JP2004351923A - 撥液膜被覆部材、液体噴出装置の構成部材、液体噴出ヘッドのノズルプレート、液体噴出ヘッドおよび液体噴出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ノズルプレート等の基材表面と金属アルコキシドの撥液膜との密着性が高く、さらに密度の高い金属アルコキシドの撥液膜を有する部材を提供する。また、前記部材からなる液体噴出装置の構成部材、さらに前記部材からなる液体噴出ヘッドおよび液体噴出装置を提供する。
【解決手段】 ノズルプレート１８等の基材の表面に、シリコーン材料のプラズマ重合膜２２等の下地膜と、前記下地膜表面に金属アルコキシドが重合した分子膜２４等の撥液膜とを有することを特徴とする。好ましくは前記金属アルコキシドがフッ素を含む長鎖高分子基２４ｂを有する。前記下地膜は、基材に応じ、シリコーン材料のプラズマ重合膜２２以外に、ＳｉＯ₂、ＺｎＯ、ＮｉＯ、ＳｎＯ_２、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、酸化銅、酸化銀、酸化クロム、または、酸化鉄を含む構成とすることができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は撥液膜被覆部材、液体噴出装置の構成部材、液体噴出ヘッドのノズルプレート、液体噴出ヘッドおよび液体噴出装置に係り、特に液体噴出ヘッドのノズルプレート基材の表面は勿論、その他の液体噴出装置の構成部材（金属以外の樹脂系部材、複合材料部材を含む）の表面に、下地膜と金属アルコキシドの分子膜からなる撥液膜とを有する液体噴出装置に関する。

液滴をノズル吐出口から媒体に対して噴出させる液体噴出ヘッドの一実施形態であるインクジェットプリンタヘッドはノズルプレートを有し、このノズルプレートにインクを噴出するための微細なインク吐出口が微小間隔を隔てて複数形成されている。このノズルプレート表面にインクが付着すると、その後に噴出されたインクが付着インクの表面張力や粘性等の影響を受けて噴出軌道が曲げられてしまい、所定の位置にインクを塗布することができなくなるという問題がある。このため、ノズルプレート表面にインクの付着を防止する撥液処理をする必要がある。

この撥液処理の方法として次の技術が挙げられる。撥液性を有するシランカップリング剤、例えばアルコキシシラン溶液に室温のノズルプレートを数十秒間浸漬させる。このときのアルコキシシランの温度は室温程度である。次に、浸漬させているノズルプレートを数ｍｍ／ｓｅｃ．程度の速さで引き上げて、表面にアルコキシシランの重合した単分子膜を成膜する。そして、このノズルプレートを室温で一昼夜乾燥させて溶媒を気化し、脱水縮重合により金属表面へ撥液性を有する単分子膜を得る。

また他の方法として特許文献１の技術が挙げられる。この技術は含フッ素高分子化合物およびフッ素置換炭化水素基とシラザン基もしくはアルコキシシラン基もしくはハロゲン化シラン基とを有する化合物との混合物に吸収体を浸漬して引き上げ、この吸収体をノズルプレートに押付けながら移動させることにより塗布を行う。塗布が完了したノズルプレートは１５０℃、１時間の熱乾燥・硬化を行い、撥液膜を得ている。

さらに他の方法として特許文献２の技術が挙げられる。この技術はノズルプレートの撥液性を必要としない部分にアルミニウムのマスクを形成して、トリクロロシリル基を複数個含む物質を混ぜた溶液に３０分ほど浸漬し、クロロシラン単分子膜を成膜する。そして、クロロシラン単分子膜をクロロホルムで洗浄して、さらに水で洗浄し反応させることによりシロキサン単分子膜を形成する。そして、このシロキサン単分子膜をフッ化炭素系及びクロロシラン基を含む物質の溶液に１時間ほど浸漬し、ノズルヘッド及び前記アルミニウム薄膜表面上にフッ素を含む単分子膜を成膜する。そして、前記アルミニウム薄膜をエッチングすることにより、ノズルヘッド表面に撥液性を有する単分子膜を得る技術である。

特開平５−１１６３０９号公報 特開平５−１１６３２４号公報

ところで、アルコキシシランの分子膜は、ノズルプレート表面を終端しているＯＨ基と反応してノズルプレートと結合する。このため、ノズルプレート表面に多くのＯＨ基が存在すれば、ＯＨ基が存在している分だけアルコキシシランが結合する。すなわち、多くのＯＨ基が存在していれば分子膜の密度は高くなり、ノズルプレートの撥液性はより高くなる。しかしながら、ステンレス鋼等の金属では表面に存在するＯＨ基の数はガラス等に比べて極めて少ないために、金属表面に形成されるシランカップリング材料の重合した分子膜は密度の低く、密着性の悪い膜しか得られなかった。このため、分子膜の撥液性が低く、また長期にわたって撥液性を維持できない問題があった。

