JPH07125219A - インクジェット記録ヘッドの撥水処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ノズル内には撥水層の形成なく、ノズル開口
面のみに、密着性が良好でかつ均質な撥水層を形成する
事により、インク滴の吐出が常に安定で高品位な記録画
像が形成出来る事を可能とする。 【構成】 金属および／または樹脂よりなるノズル開口
面にＳｉＯ₂層を蒸着により設け、これに１）フロロア
ルキル基、フロロシクロアルキル基からなる群より選ば
れる反応基、２）アミノ基、メトキシ基、エトキシ基か
らなる群より選ばれる官能基またはハロゲン原子、のそ
れぞれ少なくとも１つ以上がＳｉ原子に結合してなると
ころのシラン化合物を分散および／または溶解した溶液
をコーティングして撥水層を形成し、その後、ノズル内
に付着した余分な撥水剤を水洗等により除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インク滴を吐出して記
録書き込みを行うインクジェット記録ヘッドの撥水処理
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録ヘッドは、ノズルよ
りインクをインク滴として吐出し記録媒体上に記録の書
き込みを行うものであるが、この書き込みに水性インク
を用いる場合には、ノズル開口部周囲の撥水性が不十分
であると、インクがその面に付着し易くなってインク滴
の直進性が損なわれるなどの問題が生じる。

【０００３】一般に、インクジェット記録ヘッドにおい
て求められるノズル開口部周囲の撥水性は、接触角が９
０度以上あればインク滴の直進性が損なわれないと言わ
れており、このために、ノズル開口面側に撥水剤をコー
ティングする事が行われているが、その方法として、こ
れまでに静電粉体塗装法（特開昭５７−１６７７６５号
公報）や真空蒸着法（特開昭６０−１８３１６１号公
報）などの乾式法、あるいは、ディッピング法、スプレ
ーコート法、スピンコート法などの湿式法が提案されて
いる。

【０００４】前述の従来技術のうち乾式法によるコーテ
ィングでは、撥水剤分子を飛翔させて付着させる方法で
あるために基材全体に均等に付着し難く、ピンホールな
どの未処理部が発生し易く均一な撥水性が得難い、とい
う問題がある。そのため多くはノズル開口面全体に均等
にコーティングが可能な湿式法が多く用いられるが、そ
の反面、液体のためノズルが毛細管現象を起こし溶液が
ノズル内に侵入して塞いでしまう、また塞がないまでも
ノズル内壁をもコーティングされてインクのメニスカス
が壊れ易くなり、インク滴の直進性や吐出安定性が損な
われて印字品質に悪影響を与えるといった問題を有して
いる。

【０００５】そこでノズルを塞いだりノズル内壁にコー
ティングする事なくノズル開口面にコーティングを行う
方法として、特開昭６３−１２２５６０号公報には、ノ
ズルを含むインク流路内に液体または固体を充填してか
らコーティングをするというものが、また特開昭６２−
５９０４７号公報ではノズルよりエアを噴出させながら
コーティングをするというものが開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
方法では、流路内への液体・固体の充填が容易でなく、
また流路内に充填剤を満たしたままでノズル開口面に付
着した余分な充填剤を除去する事が困難であるといった
問題を有し、また後者の方法では、最も撥水性を要求さ
れるノズル開口部の周囲がエア流の影響を受けるため、
十分なコーティングを行う事が出来ないという問題があ
る。

【０００７】更には特開昭６３−２３９０６３号公報で
は先ず溶媒に分散または溶解した撥水剤を多孔質の支持
体に含浸させ、次いでノズル開口面を前記支持体に押し
付け転写する事によりコーティングを行う方法が開示さ
れているが、この方法ではピンホールなどの未処理部が
出来易く均質な膜構造が得難いといった問題があり、ま
た、支持体が柔らかい場合には押し付けた際に処理液が
しみ出しノズル内に侵入するといった問題もある。

