JPH10193620A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コート後の接着性を高め、耐久性および撥イ
ンク性のより改良されたインクジェットヘッドを提供す
る。 【解決手段】 ノズル３０９を有するインクジェットヘ
ッドであって、ノズル３０９周縁部に、フッ素を含む粒
子と金属とによる共析めっきコート層３５０が形成され
る。フッ素を含む粒子の径ｄｐは、ノズル３０９の半径
をＤとした場合、０．０５（μｍ）≦ｄｐ≦Ｄ／４であ
ることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、インクジェット
ヘッドに関するもので、特に、ノズルの周縁部に改良を
加えたインクジェットヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、インクジェットヘッドにおい
て、インク滴を良好に飛翔させるために、インクを吐出
するためのノズルの周縁部を改良する技術が種々提案さ
れている。

【０００３】たとえば、特公平３−４３０６５において
は、インクの吐出口に撥液性を付与する目的で、吐出口
の周縁領域に、一般式；Ｒ・Ｓｉ・Ｘ₃ （ただし、Ｒは
フルオロアルキル基、フルオロアリール基、フルオロシ
クロアルキル基およびフルオロアルキルアリール基から
選ばれる炭素数２〜１２の基で、その基における炭素に
結合されるフッ素の元素数が前記炭素に結合されるフッ
素以外の元素の元素数以上である含フッ素基である。Ｘ
はアルコキシ基およびアシロキシ基から選ばれる炭素数
１または２の加水分解性基、ハロゲン基またはアルキル
基である。）で示される化合物を用いて形成される被膜
が設けられたインクジェット記録ヘッドが開示されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来技術は、コート後の接着性が弱く、硬度が低いこと等
により、耐久性の面で十分なものではなかった。

【０００５】特に、インクジェットヘッドのノズル先端
部は、インクの詰まりを防止するため所定の周期でブレ
ード等でその表面を摺擦することによりクリーニングさ
れるので、インクジェットヘッドを長期間使用するとコ
ート層の劣化により、各ノズルごとに飛翔方向や飛翔エ
ネルギーにバラツキが生じるという問題があった。

【０００６】このように、従来の技術では、良好な撥イ
ンク性を有し、しかも十分な耐久性を兼ね備えたインク
ジェットヘッドは得られていなかった。

【０００７】本発明の目的は、上述の問題点を解決し、
撥インク性に優れ、コート後の接着性が高く、耐久性の
より改良されたインクジェットヘッドを提供することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明によるイ
ンクジェットヘッドは、ノズルを有するインクジェット
ヘッドであって、ノズル周縁部がフッ素を含む粒子と金
属との共析めっきによりコートされ、フッ素を含む粒子
の径ｄｐは、ノズルの半径をＤとした場合、 ０．０５（μｍ）≦ｄｐ≦Ｄ／４ であることを特徴としている。

【０００９】粒子の径ｄｐがＤ／４より大きくなると、
コート層表面の凹凸がノズル表面の形状に影響を及ぼす
ようになってしまうからである。

【００１０】なお、さらに好ましくは、粒子の径ｄｐ
は、製造バラツキやコストの観点、およびコート層形成
の容易性より、０．２μｍ以上であるとよい。

【００１１】また、粒子の径ｄｐは、５μｍ以下とする
ことが好ましい。請求項２の発明によるインクジェット
ヘッドは、請求項１の発明において、ノズルが金属から
なることを特徴としている。

【００１２】共析めっき層は金属イオンによるコートで
あるため、金属に対して特に接着性が高い。したがっ
て、めっき層とノズルとの密着性が向上し、耐久性によ
り有利となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発の実施形
態について詳しく説明する。なお、各図において同一符
号は同一または相当部分を示す。

【００１４】図１は、本発明による一例のインクジェッ
トヘッド３を用いたインクジェット記録装置１の概略構
成を示す斜視図である。

【００１５】図１を参照して、インクジェット記録装置
１は、用紙やプラスチック薄板などの記録媒体である記
録シート２と、インクジェット方式のプリンタヘッドで
あるインクジェットヘッド３と、インクジェットヘッド
３を保持するキャリッジ４と、キャリッジ４を記録シー
ト２の記録面に平行に往復移動させるための揺動軸５、
６と、キャリッジ４を揺動軸５、６に沿って往復駆動さ
せる駆動モータ７と、駆動モータ７の回転をキャリッジ
の往復運動に変えるためのタイミングベルト９、アイド
ルプーリ８とを含んでいる。