また、従来用いられていたインクは染料系のインクであり、溶媒は水であった。このため、分子膜は撥水性を有すれば染料系のインクを弾いていた。しかし、近年はディジタルスチルカメラ等の高画質プリントに対応するために、顔料系のインクが用いられるようになった。この顔料系のインクの溶媒は樹脂系の分散剤が用いられているために、分子膜には撥水性および撥油性（以下、総称して撥液性とも称する）の両方の性質を有することが求められている。ところが、特許文献１および特許文献２に記載された膜は撥水性および撥油性の両方を有しておらず、分子膜が濡れる問題があった。

また従来、液体噴出装置のノズルプレート以外の部材には、撥インク処理がなされていなかった。撥インク処理をしていない場合の弊害として、キャップ、ワイパ等の直接インクと接する部分に少なからずインク付着があるが、部材が濡れやすい材質であると、そのまま付着したインクが停滞し、放置する事で増粘し、部品汚れ、部品動作不具合の要因になる可能性ある。特にワイパ部分に関しては、ワイパ（ゴム、エラストマ、ウレタン）→ワイパ保持部品レバー（ポリオキシメチレン（POM））→システム本体(アクリロントリルブタジエンスチレン（ABS）)→廃液吸収材と数種の部材に誘導され撥インクを吸収する為、その際に誘導し難い可能性がある。また、ヘッドが搭載されるキャリッジ下部分に増粘インクが付着し、ワイパー動作時にヘッドへ増粘インクを転写する可能性がある。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、ノズルプレート等の基材表面と金属アルコキシドの撥液膜との密着性が高く、さらに密度の高い金属アルコキシドの撥液膜を有する部材を提供することを目的とする。また、前記部材からなる液体噴出装置の構成部材を提供し、さらに前記部材からなる液体噴出ヘッドのノズルプレート、このノズルプレートを使用した液体噴出ヘッドおよび液体噴出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、液体噴出装置において、液体噴出ヘッドのノズルプレート（金属製）に限定せずに、それ以外の液体噴出装置のシステム構成部材（樹脂系材料、複合材料）にも撥液膜被覆部材を適用し、前記撥液膜被覆部材は、基材の表面に形成した下地膜表面をＯＨ基化処理した後、金属アルコキシドの分子膜からなる撥液膜を設け、好ましくは前記金属アルコキシドはフッ素を含む長鎖高分子基を有するものを用いることにより、部品汚れ防止、部品動作不具合防止を可能とし上記課題の解決に成功した。

即ち、本発明は以下の通りである。
（１）基材の表面に下地膜と前記下地膜表面に金属アルコキシドの撥液膜とを有することを特徴とする部材。
（２）前記撥液膜が、金属アルコキシドが重合した分子膜からなることを特徴とする前記（１）に記載の部材。
（３）前記金属アルコキシドはフッ素を含む長鎖高分子基を有することを特徴とする前記（１）に記載の部材。
（４）前記金属アルコキシドは撥液基を有する金属酸塩であることを特徴とする前記（１）に記載の部材。
（５）前記金属アルコキシドはシランカップリング剤であることを特徴とする前記（１）に記載の部材。

（６）前記下地膜がシリコーン材料のプラズマ重合膜、ＳｉＯ₂、ＺｎＯ、ＮｉＯ、ＳｎＯ_２、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、酸化銅、酸化銀、酸化クロム、または酸化鉄を含むことを特徴とする前記（１）に記載の部材。
（７）前記下地膜の表面を酸化処理と水素処理とによりＯＨ基で終端し、前記下地膜表面に金属アルコキシドを前記ＯＨ基と反応させて成膜したことを特徴とする前記（１）または（２）に記載の部材。
（８）前記下地膜の表面をプラズマまたは紫外線照射してＯＨ基で終端し、前記下地膜表面に金属アルコキシドを前記ＯＨ基と反応させて成膜したことを特徴とする前記（１）または（２）に記載の部材。

（９）前記基材が金属材料または複合材料であることを特徴とする前記（１）に記載の部材。
（１０）前記基材が樹脂系材料であることを特徴とする前記（１）に記載の部材。
（１１）前記金属材料がステンレス鋼であることを特徴とする前記（９）に記載の部材。
（１２）前記複合材料が、ケイ素、サファイアまたは炭素を含むことを特徴とする前記（９）に記載の部材。
（１３）前記樹脂系材料が、ポリ四フッ化エチレン、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリオキシメチレン、ポリスチレン、アクリロントリルブタジエンスチレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンエーテル、チタン酸カリウム繊維複合樹脂、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体、オレフィン系エラストマ、ウレタン系エラストマ、プロロプレンゴム、シリコーンゴムまたはブチルゴムであることを特徴とする前記（１０）に記載の部材。