【０００８】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、ノズル内には撥水層
を形成させることなく、ノズル開口面のみに均質な撥水
層を形成する新たな撥水処理方法を提供する事にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
記録ヘッドの撥水処理方法は、金属および／または樹脂
よりなるノズル開口面に、ＳｉＯ₂層を蒸着により設け
る工程と、前記ＳｉＯ₂層上に、下記に示すところの
Ｒ₁、Ｒ₂をそれぞれ少なくとも１つ以上Ｓｉ原子に結合
してなるシラン化合物を分散および／または溶解した溶
液をコーティングする工程と、ノズル内に付着した前記
シラン化合物を除去する工程と、からなる事を特徴とす
る。

【００１０】Ｒ₁：フロロアルキル基、フロロシクロア
ルキル基よりなる群より選ばれる反応基 Ｒ₂：アミノ基、メトキシ基、エトキシ基からなる群よ
り選ばれる官能基またはハロゲン原子

【００１１】

【実施例】以下に本発明について、図示した実施例を用
いて詳細に説明する。

【００１２】（実施例１）図１は本発明の一実施例をな
すインクジェット記録ヘッドの撥水処理工程を示したも
のである。

【００１３】はじめに、オーステナイト型Ｃｒ１８％Ｎ
ｉ８％ステンレス鋼板（２００μｍ厚、以下ステンレス
プレートと略）を圧延型抜きしノズルプレート１を作成
する。

【００１４】このノズルプレート１をはじめとしてノズ
ル開口面を構成する材料としては、金属および樹脂が好
ましい。一般にはこれらの他、ガラスやセラミックを用
いるものもあるが、本発明においては、ノズルを形成す
る部材にはＳｉＯ₂が含まれていないものが望ましく、
従ってＳｉＯ₂を含有するところのガラスやセラミック
などは好ましくない。用いられる材料として具体的に
は、金属としては上記に代表されるようなステンレスプ
レートなどの他、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆ
ｅ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｎなどから
なる鋼板またはそれらの２種以上からなる合金などが使
用され、樹脂としては、ポリカーボネート、ポリサルフ
ォン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリベンズイ
ミダゾール、ポリアセタール、ポリエチレン、ポリエチ
レンテレフタレート、ポリスチレン、ポリフェニレンオ
キサイドやその他フェノール樹脂、アクリル樹脂、エポ
キシ樹脂、ＡＢＳなどが使用される。

【００１５】次に、真空蒸着装置２を用いて、ＳｉＯ₂
タブレット３を蒸着源側トレイにセットし、先に作成し
たノズルプレート１をノズル開口面４がタブレット３に
向くように固定した後、装置２内を１０^-5〜１０^-6Ｔｏ
ｒｒ台まで圧力を減じ、タブレット３を電子ビームで加
熱して、ノズル開口面４上にＳｉＯ₂層５を蒸着により
設ける（図１（ａ））。このとき得られるＳｉＯ₂層５
は蒸着法を用いているためにタブレット３より飛翔する
ＳｉＯ₂分子に方向性があり、そのためノズル開口面４
には層形成されるが分子の飛翔方向６に対し平行である
ノズル内壁７には付着せず、従って図１（ｂ）に示すよ
うに、ＳｉＯ₂層５はノズル開口面４上のみに形成され
る。

【００１６】このときＳｉＯ₂層５の層厚はノズル開口
面４への被覆が十分であれば特に限定されるものではな
いが、通常はおよそ１０〜１０００ｎｍの範囲であれば
有効に用いられ得る。

【００１７】なお、この時、ノズル開口面４上の一部に
保護テープを貼り層形成しない部位を作り、表面段差計
を用いてＳｉＯ₂層５の層厚を測定したところ、約６０
ｎｍであった。

【００１８】またＳｉＯ₂層５はノズル開口面４に対し
直接蒸着しても良いが、ＳｉＯ₂層５とノズル開口面４
の密着性を更に増す目的で少なくとも１層以上の中間層
を設けても良い。具体的には、同一蒸着装置内で先にＣ
ｒをＳｉＯ₂と同様の方法で蒸着させ、その後にＳｉＯ₂
を蒸着するなどの方法が挙げられる。

