JPH10101829A - プラスチック基材およびその製造方法、並びにインクジェットプリンタ用ヘッドおよびその製造方法 - Google Patents
プラスチック基材およびその製造方法、並びにインクジェットプリンタ用ヘッドおよびその製造方法Info
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Abstract
ンク性表面およびその形成方法を提供することを目的と
する。 【解決手段】 酸素を構成成分とするプラスチック基板
1に対して、その表面層を、フッ素を含有し、フッ素と
炭素の原子数比F/Cを0.85以上でかつ1.30以
下の成分に改質して改質層2を有するプラスチック基材
を形成する。また製造方法においては、プラスチック基
板1にRFバイアス電圧を印加することによってフッ素
を含有するプラズマに特定のエネルギを付加して、基板
の表面をフッ素含有カーボン層に改質して、耐久性の高
い撥水、撥インク性表面を形成する。このプラスチック
基材を用いたインクジェット用ヘッドにより、耐久性の
高く、高品質印字が可能なインクジェットプリンタを提
供することができる。
Description
インク性能、およびその耐久性を有するプラスチック基
材およびその製造方法、並びにインクジェットプリンタ
用ヘッドおよびその製造方法に関する。
の普及に伴い、プリンタの需要が非常に高くなってい
る。特に、インクジェットプリンタは動作時における音
の発生が小さく、高速印字が可能であり、カラー印字へ
の対応が容易であることからその普及には目覚ましもの
がある。
リンタには種々の方式が提案されている。
ト用ヘッドの断面構成図を示したものである。図13に
示すように、超音波振動子58を用いてインク室に蓄え
られたインク56をパルス信号に応じて一滴ずつノズル
構成フィルム51のノズル開口部53より噴出させて印
字する構成となっている。
クジェットプリンタ用ヘッドの断面構成図を示したもの
である。図14に示すように、電極54が接続されたヒ
ータ55によってパルス信号に応じてインク56が加熱
され、気泡57を発生させ、インク56をノズル構成フ
ィルム51のノズル開口部53より噴出させる構成とな
っている。
ィルム51には耐熱性に優れるポリイミドより成る厚さ
0.1〜0.5mm程度のフィルムが使用されている。
上記のノズル構成フィルム51のノズル開口部53はレ
ーザ加熱加工で形成されることが多く、フィルムに耐熱
性が要求されるため、ポリイミドがノズル構成フィルム
51の材料として用いられている。
タにおけるインクの噴出の様子を示す断面図を示す。ノ
ズル開口部53よりインク56が噴出する際、図15
(a)に示すように真っ直ぐに噴出されることが高品質
印字を実現する上で必要である。ところが図15(b)
に示すようにインク56とノズル構成フィルム51が馴
染み、濡れてしまうとインク56は濡れた方に引き寄せ
られてしまい、結果として、インク56は真っ直ぐに噴
出されなくなり、インクの噴出軌道は定まらなくなる。
特に長時間、インクを噴出させると、ノズル構成フィル
ム51がインクに対して濡れやすくなり、印字の品質が
悪くなる問題点が生じる。
するためになされたものであり、ポリイミドを代表とす
るプラスチックによって形成されたノズル構成フィルム
へのインクの馴染みに起因するインク噴出軌道の不安定
性を長期間に渡って解消することを主な目的とするもの
である。また本発明は、
成するために、ポリイミドを代表とするプラスチックに
よって形成されたノズル構成フィルムの表面を水やイン
クをはじく優れた撥水性能、撥インク性能に改質し、水
やインクを表面に付着させないように制御するものであ
る。これにより、優れた撥水性能、撥インク性能が長時
間維持される表面を有するプラスチック基材を得ること
