JPH06328698A - インクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 主鎖に環状構造を有する含フッ素共重合体撥
水剤に紫外線吸収剤を加えたものを用いて吐出部周辺の
基材上に撥水膜を形成し、その撥水膜における１９３ｎ
ｍ、２４８ｎｍおよび／または３０８ｎｍの波長の紫外
線吸収が大きくなるようにする。 【効果】 撥水膜の厚さに無関係に、エキシマレーザー
によるインク吐出部の穴加工が容易となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】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
・飛翔される記録ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録ヘッドにおいては、
吐出口の周辺部に記録液の液溜りが生じると安定な吐出
が行なわれなくなることが知られている。この問題を解
決するために、少なくとも吐出口周辺部に撥水処理を施
すことによって、インクをはじく撥水処理層を形成する
という提案が従来より数多く出されている。

【０００３】また、インクジェット記録ヘッド法を実施
する場合には、たとえ吐出口周辺が撥水処理を施されて
いたとしても、そのヘッドは常に記録液と接しているた
め、ポリウレタンフォームなどの吸収体でそのオリフィ
ス面を拭き、付着したインクを吸い取ったり、あるいは
ゴムブレードによって掻き取ったりする必要がある。従
って、インクジェット記録ヘッドには拭きに対する耐久
性が必要であり、例えば特願平２−１９３６８６にある
ように、環状構造を有する含フッ素共重合体（サイトッ
プ；旭硝子（株））などを撥水剤として使用する。

【０００４】図１に撥水処理を施したインクジェット記
録ヘッドを示す。図１ａ中、液室、流路および吐出口面
の一体成形によって作製された溝付天板３には、撥水剤
であるサイトップ塗布およびそれに続く熱硬化により撥
水膜１が形成されている。図１ｂは、図１ａの吐出口形
成面裏側（流路側）から吐出口形成面に向かってエキシ
マレーザーを照射することによって吐出口４を形成した
溝付天板と、記録液を吐出口より吐出させるための手段
である発熱体を有する基板５とを接着して作製したヘッ
ドの図である。ここで、溝付天板３の素材としては、成
形性、耐インク性を考慮してポリサルフォンなどが使用
される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらサイトッ
プは、波長１９３ｎｍ、２４８ｎｍおよび３０８ｎｍの
紫外領域の光をほとんど吸収せず、９５％以上透過して
しまうため、エキシマレーザーによる加工で吐出口を形
成するのには適さない。そこで、実際の穴加工はポリサ
ルフォンが飛散する際の力でサイトップを吹き飛ばすこ
とによって行なわれる。従って、サイトップの層厚が大
きい場合には、穴加工ができないという問題や、サイト
ップと基材との界面にはがれが生じる問題などが生じ、
サイトップの厚さを２μｍ以下に制御する必要がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、主鎖に環状構
造を有する含フッ素共重合体である撥水剤から成る撥水
膜が吐出部周辺の基材上に形成されているインクジェッ
ト記録ヘッドにおいて、撥水剤が（１）紫外線吸収剤お
よび／または（２）該撥水剤に紫外線吸収剤が化学結合
した形の化合物を含み、撥水膜が波長１９３ｎｍ、２４
８ｎｍおよび３０８ｎｍのうち少なくとも一つにおいて
示す紫外線吸収率が、該撥水剤のみから成る撥水膜の吸
収率より大きいことを特徴とするインクジェット記録ヘ
ッドおよびその記録ヘッドを搭載したインクジェット記
録装置を提供する。

【０００７】本発明は、特にインクジェット記録方式の
中でも、熱エネルギーを利用して飛翔液滴を形成し、記
録を行なうインクジェット記録方式の記録ヘッド、記録
装置において、優れた効果をもたらすものである。

【０００８】その代表的な構成や原理については、例え
ば、米国特許第４７２３１２９号明細書、同第４７４０
７９６号明細書に開示されており、本発明はこれらの基
本的な原理を用いて行なうものが好ましい。この記録方
式は所謂オンデマンド型、コンティニュアンス型のいず
れにも適用可能である。

【０００９】この記録方式を簡単に説明すると、液体
（インク）が保持されているシートや液路に対応して配
置されている電気熱変換体に、記録情報に対応して液体
（インク）に核沸騰現象を越え、膜沸騰現象を生じるよ
うな急速な温度上昇を与えるための少なくとも一つの駆
動信号を印加することによって、熱エネルギーを発生せ
しめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせる。こ
のように液体（インク）から電気熱変換体に付与する駆
動信号に一対一対応した気泡を形成できるため、特にオ
ンデマンド型の記録法には有効である。この気泡の成
長、収縮により吐出孔を介して液体（インク）を吐出さ
せて、少なくとも一つの滴を形成する。この駆動信号を
パルス形状とすると、即時適切に気泡の成長収縮が行な
われるので、特に応答性に優れた液体（インク）の吐出
が達成でき、より好ましい。このパルス形状の駆動信号
としては、米国特許第４４６３３５９号明細書、同４３
４５２６２号明細書に記載されているようなものをが適
している。なお、上記熱作用面の温度上昇率に関する発
明の米国特許第４３１３１２４号明細書に記載されてい
る条件を採用すると、さらに優れた記録を行なうことが
できる。

