JP2001199072A - プリントヘッドノズル板上のコーティング補充方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノズル板のコーティングを補充する方法を提
供することである。 【解決手段】 ノズル板は、ｉ）第一機能基及び第二機
能基を有する有機材料を含み、第一単分子層の第一機能
基がノズル板表面と結合し、第一単分子層の第二機能基
が第二単分子層と結合する第一単分子層；ｉｉ）第一機
能基及び第二機能基を有する有機材料を含み、第二単分
子層の第一機能基が第一単分子層の第二機能基と結合
し、そして第二単分子層の第二機能基が湿潤防止基であ
る第二単分子層を記載順に含み；第二単分子層は汚染さ
れており；前記方法が、Ａ）汚染された第二単分子層の
第一機能基の結合を解いて、第一機能基が、第一単分子
層の前記第二機能基ともはや結合しないようにし；Ｂ）
汚染された第二単分子層を除去し；Ｃ）新しい未汚染第
二単分子層を、第一単分子層に再結合させることを含む
インクジェットプリントヘッド用ノズル板上の汚染コー
ティングの補充方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、その表面上に湿潤
防止性を与える単分子層を含むインクジェットプリント
ヘッド用ノズル板上の汚染コーティングの補充方法に関
する。インクジェットプリンタは、受容体上にインク液
滴を像様に射出することにより、受容体上に画像を形成
する。インクジェットプリンタが市場で広く受け入れら
れているのは、非衝撃性であり、ノイズが低く、使用エ
ネルギが少なくそして作動コストが低く，更にこのプリ
ンタが平坦紙上に印刷可能である等の利点に負うところ
が大きい。

【０００２】「連続」インクジェットプリンタは、イン
ク液滴が流体の形態で射出される個所の近傍に配置され
た静電気荷電トンネルを利用する。液滴中の選択された
液滴が荷電トンネルにより荷電される。これらの荷電さ
れた液滴は、所定の電気ポテンシャル差を有する複数個
の変位板の存在により下方へ変位する。荷電された液滴
をさえぎるのに、側溝（ｇｕｔｔｅｒ、）を用いてもよ
く、一方、非荷電液滴は自由に記録要素にぶつかる。

【０００３】「オン・ディマンド」インクジェットプリ
ンタの場合は、それぞれのオリフィスにおいて、圧縮作
動機を用いてインクジェット液滴を生じさせる。このた
めに、２種類のタイプのうちいずれか一方を用いること
ができる。これらの２種類のタイプの作動機としては、
熱作動機及び圧電作動機が挙げられる。熱作動機に関し
ては、適切な位置に置かれたヒータが、インクを加熱
し、一定量のインクが相変化して蒸気流泡となり、イン
ク液滴が記録媒体に放出されるのに十分な程、内部イン
ク圧を上昇させる。圧電作動機については、圧電材料を
用いるが、この材料は機械的応力を加えた際、電界が生
じるような圧電性を有する。その反対もまた真実であ
る：すなわち、電界を生じさせると、その材料に機械的
応力を生じさせる。これらの性質を有する天然の材料と
しては、石英及び電気石を挙げることができる。最も普
通に製造される圧電セラミックスは、ジルコ酸チタン酸
鉛，チタン酸バリウム、チタン酸鉛及びメタニオブ酸鉛
である。

【０００４】インクジェットノズル板上、特にインク液
滴がそこから射出するオリフィスの周りにインクが堆積
することが、インクジェットプリンタについての従来か
らの課題である。オリフィスの周りのノズル板表面上に
インク液滴が堆積すると、湿気を帯びる結果となり、イ
ンク液滴が間違った方向に向けられ、印刷画質が損なわ
れる。インクがオリフィスからノズル板へ広がるのを制
限又は防止するために、インクジェットノズル板に湿潤
防止層を塗布することは、通常行なわれることである。
湿潤防止層の例としては、疎水性ポリマー材料、例え
ば、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）及びポリイミドシロキサ
ンのコーティング、又はノズル板に化学結合する単分子
層（自己集成単一層）が挙げられる。

【０００５】インクジェットノズル板はまた、その上に
落ちたインクによっても汚染されれる。これらの「サテ
ライト」インク液滴は、印刷に用いられた主インク液滴
を分離する工程における副生成物として生じる。別の汚
染源は、主インク液滴が記録材料に衝突してノズル板に
跳ね返った際に生じる。ノズル板表面全体を非湿潤層で
処理すると、前記のような更なるインク液滴はビーズ状
になり除去が容易となる。

