JP2001199066A - インクジェットプリンタヘッド及びその製造方法、並びに多環系チオール化合物 - Google Patents
インクジェットプリンタヘッド及びその製造方法、並びに多環系チオール化合物Info
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Abstract
少なく、しかも高い耐摩擦特性を有する、信頼性に優れ
たインクジェットプリンタヘッドおよびその製造方法を
提供すること。 【解決手段】 ノズル面に形成されたノズルよりインク
滴を吐出させるインクジェットプリンタヘッドにおい
て、前記ノズル面上に形成される金属を含む金属層と、
当該金属層上に形成される多環系チオール化合物から成
る自己組織化膜層とを有する。
Description
ンタヘッドに係り、特に、インク滴を選択的に記録媒体
に付着させるインクジェットプリンタヘッドのノズル面
の改良に関する。
ジェットプリンタには、高速印字、低騒音、高印字品位
等が要求されるようになった。インクジェットプリンタ
ヘッドにも高性能が要求される。これらの要求を満たす
ためには、インクジェットプリンタヘッドのノズル面の
状態が非常に重要である。
ることがある。これら付着物があると、ノズルからイン
ク滴を吐出する際に、インク滴がこれら付着物に引かれ
て、本来の吐出方向でない方向に吐出される。付着物の
付着量が大きくなると、インク滴が形成されない。これ
らの弊害を取り除くためには、ノズル面にインクをはじ
く性質、撥インク性(すなわち撥水性)を与えることが
重要であるとされてきた。ノズル面に撥インク性を付与
することにより、インク、紙粉等の付着を少なくでき
る。また、インクジェットプリンタヘッドにおいては、
インク滴の吐出性能が劣化しにくいことも重要である。
性能の劣化を抑制する技術として、ノズル面に金属層と
硫黄化合物層とを備える撥水層が形成されたインクジェ
ットプリンタヘッドが提案されている(国際公開番号;
WO97/27059の公報)。
ェットプリンタヘッドには、硫黄化合物層を形成する硫
黄化合物として、アルカンチオール化合物や1つの芳香
環を有するジチオール化合物等が用いられている。この
ため、層を形成する前記化合物の分子間凝集力に起因し
て、機械的摩擦等の外的要因によって層が劣化し、その
機能が低下するおそれがあるため、プリンタヘッドとし
ての信頼性の点で問題があった。従って、本発明の目的
は、撥水性を備え、インク滴の吐出性能の劣化が少な
く、しかも高い耐摩擦特性を有する、信頼性に優れたイ
ンクジェットプリンタヘッドおよびその製造方法を提供
することである。
を重ねた結果、プリンタヘッドのノズル面上に形成され
る金属層上に、特定の構造を有するチオール化合物から
なる層を形成したインクジェットプリンタヘッドが、前
記目的を達成し得るものであることを知見した。
で、ノズル面に形成されたノズルよりインク滴を吐出さ
せるインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記ノズ
ル面上に形成される金属を含む金属層と、当該金属層上
に形成される多環系チオール化合物から成る自己組織化
膜層とを有することを特徴とするインクジェットプリン
タヘッドを提供するものである。
ンタヘッドを製造する方法であって、ノズル部材のノズ
ル面上に金属層を形成する工程と、前記金属層を形成し
た基材を、多環系チオール化合物を溶解した溶液に浸漬
する工程と、を備えることを特徴とするインクジェット
プリンタヘッドの製造方法を提供するものである。
I)で表される多環系チオール化合物を提供するものであ
る。
良の形熊を、図面を参照して説明する。 (実施形態1)図1に、本実施形態のインクジェットプ
リンタヘッドが用いられるプリンタの斜視図を示す。同
図に示すように、本実施形態のインクジェットプリンタ
100は、本体102が、本発明に係るインクジェット
プリンタヘッド101、トレイ103等を備えて構成さ
れる。用紙105は、トレイ103に載置される。図示
