の結合が一旦切れた後、三次元的に隣接し
たもの同士が再び結合して連鎖的に広がり、三次元架橋
による硬化やエキシマレーザ光によるラジカル重合等に
よる硬化に至らしめることができる。

【０００７】また、本願発明によれば、エキシマレーザ
光エネルギを利用するため、たとえば熱エネルギを利用
して熱硬化性樹脂を硬化させる場合には加熱領域制御が
十分できないのに対して、いわゆるパターニング制御が
可能となるという効果もある。

【０００８】また、この発明によるインクジェットヘッ
ドの製造方法は、ノズル孔が形成されたノズルプレート
を備えるインクジェットのヘッドの製造方法であって、
ノズル孔が形成されたノズルプレートに、表面改質剤を
含む有機化合物溶液を塗布するステップと、ノズルプレ
ートに対して任意のパターンのマスクを介して短波長レ
ーザ光を照射することにより、有機化合物を硬化し、ノ
ズル表面に任意のパターンのコート層を形成するステッ
プとを備えている。

【０００９】このように、ノズルプレートに表面改質剤
を含む有機化合物溶液等をスピンナー等の公知の塗布法
で少量塗布するようにすれば、未重合または不十分な重
合物の残渣が残るおそれがない。その結果、繰返し使用
時にもインク飛翔むらの出ることのないインクジェット
ヘッドが得られる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施形態について説明する。なお、各図において、同一
符号は同一または相当部分を示している。

【００１１】図１は、本発明による一例のインクジェッ
トヘッド３を用いたインクジェット記録装置１の概略構
成を示す斜視図である。

【００１２】図１を参照して、インクジェット記録装置
１は、用紙や樹脂フィルムなどの記録媒体である記録シ
ート２と、インクジェット方式のプリンタヘッドである
インクジェットヘッド３と、インクジェットヘッド３を
保持するキャリッジ４と、キャリッジ４を記録シート２
の記録面に平行に往復移動させるための揺動軸５、６
と、キャリッジ４を揺動軸５、６に沿って往復駆動させ
る駆動モータ７と、駆動モータ７の回転をキャリッジの
往復運動に変えるためのタイミングベルト９、アイドル
プーリ８とを含んでいる。

【００１３】また、インクジェット記録装置１は、記録
シート２を搬送経路に沿って案内するガイド板を兼ねる
プラテン１０と、プラテン１０との間の記録シート２の
押さえ浮きを防止する紙押さえ板１１と、記録シート２
を排出するための排出ローラ１２、拍車ローラ１３と、
インクジェットヘッド３のインク吐出不良を良好な状態
に回復させる回復系１４と、記録シート２を手動で搬送
するための紙送りノブ１５とを含んでいる。

【００１４】記録シート２は、手差しあるいはカットシ
ートフィーダ等の給紙装置によって、インクジェットヘ
ッド３とプラテン１０とが対向する記録部へ送り込まれ
る。この際、図示しない紙送りローラの回転量が制御さ
れ、記録部への搬送が制御される。

【００１５】インクジェットヘッド３には、インク飛翔
用のエネルギ発生体としてＰＺＴが用いられている。Ｐ
ＺＴには電圧が印加され、歪みが生じる。この歪みは、
インクで満たされたチャンネルの容積を変化させる。こ
の容積の変化により、チャンネルに設けられたノズルか
らインクが吐出され、記録シート２への記録が行なわれ
る。

【００１６】キャリッジ４は、駆動モータ７、アイドル
プーリ８、タイミングベルト９により、記録シート２を
横切る方向である記録シート２の桁方向に主走査し、キ
ャリッジ用に取付けられたプリンタヘッド３は１ライン
分の画像を記録する。１ラインの記録が終わるごとに、
記録シート２は縦方向に送られ副走査され、次のライン
が記録される。

【００１７】図２〜図４は、インクジェットヘッド３の
構成を説明するための図である。図２はインクジェット
ヘッド３の一部を示す平面図であり、図３は、図２のＩ
−Ｉ線断面図であり、図４は図３のＩＩ−ＩＩ線断面図
である。

【００１８】インクジェットヘッド３は、大径ヘッド部
３０１と小径ヘッド部３０２とからなる。これら大径ヘ
ッド部３０１と小径ヘッド部３０２とは、ノズルプレー
ト３０３、隔壁３０４、振動板３０５、基板３０６とを
一体に重ねた構成となっている。

【００１９】ノズルプレート３０６は、金属または合成
樹脂などからなる。隔壁３０４との対向面は電鋳または
フォトリソグラフィ等により微細加工され、大径ヘッド
部３０１と小径ヘッド部３０２とにはそれぞれインク２
４を収容する複数のインクキャビティ３０８と、各イン
クキャビティ３０８をインク供給室３１０に連結するイ
ンクインレット３１１が形成されている。ここで、大径
ヘッド部３０１のノズル３０９の径と小径ヘッド部３０
２のノズル３０９の径とは同じ大きさである。

