KR100632825B1 - 잉크젯 헤드의 제조 방법 및 잉크젯 헤드 - Google Patents

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세이코 엡슨 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 양호한 안정 토출성을 갖는 잉크젯 헤드의 제조 방법 및 잉크젯 헤드를 제공하는 것을 과제로 한다.
액상체를 수용하는 캐비티와, 이 캐비티에 연통하는 노즐(18)을 갖고, 캐비티와 반대측의 노즐 개구를 토출구(9)로 하여, 캐비티 내에 수용한 액상체를 노즐(18)의 토출구(9)로부터 토출하는 잉크젯 헤드의 제조 방법이다. 노즐(18)의 내벽면의 토출구(9)의 근방부에, 토출하는 액상체에 대한 후퇴 접촉각과 전진 접촉각의 차가 커지는 노즐내 발액막(11)을 형성한다.
노즐 개구, 토출구, 발액막, 잉크젯 헤드

Description

잉크젯 헤드의 제조 방법 및 잉크젯 헤드{METHOD OF MANUFACTURING INKJET HEAD AND INKJET HEAD}
도 1의 (a) 및 (b)는 잉크젯 헤드의 개략 구성도.
도 2는 노즐 플레이트의 요부 확대도.
도 3의 (a) 및 (b)는 동적 접촉각의 측정법 설명도.
도 4의 (a) 및 (b)는 제 1 실시예의 설명도.
도 5는 본 발명의 실시예의 변형예를 설명하기 위한 도면.
* 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1…잉크젯 헤드,
9…토출구,
10…발액막,
11…노즐내 발액막,
1la…친액부,
1lb…발액부,
12…노즐 플레이트,
15…캐비티,
18…노즐,
30…반사 미러,
32…렌즈 어레이(집광 렌즈)
본 발명은, 액체방울을 토출하는 잉크젯법에 이용되는 잉크젯 헤드의 제조 방법 및 잉크젯 헤드에 관한 것이다.
소정량의 액상(液狀) 재료를 소망하는 위치에 배치할 수 있는 방법으로서, 액체방울 토출법이 알려져 있다. 이러한 액체방울 토출법의 하나로서, 특히 미량의 액상 재료를 토출하는데 매우 적합한 잉크젯법이 있다.
이 잉크젯법에 이용되는 잉크젯 헤드는, 액상체를 수용하는 캐비티와, 이 캐비티에 연통하는 노즐을 형성한 노즐 플레이트를 갖는 것으로써, 상기 캐비티와 반대측의 노즐 개구를 토출구로 해서, 상기 캐비티 내에 수용한 액상체를 상기 토출구로부터 토출하도록 구성된 것이다.
그런데, 이러한 잉크젯 헤드에 있어서는, 특히 노즐의 토출구 근방부에서의 액상체와의 접촉성, 즉 이 토출구 근방부가 발액성(撥液性)인지 친액성인지 하는 것이, 상기 액상체로 이루어지는 액체방울의 안정 토출을 행하는 데 있어서 중요한 인자가 되고 있다.
이와 같은 관점에서, 종래로부터 노즐 플레이트의 상기 토출구측의 면에 공석(共析) 도금을 실시하고, 이 토출구측의 면 및 노즐 내의 토출구 근방부를 발액 화한 것이 알려져 있다.(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
또한, 발액성인지 혹은 친액성인지에 착안한 기술로서, 노즐 플레이트의 상기 토출구를 형성한 측의 면에 발잉크성 피막(발액막)을 형성하고, 토출하는 액상체로서 상기한 발잉크성 피막에 대해서 그 후퇴동적 접촉각이 15도 이상의 것을 이용한다고 한 기술이 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조).
[특허 문헌 1]
일본국 특개평4-294145호 공보
[특허 문헌 2]
일본국 특개2000-290556호 공보
그런데, 상기한 공석 도금을 실시한 기술, 및 발잉크성 피막에 대해서 후퇴동적 접촉각에 착안한 기술은, 어느 것이나 모두 노즐 플레이트 표면, 즉 노즐 플레이트의 상기 토출구를 형성한 측의 면에서의 액상체의 누설을 방지하고, 이곳이 젖어 있는 것에 기인해서 다음에 토출되는 액체방울이 불안정하게 토출되어 버리는 것을 방지한 것이다.
그러나, 액체방울의 안정 토출, 특히 토출량의 안정화라고 하는 점에서 생각한 경우, 노즐 플레이트의 노즐 토출구를 형성한 측의 면에서의 액상체의 습윤성(발액성 또는 친액성)만을 고려해도, 안정 토출을 행하기에는 충분하다고는 말할 수 없었다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로써, 그 목적하는 바는 양호 한 안정 토출성을 갖는 잉크젯 헤드의 제조 방법 및 잉크젯 헤드를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명자 등은 예의(銳意) 연구를 거듭한 결과, 이하의 사실을 얻었다.
액체방울을 토출한 뒤, 다음 토출까지의 사이에서, 캐비티로부터 노즐에 걸쳐 수용되는 액상체는, 통상 노즐 내에서 메니스커스를 형성한다. 즉, 액상체는 그 메니스커스의 단부(端部)가 노즐의 내부에 위치한 상태로 유지되고, 다음 토출을 기다리게 된다. 따라서, 이 노즐의 내부에서의 메니스커스 단부의 위치가 매회 같은 위치가 된다면, 토출량의 안정화가 도모되고, 보다 양호한 안정 토출을 행할 수가 있게 된다.
그리고, 이러한 사실에 의거하여 더욱 연구를 거듭한 결과, 본 발명을 완성했다.
