JP2012091353A - 撥水膜の形成方法、撥水膜、インクジェットヘッドのノズルプレート - Google Patents
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Abstract
【課題】高価な熱気化機を有するプラズマ重合装置を必要としない、安価に製造することができる撥水膜の形成方法を提供することを目的とする。
【解決手段】基材上に、常温大気圧下でガスである原料を用いて、Ｓｉ−Ｏ結合を主として、Ｓｉに疎水性置換基を直接接合された薄膜を形成する薄膜形成工程と、前記薄膜形成工程で得られた薄膜に励起光を照射し、前記疎水性置換基は残存させて前記薄膜にＯＨ基を有するようにする照射工程と、該照射工程で得られた薄膜上にシランカップリング剤を塗布する塗布工程と、を有するように形成する。または、基材上に、Ｓｉ−Ｏ結合を主として、Ｓｉに疎水性置換基を直接接合された薄膜を塗布して焼成することで形成する薄膜形成工程と、前記照射工程と、前記塗布工程と、を有するように形成する。
【選択図】図４
【解決手段】基材上に、常温大気圧下でガスである原料を用いて、Ｓｉ−Ｏ結合を主として、Ｓｉに疎水性置換基を直接接合された薄膜を形成する薄膜形成工程と、前記薄膜形成工程で得られた薄膜に励起光を照射し、前記疎水性置換基は残存させて前記薄膜にＯＨ基を有するようにする照射工程と、該照射工程で得られた薄膜上にシランカップリング剤を塗布する塗布工程と、を有するように形成する。または、基材上に、Ｓｉ−Ｏ結合を主として、Ｓｉに疎水性置換基を直接接合された薄膜を塗布して焼成することで形成する薄膜形成工程と、前記照射工程と、前記塗布工程と、を有するように形成する。
【選択図】図４
Description
本発明は、撥水膜の形成方法に係り、特に、インクジェットヘッドのノズルプレートに好適に設けることができる撥水膜の形成方法に関する。
インクジェット記録装置で用いられるインクジェットヘッドでは、ノズルプレートの表面にインクが付着していると、ノズルから吐出されるインク液滴が影響を受けて、インク液滴の吐出方向にばらつきが生じることがある。インクが付着すると、記録媒体上の所定位置にインク液滴を着弾させることが困難となり、画像品質が劣化する要因となる。
そこで、ノズルプレート表面にインクが付着することを防止し吐出性能を向上させるため、またメンテナンス性能を向上させるため、ノズルプレート表面へ撥水膜を形成する方法が各種提案されている。
ノズルプレート表面への撥水処理方法としては、フッ素樹脂やフッ素含有の単分子膜を用いる方法などがある。しかしながら、単分子膜を用いた場合は、インクジェットヘッド製造時に付着したパーティクルなどの影響で完全にノズル表面を成膜することは困難であった。また、フッ素含有の単分子膜は、電気陰性度が高いため、隣接する分子同士を高密度に配置することは困難であった。つまり、単分子膜は低密度にしか成膜することはできず、充分な撥水性能を実現することは困難であった。
また、インクジェットヘッドにおける撥水膜は、ゴムブレードなどワイピングなどのメンテナンスにより、撥水膜が剥がれ、インク液滴の吐出方向にばらつきが生じることがある。そのため、より強固な撥水膜が求められている。
ところで、インクジェット記録装置以外、例えばタッチパネルなどの分野では、インクジェットヘッドとほぼ同質の膜を、指紋などを防汚する膜として用いている。しかし、この分野でも、券売機など常に同じ所にタッチする目的の機器では、同じ部分が擦られるため、防汚膜が剥がれ、防汚性が落ちるという問題を抱えている。
このような問題に対し、特許文献１や特許文献２では、オクタメチルトリシロキサンなどの分子を熱気化させてプラズマ中に導入し重合するプラズマ重合シリコーン膜をコートし、その膜をＵＶ・プラズマなどのエネルギーにより活性化させＯＨ基を生成し、その上にシランカップリング系フッ素材料をコートして、強固なシランカップリング結合を作る技術が知られている。
しかしながら、特許文献１や特許文献２の熱気化機を有するプラズマ重合装置は非常に高価であり、インクジェットヘッドの撥水膜などを作製するにはコストが掛かりすぎるという問題がある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、高価な熱気化機を有するプラズマ重合装置を必要としない、安価に製造することができる撥水膜の形成方法を提供することを目的とする。