【００１０】記録ヘッドの構成としては、上述の各明細
書に開示されているような吐出孔、液流路、電気熱変換
体を組み合わせた構成（直線状液流路または直角液流
路）の他に、米国特許第４５５８３３３号明細書、米国
特許第４４５９６００号明細書に開示されているよう
に、熱作用部が屈曲する領域に配置された構成を持つも
のも本発明に含まれる。

【００１１】加えて、複数の電気熱変換体に対して、共
通するスリットを電気熱変換体の吐出孔とする構成を開
示する特開昭５９年第１２３６７０号公報や熱エネルギ
ーの圧力波を吸収する開孔を吐出部に対応させる構成を
開示する特開昭５９年第１３８４６１号公報に基づいた
構成においても本発明は有効である。

【００１２】さらに、本発明が有効に利用される記録ヘ
ッドとしては、記録装置が記録できる記録媒体の最大幅
に対応した長さのフルラインタイプの記録ヘッドがあ
る。このフルラインヘッドは、上述した明細書に開示さ
れているような記録ヘッドを複数組み合わせることによ
ってフルライン構成にしたものや、一体的に形成された
一個のフルライン記録ヘッドであっても良い。

【００１３】加えて、装置本体に装着されることで、装
置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給
が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッド、あ
るいは記録ヘッド自体に一体的に設けられたカートリッ
ジタイプの記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効で
ある。

【００１４】また、本発明の記録装置に、記録ヘッドに
対する回復手段や、予備的な補助手段などを付加するこ
とは、本発明の記録装置を一層安定にすることができる
ので好ましいものである。これらを具体的に挙げれば、
記録ヘッドに対しての、キャッピング手段、クリーニン
グ手段、加圧あるいは吸引手段、電気熱変換体あるいは
これとは別の加熱素子、あるいはこれらの組み合わせに
よる予備加熱手段、記録とは別の予備吐出モードを行な
う手段を付加することも安定した記録を行なうために有
効である。

【００１５】さらに、記録装置の記録モードとしては黒
色などの主流色のみを記録するモードだけではなく、記
録ヘッドを一体的に構成したものか、複数個の組み合わ
せで構成したものかのいずれでも良いが、異なる色の複
色カラーまたは、混色によるフルカラーの少なくとも一
つを備えた装置にも本発明は極めて有効である。

【００１６】以上、液体インクを用いて説明したが、本
発明では室温で固体状であるインクであっても、室温で
軟化状態となるインクであっても用いることができる。
上述のインクジェット装置ではインク自体を３０℃以上
７０℃以下の範囲内で温度調整を行なってインクの粘性
を安定吐出範囲にあるように温度制御するものが一般的
であるから、使用記録信号付与時にインクが液状をなす
ものであれば良い。

【００１７】加えて、熱エネルギーによるヘッドやイン
クの過剰な昇温をインクの固形状態から液体状態への状
態変化のエネルギーとして使用せしめることで積極的に
防止するかまたは、インクの蒸発防止を目的として放置
状態で固化するインクを用いることもできる。いずれに
しても熱エネルギーの記録信号に応じた付与によってイ
ンクが液化してインク液状として吐出するものや記録媒
体に到達する時点ではすでに固化し始めるものなどのよ
うな、熱エネルギーの付与によって初めて液化する性質
を持つインクの使用も本発明には適用可能である。

【００１８】このようなインクは、特開昭５４−５６８
４７号公報あるいは特開昭６０−７１２６０号公報に記
載されるような、多孔質シートの凹部または貫通孔に液
状または固形物として保持された状態で、電気熱変換体
に対して対向するような形態としても良い。

【００１９】本発明において、上述した各インクに対し
て最も有効なものは、上述した膜沸騰方式を実行するも
のである。

【００２０】図４は、本発明により得られた記録ヘッド
をインクジェットヘッドカートリッジ（ＩＪＣ）として
装着したインクジェット記録装置（ＩＪＲＡ）の一例を
示す外観斜視図である。

