JPS63122560A - インクジエツト記録ヘツドの表面処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、インクジェット記録ヘッドに関するものであ
る。

［従来の技術］ 近年コンピュータの普及に伴い各種の応用機種の開発が
盛んに行われている。とくに複写機、ファクシミリ、ワ
ードプロセッサその他いわゆるパーソナルコンピュータ
等のオフィスオートメーション用の事務機器の開発およ
び普及には著しいものがある。

これらの事務！ｍ器においては、処理されたデータある
いは文章等の出力用機器としてのいわゆるプリンタが必
須の装置である。

従来、このようなプリンタとしては、ワイヤドツトプリ
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１゛ぐ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。

プリンタによる印字や画像が美しく精細であることが望
ましいことは言うまでもないことで、これらのプリンタ
技術の目標とする所もここにある。

そのための第１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形成し、インクを高速度かつ
高密度に吐出させるようにしたものがある。また、他の
インクジェット記録ヘッドとしては、インク吐出ノズル
を小さくかつ密接して配置することが考えられ、そのた
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
加工方式を用い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。

第２図および第３図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。図に
おいて、１はたとえばシリコンウェハ等で形成された第
１の基板、２はたとえば５ｉ０２等により第１の基板１
表面に形成された層である。３はリソグラフィ等の手法
で形成されたノズル壁、４はたと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、たとえばノズル壁３を高さ２５μｍ１幅
２０μＩの寸法とし、吐出口６がノズル壁３と同じ寸法
となるようにきわめて精細に加工されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 第４図（Ａ）および（Ｂ）は第２図および第３図示のイ
ンクジェット記録ヘッドの側断面を示し、インク７が吐
出されてインク滴８を形成する状態の２例を示している
。ここで、第４図（Ａ）はノズル端面９がインクに濡れ
ることなくインク滴が真直に吐出される状態、第４図（
Ｂ）はノズル端面９の一部が吐出前にインクに濡らされ
ているために曲った方向にインク滴が吐出されようとし
ている状態である。

吐出口端面９は、インク吐出時にインクが濡れ拡がる場
合の他、キャリッジにインクジェット記録ヘッドを搭載
して記録を行う形態の装置では、ヘッドが印字を行いな
がら機械的に移動させられる際、またはキャリッジが記
録媒体の端部に達して復帰動作を行うとき等に起こる機
械的振動等によって、ノズル内のインク７がノズル先端
から外部に、すなわちノズル先端の端面９へ溢れ出てそ
こを濡らす場合がある。

このように溢れ出て端面９を濡らす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す場合に
は、吐出口インク滴８の吐出方向は第４図（Δ）に示す
ように真直となり、吐出状態すなわち記録状態は安定す
る。

しかしながら、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
ル端面９が不均一に濡らされたり、あるいは第４図に示
すように、−足温れた後にインク端面９に不均一なイン
クの残留状態が生じ、従って第４図（Ｂ）のような不安
定な吐出状態が生じることになる。

すなわち、吐出口端面の濡れと端面の表面状態とは強い
関係があり、吐出口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が生じることになり、従って良好な
記録状態を維持できずに記録品位が低下することにもな
る。

このことは、第２図および第３図示のインクジェット記
録ヘッドのみならず、上記第１のインクジェット記録ヘ
ッドにおいても熱論生じ得る問題点があるが、第２図お
よび第３図示のインクジェット記録ヘッドの如くインク
吐出口が密接して設けられている場合には、濡れけ互に
隣接した吐出口周辺で起こるので、濡わが隣接する吐出
口同志で連結してしまい、その影宙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
起こるなど、記録品位や画質に一層著しい悪影習を与え
ることになるので、吐出口端面は一層厳格に管理される
必要がある。

このためには、吐出口端面にインクをはじいて濡れない
ようにする撥液性の表面処理を施すことが考えられるが
、吐出口の内部はインクに対して逆に濡れの良い表面で
あることが望ましい。これは、吐出口内部の？ｍわが良
いと、駆動ｆＸ号１バルスによる液滴吐出後の吐出に内
部へのインク補充速度がそれだけ大きくなり、従ってよ
り高い速度の吐出の繰り返しが可能となるからである。

従来より、インクジェット記録ヘッドの撥液処理に関し
て種々の提案がなされているが、吐出口の内部表面と外
部表面とに対しての相反する要求に確実に応える方法は
なかった。本発明は、これらの点に鑑みなされたもので
あり、微小な多数のノズルを配置したヘッドであっても
吐出口端面のみに容易かつ確実な表面処理を行い得るイ
ンクジェット記録ヘッドの表面処理方法を提供し、以て
高速度高品位の記録を行うことができるインクジェット
記録ヘッドを実現することにある。