【００１９】更にまた、蒸着を開始する前に、真空蒸着
装置内にＡｒ、Ｏ₂などのガスを１０^-4Ｔｏｒｒ程度導
入し高周波などを用いてプラズマを発生させる事によ
り、そのノズル開口面４上の付着物などの汚れを除去
し、蒸着により得られる層と面の密着性を上げる事も出
来る。

【００２０】次に、このノズルプレート１を真空蒸着装
置２より取り出し、撥水剤としてＫＰ８０１Ｍ（信越化
学商標、Ｆ₃Ｃ（ＣＦ₂）₅（ＣＨ₂）₂Ｓｉ（ＮＨ₂）₃３
％ｓｏｌｖ．）を用い、この溶液内へノズルプレート１
をノズル開口面４が液面に垂直になるように漬けてしば
らく静置の後、１００ｍｍ／分の速度で溶液中より引き
上げ、これをオーブンで約１時間、１２０度の温度で加
熱して溶媒を蒸発除去する。この後、約６０℃の湯浴
に、浴内を攪拌しながら前記ノズルプレート１を約２時
間漬けて、ノズル内に付着した撥水剤を除去し、撥水層
８を得た（図１（ｃ））。

【００２１】使用される撥水剤としては、下記に示すと
ころのＲ₁、Ｒ₂のそれぞれ少なくとも１つ以上がＳｉ原
子に結合してなるシラン化合物を分散および／または溶
解した溶液である事が望ましい。

【００２２】Ｒ₁：フロロアルキル基、フロロシクロア
ルキル基よりなる群より選ばれる反応基 Ｒ₂：アミノ基、メトキシ基、エトキシ基からなる群よ
り選ばれる官能基またはハロゲン原子 上記シラン化合物は、Ｓｉ原子にアミノ基、メトキシ
基、エトキシ基またはハロゲン原子が結合してなる事に
より、容易にＳｉＯ₂と脱水または脱ハロゲン化水素反
応を起こして結合し、かつフロロアルキル基、フロロシ
クロアルキル基よりなる群より選ばれる反応基を有する
事によりＳｉＯ₂上に於いて非常に密着性の良い撥水層
が得られる。従って基材のＳｉＯ₂層５には十分な密着
性が得られ、かつ非常に良好な撥水性を有する撥水層８
が形成される。その一方、ＳｉＯ₂のないノズル内壁７
に対しては反応が起こらないため非常に密着性が低く、
そのため付着しても水洗などで容易に除去が出来、結果
としてノズル開口面４上のみに撥水層８を得る事が可能
となる。また撥水層８を湿式法で形成する事でピンホー
ル等の未処理部の発生なく均質な撥水性を得る事が出来
る。

【００２３】本発明に於いて用いられるシラン化合物と
して具体的には、Ｆ₃Ｃ（ＣＨ₂）₂Ｓｉ（ＣＨ₃）Ｃ
ｌ₂、Ｆ₃Ｃ（ＣＨ₂）₂Ｓｉ（ＯＣＨ₃）₃、Ｆ₃Ｃ（Ｃ
Ｆ₂）₅（ＣＨ₂）₂ＳｉＣｌ₃、Ｆ₃Ｃ（ＣＦ₂）₅（Ｃ
Ｈ₂）₂Ｓｉ（ＮＨ₂）₃、Ｆ₃Ｃ（ＣＦ₂）₇（ＣＨ₂）₂Ｓ
ｉ（ＣＨ₃）₂Ｃｌ、Ｆ₃Ｃ（ＣＦ₂）₇（ＣＨ₂）₂Ｓｉ
（ＯＣＨ₂ＣＨ₃）₃などが挙げられる。

【００２４】ノズル内に付着したシラン化合物を除去す
る方法としては、インクジェット記録ヘッドを形成する
部材およびＳｉＯ₂、撥水剤と反応、またはこれを溶解
・腐蝕しない範囲における任意の溶液による洗浄が好ま
しい。ノズル内壁とシラン化合物は物理的に吸着してお
りエア流によって吹き飛ばす方法や、擦る方法では取れ
難いが、水などの溶液を用いるとノズル内壁とシラン化
合物の間に容易に溶液分子が侵入し簡単にシラン化合物
が除去でき、かつＳｉＯ₂上のシラン化合物は化学結合
を起こしているため取れる事なく、従ってノズル開口面
上に形成された撥水層は欠損する事なくノズル内壁に付
着したシラン化合物のみを除去する事が出来る。