しないコンピュータから印字用データが供給されると、
図示しない内部ローラが用紙105を本体102に取り
入れる。用紙105は、ローラの近傍を通過するとき、
同図矢印方向に駆動されるインクジェットプリンタヘッ
ド101により印字され、排出口104から排出され
る。インクジェットプリンタヘッド101からのインク
滴の吐出が正確に行われないと、用紙105に印字され
る文字等が汚れたり薄くなったりする。
ンタヘッドの構造を説明する斜視図を示す。同図に示す
ように、インクジェットプリンタヘッド101は、ノズ
ル11の設けられたノズル板1、および振動板3の設け
られた流路基板2を、筐体5に嵌め込んで構成される。
流路基板2は加圧室基板とも呼ばれ、キャビティ(加圧
室)21、側壁22およびリザーバ23等が形成され
る。本発明の特徴は、このインクジェットプリンタヘッ
ドのノズル板の表面の加工に関する。 なお、本実施形
態では、インクを溜めるリザーバが流路基板に設けられ
ているが、ノズル板を多層構造にし、その内部にリザー
バを設けるものでもよい。
動板3を積層して構成されるインクジェットプリンタヘ
ッドの主要部の構造の斜視図を示す。理解を容易にする
ため、部分断面を示す。同図に示すように、インクジェ
ットプリンタヘッドの主要部は、流路基板3をノズル板
1と振動板3で挟み込んだ構造を備える。流路基板3
は、シリコン単結晶基板等をエッチングすることによ
り、各々が加圧室として機能するキャビティ21が複数
設けられる。各キャビティ21の間は側壁22で分離さ
れる。各キャビティ21は、供給口24を介してリザー
バ23に繋がっている。ノズル板1には、流路基板3の
キャビティ21に相当する位置にノズル11が設けられ
ている。振動板3は、例えば熱酸化膜等により構成され
る。振動板3上のキャビティ21に相当する位置には、
圧電素子4が形成されている。また、振動板3にはイン
クタンク口31も設けられている。圧電素子4は、例え
ばPZT素子等を上部電極および下部電極(図示せず)
とで挟んだ構造を備える。
ェットプリンタヘッドの断面図に基づいて説明する。
図4を参照して、インクジェットプリンタヘッドの動作
原理を示す。インクは、筐体5のインクタンクから、振
動板3に設けられたインクタンク口31を介してリザー
バ23内に供給される。このリザーバ23から供給口2
4を通して、各キャビティ21にインクが流入する。圧
電素子4は、その上部電極と下部電極との間に電圧を加
えると、その体積が変化する。この体積変化が振動板3
を変形させ、キャビティ21の体積を変化させる。電圧
を加えない状態では振動板3の変形がない。ところが、
電圧を加えると、同図の破線で示す変形後の振動板3b
や変形後4bの圧電素子の位置まで変形する。キャビテ
ィ21内の体積が変化すると、キャビティに満たされた
インク6の圧力が高まり、ノズル11からインク滴61
が吐出するのである。
構造の断面図を示す。同図は、図3および図4のノズル
近傍を拡大した断面図である。符号1aは、本形態のノ
ズル板であることを示す。ノズル板1aは、ノズル部材
12のインク滴吐出側に、金属層13および自己組織化
膜層14を積層して構成される。図2および図3と同様
の構成には同一の符号を付す。ノズル11aには、イン
クの界面張力によりインクのメニスカス(meniscus)6
2aが生じている。すなわち、キャビティ21に満たさ
れたインクは、自己組織化膜層14の撥インク性によ
り、ノズル板1aの表面に広がらず、ノズル11aにメ
ニスカス62aを生ずるに留まる。 ノズル部材12と
しては、金属層との間に一定の結合力を備えるものであ
れば何でもよい。例えば、ガラスや金属板を用いること
ができる。製造原価を下げ、ノズル穴等の微細加工を容
易にするには、シリコンやセラミックスを用いるのが好
ましい。なお、シリコンやセラミックスを用いる場合
は、本実施形態において後述するように、中間層を設け
るのが好ましい(図11参照)。 金属層13の組成
は、化学的・物理的な安定性から金(Au)が好まし
い。その他、チオール化合物を化学的に吸着する銀(A