즉, 본 발명의 잉크젯 헤드의 제조 방법은, 액상체를 수용하는 캐비티와, 이 캐비티에 연통하는 노즐을 갖고, 상기 캐비티와 반대측의 노즐 개구를 토출구로 하여, 상기 캐비티 내에 수용된 액상체를 상기 노즐의 토출구로부터 토출하는 잉크젯 헤드의 제조 방법으로서, 상기 노즐의 내벽면의 상기 토출구의 근방부에, 토출하는 액상체에 대한 후퇴 접촉각과 전진 접촉각의 차가 커지는 노즐내 발액막을 형성하는 것을 특징으로 하고 있다.
이 잉크젯 헤드의 제조 방법에 의하면, 토출구의 근방부에 토출하는 액상체 에 대한 후퇴 접촉각과 전진 접촉각의 차가 커지는 노즐내 발액막을 형성하므로, 얻어지는 잉크젯 헤드는, 그 노즐내 발액막에 의해 양호한 안정 토출성을 발휘하게 된다. 즉, 액상체의 메니스커스 단부가 상기 노즐내 발액막 위를 이동했을 때, 이 노즐내 발액막의 상기 액상체에 대한 후퇴 접촉각과 전진 접촉각의 차가 크기 때문에, 이것이 작은 경우와 비교해서 메니스커스 단부가 이 노즐내 발액막 위의 소정 위치(초기 위치)에 머물기 쉽게 된다.
따라서, 메니스커스 단부의 위치가 매회 거의 같은 위치가 됨으로써, 토출량의 안정화가 도모된다.
또한, 상기 잉크젯 헤드의 제조 방법에 있어서는, 상기 노즐이 노즐 플레이트에 형성되어 이루어지고, 상기 노즐의 내벽면의 상기 토출구의 근방부에, 발액막을 형성하는 공정과, 상기 발액막의 일부에 에너지를 부여하여 발액성을 변화시켜 상기 노즐내 발액막을 형성하는 공정을 구비하고 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 발액성이 변화된 상기 노즐내 발액막을 형성함으로써, 그 후퇴 접촉각과 전진 접촉각의 차를 크게 할 수 있게 된다.
또한, 상기 잉크젯 헤드의 제조 방법에서는, 상기 노즐이 노즐 플레이트에 형성되어 이루어지고, 상기 노즐의 내벽면의 상기 토출구의 근방부에, 발액막을 형성하는 공정과, 상기 발액막의 일부에 에너지 분포를 부여하여 발액성을 변화시켜 상기 노즐내 발액막을 형성하는 공정을 구비하고 있는 것이 바람직하다.　
이와 같이 하면, 발액성이 변화된 상기 노즐내 발액막을 형성함으로써, 그 후퇴 접촉각과 전진 접촉각의 차를 크게 할 수 있게 된다.
또한, 상기 잉크젯 헤드의 제조 방법에서는, 상기 에너지는 광(光)인 것이 바람직하고, 상기 에너지 분포는 코히어런트(coherent)광의 간섭을 사용하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 발액막에 대해서 보다 양호하게 에너지 또는 그 분포를 부여하는 것이 가능하게 된다.
또한, 상기 잉크젯 헤드의 제조 방법에 있어서는, 상기 발액막은 실리콘 수지를 사용하고 있는 것이 바람직하고, 그 경우에 상기 노즐 플레이트의 상기 토출구측에 실리콘 수지를 플라즈마 중합시켜 형성한 플라즈마 중합막인 것이 바람직하다. 또한, 그 경우에 발액성의 변화는 실리콘 수지에 대한 자외선의 조사에 의해서 일으키는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 발액막의 발액성의 변화를 양호하게 행할 수 있게 된다.
또한, 상기 잉크젯 헤드의 제조 방법에서는, 상기 발액성을 변화시켜 상기 노즐내 발액막을 형성하는 공정은, 상기 토출구를 피복하여 반사 미러를 설치하고, 상기 토출구와 반대측으로부터 노즐 내에 산소 존재 하에서 자외선 레이저광을 조사하고, 이 자외선 레이저광의 입사광과 상기 반사 미러에서의 반사광 사이에서 간섭을 일으켜서 이 간섭 패턴으로 상기 발액막을 노광하고, 상기 노즐내 발액막을 형성하는 공정을 구비하고 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 자외선 레이저광의 입사광과 상기 반사 미러에서의 반사광 사이에서 간섭을 일으키고, 이 간섭 패턴으로 상기 플라즈마 중합막을 노광하므로, 얻어지는 노즐내 발액막에는 간섭 패턴에 의해서 노광부와 비(非)노광부가 형성된 다. 그러면, 노광부는 산소가 도입됨으로써 친액화해서 친액부가 되고, 비노광부는 여전히 발액부인 채로 유지된다. 따라서, 이와 같이 친액부와 발액부가 혼재함으로써, 노즐내 발액막은 액상체에 대한 전진 접촉각이 비교적 크고, 또한 후퇴 접촉각이 작게 되어, 따라서 후퇴 접촉각과 전진 접촉각의 차가 크게 된다.
또한, 상기 잉크젯 헤드의 제조 방법에서는, 상기 발액성을 변화시켜 상기 노즐내 발액막을 형성하는 공정은, 상기 토출구를 피복하여 표면에 요철을 갖는 반사판을 설치하고, 상기 토출구와 반대측으로부터 노즐 내에 산소 존재 하에서 자외선 레이저광을 조사하고, 이 자외선 레이저광을 상기 반사판으로 반사시켜 이 반사광으로 상기 플라즈마 중합막을 노광하고, 상기 노즐내 발액막을 형성하는 공정을 구비하고 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 요철을 갖는 반사판으로부터의 반사광으로 상기 플라즈마 중합막을 노광하므로, 얻어지는 노즐내 발액막은 반사판의 요철에 의한 난반사로 인해 불균일하게 노광된 것으로 되고, 이것에 의해 노즐내 발액막에는 강(强)노광부와 약(弱)노광부가 형성된다. 그러면, 강노광부는 산소가 도입됨으로써 친액화된 부분을 많이 포함한 친액부가 되고, 한편 약노광부는 친액부를 비교적 적게 밖에 형성하지 않음으로써 발액부가 된다. 따라서, 이와 같이 친액부와 발액부가 혼재함으로써, 노즐내 발액막은 액상체에 대한 전진 접촉각이 비교적 크고, 또한 후퇴 접촉각이 작아져서, 따라서 후퇴 접촉각과 전진 접촉의 차가 커진다.
