JP2002210984A

JP2002210984A - ノズル形成部材並びに液滴吐出ヘッド及びその製造方法

Info

Publication number: JP2002210984A
Application number: JP2001004844A
Authority: JP
Inventors: Yoichiro Miyaguchi; 耀一郎宮口
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-01-12
Filing date: 2001-01-12
Publication date: 2002-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】液滴の噴射方向が不規則になる。【解決手段】ノズル板４３は有機樹脂部材７１と高剛
性部材７２とを積層し、有機樹脂部材７１の表面に撥水
剤をミスト化して付着させた撥水膜７４を成膜した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はノズル形成部材並びに液
滴吐出ヘッド及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の
画像記録装置或いは画像形成装置として用いるインクジ
ェット記録装置において使用するインクジェットヘッド
としては、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが
連通する加圧室、（インク流路、加圧液室、圧力室、吐
出室、液室等とも称される。）と、加圧室内のインクを
加圧する圧電素子などの電気機械変換素子、或いはヒー
タなどの電気熱変換素子、若しくはインク流路の壁面を
形成する振動板とこれに対向する電極からなるエネルギ
ー発生手段とを備えて、エネルギー発生手段で発生した
エネルギーで加圧室内インクを加圧することによってノ
ズルからインク滴を吐出させる。

【０００３】ここで、ノズルを形成したノズル形成部材
としては、特開平１−１０８０５６号公報、特開平２−
１２１８４２号公報等に記載されているように、有機樹
脂材料からなるプレートにエキシマレーザーによってノ
ズルとなる穴（ノズル穴）を形成したもの、或いは、特
開昭６３−３９６３号公報、特開平１−４２９３９号公
報等に記載されているように、電鋳支持基板上にドライ
フィルムレジスト等の感光性樹脂材料を用いてノズル径
に応じたレジストパターンを形成した後、このレジスト
パターンを用いてニッケル等の高剛性部材を電鋳工法で
析出してノズルプレートを形成するものが知られてい
る。

【０００４】しかしながら、この種の単層構造のノズル
形成部材にあっては、撥水性、高精度ノズル、高剛性な
どノズルに要求される機能をすべて実現することは困難
である。

【０００５】そこで、特開平８−３４１１９号公報に記
載されているように、予めノズル穴を電鋳工法で形成し
た金属層にエポキシ系接着剤で高分子層を積層したノズ
ルプレート基体を用いて、エキシマレーザーで高分子層
にノズル穴に連通する穴部を形成したものも知られてい
る。さらに、特開平６−３１４７０４号公報に記載され
ているように、ノズル穴をプレス加工で形成したステン
レス鋼板の裏面側にニッケル電鋳を施して２層の金属層
で形成したものもある。

【０００６】また、インクジェットヘッドにおいては、
ノズルから液滴化したインク（インク滴）を吐出飛翔さ
せて記録を行うため、ノズルの形状、精度等がインク滴
の噴射特性（インク滴吐出性能）に影響を与えると共
に、ノズル孔を形成しているノズル形成部材の表面の特
性がインク滴の噴射特性に影響を与える。例えば、ノズ
ル形成部材表面のノズル孔周辺部にインクが付着して不
均一なインク溜り（所謂濡れムラ）が発生すると、イン
ク滴の吐出方向が曲げられたり、インク滴の大きさにバ
ラツキが生じたり、インク滴の飛翔速度が不安定になる
等の不都合が生じることが知られている。

【０００７】そこで、インクジェットヘッドにおいて
は、例えば特開平４−２９４１４５号公報にも記載され
ているように、電解ニッケルノズル、プレス穿孔金属ノ
ズル、ポリカーボネイトなどの高分子材料をエキシマレ
ーザーで穿孔したノズル形成部材の表面（吐出面側表
面）に、フッ素系高分子の塗装膜や共析メッキ膜などの
撥水膜を成膜して撥インク性（撥水性）を持たせ、ノズ
ル形成部材の表面の均一性を高めて、インク滴の飛翔特
性の安定化を図るようにすることが行われている（この
ほか、例えば特開平６−１４３５８７号公報参照）。

【０００８】さらに、樹脂部材からなるノズル形成部材
に撥水剤をコーティングして撥水膜を成膜し、樹脂部材
とともに撥水膜にエキシマレーザーでノズル穴を開ける
工法も提案されている（特開平１０−３０５５８２号公
報、特開平１１−１７９９１８号公報、特許第２７６３
５６３号、特開平６−８７２１６号公報など）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たように樹脂部材からなるノズル形成部材に撥水剤をコ
ーティングして撥水膜を成膜した後、これらの樹脂部材
及び撥水膜にエキシマレーザーでノズル穴を開ける場
合、撥水剤はエキシマ（紫外線）レーザーを吸収しない
ために、原理的に撥水膜にエキシマレーザーで穴加工す
ることは不可能である。

【００１０】そのため、撥水剤に紫外線吸収剤を添加し
たり、撥水剤として紫外線吸収樹脂部材を含むフッ素結
合化合物などを用いて、エキシマレーザーによる穴加工
を可能としなければならない。ところが、このような紫
外線吸収剤を添加した撥水剤や紫外線吸収樹脂部材を含
むフッ素結合化合物の撥水剤からなる撥水膜に、エキシ
マレーザーで穴加工した場合、ノズル穴端部と撥水膜と
の端部が一致せず、バラツキが大きくなり、インク滴吐
出方向が不規則となって画像品質が低下するという課題
がある。

【００１１】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、液滴吐出特性に優れたノズル形成部材を提供す
るとともに、液滴吐出特性に優れた液滴吐出ヘッド及び
その製造方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係るノズル形成部材は、樹脂部材と高剛性
部材とを積層して樹脂部材の表面に撥水膜を形成したノ
ズル形成部材において、撥水膜はミスト化された撥水剤
が樹脂部材の表面に付着されて形成されている構成とし
たものである。

【００１３】本発明に係るノズル形成部材は、樹脂部材
と高剛性部材とを積層して樹脂部材の表面に撥水膜を形
成したノズル形成部材において、樹脂部材の表面に下地
膜を介して撥水膜が形成されている構成としたものであ
る。ここで、下地膜は金属酸化膜又はシランカップリン
グ材の膜とすることが好ましい。