【００２５】用いる事の出来る溶液としては、一般的に
は水または水を少なくとも溶媒として含有する溶液を主
溶媒とするものが最も安易に使用できるが、その他低級
アルコールやグリコール類、脂肪族炭化水素のうちオク
タン、ノナンなど常温で液体のもの、ベンゼン、キシレ
ン、トルエン等の芳香族炭化水素などまたはそれらを溶
媒とした溶液を用いてもよい。

【００２６】そして最後に、こうして撥水層８を形成し
たノズルプレート１を、ポリカーボネートを射出成形し
て作成したところの圧力室を含むインク流路形成部材９
に接着し、更にこれにニッケルよりなる圧力伝達用の振
動版１０および圧電素子１１を接着し、インク供給用の
インクリザーバ１２を含むケース１３と合わせ、インク
ジェット記録ヘッド１４を構成する（図２）。

【００２７】上記の構成により得られるヘッド１４のよ
うにノズル開口面がノズルプレートの形態を持つものに
おいては、インク流路形成部材９や振動板１０は接着・
接合性や耐インク性などの許容する範囲において、ガラ
ス、セラミックス、金属、樹脂などインクジェットの分
野で一般的に用いる事の出来る任意の材料を使用する事
が出来る。

【００２８】このようにして形成した撥水層８は水に対
する接触角が１００度以上あり、かつノズル開口面４全
体が均一に撥水性を示した。またノズル内には撥水層８
の形成は認められず、ノズル詰まりもなかった。

【００２９】上述の工程により得たヘッド１４をインク
ジェットプリンタ１５にセットし、表１に示すところの
インクジェット用インクをヘッド１４の流路に満たしノ
ズル１６より吐出したところ、インク滴１７は曲がりな
く（０．５゜以下）真直ぐに吐出、飛行し、記録媒体１
８上に印字精度の高い高品位な記録画像を形成する事が
出来た。

【００３０】

【表１】

【００３１】また、ＳｉＯ₂層５と撥水層８の密着性を
確認するため、クロロプレンゴムからなるゴミ除去ワイ
パー１９を用いてワイピングを１００００回繰り返す試
験を行ったところ、インク滴の吐出性は損なわれる事な
く、ワイピング後においても印字精度の高い高品位な記
録画像を形成する事が出来た。

【００３２】（実施例２）ポリサルフォンを射出成形し
て作成した、圧力室を含むインク流路を有するインク流
路形成部材２０と、同様にして作成したポリサルフォン
からなる振動板２１を接着する。次いで、実施例１と同
様の真空蒸着装置２を用いて、ノズル開口面２２上にＳ
ｉＯ₂を約５０ｎｍ蒸着し、ＳｉＯ₂層２３を形成する。
これを撥水剤としてＦ₃Ｃ（ＣＦ₂）₅（ＣＨ₂）₂ＳｉＣ
ｌ₃を弗素系溶媒ＦＣ−７５（住友スリーエム商標）に
３％溶解した溶液にノズル開口面２２が浸る程度まで入
れ、その後、静かにこれを取出し、１００度のオーブン
で３０分乾燥する事により、ＳｉＯ₂層２３上およびノ
ズル内壁２４の一部に撥水層２５および２５ｂが形成さ
れる。これに圧電素子１１を接着した後、インクリザー
バを含むケース１３ｂに取り付け、インク流路にインク
ジェット用インク１６を約３０分流し、ノズル内壁２４
に付着した撥水層２５ｂを洗い流し、図６（ａ）に示す
ところのインクジェット記録ヘッド２６を得た。

【００３３】上述により得られた撥水層２５は水に対す
る接触角が１００度以上あり、かつノズル開口面２２の
全体に均一に撥水性を示した。またノズル内を観察した
ところ、ノズルはインクに満たされており撥水層２５ｂ
の残留は認められなかった。

