(57)【要約】【課題】  表面に撥インク層が形成されたオリフィスプレートを有してなるインクジェットヘッドを作成することができ、又、ノズル内に撥インク層を形成しない簡略的なインクジェットヘッドを作成することを可能とする。【解決手段】  撥水膜形成をオリフィスプレート表面にのみ行なうために予めオリフィスプレート裏面側（ノズル内部を含む）に低融点金属（融点２５０℃以下程度）を成膜し、撥水膜コーティングを行なう。撥水膜コーティング後、撥水膜焼成及び低融点金属融解除去を兼ねた焼成を行なう。【選択図】  図１
2007190760.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に撥インク層が形成されたオリフィスプレートを有してなるインクジェットヘッドの製造方法において、
シート状材料にノズルを形成しオリフィスプレートとする工程と、
オリフィスプレートのインク室側より低融点金属を成膜する工程と、
オリフィスプレートに撥インク膜材料を塗布する工程と、
オリフィスプレートを低融点金属が軟化する温度以上に熱処理する工程と
を含むことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記低融点金属が少なくともＩｎ，Ｓｎのいずれかを含む金属材料であることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記熱処理後に酸処理もしくは電解研磨処理を行なうことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインクジェットヘッドの製造方法に関する。詳しくは、オリフィスプレート表面に撥インク層を有し、インク液滴を吐出させるノズル内においては撥インク層が形成されていないオリフィスプレートを有するインクジェットヘッドに関するものである。特に、ノズル内におけるインクメニスカスを安定に保ち、インク液滴が吐出された際においても、オリフィスプレート表面が汚れにくく、優れた吐出性能が得られるインクジェットヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットヘッドは、ノズル及びインク室内にインクを満たして正の圧力を付与し、インクをインク室から押し出し、続いてインク室内を負の圧力とすることによりインクをノズル内に引き戻し、押し出したインクを引きちぎることにより、ノズルからインク液滴を吐出する。インク液滴が吐出した後、インクを吐出するために掛けた圧力がインクを吐出した後も残留して振動するため、メニスカスは振動する。この振動は数回繰り返されると、次第に減衰してメニスカスが安定することにより次の吐出が可能となる。吐出した後のメニスカスが安定する時に、ノズル内の内周方向でのメニスカス位置がインク吐出の度に変化してしまうと次のインク液滴吐出の際に変化した部位において吐出するインク液滴が、オリフィスプレートに引っ張られてしまうことにより、吐出のタイミングがずれてしまう、吐出方向が曲がってしまう、インク液滴吐出の時にインク液滴が飛び散ってしまうことがあった。また、吐出した後にオリフィスプレート表面側にインクが濡れ拡がり、吐出する前に対してメニスカス位置が変化することにより安定した吐出ができないことがあった。
【０００３】
インク液滴の吐出が不安定になるのを避けるために、オリフィスプレート表面にのみ撥インク層を形成することが行われている。オリフィスプレート表面を撥インク処理すると、インクのメニスカスが吐出口から外に出ても、インクがオリフィスプレート上に溢れ出たり、濡れ拡がったりするのを防ぐことができる。
【０００４】
オリフィスプレート表面を撥インク処理する際に、撥インク層形成部位の境界部をノズルエッヂ部位とすることが吐出方向の安定化をはかる上で極めて重要である。
【０００５】
撥インク層をオリフィスプレート表面側にのみ形成する方法としては、特許文献１に記載されているようにオリフィスプレート表面側より撥インク剤を塗布した後に、オリフィスプレート裏面側よりアッシング処理することによりノズル内部に入り込んだ撥インク剤を除去もしくは、親水性に変質させるものが知られている。また、特許文献２に記載されているようにノズル内部に撥インク性材料が浸入するのを防ぐ方法として、固体あるいは半固体状の撥インク性材料をオリフィスプレート表面に接触させ転写する方法が知られている。さらには、特許文献３に記載されているようにオリフィスプレートのノズル内部にレジスト部材を充填することによりノズル内部に撥インク膜が形成されないようにした後に撥インク層を形成し、レジスト部材を除去することによる方法が知られている。