【００２０】図３に示すように、大径ヘッド部３０１と
小径ヘッド部３０２とのインクキャビティ３０８は、大
径ヘッド部３０１と小径ヘッド部３０２とが対向する方
向に向かって延びる長溝状にかつ平行に形成されてい
る。また、インク供給室３１０とインクキャビティ３０
８とは中央線３１２を挟んで対称に形成されており、図
示しないインクタンクに接続されている。

【００２１】本実施形態は大型および小型ヘッドを持つ
例であるが、ノズルの径がすべて同一であってもよい。
同一径ノズルであってさらにドット径を制御する場合、
ばらつきが少なくなる。

【００２２】隔壁３０４は導電材料からなる薄肉フィル
ムが使用されており、チャンネルプレート３０３と振動
板３０５との間に固定されている。なお、隔壁３０４は
所定の張力が加わった状態で固定される。

【００２３】振動板３０５はＰＺＴ３１５を含んでお
り、その上面と下面にはそれぞれ共通電極、個別電極と
して利用される導電性金属層が設けられている。また、
振動板３０５はまず基板３０６に導電性接着剤で固定さ
れ、その後ダイサー加工により縦方向溝３１８と横方向
溝３１９とが形成され分断される。この分断によって、
各インクキャビティ３０８に対応するＰＺＴ３１５と、
隣接するＰＺＴ３１５の間に位置する仕切り壁３１６
と、これらを囲む壁３１７とが分離される。

【００２４】また、上記のダイサー加工によりＰＺＴ３
１５の上下に設けられた導電性金属層もそれぞれ縦方向
溝３１８と横方向溝３１９とにより分断され、隔壁３０
４に対向する金属層が共通電極３１３、基板３０６に対
向する金属層が個別電極３１４とされる。

【００２５】基板３０６は、セラミック、金属または合
成樹脂等からなる。振動板３０５との対向面には、大径
ヘッド部３０１、小径ヘッド部３０２のＰＺＴ３１５に
対応して導電リード部がスパッタリングまたは蒸着等の
周知の技術により形成されている。このように形成され
た個別電極３１４は、対応する導電リード部に導電性接
着剤を介して電気的に導通する。また、これら共通電極
３１３と個別電極３１４とが対向する領域においては、
各ＰＺＴ３１５は、それぞれ高温下で分極処理されて活
性化されている。

【００２６】以上のような構成のインクジェットヘッド
３では、図示しないインクタンクからインク供給室３１
０にインク３０７が供給される。インク供給室３１０の
インク３０７は、インクインレット３１１を介して各イ
ンクキャビティ３０８に分配される。

【００２７】ヘッドドライバから共通電極３１３と個別
電極３１４との間に所定の電圧が印加されると、ＰＺＴ
３１５は変形する。ＰＺＴ３１５の変形は隔壁３０４に
伝えられ、これによりインクキャビティ３０８内のイン
ク３０７が加圧され、ノズル３０９を介してインク滴が
記録シート２に向かって飛翔する。

【００２８】図５は、図２〜４に示すインクジェットヘ
ッド３のノズル３０９周辺を拡大して示す断面図であ
る。図５を参照して、ノズルプレート３０３の表面に
は、コート層３５０が形成されている。

【００２９】図６は、本発明に従い、ノズルプレート表
面にコート層を形成する方法の一例を説明するための図
である。

【００３０】まず、図６（Ａ）を参照して、ガラス容器
３９０内にアルミナ製の台３８０を配置し、その上にノ
ズルプレート３０３を、ノズル孔３０９が上側になるよ
うに設置する。次に、容器３９０内に表面改質剤を含む
有機化合物溶液からなる表面処理液３５１を充填し、ノ
ズルプレート３０３が表面処理液３５１に浸漬するよう
にする。

【００３１】なお、本願発明において、表面改質剤を含
む有機化合物溶液としては、たとえば、ＦＥＶＥ系塗料
用フッ素樹脂を用いることができる。具体的には、旭硝
子製ルミフロン、ＤＩＣ製フルオネート、セントラル硝
子製セフラルコート、ダイキン製Ｃ−１、三井石化製ト
リフロン、ＡＴＯＣＨＥＭ製ＫＹＮＡＲ−ＳＬ，ＫＹＮ
ＡＲ−ＡＤＳ等が挙げられる。