또한, 상기 잉크젯 헤드의 제조 방법에서는, 상기 발액성을 변화시켜서 상기 노즐내 발액막을 형성하는 공정은, 상기 토출구와 반대측으로부터 노즐 내에 산소 존재 하에서 초단(超短) 펄스 레이저광을 조사하고, 이 초단 펄스 레이저광으로 플라즈마 중합막을 노광하고, 상기 노즐내 발액막을 형성하는 공정을 구비하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 초단 펄스 레이저광으로 상기 플라즈마 중합막을 노광하므로, 얻어지는 노즐내 발액막은 큰 에너지로 순간적으로 노광되었기 때문에 불균일하게 노광되고, 이것에 의해 노즐내 발액막에는 강노광부와 약노광부가 형성된다. 그러면, 전술한 것처럼 노즐내 발액막에는 친액부와 발액부가 혼재하게 되고, 따라서 이 노즐내 발액막은 액상체에 대한 전진 접촉각이 비교적 크고, 또한 후퇴 접촉각이 작아져서, 따라서 후퇴 접촉각과 전진 접촉각의 차가 커진다.
또한, 상기 잉크젯 헤드의 제조 방법에 있어서는, 상기의 노즐 내에 레이저광을 조사할 때에, 레이저 광원과 상기 노즐 사이에 집광 렌즈를 배치하고, 이 집광 렌즈에 의해서 레이저광을 노즐 내에 집광시키는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 집광 렌즈에 의해서 레이저광을 노즐 내에 집광시킴으로써, 노광 효율을 높여, 예를 들면 노광 시간을 단축하거나, 혹은 노광도를 높일 수 있다.
본 발명의 잉크젯 헤드는, 노즐의 내벽면의 토출구의 근방부에, 토출하는 액상체에 대한 후퇴 접촉각과 전진 접촉각의 차가 커지는 노즐내 발액막이 형성된 것을 특징으로 하고 있다.
이 잉크젯 헤드에 의하면, 노즐내 발액막의 후퇴 접촉각과 전진 접촉각의 차가 크게 되어 있음으로써, 이 노즐내 발액막에 의해서 양호한 안정 토출성을 발휘 할 수 있게 된다.
본 발명의 잉크젯 헤드는, 노즐 내벽면의 토출구의 근방부에, 발액부, 친액부가 분포되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
이 잉크젯 헤드에 의하면, 토출구의 근방부에 발액부, 친액부가 분포되어 있기 때문에, 이들 발액부와 친액부로 이루어지는 부분의 후퇴 접촉각과 전진 접촉각의 차가 커지고, 이것에 의해 이 부분에 의해서 양호한 안정 토출성을 발휘할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 잉크젯 헤드의 제조 방법, 및 이 방법에 의해서 얻어지는 본 발명의 잉크젯 헤드를 자세하게 설명한다.
도 1의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제조 방법이 적용된 잉크젯 헤드의 개략 구성을 설명하기 위한 도면이며, 도 1의 (a) 및 (b)에서 부호 1은 잉크젯 헤드이다. 이 잉크젯 헤드(1)는, 도 1(a)에 나타내는 바와 같이 예를 들면 스테인레스제의 노즐 플레이트(12)와 진동판(13)을 구비하고, 양자를 구획 부재(리저버 플레이트)(14)를 통하여 접합한 것이다. 노즐 플레이트(12)와 진동판(13) 사이에는, 구획 부재(14)에 의해서 복수의 캐비티(15…)와 리저버(16)가 형성되어 있고, 이들 캐비티(15…)와 리저버(16)는 유로(17)를 통하여 연통하고 있다.
각 캐비티(15)와 리저버(16)는, 그 내부에 액상체를 채워 이것을 수용하도록 되어 있고, 이들 사이의 유로(17)는 리저버(16)로부터 캐비티(15)에 액상체를 공급하는 공급구로서 기능하도록 되어 있다. 또한, 노즐 플레이트(12)에는, 캐비티(15)로부터 액상체를 토출하기 위한 구멍 형상의 노즐(18)이 종횡으로 정렬 된 상태로 복수 형성되어 있다. 노즐(18)은, 상기 캐비티(15) 측이 테이퍼 형상으로 되어 있고, 캐비티(15) 측으로 감에 따라서 점차 지름이 확대된 것으로 되어 있다. 또한, 캐비티(15)와 반대측의 개구는 액체방울을 토출하기 위한 토출구(9)로 되어 있다. 여기서, 노즐 플레이트(12)에는 그 토출구(9)를 형성한 면에 발액막(10)이 형성되어 있고, 이 발액막(10)은 노즐(18) 내벽면의, 상기 토출구(9)의 근방부에까지 돌아 들어가서 형성된 것으로 되어 있다.
한편, 진동판(13)에는 리저버(16) 내에 개구하는 구멍(19)이 형성되어 있고, 이 구멍(19)에는 액상체를 충전한 탱크(도시 생략)가 튜브(도시 생략)를 통해서 접속되도록 되어 있다.