ができ、インクジェットプリンタ用ヘッドにおいては、
ノズル開口部から噴出されるインクがノズル構成フィル
ムに馴染み濡れることなく、はじかれるように真っ直ぐ
に噴出させることができる。
表面層を、フッ素を含有し、フッ素と炭素の原子数比F
/Cを0.85以上で1.30以下の成分に改質して成
るものである。
クトルにおいて、C1S信号の総面積に対するCF2信号
面積の比が0.13以上で0.20以下の範囲にあるプ
ラスチック基材であることが望ましい。
クトルにおいて、C1S信号の総面積に対するCF3信号
面積の比が0.10以上で0.17以下の範囲にあるプ
ラスチック基材であることが望ましい。
製造方法は、プラスチック基材の上に、フッ素含有のプ
ラズマを照射してプラスチック基材の上層部をフッ素含
有カーボン層に改質するものである。
に負のRFバイアス電圧を0V以上で40V以下の範囲
で印加し、フッ素含有のプラズマを照射してプラスチッ
ク基材の上層部をフッ素含有カーボン層に改質すること
が望ましい。
に負のRFバイアス電圧を5V以上で30V以下の範囲
で印加して改質することがより望ましい。
ンタ用ヘッドは、複数個のノズル開口部が形成されたプ
ラスチックより成るノズル構成フィルムを有し、ノズル
構成フィルムの表面に、フッ素を含有した改質層が生成
されたことを特徴とする。
原子数比F/Cを0.85以上で1.30以下の成分と
することが望ましい。
光電子分光スペクトルにおいて、C 1S信号の総面積に対
するCF2信号面積の比が0.13以上で0.20以下
の範囲にあることが望ましい。
光電子分光スペクトルにおいて、C 1S信号の総面積に対
するCF3信号面積の比が0.10以上で0.17以下
の範囲にあることが望ましい。
ンタ用ヘッドの製造方法は、ノズル構成フィルムの表面
に、フッ素含有のプラズマを照射してノズル構成フィル
ムの上層部をフッ素含有カーボン層に改質することを特
徴とする。
に負のRFバイアス電圧を0V以上で40V以下の範囲
で印加してフッ素含有のプラズマを照射することが望ま
しい。
ムに負のRFバイアス電圧を5V以上で30V以下の範
囲で印加してフッ素含有のプラズマを照射することがよ
り望ましい。
て図面を参照しながら説明する。
形態におけるプラスチック基材の断面構成図である。プ
ラスチック基板1を構成するポリイミドは下記の化学式
に示すように酸素を含有する組成を有している。
窒素より構成されるプラスチックは、酸素を含有しない
プラスチック(例えばポリスチレン)に比べて水やイン
クに馴染みやすい性質を有している。ポリイミドの場
合、水を滴下した際の水滴の接触角は約65°と低い値
を示し、親水性を示す。水性インクを滴下した場合も、
油性インクを滴下した場合も接触角は水滴の場合とほぼ
同程度であり、馴染みやすい性質を有している。
面に、フッ素を含有し、フッ素と炭素の原子数比F/C
を0.85以上で1.30以下の成分を有する改質層2
を形成してプラスチック基材を構成している。
ら本実施の形態の撥水性、撥インク性表面を形成する製
造方法について説明する。
1を接続した処理チャンバ22にはプラズマ発生室23
が付帯している。プラズマ発生室23にはガス導入系2
4からガスが供給されるとともにマイクロ波電力発生器
25から2.45GHzのマイクロ波が供給される。ま
た、プラズマ発生室23の周囲に設置したソレノイドコ
イル26からの磁場とマイクロ波との相互作用により電
子サイクロトロン共鳴(ECR)によるプラズマ27が
プラズマ発生室23に発生する。処理チャンバ22には
プラスチック基板1が基板用電極29の上に設置され、
プラズマ発生室23からのプラズマ27が照射される。
なお、基板用電極29にはRF電源28からRFバイア
ス電圧が供給されるようになっている。