【００１４】本発明に係るノズル形成部材は、樹脂部材
と高剛性部材とを積層して樹脂部材の表面に撥水膜を形
成したノズル形成部材において、撥水膜はプラズマ放電
間への暴露処理が施された樹脂部材の表面に形成されて
いる構成としたものである。

【００１５】これらの各本発明に係るノズル形成部材に
おいて、樹脂部材と高剛性部材とは熱可塑性ポリイミド
からなる接着剤で接合されていることが好ましい。ま
た、高剛性部材としてはコバール、フェルニコ、ＳＵＳ
材又は銅材のいずれかであることが好ましい。さらに、
樹脂部材がポリイミドであることが好ましい。

【００１６】また、撥水膜中に固相のフッ素樹脂微粒子
を含むことが好ましい。さらに、撥水膜中にシランカッ
プリング材を含むことが好ましい。

【００１７】本発明に係るノズル形成部材は、樹脂部材
と高剛性部材とを積層したノズル形成部材において、樹
脂部材と高剛性部材とが熱可塑性ポリイミドからなる接
着剤で接合されている構成としたものである。

【００１８】本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐
出するノズルと、このノズルが連通する加圧室と、この
加圧室内のインクを加圧するエネルギーを発生するエネ
ルギー発生手段とを備え、ノズルを形成したノズル形成
部材が本発明に係るいずれかのノズル形成部材である構
成としたものである。

【００１９】本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法
は、樹脂部材と高剛性部材とを積層して樹脂部材の表面
に撥水膜を形成したノズル形成部材を備えた液滴吐出ヘ
ッドの製造方法において、撥水剤をミスト化して樹脂部
材の表面に付着させて撥水膜を形成する構成としたもの
である。

【００２０】ここで、薄膜を形成するときにヘッドのイ
ンク注入口から加熱した気体を導入してノズルから噴出
させることが好ましい。また、撥水剤をミスト化して加
熱したヘッドのノズル形成部材の表面に付着させて撥水
膜を形成することが好ましい。

【００２１】さらに、撥水膜を形成する前に、ヘッドの
樹脂部材の表面に金属酸化物の膜又はシランカップリン
グ材の膜を成膜することが好ましい。或いは、撥水膜を
形成する前に、ヘッドの樹脂部材の表面にプラズマ放電
に対する暴露処理をすることが好ましい。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。図１は本発明に係る液滴吐出
ヘッドであるインクジェットヘッドを搭載したインクジ
ェット記録装置の機構部の概略斜視説明図、図２は同機
構部の側面説明図である。

【００２３】このインクジェット記録装置は、記録装置
本体１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キ
ャリッジに搭載した本発明に係るインクジェットヘッド
からなる記録ヘッド、記録ヘッドへのインクを供給する
インクカートリッジ等で構成される印字機構部２等を収
納し、給紙カセット４或いは手差しトレイ５から給送さ
れる用紙３を取り込み、印字機構部２によって所要の画
像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ６に排
紙する。

【００２４】印字機構部２は、図示しない左右の側板に
横架したガイド部材である主ガイドロッド１１と従ガイ
ドロッド１２とでキャリッジ１３を主走査方向（図２で
紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ１
３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ
（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する
液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドからなるヘ
ッド１４をインク滴吐出方向を下方に向けて装着し、キ
ャリッジ１３の上側にはヘッド１４に各色のインクを供
給するための各インクタンク（インクカートリッジ）１
５を交換可能に装着している。

【００２５】ここで、キャリッジ１３は後方側（用紙搬
送方向下流側）を主ガイドロッド１１に摺動自在に嵌装
し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド１
２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ
１３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１
７で回転駆動される駆動プーリ１８と従動プーリ１９と
の間にタイミングベルト２０を張装し、このタイミング
ベルト２０をキャリッジ１３に固定している。

【００２６】また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘ
ッド１４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノ
ズル４を有する１個のヘッドでもよい。さらに、ヘッド
１４として用いるインクジェットヘッドは、圧電素子な
どの電気機械変換素子で液室（インク流路）壁面を形成
する振動板を介してインクを加圧するピエゾ型のもの、
或いは発熱抵抗体による膜沸騰でバブル生じさせてイン
クを加圧するバブル型のもの、若しくはインク流路壁面
を形成する振動板とこれに対向する電極との間の静電力
で振動板を変位させてインクを加圧する静電型のものな
どを使用することができるが、本実施形態では後述する
ように静電型インクジェットヘッドを用いている。

【００２７】一方、給紙カセット４にセットした用紙３
をヘッド１４の下方側に搬送するために、給紙カセット
４から用紙３を分離給装する給紙ローラ２１及びフリク
ションパッド２２と、用紙３を案内するガイド部材２３
と、給紙された用紙３を反転させて搬送する搬送ローラ
２４と、この搬送ローラ２４の周面に押し付けられる搬
送コロ２５及び搬送ローラ２４からの用紙３の送り出し
角度を規定する先端コロ２６とを設けている。搬送ロー
ラ２４は副走査モータ２７によってギヤ列を介して回転
駆動される。

【００２８】そして、キャリッジ１３の主走査方向の移
動範囲に対応して搬送ローラ２４から送り出された用紙
３を記録ヘッド１４の下方側で案内する用紙ガイド部材
である印写受け部材２９を設けている。この印写受け部
材２９の用紙搬送方向下流側には、用紙３を排紙方向へ
送り出すために回転駆動される搬送コロ３１、拍車３２
を設け、さらに用紙３を排紙トレイ６に送り出す排紙ロ
ーラ３３及び拍車３４と、排紙経路を形成するガイド部
材３５，３６とを配設している。

【００２９】また、キャリッジ１３の移動方向右端側に
はヘッド１４の信頼性を維持、回復するための信頼性維
持回復機構３７を配置している。キャリッジ１３は印字
待機中にはこの信頼性維持回復機構３７側に移動されて
キャッピング手段などでヘッド１４をキャッピングされ
る。