또한, 진동판(13)의 캐비티(15)를 향하는 면과 반대측 면 위에는, 도 1(b)에 나타내는 바와 같이 압전 소자(피에조 소자)(20)가 접합되어 있다. 이 압전 소자(20)는, 잉크젯 헤드(1)에 있어서 토출 수단으로서 기능하는 것으로써, 한 쌍의 전극(21, 21) 사이에 끼워지고, 통전에 의해 외측으로 돌출하도록 하여 휘어지도록 구성된 것이다.
이와 같은 구성 하에 압전 소자(20)가 접합된 진동판(13)은, 압전 소자(20)가 휘어지면, 이것과 일체가 되어 동시에 외측으로 휘어지고, 이에 따라 캐비티(15)의 용적을 증대시킨다. 그렇게 하면, 캐비티(15) 안과 리저버(16) 안이 연통하고 있고, 리저버(16) 안에 액상체가 충전되어 있는 경우에는, 캐비티(15) 안에 증대된 용적분에 상당하는 액상체가 리저버(16)로부터 유로(17)를 통하여 유입된다.
그리고, 이러한 상태로부터 압전 소자(20)로의 통전을 해제하면, 압전 소자와 진동판(13)은 함께 원래의 형상으로 되돌아온다. 따라서, 캐비티(15)도 원래의 용적으로 되돌아가므로, 캐비티(15) 내부의 액상체의 압력이 상승하고, 노즐(18)의 토출구(9)로부터 액상체의 액체방울(22)이 토출된다.
또한, 잉크젯 헤드(1)의 토출 수단으로서는, 상기한 압전 소자(피에조 소자)(20)를 사용한 전기 기계 변환체 이외라도 좋고, 예를 들면 에너지 발생 소자로서 전기 열 변환체를 이용한 방식이나, 대전 제어형, 가압 진동형 등의 연속 방식, 정전 흡인 방식, 나아가서는 레이저 등의 전자파를 조사해 발열시켜, 이 발열에 의한 작용으로 액상체를 토출시키는 방식을 채용할 수도 있다.
이러한 구성의 잉크젯 헤드(1)에서, 노즐 플레이트(12)에는 전술한 것처럼 토출구(9)를 형성한 면으로부터 노즐(18)의 내벽면의 토출구(9)의 근방부에 걸쳐서 발액막(10)이 형성되어 있다. 그리고, 이 발액막(10)에서, 도 2에 나타내는 바와 같이 특히 노즐(18)의 내벽면의 토출구(9)의 근방부에 형성된 부분은 노즐내 발액막(11)으로 이루어져 있고, 이 노즐내 발액막(11)은 토출하는 액상체에 대한 후퇴 접촉각과 전진 접촉각의 차가 크고, 구체적으로는 전진 좁촉각이 50도 이상 100도 이하, 후퇴 접촉각이 30도 이하로 되어 있어, 이 차가 20도 이상으로 되어 있다.
따라서, 이 잉크젯 헤드(1)는 그 노즐내 발액막(11)에 의해 양호한 안정 토출성을 발휘하도록 되어 있다. 즉, 노즐(18) 내에서, 토출 동작을 끝내고 다음 토출에 대비하기 위해, 액상체의 메니스커스 단부(M)가 도 2에 나타내는 것처럼 상기 노즐내 발액막(11) 위를 이동했을 때, 이 노즐내 발액막(11)의 상기 액상체에 대한 후퇴 접촉각과 전진 접촉각의 차가 크기 때문에, 이것이 작은 경우에 비해서 메니스커스 단부(M)가 이 노즐내 발액막(11) 위의 소정 위치(초기 위치)에 머물기 쉽게 된다. 따라서, 메니스커스 단부(M)의 위치가 매회 거의 같은 위치가 됨으로써, 토출량의 안정화를 도모할 수 있는 것이다.
여기서, 노즐내 발액막(11)(고체 시료)의, 토출하는 액상체(액상 시료)에 대한 후퇴 접촉각 및 전진 접촉각은 동적 접촉각이라고 불리우는 것으로써, 그 측정법으로서는 예를 들면, (1) 빌헬미(wilhelmy)법, (2) 확장 수축법, (3) 전락(轉落)법 등이 알려져 있다. 또한, 이하의 측정법에서 고체 시료로서는, 스테인레스 판에 상기 노즐내 발액막(11)과 같은 발액막을 형성한 것을 사용하는 것으로 한다.
(1) 빌헬미법은, 시료조(槽) 내의 액체 시료 중에 고체 시료를 가라앉히는 과정에서, 또한 가라앉힌 것을 끌어올리는 과정에서의 하중을 측정하고, 그 측정값과 고체 시료의 표면적 값에서 동적 접촉각을 구하는 방법이다. 고체 시료를 가라앉히는 과정에서 얻어지는 접촉각이 전진 접촉각, 끌어올리는 과정에서 얻어지는 접촉각이 후퇴 접촉각이다.
(2) 확장 수축법은, 주사 바늘이나 유리 모세관 등의 선단에서, 고체 시료 표면 위에 액체 시료를 일정 유량으로 밀어냄으로써 액체방울을 형성하면서, 고체 시료 표면과 액체방울 사이의 접촉각을 측정함으로써 전진 접촉각을 얻고, 역으로 주사 바늘이나 유리 모세관 등의 선단으로부터 액체방울을 형성하고 있는 액체 시료를 끌어들이면서, 고체 시료 표면과 액체방울 사이의 접촉각을 측정함으로써 후퇴 접촉각을 얻는 방법이다.
(3) 전락법은, 고체 시료 위에 액체방울을 형성하고, 이 고체 시료를 기울이거나 혹은 수직으로 하여 고체 시료 위의 액체를 전락 이동시키면서, 고체 시료와 액체방울 사이의 접촉각을 측정하는 것이다. 액체가 이동하는 방향의 전방에서의 접촉각이 전진 접촉각이며, 후방에서의 접촉각이 후퇴 접촉각이다.