【特許文献１】特開２００１−２６０３６２号公報
【特許文献２】特開平６−４００３９号公報
【特許文献３】特開平９−１３１８８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の撥インク層を形成したオリフィスプレートを有するインクジェットヘッド製造方法としては、オリフィスプレート表面にのみ撥インク層を形成するために撥インク膜材料を塗布した後にアッシング処理を行なうなどの工程を必要とし、オリフィスプレート表面とノズル内部の境界部では、撥インク膜材料境界部を形成することが難しかった。また、撥インク膜材料をノズル表面にのみ形成する方法として固形の撥インク膜材料を用いて撥インク膜を形成することがあったが、十分な撥インク性を有するものが無く、安定したインク吐出性能を満たすことが困難であった。さらには、撥インク膜形成ののち新たにノズル内部充填部材を除去する工程が必要であった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題は下記の本発明によって解決された。
【０００８】
（１）表面に撥インク層が形成されたオリフィスプレートを有してなるインクジェットヘッドにおいて、シート状材料にノズルを形成しオリフィスプレートとする工程と、オリフィスプレートのインク室側より低融点金属を成膜する工程と、オリフィスプレートに撥インク膜材料を塗布する工程と、オリフィスプレートを低融点金属が軟化する温度以上に熱処理する工程と、を含むことを特徴とするインクジェットヘッド製造方法。
【０００９】
（２）（１）に記載のインクジェットヘッド製造方法において、前記低融点金属が少なくともＩｎ，Ｓｎのいずれかを含む金属材料であることを特徴とするインクジェットヘッド製造方法。
【００１０】
（３）（２）に記載のインクジェットヘッド製造方法において、前記熱処理後に酸処理もしくは電解研磨処理を行なうことを特徴とするインクジェットヘッド製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明によれば表面に撥インク層が形成されたオリフィスプレートを有してなるインクジェットヘッドを作成することができる。また、ノズル内に撥インク層を形成しない簡略的なインクジェットヘッドを作成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。
【００１３】
本発明のインクジェットヘッドでは、シート状材料からなるオリフィスプレートを有し、シート状材料としては、金属シート材料もしくはポリイミド，ポリエーテルスルホンなどの高耐熱性樹脂からなるシート材料が挙げられる。金属シートとしては、ＳＵＳシート，Ｎｉシート，Ａｌシートなどさまざまなものが挙げられ、オリフィスプレートとしては制約されるものではないが、金属シートにノズルを形成する観点から、Ｎｉシートが好ましい。高耐熱性樹脂としては、ポリイミド，ポリエーテルスルホン，ポリスルホンなどがあげられるが、耐熱性およびシート加工性の観点からポリスルホンが好ましい。シート上材料にノズルを形成し、オリフィスプレートとする。オリフィスプレート裏面側より低融点金属材料を成膜する。成膜する前にオリフィスプレート上に付着した異物，油分などを除去する為に水，洗剤，有機溶媒を用いて十分に洗浄しておくと良い。このとき、ノズル内部にも低融点金属が成膜され十分に密着するようにノズル内部洗浄を行ない、ノズル内部洗浄手段の一つとして超音波洗浄を行なうと良い。オリフィスプレートを洗浄した後、十分に乾燥させてから低融点金属を成膜する。低融点金属成膜として具体的には、ＩｎもしくはＳｎが挙げられ、成膜方法としては蒸着成膜方法もしくは、スパッタ成膜方法があげられる。オリフィスプレート表面のノズル近傍にＩｎ膜が成膜されにくいことからＩｎを蒸着成膜により成膜を行なう。Ｉｎ膜の膜厚としては、０．０１〜１．０μｍの範囲が適当であるが、ピンホールの有無、撥インク材料塗布後の熱処理の観点から０．１〜０．５μｍであることが好ましい。成膜処理の際にはノズル内部に十分に低融点金属が成膜され、尚且つオリフィスプレート表面側に低融点金属が成膜されないことが好ましいことから、オリフィスプレートを冶具に固定し、成膜する。冶具への固定は、オリフィスプレート表面を冶具側に向い合うようにした上でオリフィスプレート外周部全周を固定することによりオリフィスプレート表面が冶具に密着するようにする。