JPH06344560A - インクジェット記録ヘッドの表面処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【構成】 フッ化黒鉛を金属マトリックス中に分散さ
せ、これをインクジェット記録ヘッド１の少くともオリ
フィス面２のインク吐出口３周縁部に複合共析メッキす
ることを特徴とするインクジェット記録ヘッドの表面処
理方法でメッキ方法として、無電解メッキ法に続いて電
解メッキ法を順次用いる。 【効果】 常時所定の方向に実質的に均一液体量で安定
したインク吐出が行え、高速記録に十分適用され得るヘ
ッドを容易な処理で得られる。またその表面処理層は、
無電解メッキと電解メッキを組合せることにより、有機
及び無機双方の材料に被覆することが可能で、有機、無
機の複数種の材料を使用するいかなるインクジェット記
録ヘッドにも用いることができる。

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
る記録液を吐出口から小滴として吐出、飛翔させ、この
小滴の被記録面への付着によって記録を行うインクジェ
ット記録装置の記録ヘッドの表面処理に関し、特にイン
ク吐出口が設けられているインク吐出口面の表面処理に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、記録ヘッドのオリフィス（吐
出口）から記録液（インク）を吐出することにより記録
情報を行うインクジェット記録装置が、低騒音、高速記
録等の点で優れた記録装置として知られている。

【０００３】図２は、通常のインクジェット記録ヘッド
の構成を例示する展開斜視図である。この記録ヘッドに
おいてはガラスやセラミックス等で形成された基板１１
の上に、吐出圧発生素子１２が設置され、感光性樹脂硬
化膜１３をフォトリソグラフィー法でパターニングする
ことにより吐出圧発生素子１２に対応する液流路１５及
びオリフィス１４、さらには液室１６が形成されてい
る。その感光性樹脂硬化膜１３の上には、例えばガラ
ス、セラミックス、金属の上で形成された天板１７が、
接着剤１９により積層固着されている。また、その天板
１７には記録液供給口１８が形成されている。

【０００４】このような構成の記録ヘッドにおいて、オ
リフィス１４を囲む基板１１、感光性樹脂硬化膜１３及
び天板１７の表面の物理的性質（物理特性）は、オリフ
ィス１４から記録液を常時安定して吐出させる上で、極
めて重要である。すなわち、オリフィス１４の外回り表
面部（オリフィス周縁部）に記録液が回り込んで、その
一部にでも液溜りが生じると、流路１５の記録液がオリ
フィス１４から吐出される際に、その飛翔方向が正規の
所定方向から離脱するようになり、さらには、液溜り状
態の不安定さから、吐出されるごとにその飛翔方向が乱
れるという不都合が生じ、そのため安定した液吐出が行
えずに良好な記録が行えなくなる。

【０００５】また更に、オリフィス１４の外回り表面全
体が記録液の膜で覆われると、いわゆるスプラッシュ現
象が生じて記録液の散乱が起こり、安定した記録が行え
なくなる。また、オリフィスの外回りの表面部を覆う液
溜りが大きくなると、記録ヘッドの液吐出が不能状態に
陥ることすらある。

【０００６】また、図２に示したような通常の記録ヘッ
ドでは、シリコン（基板１１）、ガラス（天板１７）、
樹脂（感光性樹脂硬化膜１３）のように異なる材料が使
用されることが多い。そして記録液は、オリフィス周縁
部において、それら三種の中で最も漏れやすい材質の部
分から漏れる。通常のインク（記録液）に対しては、上
述の三種の材料のうちガラスが一番インクとの界面張力
が低いので、その部分からインクは漏れる。そのガラス
部分は、ヘッドの製造上や性能上好ましいので通常使用
されている材料であり、インク漏れを防ぐ目的で別の材
料を使用することは製造上、性能上、コスト上望ましく
ない。

