JPH06210857A

JPH06210857A - インクジェット記録ヘッドの製造方法

Info

Publication number: JPH06210857A
Application number: JP861393A
Authority: JP
Inventors: Satoru Miyashita; 悟宮下
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1993-01-21
Filing date: 1993-01-21
Publication date: 1994-08-02

Abstract

(57)【要約】【構成】インクが吐出するノズルプレート表面に酸化
物微粒子層が形成され、更にその上に含フッ素シリコン
カップリング層が形成されているインクジェット記録ヘ
ッドの製造において、酸化物微粒子層上に含フッ素シリ
コンカップリング剤溶液を塗布してから溶媒の沸点以上
まで加熱し、更にノズルプレートを溶媒ですすぎ、未反
応の含フッ素シリコンカップリング剤を除去することを
特徴とする。【効果】インクジェット記録ヘッドのノズル表面に優
れた特性の撥水撥油処理が施せ、高い印字品質のインク
ジェット記録ヘッドを提供できた。また本発明による表
面処理は、その持続性に非常に優れているために、記録
ヘッドの長寿命化が可能となった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェット記録装
置に用いるインクジェット記録ヘッドに関わる。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録ヘッドにはガラス、
金属、樹脂等の材質が用いられている。しかしインクジ
ェット記録ヘッドにおいて、ノズル表面の撥水撥油性が
不十分だとインクの液滴が付着するため、吐出するイン
ク滴の直進性が損なわれ、印字乱れ等のトラブルによっ
て記録不能となることがあった。

【０００３】そこでインクが吐出するノズルプレート表
面を、インクの付着をなくすために撥水撥油化処理する
ことが示され、静電粉体塗装（特開昭５７−１５７７６
５）、共析メッキ、プラズマ重合（特開昭６０−１８３
１６１）等によりノズル表面に含フッ素樹脂粒子を付着
させて撥水撥油化するという方法が提供されている。ま
た、含フッ素シリコンカップリング処理する方法（特開
昭５６−８９５６９）や、溶媒可溶性含フッ素樹脂を塗
布して薄膜を形成する方法（特開平３−１３２７３）も
提供されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、印字品
質の高精細化、高コントラスト化、多色化等の要求から
インクの改良がなされ、インクの長期安定性を確保する
ための添加剤も必要となった。前述の従来技術による撥
水撥油化処理では初期特性が不十分なうえ、インク中に
長期浸漬しておくと、処理層の剥離やインクの吸着が発
生し、特性の著しい劣化がおこった。

【０００５】本発明は前記課題を解決するためのもので
あり、インクジェット記録ヘッドのノズルプレート表面
に優れた特性の撥水撥油処理を行い、しかもその効果の
持続性に優れ、長期間にわたって印字品質の高いインク
ジェット記録ヘッドの製造方法の提供を目的としてい
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、インクが吐
出するノズルプレート表面に酸化物微粒子層が形成さ
れ、更にその上に含フッ素シリコンカップリング層が形
成されているインクジェット記録ヘッドの製造におい
て、酸化物微粒子層上に含フッ素シリコンカップリング
剤溶液を塗布してから溶媒の沸点以上まで加熱し、更に
ノズルプレートを溶媒ですすぎ、未反応の含フッ素シリ
コンカップリング剤を除去することにより達成される。

【０００７】

【作用】高浸透性、高保存安定性を備えたインクに対し
て、ノズルプレート表面に含フッ素樹脂粒子を付着させ
る方法や、含フッ素樹脂薄膜を形成する方法は、含フッ
素樹脂の表面エネルギーが著しく小さいため密着力が不
十分であり、界面にインクが浸透し剥離が発生する。ま
た、含フッ素シリコンカップリング処理する方法は、基
材の反応基とは化学結合で強固に結合しているものの、
反応基密度が小さいため結合密度が小さく、含フッ素シ
リコンカップリング処理されていない部分にインクが吸
着し、劣化してしまう。初期の高撥水撥油性は、化学結
合していない付着しているだけの含フッ素シリコンカッ
プリング剤でもたらされているもので、耐久性はない。