【００３０】次に、このインクジェット記録装置のヘッ
ド１４を構成する本発明に係る液滴吐出ヘッドであるイ
ンクジェットヘッドの一例について図３乃至図６を参照
して説明する。なお、図３は同ヘッドの分解斜視説明
図、図４は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図
５は図４の要部拡大図、図６は同ヘッドの振動板短手方
向の断面説明図である。

【００３１】インクジェットヘッド４０は、単結晶シリ
コン基板、ＳＯＩ基板などのシリコン基板等を用いた第
１基板である流路基板４１と、この流路基板４１の下側
に設けたシリコン基板、パイレックス（登録商標）ガラ
ス基板、セラミックス基板等を用いた第２基板である電
極基板４２と、流路基板４１の上側に設けた本発明に係
るノズル形成部材であるノズル板４３とを備え、複数の
インク滴を吐出するノズル４４、各ノズル４４が連通す
る流路である加圧室４６、各加圧室４６にインク供給路
を兼ねた流体抵抗部４７を介して連通する共通流路であ
る共通液室流路４８などを形成している。

【００３２】流路基板４１にはノズル４４が連通する複
数の加圧室４６及びこの加圧室４６の壁面である底部を
なす振動板５０（電極を兼ねているが別に電極を形成し
ても良い。）を形成する凹部及び共通液室流路４８を形
成する貫通部を形成している。

【００３３】ここで、流路基板４１は、例えば単結晶シ
リコン基板を用いた場合、予め振動板厚さにボロンを注
入してエッチングストップ層となる高濃度ボロン層を形
成し、電極基板４２と接合した後、加圧室４６となる凹
部をＫＯＨ水溶液などのエッチング液を用いて異方性エ
ッチングすることにより、このとき高濃度ボロン層がエ
ッチングストップ層となって振動板５０が高精度に形成
される。また、ベース基板に酸化膜を介して活性層基板
を接合したＳＯＩ基板を用いた場合には、活性層基板で
振動板５０を形成する。

【００３４】また、電極基板４２には、単結晶シリコン
基板を用いて熱酸化法などで酸化膜層４２ａを形成し、
この酸化膜層４２ａの部分に電極形成溝５４を形成し
て、この電極形成溝５４底面に振動板５０に対向する電
極５５を設け、振動板５０と電極５５との間にギャップ
５６を形成し、これらの振動板５０と電極５５とによっ
てアクチュエータ部を構成している。

【００３５】この電極５５は外部に延設して外部駆動回
路に接続された接続手段と接続するための接続部（電極
取り出し部）５５ａとしている。また、電極５５表面に
はＳiＯ_２膜などの酸化膜系絶縁膜、Ｓi₃Ｎ_４膜などの
窒化膜系絶縁膜からなる電極保護膜５７を成膜してい
る。なお、電極５５の表面に電極保護膜５７を形成しな
いで、或いは電極５５の表面に電極保護膜５７を形成す
るとともに、振動板５０側に絶縁膜を形成することもで
きる。さらに、電極基板４２には共通流路液室４８にイ
ンクを供給するインク供給口４９を形成している。

【００３６】これらの流路基板４１と電極基板４２との
接合は、接着剤による接合も可能であるが、より信頼性
の高い物理的な接合、例えば電極基板４２がシリコンで
形成される場合、酸化膜を介した直接接合法を用いるこ
とができる。この直接接合は１０００℃程度の高温化で
実施する。また、電極基板４２がガラスの場合、陽極接
合を行うことができる。電極基板４２をシリコンで形成
して、陽極接合を行う場合には、電極基板４２と流路基
板４１との間にパイレックスガラスを成膜し、この膜を
介して陽極接合を行うこともできる。さらに、流路基板
４１と電極基板４２にシリコン基板を使用して金等のバ
インダーを接合面に介在させた共晶接合で接合すること
もできる。

【００３７】また、電極基板４２の電極５５としては、
通常半導体素子の形成プロセスで一般的に用いられるＡ
ｌ、Ｃｒ、Ｎｉ等の高剛性部材や、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ等
の高融点金属、または不純物により低抵抗化した多結晶
シリコン材料などを用いることができる。電極基板４２
をシリコンウエハで形成する場合には、電極基板４２と
電極５５との間には絶縁層（上述した酸化膜層４２ａ）
を形成する必要がある。電極基板４２にガラス基板、セ
ラミック基板等の絶縁性材料を用いる場合には電極５５
との間に絶縁層を形成する必要はない。

【００３８】また、電極基板４２にシリコン基板を用い
る場合、電極５５としては、不純物拡散領域を用いるこ
とができる。この場合、拡散に用いる不純物は基板シリ
コンの導電型と反対の導電型を示す不純物を用い、拡散
領域周辺にｐｎ接合を形成し、電極５５と電極基板４２
とを電気的に絶縁する。

【００３９】ノズル板４３には多数のノズル４４を形成
したものであり、後述するように樹脂部材７１と高剛性
部材７２とを積層して樹脂部材７１の表面（吐出面側表
面）に撥水膜７４を形成したものである。このノズル板
４３は流路基板４１に接着剤で接合している。

【００４０】そして、インクジェットヘッド４０の電極
５５に連続する電極取り出し部５５ａにヘッド駆動回路
であるドライバＩＣ（駆動用ＩＣチップ）６０をワイヤ
ボンドによって搭載したＦＰＣケーブル６１を異方性導
電膜などを介して接続している。このとき、電極基板４
２とノズル板４３との間（ギャップ５６入口）を含めて
電極取り出し部５５ａとノズル板４３との間は、エポキ
シ樹脂等の接着剤を用いたギャップ封止剤６２にて気密
封止し、ギャップ５６内に湿気が侵入して振動板５０が
変位しなくなるのを防止している。

【００４１】さらに、インクジェットヘッド４０のノズ
ル板４３をフレーム部材６５上にギャップ封止剤６８に
て封止接合し、撥水性を有するノズル板４３表面のイン
クが電極基板４２やＦＰＣケーブル６１等に回り込むこ
とを防止している。このフレーム部材６５にはインクジ
ェットヘッド４０の共通液室流路４８に外部からインク
を供給するためのインク供給穴６６を形成しており、ま
たＦＰＣケーブル６１等はフレーム部材６５に形成した
穴部６７に収納される。