［問題点を解決するための手段］ そのために、本発明では、インクジェット記録ヘッドの
吐出口内部を除去可能な物質にて充填する第１工程、吐
出口を設けた面に付着した物質を除去する第２工程、吐
出口の面に表面処理を施す第３工程、および吐出口内部
に充填された物質を除去する第４工程を含むことを特徴
とする。

［作　用］ すなわち、本発明によれば、表示処理に際して吐出口外
部表面への表面処理の影響が吐出口内部表面にまで及ぶ
ことがなく、従って表面処理に用いる材料およびそれの
適用方法に選択の幅が広くなるので、表面処理を容易か
つ確実に行うことができるようになる。またその結果と
して、インフジエラ！・記録ヘッドとして用いたときに
長期にわたる安定した吐出、インク液滴の被記録材上へ
の着弾点精度向上、記録休止後の再記録の際の安定した
吐出に良好な特性を得ることができる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図（Ａ）　、　（Ｂ）および（Ｃ）は本発明方法を
適用したインクジェット記録ヘッドの３例を示す扱式的
断面図である。これら図において、１０はノズル管もし
くはノズル壁、１２はノズル管もしくはノズル壁ｌＯの
表面に以下の工程により処理された表面層、１６は吐出
口６に連通ずる液流路である。なお、同図（Ｂ）は上述
した第２図および第３図示の記録ヘッドに対応している
。

いずれの記録ヘッドにおいても、吐出口６はその径が２
０μｆｉ１〜５００μｍ程度の微小なオリフィスとして
形成されているので、外部表面に表面処理を施して表面
層１２を形成する際には、吐出ロ６内部に処理の影響が
及ばないようにしなければならない。

そこで、本発明の一実施例では次のような工程にて表面
処理を行う。

工程（１）：吐出ロ６内部を除去可能な物質にて充填し
封止する工程。

吐出ロ６内部に、■２０．グリセリン等の液体、あるい
はワックス、グリース、油脂等、２０℃〜１００℃程度
で容易に液体化する常温で固体の物質、あるいはポリエ
チレン、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル等の熱可塑性
の高分子化合物を充填する。これらの物質を充填するに
は、液体を用いる場合はノズル形成後液体を吐出口６か
ら吸入させればよいが、固体を用いる場合は、液化させ
た状態あるいは溶液を吸収させるか、またはノズル形成
前にあらかじめ充填しておいてもよい。

工程（２）：吐出口の外部表面に付着した充填物質を除
去し、清浄にする工程。

吐出口６の外部表面に表面処理を行うために、外部表面
に付着した充填物を除去する。

除去は、液体を充填しである場合には、ふきとった後に
、蒸発乾燥させる。固体を充填しである場合には、溶剤
によって溶かして落とすか、削り落とした後に研暦をか
えるか、あるいはプラズマ処理、あるいは遠紫外線を用
いた洗浄を行うのが好適である。

本例では、この工程において充填した物質を吐出口６か
ら内部への一定領域まで除去しておくことにより、次工
程において表面処理として撥液処理を行う場合に、外表
面が完全に表面層に覆われるようにする上でより顕著な
効果が得られるようにする。

ここで、吐出口６から内部への一定領域とは、吐出ロ６
断面が直径ｄの円形である場合には、おおむね最大ｄ程
度の距離とするのが適当である。それ以上内部まで撥液
処理を行うと、吐出時には吐出に対しての抵抗として作
用し、好ましくない結果を与えることになる。

工程（３）：吐出口の外部表面を表面処理する工程。

工程（２）までにおいて、吐出口内部の封止が為された
ノズルに対して表面処理を行う。

表面処理としては、Ｉ發液性あるいは親液性等、インク
に対する濡れ性を制御することもてき、また研磨加工に
よる面精度向上に対しても本発明の方法は、適用するこ
とが可能である。