【００３２】次に、ノズル孔３０９に対応する部分にマ
スク３７０が形成されたマスクプレート３６０を介し
て、エキシマレーザ光３４０を照射する。このエキシマ
レーザ光３４０の照射により、表面処理液３５１が硬化
し、図６（Ｂ）に示すように、ノズルプレート３０３表
面に撥水性コート層３５０が形成される。このとき、ノ
ズル孔３０９の部分にはマスク３７０によりエキシマレ
ーザ光３４０が照射されないため、ノズルプレート３０
３のノズル孔３０９を除く表面部分にのみコート層３５
０が形成され、ノズル孔の目詰まりやノズル細りが生じ
ることがない。

【００３３】最後に、アセトン等の有機溶剤を用いて、
不必要な部分の未硬化の表面処理液を洗い流す。

【００３４】本実施形態によれば、ノズルプレート表
面、特にノズル孔周辺がインク飛翔時の飛び散りインク
等で汚れてもこれをはじくためメンテナンスが容易であ
る。また、ノズル孔周囲のインクメニスカスの状態が一
定になり、インクの飛翔が安定化する。

【００３５】図７は、本発明に従い、ノズルプレート表
面にコート層を形成する方法の他の例を説明するための
図である。

【００３６】まず、図７（Ａ）を参照して、基板３８５
上に、ノズルプレート３０３をノズル孔３０９が上側に
なるように設置する。なお、符号３５５は所望により使
用するホットメルトワックスを示している。ホットメル
トワックスを基板上に塗布しておくことで、ノズルプレ
ートと基板とを仮接着させハンドリングしやすくするこ
とができる。仮接着されたノズルプレートは加熱するこ
とにより簡単に剥がすことができる。

【００３７】次に、ノズルプレート３０３表面に、表面
改質剤を含む有機化合物溶液からなる表面処理液３５２
を塗布する。このとき、表面処理液３５２は、ノズル孔
３０９の内側へ浸入しても特に問題はない。

【００３８】次に、ノズル孔３０９に対応する部分にマ
スク３７０が形成されたマスクプレート３６０を介し
て、エキシマレーザ光３４０を照射する。このエキシマ
レーザ光３４０の照射により、表面処理液３５２が硬化
し、図７（Ｂ）に示すように、ノズルプレート３０３表
面に撥水性コート層３５０が形成される。

【００３９】なお、この図７に示す例によれば、マスク
３７０はノズル孔３０９に対応する部分のみならず、ノ
ズルプレート３０３のうち、ノズル孔３０９の周縁部分
を除く部分にも形成されている。その結果、エキシマレ
ーザ光３４０の照射により、ノズルプレート３０３のう
ちノズル孔３０９周辺部分の表面にのみ、コート層３５
０が形成される。

【００４０】図８は、本発明に従い、ノズルプレート表
面にコート層を形成する方法のさらに他の例を説明する
ための図である。

【００４１】まず、図８（Ａ）を参照して、基板ホルダ
３８５上に、ノズルプレート３０３をノズル孔３０９が
上側になるように設置する。次に、ノズルプレート３０
３表面に、表面改質剤を含む有機化合物溶液からなる表
面処理液３５３を塗布する。なお、この例においては、
表面処理液３５３として、フッ素微粒子等の撥インク性
粒子を、フォトレジスト液などの樹脂溶液に分散したも
のを用いている。この場合、樹脂溶液自身が撥インク性
を発現するものでなくてもよいため、使用できる表面処
理剤の選択幅を広くすることができる。

【００４２】次に、ノズル孔３０９に対応する部分にマ
スク３７０が形成されたマスクプレート３６０を介し
て、エキシマレーザ光３４０を照射して露光し、その後
現像および洗浄して焼付を行なった。このとき、ノズル
孔３０９の部分にはマスク３７０によりエキシマレーザ
光３４０が照射されないため、図８（Ｂ）に示すよう
に、ノズルプレート３０３のノズル孔３０９を除く表面
部分にのみ撥水性コート層３５０が形成され、ノズル孔
の目詰まりやノズル細りが生じることがない。

【００４３】なお、フッ素系粒子を分散したドライフィ
ルムなどを使用して、これをノズルプレートに貼り付け
るようにすれば、表面処理剤がノズル内部に全く入り込
まないので、より正確にノズルの表面処理が行なえる。

【００４４】

【実施例】

（実施例１）図６に示すようにして、ノズル径φ３０μ
ｍ、厚さ１００μｍのＮｉ電鋳からなるノズルプレート
表面に、撥水性コート層を形成した。

【００４５】表面処理液３５１としては、旭硝子（株）
製サイトップを用いた。また、マスク３７０は、人工石
英からなるマスクプレート３６０に、Ｃｒスパッタ膜を
形成することにより作製した。