【００４２】そして、このヘッド１４のフレーム部材６
５にはインクカートリッジ１５とのジョイント部材７０
が連結されて、フレーム部材６５に熱融着したフィルタ
７１を介してインクカートリッジ１５からインク供給穴
６６を通じて共通液室流路４８にインクが供給される。

【００４３】このインクジェットヘッド４０において
は、振動板５０を共通電極とし、電極５５を個別電極と
して、振動板５０と電極５５との間に駆動電圧を印加す
ることによって、振動板５０と電極５５との間に発生す
る静電力によって振動板５０が電極５５側に変形変位
し、この状態から振動板５０と電極５５間の電荷を放電
させることによって振動板５０が復帰変形して、加圧室
４６の内容積（体積）／圧力が変化することによって、
ノズル４４からインク滴が吐出される。

【００４４】すなわち、個別電極とする電極５５にパル
ス電圧を印加すると、共通電極となる振動板５０との間
に電位差が生じて、個別電極５５と振動板５０の間に静
電力が生じる。この結果、振動板５０は印加した電圧の
大きさに応じて変位する。その後、印加したパルス電圧
を立ち下げることで、振動板５０の変位が復元して、そ
の復元力により加圧室４６内の圧力が高くなり、ノズル
４４からインク滴が吐出される。

【００４５】そこで、このインクジェットヘッド４０に
おけるノズル板４３の詳細について図７をも参照して説
明する。このノズル板４３は、有機樹脂部材７１と高剛
性部材７２とを熱可塑性ポリイミドからなる接着剤７３
で接合し、有機樹脂部材７１の表面（吐出側表面）に下
地層７５を介して撥水膜７４を形成したものであり、有
機樹脂部材７１に所要精度のノズル穴４４を形成し、高
剛性部材７２にノズル４４に連通するノズル連通口７６
を形成している。そして、このノズル板４３は高剛性部
材７２側を接着剤７７で流路基板４１に接合している。

【００４６】ここで、有機樹脂部材７１としては、熱硬
化性ポリイミド、ポリエーテルスルフォン、ポリフェニ
レンサルファイド等の耐インク性のある有機樹脂材料を
選定する。この有機樹脂部材７１の厚さとしては１０〜
５０μｍで十分である。

【００４７】高剛性部材７２としては、Ｎi／Ｃo／Ｆe
の熱膨張係数が３〜４×１０Ｅ^-6／℃である低膨張率合
金であるコバール材を用いている。コバール材は流路基
板４１を形成するシリコン基板（熱膨張係数２〜３×１
０Ｅ^-6／℃）と線熱膨張係数が略同じであることから、
接合による歪みの発生を緩和することができる。この高
剛性部材７２の厚みとしては２０〜５０μｍ程度として
いる。

【００４８】また、高剛性部材７２としては、フェルニ
コ材、ステンレス材（ＳＵＳ３０４、４３０）などを用
いてエッチング加工することができる。さらに、通常の
グリーンシートにできるセラミックス材料、ＢaＴi
Ｏ_３、Ｍg／Ａl2O3、ゼオライト等を用いて、プレス成
形、焼成などにより加工することができる。

【００４９】これらの有機樹脂部材７１と高剛性部材７
２とを接合することでノズル板４３全体の剛性を高める
ことができる。すなわち、有機樹脂部材７１のヤング率
は１００〜３００Ｋg／ｍｍ²程度であり、金属の８００
０〜１５０００Ｋg／ｍｍ²、セラミックスの１００００
〜２００００Ｋg／ｍｍ²に比較すると、はるかに小さい
ため、有機樹脂部材７１だけではインクジェットの駆動
圧力に対して追随して変形することがあり、圧力損失が
生じてインク滴速度Ｖｊが低下するが、樹脂部材７１の
下に金属やセラミックス等の高剛性部材７２を薄膜接着
剤（接着層）７３で張り合わせることで全体剛性を向上
させる。

【００５０】接着層７３としては熱可塑性ポリイミドを
用いている。熱可塑性ポリイミドを用いた加熱加圧接合
は、材料により、１５０〜３００℃／０．１〜８Ｋg／
ｃｍ²で、１〜３０秒間で接合を完了することができ、
工程タクトが短縮できる。熱可塑性ポリイミドは熱硬化
性のポリイミドを骨格主成分として熱可塑材料を側鎖結
合させたものや全芳香族ポリイミドであって耐アルカリ
性の高いポリイミド材料であることから良好なインク耐
久性が得られる。

【００５１】撥水膜７４は撥水剤をミスト化して有機樹
脂部材７１表面に付着固定して形成している。撥水剤を
ミスト化することで均一な膜厚の撥水膜を形成すること
ができ、有機樹脂部材７１にエキシマレーザーで高精度
穴径のノズル４４を形成した後、有機樹脂部材７１表面
に撥水膜７４を成膜することで、ノズル４４となる穴
（ノズル穴）端部と撥水膜７４の端部とのバラツキが低
減してインク滴吐出方向に優れたノズル４４を得ること
ができる。

【００５２】下地膜（アンダーコート膜）７５としては
金属酸化物の膜或いはシランカップリング材の膜を用い
ている。下地膜７５として金属酸化物の膜を形成したと
きには、撥水剤材料に含まれるシランカップリング材や
シラノール基は金属酸化膜の酸素分子と一部イオン結合
をして撥水膜７４の強固な接着性が得られる。また、下
地膜７５としてシランカップリング材（ＨＭＤＳ）の膜
を形成したときには、シランカップリング材と撥水剤の
濡れ性（ＳＰ値）が近傍の材料を選択することで、その
相溶性が向上し、撥水膜７４の強固な接着性が得られ
る。