【０００８】ノズルプレート表面に酸化物微粒子分散ゾ
ルを塗布し加熱すると、酸化物微粒子層が強固に定着す
る。含フッ素樹脂粒子と異なり、酸化物微粒子の表面エ
ネルギーは著しく大きいため、特に金属や無機材料との
密着力に優れている。シリカ微粒子はインクに侵食さ
れ、溶出してしまうため、耐インク性の強いアルミナや
ジルコニア微粒子が、汎用的で好ましい。酸化物微粒子
層の表面は活性で、多くの水酸基を有している。そのた
め含フッ素シリコンカップリング剤の化学結合を、高密
度で行なうことができる。溶媒の沸点以上まで加熱して
反応を完結させた後、未反応で付着しているだけの含フ
ッ素シリコンカップリング剤を溶媒ですすぐことで除去
すると、撥水撥油性はより顕著になる。これはシリコン
カップリング剤の結合基が親水、親油性を持っており、
その撥水撥油性の劣化要因を排除したからである。

【０００９】その結果、ノズルプレート基板上から自由
に運動できるフルオロオルキル鎖が高密度で多数配置さ
れた分子集合体層構造を取る。染料や界面活性剤等の分
子の吸着が起こりにくく、剥離も発生しないため、初期
特性がそのまま持続される。

【００１０】

【実施例】

（実施例１）図１はインクジェット記録ヘッドの一例を
模式的に示した断面図である。１は圧力室であり、ＰＺ
Ｔ素子または発熱体等によってインク吐出のための圧力
を得る部分である。３はインク吐出ノズルである。４は
第一基板でありインク流路用のパターン溝が形成されて
いる。５は第二基板であり、両者の張り合わせによって
インク流路は形成される。２がノズルプレートである。
ノズルプレートには孔径数十μｍのノズルが、多数配置
されている。

【００１１】ノズルプレート表面に塗布する酸化物微粒
子が分散したゾルには、アルミナ微粒子がエタノールを
主成分とする溶媒に分散したアルミナゾルを用いた。ア
ルミナ微粒子の大きさや濃度は、適当な値を選択できる
が、ここではアルミナの平均粒径０．０５μｍ、濃度１
ｗｔ％のアルミナゾルを用いた。アルミナ微粒子は、ア
ルミニウムアルコキシドを加水分解することによって得
ることができる。またアルミナゾル５２０（日産化学社
製）のように、球形でない微粉末も用いることができ
る。ニッケル製のノズルプレートの裏面、またはノズル
内部をマスクテープやフォトレジストで保護し、アルミ
ナゾルをノズルプレートの表面に、ディッピングで塗布
した。アルミナ微粒子層を、約０．２μｍの厚みで形成
できた。保護層を除去した後、３００℃で１時間加熱処
理した。水との接触角は約１０度と高い親水性を示し、
水酸基を高密度に有していることがわかる。

【００１２】次にフロリナートＦＣ−４０（住友スリー
エム社製）に、含フッ素シリコンカップリング剤である
1H,1H,2H,2H-PERFLUORODECYLTRICHLOROSILANEを１０％
溶解させ、ノズルプレート表面に塗布した。溶媒の沸点
は１５５℃である。１８０℃で１時間加熱処理したノズ
ルプレートを、フロリナートＦＣ−４０で三槽に分けて
すすいだ。水との接触角は溶媒ですすぐことで、１０５
度から１３０度に変化した。図２にノズルプレートの表
面処理の模式的な断面図を示す。最表面に自由に運動で
きるフルオロオルキル鎖２４が、高密度で多数配置され
た分子集合体層構造を取っていると予想される。