g)、銅(Cu)、インジウム(In)、ガリウム−砒
素(Ga−As)等の金属であってもよい。ノズル部材
12上への金属層13の形成は、スパッタ法、蒸着法、
メッキ法等の公知の技術が使用できる。金属の薄膜を一
定の厚さ(例えば0.1μm)で均一に形成できる成膜
法であれば、その種類に特に限定されるものではない。
金属層13の上には、自己組織化膜層14を形成す
る。自己組織化膜層14の形成は、多環系チオール化合
物を溶解して溶液にし、この中に金属層13を形成した
ノズル板1aを浸漬(immersion)することにより行わ
れる。
とは、メルカプト基(−SH)を持つ有機化合物のなか
で、芳香環等の環状の官能基を2以上含む化合物の総称
をいう。これら多環系チオール化合物は、溶液中または
揮発条件の下で、金等の金属表面状に自発的に化学吸着
し、2次元の結晶構造に近い単分子膜を形成する。この
自発的な化学吸着によって作られる分子膜を自己集合化
膜、自己組織化膜またはセルフアセンブリ(self assem
bly)膜とよび、現在基礎研究およびその応用研究が進
められている。本実施の形態では、特に金(Au)を想
定するが、前記他の金属表面にも同様に自己集合化膜が
形成できる。
ことにより、その多環構造に起因して分子間凝集力が強
まり、従来のアルカンチオール化合物や1つの芳香環を
有するジチオール化合物等を用いた場合よりも分子間凝
集力が強いものとなる。このため、機械的摩擦等の外的
要因によっても層が劣化せずにその機能が維持できると
いう耐摩擦特性を有し、信頼性に優れたインクジェット
プリンタヘッドを得ることができる。また、この多環系
チオール化合物を用いて形成された自己組織化膜層は、
撥水性を備え、インク滴の吐出性能の劣化が少ないもの
でもある。また、この多環系チオール化合物は、高い耐
熱特性をも有するものであり、特に加熱等の外的要因に
も劣化しないという性能を有する。
記一般式(I)又は(II)で表される化合物が好まし
い。
数の芳香環を含み、その末端の芳香環のパラ位にパーフ
ルオロカーボン鎖を有するチオール化合物である。ま
た、前記一般式(II)で表される化合物は、前記一般式
(I)における複数の芳香環が1〜4つのフッ素原子で
置換されている以外は前記一般式(I)で表される化合
物と同じである。このような化合物を用いると、前記の
耐摩擦特性を有するとともに、該化合物のテールグルー
プ(層表面に現れる化学官能基)であるパーフルオロカ
ーボン基に起因して、形成される自己組織化膜層の表面
が低表面エネルギー状態となるため、ノズル面が一層撥
水性に優れたものとなる。また、前記一般式(I)及び
(II)で表される化合物は、耐熱特性にも優れたもので
ある。
合物の中でも、CfがCF3(CF 2)n又はCF
3(CF2)n(CH2)mであり、nが0〜15であ
り、mが1〜20であり、kが3又は4であり、pが1
〜20であり、lが1〜4である化合物が好ましい。ま
た、Cfが(CF3)2CF(CF2)n又は(C
F3) 2CF(CF2)n(CH2)mであり、nが0
〜15であり、mが1〜20であり、kが3又は4であ
り、pが1〜20であり、lが1〜4である化合物も好
ましい。また、Cfが(CF3)3C(CF2)n又は
(CF3)3C(CF2)n(CH2)mであり、nが
0〜15であり、mが1〜20であり、kが3又は4で
あり、pが1〜20であり、lが1〜4である化合物も
好ましい。
しては、例えば、下記〔化5〕に示す合成ルートによる
方法等が挙げられる。尚、ここでは、多環系チオール化
合物として、4−トリフルオロメチルターフェニルメチ
ルチオールの合成ルートを例として示す。
ブロモ−4’−メチルビフェニル、テトラキス(トリフ
ェニルフォスフィン)パラディウム、脱気したベンゼン
に、2規定の炭酸ナトリウムを加えた後、エタノールに
溶解された4-トリフルオロメチルベンゼンボロン酸を
滴下し反応させて、化合物(1)を合成する。次に、得
られた化合物(1)、N−ブロモスクシンイミド(NB
S)、四塩化炭素、アゾビスイソブチロニトリル(AI