【００５３】また、有機樹脂部材７１の表面にプラズマ
放電に対する暴露処理を行うことによっても撥水膜７４
の強固な接着性を得ることができる。この場合、暴露処
理を行った有機樹脂部材７１の表面に上述した下地膜７
５を成膜して、更に下地膜７５上に撥水膜７４を成膜す
ることによって、有機樹脂部材７１と撥水膜７４とのよ
り強固な密着接合性を得ることができる。

【００５４】そこで、先ず、撥水膜７４の形成工程につ
いて図８をも参照して説明する。ここでは、ノズル連通
口７６を形成した高剛性部材７２に接着層７３を介して
有機樹脂部材７１を接合した後エキシマレーザー等の高
エネルギー線で有機樹脂部材７１にノズル４４となる穴
を形成し、次いで別途製作した流路基板４１（電極基板
４２と接合されている。）上に接着剤７７で高剛性部材
７２を接着接合してインクジェットヘッドを構成し、そ
の後有機樹脂部材７１表面（ノズル板４３表面）に撥水
膜７４を形成している。この撥水膜７４の膜厚は０．０
０１〜５μｍの範囲内にしている。

【００５５】この撥水膜７４はフッ素系の撥水剤をミス
ト化して有機樹脂部材７１の表面に薄膜形成したもので
ある。すなわち、例えば、図７に示すように、搬送ベル
ト等の搬送手段８１に完成したヘッドＨ、Ｈ…を装着し
て搬送する。一方、搬送手段８１の下方に撥水剤のミス
トを発生するミスト発生手段８２を配置する。このミス
ト発生手段８２は、容器８３内にフッ素化炭化水素の溶
媒や有機溶媒に溶解又は分散させた撥水剤８４を入れ、
容器８３に取り付けた超音波発生装置８５で撥水剤８４
に超音波を与えることで撥水剤８４をミスト化し、容器
８３の開口部８３ａから撥水剤ミスト８６を発生させ
る。この撥水剤ミスト８６の雰囲気中を搬送手段８１で
搬送されるヘッドＨの有機樹脂部材７１が所定時間通過
することによって、有機樹脂部材７１の表面に撥水剤８
４の微粒子が付着して撥水剤の薄膜である撥水膜７４が
形成される。

【００５６】ここで、超音波発振装置８５は通常の２
８、３６、４８ＫＨｚのものから８００Ｋから１ＭＨｚ
のウルトラソニック装置までいずれでも良く、発振周波
数が高くなるほどより微細粒子となる。形成する撥水膜
７４の膜厚は、撥水剤の耐久性にもよるが０．００１μ
ｍ、即ち１０Å程度のアニール膜でも、撥水効果があ
る。このような均一な薄膜の形成は、微細粒子が０．５
μｍ以下になるようにミスト化すれば良い。また、高耐
久性の５μｍ程度以上の厚さの撥水膜を形成する場合、
ロールコータ法やスピンコート法、スキージ法では均一
な膜形成は不可能であるが、粒子を１〜５μｍの大きな
ものになるようにミスト化することで均一な成膜を高速
で行うことができるようになる。

【００５７】このように、ヘッドの有機樹脂部材にノズ
ル穴を形成した後、有機樹脂部材の表面に撥水剤をミス
ト化して付着、固定化して撥水性薄膜（撥水膜）を形成
することにより、ノズル端部まで均一に撥水膜を形成す
ることができ、従前のように有機樹脂部材の表面に紫外
線吸収剤などを含有する撥水膜を形成した後エキシマレ
ーザーでノズル穴の開口とともに撥水膜を開口する場合
に比べて、ノズル端部と撥水膜の端部の不一致が少なく
なり、インク滴吐出特性が向上する。

【００５８】また、超音波発振装置の駆動周波数を制御
することなどでミストの粒子径を制御することによっ
て、膜厚のコントロールと膜形成速度の調整を行うこと
ができ、所望の厚さの均一な撥水膜を得ることができ
る。

【００５９】ここで、図９に示すように、撥水剤８４中
に、ＰＴＥＦ等、固相のフッ素樹脂の微粒子（粒径０．
００１〜２μｍ）９１を混合し、更にシランカップリン
グ材９２を添加して、これらの固相のフッ素樹脂微粒子
やシランカップリング材も撥水剤と混合ミスト化して、
有機樹脂部材７１表面に付着固定することで、撥水膜７
４中に固相のフッ素樹脂の微粒子或いはシランカップリ
ング材を含ませて成膜することができる。

【００６０】この場合、ＰＴＥＦ等、固相のフッ素樹脂
の微粒子（粒径０．００１〜２μｍ）を混合して成膜す
ることで、非結晶質体、結晶体の撥水膜７４を成膜する
ことができ、さらにその複合材料の成膜で、撥水膜８４
の凹凸（０．００１〜５μｍ）の制御ができるととも
に、耐摩耗性が向上する。そして、非晶質体膜のアニー
ル、ハードコート膜の生成でその固着性が強化され、更
にシランカップリング材を混合添加することで、通常で
は固着が困難な、結晶体フッ素樹脂粒子による強固な成
膜ができるようになる。

【００６１】このように撥水剤をミスト化して有機樹脂
部材７１表面に付着固定することで、固形の微粒を含む
もの撥水剤でも均一にミスト化でき、非結晶性の材料と
混合成膜することで、固相粒子により耐摩耗性が高くな
り、ワイピング（信頼性維持回復機構による維持回復動
作の一環）に対する耐性が確保できる。

【００６２】このように撥水剤をミスト化して撥水膜と
なる薄膜を形成する場合、ミスト付着後流動させないた
めに溶媒を速やかに分離揮発させることが好ましく、こ
れにより、より均一な膜を形成することができる。そこ
で、有機溶媒の気化熱（潜熱）にもよるが、４０℃〜２
００℃の加熱ガス（キャリアガスＮ_２、空気、さらに比
熱の大きな有機ガス）をインクジェットヘッドのノズル
穴から噴射させることで、インクジェットヘッドは温度
制御され、目的温度に昇温されて、速乾燥で、付着固定
更に高温（１５０℃以上）では成膜アニールが同時進行
し、撥水剤の薄膜はハードコート化された撥水膜とな
る。