【０００７】以上説明したように、従来の記録ヘッドに
おいては、オリフィスの周縁部に記録液の液溜りが生じ
ると、安定な吐出が行えなくなる。しかも、この傾向は
ノズル密度を上げて、高精細な記録を行う場合や、高周
波数で駆動する、すなわち高速記録をねらう場合に、非
常に顕著に現れるので、記録ヘッドの性能を向上させる
上で大きな問題となっている。

【０００８】そこで、図１に示すように、少なくともオ
リフィス１４の周縁部にいわゆる撥液処理を施すことに
より、インクをはじく撥液処理層２０を形成し、上述の
問題を解決せんとする提案が、従来より数多く公開され
ている。

【０００９】これらの問題を解決する方法の１つとし
て、従来から吐出口を囲む外表面をシリコーンオイル、
アラビヤゴム等で処理して撥水または撥油性（撥液性）
にする方法が実公昭４８−３６１８８号公報等に記載さ
れている。

【００１０】しかし、これらの方法は記録ヘッドを形成
するガラス、金属、樹脂等の基材との密着性が悪いため
に耐久性がなく、効果は不十分なものに過ぎなかった。
また撥液性も十分ではなく、例えばシリコーン系の物質
では水系のインクに対して撥液性を示しても、アルコー
ル系、ケトン系、エステル系等の有機溶剤系インクに対
しては、ほとんど撥液性を示さなかった。

【００１１】さらにフルオロアルキルアルコキシシラン
等でインクジェット記録ヘッドの吐出口周縁部を処理し
て撥液性にした例（特開昭５６−８９５６６９号）もあ
るが、処理を完全にするには高温（１５０℃以上）で長
時間加熱するか、高ｐＨの溶液（例えばアミン溶液）中
で加熱する等、吐出口を形成する材料を破壊する恐れの
ある処理が必要であった。また、従来から知られている
撥液処理を施したインクジェット記録ヘッドでは吐出口
の周縁部に付着するゴミ、残存インクなどを吹き払うた
めに行う、例えばゴムなどを用いたふき取り操作等の摩
擦に対して耐久性が不十分な場合があった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】インクジェット記録ヘ
ッドに形成する撥液処理層２０は、単に撥水性のみが良
好であるだけでなく、通常のインクジェット記録装置で
記録を行う際における撥液処理層の耐久性の点について
も十分でなければ実用的ではない。以下、その耐久性に
ついて述べる。

【００１３】インクジェット記録法を実施する場合に
は、たとえオリフィス周縁部に撥液処理が施されていて
も、オリフィス周縁部は常に記録液と接しているので、
ポリウレタンフォーム等の吸収体でオリフィス面を拭
き、付着したインクを吸い取るという回復操作がなされ
るのが通常である。したがって、撥液処理層は、吸収体
によりこすられても剥離しない程度の密着性や層が破壊
しない程度の耐摩耗性が必要とされる。これらの耐久性
が不十分であると、初期はともかく、ヘッドを使用して
いるうちに撥液処理層が徐々に剥離したり、抜け落ちた
りして撥液効果を示さなくなり、安定な吐出印字ができ
なくなってしまう。

【００１４】このようなインクジェット記録ヘッドに必
要とされる耐久性において、従来の撥液処理剤にて形成
した撥液処理層では十分ではない場合があった。

【００１５】さらには、図２に示したインクジェットヘ
ッドのように、オリフィスを取り囲む部材が複数の異な
る材質からなっている場合には、そのどの材質とも密着
性が良い撥液処理剤にて形成した撥液処理層を形成しな
ければならない。従来の撥液処理剤にて形成した撥液処
理層は、特に、この点について不十分な場合があった。

【００１６】本出願人は、そのような課題を解決する撥
液処理剤を先に出願した。その出願明細書には、非晶性
熱可塑性フッ素樹脂撥液処理層を樹脂上にシランカップ
リング剤あるいは有機チタネート化合物を介して被覆し
たインクジェット記録ヘッドについて記載されている。