BN)を混合し、反応させて化合物(2)を合成する。
チオ酢酸カリウム、脱気されたDMFを攪拌した後、化
合物(2)を脱気されたDMFに溶かして、攪拌中のチ
オ酢酸カリウム、DMF溶液に滴下し、反応させて化合
物(3)を合成する。エタノール、化合物(3)により
生成する懸濁液に、水酸化カリウムを入れて反応させて
化合物(4)〔目的の(4−トリフルオロメチル−
[1,1‘;4’、1“]ターフェニル−4”−イル)
メタンチオール〕を合成する。
ける各段階の化合物の合成例の詳細を以下に示す。
ビフェニル6.0g(24.48mmol)、テトラキ
ス(トリフェニルフォスフィン)パラディウム1.2g
(1.04mmol)、脱気したベンゼン80mlをフ
ラスコ中に入れ、窒素気流下、室温にて攪拌する。さら
に2規定の炭酸ナトリウム80mlを加えてしばらく攪
拌させる。その後、同じく脱気されたエタノール50m
lに溶解された4-トリフルオロメチルベンゼンボロン
酸4.65g(24.48mmol)を窒素気流下で少
しずつ滴下する。滴下終了後、反応混合物は窒素気流下
で還流攪拌させる。還流1時間後、黄色結晶物が反応混
合物中のベンゼン相中に現れる。還流攪拌6時間後、室
温に戻し、一晩攪拌放置する。反応物を吸引ろ過して薄
黄色板状結晶を得る。ベンゼン、エタノールで繰り返し
洗浄し、さらにアセトンで洗浄した後、乾燥させると、
無色の板状結晶(収量6.45g、収率90%)を得
る。得られた結晶の融点及び1H−NMRは、次の通り
であった。
rCH3)、7.50(d,8.7Hz,2H,H-
3”,H-5”)、7.63(d,8.7Hz,2H,
H-2”,H-6”)、7.69−7.73(m,8H,
H-2’-H-6’,H-2-H-6)
0.26mmol)、N−ブロモスクシンイミド2.0
g(11.11mol)、四塩化炭素150ml、アゾ
ビスイソブチロニトリル15mlをフラスコ中で混合さ
せた後、1時間ほど攪拌還流させる。シリカゲル薄層ク
ロマトグラフィで反応が完結したことを確認して、反応
混合物を室温にまで冷却させる。混合物をろ過して、コ
ハク酸イミドを除去した後、ろ液を真空濃縮して、四塩
化炭素を除き、薄黄色固体が得られる。この粗製物を塩
化メチレンに溶かし、カラムクロマト用シリカゲルで覆
われた吸引ろ過用フィルターに入れて、無色透明の塩化
メチレン溶液を得る。これを真空濃縮させると、白色結
晶(収量3.23g、収率80%)が得られる。得られ
た結晶の融点及び1H−NMRは、次の通りであった。
rCH2Br)、7.50(d,8.7Hz,2H,H
-3”,H-5”)、7.63(d,8.7Hz,2H,
H-2”,H-6”)、7.69−7.73(m,8H,
H-2’-H-6’,H-2-H-6)
g(15.32mmol)、脱気されたDMF20ml
を窒素気流下でフラスコに入れて室温で攪拌する。その
後、化合物(2)3.0g(7.65mmol)を脱気
されたDMF45mlに溶かして、攪拌中のチオ酢酸カ
リウム、DMF溶液に滴下する。滴下終了後、室温で3
時間攪拌させた後、温度70℃まで上昇させて約30分
窒素気流下、加熱攪拌させる。反応終了後、混合物をろ
過して臭化カリウムを除き、ろ液を減圧濃縮してDMF
を除く。その後、水、塩化メチレンを入れ抽出し、塩化
メチレン相を数回水で洗浄した後、硫酸マグネシウムで
乾燥させる。ろ過して硫酸マグネシウムを除いた後、塩
化メチレンを減圧濃縮して除き灰色状の粗製物を得る。
これをシリカゲルカラムクロマトグラフィ(Wako−
gel 100,溶媒:塩化メチレン/へキサン=1)
で精製させると薄黄色の固体を得る。これをヘキサン、
エーテルの混合溶媒で軽く洗浄した後、乾燥させ薄黄色
の結晶(収量1.41g、収率50%)が得られる。得
られた結晶の融点及び1H−NMRは、次の通りであっ
た。
OCH3)、4.18(s,2H,ArCH2SCO)
7.40(d,9Hz,2H,H-3”,H-5”)、
7.59(d,9Hz,2H,H-2”,H-6”)、
7.68−7.73(m,8H,H-2’-H-6’,H-
2-H-6)
00ml、化合物(3)0.6g(1.638mmo