本発明は、前記目的を達成するために、基材上に、常温大気圧下でガスである原料を用いて、Ｓｉ−Ｏ結合を主として、Ｓｉに疎水性置換基を直接接合された薄膜を形成する薄膜形成工程と、前記薄膜形成工程で得られた薄膜に励起光を照射し、前記疎水性置換基は残存させて前記薄膜にＯＨ基を有するようにする照射工程と、該照射工程で得られた薄膜上にシランカップリング剤を塗布する塗布工程と、を有することを特徴する撥水膜の形成方法を提供する。なお、薄膜形成工程は、常温大気圧下でガスである原料を用いる場合、ｃａｔ−ＣＶＤ又はプラズマＣＶＤで行うことが好ましい。
また、本発明は、前記目的を達成するために、基材上に、Ｓｉ−Ｏ結合を主として、Ｓｉに疎水性置換基を直接接合された薄膜を塗布して焼成することで形成する薄膜形成工程と、前記薄膜形成工程で得られた薄膜に励起光を照射し、前記疎水性置換基は残存させて前記薄膜にＯＨ基を有するようにする照射工程と、該照射工程で得られた薄膜上にシランカップリング剤を塗布する塗布工程と、を有することを特徴する撥水膜の形成方法を提供する。
上記の撥水膜の形成方法により、高価な熱気化機を有するプラズマ重合装置を必要としない、安価に製造することができる撥水膜の形成方法を提供することができる。
なお、熱気化機による熱気化の速度は不安定であるため、熱気化を必要としない本発明は、成膜再現性も良好である。
また、この撥水膜は、疎水性置換基が残存しているシロキサン膜を下地とすることで、ＯＨがシランカップリング撥水材料と強固な結合を作り、疎水性置換基が耐インク性を持たせるということで、従来のＳｉＯ２材料と比較して、耐インク性も付与することができている。
なお、本発明において、前記疎水性置換基は、メチル基であることが好ましい。本発明では、アルキル基、フェニル基のようなベンゼン環を有する基などの疎水基であれば良いが、ＣＨ３であるときに容易で安価に薄膜形成工程を行うことができる。
また、本発明において、前記基材の材質は、シリコン、ガラス、金属、セラミック、高分子フィルムの何れかであることが好ましい。本発明は、シリコン、ガラス、金属、セラミック、高分子フィルムの何れであっても、強固で再現性の良い安価な撥水膜を形成することができる。
また、本発明において、励起光は、紫外線又はプラズマであることが考えられる。Ｓｉ−Ｏ結合を有する薄膜は、励起光として紫外線又はプラズマ当てればＳｉ−ＯＨ基が生成する。
また、本発明で成膜された撥水膜は、インクジェットヘッドのノズルプレートに好ましく設けることができる。撥水膜が剥がれることなく、また、インクがノズルプレート表面に付着することを防止することができるので、吐出性能を向上させることができる。
本発明の撥水膜の形成方法、撥水膜、インクジェットヘッドのノズルプレートによれば、高価な熱気化機を有するプラズマ重合装置を必要としなく、安価に製造することができる。
以下、添付図面に従って、本発明に係る撥水膜の製造方法の好ましい実施の形態について説明する。
＜インクジェット記録装置の全体構成＞
まず、本発明の撥水膜の製造方法により製造された撥水膜を適用した例として、ノズルプレート、および、ノズルプレートを備えるインクジェット記録装置について説明する。
まず、本発明の撥水膜の製造方法により製造された撥水膜を適用した例として、ノズルプレート、および、ノズルプレートを備えるインクジェット記録装置について説明する。
図１は、インクジェット記録装置の構成図である。このインクジェット記録装置１００は、描画部１１６の圧胴（描画ドラム１７０）に保持された記録媒体１２４（便宜上「用紙」と呼ぶ場合がある。）にインクジェットヘッド１７２Ｍ，１７２Ｋ，１７２Ｃ，１７２Ｙから複数色のインクを打滴して所望のカラー画像を形成する圧胴直描方式のインクジェット記録装置であり、インクの打滴前に記録媒体１２４上に処理液（ここでは凝集処理液）を付与し、処理液とインク液を反応させて記録媒体１２４上に画像形成を行う２液反応（凝集）方式が適用されたオンデマンドタイプの画像形成装置である。
図示のように、インクジェット記録装置１００は、主として、給紙部１１２、処理液付与部１１４、描画部１１６、乾燥部１１８、定着部１２０、及び排出部１２２を備えて構成される。
（給紙部）
給紙部１１２は、記録媒体１２４を処理液付与部１１４に供給する機構であり、当該給紙部１１２には、枚葉紙である記録媒体１２４が積層されている。給紙部１１２には、給紙トレイ１５０が設けられ、この給紙トレイ１５０から記録媒体１２４が一枚ずつ処理液付与部１１４に給紙される。
給紙部１１２は、記録媒体１２４を処理液付与部１１４に供給する機構であり、当該給紙部１１２には、枚葉紙である記録媒体１２４が積層されている。給紙部１１２には、給紙トレイ１５０が設けられ、この給紙トレイ１５０から記録媒体１２４が一枚ずつ処理液付与部１１４に給紙される。
（処理液付与部）