とするものを用い、ガス導入系24からCF4ガスを導
入する。この時CF4ガスの導入により、処理チャンバ
22の圧力を4x10-4Torrとした。マイクロ波電
力発生器25から200Wのマイクロ波電力を投入し、
CF4のECRプラズマを発生させ、プラスチック基板
1上に照射する。
8からRFバイアス電圧を供給している。図3はプラス
チック基板1の電位を示しており、RF電圧の印加によ
りプラスチック基板1には負の自己バイアス電圧が発生
する。この際の平均の電位とアース電位の間の電圧Va
をRFバイアス電圧と呼んでいる。ここではRFバイア
ス電圧を−20Vとして照射処理を行い、プラスチック
基板1の上層部をフッ素含有の改質層2に改質して、プ
ラスチック基材を形成した。
改質表面の撥水性能を水の接触角で評価した結果であ
る。改質前のポリイミド表面では接触角は前述の如く約
65゜と低いが、上述のプラズマ処理を行うことにより
速やかに接触角は上昇し、約103゜で飽和し、撥水性
の高い表面に改質されている。ここではRFバイアス電
圧を−20Vとしているが、さらに種々のRFバイアス
電圧を印加してプラズマ照射を行い、接触角の変化を観
察した。その結果を図5を示す。どのRFバイアス電圧
でも改質前の65゜に比べて高い接触角が得られてい
る。更に詳しく見るとRFバイアス電圧が0Vでやや接
触角が低くなっているが、ほとんど同程度の接触角が得
られ、高い撥水性能が認められる。なお、同様の評価を
水性および油性インクで行ってみたが、水の接触角とほ
ぼ同等の結果が得られている。
されたポリイミド表面の接触角が経時的にどのように変
化するかを調べてた。その結果を図6に示しているが、
図6から明らかなように、RFバイアス電圧に関して経
時特性に次のような有意差が見られた。なお、温度25
℃、湿度45%の通常の環境下での1000時間後の経
時的変化を調べた結果である。負のRFバイアス電圧が
0V以上で40V以下の範囲では接触角の低下がほとん
ど認められず、耐久性の高い撥水性表面となっている。
ところが、負のRFバイアス電圧が40Vを越えること
により、接触角は改質当初に比べて低下が認められ、経
時変化が観察される。
分光法(XPS)で観察し、スペクトルを分析した結果
が図7である。C1SスペクトルにCF、CF2、CF3の
ピークが現れており、改質層にC−F結合が形成されて
いることが確認された。
てポリイミドをプラズマ処理した改質面の最表面におけ
る組成をX線光電子分光法(XPS)で分析した結果で
あり、縦軸に組成として酸素原子数とカーボン原子数の
比F/C値を示している。RFバイアス電圧を増加する
に従い、F/C値は減少を示している。図5の接触角の
経時特性で、負のRFバイアス電圧を0V以上で40V
以下の範囲で印加することにより経時変化のない撥水性
表面が得られているが、図8の組成では、RFバイアス
電圧が0VではF/C値は1.30を示しており、また
RFバイアス電圧が40Vでは0.85を示している。
すなわち、改質面の最表面の組成としてF/C値が0.
85以上で1.30以下の範囲で耐久性に優れた撥水性
表面が提供されることがここで判明した。
たポリイミド改質面のXPSスペクトルにおいて、C1S
信号の総面積に対するCF2信号面積の比を求めた結果
である。RFバイアス電圧の増加に伴い、CF2信号面
積比は減少しており、接触角の経時変化の少ないRFバ
イアス電圧が0V以上で−40V以下の範囲で面積比は
0.13以上で0.20以下が得られている。
て、C1S信号の総面積に対するCF 3信号面積の比を求
めた結果である。RFバイアス電圧の増加に伴い、CF
2信号面積比と同様にCF3信号面積比も低下しており、
C1S信号の総面積に対するCF3信号面積の比が負のR
Fバイアス電圧が0V以上で40V以下に対応する0.