그러나, 상기 측정법으로는 어느 것이나 모두 측정할 수 있는 시료가 한정되어 있는 등 난점이 있기 때문에, 본 실시예에서는 특히 상기의 (2) 확장 수축법의 변형인 이하의 측정법을 이용하고 있다.
도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 고체 시료(2)의 표면 위에 형성된 액체방울(3) 내에 바늘형상의 관체(管體)(4)의 선단이 삽입되어 있는 상태에서, 고체 시료(2)를 수평 방향으로 이동시킨다. 그러면, 액체방울(3) 내에 바늘형상 관체(4)가 삽입되어 있으므로, 액체방울(3)과 바늘형상 관체(4)와의 계면(界面) 장력에 의해 도 3(b)에 나타내는 바와 같이 고체 시료(2)의 이동에 수반하여 액체방울(3)이 바늘형상 관체(4)로 끌려가도록 변형된다.
이와 같이 액체방울(3)이 변형된 상태에서의 고체 시료(2)와 액체방울(3) 사이의 접촉각의 크기는, 액체방울(3)을 이루는 액체의 표면장력, 고체 시료(2)를 이루는 고체의 표면장력, 액체-고체 사이의 계면장력, 마찰력, 흡착력, 고체 표면 거칠기 등에 의하기 때문에, 이 상태에서의 접촉각을 측정함으로써, 동적 접촉각을 얻을 수 있다. 즉, 고체 시료(2)의 이동 방향의 전방의 접촉각(θ1)에서 후퇴 접촉각을 얻을 수 있고, 후방 접촉각(θ2)에서 전진 접촉각을 얻을 수 있다.
이러한 측정 방법은, 고체 시료(2) 위의 액체방울 내에 바늘형상 관체의 선 단을 삽입한 상태에서 상기 고체 시료(2)를 수평 방향으로 이동시킴으로써, 표면 에너지나 마찰 등의 상기 인자를 조사(調査)하지 않고, 그 결과적로서 일어나는 동적 접촉각만을 측정할 수 있는 것이며, 모든 고체 시료 및 액체 시료에 대해서 동적 접촉각의 측정을 적절히 행할 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 전진 접촉각, 후퇴 접촉각의 측정법으로서, 도 3에 나타낸 측정법을 채용하기로 한다. 또한, 본 발명은 도 3에 나타낸 측정법 이외의 측정법, 예를 들면 상기 (1)∼(3)에 나타낸 측정법을 채용해도 좋은 것은 물론이지만, 그 경우 측정 장치 등의 상이(기기 차이) 등에 의해 측정법 사이에서 얻을 수 있는 동적 접촉각(전진 접촉각, 후퇴 접촉각)에 차가 생기는 일이 있다. 그래서, 도 3에 나타낸 측정법 이외의 측정법을 이용한 경우에는, 그 측정법과 도 3에 나타낸 측정법 사이에서 상관(相關)을 취해 두고, 실제로 측정된 수치(동적 접촉각)를 도 3에 나타낸 측정법에서 얻어지는 수치(동적 접촉각)로 환산해서 사용하는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 2에 나타낸 노즐내 발액막(11)의 형성 방법에 의거해서, 본 발명의 잉크젯 헤드의 제조 방법 및 잉크젯 헤드의 실시예를 설명한다.
(제 1 실시예)
본 실시예에서는, 우선 노즐(18)을 형성한 노즐 플레이트(12)를 준비한다. 또한, 준비할 노즐 플레이트(12)의 노즐(18)로서는 토출구(9)의 내경이 약 25μm이며, 토출구(9)로부터 테이퍼부까지의 사이, 즉 스트레이트인 부분의 길이가 약 25μm인 것으로 했다.
계속하여, 이 노즐 플레이트(12)의 토출구(9)를 형성한 면에 실리콘 수지를 플라즈마 중합시켜, 도 4(a)에 나타내는 것처럼 토출구(9)를 형성한 면에 플라즈마 중합막을 두께 0.5μm정도로 형성한다. 그러면, 플라즈마 중합막은 노즐(18)의 토출구(9) 안에까지 돌아들어와 형성되고, 도 4(a)에 나타낸 것처럼 노즐(18)의 내벽면의 상기 토출구(9)의 근방부에도 플라즈마 중합막이 형성된다. 또한, 이 노즐(18)의 내벽면에 형성된 플라즈마 중합막의 막 두께는 예를 들면 수십 nm정도가 되고, 토출구(9)를 형성한 면에 형성된 플라즈마 중합막에 비하여 현저하게 얇아진다.
이와 같이 하여 플라즈마 중합을 행하면, 얻어지는 플라즈마 중합막은 - Si-로 이루어지는 주쇄를 갖고, 또한 알킬기나 아릴기 등의 탄소 함유기를 측쇄로 하는 것으로 되기 때문에, 발액성(발수성)을 갖는 막, 즉 발액막(10)이 된다.
이와 같이 하여 플라즈마 중합막으로 이루어지는 발액막(10)을 토출구(9) 형성면 및 노즐(18) 내의 토출구(9) 근방부에 각각 형성하면, 이 노즐 플레이트(12)의 발액막(10)측, 즉 토출구(9)측에 이 토출구(9)를 피복하여 반사 미러(30)를 설치한다. 반사 미러(30)로서는, 사용하는 파장역에서의 반사율이 높은 점에서 유전체 미러가 매우 적합하게 이용된다.