処理液付与部１１４は、記録媒体１２４の記録面に処理液を付与する機構である。処理液は、描画部１１６で付与されるインク中の色材（本例では顔料）を凝集させる色材凝集剤を含んでおり、この処理液とインクとが接触することによって、インクは色材と溶媒との分離が促進される。
処理液付与部１１４は、記録媒体１２４の記録面に処理液を付与する機構である。処理液は、描画部１１６で付与されるインク中の色材（本例では顔料）を凝集させる色材凝集剤を含んでおり、この処理液とインクとが接触することによって、インクは色材と溶媒との分離が促進される。
図１に示すように、処理液付与部１１４は、給紙胴１５２、処理液ドラム１５４、及び処理液塗布装置１５６を備えている。処理液ドラム１５４は、記録媒体１２４を保持し、回転搬送させるドラムである。処理液ドラム１５４は、その外周面に爪形状の保持手段（グリッパー）１５５を備え、この保持手段１５５の爪と処理液ドラム１５４の周面の間に記録媒体１２４を挟み込むことによって記録媒体１２４の先端を保持できるようになっている。
処理液ドラム１５４の外側には、その周面に対向して処理液塗布装置１５６が設けられる。処理液塗布装置１５６は、処理液が貯留された処理液容器と、この処理液容器の処理液に一部が浸漬されたアニックスローラと、アニックスローラと処理液ドラム１５４上の記録媒体１２４に圧接されて計量後の処理液を記録媒体１２４に転移するゴムローラとで構成される。この処理液塗布装置１５６によれば、処理液を計量しながら記録媒体１２４に塗布することができる。
処理液付与部１１４で処理液が付与された記録媒体１２４は、処理液ドラム１５４から中間搬送部１２６を介して描画部１１６の描画ドラム１７０へ受け渡される。
（描画部）
描画部１１６は、描画ドラム（第２の搬送体）１７０、用紙抑えローラ１７４、及びインクジェットヘッド１７２Ｍ，１７２Ｋ，１７２Ｃ，１７２Ｙを備えている。描画ドラム１７０は、処理液ドラム１５４と同様に、その外周面に爪形状の保持手段（グリッパー）１７１を備える。描画ドラム１７０に固定された記録媒体１２４は、記録面が外側を向くようにして搬送され、この記録面にインクジェットヘッド１７２Ｍ，１７２Ｋ，１７２Ｃ，１７２Ｙからインクが付与される。
描画部１１６は、描画ドラム（第２の搬送体）１７０、用紙抑えローラ１７４、及びインクジェットヘッド１７２Ｍ，１７２Ｋ，１７２Ｃ，１７２Ｙを備えている。描画ドラム１７０は、処理液ドラム１５４と同様に、その外周面に爪形状の保持手段（グリッパー）１７１を備える。描画ドラム１７０に固定された記録媒体１２４は、記録面が外側を向くようにして搬送され、この記録面にインクジェットヘッド１７２Ｍ，１７２Ｋ，１７２Ｃ，１７２Ｙからインクが付与される。
インクジェットヘッド１７２Ｍ，１７２Ｋ，１７２Ｃ，１７２Ｙはそれぞれ、記録媒体１２４における画像形成領域の最大幅に対応する長さを有するフルライン型のインクジェット方式の記録ヘッド（インクジェットヘッド）とすることが好ましい。インク吐出面には、画像形成領域の全幅にわたってインク吐出用のノズルが複数配列されたノズル列が形成されている。各インクジェットヘッド１７２Ｍ，１７２Ｋ，１７２Ｃ，１７２Ｙは、記録媒体１２４の搬送方向（描画ドラム１７０の回転方向）と直交する方向に延在するように設置される。
描画ドラム１７０上に密着保持された記録媒体１２４の記録面に向かって各インクジェットヘッド１７２Ｍ，１７２Ｋ，１７２Ｃ，１７２Ｙから、対応する色インクの液滴が吐出されることにより、処理液付与部１１４で予め記録面に付与された処理液にインクが接触し、インク中に分散する色材（顔料）が凝集され、色材凝集体が形成される。これにより、記録媒体１２４上での色材流れなどが防止され、記録媒体１２４の記録面に画像が形成される。
描画部１１６で画像が形成された記録媒体１２４は、描画ドラム１７０から中間搬送部１２８を介して乾燥部１１８の乾燥ドラム１７６へ受け渡される。
（乾燥部）
乾燥部１１８は、色材凝集作用により分離された溶媒に含まれる水分を乾燥させる機構であり、図１に示すように、乾燥ドラム１７６、及び溶媒乾燥装置１７８を備えている。
乾燥部１１８は、色材凝集作用により分離された溶媒に含まれる水分を乾燥させる機構であり、図１に示すように、乾燥ドラム１７６、及び溶媒乾燥装置１７８を備えている。
乾燥ドラム１７６は、処理液ドラム１５４と同様に、その外周面に爪形状の保持手段（グリッパー）１７７を備え、この保持手段１７７によって記録媒体１２４の先端を保持できるようになっている。
溶媒乾燥装置１７８は、乾燥ドラム１７６の外周面に対向する位置に配置され、複数のハロゲンヒータ１８０と、各ハロゲンヒータ１８０の間にそれぞれ配置された温風噴出しノズル１８２とで構成される。
