JPH054344A

JPH054344A - インクジエツトヘツド

Info

Publication number: JPH054344A
Application number: JP15459391A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Furuta; 達雄古田; Takashi Nakamura; 隆志中村
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1991-06-26
Filing date: 1991-06-26
Publication date: 1993-01-14
Anticipated expiration: 2016-12-25
Also published as: JP3242676B2

Abstract

(57)【要約】【目的】インクジェットヘッドのノズル開口部周辺に
施すフッ素樹脂の撥インク処理の、耐インク液性と、耐
クリーニング動作性を向上させる。【構成】インクジェットヘッドのノズル形成部材１０
１に、ノズル開口部１０１ａ周辺にフッ素樹脂の樹枝状
結晶の枝長さ５ミクロン以下の膜１０２を形成する。よ
り好ましくは、樹枝状結晶の枝長さを２ミクロン以下と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インク滴を飛翔させ、
紙等に印字記録を行なうインクジェットヘッドに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ノズル開口部からインク滴を飛翔させ、
紙面上に画像、文字を構成させるインクジェット記録
は、その低騒音、高速性、高印字品質から広く使用され
ている。インクジェットヘッドに於て、ノズル開口部周
辺のインク液の溜まりは、飛翔するインク滴の飛翔方向
を乱し、飛翔するインク滴の飛翔速度を変動させる。イ
ンク液の溜まりは、インク液のしみだし、あるいは飛翔
したインク滴の残滓等により発生、成長する。ノズル開
口部周辺のインク溜まりの発生、成長を防止すること
は、作成する画像、文字の品質を確保するために必要で
ある。ノズル開口部周辺のインク液の溜まりを無くすた
め、ノズル開口部周辺に撥インク処理を施す事は、従来
より多くの提案がなされている。撥インク処理とは、イ
ンク液に濡れづらい、即ち、撥インク性の膜を形成する
ことを言う。

【０００３】フッ素樹脂は、優れた耐溶剤性を持ち、且
つ、多くの溶液に対し濡れづらい性質がある。そのた
め、撥インク処理としてフッ素樹脂膜を用いると、大き
な効果が得られる。

【０００４】フッ素樹脂膜を構成するための従来の方法
は、溶液中に分散させたフッ素樹脂を母材に塗布し溶剤
乾燥後、フッ素樹脂の溶融成膜を行なう方法がある。こ
の際の塗布方法としては、転写、ディッピング、スピン
コート、ロールコート、はけ塗り、スプレー等が使用さ
れる。フッ素樹脂膜を成膜するための、従来の他の方法
として、特開平２ー５５１４０号公報に見られる、フッ
素樹脂の熱蒸着による方法や、めっき中へのフッ素樹脂
の堆積後、熱処理によりフッ素樹脂膜を成膜する方法が
ある。このような従来の方法は、一旦母材上にフッ素樹
脂粒子を付着させ、その後、熱処理により連結し、熱処
理以前に比べ、より強固で、より撥インク性の優れた膜
を得ようとするものである。従って、熱処理は、フッ素
樹脂の融点以上に加熱する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述のような熱処理に
よると、フッ素樹脂は、結晶の成長が起こる。フッ素樹
脂は樹枝状の外観を持つ結晶となり、その枝の長さは、
長い場合十ミクロンから数十ミクロンに達する。この
時、結晶は成長するに従い、周辺のフッ素樹脂を吸収す
る。このため、樹枝状結晶の成長に伴い、膜質の粗密が
拡大するとともに、表面の凹凸が大きくなる。

【０００６】ところで、ノズル形成部材に施す撥インク
処理は、インク液に対し濡れづらい性質を持つことが重
要であるが、また、その性質が長続きすることも必要で
ある。まず、インク液に対し長時間晒されたときにも、
インク液に対し濡れづらい性質を保つことが要求され
る。また、ノズル形成部材は、記録紙に近く、記録紙搬
送に伴い発生するゴミの付着があり、付着したゴミの除
去のため、クリーニング動作を行なうが、これに耐えな
くてはならない。クリーニング動作とは、ゴム板、布
材、あるいはブラシなどによりノズル形成部材の表面を
機械的に洗浄する一連の動作を言う。

【０００７】さて、前述した従来の技術により形成され
た膜は、膜中に粗密のばらつきがあるため、粗の部分に
おいてはインク液の侵入を許し、インク液によるノズル
形成部材への腐食を起こしたり、また、インク液成分の
ノズル形成部材への付着が成長し、撥インク性を劣化さ
せる原因となる。更に、クリーニング動作のとき、成長
した樹枝状結晶が削りとられ、はなはだしい場合、大き
な結晶ごとノズル形成部材から剥ぎ取られる。従って、
フッ素樹脂の樹枝状結晶が大きく成長した膜からなる撥
インク膜は、初期の撥インク性はともかく、長期的な耐
インク液性、ないし、機械的な磨耗に対する耐久性に乏
しい、と言う問題点を有する。