吐出口外部表面に撥液処理を施すには、シリコン系ある
いは弗素系の界面活性剤、特開昭５６−８９５６９号に
例示されるフルオロアルキルシラン化合物、あるいはメ
チルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、
フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシ
ラン、メチルトリ（メタクリロイルオキシエトキシ）シ
ラン、メチルトリ（グリシジルオキシ）シラン、長鎖ア
ルキルトリエトキシシラン、テトラメヂルシリケー１〜
．テトラエチルシリケート等のアルコキシシラン類、ビ
ニルトリクロルシラン、ビニルトリス（βメトキシエト
キシ）シラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリ
メトキシシラン、γ−（メタクリロキシプロピル）トリ
メトキシシラン、β−（３，４エポキシシクロヘキシル
）エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピ
ル１−リメトキシシラン、γ−グリシドキシプロビルメ
チルジェトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロ
ピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリ
メトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラ
ン等のシランカップリング剤等が高撥液性材料として好
適に用いられる。撥液性の表面処理は、これらの材料の
原液あるいは希釈液中に工程（２）を経たヘッドを浸漬
するか、またはヘッドにスプレー塗布を行うなどの方法
によって行うことができる。

撥液性材料としては、樹脂中に撥液性物質を溶解あるい
は、分散したものであっても使用できる。このような物
質を用いる場合は、塗布あるいは転写によって吐出ロ６
外部表面に適用し、必要に応じて効果処理を行う。

なお、上記工程（２）において充填物質として液体たと
えばＩ＋２０　、グリセリン等を用いた場合には、撥液
性材料を）１□０．グリセリン等と相溶しない液体たと
えば、ジクロルエチレン、１，１．１）−ジクロルエタ
ン。トリフルオロエチレン、ダイフロン−５３（ダイキ
ン工業製）等に溶解して用いる。これらの塩素系あるい
は弗素系溶剤は吐出口外部表面と接触させても充填物質
としての液体と界面を形成するので、表面処理を行うこ
とが可能になるのである。

また、充填物質として、固体たとえば、ワックス状のポ
リエチレングリコール（分子量２０００〜５０００．融
点４０℃〜７０℃）を用いた場合には、真空容器内で蒸
着あるいはスパッタリングによって吐出口外部表面に薄
膜を形成してもよい。このときの材料としては、ポリテ
トラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレ
ン等に代表される高分子物質を用いることができる。充
填物質として固体を用いた場合には、前述の弗素系ある
いはシリコン系の撥液材料の適用がきわめて容易になる
ことは言うまでもない。

表面処理として研磨加工による面精度向上を行う場合に
は、作業性の点で固体の充填物質を用いる方が望ましく
、この場合研磨によって発生ずる微小な粒子のノズル内
部への侵入が避けられ、有利である。

工程（４）：充填した物質を除去する工程。

工程（３）まで行フた吐出口外部表面への表面処理を施
した°記録ヘッドから充填物質を除去する。この除去は
、充填物質を溶解する溶剤中にヘッドを浸漬し、充填物
質を溶解してやればよい。このとき、加熱あるいは超音
波洗浄等の操作によって溶解を促進し、かつ吐出口部へ
の残渣がないように洗浄を充分に行うことが望ましい。

以上のようにして本実施例に係る表面処理は終了する。

なお、本発明の表面処理方法は、吐出口外部表面な撥液
性にすることのみならず、必要であれば吐出ロ６外部表
面に親液性にすることも同じように適用できる。

以下、本発明を実際の記録ヘッドに適用した実施例につ
いてさらに具体的に説明する。

（実施例１） パイレックスガラス製の第１図（Δ）に示すようなイン
クジェット記録ヘッドに、ポリエチレングリコール（融
点約４５℃１分子１２０００）を溶融させ、液体化した
状態にして液流路１６側から吸引処理を行って注入した
。これを室温に放置してポリエチレングリコールを固化
させ、吐出口６を封止した。次に吐出口外部に付着した
ポリエチレングリコールをこすり落した後、表面に研磨
して水洗乾燥した。このヘッドを化合物ＣＦ３−　（Ｃ
Ｆ２）７−Ｎｌｌ（ＣＨ２）ａ−Ｎｌｌ−５ｉ　　（Ｏ
ｆ；Ｉｔ３）３の５％テトラヒドロフラン（ＴＩＩＦ）
溶液中に３０秒間浸漬し、引き上げて、６０℃にて３０
分間乾燥した。

このようにして処理した表面は、Ｉ＋２０７ジエチレン
グリコール＝７０部／３０部のインクに用いる水性媒体
に対して強い撥液性を示した。次にヘッドをエタノール
中に浸漬し、３５℃に加熱した状態にて超音波洗浄処理
を行い、ポリエチレングリコールを完全に溶解除去した
。

以上のようにして得たインクジェット記録ヘッドと表面
処理を施さなかったインクジェット記録ヘッドとをそれ
ぞれ用いて吐出試験を行った。吐出試験は、周波数４旧
１ｚ　、パルス幅３０μｓｅｃ　。