乾燥部１１８で乾燥処理が行われた記録媒体１２４は、乾燥ドラム１７６から中間搬送部１３０を介して定着部１２０の定着ドラム１８４へ受け渡される。
（定着部）
定着部１２０は、定着ドラム１８４、ハロゲンヒータ１８６、定着ローラ１８８、及びインラインセンサ１９０で構成される。定着ドラム１８４は、処理液ドラム１５４と同様に、その外周面に爪形状の保持手段（グリッパー）１８５を備え、この保持手段１８５によって記録媒体１２４の先端を保持できるようになっている。
定着部１２０は、定着ドラム１８４、ハロゲンヒータ１８６、定着ローラ１８８、及びインラインセンサ１９０で構成される。定着ドラム１８４は、処理液ドラム１５４と同様に、その外周面に爪形状の保持手段（グリッパー）１８５を備え、この保持手段１８５によって記録媒体１２４の先端を保持できるようになっている。
定着ドラム１８４の回転により、記録媒体１２４は記録面が外側を向くようにして搬送され、この記録面に対して、ハロゲンヒータ１８６による予備加熱と、定着ローラ１８８による定着処理と、インラインセンサ１９０による検査が行われる。
定着部１２０によれば、乾燥部１１８で形成された薄層の画像層内の熱可塑性樹脂微粒子が定着ローラ１８８によって加熱加圧されて溶融されるので、記録媒体１２４に固定定着させることができる。また、定着ドラム１８４の表面温度を５０℃以上に設定することで、定着ドラム１８４の外周面に保持された記録媒体１２４を裏面から加熱することによって乾燥が促進され、定着時における画像破壊を防止することができるとともに、画像温度の昇温効果によって画像強度を高めることができる。
また、インク中にＵＶ硬化性モノマーを含有させた場合は、乾燥部で水分を充分に揮発させた後に、ＵＶ照射ランプを備えた定着部で、画像にＵＶを照射することで、ＵＶ硬化性モノマーを硬化重合させ、画像強度を向上させることができる。
（排出部）
図１に示すように、定着部１２０に続いて排出部１２２が設けられている。排出部１２２は、排出トレイ１９２を備えており、この排出トレイ１９２と定着部１２０の定着ドラム１８４との間に、これらに対接するように渡し胴１９４、搬送ベルト１９６、張架ローラ１９８が設けられている。記録媒体１２４は、渡し胴１９４により搬送ベルト１９６に送られ、排出トレイ１９２に排出される。
図１に示すように、定着部１２０に続いて排出部１２２が設けられている。排出部１２２は、排出トレイ１９２を備えており、この排出トレイ１９２と定着部１２０の定着ドラム１８４との間に、これらに対接するように渡し胴１９４、搬送ベルト１９６、張架ローラ１９８が設けられている。記録媒体１２４は、渡し胴１９４により搬送ベルト１９６に送られ、排出トレイ１９２に排出される。
また、図には示されていないが、本例のインクジェット記録装置１００には、上記構成の他、各インクジェットヘッド１７２Ｍ，１７２Ｋ，１７２Ｃ，１７２Ｙにインクを供給するインク貯蔵／装填部、処理液付与部１１４に対して処理液を供給する手段を備えるとともに、各インクジェットヘッド１７２Ｍ，１７２Ｋ，１７２Ｃ，１７２Ｙのクリーニング（ノズル面のワイピング、パージ、ノズル吸引等）を行うヘッドメンテナンス部や、用紙搬送路上における記録媒体１２４の位置を検出する位置検出センサ、装置各部の温度を検出する温度センサなどを備えている。
なお、図１においてはドラム搬送方式のインクジェット記録装置について説明したが、本発明はこれに限定されず、ベルト搬送方式のインクジェット記録装置などにおいても用いることができる。
〔インクジェットヘッドの構造〕
次に、インクジェットヘッド１７２Ｍ、１７２Ｋ、１７２Ｃ、１７２Ｙの構造について説明する。なお、各インクジェットヘッド１７２Ｍ、１７２Ｋ、１７２Ｃ、１７２Ｙ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２５０によってヘッドを示すものとする。
次に、インクジェットヘッド１７２Ｍ、１７２Ｋ、１７２Ｃ、１７２Ｙの構造について説明する。なお、各インクジェットヘッド１７２Ｍ、１７２Ｋ、１７２Ｃ、１７２Ｙ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２５０によってヘッドを示すものとする。
図２（ａ）は、インクジェットヘッド２５０の構造例を示す平面透視図であり、図２（ｂ）は、インクジェットヘッド２５０の他の構造例を示す平面透視図である。図３は、インク室ユニットの立体的構成を示す断面図（図２（ａ）中、IV−IV線に沿う断面図）である。