【００６３】具体的には、例えば図１０に示すように、
搬送手段８１にヘッドホルダ１０１でインクジェットヘ
ッドＨを保持して搬送するときに、Ｎ_２、空気、或いは
比熱の大きな有機ガスなどの加熱ガス源１０２からチュ
ーブ１０３を介して加熱ガスをヘッドＨのインク供給穴
６６に送り込むことで、加熱ガスはノズルズ４４から噴
出され、この加熱ガスによってヘッドＨが昇温されて、
ミスト化した撥水剤が有機樹脂部材７１表面に付着する
と、有機溶媒が速やかに分離揮発されて撥水剤の微粒子
が有機樹脂部材７１表面に固着して撥水膜７４が成膜さ
れる。

【００６４】なお、このとき、ガス源１０１のガス元圧
計１０４が一定圧でチューブ１０３のガス圧表示計１０
５で表示される圧力が通常より大きい場合にはノズル４
４が目詰まりを生じていることになり、また小さい場合
にはヘッドＨでリークが生じている（接合不良などが生
じている）ことが分かる。

【００６５】このようにミスト法による均一薄膜の製膜
は、固形成分をいかに、流動させず、有機溶媒を揮発し
て製膜し、アニールによる平坦化を行うかにあり、上述
したようにヘッド内に加熱ガスを送りこむ手法によれば
工程因子を全て制御することが可能になる。そして、加
熱ガスをノズル穴から噴出させながらミストを付着させ
ることで、ノズル穴内に撥水剤が回り込むことが防止さ
れ、また膜のアニールも簡単に行うことができて、工程
が短縮する。

【００６６】また、完成したインクジェットヘッドＨを
例えば８０℃以上に加熱した状態で搬送手段８１に取り
付けて搬送し、ミスト化した撥水剤を付着させることで
も同様な作用効果を得ることができる。この場合、ヘッ
ドＨを１５０℃以上に加熱しておけば前述したように膜
アニールを含めた工程を実施できる。また、ヘッド全体
が加温されることで、ヘッド全体に撥水剤のコートが可
能になり、ヘッド全体の防塵になり、ダスト、インク付
着を防止できる。

【００６７】ところで、有機樹脂基板に直接、撥水剤を
コートすると、その密着が十分でない場合がある。そこ
で、上述したようにノズル板４３では有機樹脂部材７１
の表面に下地層７５を介して撥水膜７４を形成してい
る。

【００６８】この下地層７５としては、例えば図１１に
示すように金属酸化膜１１１を用いることができる。金
属酸化膜１１１としては、例えば、ＴｉＯ_2-x、Ｎｉ
Ｏ，Ｉｎ2O3、Ｃｒ2O3_-x、等を挙げることができる。こ
うした金属酸化膜１１１を１００〜１０００Å程度下地
膜として有機樹脂部材７１表面に直接成膜し、この金属
酸化膜１０１表面に撥水剤をコートして撥水膜７４を成
膜する。

【００６９】この場合、撥水剤材料に含まれるシランカ
ップリング材や、シラノール基は金属酸化膜１０１の酸
素分子と一部イオン結合をする。具体的には、金属酸化
物Ｍ−Ｏ−Ｓｉ−ＣｎＦ_２ｎ−ＣＦ_３（撥水膜）の結合
が生じ、脱水反応（Ｈ_２Ｏ、Ｏ（ＣＨ_３）_２が除去）さ
れ、これにより撥水膜７４の強固な接着性が得られる。

【００７０】また、下地層７５としては、例えば図１２
に示すようにシランカップリング材（ＨＭＤＳ）の膜１
１２を用いることができる。この場合、例えば有機溶媒
の希薄濃度シランカップリング材のロールコートや、蒸
気圧が高いことを利用して、ミスト化してヘッドをその
蒸気圧雰囲気を通過又は蒸気圧雰囲気中に保持させるこ
とで、５０〜１０００Å（０．００１〜１μｍ）厚さ程
度に下地膜７５として有機樹脂部材７１表面にシランカ
ップリング材の膜１１２を成膜し（脱水反応Ｈ _２Ｏの除
去で、Ｏ−Ｓｉ−ＣｎＨ_２ｎ−ＣＨ_３の結合が生じ
る。）、更にヘッドを前述したようにミスト化した撥水
剤ミストの雰囲気を通過させることで、シランカップリ
ング材の膜１１２表面に撥水膜７４を成膜する。

【００７１】この場合、シランカップリング材と撥水剤
の濡れ性（ＳＰ値）が近傍の材料を選択することで、そ
の相溶性が向上し、シランカップリング材の膜１１２と
撥水膜７４との密着性が向上する。すなわち、有機樹脂
部材７１と第１層のシランカップリング材の薄膜１１２
との濡れ性（ＳＰ値）で撥水剤以上の密着性で密着し、
一部のシラノール基の加水分解との相乗効果により強固
に接着する。さらに第２層の撥水膜７４は含有するシラ
ンカップリング材又はシラノール基との相互作用で強固
に接着する。このときの結合種はＣ−Ｏ−Ｓｉ−Ｒ＋撥
水膜になる。

【００７２】次に、有機樹脂部材７１としてポリイミド
基板を用いた場合について説明すると、ポリイミド基板
はその材料の安定性から、直接表面に他部材を接合した
り接着した場合、強固な密着力を得ることが困難であ
る。そこで、特に、ポリイミド基板を用いた場合、ポリ
イミド基板を大気圧プラズマの電極間を通過させること
で暴露プラズマの表面処理を行うことが好ましい。

【００７３】具体的には、図１３に示すように、電極１
２１、１２２間（約２０ｍｍの間隔で配置している。）
に周波数２Ｋ〜１００ＫＨｚで電圧１Ｋ〜５Ｋｖの電圧
を電源１２３から印加すると、電極間インピーダンスに
もよるが、大気放電が発生する。この放電プラズマ間
に、ポリイミド、シリコーン、ガラスウールなどの非導
電性材料で形成した搬送ベルトなどの搬送手段８１によ
ってポリイミド基板を有機樹脂部材７１に用いたインク
ジェットヘッドＨを通過させる。このとき、電極１２
１、１２２間には放電開始と放電維持のための微量ガス
を導入する。