이와 같이, 반사 미러(30)를 토출구(9)측의 발액막(10)에 밀착시켜, 토출구(9)를 피복하면, 그 상태에서 노즐 플레이트(12)의 토출구(9)와 반대측에서 자외선 레이저광인 엑시머 레이저광(파장; 174nm)을, 산소 존재 하(단, 산소는 자외광을 흡수해서 오존을 발생하기 때문에, 본 실시예에서는 질소에 대하여 약간의 산소를 첨가했다)에서 노즐(18)의 축 방향을 따라 조사한다.
그렇게 하면, 노즐(18) 내에서는 엑시머 레이저광의 입사광과 반사 미러 (30)에서의 반사광 사이에서 간섭이 일어나고, 간섭 스트라이프(간섭 패턴)가 생긴다. 그리고, 이 간섭 스트라이프로 노즐(18) 내의 플라즈마 중합막(발액막(10))이 노광되므로, 플라즈마 중합막은 부분적으로 노광되게 된다. 즉, 이 플라즈마 중합막에는 간섭 스트라이프에 의해서 링 형상의 노광부와 비노광부가 예를 들면 약 0.2μm 피치로 교대로 형성되게 된다.
노광부에서는, 실리콘 수지로 이루어지는 플라즈마 중합막 중의 측쇄인 알킬기나 아릴기가 엑시머 레이저광에 의해서 파괴되고, 분위기 중의 산소가 수용됨으로써, 최종적으로는 친수성(친액성)인 SiO2를 형성하게 된다. 따라서, 도 4(b)에 나타내는 바와 같이 노즐(18) 내에 있어서 노광부에서는 산소가 도입됨으로써 친액화하여 친액부(11a)가 된다. 한편, 비노광부에서는 플라즈마 중합막(발액막(10))인 채, 즉 발액부(11b)로서 그대로 유지된다. 따라서, 이와 같이 친액부(11a)와 발액부(1lb)가 교대로 존재함으로써, 이 노즐(18) 내의 플라즈마 중합막은 액상체에 대한 전진 접촉각이 비교적 크고, 또한 후퇴 접촉각이 작아진다.
즉, 친액부(1la)와 발액부(1lb)가 교대로 존재하고 있으면, 이 노즐(18) 내를 액상체가 이동할 때, 그 전진측에서는 주로 발액부(11b)에 머물면서 이들 발액부(1lb) 사이의 친액부(1la) 위를 순식간에 이동하기 때문에 전진 접촉각이 커지는 경향이 있고, 한편 후퇴측에서는 친액부(1la)로 이끌림으로써 후퇴 접촉각이 작아지는 경향이 있기 때문이다. 따라서, 후퇴 접촉각과 전진 접촉각의 차가 커짐으로 써, 노광 처리 뒤에 얻어지는 막은 본 발명에서의 노즐내 발액막(11)이 된다.
이와 같이 하여, 노즐내 발액막(11)을 형성함에 의한, 본 실시예의 잉크젯 헤드의 제조 방법에 의하면, 친액부(1la)와 발액부(1lb)를 교대로 존재시킴으로써 노즐내 발액막(11)의 후퇴 접촉각과 전진 접촉각의 차를 크게 할 수 있다. 따라서, 얻어지는 잉크젯 헤드는 전술한 것과 같이 그 노즐내 발액막(11)에 의해, 양호한 안정 토출성을 발휘할 수 있게 되고, 이것에 의해 토출량의 안정화를 도모할 수 있게 된다.
(실험예)
상기 제 1 실시예의 방법에 의해, 노즐 플레이트(12)에 노즐내 발액막(11)을 형성했다. 얻어지는 노즐 플레이트(12)에서의 노즐내 발액막(11)의, 액상체에 대한 전진 접촉각과 후퇴 접촉각을 각각 도 3(a) 및 (b)에 나타낸 방법으로 측정해 보았더니, 전진 접촉각이 60˚, 후퇴 접촉각이 20˚이고, 그 차가 40˚였다.
이와 같이 하여 노즐내 발액막(11)을 형성한 노즐 플레이트(12)를 갖는 잉크젯 헤드를 이용하여, 액상체의 토출을 행한 결과, 토출된 액체방울량의 중량 변동, 즉 토출량의 변동이 충분히 작고, 따라서 상기의 노즐내 발액막(11)을 형성한 잉크젯 헤드는 양호한 안정 토출성을 갖고 있는 것이 확인되었다.
(제 2 실시예)
본 실시예에서도, 상기 제 1 실시예와 동일하게 하여, 노즐(18)을 형성한 노즐 플레이트(12)를 준비한다. 또한, 준비할 노즐 플레이트(12)도, 제 1 실시예의 것과 동일하게 했다.
계속하여, 이 노즐 플레이트(12)의 토출구(9)를 형성한 면에 실리콘 수지를 플라즈마 중합시켜, 제 1 실시예와 동일하게 토출구(9)를 형성한 면에 플라즈마 중합막을 두께 0.5μm정도로 형성한다. 그러면, 플라즈마 중합막은 노즐(18)의 토출구(9) 안에까지 돌아들어와 형성되고, 노즐(18)의 내벽면의 상기 토출구(9)의 근방부에도 플라즈마 중합막이 형성된다. 그리고, 이 플라즈마 중합막은 전술한 것처럼 발액막(10)이 된다.
이와 같이 하여 플라즈마 중합막으로 이루어지는 발액막(10)을 형성하면, 이 노즐 플레이트(12)의 발액막(10)측, 즉 토출구(9)측에 이 토출구(9)를 피복하여 반사판(도시 생략)을 설치한다. 반사판으로서는, 예를 들면 표면에 엑시머 레이저광의 파장(174nm) 정도의 미세한 요철 패턴을 갖는 알루미늄제의 것이 매우 적합하게 이용된다. 여기서, 미세한 요철 패턴으로서는, 예를 들면 불규칙한 반점 모양으로, 반사광은 스펙클 패턴을 형성하는 바와 같은 것이 채용된다. 또한, 반사광이 노즐(18)의 내벽의 특정 위치에 결상(結像)하도록, 스트라이프 모양의 홀로그램(예를 들면 키노폼(kinoform))을 채용할 수도 있다.