記録紙面上に形成されるドットピッチを高密度化するためには、インクジェットヘッド２５０におけるノズルピッチを高密度化する必要がある。本例のインクジェットヘッド２５０は、図２（ａ）に示すように、インク滴の吐出孔であるノズル２５１と、各ノズル２５１に対応する圧力室２５２などからなる複数のインク室ユニット２５３を千鳥でマトリクス状に（２次元的に）配置させた構造を有し、これにより、ヘッド長手方向（紙搬送方向と直交する主走査方向）に沿って並ぶように投影される実質的なノズル間隔（投影ノズルピッチ）の高密度化を達成している。
紙搬送方向と略直交する方向に記録媒体１２４の全幅に対応する長さにわたり１列以上のノズル列を構成する形態は本例に限定されない。例えば、図２（ａ）の構成に代えて、図２（ｂ）に示すように、複数のノズル２５１が２次元に配列された短尺のヘッドブロック（ヘッドチップ）２５０’を千鳥状に配列して繋ぎ合わせることで記録媒体１２４の全幅に対応する長さのノズル列を有するラインヘッドを構成してもよい。また、図示は省略するが、短尺のヘッドを一列に並べてラインヘッドを構成してもよい。
図３に示すように、各ノズル２５１は、インクジェットヘッド２５０のインク吐出面２５０ａを構成するノズルプレート２６０に形成されている。ノズルプレート２６０は、例えば、Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、石英ガラスのようなシリコン系材料、Ａｌ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕまたはこれらを含む合金のような金属系材料、アルミナ、酸化鉄のような酸化物材料、カーボンブラック、グラファイトのような炭素系材料、ポリイミドのような樹脂系材料で構成されている。
ノズルプレート２６０の表面（インク吐出側の面）には、インクに対して撥液性を有する撥水膜２６２が形成されており、インクの付着防止が図られている。
各ノズル２５１に対応して設けられている圧力室２５２は、その平面形状が概略正方形となっており、対角線上の両隅部にノズル２５１と供給口２５４が設けられている。各圧力室２５２は供給口２５４を介して共通流路２５５と連通されている。共通流路２５５はインク供給源たるインク供給タンク（不図示）と連通しており、該インク供給タンクから供給されるインクは共通流路２５５を介して各圧力室２５２に分配供給される。
圧力室２５２の天面を構成し共通電極と兼用される振動板２５６には個別電極２５７を備えた圧電素子２５８が接合されており、個別電極２５７に駆動電圧を印加することによって圧電素子２５８が変形してノズル２５１からインクが吐出される。インクが吐出されると、共通流路２５５から供給口２５４を通って新しいインクが圧力室２５２に供給される。
なお、ノズルの配置構造は図示の例に限定されず、副走査方向に１列のノズル列を有する配置構造など、様々なノズル配置構造を適用できる。
また、ライン型ヘッドによる印字方式に限定されず、用紙の幅方向（主走査方向）の長さに満たない短尺のヘッドを用紙の幅方向に走査させて当該幅方向の印字を行い、１回の幅方向の印字が終わると用紙を幅方向と直交する方向（副走査方向）に所定量だけ移動させて、次の印字領域の用紙の幅方向の印字を行い、この動作を繰り返して用紙の印字領域の全面にわたって印字を行うシリアル方式を適用してもよい。
＜撥水膜の製造方法＞
次に、上述した撥水膜２６２の製造方法について説明する。
次に、上述した撥水膜２６２の製造方法について説明する。
本実施形態に係る撥水膜の製造方法では、基材上に、常温大気圧下でガスである原料を用いて、Ｓｉ−Ｏ結合を主として、Ｓｉに疎水性置換基を直接接合された薄膜を形成する薄膜形成工程と、前記薄膜形成工程で得られた薄膜に励起光を照射し、前記疎水性置換基は残存させて前記薄膜にＯＨ基を有するようにする照射工程と、該照射工程で得られた薄膜上にシランカップリング剤を塗布する塗布工程と、を有する。なお、この場合、薄膜形成工程は、ｃａｔ−ＣＶＤ又はプラズマＣＶＤで行うことが好ましい。
または、本実施形態に係る撥水膜の製造方法では、基材上に、Ｓｉ−Ｏ結合を主として、Ｓｉに疎水性置換基を直接接合された薄膜を塗布して焼成することで形成する薄膜形成工程と、前記薄膜形成工程で得られた薄膜に励起光を照射し、前記疎水性置換基は残存させて前記薄膜にＯＨ基を有するようにする照射工程と、該照射工程で得られた薄膜上にシランカップリング剤を塗布する塗布工程と、を有する。
上記の撥水膜の形成方法により、高価な熱気化機を有するプラズマ重合装置を必要としない、安価に製造することができる撥水膜の形成方法を提供することができる。