【００１６】また、インクジェット記録装置１は、記録
シート２を搬送経路に沿って案内するガイド板を兼ねる
プラテン１０と、プラテン１０との間の記録シート２の
押さえ浮きを防止する紙押さえ板１１と、記録シート２
を排出するための排出ローラ１２、拍車ローラ１３と、
インクジェットヘッド３のインク吐出不良を良好な状態
に回復させる回復系１４と、記録シート２を手動で搬送
するための紙送りノブ１５とを含んでいる。

【００１７】記録シート２は、手差しあるいはカットシ
ートフィーダ等の給紙装置によって、インクジェットヘ
ッド３とプラテン１０とが対向する記録部へ送り込まれ
る。この際、図示しない紙送りローラの回転量が制御さ
れ、記録部への搬送が制御される。

【００１８】インクジェットヘッド３のインク飛翔のた
めのエネルギー発生体としては、ＰＺＴが用いられてい
る。ＰＺＴには電圧が印加され、歪みが生じる。この歪
みは、インクで満たされたチャンネルの容積を変化させ
る。この容積の変化により、チャンネルに設けられたノ
ズルからインクが吐出され、記録シート２への記録が行
なわれる。

【００１９】キャリッジ４は、駆動モータ７、アイドル
プーリ８、タイミングベルト９により、記録シート２を
横切る方向である記録シート２の桁方向に主走査し、キ
ャリッジ用に取付けられたプリンタヘッド３は１ライン
分の画像を記録する。１ラインの記録が終わるごとに、
記録シート２は縦方向に送られ副走査され、次のライン
が記録される。

【００２０】図２〜図４は、インクジェットヘッド３の
構成を説明するための図である。図２はインクジェット
ヘッド３の一部を示す平面図であり、図３は、図２のＩ
−Ｉ線断面図であり、図４は図３のＩＩ−ＩＩ線断面図
である。

【００２１】インクジェットヘッド３は、大径ヘッド部
３０１と小径ヘッド部３０２とからなる。これら大径ヘ
ッド部３０１と小径ヘッド部３０２とは、ノズルプレー
ト３０３、隔壁３０４、振動板３０５、基板３０６とを
一体に重ねた構成となっている。

【００２２】ノズルプレート３０６は、金属または合成
樹脂などからなる。隔壁３０４との対向面は電鋳または
フォトリソグラフィ等により微細加工され、大径ヘッド
部３０１と小径ヘッド部３０２とにはそれぞれインク２
４を収容する複数のインクキャビティ３０８と、各イン
クキャビティ３０８をインク供給室３１０に連結するイ
ンクインレット３１１が形成されている。ここで、大径
ヘッド部３０１のノズル３０９の径と小径ヘッド部３０
２のノズル３０９の径とは同じ大きさである。また、大
径ヘッド部３０１および小径ヘッド部３０２において、
インクチャンネル、インクインレット、圧電部材等の形
状、大きさ等はすべて同じである。本実施形態において
は、圧電部材の分極度合を変えて大径ヘッド部３０１の
ものほど同じ電圧でより大きな変位量を生じるように
し、より大きなインク滴を吐出するようにしてある。

【００２３】なお、本実施形態においては、大径用と小
径用に２つのヘッド部を有するものを示したが、もちろ
ん単一のヘッド部のみを備えたものであっても本発明を
適用できることは言うまでもない。

【００２４】図３に示すように、大径ヘッド部３０１と
小径ヘッド部３０２とのインクキャビティ３０８は、大
径ヘッド部３０１と小径ヘッド部３０２とが対向する方
向に向かって延びる長溝状にかつ平行に形成されてい
る。また、インク供給室３１０とインクキャビティ３０
８とは中央線３１２を挟んで対称に形成されており、図
示しないインクタンクに接続されている。

【００２５】隔壁３０４は導電材料からなる薄肉フィル
ムが使用されており、チャンネルプレート３０３と振動
板３０５との間に固定されている。なお、隔壁３０４は
所定の張力が加わった状態で固定される。

【００２６】振動板３０５はＰＺＴ３１５を含んでお
り、その上面と下面にはそれぞれ共通電極、個別電極と
して利用される導電性金属層が設けられている。また、
振動板３０５はまず基板３０６に導電性接着剤で固定さ
れ、その後ダイサー加工により縦方向溝３１８と横方向
溝３１９とが形成され分断される。この分断によって、
各インクキャビティ３０８に対応するＰＺＴ３１５と、
隣接するＰＺＴ３１５の間に位置する仕切り壁３１６
と、これらを囲む壁３１７とが分離される。

【００２７】また、上記のダイサー加工によりＰＺＴ３
１５の上下に設けられた導電性金属層もそれぞれ縦方向
溝３１８と横方向溝３１９とにより分断され、隔壁３０
４に対向する金属層が共通電極３１３、基板３０６に対
向する金属層が個別電極３１４とされる。