l)を入れて、生成する懸濁液をそのまま攪拌加熱(9
0℃)する。そこに、水酸化カリウムのペレット0.5
gを入れると、懸濁液の濁りが消失し、透明の溶液とな
る。その混合物をそのまま、温度90℃で約5時間ほど
加熱攪拌する。その後、反応混合物を室温まで冷却させ
た後、塩酸(30%)15mlほど加え、引き続き40
mlの水を加えて約30分ほど攪拌させる。生成した不
溶物をろ過して、蒸留水で数回洗浄し、乾燥させる。精
製した結晶をさらにエーテル、ヘキサン混合溶媒で軽く
洗浄し乾燥させると、薄黄色の結晶(収量0.365
g、収率65%)が得られる。得られた結晶の融点及び
1H−NMRは、次の通りであった。
z,1H,SH)、3.81(d,6.7Hz,2H,
ArCH2S)、7.43(d,8.7Hz,2H,H
-3”,H-5”)、7.61(d,8.7Hz,2H,
H-2”,H-6”)、7.69−7.73(m,8H,
H-2’-H-6’,H-2-H-6)
トリフルオロメチルターフェニルメチルチオールの他の
合成ルートとしては、下記〔化6〕に示す合成ルートが
挙げられる。
ず、テトラキス(トリフェニルフォスフィン)パラジウ
ム(0)及び炭酸ナトリウム水溶液の存在下、p−ブロ
モベンゼンボロン酸とp−ブロモトルエンとをベンゼン
・エタノール混合溶媒中で反応させて、4−ブロモ−
4'−メチルビフェニルを合成する。次に、得られた4
−ブロモ−4'−メチルビフェニルとp−トリフルオロ
メチルベンゼンボロン酸とを、前記と同様にテトラキス
(トリフェニルフォスフィン)パラジウム(0)及び炭
酸ナトリウム水溶液の存在下にてベンゼン・エタノール
混合溶媒中で反応させて、4−トリフルオロメチル−
4’−メチルターフェニルを合成する。次に、得られた
4−トリフルオロメチル−4’−メチルターフェニル
に、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)の存在下
でN−ブロモスクシンイミド(NBS)を加えて四塩化
炭素溶媒中で反応させ、4−トリフルオロメチル−4’
−ブロモメチルターフェニルを合成する。その後、得ら
れた4−トリフルオロメチル−4’−ブロモメチルター
フェニルにチオ尿素を無水エタノール中にて加えて反応
させて塩とした後、塩酸で加水分解させて、目的の4−
トリフルオロメチルターフェニルメチルチオールを合成
する。
I)で表される多環系チオール化合物を提供するものであ
る。かかる多環系チオール化合物としては、前述した自
己組織化膜の形成材料として例示したものが好ましい。
らなる自己組織化膜層の形成方法を説明する。本図は金
属層として金を使用した場合である。多環系チオール化
合物は、同図(a)に示すように、頭の部分がターフェニ
ル基等であり、尾の部分がメルカプト基で示される。こ
れを、1〜10mMのエタノール溶液で溶解する。この
溶液で、同図(b)のように成膜された金の膜を浸漬す
る。このまま、室温で1時間程度放置すると、多環系チ
オール化合物が金の表面に自発的に集合してくる(同図
(c))。そして、金の表面に2次元的にチオール分子の
単分子膜が形成される(同図(d))。
が形成された際の分子間結合の様子を示す。金属表面に
おける硫黄原子の化学吸着の反応メカニズムは、完全に
は解明されていない。しかし、チオール化合物が、例え
ば金(0)の表面にて、Au(1)チオラート(RS−
Au+)となって吸着するという構造が考えられる。図
7に示すように、金属層13の金原子と自己組織化膜層
14の硫黄原子との結合は、共有結合に近く(40〜4
5kcal/mol)、非常に安定な分子膜が形成される。 な
お、このような有機分子の自己組織化は、有機分子膜に
よる個体表面機能化技術として、素材表面の光沢出し、
潤滑、濡れ性、耐蝕、表面触媒作用等の分野への拡張が
考えられる。また、分子素子、生物素子等のマイクロエ
レクトロニクス分野およびバイオエレクトロニクス分野
への応用が、将来大いに期待されている。
系チオール化合物の単分子膜の様子を示す。同図に示す
ように自己組織化膜層14は、単分子で構成されるた