【００１３】浸透性の高い染料インクに浸漬し、７０℃
で５日間保持した後もインクとの接触角は８０度以上あ
り、十分な撥水撥油効果が得られていることがわかっ
た。このように作製したノズルプレートを用いて製造し
たインクジェット記録ヘッドを、記録装置に装着して印
字試験を行なったところ、印字乱れ等のトラブルは発生
せず、高精細でコントラストの高い印字が可能となっ
た。インクを注入しながらシリコンゴムによる擦り試験
をしたところ、１００００回擦った後にもインクとの接
触角は８０度以上あり、撥水撥油効果がほとんど劣化せ
ず長期間にわたって印字品質の高いインクジェット記録
ヘッドを達成できた。

【００１４】（実施例２）ステンレス（SUS316-L）製の
ノズルプレート表面に、ジルコニア微粒子が分散したゾ
ルを塗布した。ジルコニア微粒子の大きさや濃度は、適
当な値を選択できるが、ここでは平均粒径０．０２μｍ
の球形のジルコニア粒子をアルコキシドを加水分解する
ことによって作製し、メタノール中に濃度０．５ｗｔ％
で分散させた。ノズルプレートの裏面、またはノズル内
部をマスクテープやフォトレジストで保護し、ジルコニ
アゾルをノズルプレートの表面に、スピンコートで塗布
した。ジルコニア微粒子層を、約０．１μｍの厚みで形
成できた。保護層を除去した後、２００℃で１時間加熱
処理した。水との接触角は約１０度と高い親水性を示
し、水酸基を高密度に有していることがわかる。

【００１５】パーフルオロオクタンに含フッ素シリコン
カップリング剤であるＫＰ−８０１Ｍ（信越化学社製）
を１０％溶解させ、ノズルプレート表面に塗布し、１２
０℃で１時間加熱処理した。溶媒の沸点は１００℃であ
る。加熱処理したノズルプレートを、パーフルオロオク
タンで充分にすすいだ。水との接触角は溶媒ですすぐこ
とで、１１０度から１３０度に変化した。

【００１６】フッ素系界面活性剤及び安定化剤を含んだ
顔料インクに浸漬し、７０℃で５日間保持した後もイン
クとの接触角は６０度以上あり、十分な撥水撥油効果が
得られていることがわかった。このように作製したノズ
ルプレートを用いて製造したインクジェット記録ヘッド
を、記録装置に装着して印字試験を行なったところ、印
字乱れ等のトラブルは発生せず、高コントラストで耐候
性の高い印字が可能となった。インクを注入しながらシ
リコンゴムによる擦り試験をしたところ、１００００回
擦った後にもインクとの接触角は６０度以上あり、撥水
撥油効果がほとんど劣化せず長期間にわたって印字品質
の高いインクジェット記録ヘッドを達成できた。

【００１７】（実施例３）ステンレス（SUS316-L）製の
ノズルプレート表面に、ジルコニア微粒子が分散したゾ
ルを塗布した。ジルコニア微粒子の大きさや濃度は、適
当な値を選択できるが、ここでは平均粒径０．０６μｍ
のジルコニアゾルNZS-30A（日産化学社製）を用い、メ
タノール中に濃度２ｗｔ％で分散させた。ノズルプレー
トの裏面、またはノズル内部をマスクテープやフォトレ
ジストで保護し、ジルコニアゾルをノズルプレートの表
面に、スピンコートで塗布した。ジルコニア微粒子層
を、約０．３μｍの厚みで形成できた。保護層を除去し
た後、２００℃で１時間加熱処理した。水との接触角は
約１５度と高い親水性を示し、水酸基を高密度に有して
いることがわかる。

