JP2011073284A - 有機膜の形成方法、有機膜、ノズルプレート、およびインクジェット記録装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基材100の表面にプラズマ処理を行うプラズマ処理工程と、プラズマ処理した基材100の表面を、少なくとも水を含む雰囲気下に暴露する暴露処理工程と、を含む前処理工程と、基材100の表面上にシランカップリング剤により有機膜110を形成する有機膜形成工程と、有機膜110が形成された基材100を、少なくとも水蒸気を含む雰囲気下で保持する水蒸気導入工程と、水蒸気導入工程の雰囲気下より、水蒸気の存在量が少ない雰囲気下で保持する脱水処理工程と、を含む後処理工程と、を有することを特徴とする有機膜の形成方法である。
【選択図】図1
Description
図1は、有機膜形成方法を説明するための工程図である。ここでは、図1に示すように、基材100(図9のノズルプレート60に相当)の表面側(インク吐出面側)に有機膜110(図9の有機膜62に相当)を形成する場合について説明するが、本発明は、これに限定されず、インクジェットノズルプレート上に形成した撥液膜のみでなく、シランカップリング剤を用いて有機膜を形成する場合に好適に適用することができる。
(1)プラズマ処理工程
プラズマ処理工程は、図1(a)、(b)に示すように、基材100表面のプラズマ処理を行い、基材100表面の有機物などのコンタミネーションを除去し、さらに、未結合手(ダングリングボンド)および酸化層108の形成を行う工程である。
O2+Ar混合ガスを用いたプラズマ処理:混合ガス流量=10〜50sccm(好ましくは、O2:Ar=25sccm:5sccm)、プラズマ出力=100〜800W、処理時間=1〜60min
(2)暴露処理工程
図1(c)に示すように、プラズマ処理工程後、少なくとも水を含む雰囲気下で基材100の暴露処理を行う。
暴露処理工程を行った後、未結合手および酸化層108表面に過剰に水分が残存すると、シランカップリング剤と未結合手および酸化層108がシロキサン結合をせず、極めて不安定で結合力の弱い結合(水素結合)をする場合がある。シランカップリング剤と未結合手および酸化層108との結合が弱いとアルカリ耐性が低下するため、好ましくない。したがって、未結合手および酸化層108表面に過剰に水分が残存する場合は、図5(c)に示すように、前脱水処理工程を行うことが好ましい。
(4)有機膜形成工程
[4A]基材上に直接形成する方法
暴露処理工程または前脱水処理工程後に、図1(d)シランカップリング剤による有機膜110の形成を行う。暴露処理工程において、未結合手および酸化層108の表面に、シランカップリング剤の反応サイトとなる水酸基:OH基を多数形成しているため、有機膜形成工程において、シランカップリング剤が未結合手および酸化層108と高密度に結合し、高密度な有機膜を形成することができる。
図2にプラズマ重合膜上に有機膜を形成する方法を説明するための工程図である。有機膜の形成方法としては、〔4B−1〕基材の表面にプラズマ重合膜で構成される中間層を形成する中間層形成工程と、〔4B−2〕基材の表面に形成された中間層(プラズマ重合膜)に酸化処理を施す酸化処理工程と、〔4B−3〕酸化処理が施された中間層の表面に膜を形成する膜形成工程とで構成される。
プラズマ重合膜上に有機膜を形成する場合、まず、前処理工程が終了した基材100、未結合手および酸化層108(図2(a))の表面にプラズマ重合膜で構成される中間層209を成膜する(図2(b))。
次に、露点が−40〜20℃(好ましくは−40〜−20℃)の処理ガス雰囲気下で、中間層(プラズマ重合膜)209の表面に酸化処理を施し、水酸基及び/又は吸着水を導入する。
次に図2(c)に示すように、酸化処理が施された中間層(プラズマ重合膜)209表面に有機膜210を形成する。