め、その膜厚は非常に薄い(例えば2nm程度)。この多
環系チオール化合物は、非常に緻密に集合化するので、
多環構造部分の凝集力により、前述したように機械的摩
擦等の外的要因によって自己組織化膜層14が容易に壊
れることはない。即ち、自己組織化膜層14は、高い耐
摩擦特性を有する、信頼性に優れたものとなる。また、
この多環系チオール化合物は、非常に緻密に集合化する
ので、水の分子が自己組織化膜層14に入り込むことが
できない。このため、この自己組織化膜層14は撥イン
ク性(撥水性)を有することになる。特に、前記一般式
(I)又は(II)で表されるチオール化合物から自己組
織化膜層14を形成した場合には、撥インク性は一層顕
著なものとなる。
のインクジェットプリンタヘッドにおける自己組織化膜
層14の形成材料として新規に合成された直鎖ベンゼン
環をスペーサとするフッ素系チオール(本発明に係る多
環系チオール化合物)を用い、金属層13として金薄膜
を用いることにより、金薄膜上に直鎖ベンゼン環をスペ
ーサとするフッ素系チオールからなる自己組織化膜を形
成した。また、本実施形態に対する比較形態として、自
己組織化膜層14の形成材料を、従来のアルカンチオー
ル、及びメチレン鎖をスペーサとするフッ素系チオール
に変えた以外は、本実施形態と同様にして自己組織化膜
を形成した。そして、本実施形態及び2つの比較形態そ
れぞれの熱劣化性について比較した。尚、本実施形態に
おける多環系チオール化合物としては前記の合成ルート
に従って合成した(4−トリフルオロメチル−[1,1
‘;4’、1“]ターフェニル−4”−イル)メタンチ
オールを使用し、比較形態におけるアルカンチオールと
してはヘキサデカンチオール(和光純薬製)を使用し、
別の比較形態におけるフッ素系チオールとしては12,
12,12−トリフルオロドデカンチオール(文献Jour
nal of Fluorine Chemistry 93(1999)107-115に
基づいて合成)を使用し、それぞれ0.2mMジクロロ
メタン溶液中に、金薄膜を有する基板(金基板)を24
時間浸せきさせて各自己組織化膜を作成した。熱劣化性
の比較は、各自己組織化膜の表面濡れ性の変化を接触角
度で追った。接触角度測定にはヘキサデカン溶液を使用
した。熱劣化条件は各加熱温度にて、1時間恒温槽に放
置した後に表面接触角度を測定した。各自己組織化膜の
温度に対する接触角度の変化をプロットした(図14参
照)。図14の結果から、直鎖ベンゼン環をスペーサと
するフッ素系チオール(本発明に係る多環系チオール化
合物)からなる自己組織化膜の熱劣化速度は、多環系チ
オール化合物以外の他の分子からなる自己組織化膜の熱
劣化速度よりも遅い、つまり、熱劣化しにくいことが判
る。また、これらの比較により、単分子膜のスペーサに
直鎖芳香族環を導入することで、高い耐熱特性が得られ
ることが判る。
クジェットプリンタヘッドでは、ノズル面にインク6が
周り込むことがあった。この場合、インク6の張力によ
り吐出するインク滴61aがノズル板1’に平行な方向
に引かれ、ノズル板に垂直に吐出されない場合があっ
た。 これに対し、本発明を適用したインクジェットプ
リンタヘッドでは、ノズル面が撥インク性を有する。
で常にはじかれ、ノズル11内にメニスカス62として
滞留する。このため、吐出するインク滴61bがインク
の張力により引かれることがなく、ノズル11から垂直
に吐出される。また、ノズル面が撥インク性を有するた
め、ノズル面に飛散したインクは、ノズル面に広がるこ
となく粒となって滞留する。このため、ゴム等の弾性体
を用いたワイピングにより、容易に不要なインク滴の除
去が可能である。
たノズル板の層構造の断面図を示す。上述したように、
基材であるノズル部材に、シリコンやセラミックスを用
いた場合、ノズル部材と金属膜との間に中間層を設けた
方が結合力が強くなる。同図において、図10と同一の
部材には、同一の符号を付し、その説明を省略する。
ノズル部材12bは、シリコンまたはセラミックスで組
成される。 中間層15は、ノズル部材と金属膜との間