（１４）前記基材が少なくとも４００℃の耐熱性を備えたものである場合、前記下地膜を加熱するとともに金属アルコキシド溶液に浸漬して、前記下地膜上に金属アルコキシドの撥液膜を成膜したことを特徴とする前記（１）に記載の部材。
（１５）前記下地膜の加熱温度は２００〜４００℃としたことを特徴とする前記（１４）に記載の部材。

（１６）前記（１）〜（１４）のいずれかに記載の部材からなる液体噴出ヘッドのノズルプレート。
（１７）前記（１６）に記載の液体噴出ヘッドのノズルプレートを使用して形成したことを特徴とする液体噴出ヘッド。
（１８）前記（１７）に記載の液体噴出ヘッドを備えたことを特徴とする液体噴出装置。
（１９）ヘッドキャップ、ヘッドクリーニング用ワイパ、ヘッドクリーニング用ワイパの保持レバー、ギア、プラテンまたはキャリッジである前記（１）〜（８）、（１０）および（１３）のいずれかに記載の部材。
（２０）前記（１９）に記載の部材を備えたことを特徴とする液体噴出装置。

本発明は、上記のように、液体噴出装置において、液体噴出ヘッドのノズルプレート（主に金属製）に限定せずに、それ以外の液体噴出装置のシステム構成部材（樹脂系材料、複合材料製も有り）であるヘッドキャップ、ヘッドクリーニング用ワイパ、ヘッドクリーニング用ワイパの保持レバー、ギア、プラテンまたはキャリッジ等にも撥液膜被覆部材を適用し、撥インク処理のシステム部品への応用により、下記（i）〜（iii）の液体噴出装置のトラブル防止効果が得られる。

（i）ヘッドキャップ、ヘッドクリーニング用ワイパ、ヘッドクリーニング用ワイパの保持レバー等のインクと接触する機会が多い部分の部品に撥インク処理を施す事で、部品自体のインク汚れを防止できる。具体的には以下のとおりである。
ヘッドキャップにノズルプレート（ＮＰ）面のキャップマーク（増粘インク付着）が付き難くなる。
ヘッドクリーニング用ワイパのインク付着が低減でき、拭取り性能が長期間維持できる。
ヘッドクリーニング用ワイパの保持レバーがワイパからの廃液インクを廃液吸収材へ誘導しやすくする。
ギアのインク回りこみによる動作不具合を低減できる。
キャリッジの増粘インク付着によるヘッドへの増粘インク転写を防止できる。

（ii）部品自体(特にギア等の駆動関係）にインク汚れがつきにくくなる事で、増粘インク付着による部品動作不具合を防止できる。
（iii）システム部品として使用する部材（主にポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、アクリロントリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、エラストマ、ゴム等のエンプラ樹脂）自体の接触角に左右されず撥インク性を施す事ができるため、廃液インクの回収がしやすくなる。即ち、ヘッドキャップ、 ワイパに付着したインクを廃液吸収材に誘導しやすくなる。

上記のように、本発明の撥液膜被覆部材は、基材の表面に下地膜を形成する。基材の材質としては、特に限定されず、金属材料、複合材料、樹脂系材料のいずれでも使用可能である。なお、基材の表面粗さ（Ｒａ）は、６５ｎｍ以下、好ましくは３５ｎｍ以下の表面粗さであればより有効である。
前記下地膜は、基材に対応して、シリコーン材料のプラズマ重合膜、ＳｉＯ₂、ＺｎＯ、ＮｉＯ、ＳｎＯ_２、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、酸化銅、酸化銀、酸化クロム、または酸化鉄を含有するものが、適宜選択・適用される。前記下地膜の表面を酸化処理と水素処理とにより、具体的には、プラズマまたは紫外線照射した後大気に曝すことにより、ＯＨ基で終端し、表面をＯＨ基化し、この下地膜上に金属アルコキシドの撥液膜を成膜すると、前記ＯＨ基と金属アルコキシドの撥液膜とが結合して、高密度で密着性の高い金属アルコキシドの撥液膜を成膜できる。
さらに、前記基材が少なくとも４００℃の耐熱性を備えたものである場合、前記下地膜を加熱するとともに金属アルコキシド溶液に浸漬して、前記下地膜上に金属アルコキシドの撥液膜を成膜すると、下地膜の表面に均一な膜厚のアルコキシシランの重合した分子膜を成膜することができる。

この分子膜では、その金属アルコキシドに由来する金属原子が、酸素原子を介して下地膜と結合する。また、本発明に使用する金属アルコキシドがフッ素を含む長鎖高分子基を有するものである場合、その金属アルコキシドに由来する金属原子と結合するフッ素を含む長鎖高分子基は表面側に位置する。このとき、分子膜の状態は金属原子が三次元的に結合し、フッ素を含む長鎖の高分子基同士は複雑に絡み合った状態となっている。このため、分子膜は高密度な状態となり、分子膜にインクが浸透し難くなる。
このため、本発明に係る撥液膜被覆部材、優れた撥液性を保持することができ、長期間にわたって撥液性を維持できる。また撥液膜は高密度のために耐擦性に優れている。