図3に示した有機膜形成方法は、〔4C−1〕前処理工程が終了した基材100、未結合手および酸化層108(図3(a))の表面に第1プラズマ重合膜304を形成する工程(第1プラズマ重合膜形成工程)と、〔4C−2〕第1プラズマ重合膜304に水素プラズマ処理を行う工程(水素プラズマ処理工程)と、〔4C−3〕第1プラズマ重合膜304上に第2プラズマ重合膜306を形成する工程(第2プラズマ重合膜形成工程)と、〔4C−4〕第2プラズマ重合膜306上にマスク308を形成する工程(マスク形成工程)と、〔4C−5〕マスク308を用いて第2プラズマ重合膜306の酸化処理(またはエッチング処理)を行う工程(段差形成工程)と、〔4C−6〕マスク308を除去する工程(マスク除去工程)と、〔4C−7〕第1及び第2プラズマ重合膜304、306の表面(撥液膜形成面)に酸化処理を行う工程(酸化処理工程)と、〔4C−8〕酸化処理が施された第1及び第2プラズマ重合膜304、306の表面に有機膜320を形成する工程(膜形成工程)とから構成される。
まず、図3(b)に示すように、前処理工程の終了した基材100、未結合手および酸化層108上に第1プラズマ重合膜304を形成する。第1プラズマ膜形成工程としては、上記〔4B−1〕中間層形成工程と同様の方法により行うことができる。
次に、図3(c)に示すように、第1プラズマ重合膜304に水素プラズマ処理(H2プラズマ処理)を行い、第1プラズマ重合膜304の耐プラズマ性を向上させる。これにより、後で行われる段差形成工程における酸化処理(又はエッチング処理)において、第1プラズマ重合膜304をエッチングストップ層として機能させることが可能となる。
(2)H2と不活性ガスとを含む処理ガスのプラズマ照射
(3)Hを有する物質と不活性ガスとを含む処理ガスのプラズマ照射
H2プラズマ照射の条件は、H2をチャンバー内に供給し、チャンバー内の圧力を所定の値、好ましくは13.3MPa(100mTorr)以下、例えば6.7MPa(50mTorr)とする。この状態で、電極に高周波電力を印加し、処理ガスをプラズマ化してプラズマ重合膜にH2プラズマを照射する。
次に、図3(d)に示すように、水素プラズマ処理が行われた第1プラズマ重合膜304上に第2プラズマ重合膜306を形成する。
次に、図3(e)に示すように、第2プラズマ重合膜306上に所定形状にパターニングされたマスク308を形成する。
次に、図3(f)に示すように、マスク308で覆われた第2プラズマ重合膜306に酸化処理を行い、第2プラズマ重合膜306の外周部位310を除去し、ノズル孔102の開口周辺部にノズル孔102よりも拡径した段差構造314を形成する(図3(g)参照)。
して酸化処理を適用したが、酸化処理の代わりにエッチング処理を適用することも可能で
ある。
次に、図3(g)に示すように、第2プラズマ重合膜306からマスク308を除去する。
次に、図3(h)に示すように、段差構造314を構成するプラズマ重合膜304、306の表面(有機膜形成面)に酸化処理を行う。具体的には、露点が−40〜20℃(好ましくは−40〜−20℃)の処理ガス雰囲気下で、プラズマ重合膜304、306の表面に酸化処理を施し、水酸基及び/又は吸着水を導入する。これにより、次工程により形勢される撥液膜とのプラズマ重合膜304、306との密着性を向上させることができおる。酸化処理については、上記〔4B−2〕酸化処理工程と同様の方法により行うことができる。
次に、図7(i)に示すように、酸化処理が施されたプラズマ重合膜304、306の表面(有機膜形成面)に有機膜320を形成する。
であれば特に限定されるものではなく、例えば、金属アルコキシド系撥液膜、フッ素含有
プラズマ重合膜、シリコーン系プラズマ重合撥液膜などを適用することでき、これらの中
でも、フッ素含有プラズマ重合膜、シリコーン系プラズマ重合撥液膜などのプラズマ重合
膜が特に好ましい。膜形成工程としては、上記〔4B−3〕膜形成工程と同様の方法により行うことができる。
有機膜形成工程後、後処理工程を行うことで、有機膜中に強固なシロキサンネットワークを形成することができるので、有機膜の耐久性を上げることができる。
水蒸気導入工程は、有機膜110が形成された基材100上に水蒸気を含む雰囲気下で保持し、有機膜110に水蒸気(水)を付与する工程である。
脱水処理工程は、水蒸気導入工程後の基材100を、水蒸気導入工程より、水蒸気の存在量が少ない雰囲気下で保持し、脱水処理を行う工程である。
次に、本発明の有機膜の形成方法により形成された有機膜を適用した例として、インクジェット記録装置、および、ノズルプレートについて説明する。
次に、ヘッド12K、12C、12M、12Yの構造について説明する。なお、各ヘッド12K、12C、12M、12Yの構造は共通しているので、以下では、これらを代表して符号50によってヘッドを示すものとする。