【００２８】基板３０６は、セラミック、金属または合
成樹脂等からなる。振動板３０５との対向面には、大径
ヘッド部３０１、小径ヘッド部３０２のＰＺＴ３１５に
対応して導電リード部がスパッタリングまたは蒸着等の
周知の技術により形成されている。このように形成され
た個別電極３１４は、対応する導電リード部に導電性接
着剤を介して電気的に導通する。また、これら共通電極
３１３と個別電極３１４とが対向する領域においては、
各ＰＺＴ３１５は、それぞれ高温下で分極処理されて活
性化されている。

【００２９】以上のような構成のインクジェットヘッド
３では、図示しないインクタンクからインク供給室３１
０にインク３０７が供給される。インク供給室３１０の
インク３０７は、インクインレット３１１を介して各イ
ンクキャビティ３０８に分配される。

【００３０】ヘッドドライバから共通電極３１３と個別
電極３１４との間に所定の電圧が印加されると、ＰＺＴ
３１５は変形する。ＰＺＴ３１５の変形は隔壁３０４に
伝えられ、これによりインクキャビティ３０８内のイン
ク３０７が加圧され、ノズル３０９を介してインク滴が
記録シート２に向かって飛翔する。

【００３１】図５は、図２〜４に示すインクジェットヘ
ッド３のノズル３０９周辺を拡大して示す断面図であ
る。図５を参照して、ノズルプレート３０３の表面に
は、コート層３５０が形成されている。

【００３２】このコート層３５０は、フッ素を含む粒子
と金属とにより共析めっきコートされたものであり、フ
ッ素を含む粒子の径ｄｐは、ノズルの半径をＤとした場
合、０．０５（μｍ）≦ｄｐ≦Ｄ／４である。

【００３３】なお、本実施形態においては、金属製のノ
ズルを用いた例について説明したが、これに限らず、樹
脂製ノズルやセラミック製ノズルに対しても本発明を適
用可能である。樹脂製ノズルやセラミック製ノズルを用
いる場合は、共析めっきに先立って下引き層を設けるこ
とが好ましい。

【００３４】

【実施例】

（実施例１）平均粒径が０．１μｍのテフロン（ポリフ
ッ化エチレン）粒子５ｇを、以下の組成のニッケルめっ
き液に分散し、ニッケルめっき浴を調製した。

【００３５】ニッケルめっき液の組成 硫酸ニッケル １９０ｇ／Ｌ（水１Ｌに溶質１９０ｇを
溶かし込んだの意） 塩化ニッケル ４０ｇ／Ｌ ホウ酸 ４０ｇ／Ｌ 次に、めっきが不要な部分に予めめっきレジスト剤を塗
布した、ノズル径φ３０μｍ（直径）のノズルプレート
を液温を５０℃とした上記ニッケルめっき浴に浸漬して
無電解めっきを行ない、ノズルプレートの表面に厚さ１
μｍのテフロン粒子の共析めっき膜を形成した。その
後、レジストを除去し、約２００℃で３０分間焼付を行
ない、図５に示すように表面に撥水性コート層が形成さ
れたノズルプレートを得た。

【００３６】本実施形態においては、ノズルプレート表
面のみをコートしているが、必要に応じてノズル内の少
なくとも一部分をもコートするようにしてもよい。

【００３７】（実施例２）平均粒径が４．７μｍのテフ
ロン（ポリフッ化エチレン）粒子６ｇを、以下の組成の
ニッケルめっき液に分散し、ニッケルめっき浴を調製し
た。

【００３８】ニッケルめっき液の組成 硫酸ニッケル ２００ｇ／Ｌ 塩化アンモニウム ２０ｇ／Ｌ ホウ酸 ２５ｇ／Ｌ ゼラチン ２ｇ／Ｌ 次に、めっきが不要な部分に予めめっきレジスト剤を塗
布した、ノズル径φ４０μｍのノズルプレートを液温を
４５℃とした上記ニッケルめっき浴に浸漬して無電解め
っきを行ない、ノズルプレートの表面に厚さ９．７μｍ
のテフロン粒子の共析めっき膜を形成した。その後、レ
ジストを除去し、約２１０℃で３５分間焼付を行ない、
図５に示すように表面に撥水性コート層が形成されたノ
ズルプレートを得た。

【００３９】（比較例１）平均粒径が５．５μｍのテフ
ロン粒子を用いたほかは実施例２と全く同様にして、表
面に撥水性コート層が形成されたノズルプレートを作製
した。

【００４０】（実施例３）平均粒径が０．５μｍのポリ
フッ化ビニリデン粒子４ｇを、以下の組成のクロムめっ
き液に分散し、液温３５℃、電圧６Ｖ、陰極電流密度
４．５Ａ／ｄｍ² に設定した条件で、ノズルプレートに
電気めっきを施した。