10以上で0.17以下の範囲にあることが望ましいこ
とがこれより判明した。
圧を40Vよりも大きく印加することにより接触角は改
質当初に比べて低下することがが観察されているが、こ
の現象はC1S信号の総面積に対するCF2信号面積の
比の低下、あるいはCF3信号面積の比の低下に基づく
ものであると考えられる。すなわち、RFバイアス電圧
によって高エネルギ化されたプラズマはC−Fの結合を
促進し、CF2結合やCF3結合を生成するが、−40V
よりもバイアスが大きくなると逆にプラスチック基材に
ダメージを与えるようになり、C−F結合を阻害して経
時的に特性を低下させる結果となるものと考えられる。
従ってポリイミド改質面におけるC1S信号の総面積に対
するCF2信号面積の比は0.13以上で0.20以下
の範囲内にあること、あるいはC1S信号の総面積に対す
るCF3信号面積の比は0.10以上で0.17以下の
範囲にあることが耐久性のある撥水性表面、撥インク性
表面を提供する上で有効であることがわかる。
アス電圧の関数として求めた結果を更に詳細に観察する
と、RFバイアス電圧が−40Vで1000hr後にお
ける接触角の僅かな低下が観察できる。またRFバイア
ス電圧が0Vでは接触角の経時変化はほとんど見られな
いが、改質当初の接触角が他のバイアス電圧に比べてや
や低くなっており、撥水性能が僅かに劣っている。これ
より、プラスチック基材に負のRFバイアス電圧を5V
以上で30V以下の範囲にすることが更に望ましいこと
が判る。
の形態におけるインクジェットプリンタ用ヘッドを示す
断面構成図である。なお、ヒータ加熱式のヘッドを一例
として本発明の実施の形態を説明する。電極54からパ
ルス信号に応じて通電されたヒータ55によって保護膜
59を介してインク56が加熱され、インク56内に気
泡57が発生する。この気泡57によって、インク56
はポリイミドを主成分とするノズル構成フィルム51に
形成されたノズル開口部53から押し出されて印字すべ
き紙に向かって噴出される。
にフッ素を含有する改質層を生成し、特にその改質層は
フッ素と炭素の原子数比F/Cを0.85以上で1.3
以下の成分とすることが上記の実施の形態1の結果から
も明らかなように望ましい。
トプリンタ用ヘッドを形成する製造方法について説明す
る。図2に示す処理装置を用いて、実施の形態1の製造
方法と同様にして、ポリイミドを主成分として構成され
るノズル構成フィルム51の表面にフッ素と炭素の原子
数比F/Cを0.85以上でかつ1.30以下の成分に
改質した改質層52を形成する。
工によって形成したノズル構成フィルム51をプラスチ
ック基板1として、その下部に基板用電極29を配置
し、基板用電極29にRFバイアス電圧を印加する。実
施の形態1と同様に、負のRFバイアス電圧を0V以上
で40V以下の範囲で印加することにより、接触角の経
時変化はほとんど見られず、耐久性の高い撥水性、撥イ
ンク性表面を得ることができる。しかし、RFバイアス
電圧を40Vよりも高くすると接触角の経時的な低下が
観察され、適当でない。このため、実施の形態1と同様
に、RFバイアス電圧は0Vから−40Vの範囲内にあ
ることが重要である。
改質面におけるF/CとRFバイアス電圧の関係に基づ
き、ノズル構成フィルム35の表面の組成はF/Cは
0.85以上でかつ1.30以下に改質することが望ま
しい。
1S信号の総面積に対するCF2信号面積の比より、C
F2信号面積の比は0.13以上で0.20以下の範囲
内にあることが耐久性のある撥水面を提供する上で有効
である。
C1S信号の総面積に対するCF3信号面積の比より、C
F2信号面積の比が0.10以上で0.17以下の範囲
にあることが望ましい。
したヘッドでは、前述の如くフィルムが印字ショット数
を重ねていくに従い、インクに濡れてしまう度合いが大
きくなり、5000万ショット以上で高品質印字を実現
することができなかった。これに対し、RFバイアス電
圧の印加範囲をのように限定してフッ素含有プラズマを
照射し、ノズル構成フィルム51の上にフッ素と炭素の
原子数比F/Cを0.85以上でかつ1.30以下の成
分の改質層52を形成したインクジェットプリンタ用ヘ
ッドを作製し、プリンタに搭載することにより、長期間