オリフィスプレート裏面及びノズル内部に低融点金属を成膜した後に撥インク材料を塗布する。塗布する前にオリフィスプレート表面上に付着した異物，汚れなどを除去する為に水，洗剤，有機溶媒を用いて十分に洗浄しておくと良い。このとき、オリフィスプレート裏面及びノズル内部の低融点金属に対してダメージを与え剥離しないように洗浄を行ない、オリフィスプレート表面の異物，汚れを除去する。オリフィスプレートを洗浄した後、十分に乾燥させてから撥インク材料の塗布を行なう。塗布方法としてはディップコート、スピンコート、バーコート、スプレーコートなどの様々な方法が挙げられるが、均一に簡易的に塗布できることからディップコート法が好ましい。容器にオリフィスプレートが十分に浸るだけの撥インク材料を入れ、この中にオリフィスプレートを液面に対して垂直になるように浸す。浸した後、所定速度でオリフィスプレートを引き上げる。引上げ速度は、撥インク材料の固形分濃度、溶媒、温度などにより調整し、表面ムラが生じないようにする。オリフィスプレートを引き上げた後に、暫らく放置し乾燥させる。撥インク材料をオリフィスプレート表面に密着させるた��に熱処理を行なう。熱処理方法としては、ホットプレート、オーブンなどがあるが、簡易的に加熱処理できることからオーブンによる熱処理方法が好ましい。熱処理に際しては、オリフィスプレート表面側を上面として裏面側を下面となる様にして熱処理を行なう。熱処理温度は、オリフィスプレート裏面及びノズル内部に成膜した低融点金属の融点以上で尚且つ撥インク材料の焼成温度上限が好ましい。詳しく述べるのであれば、低融点金属としてＩｎを成膜した場合は、熱処理時に軟化した低融点金属がオリフィスプレート表面側へと付着しないように注意する。具体的にはＳＵＳメッシュシート上にオリフィスプレート裏面側が接するようにオリフィスプレートを設置し、オーブン中において２００℃以上に加熱する。加熱温度と時間は撥インク材料により異なるが、例えば、サイトップ（登録商標）である場合、２００℃１時間加熱するのが好ましい。これによりオリフィスプレート裏面及びノズル内部に塗布された撥インク材料が低融点金属材料の液化とともに除去もしくは加熱による低融点金属と撥インク材料混合による変質が生じ、オリフィスプレート裏面及びノズル内部が親インク性へと変化する。
【００１４】
熱処理により変化したオリフィスプレート裏面及びノズル内部の親インク性が十分ではない場合、もしくはインクジェットヘッドに装着する上で必要である場合、オリフィスプレートを酸処理もしくは電解研磨処理しても構わない。酸処理もしくは電解研磨処理を行なうことによりオリフィスプレート裏面及びノズル内部に残っている低融点金属もしくは、低融点金属と撥インク材料混合物付着層を除去する。酸処理を行なう場合、オリフィスプレート裏面に形成した低融点金属膜が容易に溶解除去できるような酸性薬液を用いることが好ましい。具体的には、塩酸−塩化第二鉄混合液に浸すことにより除去できる。塩酸−塩化第二鉄混合液としては、１０ｗｔ％塩化第二鉄ＦｅＣｌ3水溶液を１０ｍｌ調整した後にさらに塩酸ＨＣｌを１ｍｌ添加した混合し、混合液とした。混合液中にオリフィスプレートを浸漬しＩｎ膜を完全に除去した。オリフィスプレートを酸処理した後に、水及び洗剤で十分に洗浄した。洗浄したオリフィスプレートを用いてインクジェットヘッド組立を行ない、撥インク膜をオリフィスプレート表面に有する吐出安定性の高いインクジェットヘッドを組立てた。
【００１５】
具体例として図１に金属シートから撥インク層を有するオリフィスプレート形成までの工程を示した。オリフィスプレートはＮｉシートからなり、Ｎｉシートにノズル穴を形成する。ノズル穴を形成したオリフィスプレートの裏面側よりＩｎ膜を蒸着法により成膜する。Ｉｎ膜成膜時にオリフィスプレートを蒸着源に対して傾斜させながら回転させてＩｎ膜を成膜することにより、オリフィスプレート裏面及びノズル内部にＩｎ膜が形成される。Ｉｎ膜を成膜したオリフィスプレートに撥インク材料を塗布する。撥インク材料としてはフッ素系コーティング材料を塗布し、塗布方法としてはディップ法により塗布する。塗布膜厚の調整は、材料濃度とディップコート時の引上げ速度により可能であるが、撥インク膜のムラ及び膜厚より決定する。膜厚としては特に規定されるものではないが、５０〜３００Åとなるように塗布する。撥インク材料塗布後、オリフィスプレート表面が十分に乾燥した後に、オーブン中にて熱処理を行なう。熱処理を行なう際に、♯２０００以上のＳＵＳメッシュシート上にオリフィスプレート裏面が接するように設置し、２００℃で６０分間オーブン中に放置する。