【０００６】ノズル板上に堆積したインク液滴は、紙繊
維のような塵を潜在的に引きつけることがあり、ノズル
を詰まらせる原因になる。部分的に又は完全に詰まった
ノズルは、液滴を射出できなかったり又は液滴を記録材
料上の間違った方向に向け、いずれの場合も印刷画質が
損なわれる。この課題を解決するために、ノズル板は定
期的に洗浄しなければならない。この洗浄は、通常、ブ
ラッシング、ふき取り、スプレ、真空吸引、及び／又は
オリフィスにインクを通すことにより行われる。インク
及びインクを稀釈するのに用いられるインク溶剤を利用
する湿式ふき取り法を用いることができる。疎水性非湿
潤性表面が存在しても、インクは、各種の材料を含有し
て、インクジェットプリントヘッドノズル板上に望まし
くない残渣を残すことが多い。したがって、ふき取りに
よりノズル板からインク液滴を除去しても、疎水性非湿
潤性コーティングはインク残渣によりひどく汚染される
こともある。このようにして生じたインク汚染コーティ
ングは、オリフィスからのインクの拡がりをその後は効
果的に防止することができない。加えて、ある機械的洗
浄工程はコーティングに損傷を与えることが多く、プリ
ントヘッドによる印刷操作を永久に損なう原因となる。

【０００７】

【従来の技術】米国特許第４，６４３，９４８号；米国
特許第５，１３６，３１０号；及びに米国特許第５，５
９８，１９３号は、インクジェットプリントヘッド用ノ
ズル板上にアルキルチオール、アルキルトリクロロシラ
ン及び部分フッ素化アルキルシランの自己集成単一層を
使用することに関する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】米国特許第４，６４
３，９４８号；米国特許第５，１３６，３１０号；及び
に米国特許第５，５９８，１９３号には、コーティング
の寿命が短く、しかもインクで容易に汚染されるという
課題がある。本発明の目的は、インクジェットプリント
ヘッド用ノズル板上のコーティングの補充方法を提供す
ることである。インクジェットプリントヘッド用ノズル
板上のコーティングの補充方法であって、湿潤防止剤が
静電吸引力によりノズル板に結合する方法を提供するこ
とが、本発明の別の目的である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】これらの及び他の目的
は、インクジェットプリントヘッド用ノズル板上の汚染
コーティングの補充方法であって、前記ノズル板は、以
下の層： ｉ）第一機能基及び第二機能基を有する有機材料の第一
単分子層であって、前記第一単分子層の前記第一機能基
が前記ノズル板表面と結合し、そして前記第一単分子層
の第二機能基が第二単分子層と結合する第一単分子層； ｉｉ）第一機能基及び第二機能基を有する有機材料の前
記第二単分子層であって、前記第二単分子層の前記第一
機能基が前記第一単分子層の前記第二機能基と結合し、
そして前記第二単分子層の第二機能基が、湿潤防止基で
ある第二単分子層；を記載順に含み；前記第二単分子層
は汚染されており；前記方法が、 Ａ）前記の汚染された第二単分子層の前記第一機能基の
結合を解いて、前記第一機能基が、前記第一単分子層の
前記第二機能基ともはや結合しないようにし； Ｂ）前記の汚染された第二単分子層を除去し； Ｃ）新しい未汚染第二単分子層を、前記第一単分子層に
再結合させる（前記の新しい未汚染第二単分子層は、第
一機能基及び第二機能基を有する有機材料を含み、前記
の新しい未汚染第二単分子層の前記第一機能基が前記の
第一単分子層の第二機能基と結合し、そして前記の新し
い未汚染第二単分子層の前記第二機能基が湿潤防止基で
ある）ことを含む汚染コーティングの補充方法である本
発明により達成する。

【００１０】本発明は、インクジェットプリントヘッド
用ノズル板上のコーティングを補充する方法を提供し、
この方法は容易に実施できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、インクジェットプリント
ヘッド用ノズル板１０の断面図である。ノズル板は、多
くのオリフィス１５を有し、これらのオリフィスを通っ
てインク２０を記録要素(図示せず)上に射出する。ノズ
ル板１０上の層３０は、例えば、式Ｚ−Ｌ_n−Ｘ（後
述）を有する第一単分子層である。層３０の頂部上の層
４０は、例えば、式Ｙ−Ｒ（後述）を有する第二単分子
層である。