【００３４】得られたヘッド２６を実施例１と同様の方
法を用いインクジェット用インクの吐出を行ったとこ
ろ、インク滴の曲がりなく（０．５°以下）真直ぐ吐出
し、記録媒体１８に対し印字精度の高い高品位な記録画
像が形成出来た。

【００３５】更に、実施例１と同様の方法でワイピング
を１００００回繰り返した後にもインク滴の吐出性は損
なわれる事なく、ワイピング後においても印字精度の高
い高品位な記録画像を形成する事が出来た。

【００３６】（比較例１）ＳｉＯ₂層を設けない以外は
全て実施例１と同様の方法を用いてインクジェット記録
ヘッドを作成しようとしたが、撥水層をノズル開口面上
に形成後、ノズルプレートを湯浴に浸したところ撥水層
が取れてしまい、ノズル開口面への撥水性が得られなか
った。またこのノズルプレートを用いて作成したヘッド
を用いて実施例１と同様の方法でインクジェット用イン
クの吐出を行ったが、ノズル周辺にインク溜り２７が発
生し、インク滴の吐出方向がインク溜り２７側に５〜１
０°曲ってしまい、高品位な記録画像は形成出来なかっ
た（図７）。

【００３７】（比較例２）ＳｉＯ₂層を設ける代わりに
アミノシラン０．１％水溶液にノズル開口面を浸し、そ
の後８０℃のオーブンで３０分乾燥させる工程からなる
シランカップリング処理を行う以外は全て実施例２と同
様の方法を用いてインクジェット記録ヘッドを作成し
た。

【００３８】上述により得られたヘッドの撥水層２８は
水に対する接触角が１００度以上あり、かつノズル開口
面３０全体に均一に撥水性を示し、またノズル詰まりも
なかった。しかしながら、ノズル内壁上にも撥水層２８
が形成されており、そのためインクのメニスカス２９は
ノズル口付近よりも後退した部分に形成されており、こ
のヘッドを実施例１と同様の方法を用いインクジェット
用インクの吐出を行ったところ、インク溜りの発生は無
かったがインク滴の吐出が安定せず、インク滴の飛散や
吐出しなくなる現象が発生し、インクの飛び散りやドッ
ト抜けの多い印字精度の低い低品位な記録画像しか形成
出来なかった（図８）。

【００３９】（比較例３）撥水剤として含弗素重合体で
あるところのＡＦ１６００（Ｄｕ Ｐｏｎｔ社商標）を
ＦＣ−７５に２重量％溶解させたものを使用する以外は
全て実施例１と同様の方法を用いてインクジェット記録
ヘッドを作成した。

【００４０】上述によって得られたヘッドは、形成され
た撥水層３０は水に対する接触角が１００度以上あり、
かつ全体に均一に撥水性を示したが、ノズル内への撥水
剤の侵入によってノズル詰まりが発生し、インク滴は吐
出出来なかった。

【００４１】以上、実施例１、２に示すように金属およ
び／または樹脂よりなるノズル開口面にＳｉＯ₂層を蒸
着により設け、これにフロロアルキル基、フロロアリル
基、フロロシクロアルキル基、フロロアルカリル基およ
びフロロシクロアリル基からなる群より選ばれる少なく
とも１つ以上をＳｉ原子に有したハロゲン化シランまた
はシラザンよりなる化合物を分散および／または溶解し
た溶液をコーティングし撥水層を形成した場合には、ノ
ズルが撥水剤によって詰まったりノズル内壁が撥水処理
されてしまう事なく、ノズル開口面のみに均質かつ密着
性の良好な撥水層が得られ、記録媒体に対して高品位な
記録画像が形成出来る。しかし比較例１のようにＳｉＯ
₂層がない場合には撥水層の密着性が得られず、また比
較例２のようにシランカップリング剤を用いた場合には
密着性は得られるが、同時にノズル内もシランカップリ
ング剤が侵入するためにノズル内部にも撥水層が形成さ
れてしまい安定したインク滴の吐出が得られず、何れの
場合も記録媒体に対して高品位な記録画像を形成出来な
い。更に比較例３に示すようなシラン化合物でないとこ
ろの含弗素重合体のコーティングによる撥水層ではノズ
ル詰まりによるインク滴の吐出不良を起こし、記録画像
の形成が出来ない。