以下に、本発明の撥液膜被覆部材の製造プロセスの概要を述べる。
本発明の撥液膜被覆部材は、少なくとも、１．基材の洗浄、２．下地膜の成膜、３．下地膜の表面活性化処理、４．金属アルコキシド撥液膜の成膜、５．加湿乾燥処理、６．アニール処理の工程により製造される。
「１．基材の洗浄」は、基材上に下地膜を成膜する際に不都合な、基材上の不要物を取り除くこと等を目的に行なわれる。詳細な洗浄条件は、基材の材質、形状、大きさ等に応じて適宜選択されるべきものである。
「２．下地膜の成膜」における詳細な成膜条件は、基材の材質・形状・大きさ、下地膜の種類・厚さ等に応じて適宜選択されるべきものである。
「３．下地膜の表面活性化処理」は、下地膜上に金属アルコキシドの撥液膜がより強く結合させるためのＯＨ基を付与する目的で行なわれる。具体的には、下地膜表面のプラズマまたは紫外線照射処理等が挙げられる。詳細な処理条件は、下地膜の種類・厚さ、成膜する金属アルコキシドの種類等に応じて適宜選択されるべきものである。

「４．金属アルコキシド撥液膜の成膜」における詳細な成膜条件は、金属アルコキシドの種類、目的とする撥液性等に応じて適宜選択されるべきものである。
「５．加湿乾燥処理」は、金属アルコキシドを重合させて分子膜とする為に高温高湿雰囲気下に置くものである。詳細な処理条件は、金属アルコキシドの種類、目的とする撥液性等に応じて適宜選択されるべきものである。
「６．アニール処理」は、前記金属アルコキシドの重合反応を終端させる為に上記 「５．加湿乾燥処理」よりも高い温度で処理するものである。詳細な処理条件は、金属アルコキシドの種類、目的とする撥液性等に応じて適宜選択されるべきものである。

本発明に係る液体噴出ヘッドは、上述したノズルプレートを用いて形成したことを特徴としている。
また、本発明に係る液体噴出装置は、上述した液体噴出ヘッド備えた、または、ヘッドキャップ、ヘッドクリーニング用ワイパ、ヘッドクリーニング用ワイパの保持レバー、ギア、プラテンもしくはキャリッジを用いて形成したことを特徴としている。

以下に本発明に係る撥液膜被覆部材、液体噴出装置の構成部材、液体噴出ヘッドのノズルプレート、液体噴出ヘッドおよび液体噴出装置について説明する。
なお、以下に記載する下地層の形成および金属アルコキシドの成膜方法は本発明の実施の一形態として、基材となる液体噴出ヘッドのステンレス鋼で構成されているノズルプレートに成膜する例について説明するが、本発明はこれに限定されるものでない。

図１に液体噴出ヘッド（液体噴出装置の一部材）の一実施例であって、ノズル吐出口から噴出する液滴としてインク滴を用いるインクジェットプリンタヘッド１０の断面図を示す。インクジェットプリンタヘッド１０にはインクをヘッド内部へ導入するインク導入口１２が設けられている。このインク導入口１２はインク溜り１４と接続しており、このインク溜り１４においてインクを溜めるように形成されている。また、インク溜り１４は圧力室１６と連通しており、圧力室１６のインク吐出側はノズルプレート１８に設けられたインク吐出口２０と接続している。

また、圧力室１６の壁面の一部には圧力を加えられる構成となっている。この構成は、例えば、圧力室１６の壁面の一部を振動板で形成するとともに、その外側に励振電極１７（圧電素子）を設ける。そして励振電極１７に電圧を印加すると、静電気力により振動板が振動して、圧力室の内圧が変化する。この内圧によりインクがインク吐出口２０より吐出される。

また、ノズルプレート１８はステンレス鋼で構成されているもの（本実施の形態ではＳＵＳ３１６）を用いた。このノズルプレート１８の表面およびインク吐出口２０の内部表面には、シリコーン材料をプラズマ重合することによりプラズマ重合膜２２が成膜されている。また、このプラズマ重合膜２２の表面には撥液性を有する金属アルコキシドの分子膜２４が成膜されている。
この金属アルコキシドの分子膜２４は撥水性および撥油性を有していればいかなるものでもよいが、好ましくはフッ素を含む長鎖高分子基（以下、長鎖ＲＦ基という）を有する金属アルコキシドのまたは撥液基を有する金属酸塩の単分子膜である。
前記金属アルコキシドとしては、例えばＴｉ、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｔ、Ｂａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｂｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔａ等を使用する様々なものがあるが、ケイ素、チタン、アルミニウム、ジルコニウム等が一般的に用いられる。本実施形態ではケイ素を用いた物を使用し、好ましくはフッ素を含む長鎖ＲＦ基を有するアルコキシシラン、または撥液基を有する金属酸塩がよい。