【００１７】例えば前記ヘッド（基板１１がシリコン、
天板１７がガラス、樹脂硬化膜１３）の撥液処理層を、
上記の組成物により形成すれば、従来の撥液処理剤を用
いたよりも撥液持続性および耐摩耗性が向上した撥液処
理層が得られる。

【００１８】しかしながら、上記の組成物は、撥液持続
性、ブレード拭きに対する耐久性は十分ながら、紙詰ま
り時の紙による擦りに対しては撥液性が低下してしまう
場合もあった。

【００１９】本発明では、そのような課題を解決するた
めになされたものであり、その目的は、撥液性及び耐摩
耗性に優れた撥液処理層を有するインクジェット記録ヘ
ッドを提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は、フッ化黒鉛を
金属マトリックス中に分散させ、これをインクジェット
記録ヘッドの少なくともオリフィス面のインク吐出口周
縁部に複合共析メッキすることを特徴とするインクジェ
ット記録ヘッドの表面処理方法であり、そのメッキ法を
電解、無電解メッキ単独または双方を用いることにより
無機、有機双方からなるインクジェット記録ヘッド材料
に対して密着性が得られた。

【００２１】本発明においては、少なくとも吐出オリフ
ィス付近に問題の解決が絞られるものであるから、以降
においては記録ヘッドの吐出オリフィスを含む部分のみ
を抽出して詳述するが、本発明の主旨に添うものであれ
ば、例えば図１に示した如き記録ヘッドに限定されるこ
とはなく、いかなるタイプの記録ヘッドでも、吐出オリ
フィスより液体を吐出させるものであれば適用され得
る。

【００２２】次に、本発明の表面処理を施したインクジ
ェット記録ヘッドの作用について説明する。本表面処理
はフッ化黒鉛微粒子を均一に分散共析させた複合メッキ
なので表面に析出したフッ化黒鉛微粒子によって優れた
撥液性を示すと共に、マトリックスが金属であるため樹
脂に比較してはるかに傷つきにくく、剥れたりしない。

【００２３】また、フッ化黒鉛は、テフロンに比べても
はるかに濡れにくく（表面自由エネルギーが低く、水の
吸着量も少ない）、また硬度に関してもテフロンより高
いので、擦り耐久性、撥液持続性に優れている（硬化さ
せた場合、テフロン含有：ＨＶ３００、フッ化黒鉛：Ｈ
Ｖ５００）。

【００２４】

【実施例】

＜実施例１＞図１に示すようなインクジェット記録ヘッ
ドのノズル内にポジ型液体レジストＯＦＰＲ８００（東
京応化株式会社）を注入して１２０℃で２時間硬化させ
た。続いてメカニカルマスクにて吐出口を囲む面のみを
残し、マスクし、無電解メッキ液ニボジュールＨＸＳ
（上村工業株式会社）を用い操作温度９０℃で膜厚０．
２〜１．０μｍとなるようにメッキ時間を調節しメッキ
を施した。さらにフッ化黒鉛を分散させたメッキ液メタ
フロンＣＷ（上村工業株式会社）で操作温度４０〜５０
℃でメッキ処理を施した。なお、膜厚はメッキ時間と電
流密度を調整することにより１．０〜５．０μｍとし
た。最後にアセトンにてノズル内に注入したポジ型レジ
ストを溶解除去しインクジェット吐出ヘッドを形成し
た。このようにして完成した樹脂天板を前記の発熱体な
どを有する基板に密着しインクジェット吐出ヘッドを形
成した。