【００４２】

【発明の効果】以上の説明により、本発明のインクジェ
ット記録ヘッドの撥水処理方法によれば、先ず金属およ
び／または樹脂よりなるノズル開口面にＳｉＯ₂層を蒸
着により設け、次いで前記ＳｉＯ₂層上に１）フロロア
ルキル基、フロロシクロアルキル基からなる群より選ば
れる反応基、２）アミノ基、メトキシ基、エトキシ基か
らなる群より選ばれる官能基またはハロゲン原子、のそ
れぞれ少なくとも１つ以上がＳｉ原子に結合してなると
ころのシラン化合物を分散および／または溶解した溶液
をコーティングして撥水層を形成し、その後、ノズル内
に付着した余分な撥水剤を水などで洗浄し除去する事に
より、ノズルが撥水剤によって詰まる、またはノズル内
壁が撥水処理されるという事なく、ノズル開口面のみに
均質で良好な撥水性を有した撥水層が形成でき、従って
インク滴の吐出が常に安定で飛行軌跡が曲る事なく、記
録媒体に対して高品位な記録画像の形成を実現するイン
クジェット記録ヘッドを得る事が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１におけるインクジェット記録
ヘッドの形成工程を示した図である。

【図２】本発明の実施例１の形成工程により形成された
インクジェット記録ヘッドの模式的断面図である。

【図３】一般的なインクジェットプリンタの模式図であ
る。

【図４】本発明の実施例１の形成工程により形成された
インクジェット記録ヘッドのインク吐出状態を示した図
である。

【図５】本発明の実施例１におけるワイピングの状態を
示した図である。

【図６】本発明の実施例２の形成工程により形成された
インクジェット記録ヘッドの模式的断面図およびその形
成工程を示した図である。

【図７】比較例１の形成工程により形成されたインクジ
ェット記録ヘッドのインク吐出状態を示した図である。

【図８】比較例２の形成工程により形成されたインクジ
ェット記録ヘッドのインク吐出状態を示した図である。

【図９】比較例３の形成工程により形成されたインクジ
ェット記録ヘッドのノズル近傍の断面図である。

【符号の説明】

１‥‥ノズルプレート ２‥‥真空蒸着装置 ３‥‥タブレット ４、２２‥‥ノズル開口面 ５、２３‥‥ＳｉＯ₂層 ６‥‥蒸着分子の飛翔方向 ７、２４‥‥ノズル内壁 ８、２５、２８、３０‥‥撥水層 ９、２０‥‥インク流路形成部材 １０、２１‥‥振動板 １１‥‥厚電素子 １２‥‥インクリザーバ １３、１３ｂ‥‥ケース １４、２６‥‥インクジェット記録ヘッド １５‥‥インクジェットプリンタ １６‥‥ノズル １７‥‥インク滴 １８‥‥記録媒体 １９‥‥ゴミ除去ワイパー ２７‥‥インク溜り ２９‥‥インクのメニスカス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属および／または樹脂よりなるノズル
   開口面に、ＳｉＯ₂層を蒸着により設ける工程と、 前記ＳｉＯ₂層上に、下記に示すところのＲ₁、Ｒ₂をそ
   れぞれ少なくとも１つ以上Ｓｉ原子に結合してなるシラ
   ン化合物を分散および／または溶解した溶液をコーティ
   ングする工程と、 ノズル内に付着した前記シラン化合物を除去する工程
   と、からなる事を特徴とするインクジェット記録ヘッド
   の撥水処理方法。 Ｒ₁：フロロアルキル基、フロロシクロアルキル基より
   なる群より選ばれる反応基 Ｒ₂：アミノ基、メトキシ基、エトキシ基からなる群よ
   り選ばれる官能基またはハロゲン原子