【００１２】本発明の好ましい態様においては、本発明
方法に用いるノズル板上の第一単分子層は、次式を有す
る： Ｚ−Ｌ_n−Ｘ （式中、Ｚは、ノズル板表面に結合する、第一単分子層
の第一機能基を表し；Ｌは、炭素数１から３０の連結基
を表し；Ｘは、カチオン基、例えば、第四アンモニウム
基、例えば、トリメチルアミノ基、（ＣＨ₃）₃Ｎ−、又
はアニオン基、例えば、カルボキシレート、フェノキシ
もしくはスルホネート基を含む第一単分子層の第二機能
基を表し；そしてｎは、０又は１である）。

【００１３】ノズル板表面は、前記第一単分子層の第一
機能基と反応する、金属、金属酸化物又は金属窒化物で
あってよい。本発明の別の好ましい態様において、ノズ
ル板はケイ素であり、このケイ素は単に空気に曝すこと
によりその上に生じる自然酸化物コーティングを有して
いてもよい。更に別の好ましい態様において、ノズル板
表面は酸化ケイ素又は窒化ケイ素からなってよく、前記
式中のＺは、 ＳｉＱ_m (式中、各Ｑは、独立してハロゲン又は炭素数１〜３の
アルコキシ基を表し；そしてｍは、１〜３の整数を表
す）を表す。

【００１４】Ｚの例としては、トリクロロシリル（Ｃｌ
₃Ｓｉ−）又はトリアルコキシシリル基であって、ノズ
ル板のケイ素，酸化ケイ素又は窒化ケイ素とシロキサン
（−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−）結合を形成する基である。Ｚの
別の例としては、ノズル板表面の金、銀，白金又はパラ
ジウムのような金属と反応するチオール基である。本発
明の更に別の好ましい態様において、本発明方法に用い
られるノズル板上の第二単分子層は、次式を有する： Ｙ−Ｒ (式中、Ｙは、Ｘの電荷と反対の電荷を有するアニオン
基、例えば、カルボキシレート、フェノキシもしくはス
ルホネート基，又はＸの電荷と反対の電荷を有するカチ
オン基、例えば、第四アンモニウム基を含む、第二単分
子層の第一機能層を表し；そしてＲは、湿潤防止基、例
えば、置換もしくは非置換の、炭素数２〜３０のアルキ
ル、アリール、フルオアルキルもしくはアリールフルオ
アルキル基を表す）。

【００１５】第一単分子層が、式：Ｚ−Ｌ_n−Ｘ（式
中、Ｚが、ノズル板表面に結合する第一機能基を表し、
Ｘが第二単分子層の第一機能層に結合する第二機能基で
ある）を有し、第二単分子層が、式Ｙ−Ｒ (式中、Ｙ
は、第一単分子層の第二機能基に結合する第二単分子層
の第一機能基であり、Ｒは、湿潤防止基である第二単分
子層の第二機能基である）を有するならば、これらの機
能基は以下のように配列するであろう： ノズル板 ―――Ｚ−Ｌ_n−Ｘ――――――Ｙ−Ｒ（湿
潤防止基） 好ましくはないが、更なる層を二つの単分子層の間に取
り入れることも可能であり、その場合は、これらの二つ
の単分子層の機能基は、前述のように直接結合するので
はなく、互いに間接的に結合するであろう。

【００１６】本発明において、汚染されたノズル板コー
ティングとは、表面を繰り返し拭き取ったことに起因し
てコーティングの一部が失われたり、又は望ましくない
インク付着、汚れ，紙繊維等の化学汚染に起因するよう
なコーティングの劣化を意味する。湿潤防止基を含む第
二単分子層コーティングが、インクにより汚染され、通
常の洗浄ではプリントヘッドを洗浄できない場合、２層
の単分子層間の結合を選択的に除去又は解くことによ
り、この汚染コーティングを除去することができる。例
えば、この結合は、加熱、加水分解，光分解，照射、超
音波又はｐＨ調整により除去することができる。

【００１７】好ましい態様において、プリントヘッドの
洗浄に用いる洗浄溶液のｐＨを単に変化させることによ
り、２層の単分子層間の結合を解くことができる。例え
ば、、第一単分子層の第二機能基が第四アンモニウム基
であり、第二単分子層の第一機能基がカルボキシレート
基である場合、ｐＨを下げると、カルボキシレート基を
プロトン化して第四アンモニウム基に対する静電吸引力
をもはや持たない中性のカルボン酸基を形成する。洗浄
溶剤が、イソプロパノ−ルである場合は、ｐＨを３から
１へ低下させるとプロトン化を引き起こす。