長鎖ＲＦ基としては、分子量は１０００以上であり、例えば、パーフルオロアルキル鎖、パーフルオポリエーテル鎖等が挙げられる。
この長鎖ＲＦ基を有するアルコキシシランとして、例えば、長鎖ＲＦ基を有するシランカップリング剤等が挙げられる。
本発明の撥液膜として適している長鎖ＲＦ基を有するシランカップリング剤としては、例えば、ヘプタトリアコンタフルオロイコシルトリメトキシシランなどが挙げられが、製品としては オプツールＤＳＸ（商標、ダイキン工業社製）、ＫＹ−１３０（商標、信越化学工業社製）が挙げられる。
フッ化炭素基（ＲＦ基）はアルキル基より表面自由エネルギーが小さいため、金属アルコキシドにＲＦ基を含有させることにより、形成する撥液膜の撥液性を向上させることができると共に、耐薬品性、耐候性、耐摩擦性等の特性も向上させることができる。
また、ＲＦ基としては、長鎖構造が長いものが、より撥液性を持続させることができる。
また撥液基を有する金属酸塩として、例えばアルミネートおよびチタネート等が挙げられる。

このように構成されるインクジェットプリンタヘッド１０を用いて、図５に示すインクジェットプリンタを形成する。

次に、基材となるノズルプレート１８表面にシリコーン材料のプラズマ重合膜２２を成膜する装置について説明する。図２にプラズマ重合膜２２の成膜装置の説明図を示す。成膜装置３０はチェンバ３２を備え、このチェンバ３２にポンプ３４が接続されている。チェンバ３２の上部には電極３６が設けられ、この電極３６に高周波電源３８が接続されている。この高周波電源３８は、例えば３００Ｗ程度の電力を出力する。また電極３６と対向するチェンバ３２の下部にはノズルプレート１８を載置する温度調整可能なステージ４０が設けられている。

さらに、チェンバ３２にはガス供給管４２および原料供給管４４が接続されている。ガス供給管４２にはアルゴンガス供給源４６が流量制御弁（図示しない）を介して接続されている。この流量制御弁によりチェンバ３２へ供給されるガスの流量を調整可能にしている。また原料供給管４４にはプラズマ重合膜２２の原料を収納する原料容器５０が接続されている。この原料容器５０の下部にはヒータ５２が設置され、液体原料５４を気化可能としている。

プラズマ重合膜２２の原料としては、シリコーン油、アルコキシシラン、具体的には、
ジメチルポリシロキサン等が挙げられ、製品としては、ＴＳＦ４５１（ジーイー東芝シリコーン社製）、ＳＨ２００（東レ・ダウコーニング・シリコーン社製）等を用いることができる。
そして気化された原料はチェンバ３２の負圧により吸引され、原料供給管４４を通ってチェンバ３２に供給される。

次に、ノズルプレート１８表面へシリコーン材料をプラズマ重合させたプラズマ重合膜２２の成膜方法およびプラズマ重合膜２２表面への金属アルコキシドの分子膜２４の成膜方法について説明する。なお、本実施の形態ではプラズマ重合膜２２の原料にシリコーン（ジメチルポリシロキサン）を用い、金属アルコキシドにフッ素を含む長鎖高分子基を有するアルコキシシラン（ヘプタトリアコンタフルオロイコシルトリメトキシシラン）を用いた例を説明する。

まず、ノズルプレート１８表面にシリコーンを重合してプラズマ重合膜２２を成膜する。このプラズマ重合膜２２は成膜装置３０を使用して成膜する。はじめにノズルプレート１８をチェンバ３２内のステージ４０上に配置する。そしてチェンバ３２内をポンプ３４により設定値まで減圧する。このとき、ステージ４０の温度を調整してノズルプレート１８上で原料の重合が促進される温度、例えば２５℃以上（本実施の形態では４０℃）に保持する。チェンバ３２内が設定値まで減圧された後、アルゴンガスをチェンバ３２内に供給して、チェンバ３２内を一定の圧力、例えば７Ｐａ程度に保持する。そして、電極３６に接続した高周波電源３８より、例えば１００Ｗ程度の電力を印加して、チェンバ３２内にアルゴンプラズマを生成する。また、原料容器５０内のシリコーンはヒータ５２により加熱されて気化し、上述したようにチェンバ３２内の負圧により吸引されて、原料供給管４４を通ってチェンバ３２内に供給される。そして、アルゴンプラズマにより、気化されたシリコーンの結合の弱い部分を切断して重合反応し、ノズルプレート１８表面にプラズマ重合膜２２が成膜される。また、ノズルプレート１８にはインク吐出口２０が設けられているが、プラズマ重合で成膜することによりインク吐出口２０の内部にもプラズマ重合膜２２が成膜される。このプラズマ重合膜２２の表面はシリコーンを構成するメチル基で終端され、このメチル基はシリコン原子と結合している。