各インクジェットヘッド12K、12C、12M、12Yは、図6、図10に示すように、ヘッド支持フレーム440に取り付けられている。ヘッド支持フレーム440は、ベルト33の搬送方向と平行するようにして設けられた一対のサイドプレート442L、442Rと、その一対のサイドプレート442L、442Rを上端部において連結する連結フレーム444とで構成されている。
図11は、ヘッドクリーニングユニットの構成を示す側面図である。同図に示すように、ヘッドクリーニングユニット460は、各インクジェットヘッド12K、12C、12M、12Yに対応して設けられたクリーナー500K、500C、500M、500Yと、そのクリーナー500K、500C、500M、500Yがセットされるラック470とで構成されている。
次に、クリーナー500K、500C、500M、500Yの構成について説明する。なお、各クリーナー500K、500C、500M、500Yの基本構成は共通しているので、ここでは、クリーナー500として、その構成を説明する。
次に、本発明のインクジェット記録装置に備えられるメンテナンス液について説明する。メンテナンス液を用いることで、より効果的に洗浄を行うことができる。
本発明の実施形態に用いるSP値30.0以下の溶剤(以下、溶剤)は、全溶剤中50質量%以上含有するが、インクジェットヘッドのインク固着物の除去性向上の観点から、更に、60%以上が好ましく、70%以上がより好ましく、80%以上が更に好ましい。50質量%未満であると、固着物の除去能が不十分となる。本発明でいう溶剤の溶解度パラメーター(SP値)とは、分子凝集エネルギーの平方根で表される値で、R.F.Fedors,Polymer Engineering Science,14,p147(1967)に記載の方法で計算することができ、本発明においてはこの数値を採用する。
ジエチレングリコールモノエチルエーテル(22.4)
ジエチレングリコールモノブチルエーテル(21.5)
トリエチレングリコールモノブチルエーテル(21.1)
ジプロピレングリコールモノメチルエーテル(21.3)
ジプロピレングリコール(27.2)
・nC4H9O(AO)10−H (AO=EO又はPOで、比率はEO:PO=1:1) (18.8)
・HO(A’O)40−H (A’O=EO又はPOで、比率はEO:PO=1:3) (18.7)
・HO(A’’O)55−H (A’’O=EO又はPOで、比率はEO:PO=5:6) (18.8)
・HO(PO)3−H (24.7)
・HO(PO)7−H (21.2)
・1,2−ヘキサンジオール (27.4)
本明細書において、EO、POはエチレンオキシ基、プロピレンオキシ基を表す。
前処理工程としてO2プラズマ処理を行い、成膜後、後処理工程として150℃で4時間ベーク処理を行った。
前処理工程として、Arプラズマ処理(300W、Ar−gas flow=20sccm)を行った後、水蒸気を含む雰囲気下(140℃雰囲気中に0.2mLの水を蒸発)で暴露処理を行い、100℃の恒温槽中で1時間脱水処理を行った後、成膜を行った。成膜後、後処理工程として、温度60℃、湿度70%の雰囲気下で1時間、水蒸気の導入を行い、温度100℃、湿度5%の雰囲気下で1時間、脱水処理を行った。
前処理工程として、Arプラズマ処理(300W、Ar−gas flow=20sccm)を行った後、水蒸気を含む雰囲気下(140℃雰囲気中に0.2mLの水を蒸発)で暴露処理を行い、100℃の恒温槽中で1時間脱水処理を行った後、成膜を行った。成膜後、後処理工程として、100℃で1時間、ベーク処理をおこなった。前処理工程は、本発明の有機膜の形成方法に含まれるが、後処理工程は、本発明の有機膜の形成方法に含まれない試料である。
試料1、および試料2を用いて、有機膜表面が乾燥状態(DRY条件)で、乾燥したシート状のインク吸収体を10kPa〜100kPaの範囲で、回転させながら、接触させ、両試料に有意差が確認されるまで、メンテナンス処理を行った。また、インクの付着を除去しやすくするために、アルカリ性のメンテナンス液をシートに含ませ(WET条件)、同様に両試料に有意差が出るまで、メンテナンス処理を行った。メンテナンス処理終了後の各試料の静的接触角を純水で測定した。DRY条件での結果を図14に、WET条件での結果を図15に示す。