이와 같이, 반사판을 토출구(9)측의 발액막(10)에 밀착시켜, 토출구(9)를 피복하면, 상기 실시예와 마찬가지로 토출구(9)와 반대측에서 엑시머 레이저광(파장; 174nm)을 산소 존재 하에서 조사한다.
그렇게 하면, 반사판으로부터의 반사광은 요철 패턴에 의해서 난반사를 일으켜 스펙클 패턴을 형성한다. 그리고, 이 스펙클 패턴으로 노광됨으로써, 플라즈마 중합막(발액막(10))은 불균일하게 노광된 것이 되고, 이것에 의해 플라즈마 중합막 에는 노광부, 즉 친액부(1la)와, 비노광부, 즉 발액부(1lb)가 불균일하게 형성되게 된다.
따라서, 이와 같이 친액부(1la)와 발액부(11b)가 불균일하게 존재함으로써, 전술한 바와 같이 이 노즐(18) 내의 플라즈마 중합막은 액상체에 대한 전진 접촉각이 비교적 크고, 또한 후퇴 접촉각이 작아진다. 즉, 친액부(11a)와 발액부(1lb)가 불균일하게 존재하고 있으면, 이 노즐(18) 내를 액상체가 이동할 때, 그 전진측에는 주로 발액부(11b)에 머물면서 이들 발액부(11b) 사이의 친액부(11a) 위를 순식간에 이동하기 때문에, 전진 접촉각이 커지는 경향이 있고, 한편 후퇴측에서는 친액부(1la)에 끌려감으로써 후퇴 접촉각이 작은 경향이 있기 때문이다. 따라서, 후퇴 접촉각과 전진 접촉각의 차가 커짐으로써, 노광 처리 뒤에 얻어지는 막은 본 발명에서의 노즐내 발액막(11)이 된다.
이와 같이 하여 노즐내 발액막(11)을 형성하는 것에 의한, 본 실시예의 잉크젯 헤드의 제조 방법에 의하면, 친액부(1la)와 발액부(1lb)를 불균일하게 존재시킴으로써 노즐내 발액막(11)의 후퇴 접촉각과 전진 접촉각의 차를 크게 할 수 있다. 따라서, 얻어지는 잉크젯 헤드는, 전술한 것처럼 이 노즐내 발액막(11)에 의해, 양호한 안정 토출성을 발휘할 수 있게 되고, 이에 따라 토출량의 안정화를 꾀할 수 있게 된다.
(제 3 실시예)
본 실시예에서도, 상기 제 1 실시예와 마찬가지로 하여, 노즐(18)을 형성한 노즐 플레이트(12)를 준비한다. 또한, 준비할 노즐 플레이트(12)도, 제 1 실시예 의 것과 동일하게 했다.
계속하여, 이 노즐 플레이트(12)의 토출구(9)를 형성한 면에 실리콘 수지를 플라즈마 중합시켜, 제 1 실시예와 마찬가지로 토출구(9)를 형성한 면에 플라즈마 중합막을 두께 0.5μm 정도로 형성한다. 그렇게 하면, 플라즈마 중합막은 노즐(18)의 토출구(9) 안에까지 돌아들어와 형성되고, 노즐(18)의 내벽면의 상기 토출구(9)의 근방부에도 플라즈마 중합막이 형성된다. 그리고, 이 플라즈마 중합막은 전술한 것처럼 발액막(10)이 된다.
이와 같이 하여 플라즈마 중합막으로 이루어지는 발액막(10)을 형성하면, 반사 미러나 반사판을 사용하지 않고, 그대로의 상태로 토출구(9)와 반대측으로부터 초단 펄스 레이저광(펨토 초(秒) 레이저)을, 산소 존재 하에서 노즐(18)의 축방향을 따라 조사한다.
그렇게 하면, 플라즈마 중합막(발액막(10))은 큰 에너지로 순간적으로 노광됨으로써, 예를 들면 스트라이프 모양으로 노광되는 등 불균일하게 노광된다. 그리고, 이에 따라 플라즈마 중합막에는 노광부, 즉 친액부(1la)와, 비노광부, 즉 발액부(11b)가 불균일하게 형성되게 된다.
따라서, 상기 제 2 실시예와 마찬가지로 친액부(1la)와 발액부(1lb)가 불균일하게 존재함으로써, 전술한 것처럼 이 노즐(18) 내의 플라즈마 중합막은 액상체에 대한 전진 접촉각이 비교적 크고, 또한 후퇴 접촉각이 작아진다. 따라서, 후퇴 접촉각과 전진 접촉각의 차가 커지기 때문에, 노광 처리 후에 얻어지는 막은 본 발명에서의 노즐내 발액막(11)이 된다.
이와 같이 하여 노즐내 발액막(11)을 형성하는 것에 의한, 본 실시예의 잉크젯 헤드의 제조 방법에 의하면, 친액부(1la)와 발액부(1lb)를 불균일하게 존재시킴으로써 노즐내 발액막(11)의 후퇴 접촉각과 전진 접촉각의 차를 크게 할 수가 있다. 따라서, 얻어지는 잉크젯 헤드는 전술한 바와 같이 그 노즐내 발액막(11)에 의해, 양호한 안정 토출성을 발휘하게 되고, 이것에 의해 토출량의 안정화를 도모할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 한 각종 변경이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시예에서 노즐 플레이트(12)의 노즐(18) 내에 레이저광을 조사할 때에, 도 5에 나타내는 것처럼 레이저 광원(31)과 노즐 플레이트(12) 사이에 렌즈 어레이(집광 렌즈)(32)를 배치하고, 이 렌즈 어레이(32)에 의해서 레이저광을 노즐 플레이트(12)의 노즐(18) 내에 집광시키도록 해도 좋다. 즉, 레이저 광원(31)으로부터 광학 렌즈계(33)를 통하여 렌즈 어레이(32)에 평행광을 입사시켜, 이 렌즈 어레이(32)로 노즐 플레이트(12)의 각 노즐(18)에 각각 집광시키도록 해도 좋다.