このようにしてノズルプレート１８表面に成膜されたプラズマ重合膜２２をアニールする。このアニールは、例えば窒素雰囲気中において１５０℃以上４５０℃以下（本実施の形態では２００℃）でアニールすると、ノズルプレート１８表面のプラズマ重合膜２２にて架橋反応が進む。これにより、プラズマ重合膜２２の硬度が増し、ノズルプレート１８とプラズマ重合膜２２との密着性も強固になる。

次に、このプラズマ重合膜２２の表面をプラズマによりエッチングする。このエッチングは酸化処理、すなわち、プラズマ重合膜２２の表面を終端するメチル基とシリコン原子との結合を切断して、このシリコン原子に酸素原子を結合させるために行われる。このプラズマによる処理はプラズマ重合膜２２の表面をアルゴン、窒素、または酸素等のプラズマに曝すことにより行われる。また、プラズマ重合膜２２をプラズマに曝すかわりに、エキシマレーザや重水素ランプ等により紫外線を照射して行うこともできる。この酸化処理に、例えばアルゴンプラズマを用いるときは、プラズマ重合膜２２の表面を１分程度アルゴンプラズマに曝す。この酸化処理の後に、酸素原子に水素原子を結合させる処理、すなわち、プラズマ重合膜２２を大気に曝すことにより、プラズマ重合膜２２の表面を終端する酸素原子に水素原子を結合させてＯＨ基化する。このとき、プラズマ重合膜２２表面のＯＨ基の数は、ノズルプレート１８のみからなる表面のＯＨ基の数よりも遥かに多くなる。

このようにして形成されたノズルプレート１８上のプラズマ重合膜２２表面に撥水性および撥油性を有する金属アルコキシドの分子膜２４を成膜する。

本実施の形態では金属アルコキシドとして、長鎖ＲＦ基を有するアルコキシシランを用いた例を説明する。このアルコキシシランとして、前述のヘプタトリアコンタフルオロイコシルトリメトキシシランを用いた。
まず、アルコキシシランをシンナー等の溶媒（本実施の形態では 製品名ＨＦＥ−７２００（住友スリーエム社製）を用いた）と混合して例えば０．１ｗｔ％の濃度の溶液にする。

次に、プラズマ重合膜２２が成膜されたノズルプレート１８を２００〜４００℃の範囲に加熱して、前記溶液に浸漬する。これにより、金属を金属アルコキシド溶液に浸漬させると、すぐに金属表面に金属アルコキシドの重合した分子膜を成膜することができるため、金属に前記分子膜を成膜する時間を短縮できる。また厚く高密度な分子膜を得ることができる。このため、耐擦性にすぐれた分子膜を得ることができる。

また、２００℃未満で浸漬する場合は、例えば、０．５秒間浸漬し、そして浸漬が終了した後に、ノズルプレート１８を、例えば、２ｍｍ／ｓｅｃ.程度の速さで引き上げる。図３および図４にノズルプレート１８上のプラズマ重合膜２２表面にアルコキシシランの重合した分子膜２４の概念図を示す。図３はプラズマ重合膜２２と分子膜２４との結合を示す概念図であり、図４は分子膜２４の状態を示す概念図である。ノズルプレート１８をアルコキシシラン溶液に浸漬させると、ノズルプレート１８上のプラズマ重合膜２２表面にアルコキシシランの重合した分子膜２４が成膜される。この分子膜２４のシリコン原子２４ａは酸素原子を介してプラズマ重合膜２２と結合し、このシリコン原子２４ａと結合するフッ素を含む長鎖の高分子２４ｂ（以下、長鎖ＲＦ基という）は表面側に位置している。このとき、分子膜２４の状態はシリコン原子２４ａが三次元的に結合し、長鎖ＲＦ基２４ｂ同士は複雑に絡み合った状態となっている。このため、分子膜２４は高密度な状態となり、分子膜２４にインク２６が浸透しにくくなる。

以上に述べた方法により成膜した分子膜２４表面の耐擦試験を行った。耐擦性試験はインクに浸した吸収体で分子膜２４の表面を１０００回擦ったものである。その結果、分子膜２４の表面は剥がれることなく、また擦りの回数を重ねても表面のインクは５秒以内に弾かれ撥インク性を損なわれなかった。