の結合力を強める素材、例えば、ニッケル(Ni)、ク
ロム(Cr)、タンタル(Ta)のいずれか、あるいは
それらの合金であることが好ましい。中間層を設けれ
ば、ノズル部材と金属層との結合力が増し、機械的な摩
擦に対し、自己組織化膜層が一層剥離し難くなる。
に用いるインク6には、前記チオール化合物を混入して
おくことが好ましい。前記チオール化合物を混入してお
けば、物理的衝撃等により、万一自己組織化膜層の一部
が欠損しても、インクに混入された前記チオール化合物
が、欠損のあった箇所の金属層の表面に再結合する。す
なわち、自己修復機能を持たせることができる。 この
ような自己修復性のある撥インク処理は例がなく、ユー
ザが特別な修復作業をしないで済む。このとき、本実施
形態のように金属層を金で形成しておくのは好ましい。
金は展性に優れ、傷をつけられても金の材料が消失する
ことは少ない。さらに耐薬品性に優れるため、ノズル部
材の耐薬品性をも向上するからである。
ズルの改良に関する。 図12に、本実施形態2のノズ
ル板におけるノズル近傍の拡大断面図を示す。前記実施
形態1(図5)と同一の部材については、同一の符号を
付し、その説明を省略する。図12に示すように、本形
態のノズル板1dは、ノズル11dの周囲に段差部17
が設けられている。すなわち、ノズル11dの径と同心
円状に凹部18が形成されている。段差部17および凹
部18の内部にも、金属層13および自己組織化膜層1
4を形成する。 なお、金属層や自己組織化膜層の組成
については、前記実施形態1と同様に考えられる。ま
た、図12では、金属層および自己組織化膜層を構成し
たが、図11に示す中間層をノズル部材と金属層との間
に設けてもよい。 本実施形態2によれば、ノズル11
dを段差部17および凹部18を設けることにより、ノ
ズル板1dの表面に尖った物が接触しても、凹部18内
部の金属層13および自己組織化膜層14は損傷を受け
ない。したがって、インク6のメニスカス62dには変
化なく、インクの吐出性能も劣化しない。
ンクジェットプリンタヘッドの一例である。
リンタヘッドの構造を説明する斜視図を示す。当該イン
クジェットプリンタヘッドは、大きくノズル板7、流路
基板8および発熱素子基板9により構成される。 ノズ
ル板7には、ノズル71が設けられている。このノズル
板7には、実施形態1で説明した金属層13、自己組織
化膜層14および中間層15、実施形態2で説明したノ
ズルの段差17および凹部18のいずれも適応可能であ
る。 流路基板8には、キャビティ81、側壁82、リ
ザーバ83および供給路84が形成されている。これら
構造は、前記実施形態1で説明した流路基板2の構造と
同様に考えられる。複数のキャビテイ81は印字密度に
対応する一定の間隔で配列される。各キャビティ81は
側壁82により分けられる。キャビテイ81は、流路基
板8の側壁とノズル板7と発熱素子基板9とに挟まれた
構造となる。 発熱素子基板9には、各キャビティ81
に対応する位置に発熱素子91が設けられている。ま
た、インクをリザーバ83に供給するためのインクタン
ク口92が設けられている。 上記構成において、イン
クは、図示しないインクタンクからインクタンク口92
を介してリザーバ83に導入される。リザーバ83のイ
ンクは、さらに供給口84を通してキャビティ81に供
給される。発熱素子91に電圧が図示しない駆動回路よ
り電気信号が供給されると、発熱素子91は発熱する。
その結果、発熱した発熱素子91のキャビティ81に満
たされたインクが気化し、気泡が発生する。この気泡に
より、このキャビティ81に対応して設けられたノズル
71からインクが吐出する。このとき、ノズル板7の吐
出側の面は、実施形態1及び2に記載した構成を備える
ので、高い耐摩擦特性を有し、信頼性に優れている。ま
た、ノズル板7の吐出側の面は、撥インク性を有するた
め、ノズル面にインクが残り、吐出するインクをノズル
面に平行な方向に引き、その吐出方向を曲げることがな
い。 上記したように、本実施形態3によれば、発熱素