【００２１】図４において、２０はプラテン２４上に送
紙されてきた記録紙の記録面に対向してインク吐出を行
なうノズル群を具えたインクジェットヘッドカートリッ
ジ（ＩＪＣ）である。１６はＩＪＣ２０を保持するキャ
リッジＨＣであり、駆動モータ１７の駆動力を伝達する
駆動ベルト１８の一部と連結し、互いに平行に配設され
た２本のガイドシャフト１９Ａおよび１９Ｂと摺動可能
とすることにより、ＩＪＣ２０の記録紙の全幅にわたる
往復移動が可能となる。

【００２２】２６はヘッド回復装置であり、ＩＪＣ２０
の移動経路の一端、例えばホームポジションと対向する
位置に配設される。伝動機構２３を介したモータ２２の
駆動力によって、ヘッド回復装置２６を動作せしめ、Ｉ
ＪＣ２０のキャッピングを行なう。このヘッド回復装置
２６のキャップ部２６ＡによるＩＪＣ２０へのキャッピ
ングに関連させて、ヘッド回復装置２６内に設けた適宜
の吸引手段によるインク吸引もしくはＩＪＣ２０へのイ
ンク供給経路に設けた適宜の加圧手段によるインク圧送
を行ない、インクを吐出口より強制的に排出させること
によりノズル内の増粘インクを除去するなどの吐出回復
処理を行なう。また、記録終了時などにキャッピングを
施すことによりＩＪＣが保護される。

【００２３】３０はヘッド回復装置２６の側面に配設さ
れ、シリコンゴムで形成されるワイピング部材としての
ブレードである。ブレード３０はブレード保持部材３０
Ａにカンチレバー形態で保持され、ヘッド回復装置２６
と同様、モータ２２および伝動機構２３によって動作
し、ＩＪＣ２０の吐出面との係合が可能となる。これに
より、ＩＪＣ２０の記録動作における適切なタイミング
で、あるいはヘッド回復装置２６を用いた吐出回復処理
後に、ブレード３０をＩＪＣ２０の移動経路中に突出さ
せ、ＩＪＣ２０の移動動作に伴ってＩＪＣ２０の吐出面
における結露、濡れあるいは塵埃などを拭き取るもので
ある。

【００２４】

【作用】撥水剤に波長１９３ｎｍ、２４８ｎｍおよび／
または３０８ｎｍの紫外領域の吸収を持たせるには、紫
外線吸収剤を用いる。その際、使用する紫外線吸収剤の
選択および配合比は、撥水剤の種類によって決める。ま
た、紫外線吸収剤の添加方法としては、撥水剤中に分散
（分散タイプ）させても良いし、あるいは撥水剤分子の
末端に化学結合（結合タイプ）させても良い。

【００２５】さらに、吸収を強める紫外領域を上記３領
域のいずれとするかは、使用するエキシマレーザーガス
および加工する物質の種類を考慮して決定する。

【００２６】

【実施例】

（実施例１）レーザーガスとしてＫｒＦガスを使用し、
加工物をポリサリフォンとして、その加工物の性質を考
慮して、２４８ｎｍの吸収を高めるための紫外線吸収剤
を加えた。すなわち、紫外線吸収剤およびその添加方法
を変えて、下記の２種類の撥水剤を製造した。 （１）サイトップに下記の構造の化合物１を分散させた
もの（対固形分で化合物１を１０％含有）

【００２７】

【化１】 （２）サイトップ分子の末端へ縮合反応により紫外線吸
収剤を化学結合させて、下記の構造の化合物２および化
合物３のサイトップ誘導体としたもの。

【００２８】

【化２】

【００２９】

【化３】 このようにして得られた２つの撥水剤の紫外線透過率を
測定して、紫外線吸収剤を含まないサイトップについて
得られた透過率の結果と併せて図２のグラフに示した。
この図から、紫外線吸収剤をサイトップに化学結合させ
た場合に、２４８ｎｍでの透過率が、サイトップのみの
場合と比較して５〜１０％程度低下し、吸収率が向上し
ていることがわかる。

【００３０】次に、下記の手順により、（Ａ）サイトッ
プのみから成る撥水剤を塗布した基材、（Ｂ）サイトッ
プに化合物１を分散させて得られた撥水剤を塗布した基
材、および（Ｃ）サイトップを化学反応により、サイト
ップ誘導体である化合物２および化合物３として得られ
た撥水剤を塗布した基材についてレーザー加工性を評価
した。