に渡ってノズル構成フィルム51におけるインクの濡れ
を防止し、実用上要求される2億ショットの高品質印字
を達成することができた。このように本発明に基づくイ
ンクジェット用ヘッドにより、耐久性の高く、高印字性
能を有するインクジェットプリンタを提供することが可
能となった。
ラスチック基材、すなわちノズル構成フィルムに負のR
Fバイアス電圧を5V以上で30V以下の範囲にさらに
限定することにより、撥インク性能およびその耐久性に
おいてさらに望ましいことは同様である。
方法にて処理を行っているが、図12に示すようなプラ
ズマ改質方法によっても前述の方法に近い撥水性能を付
与することができる。
を参照しながら、改質方法を以下に説明する。排気系7
1を接続した処理チャンバ70の中には基板用電極72
が配置され、その上にプラスチック基板1が設置されて
いる。基板用電極72にはRF電源73からRFバイア
ス電圧が供給されるようになっている。
した後、CF4ガスを導入して処理チャンバ40内を1
00mTorr程度の真空度にして基板用電極72にR
F電圧を印加することにより、接地された対向電極74
との間でCF4プラズマを発生させる。基板用電極72に
はRF電圧に基づく負の自己バイアス電圧が発生し、C
F4プラスマがプラスチック基板1に照射される。この
ようなRFバイアス電圧の付加によっても耐久性の高い
撥水性表面を創出することができる。
に対しても撥水効果を発揮するものであるが、酸素を構
成成分とするプラスチック基材では未処理の状態で親水
性能、親インク性能を示すものが多く、より効果的に耐
久性の高い撥水性能、撥インク性能を表面に付与するこ
とができる。従って、プラスチック基材はポリイミドに
限らず、ポリエーテルサルフォンのような酸素を含有す
るプラスチックにも同様の効果を得ることができる。
改質層2を作製する反応ガスをCF 4として説明してい
るが、これに限定するものでなく、C2F6等の他のフッ
化カーボンガスを用いても同様の効果が得られる。また
CHF3のようなCとFにHが混在したガスを用いても
効果がやや落ちるが撥水性能、撥インク性能を付与する
ことができ、有効である。
ック基材は、その表面にフッ素を含有し、フッ素と炭素
の原子数比F/Cを0.85以上でかつ1.30以下の
成分を有する改質層を形成してなるものであり、その製
造方法としては、プラスチック基材の上に、フッ素含有
のプラズマを照射してプラスチック基材の上層部をフッ
素含有カーボン層に改質するしてプラスチック基材を形
成するものであり、特にプラスチック基材に負のRFバ
イアス電圧を0V以上で40V以下の範囲で印加し、フ
ッ素含有のプラズマをプラスチック基材の表面に照射し
て改質層を形成することにより、耐久性の高い撥水性お
よび撥インク性表面を提供することができる。
ンタ用ヘッドによれば、それを構成するノズル構成フィ
ルムの表面に、フッ素を含有した改質層を生成し、特に
その改質層はフッ素と炭素の原子数比F/Cを0.85
以上でかつ1.30以下の成分とすることが望ましい。
これによりノズル構成フィルムの表面には耐久性の高い
撥水性能、撥インク性能を付与され、インクがノズル構
成フィルムに濡れてしまい、ノズル開口部からのインク
の噴出軌道が定まらないという従来の課題が解消され、
耐久性の高い、高品質印字を実現することができる。
ィルムに負のRFバイアス電圧を0V以上で40V以下
の範囲で印加し、フッ素を含有するプラズマを照射する
ことにより、耐久性の高い撥水性能、撥インク性能を表
面に付与することができ、その工業的価値は極めて高
い。
の構成を示す断面図
を製造する際に用いる処理装置の概略構成図
を製造する際にプラスチック基板に印加される電位を示
す図
の表面に形成された改質層の撥水性能と放電時間との関
係を示す図
の表面に形成された改質層の撥水性能とRFバイアス電
圧との関係を示す図
の表面に形成された改質層の撥水性能の経時的変化とR
Fバイアス電圧との関係を示す図
の表面に形成された改質層のXPSによるスペクトルを
分析結果を示す図
の表面に形成された改質層のRFバイアス電圧とフッ素
原子数とカーボン原子数の比(F/C)との関係を示す
図
の表面に形成された改質層をXPSで観察した際のC1