熱処理によりオリフィスプレート表面の撥インク材料は乾燥、密着し、撥インク膜として形成され、オリフィスプレート裏面及びノズル内部のＩｎ膜はＳＵＳメッシュシートへと吸収され、オリフィスプレート裏面及びノズル内部は親インク性となった。熱処理後、オリフィスプレートをＳＵＳメッシュシートより取り外し、撥インク層が形成されたオリフィスプレートが得られる。１は金属シートであり、Ｎｉ圧延シートである。Ｎｉシートとしての厚さは、ヘッド特性などに依存するものであるが、ノズル形成、インク液滴の吐出安定のためには５０〜５００μｍの厚みを有することが好適である。２はオリフィスプレートであり、金属シートであるＮｉ圧延シートにノズル形成を行なったもの、樹脂シートであるポリサルフォンにノズル形成を行なったものである。ノズル形成後のオリフィスプレート表面は撥インク層形成のために、異物，油分などの付着物が無いことが好ましい。異物、油分などの付着物除去方法としては、水、洗剤、有機溶媒による洗浄があり、ノズル内についても除去する観点から超音波洗浄などを行なうことが好ましい。３はノズルである。ノズル形成方法としては、プレス加工、エッチング加工、レーザー加工などのさまざまな方法があるが、特に制約されるものではない。４は低融点金属であり、オリフィスプレート裏面側より成膜処理を行ない成膜する。低融点金属としては、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｉｎ・Ｓｎを含む合金材料などがある。成膜処理としては、スパッタ法、蒸着法が挙げられるが、オリフィスプレート表面側のノズル部近傍への低融点金属付着を考慮するのであれば、蒸着法が好ましい。５は蒸着時の低融点金属材料の成膜を示している。６は撥インクコート層である。オリフィスプレート裏面及びノズル内部に低融点金属膜が形成されている状態でコーティング法により形成することで、オリフィスプレート表面上及び低融点金属膜上に形成される。７は加熱処理後にオリフィスプレート表面上に形成された撥インク層である。オリフィスプレート表面上に形成された撥インク材料は、加熱���理によりオリフィスプレート表面に固定化される。８は親インク化した低融点金属と撥インク材料の混合層である。低融点金属が加熱により軟化、流動することにより十分に除去できた場合は、２のオリフィスプレートが露出するが、加熱処理により撥インク材料と低融点金属が融合することで親インク化したものであっても構わない。オリフィスプレート裏面及びノズル内部の親インク性に応じて加熱処理後のオリフィスプレートを酸処理もしくは電解研磨処理することにより８の低融点金属と撥インク材料の混合層を除去しても良い。簡易的であることから塩酸−塩化第二鉄系の混合液での酸処理を行なうことにより低融点金属と撥インク材料の混合層を除去し、オリフィスプレート表面の撥インク性を低下させること無く、２のオリフィスプレート面を露出させることが可能である。
【００１６】
このようにして形成された撥インク層を有するオリフィスプレートを用いて組立てたインクジェットヘッドは、吐出特性が安定なインクジェットヘッドである。
【００１７】
以下実施例をもって本発明を更に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
オリフィスプレートに用いる金属シートとして厚さ１００μｍのＮｉシートを用意した。Ｎｉシートをインクジェットヘッドサイズに合わせてエッチング加工し、オリフィスプレートサイズへと小片化した。小片化したＮｉシートに対してプレス加工によりノズル形成を行なった。ノズル加工した後、ノズルエッヂ部のバリを除去するためにＮｉシートのバリ取り加工処理を行なった。バリ取り加工処理後、オリフィスプレートをアルカリ系洗剤セミクリーンKＧ（横浜油脂工業社製。セミクリーンは登録商標。）の３％水溶液、２−プロパノールを用いて洗浄を行なった。ノズル内異物を除去するために、それぞれの溶媒について超音波洗浄を行ない、薬液残留が無いように純水での超音波洗浄についても実施した。十分に純水でのリンス洗浄を行なった後に、２−プロパノールのベーパー乾燥処理を行ない、ノズル形成されたオリフィスプレートを得た。
【００１９】
オリフィスプレートを表面が冶具と向き合うように置き、成膜冶具にセットした。オリフィスプレート表面のノズル近傍にＩｎ膜が形成されないように冶具表面にオリフィスプレート表面が密着するようにオリフィスプレート外周部をオリフィスプレート受け具に固定した上で、成膜処理を行なった。オリフィスプレート裏面およびノズル内部にＩｎ膜を成膜するために、スパッタ成膜装置を用いてＩｎスパッタ成膜を行なった。Ｉｎスパッタ成膜は、オリフィスプレート裏面のＩｎ膜厚が０．５μｍとなるように成膜を行ない、ノズル内部にもＩｎ膜が形成されるようにターゲットの近傍にサンプルを静置した。