【００１８】２層の単分子層間の結合が破壊されると、
湿潤防止基がノズル板表面から除去される。湿潤防止コ
ーティングを補充するために、湿潤防止剤を洗浄溶液に
高ｐＨで添加し、ノズル板に施す。例えば、湿潤防止剤
がイソプロパノール洗浄溶液中のフッ素化カルボン酸で
あるならば、ｐＨを３に高めると、湿潤防止剤はノズル
板の正に荷電した第一単分子層に結合し、ノズル板に結
合した状態のままになる。このようにして、湿潤防止層
コーティングはこの工程により補充される。

【００１９】２層の単分子層は、各種の化学結合、例え
ば、共有結合、静電結合、水素結合、ファンデルワール
ス結合、疎水結合、配位結合、pi結合等により結合させ
ることができる。本発明の好ましい態様において、第二
単分子層の第一機能基は、第一単分子層の第二機能層に
静電気により結合する。この態様では、単分子層は、荷
電化合物により形成された層材料を含み、この層が化学
反応によりノズル板表面に直接結合し、第一層と反対の
電荷を有する湿潤防止剤の第二層は、第一層に静電気に
より吸着する。別の態様では、第一単分子層が静電吸着
力でノズル板表面に結合してもよい。

【００２０】本発明の別の好ましい態様において、第一
単分子層は、第四アンモニウム化合物であり、第二単分
子層は、カルボキシレート基及び湿潤防止基を有するカ
ルボキシレート化合物を含む。カルボキシレート化合物
が汚染された場合、ｐＨを下げてカルボキシレート基を
プロトン化することにより、結合解除工程Ａ）を行な
い、それにより、第四アンモニウム化合物ともはや結合
できない非荷電カルボン酸基を生成する。この汚染され
たカルボキシレート化合物を次に溶剤洗浄により除去す
ることができる。この工程後に、新しい未汚染カルボキ
シレート化合物を第四アンモニウム化合物へ再結合する
工程Ｃ）を、ノズル板をカルボキシレート化合物溶液と
カルボキシレート基のイオン化を維持するのに十分なｐ
Ｈで接触させることにより行なって、未汚染のカルボキ
シレート化合物を第四アンモニウム化合物に再結合させ
る。

【００２１】印刷又はプリントヘッドの洗浄の際、第二
単分子層の一部が第一単分子層との結合が解かれたこと
によりノズル板が損傷を受けた場合は、ノズル板を、湿
潤防止剤溶液と接触させることにより工程Ｃ）を行なう
ことができる。好ましくは、湿潤防止剤溶液はインク中
に含まれる。この荷電された湿潤防止剤がこれらの層を
その場で修復する。

【００２２】慣用のインクジェットプリントヘッド用ノ
ズル板は、好ましくはインクをそこから射出するオリフ
ィスが配列されたケイ素を含む。これらのオリフィス
は、慣用のエッチング技法により製造してもよい。ノズ
ル板はまた金属酸化物又は金属窒化物のコーティングを
有してもよい。当該技術分野で知られているように、ケ
イ素以外の他の材料、例えば、エレクトロ形成ニッケル
又はポリイミドを用いて下側（ｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇ）
ノズル板を製造してもよいことを理解すべきである。更
に、他の金属、例えば、金、銀、パラジウム及び銅を用
いて下側ノズル板材料をコーティングしてもよい。

【００２３】インクジェットノズル板表面の湿潤特性
は、インク液滴と試験表面間の接触角の大きさで従来定
義されている。接触角は、１〜２ｍｍ直径の液滴を試験
表面上に置き、液体と固体間の角度を接触角測定器を用
いて測定することにより，従来測定される。インクと表
面間の接触角がほぼ７０°以上ならば、その表面は湿潤
防止性であると考えられる。

【００２４】以下の例は本発明の実施を説明するもので
ある。

【００２５】

【実施例】例１：単分子層の製造 ノズル板材料としてのケイ素ウエファに以下の方法で湿
潤防止コーティングを塗布した：ウエファ表面を先ず第
一に酸素プラズマ下で処理洗浄した。その後、Ｎ−トリ
メトキシシリルプロピルーＮ，Ｎ，Ｎ−トリメチルアン
モニウムクロリド（ＴＭＡ）の１％クロロホルム溶液中
に置き、１２時間保持した後に取り出し、次いでクロロ
ホルムで濯いだ。表面上の水接触角は４°であった。