【００７４】このように有機樹脂部材７１の表面にプラ
ズマ放電に対する暴露処理を行うことで、図１３に示す
ように、有機樹脂部材７１の暴露処理された表面７１ａ
には、活性化された酸素イオン、大気ガスラジカル等に
より、カルボン酸基、ケトン基、水酸基等の官能基が生
成する。これらの官能基は、直接撥水剤との反応接着が
でき、また上述したように下地膜７５を形成する場合で
も、シランカップリング材とは脱水反応を伴う強固な接
着結合が可能であり、さらに、金属酸化物の薄膜製膜で
も酸化膜との反応を伴うことから強固な接合膜が確保で
きることから、図１４に示すように暴露処理した有機樹
脂部材７１の表面７１ａ上に下地膜７５を成膜し、この
下地膜７５上に撥水膜７４を成膜することができる。

【００７５】ここで、このような表面処理（プラズマ暴
露）、下地層の形成、撥水膜の形成を一連の工程で行う
場合の例について図１５を参照して説明する。同図に示
すように、搬送手段１１５でポリイミド基板を有機樹脂
部材７１としたヘッドＨを搬送する。そして、ステージ
Ｓ１では、ヘッドＨを電極１２１、１２２間を通過させ
て前述したように有機樹脂部材７１の表面にプラズマ暴
露処理を行う。

【００７６】次いで、ステージＳ２にはシランカップリ
ング材のミスト発生手段１３１を配置している。このミ
スト発生手段１３１は容器１３２内にシランカップリン
グ材１３３を入れて、超音波発生装置１３４で超音波を
印加してシランカップリング材１３３をミスト化する。
そこで、シランカップリング材のミスト１３５の雰囲気
中をヘッドＨを通過させることで、有機樹脂部材７１表
面にシランカップリング材の膜１１２を成膜する。そし
て、ランプ等による加熱手段１３７でヘッドＨを加熱し
て有機溶媒を分離揮発させて下地膜７５を形成する。

【００７７】その後、ステージＳ３では、前述した撥水
剤のミスト発生手段８３で発生させている撥水剤のミス
ト８６の雰囲気中を通過させることで撥水剤の薄膜を成
膜しする。次いで、紫外線或いは赤外線を照射するハー
ドコート化手段１３８で薄膜をハードコート化して撥水
膜７４を形成することにより、インクジェットヘッド４
０を完成する。

【００７８】なお、上記実施形態においては、本発明を
静電型インクジェットヘッドのノズル形成部材に適用し
た例で説明したが、インクジェットヘッド以外のノズル
形成部材にも適用することができ、またピエゾ型インク
ジェットヘッドやバブル型インクジェットヘッドなどの
ノズル形成部材にも適用することができ、さらにシリア
ル型インクジェット記録装置だけでなくライン型インク
ジェット記録装置にも適用することができる。また、液
滴吐出ヘッドとしてはインクジェットヘッド以外にも液
体レジストを吐出させるヘッドなどとしても用いること
ができる。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るノズ
ル形成部材によれば、撥水膜はミスト化された撥水剤が
樹脂部材の表面に付着されて形成されているので、ノズ
ル端部と撥水膜端部とのバラツキが低減して液滴吐出方
向が安定し、滴吐出特性が向上するようになる。

【００８０】本発明に係るノズル形成部材によれば、樹
脂部材の表面に下地膜を介して撥水膜を形成したので樹
脂部材と撥水膜との密着性が向上し、剥離のない撥水膜
が得られる。ここで、下地膜は金属酸化膜又はランカッ
プリング材の膜とするで、剥離のない強固な接着を行う
ことができる。

【００８１】本発明に係るノズル形成部材によれば、撥
水膜はプラズマ放電間への暴露処理が施された樹脂部材
の表面に形成されている構成としたので、撥水膜と有機
樹脂部材との接着性が向上する。

【００８２】これらの各本発明に係るノズル形成部材に
おいて、樹脂部材と高剛性部材とは熱可塑性ポリイミド
からなる接着剤で接合することで、耐液性に優れ、膨張
率の異なる部材の緩衝接合を行うことができ、耐熱性が
向上する。また、高剛性部材としてはコバール、フェル
ニコ、ＳＵＳ材又は銅材のいずれかであることで、他剛
性に優れたノズル板を得ることができる。さらに、樹脂
部材がポリイミドとすることで、ノズル径精度を向上す
ることができる。

【００８３】また、撥水膜中に固相のフッ素樹脂微粒子
を含むことで耐摩耗性が向上する。さらに、撥水膜中に
シランカップリング材を含むことで、結晶体フッ素樹脂
粒子も固着できて強固な撥水膜を得ることができる。

【００８４】本発明に係るノズル形成部材によれば、樹
脂部材と高剛性部材とが熱可塑性ポリイミドからなる接
着剤で接合されているので、耐液性に優れ、膨張率の異
なる部材の緩衝接合を行うことができ、耐熱性が向上す
る。

【００８５】本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、ノ
ズルを形成したノズル形成部材が本発明に係るいずれか
のノズル形成部材であるので、滴吐出特性が向上し、画
像品質が向上する。

【００８６】本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法に
よれば、撥水剤をミスト化して樹脂部材の表面に付着さ
せて撥水膜を形成する構成としたので、有機樹脂材部材
に事後的に撥水膜を成膜でき、液滴吐出方向が安定し、
滴吐出特性が向上するようになる。

【００８７】ここで、薄膜を形成するときにヘッドのイ
ンク注入口から加熱した気体を導入してノズルから噴出
させることによって、ノズル内部まで撥水膜が進入する
ことを防止でき、メニスカス振動にバラツキが生じなく
なるとともに、１２０℃以上の加温を行うことで撥水膜
のアニールと固着を同時に行うことが可能になる。ま
た、撥水剤をミスト化して加熱したヘッドのノズル形成
部材の表面に付着させて撥水膜を形成することでも、撥
水膜のアニールと固着を同時に行うことが可能になると
ともにヘッド全体への撥水膜の形成を行うことができる
なる。