このような実施の形態によれば、ノズルプレート１８表面およびインク吐出口２０の内部表面へのプラズマ重合によりシリコーン材料のプラズマ重合膜２２を成膜できる。このプラズマ重合膜の表面を終端するメチル基の数は、ノズルプレート１８表面のＯＨ基の数よりも遥かに多い。また、プラズマ重合膜２２の表面に紫外線を照射してメチル基を切断し、酸素原子を結合させる。そして、プラズマ重合膜２２を大気に曝すことにより、表面をＯＨ基化する。これにより、プラズマ重合膜２２表面のＯＨ基の数は、ノズルプレート１８表面のＯＨ基の数よりも遥かに多くなる。

また、プラズマ重合膜２２が成膜されたノズルプレート１８を加熱してアルコキシシラン溶液に浸漬する場合、プラズマ重合膜２２の表面に撥液性を有する分子膜２４が成膜される。このため、ノズルプレート１８を引き上げるときには撥液性の分子膜２４によりアルコキシシラン溶液が弾かれるので、ノズルプレート１８を乾燥させる工程を必要としない。また、ノズルプレート１８をアルコキシシラン溶液に浸漬させることにより、プラズマ重合膜２２の表面に膜厚の均一な分子膜２４を得ることができる。

また、長鎖ＲＦ基を有するアルコキシシラン等のシランカップリング剤を使用するために、成膜に多くの化学反応を必要としない。そしてノズルプレート１８を加熱してアルコキシシラン溶液に浸漬させる場合、プラズマ重合膜２２の表面にアルコキシシランを重合する時間が短くなり、従来技術に比べて長時間の重合時間を必要としない。

また、アルコキシシラン溶液の濃度は０．１ｗｔ％であり、この濃度で高密度な分子膜２４を成膜できる。これに対して、従来技術に用いられる溶液の濃度は０．３ｗｔ％程度であり、この溶液から得られる分子膜は本実施の形態に比べて膜厚が薄く密度が低い。このため、本実施の形態に係る金属アルコキシドの成膜方法は低コストで成膜を行える。

また、分子膜２４はプラズマ重合膜２２の表面を終端するＯＨ基と反応して結合するので、密度が高い分子膜を得ることができる。これに対して、従来技術は終端するＯＨ基の少ないノズルプレート上に分子膜を成膜するので、密度の低い膜しか得られない。また本実施形態のものは、重合により得られた分子膜２４はシリコン原子２４ａが三次元的に結合し、長鎖ＲＦ基２４ｂが複雑に絡み合った構造をしているために、膜厚が厚く、高密度な膜を得ることができる。これに対して、従来技術はシリコン原子がノズルプレートと二次元的に結合しているので膜厚が薄くなる。また、密度が低いので互いに絡み合った長鎖ＲＦ基が液体に浸漬されることにより、絡み合いが解れてしまうので撥液性が持続しない。しかし、本実施の形態では、密度が高いので長鎖ＲＦ基２４ｂが複雑に絡み合っており、液体に浸漬しても長鎖ＲＦ基２４ｂが解れない。このため、インク２６の成分は分子膜２４の内部に浸透しにくくなり、長期間にわたり撥液性を有することができ、顔料系のインクが付着してもすぐに弾く。またインクジェットプリンタの印刷を開始するときに行うワイピングに、付着したインクを取り除く特別な技術を必要とせず、簡易にワイピングを行うことができる。

図５にインクジェットプリンタヘッド１０を用いたインクジェットプリンタの一例を示す。本発明の撥液処理を行ったノズルプレート１８は耐久性に優れており、耐有機溶剤性に優れた撥インク膜が成膜されたものは工業用途にも利用できる。

本実施の形態では、ステンレス鋼を用いたノズルプレート１８をシランカップリング剤の溶液に浸漬させる形態として説明したが、他の形態としてノズルプレート１８の材料にステンレス鋼以外の金属、例えば、ニッケルや鉄など、すべての金属に適用できる。また材料には金属以外の物質、例えばガラス、シリコン系材料等も用いることができる。

なお、基材がステンレス鋼以外の前記複合材料または樹脂系材料であるインクジェットプリンタの部材、例えば、ヘッドキャップ、ヘッドクリーニング用ワイパ、ヘッドクリーニング用ワイパの保持レバー、ギア、プラテンまたはキャリッジ等の部材には、前記下地膜がシリコーン材料のプラズマ重合膜以外にも、ＳｉＯ₂、ＺｎＯ、ＮｉＯ、ＳｎＯ_２、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、酸化銅、酸化銀、酸化クロム、または酸化鉄等を含むものを適用することができる。
上記ＳｉＯ₂、ＺｎＯ、ＮｉＯ、ＳｎＯ_２、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、酸化銅、酸化銀、酸化クロム、または酸化鉄等を含む下地膜は、プラズマ重合の他、液体成膜（塗布、スプレー、浸漬等）、蒸着、スパッタリング等により形成される。