【００１８】次にフロリナートＦＣ−７０（住友スリー
エム社製）に、含フッ素シリコンカップリング剤である
1H,1H,2H,2H-PERFLUOROOCTYLTRIETHOXYSILANEを３％溶
解させ、ノズルプレート表面に塗布し、２５０℃で１時
間加熱処理した。溶媒の沸点は２１５℃である。加熱処
理したノズルプレートを、フロリナートＦＣ−７０で三
槽に分けてすすいだ。水との接触角は溶媒ですすぐこと
で、１０５度から１２０度に変化した。カラー染料を含
んだ浸透性の高いインクに浸漬し、７０℃で５日間保持
したところ、インクと７０度以上の接触角が得られ、十
分な撥水撥油効果及び密着強度が得られていることがわ
かった。

【００１９】このノズルプレートを用いて製造したイン
クジェット記録ヘッドを、記録装置に装着して印字試験
を行なったところ、印字乱れ等のトラブルは発生せず、
鮮明なカラー印字が可能となった。インクを注入しなが
らシリコンゴムによる擦り試験をしたところ、１０００
０回擦った後にもインクとの接触角は７０度以上あり、
撥水撥油効果がほとんど劣化せず長期間にわたって印字
品質の高いインクジェット記録ヘッドを達成できた。

【００２０】（比較例１）実施例１と同様の方法でノズ
ルプレート上にアルミナ微粒子層を、約０．２μｍの厚
みで形成した。次にフロリナートＦＣ−４０（住友スリ
ーエム社製）に、含フッ素シリコンカップリング剤であ
る1H,1H,2H,2H-PERFLUORODECYLTRICHLOROSILANEを１０
％溶解させ、ノズルプレート表面に塗布した。溶媒の沸
点は１５５℃である。１００℃で１時間加熱処理したノ
ズルプレートを、フロリナートＦＣ−４０で三槽に分け
てすすいだ。水との接触角は溶媒ですすぐことで、１０
５度から２５度に変化し、含フッ素シリコンカップリン
グ剤のほとんどが除去されたことを示唆した。

【００２１】（比較例２）実施例２と同様の方法でノズ
ルプレート上にジルコニア微粒子層を、約０．１μｍの
厚みで形成した。次にパーフルオロオクタンに含フッ素
シリコンカップリング剤であるＫＰ−８０１Ｍ（信越化
学社製）を１０％溶解させ、ノズルプレート表面に塗布
し、８０℃で１時間加熱処理した。溶媒の沸点は１００
℃である。加熱処理したノズルプレートを、パーフルオ
ロオクタンで充分にすすいだ。水との接触角は溶媒です
すぐことで、１１０度から２０度に変化し、撥水効果が
消失していた。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、イン
クジェット記録ヘッドにおいてノズルプレート表面に優
れた特性の撥水撥油処理を施し、高い印字品質のインク
ジェット記録ヘッドを提供できた。また本発明による表
面処理は、その持続性に非常に優れているために、記録
ヘッドの長寿命化が可能となる。

【００２３】さらに本発明のインクジェット記録ヘッド
の製造方法は、極めて簡単な装置及び工程で撥水撥油化
処理ができるため、製造上安全であり、コストも大幅に
下げられるものであり、その効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１におけるインクジェット記録ヘッド
の概略を、模式的に示した断面図である。

【図２】実施例１におけるノズルプレート表面の撥水
撥油化処理を、模式的に示した断面図である。

【符号の説明】

１圧力室２ノズルプレート３インク吐出ノズル４第一基板５第二基板２１酸化物微粒子層２２含フッ素シリコンカップリング層２３結合基（シリル基）２４フルオロアルキル鎖

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インクが吐出するノズルプレート表面に
酸化物微粒子層が形成され、更にその上に含フッ素シリ
コンカップリング層が形成されているインクジェット記
録ヘッドの製造において、酸化物微粒子層上に含フッ素
シリコンカップリング剤溶液を塗布してから溶媒の沸点
以上まで加熱し、更にノズルプレートを溶媒ですすぎ、
未反応の含フッ素シリコンカップリング剤を除去するこ
とを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。