【００８８】さらに、撥水膜を形成する前に、ヘッドの
樹脂部材の表面に金属酸化物の膜又はシランカップリン
グ材の膜を成膜することで、有機樹脂部材と撥水膜との
接着力が向上する。或いは、撥水膜を形成する前に、ヘ
ッドの樹脂部材の表面にプラズマ放電に対する暴露処理
をすることでも、有機樹脂部材と撥水膜との接着力が向
上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェ
ットヘッドを備えたインクジェット記録装置の機構部の
概略斜視説明図

【図２】同機構部の側面説明図

【図３】同記録装置のインクジェットヘッドの分解斜視
説明図

【図４】同ヘッドの振動板長手方向に沿う模式的断面説
明図

【図５】同同ヘッドの振動板長手方向に沿う要部拡大説
明図

【図６】同ヘッドの振動板短手方向に沿う模式的断面説
明図

【図７】同ヘッドのノズル板の拡大断面説明図

【図８】同ヘッドの製造方法のうちの撥水膜の形成方法
を説明する説明図

【図９】同撥水膜の形成方法の他の例を説明する説明図

【図１０】同ヘッドの製造方法のうちのヘッド加熱方法
を説明する説明図

【図１１】同ヘッドの製造方法のうちの下地膜及び撥水
膜の形成工程を説明する説明図

【図１２】同ヘッドの製造方法のうちの下地膜及び撥水
膜の他の形成工程を説明する説明図

【図１３】同ヘッドの製造方法のうちのプラズマ放電に
対する暴露処理方法を説明する説明図

【図１４】同暴露処理を行ったノズル板の説明図

【図１５】図１４のノズル板を含むヘッドの一連の製造
工程を説明する説明図

【符号の説明】

１３…キャリッジ、１４…ヘッド、２４…搬送ローラ、
３３…排紙ローラ、４１…流路基板、４２…電極基板、
４３…ノズル板、４４…ノズル、４６…加圧室、４７…
流体抵抗部、４８…共通液室流路、５０…振動板、５５
…電極、５６…ギャップ、７１…有機樹脂部材、７２…
高剛性部材、７３…接着層、７４…撥水膜、７５…下地
膜、８４…撥水剤、８６…撥水剤のミスト。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液滴を吐出するノズルを有する樹脂部材
と高剛性部材とを積層し、前記樹脂部材の表面に撥水膜
を形成したノズル形成部材において、前記撥水膜はミス
ト化された撥水剤が前記樹脂部材の表面に付着されて形
成されていることを特徴とするノズル形成部材。
【請求項２】液滴を吐出するノズルを有する樹脂部材
と高剛性部材とを積層し、前記樹脂部材の表面に撥水膜
を形成したノズル形成部材において、前記樹脂部材の表
面に下地膜を介して前記撥水膜が形成されていることを
特徴とするノズル形成部材。
【請求項３】請求項２に記載のノズル形成部材におい
て、前記下地膜が金属酸化膜又はシランカップリング材
の膜であることを特徴とするノズル形成部材。
【請求項４】液滴を吐出するノズルを有する樹脂部材
と高剛性部材とを積層し、前記樹脂部材の表面に撥水膜
を形成したノズル形成部材において、前記撥水膜はプラ
ズマ放電間への暴露処理が施された前記樹脂部材の表面
に形成されていることを特徴とするノズル形成部材。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載のノズ
ル形成部材において、前記樹脂部材と高剛性部材とは熱
可塑性ポリイミドからなる接着剤で接合されていること
を特徴とするノズル形成部材。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれかに記載のノズ
ル形成部材において、前記高剛性部材がコバール、フェ
ルニコ、ＳＵＳ材又は銅材のいずれかであることを特徴
とするノズル形成部材。
【請求項７】請求項１乃至６のいずれかに記載のノズ
ル形成部材において、前記樹脂部材がポリイミドである
ことを特徴とするノズル形成部材。
【請求項８】請求項１乃至７のいずれかに記載の液滴
吐出ヘッドにおいて、前記撥水膜中に固相のフッ素樹脂
微粒子を含むことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項９】請求項１乃至８のいずれかに記載の液滴
吐出ヘッドにおいて、前記撥水膜中にシランカップリン
グ材を含むことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１０】液滴を吐出するノズルを有する樹脂部
材と高剛性部材との積層部材からなるノズル形成部材に
おいて、前記樹脂部材と高剛性部材とが熱可塑性ポリイ
ミドからなる接着剤で接合されていることを特徴とする
ノズル形成部材。
【請求項１１】液滴を吐出するノズルと、このノズル
が連通する加圧室と、この加圧室内のインクを加圧する
エネルギーを発生するエネルギー発生手段とを備えた液
滴吐出ヘッドにおいて、前記ノズルを形成したノズル形
成部材が前記請求項１乃至１０のいずれかのノズル形成
部材であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１２】樹脂部材と高剛性部材とを積層して前
記樹脂部材の表面に撥水膜を形成したノズル形成部材を
備えた液滴吐出ヘッドの製造方法において、撥水剤をミ
スト化して前記樹脂部材の表面に付着させて前記撥水膜
を形成することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方
法。
【請求項１３】請求項１２に記載の液滴吐出ヘッドの
製造方法において、前記薄膜を形成するときにヘッドの
インク注入口から加熱した気体を導入して前記ノズルか
ら噴出させることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方
法。
【請求項１４】請求項１２に記載の液滴吐出ヘッドの
製造方法において、撥水剤をミスト化して加熱したヘッ
ドの前記ノズル形成部材の表面に付着させて前記撥水膜
を形成することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方
法。
【請求項１５】請求項１２乃至１４のいずれかに記載
の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記撥水膜を形
成する前に、前記ヘッドの樹脂部材の表面に金属酸化物
の膜又はシランカップリング材の膜を成膜することを特
徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１６】請求項１２乃至１５のいずれかに記載
の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記撥水膜を形
成する前に、前記ヘッドの樹脂部材の表面にプラズマ放
電に対する暴露処理をすることを特徴とする液滴吐出ヘ
ッドの製造方法。