なお、熱気化機による熱気化の速度は不安定であるため、熱気化を必要としない本発明は、成膜再現性も良好である。
また、この撥水膜は、疎水性置換基が残存しているシロキサン膜を下地とすることで、ＯＨがシランカップリング撥水材料と強固な結合を作り、疎水性置換基が耐インク性を持たせるということで、従来のＳｉＯ２材料と比較して、耐インク性も付与することができている。
以下、各工程について説明する。
（薄膜形成工程）
上記薄膜を形成する基材の材質は、シリコン、ガラス、金属、セラミック、高分子フィルムの何れかであることが好ましい。本発明は、シリコン、ガラス、金属、セラミック、高分子フィルムの何れであっても、強固で再現性の良い安価な撥水膜を形成することができる。
上記薄膜を形成する基材の材質は、シリコン、ガラス、金属、セラミック、高分子フィルムの何れかであることが好ましい。本発明は、シリコン、ガラス、金属、セラミック、高分子フィルムの何れであっても、強固で再現性の良い安価な撥水膜を形成することができる。
そして、この基材上に、（１）常温大気圧下でガスである原料を用いて、Ｓｉ−Ｏ結合を主として、Ｓｉに疎水性置換基を直接接合された薄膜を形成、又は、（２）Ｓｉ−Ｏ結合を主として、Ｓｉに疎水性置換基を直接接合された薄膜を塗布して焼成することで形成する。
上記（１）の場合、例えば、モノメチルシラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン、テトラメチルシランなど、シラン系のガスをプラズマに導入し、プラズマＣＶＤ法又はｃａｔ−ＣＶＤ法を用いることで、熱気化機が不要な装置で、Ｓｉ−Ｏを骨格とし、Ｓｉ−疎水性置換基結合を有する薄膜が作製可能となる。このように、原料をガスとすることで、熱気化機の非常に高価で熱気化の速度が不安定であるという問題を解消し、コストの削減や成膜再現性の向上が計れる。
なお、常温でガスである原料とは、通常の実験室で加熱機構なしに原料が供給できる気体（２５℃で１０００Ｐａ以上の蒸気圧を有する）を指す。
また、上記（２）の場合、例えば、下式で表されるＭＳＱ・有機ＳＯＧ材料と呼ばれるメチルシロキサン材料、または、これらの材料と類似構造を有する、Ｓｉ−ＣＨ３結合を有し、Ｓｉ−Ｏ結合を主成分とする材料、例えば、日立化成製ＨＳＧ、ハネウエル社製ＨＯＳＰ・アルバックＵＬＫＳ Ｖｅｒ３などの市販材料を、Ｓｉ−Ｏを骨格としＳｉ−疎水性置換基が残存する条件で塗布・焼成することで、プラズマ重合よりも安価でポリオルガノシロキサン膜を作製することができる。
（照射工程）
薄膜形成工程で得られた薄膜に、励起光を照射し、疎水性置換基は残存させてＯＨ基を有するようにする。即ち、励起光で親水化する。
薄膜形成工程で得られた薄膜に、励起光を照射し、疎水性置換基は残存させてＯＨ基を有するようにする。即ち、励起光で親水化する。
本発明において、励起光は、紫外線又はプラズマであることが考えられる。Ｓｉ−Ｏ結合を有する薄膜は、励起光として紫外線又はプラズマを当てればＳｉ−ＯＨ基が生成する。
（塗布工程）
照射工程で得られた薄膜上にシランカップリング剤を塗布する。
照射工程で得られた薄膜上にシランカップリング剤を塗布する。
シランカップリング剤は、ＹｎＳｉＸ４−ｎ（ｎ＝１、２、３）で表されるケイ素化合物である。Ｙはアルキル基などの比較的不活性な基、または、ビニル基、アミノ基、あるいはエポキシ基などの反応性基を含むものである。Ｘは、ハロゲン、メトキシ基、エトキシ基、またはアセトキシ基などの基質表面の水酸基あるいは吸着水との縮合により結合可能な基からなる。シランカップリング剤は、ガラス繊維強化プラスチックなどの有機質と無機質からなる複合材料を製造する際に、これらの結合を仲介するものとして幅広く用いられており、Ｙがアルキル基などの不活性な基の場合は、改質表面上に、付着や摩擦の防止、つや保持、撥水、潤滑などの性質を付与する。また、反応性基を含む場合は、主として接着性の向上に用いられる。さらに、Ｙに直鎖状のフッ化炭素鎖を導入したフッ素系シランカップリング剤を用いて改質した表面は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）表面のように低表面自由エネルギーを持ち、撥水、潤滑、離型などの性質が向上し、さらに撥油性も発現する。
Ｙに直鎖状のフッ化炭素鎖を導入したフッ素系シランカップリング剤を用いて改質した表面は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）表面のように低表面自由エネルギーを持ち、撥水、潤滑、離型などの性質が向上し、さらに撥油性も発現する。