【００３１】１）まず、厚さ４０μｍのポリサルフォン
フィルムに撥水剤を厚さ２μｍで塗布した。

【００３２】２）その後、（Ａ）および（Ｃ）に関して
は、１５０℃、１時間の条件で熱硬化を行ない、（Ｂ）
については昇華性があるため室温で１日放置した。

【００３３】３）次に、ポリサルフォン側からエキシマ
レーザーを照射し、穴加工の状況を観察した。

【００３４】結果は図３に模式的に示した。この図に示
したように、（Ａ）では穴加工自体ができず、（Ｂ）お
よび（Ｃ）については穴加工可能であった。ただし、
（Ｂ）と（Ｃ）の加工状態を比較すると、図３のよう
に、（Ｃ）の方が撥水膜部分のエッジがシャープで加工
面の状態が良好であるが、（Ｂ）の場合には基材と撥水
剤との間の界面に剥がれが観察された。

【００３５】なお、本実施例では結合タイプの撥水剤と
して化合物２および化合物３の混合物を用いたが、それ
以外に例えば化合物２のみ、化合物３のみ、一部のサイ
トップを反応させて得られるサイトップ，化合物２およ
び化合物３の３者の混合物の場合なども同様の効果が得
られることは言うまでもない。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、撥水剤に紫外線吸
収剤を添加して紫外線吸収率を向上させることにより、
撥水膜の厚さに関係なく、インクジェット記録ヘッドの
インク吐出部の穴加工が可能となる。これは、撥水剤塗
布の厚さの選択幅を広げ、歩留り向上、稼動率向上など
をもたらすものである。さらに、撥水膜の厚さを大きく
することができることから、基材の材質に関係なく吐出
口形成面の強度を向上させることが可能となり、ブレー
ドこすり、紙ジャムなどに対しても有効なインクジェッ
ト記録ヘッドを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】インクジェット記録ヘッドの概略図であり、
（ａ）は、液室、流路および吐出口面を一体成形して得
られる溝付天板、（ｂ）は、吐出口が形成された（ａ）
の溝付天板を基板と接着させて作製されたヘッドの図で
ある。

【図２】各種撥水膜の紫外線吸収曲線のグラフである。

【図３】各種撥水剤を塗布した基材のレーザー加工性を
模式的に示す図であり、Ａは、撥水剤がサイトップのみ
の場合、Ｂは、撥水剤がサイトップに化合物１を分散さ
せた分散タイプである場合、Ｃは、撥水剤がサイトップ
が紫外線吸収剤と結合した結合タイプである場合の図で
ある。

【図４】本発明のインクジェット記録ヘッドを搭載した
記録装置の１例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 撥水膜 ２ インク供給口 ３ 溝付天板 ４ 吐出口 ５ 基板 ６ 基材 ７ 撥水膜 １６ キャリッジ １７ 駆動モータ １８ 駆動ベルト １９Ａ，１９Ｂ ガイドシャフト ２０ インクジェットヘッドカートリッジ ２２ クリーニング用モータ ２３ 伝動機構 ２４ プラテン ２６ キャップ部材 ３０ ブレード ３０Ａ ブレード保持部材

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主鎖に環状構造を有する含フッ素共重合
   体である撥水剤から成る撥水膜が吐出部周辺の基材上に
   形成されているインクジェット記録ヘッドにおいて、撥
   水剤が（１）紫外線吸収剤および／または（２）該撥水
   剤に紫外線吸収剤が化学結合した形の化合物を含み、撥
   水膜が波長１９３ｎｍ、２４８ｎｍおよび３０８ｎｍの
   うち少なくとも一つの波長において示す紫外線吸収率
   が、該撥水剤のみから成る撥水膜の吸収率より大きいこ
   とを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 【請求項２】 波長２４８ｎｍでの撥水膜の紫外線吸光
   率が１０％以上である、請求項１に記載のインクジェッ
   ト記録ヘッド。
3. 【請求項３】 吐出部周辺の基材が、高分子樹脂、ガラ
   ス、シリコンおよび金属のうちのいずれかから成る、請
   求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッド。
4. 【請求項４】 吐出口が、エキシマレーザーにより加工
   された吐出部である、請求項１ないし３のいずれか１つ
   に記載のインクジェット記録ヘッド。
5. 【請求項５】 インク吐出エネルギー発生素子が電気エ
   ネルギーを与えることによって発熱し、インクに状態変
   化を生ぜしめて吐出を行なわせるための電気熱変換体で
   ある、請求項１ないし４のいずれか１つに記載のインク
   ジェット記録ヘッド。
6. 【請求項６】 記録媒体の記録領域の全幅にわたって吐
   出口が複数設けられているフルラインタイプのものであ
   ることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１つ
   に記載のインクジェット記録ヘッド。
7. 【請求項７】 記録媒体の被記録面に対向してインクを
   吐出するためのインク吐出口が設けられている請求項１
   ないし４のいずれか１つに記載の記録ヘッドと、該記録
   ヘッドを載置するための部材とを少なくとも具備するイ
   ンクジェット記録装置。