子で気泡を発生させてインクを吐出する形式のプリンタ
ヘッドにも本発明を適用できる。このため、実施形態1
及び2に記載した効果と同様の効果を奏する。
に、本発明のインクジェットプリンタヘッド及びその製
造方法によれば、高い耐摩擦特性のある自己組織化膜層
を形成できるので、機械的摩擦等の外的要因によるプリ
ンタヘッドの劣化を抑制することができる。
滴の吐出性能の劣化が少なく、しかも高い耐摩擦特性を
有する、信頼性に優れたインクジェットプリンタヘッド
およびその製造方法を提供できる。
る斜視図である。
(部分断面図)である。
ある。
ある。
ドにおける吐出説明図である。
ッドにおける吐出説明図である。
の断面図である。
ズル板の断面図である。
ジェットプリンタヘッドの斜視図である。
関係をプロットした図である。
Claims (13)
- 【請求項1】 ノズル面に形成されたノズルよりインク
滴を吐出させるインクジェットプリンタヘッドにおい
て、前記ノズル面上に形成される金属を含む金属層と、
当該金属層上に形成される多環系チオール化合物から成
る自己組織化膜層とを有することを特徴とするインクジ
ェットプリンタヘッド。 - 【請求項2】 前記ノズル面を形成する部材と前記金属
層との間に、ニッケル、クロム、タンタルまたはチタン
のいずれか、あるいはそれらの合金からなる中間層を備
えたことを特徴とする請求項1に記載のインクジェット
プリンタヘット。 - 【請求項3】 前記ノズルの内壁に前記自己組織化膜層
が形成されたことを特徴とする請求項1又は2に記載の
インクジェットプリンタヘッド。 - 【請求項4】 前記ノズルが、前記ノズル面に設けられ
た凹部の内部に設けられていることを特徴とする請求項
1又は2に記載のインクジェットプリンタヘッド。 - 【請求項5】 インクを充填するキャビティと、当該キ
ャビティに体積変化を及ぼす加圧装置と、を備え、前記
キャビティの体積変化によりノズルからインク滴を吐出
させることを特徴とする請求項1又は2に記載のインク
ジェットプリンタヘッド。 - 【請求項6】 前記加圧装置は、圧電素子から構成され
ることを特徴とする請求項5に記載のインクジェットプ
リンタヘッド。 - 【請求項7】 前記加圧装置は、発熱素子により構成さ
れることを特徴とする請求項5に記載のインクジェット
プリンタヘッド。 - 【請求項8】 前記多環系チオール化合物が、下記一般
式(I)又は(II)で表される化合物であることを特徴と
する請求項1〜7の何れかに記載のインクジェットプリ
ンタヘッド。 【化1】 - 【請求項9】 前記一般式(I)又は(II)において、C
fがCF3(CF2)n又はCF3(CF2)n(CH
2)mであり、nが0〜15であり、mが1〜20であ
り、kが3又は4であり、pが1〜20であり、lが1
〜4である請求項8記載のインクジェットプリンタヘッ
ド。 - 【請求項10】 前記一般式(I)又は(II)において、
Cfが(CF3)2CF(CF2)n又は(CF3)2
CF(CF2)n(CH2)mであり、nが0〜15で
あり、mが1〜20であり、kが3又は4であり、pが
1〜20であり、lが1〜4である請求項8記載のイン
クジェットプリンタヘッド。 - 【請求項11】 前記一般式(I)又は(II)において、
Cfが(CF3)3C(CF2)n又は(CF3)3C
(CF2)n(CH2)mであり、nが0〜15であ
り、mが1〜20であり、kが3又は4であり、pが1
〜20であり、lが1〜4である請求項8記載のインク
ジェットプリンタヘッド。 - 【請求項12】 請求項1〜11の何れかに記載のイン
クジェットプリンタヘッドを製造する方法であって、ノ
ズル部材のノズル面上に金属層を形成する工程と、前記
金属層を形成した基材を、多環系チオール化合物を溶解
した溶液に浸漬する工程と、を備えることを特徴とする
インクジェットプリンタヘッドの製造方法。 - 【請求項13】 下記一般式(I)又は(II)で表される
多環系チオール化合物。 【化2】
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