【００４１】クロムめっき液の組成 無水クロム酸 ３２０ｇ／Ｌ 珪フッ化ナトリウム ８ｇ／Ｌ 硫酸 ０．７ｇ／Ｌ なお、めっきを行なうに際しては、めっきが不要な部分
に予めめっきレジスト剤を塗布した、ノズル径φ２８μ
ｍのノズルプレートを上記溶液に浸し、ノズルプレート
の表面に厚さ３μｍのポリフッ化ビニリデン粒子の共析
めっき膜を形成するようにした。その後、レジストを除
去し、約２００℃で３０分間焼付を行ない、図５に示す
ように表面に撥水性コート層が形成されたノズルプレー
トを得た。

【００４２】（比較例２）ノズル径がφ２８μｍのノズ
ルプレートの表面に、ウンデカフルオロペンチル−トリ
メトキシシランを塗布した後硬化させて、厚さ３μｍの
コート層を形成した。

【００４３】実施例１で使用した、コート層を設ける前
のノズルプレートを比較例３として用い、後述する「撥
インク性」の評価に供した。

【００４４】（評価）上記のようにして得られた実施例
１〜３および比較例１〜２と、コート層を形成しない合
計６種のノズルプレートについて、接着性、耐久性、撥
インク性の評価を行なった。その結果を表１に示す。

【００４５】

【表１】

【００４６】表１において、「ノズル径」はノズルの直
径２Ｄを示し、「粒子径」はフッ素を含む粒子の平均粒
径を示し、「膜厚」は熱硬化後のコート層の厚さを示し
ている。

【００４７】表１の「接着性」は、ＪＩＳ規格 Ｋ５４
００ ６．１５の基盤目テープ剥離テストに準じてテー
プ剥離テストを行なうことによって評価した。

【００４８】その結果、実施例１および実施例３につい
ては変化がなく、実施例２についてはノズルプレートの
エッジの一部において剥がれが観察されたが実用的使用
上の問題はない程度であった。一方、比較例１について
は、ノズルの周縁の一部で剥がれが観察され、実用上使
用できない程度であった。また、比較例２については、
実施例２と同様に、ノズルプレートのエッジの一部にお
いて剥がれが観察されたが、実用的使用上の問題はない
程度であった。なお、表１においては、剥離テストを行
なっても変化のないものを○、一部剥がれが観察される
が実用上問題のないものを△、剥がれがあり実使用に耐
えないものを×で示した。

【００４９】次に、「耐久性」については、エプソンＳ
Ｆ紙を用いて、６×１０⁴ 回ゴムブレードでノズルプレ
ート表面を摺擦した後にインク滴を記録シートに向かっ
て飛翔させ、紙に付着後のドット着弾位置の誤差幅を測
定することにより評価を行なった。表１においては、誤
差幅が±５μｍ以内の場合を◎、±１０μｍ以内の場合
を○、±２０μｍ以内の場合を△、±２０μｍを超える
場合を×として表わした。なお、誤差幅が±２０μｍ以
内であれば、実用的使用上の問題はないが、±２０μｍ
を超えると、実用上使用できないものとなった。

【００５０】「撥インク性」については、インクとして
ＤＩＣ社製ＭＡＴ−１００３ ＢＬインクを用いて、イ
ンクとの接触角を測定することにより評価を行なった。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、優れた撥インク性を有し、コート後の接着性が高め
られ、耐久性のより改良されたインクジェットヘッドが
得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一例のインクジェットヘッドを用
いたインクジェット記録装置の概略構成を示す斜視図で
ある。

【図２】本発明による一例のインクジェットヘッドの一
部を示す平面図である。

【図３】図２のＩ−Ｉ線断面図である。

【図４】図３のＩＩ−ＩＩ線断面図である。

【図５】図２〜４に示すインクジェットヘッドのノズル
周辺を拡大して示す断面図である。

【符号の説明】

１ インクジェット記録装置 ３ インクジェットヘッド ３０６ ノズルプレート ３０９ ノズル ３５０ コート層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズルを有するインクジェットヘッドで
   あって、 前記ノズル周縁部がフッ素を含む粒子と金属との共析め
   っきによりコートされ、 前記フッ素を含む粒子の径ｄｐは、前記ノズルの半径を
   Ｄとした場合、 ０．０５（μｍ）≦ｄｐ≦Ｄ／４ であることを特徴とする、インクジェットヘッド。
2. 【請求項２】 前記ノズルは、金属からなることを特徴
   とする、請求項１記載のインクジェットヘッド。