【０００８】本発明の目的は、インクジェットヘッドの
ノズル開口部周辺に施すフッ素樹脂の撥インク処理の、
耐インク液性と、耐クリーニング動作性を向上させるこ
とにより、インクジェットヘッドの信頼性を高めること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
ヘッドは、ノズル開口部が、長さ５ミクロン以下の樹枝
状結晶からなるフッ素樹脂膜により、覆われていること
を特徴とする。更に好ましくは、ノズル開口部が、長さ
２ミクロン以下の樹枝状結晶からなるフッ素樹脂膜によ
り覆われていることを特徴とする。

【００１０】

【実施例】図１に本発明によるインクジェットヘッドの
一実施例の構成を示す斜視断面図である。

【００１１】ノズル開口部１ａを有するノズル形成部材
１は、ノズル開口部１ａに対応した圧力発生器とスペー
サ５により連結されている。圧力発生器は、積層型圧電
変換器２と、圧力板３および弾性板４とにより構成され
る。圧電変換器２は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛系
複合ペロブスカイトセラミック材料と、銀、あるいは、
銀ーパラジウム合金、白金などの導電性材料が交互に積
層さたものである。駆動方法は、積層された各層のセラ
ミック材料を挟む導電性材料層に一定の電位差を持たせ
ることで変位を発生させる。各導電性材料層は、端面２
ｄ、もしくは端面２ｃで露出し、外部電極２ｅにより互
いに短絡しないように側面に引き回される。圧電変換器
２は、圧力発生に寄与しない不活性部である固定部２ｂ
と、電圧印加に伴い体積変化を起こす活性部である自由
部２ａに大別される。圧電変換器２は、共通した固定基
板６の電極６ｃ上に導電性接着剤により固定される。導
電性接着剤を使用するのは、圧電変換器２を固定するた
めと、個別電極を取り出すための二つの役目を持たせる
ためである。

【００１２】なお、個別電極に相対する電極は、端面２
ｄより引き出され、共通電極として、共通電極板８によ
り電気的に連結されている。圧電変換器２の自由部２ａ
の先端には圧力板３が接着剤により固定されている。ま
た、圧力板３は、弾性板４と接合されている。本実施例
では、ノズル開口部１ａは複数設けられ、圧電変換器２
もこれに対応するように複数配置してある。ノズル開口
部１ａと弾性板４の間には図示しないインク液が満たさ
れている。

【００１３】待機状態で電圧を印加されている圧電変換
器２は、自由長さに比べ収縮した状態である。外部電気
回路により、印字命令がされると、印加されていた電圧
が解除され圧電変換器２は自由長さに復帰する。この動
作は圧力板３を振動させ、弾性板４を通じ、インク液圧
力を高め、ノズル開口部１ａから液滴を飛翔させる。本
実施例に於けるノズル形成部材に施す撥インク処理につ
いて説明する。図２に樹枝状結晶のフッ素樹脂による撥
インク膜の各種膜質の概念図を示す。ノズル形成部材
は、ニッケル電鋳により製造されている。

【００１４】図２は、分散剤により微粉末のフッ素樹脂
を分散させたニッケルめっき液により、成長するめっき
膜中および膜表面にフッ素樹脂を分散させる複合めっき
を構成した状態を示す。本実施例においては、複合めっ
きとして、無電解フッ素樹脂複合ニッケルめっきであ
る、ニムフロン（上村工業製）を使用した。ニムフロン
で使用されるフッ素樹脂は、ＰＴＦＥ（四フッ化エチレ
ン樹脂）であるため、めっき膜形成後の熱処理はその融
点３２７℃を越える３５０℃にて行なった。熱処理後、
冷却条件を調整することで、フッ素樹脂膜の樹枝状結晶
の枝長さ水準を設定した。冷却条件とは、具体的には冷
却速度を言う。

【００１５】図３（ａ）は、冷却速度１度／分の極めて
ゆっくりとした冷却により形成されたＰＴＦＥ膜であ
る。樹枝状結晶の枝長さは、電子顕微鏡による測定の結
果によれば、平均で１０ミクロン以上に成長している。