なお、上記実施の形態では、インク吐出口から圧力室に貯留されているインクを噴出させるインク滴吐出素子として圧電素子を用いて説明したが、圧力室内に設けた発熱素子によってインク滴を噴出させる実施形態であっても本発明を適用できる。また、上記実施の形態では、液体噴出ヘッドとしてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置を一例として説明したが、本発明は、広く液体噴出ヘッド及び液体噴出装置全般を対象としたものである。液体噴出ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴出ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴出ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴出ヘッド等を挙げることができる。

本実施の形態に係るインクジェットプリンタヘッド断面の説明図である。 本実施の形態に係るプラズマ重合膜の成膜装置の説明図である。 本実施の形態に係る分子膜の結合の概念図である。 本実施の形態に係る分子膜の状態の概念図である。 本実施の形態に係るインクジェットプリンタの斜視図である。

符号の説明

１０ インクジェットプリンタヘッド、１２ インク導入口、１４ インク溜り、１６ 圧力室、１８ ノズルプレート、２０ インク吐出口、２２ プラズマ重合膜、２４ 分子膜、２４ａ シリコン原子、２４ｂ フッ素を含む長鎖の高分子基、２６ インク、３０ 成膜装置、３２ チェンバ、３４ ポンプ、３６ 電極、３８ 高周波電源、４０ ステージ、４２ ガス供給管、４４ 原料供給管、４６ アルゴンガス供給源、５０ 原料容器、５２ ヒータ、５４ 液体原料

Claims (20)

1. 基材の表面に下地膜と前記下地膜表面に金属アルコキシドの撥液膜とを有することを特徴とする部材。
2. 前記撥液膜が、金属アルコキシドが重合した分子膜からなることを特徴とする請求項１に記載の部材。
3. 前記金属アルコキシドはフッ素を含む長鎖高分子基を有することを特徴とする請求項１に記載の部材。
4. 前記金属アルコキシドは撥液基を有する金属酸塩であることを特徴とする請求項１に記載の部材。
5. 前記金属アルコキシドはシランカップリング剤であることを特徴とする請求項１に記載の部材。
6. 前記下地膜がシリコーン材料のプラズマ重合膜、ＳｉＯ₂、ＺｎＯ、ＮｉＯ、ＳｎＯ_２、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、酸化銅、酸化銀、酸化クロム、または酸化鉄を含むことを特徴とする請求項１に記載の部材。
7. 前記下地膜の表面を酸化処理と水素処理とによりＯＨ基で終端し、前記下地膜表面に金属アルコキシドを前記ＯＨ基と反応させて成膜したことを特徴とする請求項１または２に記載の部材。
8. 前記下地膜の表面をプラズマまたは紫外線照射してＯＨ基で終端し、前記下地膜表面に金属アルコキシドを前記ＯＨ基と反応させて成膜したことを特徴とする請求項１または２に記載の部材。
9. 前記基材が金属材料または複合材料であることを特徴とする請求項１に記載の部材。
10. 前記基材が樹脂系材料であることを特徴とする請求項１に記載の部材。
11. 前記金属材料がステンレス鋼であることを特徴とする請求項９に記載の部材。
12. 前記複合材料が、ケイ素、サファイアまたは炭素を含むことを特徴とする請求項９に記載の部材。
13. 前記樹脂系材料が、ポリ四フッ化エチレン、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリオキシメチレン、ポリスチレン、アクリロントリルブタジエンスチレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンエーテル、チタン酸カリウム繊維複合樹脂、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体、オレフィン系エラストマ、ウレタン系エラストマ、プロロプレンゴム、シリコーンゴムまたはブチルゴムであることを特徴とする請求項１０に記載の部材。
14. 前記基材が少なくとも４００℃の耐熱性を備えたものである場合、前記下地膜を加熱するとともに金属アルコキシド溶液に浸漬して、前記下地膜上に金属アルコキシドの撥液膜を成膜したことを特徴とする請求項１に記載の部材。
15. 前記下地膜の加熱温度は２００〜４００℃としたことを特徴とする請求項１４に記載の部材。
16. 請求項１〜１４のいずれかに記載の部材からなる液体噴出ヘッドのノズルプレート。
17. 請求項１６に記載の液体噴出ヘッドのノズルプレートを使用して形成したことを特徴とする液体噴出ヘッド。
18. 請求項１７に記載の液体噴出ヘッドを備えたことを特徴とする液体噴出装置。
19. ヘッドキャップ、ヘッドクリーニング用ワイパ、ヘッドクリーニング用ワイパの保持レバー、ギア、プラテンまたはキャリッジである請求項１〜８、１０および１３のいずれかに記載の部材。
20. 請求項１９に記載の部材を備えたことを特徴とする液体噴出装置。