このような直鎖状のフルオロアルキルシランとして、例えば、Ｙ＝ＣＦ３ＣＨ２ＣＨ２，ＣＦ３（ＣＦ２）３ＣＨ２ＣＨ２，ＣＦ３（ＣＦ２）７ＣＨ２ＣＨ２などを挙げることができる。
また、Ｙの部分は、パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）基（−ＣＦ２−Ｏ−ＣＦ２−）を有する材料を用いることができる。
また、シランカップリング剤としては、片側のみでなく、両側にシランカップリング基が結合した材料Ｘ3ＳｉＹＳｉＸ3を用いることもできる。
また、ダイキン工業（株）製オプツール、（株）ハーベス製デュラサーフ・住友３Ｍ（株）製ノベックＥＧＣ１７２０、ソルベイソレクシス（株）製フルオロリンクＳ−１０、（株）ティーアンドケイ製ナノス、信越化学工業（株）製サイフェルＫＹ−１００・ＡＧＣ製サイトップＭタイプなど、市販のシランカップリング撥水材料を用いることもできる。
撥液性を付与すべく用いられるカップリング剤は、これが有する反応性官能基が、図４に示すように、ポリオルガノシロキサン膜１４の表面に導入された水酸基と反応し、これにより、ポリオルガノシロキサン膜１４の表面に結合する。
したがって、ポリオルガノシロキサン膜の表面に導入する水酸基の量を多くする程、カップリング剤の結合量（結合率）が高くなり、得られる膜のカップリング剤の種類に応じた特性（以下、単に「カップリング剤による特性」と言う。）が高くなる傾向を示す。
ところが、一般に、カップリング剤は、分子量が比較的大きい官能基を有するものの方が、カップリング剤による特性が向上する傾向を示すが、かかるカップリング剤でポリオルガノシロキサン膜１４を処理した場合、官能基同士の間に立体障害が生じ、その表面に存在する水酸基の一部のものは、カップリング剤との反応に寄与し得ない状態となる。
このため、仮に、ポリオルガノシロキサン膜１４の表面に露出するほぼ全ての疎水基（図ではＣＨ３基）を水酸基に置換してしまうと、カップリング剤と結合できない多数の水酸基が、カップリング剤同士の間に残存した状態の膜が得られる。
この水酸基が残存した部分は、アルカリに対する耐性が低いことから、かかる膜が、アルカリ性を示す液体（例えば、顔料系のインク等）に長期間接触していると、この液体により水酸基が残存する部分から浸食が開始し、オルガノシロキサン膜が劣化（分解）する。これにより、カップリング剤が基材１２から表面離脱（剥離）して、カップリング剤による特性が損なわれる（消失する）こととなる。
これに対して、図４に示したように、本発明では、ポリオルガノシロキサン膜１４の表面に露出する疎水基（ＣＨ３基）が適度に残存している。換言すれば、水酸基が疎らに（疎な状態で）、ポリオルガノシロキサン膜１４の表面に導入されている。
このため、このようなポリオルガノシロキサン膜１４を、分子量が比較的大きい官能基を有するカップリング剤１６で処理しても、官能基同士の間の立体障害が生じることなく、カップリング剤は、ポリオルガノシロキサン膜１４の水酸基と結合する。
このとき、ポリオルガノシロキサン膜１４の表面に存在する水酸基は、そのほぼ全てのものがカップリング剤との結合に消費され、ポリオルガノシロキサン膜１４のカップリング剤が結合していない表面には、疎水基（ＣＨ３基）が露出することになる。
この疎水基（ＣＨ３基）が存在する部分では、高い耐アルカリ性が発揮させるため、本発明の疎水膜１０は、カップリング剤による特性と、ポリオルガノシロキサンによる高い耐アルカリ性との双方の特性を有するものとなる。
したがって、本発明の疎水膜１０は、アルカリ性を示す液体に長期間接触した場合においても、アルカリによる浸食が防止または抑制され、その結果、カップリング剤による特性が長期間に亘って維持されることになる。
以上のように、本発明の撥水膜の形成方法により、高価な熱気化機を有するプラズマ重合装置を必要としない、安価に製造することができる撥水膜の形成方法を提供することができる。
そして、熱気化機による熱気化の速度は不安定であるため、熱気化を必要としない本発明は、成膜再現性も良好である。
また、この撥水膜は、疎水性置換基が残存しているシロキサン膜を下地とすることで、ＯＨがシランカップリング撥水材料と強固な結合を作り、疎水性置換基が耐インク性を持たせるということで、従来のＳｉＯ２材料と比較して、耐インク性も付与することができている。
なお、本発明において、前記疎水性置換基（疎水基）は、メチル基であることが好ましい。本発明では、アルキル基、フェニル基のようなベンゼン環を有する基などの疎水基であれば良いが、ＣＨ３であるときに容易で安価に薄膜形成工程を行うことができる。