【００２０】
成膜した後、オリフィスプレートを成膜冶具より取り外し、オリフィスプレートオリフラ側端部をディップコート用固定冶具で固定した。ディップコーターを用いてフッ素系コーティング材料サイトップＣＴＬ−８０９（旭硝子社製。サイトップは登録商標。）をディップコートした。コーティング膜厚が約０．１μｍとなる様に引上げ速度を調整し、コーティングを行なった。
【００２１】
コーティング後、ディップコート用固定冶具よりオリフィスプレートを取外し、オリフィスプレート裏面がＳＵＳメッシュシートに接するようにＳＵＳメッシュシートを敷いたオーブントレー上に置き、２００℃６０ｍｉｎオーブン中で加熱処理した。加熱処理によりコーティング面を十分に乾燥させ、サイトップをオリフィスプレート表面に固定化した。次いで、ＳＵＳメッシュシートよりオリフィスプレートが変形しないように注意しながら取外した。取外した後に、オリフィスプレートを洗浄した。洗浄としては、ノニオン系洗剤セミクリーン５％水溶液中で超音波洗浄した後に十分にリンスを行ない、ブロー乾燥した。
【００２２】
乾燥させた撥インク層形成オリフィスプレートを用いてインクジェットヘッドを作成した。
【００２３】
このようにして、表面に撥インク層を有するインクジェットヘッドを得た。インクを充填し、インクを吐出させたところ、安定したインク液滴の吐出ができた。
【実施例２】
【００２４】
実施例１と同様にしてノズル形成されたオリフィスプレートを得た。
【００２５】
洗浄されたオリフィスプレートを表面が冶具と向き合うように置き、成膜冶具にセットした。オリフィスプレート表面のノズル近傍にＳｎ膜が形成されないように冶具表面にオリフィスプレート表面が密着するようにオリフィスプレート外周部をオリフィスプレート受け具に固定した上で、成膜処理を行なった。オリフィスプレート裏面およびノズル内部にＳｎ膜を成膜するために、スパッタ成膜装置を用いてＳｎスパッタ成膜を行なった。Ｓｎスパッタ成膜は、オリフィスプレート裏面のＳｎ膜厚が０．７μｍとなるように成膜を行ない、ノズル内部にもＳｎ膜が形成されるようにターゲットの近傍にサンプルを静置した。
【００２６】
成膜した後、オリフィスプレートを成膜冶具より取り外し、オリフィスプレートオリフラ側端部をディップコート用固定冶具で固定した。ディップコーターを用いてフッ素系コーティング材料サイトップＣＴＬ−８０９（旭硝子社製）をディップコートした。コーティング膜厚が約０．１μｍとなる様に引上げ速度を調整し、コーティングを行なった。
【００２７】
コーティング後、ディップコート用固定冶具よりオリフィスプレートを取外し、オリフィスプレート裏面がＳＵＳメッシュシートに接するようにＳＵＳメッシュシートを敷いたオーブントレー上に置き、２４０℃３０ｍｉｎオーブン中で加熱処理した。加熱処理によりコーティング面を十分に乾燥させ、サイトップをオリフィスプレート表面に固定化した。次いで、ＳＵＳメッシュシートよりオリフィスプレートが変形しないように注意しながら取外した。取外した後に、オリフィスプレートを洗浄した。洗浄としては、ノニオン系洗剤セミクリーン５％水溶液中で超音波洗浄した後に十分にリンスを行ない、ブロー乾燥した。
【００２８】
乾燥させたオリフィスプレートを塩化鉄（III）−塩酸混合液に浸漬し、オリフィスプレート裏面に残留したＳｎ・サイトップ混合層を除去した。浸漬時間は、２ｍｉｎとした。塩化鉄（III）−塩酸混合液に浸漬したオリフィスプレートを純水流水中で十分に洗浄した。洗浄した後、ブロー乾燥した。
【００２９】
乾燥させた撥インク層形成オリフィスプレートを用いてインクジェットヘッドを作成した。
【００３０】
このようにして、表面に撥インク層を有するインクジェットヘッドを得た。インクを充填し、インクを吐出させたところ、安定したインク液滴の吐出ができた。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】金属シートから撥インク層を有するオリフィスプレート形成までの工程を示した図。
【符号の説明】
【００３２】
１  金属シート
２  オリフィスプレート
３  ノズル
４  低融点金属
５  低融点金属成膜
６  撥インクコート層
７  撥インク層
８  低融点金属・撥インク材料混合層
【図１】
2007190760.tif 000003