試料1から3を用いて、インクに浸漬した後の試料の評価を行った。浸漬条件は、ボトルにインクと試料を入れ、60℃に設定した恒温槽に設置し、所定の時間で取り出し、浸漬に使用したインクでその静的接触角を測定した。各試料に有意差が確認されるまで、再浸漬を繰り返した。
シアン分散液1(顔料濃度で) : 3%
樹脂粒子分散物P−2 : 7%
サンニックスGP−250(三洋化成工業(株)製):10%
トリプロピレングリコールモノメチルエーテル :10%
オルフィンE1010(日信化学製、界面活性剤) : 1%
イオン交換水 :残部
(インク2の組成)
シアン分散液1(顔料濃度で) : 2%
樹脂粒子分散物P−2 : 8%
サンニックスGP−250(三洋化成工業(株)製): 8%
トリプロピレングリコールモノメチルエーテル : 8%
オルフィンE1010(日信化学製、界面活性剤) : 1%
イオン交換水 :残部
(インク3の組成)
シアン分散液1(顔料濃度で) : 4%
樹脂粒子分散物P−2 : 7%
サンニックスGP−250(三洋化成工業(株)製): 9%
トリプロピレングリコールモノメチルエーテル : 9%
オルフィンE1010(日信化学製、界面活性剤) : 1%
イオン交換水 :残部
インク1で行った結果を図16に示す。また、結果は記載していないが、インク2およびインク3(インクの含有率が異なる)についても同様の結果が示された。
Claims (14)
- 基材の表面にプラズマ処理を行うプラズマ処理工程と、前記プラズマ処理した前記基材の表面を、少なくとも水を含む雰囲気下に暴露する暴露処理工程と、を含む前処理工程と、
前記基材の表面上にシランカップリング剤により有機膜を形成する有機膜形成工程と、
前記有機膜が形成された前記基材を、少なくとも水蒸気を含む雰囲気下で保持する水蒸気導入工程と、前記水蒸気導入工程の雰囲気下より、水蒸気の存在量が少ない雰囲気下で保持する脱水処理工程と、を含む後処理工程と、を有することを特徴とする有機膜の形成方法。 - 前記前処理工程は、前記暴露工程の次に、前記基材の表面を脱水処理する前脱水処理工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の有機膜の形成方法。
- 前記有機膜は少なくともフッ素原子を含み、撥液性を有することを特徴とする請求項1または2に記載の有機膜の形成方法。
- 前記基材表面に少なくともSi原子を有することを特徴とする請求項1から3いずれか1項に記載の有機膜の形成方法。
- 前記プラズマ処理工程は、少なくとも、O2、希ガス、H2、N2のいずれか、または、2以上を含んだ混合ガスを含む反応ガスを使用することを特徴とする請求項1から4いずれか1項に記載の有機膜の形成方法。
- 前記前脱水処理工程は、少なくとも希ガス、または、N2を含むガスでパージ処理を行うことを特徴とする請求項2から5いずれか1項に記載の有機膜の形成方法。
- 前記前脱水処理工程は、40℃以上に加熱された雰囲気下に暴露することを特徴とする請求項2から6いずれか1項に記載の有機膜の形成方法。
- 前記水蒸気導入工程は、温度30℃以上、湿度50%以上の雰囲気下で行われ、前記脱水処理工程は、温度40℃以上、湿度20%以下の雰囲気下で行われることを特徴とする請求項1から7いずれか1項に記載の有機膜の形成方法。
- 請求項1から8いずれか1項に記載の有機膜の形成方法により形成された有機膜。
- 請求項9に記載の有機膜を備えたことを特徴とするノズルプレート。
- 請求項10に記載のノズルプレートを備えたインクジェットヘッドと、前記ノズルプレートのノズル面を清掃するクリーナーと、前記ノズル面の清掃に用いられるメンテナンス液を備えることを特徴とするインクジェット記録装置。
- 前記メンテナンス液は、SP値が30.0以下の溶剤を、前記メンテナンス液の全溶剤の50質量%以上含むことを特徴とする請求項11に記載のインクジェット記録装置。
- 前記クリーナーは、シート状のインク吸収体を有し、
前記メンテナンス液の付着した前記ノズル面を、前記インク吸収体で接触させることにより清掃することを特徴とする請求項11または12に記載のインクジェット記録装置。 - 前記クリーナーは、ゴム製のブレードを有し、
前記メンテナンス液の付着した前記ノズル面を、前記ブレードで接触させることにより清掃することを特徴とする請求項11または12に記載のインクジェット記録装置。
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