【００４６】さらに、エキシマレーザ光３４０の照射に
は、ラムダ・フィジック社製２１０ｉを用いた。

【００４７】レーザ設定条件は以下のとおりである。周波数：２０Ｈｚ出力：５００ｍＪ電圧：１９．４Ｈｖ加工時間：１２秒波長：２４８ｎｍ（ＫｒＦ）エネルギ密度：２０００ｍＪ／ｃｍ² この実施例１では、ノズル面全面にレーザ光を１２秒間
上記条件で均一照射し、結果としてノズル表面にフッ素
含有コート膜を約２μｍ形成し、その後、１７０℃で約
３０分熱処理した。ただし、この熱処理工程は、省略し
ても実用上問題はない。

【００４８】なお、この実施例ではＫｒＦガスを用いて
いるが、この他にも、たとえば、ＡｒＦガスを１９３ｎ
ｍで、ＸｅＣｌガスを３０８ｎｍで、またはＸｅＦガス
を３５１ｎｍで用いた場合にも、同様の効果が得られ
る。

【００４９】（実施例２）図７に示すようにして、ノズ
ル径φ２５μｍ、厚さ１００μｍのポリイミドからなる
ノズルプレート表面に、撥水性コート層を形成した。そ
の際、基板としてステアタイトＡｌ₂Ｏ₃・ＭｇＯを使
用し、また、この基板上には１００℃で液状化するホッ
トメルトワックスを予め塗布しておいた。

【００５０】表面処理液３５２を塗布する際には、スピ
ンナー塗布装置を用いて、回転数を１０００ｒｐｍに設
定し、１．５μｍの膜厚になるようにした。

【００５１】その他の条件については、実施例１と全く
同様であるので、その説明は省略する。

【００５２】（実施例３）図８に示すようにして、ノズ
ルプレート表面に撥水性コート層を形成した。

【００５３】フォトレジストとしては、東京応化工業
（株）製ＯＭＲ−８３の２５ｃｐを用い、撥水性粒子と
しては、φ０．２μｍのＰＴＦＥ（四フッ化エチレン）
粒子を用いた。

【００５４】まず、フォトレジスト中に撥水性粒子を２
０ｗｔ％混入し、ボールミルを６時間作動させて粒子を
分散させた。次に、このようにして得られた表面処理液
を、スピンナー塗布装置を用いて回転数を２０００ｒｐ
ｍに設定し、約１．５μｍの厚さになるようにノズルプ
レート表面に塗布した。

【００５５】また、この実施例では、エキシマレーザ光
の出力を実施例１の約１／３に落として用いた。

【００５６】これらの作業はフォトレジスト感度のない
光源を持ったクリーンルーム内で行ない、フォトレジス
トを作業中に感光させないようにして行なった。

【００５７】なお、他の条件については、実施例１と全
く同様であるので、その説明は省略する。

【００５８】この実施例３により得られたインクジェッ
トヘッドについて接触角を測定したところ、９２°であ
った。一方、コート層を形成しないインクジェットヘッ
ドの接触角は４８°であった。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、性能のよいインクジェットヘッドを簡便に製造する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一例のインクジェットヘッドを用
いたインクジェット記録装置の概略構成を示す斜視図で
ある。

【図２】本発明による一例のインクジェットヘッドの一
部を示す平面図である。

【図３】図２のＩ−Ｉ線断面図である。

【図４】図３のＩＩ−ＩＩ線断面図である。

【図５】図２〜４に示すインクジェットヘッドのノズル
周辺を拡大して示す断面図である。

【図６】本発明に従いノズルプレート表面にコート層を
形成する方法の一例を説明するための図である。

【図７】本発明に従いノズルプレート表面にコート層を
形成する方法の他の例を説明するための図である。

【図８】本発明に従いノズルプレート表面にコート層を
形成する方法のさらに他の例を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１インクジェット記録装置３インクジェットヘッド３０６ノズルプレート３０９ノズル３４０エキシマレーザ光３５０コート層３５１，３５２，３５３表面処理液３６０マスクプレート３７０マスク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ノズル孔が形成されたノズルプレートを
備えるインクジェットヘッドの製造方法であって、前記ノズル孔が形成されたノズルプレートを、表面改質
剤を含む有機化合物溶液に浸漬するステップと、前記ノズルプレートに対して任意のパターンのマスクを
介して短波長レーザ光を照射することにより、前記有機
化合物を硬化し、前記ノズル表面に前記任意のパターン
のコート層を形成するステップとを備える、インクジェ
ットヘッドの製造方法。
【請求項２】ノズル孔が形成されたノズルプレートを
備えるインクジェットヘッドの製造方法であって、前記ノズル孔が形成されたノズルプレートに、表面改質
剤を含む有機化合物溶液を塗布するステップと、前記ノズルプレートに対して任意のパターンのマスクを
介して短波長レーザ光を照射することにより、前記有機
化合物を硬化し、前記ノズル表面に前記任意のパターン
のコート層を形成するステップとを備える、インクジェ
ットヘッドの製造方法。