４０Ｖの方形波パルスによってＵ、Ｏ／ジエチレングリ
コール／Ｃ，１，ダイレクトブラック１９＝　７０／２
５１５（各量量部）のインクを用いて行った。

その結果、本実施例に係る表面処理を施したものは、吐
出初期の段階から吐出の方向性が第４図（Ａ）に示すよ
うに一定しており、長時間吐出を続けても吐出口６の外
部表面にインク滴がたまるといった好ましくない現象は
生じなかった。

一方、表面処理を施さないものは吐出口の外部表面にイ
ンク滴がたまりやすく、第４図（Ｂ）　に示すように吐
出の方向性がしばしば乱れ、記録品位において劣るもの
であった。

（実施例２） 第１図（Ｂ）、第２図および第３図示の形状を有する記
録ヘッドに対して、吐出ロ６内部に天然ワックス（融点
的５０℃）を、溶融状態で充填した。

次に、吐出ロ６外部表面に付着したワックスを削り落と
し、表面を洗浄にするために遠紫外線による洗浄処理を
行った。次に、これを酸素プラズマ発生装置に入れ、吐
出口６先端から吐出口内部に約０．０７ｍｍまでの内部
のワックスを分解除去した。

このようにして、吐出口６先端の内面も表面処理可能な
状態にした。このノズルにＣｈＣＨｚＣ）ＩｚＳｉ　（
Ｃ）１３）　（ＯＣＩ＋３）　２の５％ＴＩＩＦ溶液を
スプレー塗布し、６０℃にて３０分間乾燥した。このよ
うにして、処理した表面はＩ＋２０／ジエチレングリコ
ール＝７０部／３０部のインクに用いる水性媒体に対し
て（実施例１）と同様強い撥液性を示した。

次にヘッドをキシレン中に浸漬し、超音波洗浄処理を行
い、ワックスを完全に除去した。以上のようにして得ら
れた本実施例に係るインクジェット記録ヘッドを用い、
液流路１６には１／１００　Ｔｏｒｒの静水圧を加えた
状態で吐出試験を行った。このとき、吐出試験のその他
の条件は（実施例１）と同じくした。その結果、５Ｋｔ
ｌｚまでの周波数応答性が得られ、吐出安定性、記録品
位にすぐれた記録を行うことができた。

以上のような実施例によれば、吐出口の内部表面と外部
表面とのインクに対する濡れ性の差異を確実に作り出す
ことができるようになる。すなわち、 （１１吐出口外部表面への表面処理剤が吐出口内部表面
に及ばないようにすることができる。

（２）表面処理の材料及びその適用方法に遭択の幅が広
くなる。

という効果がもたらされる。また、その結果として、イ
ンクジェット記録ヘッドとして用いるときの長期にわた
る安定した吐出、インク液滴の被記録材上への着弾点精
度向上および記録休止後の再記録の際の安定した吐出に
良好な特性を得ることができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、インクの吐出口
端面に容易かつ確実に表面処理を施すことが可能となる
。また、これにより、高速度かつ高品位の画像記録を行
い得るインクジェット記録ヘッドを実現できることにな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）　、　（［１）および（Ｃ）は本発明方法
を通用可能なインクジェット記録ヘッドの３例を示す模
式的断面図、 第２図およ１．Ｉ−第３図は、それぞれ、第１図（Ｂ）
に示した記録ヘッドの斜視図および正面図、第４図（Ａ
）および（Ｂ）はインクジェット記録へラドのインク滴
吐出状悪を説明するための側断面図である。 １・・・第１の基板、 ２・・・表面層、 ３・・・吐出ノズル壁、 ４・・・第２基板、 ５．１５・・・接着層、 ７・・・インク、 ８・・・インク滴、 ９・・・吐出口端面、 ｌＯ・・・ノズル管もしくはノズル壁。 １２・・・表面層、 ｌト・・インク流路。 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）インクジェット記録ヘッドの吐出口内部を除去可能
   な物質にて充填する第１工程、 前記吐出口を設けた面に付着した前記物質を除去する第
   ２工程、 前記吐出口の面に表面処理を施す第３工程、および 前記吐出口内部に充填された物質を除去する第４工程 を含む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。 ２）特許請求の範囲第１項記載のインクジェット記録ヘ
   ッドの表面処理方法において、前記第２工程では、前記
   物質の除去を、前記吐出口端から内部の一定領域まで行
   う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。