また、本発明で成膜された撥水膜は、インクジェットヘッドのノズルプレートに好ましく設けることができる。撥水膜が剥がれることなく、また、インクがノズルプレート表面に付着することを防止することができるので、吐出性能を向上させることができる。
〔実施例〕
（サンプル１）
ｃａｔ−ＣＶＤ法によりＳｉＯＣ膜の作製を行った。
（サンプル１）
ｃａｔ−ＣＶＤ法によりＳｉＯＣ膜の作製を行った。
モノメチルシラン（ＣＨ３ＳｉＨ３）と酸素の混合ガスをチャンバ内に導入した。
触媒であるタングステンワイヤの温度は１６００℃とした。
サンプルをＦＴ−ＩＲによる測定を行ったところ、１０８０ｃｍ−１〜１１００ｃｍ−１付近にＳｉ−Ｏに対応するピークが、１２００ｃｍ−１〜１３００ｃｍ−１の間にＳｉ−ＣＨ３に対応するピークが観測された。
この膜の純水による接触角は４７°であった。
（サンプル２）
塗布法によりＳｉＯＣ膜の作製を行った。
塗布法によりＳｉＯＣ膜の作製を行った。
基板にアルバック社製ＵＬＫＳ Ｖｅｒ．３ の塗布液をスピンコートにより塗布し、３５０℃にて焼成を行った。
サンプルをＦＴ−ＩＲによる測定を行ったところ、１０８０ｃｍ−１〜１１００ｃｍ−１付近にＳｉ−Ｏに対応するピークが、１２００ｃｍ−１〜１３００ｃｍ−１の間にＳｉ−ＣＨ３に対応するピークが観測された。
この膜の純水による接触角は９８°であった。
これらサンプル１及びサンプル２に対し、セン特殊光源株式会社製ＰＭ１１０２−３低圧水銀ランプ（１７ｍＷ／ｃｍ２）を照射して、疎水性置換基は残存させてＯＨ基を有するようにした。
次に、蒸着装置内で、ダイキン社製オプツールＤＳＸを蒸着し撥水膜を成膜した。但し、本発明では、成膜方法は蒸着に限定されず、例えば、シランカップリング剤を、０．１ｗｔ％となるようにトルエンに溶解して塗布液を調製して、ディップコート法、溶液を滴下しスピンコーターにて回転塗布するスピンコート法などを用いて、撥水膜を形成することができる。
これらの撥水膜を評価したところ、強固で再現性の良い撥水膜であることが分かった。
したがって、本発明によれば、高価な熱気化機を有するプラズマ重合装置を必要としないで、強固で再現性の良い撥水膜を安価に製造することができることが分かった。
１０…疎水膜、１２…基材、１４…ポリオルガノシロキサン膜、１６…シランカップリング剤、１００…インクジェット記録装置、１１２…給紙部、１１４…処理液付与部、１１６…描画部、１１８…乾燥部、１２０…定着部、１２２…排出部、１２４…記録媒体、１５４…処理液ドラム、１５６…処理液塗布装置、１７０…描画ドラム、１７２Ｍ、１７２Ｋ、１７２Ｃ、１７２Ｙ…インクジェットヘッド、１７６…乾燥ドラム、１８０…温風噴出しノズル、１８２…ＩＲヒータ、１８４…定着ドラム、１８６…ハロゲンヒータ、１８８…定着ローラ、１９２…排出トレイ、１９６…搬送ベルト
Claims (8)
- 基材上に、常温大気圧下でガスである原料を用いて、Ｓｉ−Ｏ結合を主として、Ｓｉに疎水性置換基を直接接合された薄膜を形成する薄膜形成工程と、
前記薄膜形成工程で得られた薄膜に励起光を照射し、前記疎水性置換基は残存させて前記薄膜にＯＨ基を有するようにする照射工程と、
該照射工程で得られた薄膜上にシランカップリング剤を塗布する塗布工程と、を有することを特徴する撥水膜の形成方法。 - 薄膜形成工程は、ｃａｔ−ＣＶＤ又はプラズマＣＶＤで行うことを特徴とする請求項１に記載の撥水膜の形成方法。
- 基材上に、Ｓｉ−Ｏ結合を主として、Ｓｉに疎水性置換基を直接接合された薄膜を塗布して焼成することで形成する薄膜形成工程と、
前記薄膜形成工程で得られた薄膜に励起光を照射し、前記疎水性置換基は残存させて前記薄膜にＯＨ基を有するようにする照射工程と、
該照射工程で得られた薄膜上にシランカップリング剤を塗布する塗布工程と、を有することを特徴する撥水膜の形成方法。 - 前記疎水性置換基は、メチル基であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１に記載の撥水膜の形成方法。
- 前記基材の材質は、シリコン、ガラス、金属、セラミック、高分子フィルムの何れかであることを特徴とする請求項１〜４の何れか１に記載の撥水膜の形成方法。
- 前記励起光は、紫外線又はプラズマであることを特徴とする請求１〜５の何れか１に記載の撥水膜の形成方法。
- 請求項１〜６の何れか１に記載の撥水膜の形成方法により形成されたことを特徴とする撥水膜。
- 前記撥水膜が形成されたことを特徴とする請求項７に記載のインクジェットヘッドのノズルプレート。
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