【００２５】＜実施例２＞図３に示すような樹脂天板を
持つインクジェット記録ヘッドにおいてはまず、メカニ
カルマスクにて吐出口を含む面２を残してマスクし、メ
ッキ液「ニボジュール」ＨＸＳ（上村工業株式会社）を
用い操作温度９０℃で膜厚０．２〜１．０μｍとなるよ
うにメッキ時間を調節しメッキを施した。さらにメッキ
液メタフロンＣＷ（上村工業株式会社）でメッキを施し
た。なお、膜厚は１．０〜５．０μｍとなるようにメッ
キ時間を調整した。フッ化黒鉛の濃度は７〜１３ｗｔ％
の範囲が選べるのでメッキ液の濃度を変化させ、各ヘッ
ドに適した撥水性のメッキ層を施した。また天板との密
着性を向上させる手法として、メッキ液中のフッ化黒鉛
濃度を連続的に変化させ膜表面に近いほどフッ化黒鉛の
濃度を高くしたものも作成した。続いて、該面を精密ド
リルで穿孔し吐出口を形成した。このようにして完成し
た樹脂天板を前記の発熱体などを有する基板に密着しイ
ンクジェット吐出ヘッドを形成した。

【００２６】＜比較例＞実施例２と同様のインクジェッ
トヘッドに含フッ素系非晶質熱可塑性樹脂のテフロンＡ
Ｆ（ＤＵＰＯＮＴ）をフロロカーボン系溶剤フロリナー
ト７５（住友３Ｍ）で０．５ｗｔ％希釈したものを吐出
口を含む面に塗布した。その後１５０℃で１時間硬化さ
せた。このようにして完成したヘッドを前記の発熱体な
どを有する基板に密着しインクジェット吐出ヘッドを形
成した。

【００２７】次に本発明の表面処理方法で処理した吐出
口を囲む面の接液性を含む耐摩耗性を調べるために行っ
た『ブレード擦り耐久試験』の結果を表１に示す。『ブ
レード擦り耐久試験』は撥水処理を施した面にインクを
吹きかけその上をポリウレタンブレードで擦って行っ
た。インクはキャノワードα−６０のものを使用し、耐
久試験を１５万回おこなった。評価は擦り後処理した面
の試験前後の前記インクとの接触角及び印字状態でおこ
なった。○は印字の状態が良好であることを示し、△は
印字の状態が普通であることを示し、×は印字の状態が
悪いことを示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】表１に示す結果から明らかなように、比較
例の記録ヘッドは、１５万回擦りをおこなった後はやや
印字品位の低下が見られた。これは、撥水処理層がやや
剥離してしまうことが原因である。しかし現在のヘッド
寿命に対しては十分な耐久性と印字品位レベルにある。
実施例１、実施例２に関してはまったく印字の劣化はな
く耐久性は半永久的であり、今後より印字速度の高速
化、ヘッドの長寿命化に対し十分に対応できる性能であ
る。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の表面処理
方法によって常時所定の方向に実質的に均一液体量で安
定した吐出がおこなえ、高速記録に十分適用され得るヘ
ッドを容易な処理で得られる。またその表面処理層は、
無電解メッキと通常の電解メッキを組み合わせることに
より有機及び無機双方の材料に被覆することが可能であ
り、それ故に有機及び無機の複数種の材料を使用するい
かなるインクジェット記録ヘッドにも用いることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】通常のインクジェット記録ヘッドを説明する外
観斜視図である。

【図２】通常のインクジェット記録ヘッドの構成を説明
する展開斜視図である。

【図３】本発明の実施例２及び比較例で用いた溝天型樹
脂ヘッドを説明する外観斜視図である。

【符号の説明】

１ インクジェット記録ヘッド（樹脂溝天） ２ 吐出口を含む面 ３ 吐出口 １１ 基板 １２ 吐出圧発生素子 １３ 感光性樹脂硬化膜 １４ ノズル １５ 流路 １６ 液室 １７ 天板 １８ インク供給口 １９ 接着剤 ２０ 撥液処理層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フッ化黒鉛を金属マトリックス中に分散
   させ、これをインクジェット記録ヘッドの少なくともオ
   リフィス面のインク吐出口周縁部に複合共析メッキする
   ことを特徴とするインクジェット記録ヘッドの表面処理
   方法。
2. 【請求項２】 請求項１のメッキ方法として、無電解メ
   ッキ法に続いて電解メッキ法を順次用いることにより有
   機、無機材料を同時に含むヘッドに対しても密着性を有
   することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの表面
   処理方法。