【００１６】図３（ｂ）は、１００度／分の冷却条件に
より形成されたもので、樹枝状結晶の枝長さは、５ミク
ロン以下である。

【００１７】図３（ｃ）は５０００度／分の急速冷却に
より形成されたもので、樹枝状結晶の枝長さは２ミクロ
ン以下となる。このように結晶長さを変動させたノズル
形成部材のサンプルについて、インク液に浸漬し、耐蝕
性試験を行なった。その結果を表１に示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】評価に使用したインク液について説明す
る。本実施例に於けるインク液は、室温においては固体
であり、加熱溶融状態においてインク液として使用す
る、所謂、ホットメルトインクと呼ばれるものである。
組成は、パラトルエンスルホンアミド、エチルベンゼン
スルホンアミド、３，４ージエチルベンゼンスルホンア
ミド、エチルベンゼンスルホンアミド、パラーＮーブチ
ルベンゼンスルホンアミド、Ｎーシクロヘキシルーパラ
トルエンスルホンアミド、染料を主に含有する。評価温
度は、すべて１５０℃である。

【００２０】表１より、明らかに樹枝状結晶の枝長さと
耐インク性とは関連性が見られ、樹枝状結晶の枝長さの
短いもの程、寿命が長い。

【００２１】次に耐クリーニング動作性を試験した。本
実施例では、クリーニング動作として、ゴム板でのワイ
ピングを採用している。クリーニング条件について説明
する。硬度４０度のシリコーンゴム製、板厚２ミリのゴ
ム板を使用して、ゴム板によるノズル形成部材への押し
つけ圧力を、１センチメートルあたり、１０グラムに調
整した試験装置により、ノズル形成部材を繰り返しワイ
ピングし、前述のインク液に対する接触角を測定した。
その結果を表２に示す。接触角を目安として用いたの
は、インク液に対する濡れづらさの指標となるためであ
り、ワイピング、接触角測定ともに、ノズル形成部材温
度１３０度において実施されている。

【００２２】

【表２】

【００２３】表２に示す通り、樹枝状結晶の枝長さが１
０ミクロンを越えるものは、擦り回数が比較的少ないう
ちに、急激な接触角の低下が見られる。このような接触
角の低下は、ノズル開口部周辺の、インク溜まりの発生
する確率を増加させる。即ち、接触角の低下の少ない、
樹枝状結晶の枝長さ５ミクロン以下、ないし２ミクロン
以下の撥インク膜に比べ、耐久性が劣ることを示してい
る。

【００２４】以上、本発明のインクジェットヘッドの一
実施例を、ＰＴＦＥ樹脂複合ニッケル無電解めっきによ
るコーティングを利用し、ホットメルトインクを使用、
圧力発生器として圧電変換素子を用いるもので説明した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、コーティ
ング方法として、フッ素樹脂を分散した溶液塗布を使用
しても良い。また、ＰＴＦＥ以外のフッ素樹脂、例え
ば、ＦＥＰなどでも同様の効果が得られる。更に、イン
ク液として、水あるいは他の溶剤と、染料ないし顔料を
主成分とする組成であってもよい。また、圧力発生器と
して、発熱素子を用い発熱により発生するインク液蒸気
の圧力によりインク滴を飛翔させる、所謂、サーマルイ
ンクジェット方式のインクジェットヘッドであっても本
発明の活用は容易である。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、イン
クジェットヘッドのノズル形成部材の撥インク膜のイン
ク液に対する寿命を延ばし、機械的なクリーニング動作
によっても劣化のない撥インク処理が可能となった。こ
のため、本発明を用いたインクジェットは、従来のイン
クジェットヘッドに比べ、長時間の使用において、ノズ
ル開口部周辺のインク液溜まりを予防し、インク液溜ま
りの発生に伴う印字品質の劣化がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェットヘッドの構成図。

【図２】樹枝状結晶状態のフッ素樹脂による撥インク膜
を表わす図。

【図３】冷却速度を変化させたときの樹脂状結晶長さの
変化を表わす図。

【符号の説明】

１ノズル形成部材１ａ撥インク膜２圧電変換器３圧力板４弾性板５スペーサ６固定基板７ＦＰＣ８共通電極１０１ノズル形成部材１０１ａノズル開口部１０２フッ素樹脂

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ４１Ｊ 2/055

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のノズル開口部を有するノズル形成
部材と、ノズル開口部に対応して配設された圧力発生器
とを備え、圧力発生器を作動させる事により、ノズル開
口部と圧力変換器との間のインク圧力を高め、ノズル開
口部よりインク滴を飛翔させるインクジェットヘッドに
おいて、前記ノズル開口部が、枝長さ５ミクロン以下の
樹枝状結晶からなるフッ素樹脂膜により、覆われている
ことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】前記請求項１のインクジェットヘッドに
おいて、前記ノズル開口部が、枝長さ２ミクロン以下の
樹枝状結晶からなるフッ素樹脂膜により覆われているこ
とを特徴とするインクジェットヘッド。