【００２６】このウエファを、次に過フルオロウンデカ
ン酸（ＦＵＡ）の０．５％イソプロピルアルコール（Ｉ
ＰＡ）溶液中に２分間含浸した。ＩＰＡ溶液中に稀Ｎａ
ＯＨを数滴添加して含浸溶液のｐＨを〜３に保持した。
表面をＩＰＡで濯ぎ、窒素流下で乾燥した。表面上の水
接触角は９０±６°であった。例２：湿潤防止コーティングの除去及び補充 例１で製造したＦＵＡ／ＴＭＡ塗布ウエファを、稀ＨＣ
ｌ及びＮａＯＨで調整したｐＨ〜１のＩＰＡ溶液中に置
いた。このウエファを溶液から取り出し、１分間乾燥し
た。ウエファ表面上の水接触角は２０°であり、ＦＵＡ
の湿潤防止層の大部分が除去されていることを示してい
る。ウエファをその後ｐＨ〜３のＦＵＡ／ＩＰＡ溶液に
２分間含浸した。ＩＰＡで濯ぎ、窒素流下で乾燥した
後、このウエファは表１に示すように９２°の水接触角
を有することが判明した。

【００２７】

【表１】

【００２８】前記結果は、湿潤防止コーティングを除去
し、その後補充できることを示している。すなわち、接
触角が２０°まで低下して、湿潤防止コーティングが除
去され、補充後は９２°まで回復したことを示してい
る。例３：インク汚染及び表面回復 例１で製造したＦＵＡ／ＴＭＡ被覆ウエファを、Ｎｏｖ
ａＪｅｔ（登録商標）のシアン、マゼンタ、イエロー及
びブラックインク（Ｌｙｓｏｎ，Ｉｎｃ．）に５〜１０
分間含浸した。水で表面を濯いだ後、表面上の水接触角
を測定したが、表面上のインク汚れ又はインク汚染によ
り各種の角度を示した。ウエファを次にｐＨ〜１のＩＰ
Ａ溶液中に浸漬してＦＵＡコーティングを除去し、その
後ウエファをｐＨ〜３のＦＵＡ／ＩＰＡ溶液中に含浸す
ることにより、ＦＵＡの新しい層を再塗布した。以下の
結果が得られた：

【００２９】

【表２】

【００３０】前記結果は、インクに浸漬するとノズル板
上の水接触角が減少し、インクにより表面が汚染された
ことを示す。汚染コーティングが実質的に除去されたこ
とは、データの第三段の水接触角の低下により立証され
る。データの第四段は、コーティングが補充されたこと
を示している。これは、水接触角がデータの第一段に示
した元の値に近似するまで回復しているからである。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、インクジェットプリン
トヘッド用ノズル板上のコーティングを補充する方法が
得られ、この方法は簡単に実施できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】インクジェットプリントヘッド用ノズル板の断
面図である。

【符号の説明】

１０…ノズル板 １５…オリフィス ２０…インク ３０…第一単分子層 ４０…第二単分子層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ツィハオ ヤン アメリカ合衆国，ニューヨーク 14580, ウェブスター，ウッドフィールド ドライ ブ 65 (72)発明者 トーマス エル．ペナー アメリカ合衆国，ニューヨーク 14450, フェアーポート，ツイン ブルックス ロ ード 11

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクジェットプリントヘッド用ノズル
   板上の汚染コーティングの補充方法であって、前記ノズ
   ル板は、以下の層： ｉ）第一機能基及び第二機能基を有する有機材料の第一
   単分子層であって、前記第一単分子層の前記第一機能基
   が前記ノズル板表面と結合し、そして前記第一単分子層
   の第二機能基が第二単分子層と結合する第一単分子層； ｉｉ）第一機能基及び第二機能基を有する有機材料の前
   記第二単分子層であって、前記第二単分子層の前記第一
   機能基が前記第一単分子層の前記第二機能基と結合し、
   そして前記第二単分子層の第二機能基が湿潤防止基であ
   る第二単分子層；を記載順に含み；前記第二単分子層は
   汚染されており；前記方法が、 Ａ）前記の汚染された第二単分子層の前記第一機能基の
   結合を解いて、前記第一機能基が、前記第一単分子層の
   前記第二機能基ともはや結合しないようにし； Ｂ）前記の汚染された第二単分子層を除去し； Ｃ）新しい未汚染第二単分子層を、前記第一単分子層に
   再結合させる（前記の新しい未汚染第二単分子層は第一
   機能基及び第二機能基を有する有機材料を含み、前記の
   新しい未汚染第二単分子層の前記第一機能基が前記の第
   一単分子層の第二機能基と結合し、そして前記の新しい
   未汚染第二単分子層の前記第二機能基が湿潤防止基であ
   る）ことを含む汚染コーティングの補充方法。