이와 같이 하면, 렌즈 어레이(32)에 의해서 레이저광을 노즐(18) 내에 집광시킴으로써, 노광 효율을 높여, 예를 들면 노광 시간을 단축하거나 혹은 노광도를 올릴 수 있다.
또한, 특히 에너지 분포를 갖지 않고 발액막에 대해서 에너지를 부여하고, 부여하는 장소를 연속적 혹은 단속적으로 이동시킴으로써 발액부, 친액부를 형성할 수도 있다. 구체적으로는, 미소 미러(예를 들면, 5미크론 각(角))에 집광한 저출 력의 초단 펄스 레이저를 상기 발액막에 조사함과 동시에, 상기 미소 미러의 각도를 바꿔가면서 조사함으로써, 노즐 내에 발액부의 패턴과 친액부의 패턴을 형성할 수 있다.
이와 같이 하면, 친액부와 발액부가 혼재함으로써, 노즐내 발액막은 액상체에 대한 전진 접촉각이 비교적 크고, 또한 후퇴 접촉각이 작아진다. 따라서, 후퇴 접촉각과 전진 접촉각의 차가 커져서 양호한 안정 토출성을 발휘하고, 토출량이 안정화된다.
이상의 설명에 따르면, 본원 발명은 양호한 안정 토출성을 갖는 잉크젯 헤드의 제조 방법 및 잉크젯 헤드를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (14)

  1. 액상체를 수용하는 캐비티와, 이 캐비티에 연통하는 노즐을 갖고, 상기 캐비티와 반대측의 노즐 개구를 토출구로 하여, 상기 캐비티 내에 수용된 액상체를 상기 노즐의 토출구로부터 토출하는 잉크젯 헤드의 제조 방법으로서,
    상기 노즐의 내벽면의 상기 토출구 근방부에, 토출하는 액상체에 대한 후퇴 접촉각과 전진 접촉각의 차(差)가 커지는 친액막과 발액막이 교대로 존재하는 노즐내 발액막(撥液膜)을 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐이 노즐 플레이트에 형성되어 이루어지고, 상기 노즐의 내벽면의 상기 토출구 근방부에 발액막을 형성하는 공정과, 상기 발액막의 일부에 에너지를 부여하여 발액성을 변화시켜 상기 노즐내 발액막을 형성하는 공정을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐이 노즐 플레이트에 형성되어 이루어지고, 상기 노즐의 내벽면의 상기 토출구 근방부에 발액막을 형성하는 공정과, 상기 발액막의 일부에 에너지 분포를 부여하여 발액성을 변화시켜 상기 노즐내 발액막을 형성하는 공정을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조 방법.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 에너지는 광(光)인 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 에너지 분포는 코히어런트(coherent)광의 간섭을 사용하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조 방법.
  6. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 발액막은 실리콘 수지를 이용한 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 발액막은 상기 노즐 플레이트의 상기 토출구측에 실리콘 수지를 플라즈마 중합시켜 형성한 플라즈마 중합막인 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 발액성의 변화는 실리콘 수지에 대한 자외선의 조사(照射)에 의해 일어나는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조 방법.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 발액성을 변화시켜 상기 노즐내 발액막을 형성하는 공정은, 상기 토출구를 피복하여 반사 미러를 설치하고, 상기 토출구와 반대측으로부터 노즐 내에 산소 존재 하에서 자외선 레이저광을 조사하고, 이 자외선 레이저광의 입사광과 상기 반사 미러에서의 반사광 사이에서 간섭을 일으키게 하여 이 간섭 패턴으로 상기 발액막을 노광하고, 상기 노즐내 발액막을 형성하는 공정을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조 방법.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 발액성을 변화시켜 상기 노즐내 발액막을 형성하는 공정은, 상기 토출구를 피복하여 표면에 요철을 갖는 반사판을 설치하고, 상기 토출구와 반대측으로부터 노즐 내에 산소 존재 하에서 자외선 레이저광을 조사하고, 이 자외선 레이저광을 상기 반사판으로 반사시켜 이 반사광으로 상기 플라즈마 중합막을 노광하고, 상기 노즐내 발액막을 형성하는 공정을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조 방법.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 발액성을 변화시켜 상기 노즐내 발액막을 형성하는 공정은, 상기 토출구와 반대측으로부터 노즐 내에 산소 존재 하에서 초단(超短) 펄스 레이저광을 조 사하고, 이 초단 펄스 레이저광으로 상기 플라즈마 중합막을 노광하고, 상기 노즐내 발액막을 형성하는 공정을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조 방법.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기의 노즐 내에 레이저광을 조사할 때에, 레이저 광원과 상기 노즐 사이에 집광 렌즈를 배치하고, 이 집광 렌즈에 의해서 레이저광을 노즐 내에 집광시키는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조 방법.
  13. 노즐 내벽면의 토출구 근방부에, 토출하는 액상체에 대한 후퇴 접촉각과 전진 접촉각의 차가 커지는 친액막과 발액막이 교대로 존재하는 노즐내 발액막이 형성된 잉크젯 헤드.
  14. 삭제
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