S信号の総面積に対するCF2信号面積の比を示す図
材の表面に形成された改質層をXPSで観察した際のC
1S信号の総面積に対するCF3信号面積の比を示す図
プリンタ用ヘッドの構成を示す断面図
材を製造する際に用いる処理装置の概略構成図
成を示す断面図
成を示す断面図
ンクの噴出を示す断面図
Claims (16)
- 【請求項1】表面層を、フッ素を含有しフッ素と炭素の
原子数比F/Cを0.85以上で1.30以下の成分に
改質したプラスチック基材。 - 【請求項2】改質前のプラスチック基材が、酸素を構成
成分として有することを特徴とする請求項1に記載のプ
ラスチック基材。 - 【請求項3】改質前のプラスチック基材が、ポリイミド
を主成分とすることを特徴とする請求項1に記載のプラ
スチック基材。 - 【請求項4】改質層の表面のX線光電子分光スペクトル
において、C1S信号の総面積に対するCF2信号面積の
比が0.13以上で0.20以下の範囲であることを特
徴とする請求項1、2または3に記載のプラスチック基
材。 - 【請求項5】改質層の表面のX線光電子分光スペクトル
において、C1S信号の総面積に対するCF3信号面積の
比が0.10以上で0.17以下の範囲であることを特
徴とする請求項1、2または3に記載のプラスチック基
材。 - 【請求項6】プラスチック基材に対して、フッ素含有の
プラズマを照射してプラスチック基材の上層部をフッ素
含有カーボン層に改質する工程を有するプラスチック基
材の製造方法。 - 【請求項7】プラスチック基材に対して負のRFバイア
ス電圧を0V以上で40V以下の範囲で印加し、フッ素
含有のプラズマを照射することを特徴とする請求項6に
記載のプラスチック基材の製造方法。 - 【請求項8】プラスチック基材に対して負のRFバイア
ス電圧を5V以上で30V以下の範囲で印加し、フッ素
含有のプラズマを照射することを特徴とする請求項6に
記載のプラスチック基材の製造方法。 - 【請求項9】複数個のノズル開口部が形成されたプラス
チックより成るノズル構成フィルムを有し、前記ノズル
開口部よりインクを突出させるインクジェットプリンタ
用ヘッドであって、前記ノズル構成フィルムの表面に、
フッ素を含有した改質層を生成したことを特徴とするイ
ンクジェットプリンタ用ヘッド。 - 【請求項10】ノズル構成フィルムがポリイミドを主成
分とすることを特徴とする請求項9に記載のインクジェ
ットプリンタ用ヘッド。 - 【請求項11】改質層が、フッ素と炭素の原子数比F/
Cを0.85以上で1.30以下の成分であることを特
徴とする請求項9に記載のインクジェットプリンタ用ヘ
ッド。 - 【請求項12】改質層の表面のX線光電子分光スペクト
ルにおいて、C1S信号の総面積に対するCF2信号面積
の比が0.13以上で0.20以下の範囲であることを
特徴とする請求項9、10または11に3記載のインク
ジェットプリンタ用ヘッド。 - 【請求項13】改質層の表面のX線光電子分光スペクト
ルにおいて、C1S信号の総面積に対するCF3信号面
積の比が0.10以上で0.17以下の範囲であること
を特徴とする請求項9、10、11に記載のインクジェ
ットプリンタ用ヘッド。 - 【請求項14】複数個のノズル開口部が形成されたプラ
スチックより成るノズル構成フィルムを有し、前記ノズ
ル開口部よりインクを突出させるインクジェットプリン
タ用ヘッドの製造方法であって、前記ノズル構成フィル
ムの表面に、フッ素含有のプラズマを照射して前記ノズ
ル構成フィルムの上層部をフッ素含有カーボン層に改質
する工程を有することを特徴とするインクジェットプリ
ンタ用ヘッドの製造方法。 - 【請求項15】ノズル構成フィルムに対して負のRFバ
イアス電圧を0V以上で40V以下の範囲で印加し、フ
ッ素含有のプラズマを照射することを特徴とする請求項
14に記載のインクジェットプリンタ用ヘッドの製造方
法。 - 【請求項16】ノズル構成フィルムに対して負のRFバ
イアス電圧を5V以上で30V以下の範囲で印加し、フ
ッ素含有のプラズマを照射することを特徴とする請求項
14に記載のインクジェットプリンタ用ヘッドの製造方
法。
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