JP2022071092A

JP2022071092A - インクジェットヘッド及びインクジェットプリンタ

Info

Publication number: JP2022071092A
Application number: JP2022031487A
Authority: JP
Inventors: 雅志關; Masashi Seki
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2017-09-14
Filing date: 2022-03-02
Publication date: 2022-05-13
Anticipated expiration: 2037-09-14
Also published as: JP7242933B2

Abstract

【課題】撥インク性の劣化が少ないノズルプレートを有するインクジェットヘッドを提供する。【解決手段】実施形態のインクジェットヘッドは、記録媒体へ向けてインクを吐出するノズルが設けられたノズルプレートを含み、前記ノズルプレートは、ノズルプレート基板と、前記ノズルプレート基板の前記記録媒体と対向する面に設けられた撥油膜とを含む。前記撥油膜は、前記ノズルプレート基板と結合した結合部位と、末端パーフルオロアルキル基とを有するフッ素系化合物を含み、隣り合った前記フッ素系化合物は前記結合部位が相互に結合している。【選択図】図５

Description

本発明の実施形態は、インクジェットヘッド及びインクジェットプリンタに関する。

例えば圧電素子によってインクを加圧して、ノズルプレートに設けられたノズルからインク滴を吐出させ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ないように撥インク性を付与している。ノズルプレートの表面に撥インク性を付与するためには、ノズルプレート基板の表面に、フッ素系化合物を塗布法又は気相成長法によって成膜して撥油膜を形成している（特許文献１）。

また、インクジェットヘッドのクリーニングのためには、ノズルプレートの記録媒体対向面上でワイピングブレードを移動させてインクを取り除くことが行われる。

特開２００７－１０６０２４号公報

例えば、ワイピングブレードを用いたクリーニングを行うと、ノズルプレート表面の撥インク性が劣化することがある。

本発明が解決しようとする課題は、撥インク性の劣化が少ないインクジェットヘッド、及びこのようなインクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタを提供することにある。

実施形態のインクジェットヘッドは、記録媒体へ向けてインクを吐出するノズルが設けられたノズルプレートを備えている。ノズルプレートは、ノズルプレート基板と、ノズルプレート基板の記録媒体と対向する面に設けられた撥油膜とを含んでいる。撥油膜は、ノズルプレート基板と結合した結合部位と、末端パーフルオロアルキル基とを有するフッ素系化合物を含んでいる。隣り合ったフッ素系化合物は結合部位が相互に結合している。

実施形態に係るインクジェットヘッドを示す斜視図。実施形態に係るインクジェットヘッドを構成するアクチュエータ基板、フレーム及びノズルプレートを示す分解斜視図。実施形態に係るインクジェットプリンタを示す模式図。実施形態に係るインクジェットプリンタの要部を示す斜視図。実施形態に係るインクジェットヘッドが含んでいる撥油膜の構造を示す模式図。比較例のインクジェットヘッドが含んでいる撥油膜の構造を示す模式図。比較例のノズルプレートをワイピングブレードによって擦る前及び１回擦った後に撥油膜表面について得られたＸＰＳスペクトルを示す図。実施例のノズルプレートが含んでいる撥油膜について得られた、ワイピングブレードに加えた荷重と、ＣＦ_２基のピーク面積を１とした時のＣＦ_３基のピーク面積の比率との関係を示す図。実施例のノズルプレートが含んでいる撥油膜について得られた、ワイピングブレードに加えた荷重と、結合部位のみが含んでいる基のピーク面積との関係を示す図。実施例及び比較例のノズルプレートについて得られた、ワイピングブレードでノズルプレートを擦った回数と、ノズルプレートがインクを弾く速度との関係を示す図。

以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。
図１は、実施形態に係る、インクジェットプリンタのヘッドキャリッジに搭載して使用するオンデマンド型のインクジェットヘッド１を示す斜視図である。以下の説明では、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる直交座標系を用いる。図中の矢印の指し示す方向を便宜上プラス方向とする。Ｘ軸方向は印刷幅方向に対応する。Ｙ軸方向は記録媒体が搬送される方向に対応する。Ｚ軸プラス方向は記録媒体に対向する方向である。

図１を参照して概略的に説明すると、インクジェットヘッド１は、インクマニホールド１０、アクチュエータ基板２０、フレーム４０及びノズルプレート５０を備えている。

アクチュエータ基板２０は、Ｘ軸方向を長手方向とする矩形をなしている。アクチュエータ基板２０の材料としては、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）及びチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）等が挙げられる。

アクチュエータ基板２０は、インクマニホールド１０の開口端を塞ぐようにインクマニホールド１０の上に重ねられている。インクマニホールド１０は、インク供給管１１及びインク戻し管１２を介してインクカートリッジに接続される。

アクチュエータ基板２０上には、フレーム４０が取り付けられている。フレーム４０上には、ノズルプレート５０が取り付けられている。ノズルプレート５０には、Ｙ軸に沿って２列を形成するように、複数のノズルＮがＸ軸方向に沿って所定の間隔をあけて設けられている。

図２は、実施形態に係るインクジェットヘッド１を構成するアクチュエータ基板２０、フレーム４０及びノズルプレート５０の分解斜視図である。このインクジェットヘッド１は、いわゆるせん断モードシェアードウォールのサイドシューター型である。

アクチュエータ基板２０には、Ｙ軸方向の中央部で列を形成するように、複数のインク供給口２１がＸ軸方向に沿って間隔をあけて設けられている。また、アクチュエータ基板２０には、インク供給口２１の列に対してＹ軸プラス方向及びＹ軸マイナス方向においてそれぞれ列を形成するように、複数のインク排出口２２がＸ軸方向に沿って間隔をあけて設けられている。

中央のインク供給口２１の列と一方のインク排出口２２の列との間には、複数のアクチュエータ３０が設けられている。これらアクチュエータ３０は、Ｘ軸方向に延びた列を形成している。また、中央のインク供給口２１の列と他方のインク排出口２２の列との間にも、複数のアクチュエータ３０が設けられている。これらアクチュエータ３０も、Ｘ軸方向に延びた列を形成している。

複数のアクチュエータ３０からなる列の各々は、アクチュエータ基板２０上に積層された第１の圧電体及び第２の圧電体で構成されている。第１及び第２の圧電体の材料としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）等が挙げられる。第１及び第２の圧電体は、厚さ方向に沿って互いに逆向きに分極されている。

第１及び第２の圧電体からなる積層体には、Ｙ軸方向に各々が延び、Ｘ軸方向に配列した複数の溝が設けられている。これら溝は、第２の圧電体側で開口しており、第２の圧電体の厚さよりも大きな深さを有している。以下、この積層体のうち、隣り合った溝に挟まれた部分をチャネル壁という。これらチャネル壁は、Ｙ軸方向に各々が延び、Ｘ軸方向に配列している。なお、隣り合った２つのチャネル壁の間の溝が、インクが流通するインクチャネルである。

インクチャネルの側壁及び底には、電極が形成されている。これら電極は、Ｙ軸方向に沿って延びた配線パターン３１に接続されている。

後述するフレキシブルプリント基板との接続部を除き、電極及び配線パターン３１を含むアクチュエータ基板２０の表面には、図示しない保護膜が形成されている。保護膜は、例えば複数層の無機絶縁膜及び有機絶縁膜を含む。

フレーム４０は、開口部を有している。この開口部は、アクチュエータ基板２０よりも小さく、かつ、アクチュエータ基板２０のうち、インク供給口２１、アクチュエータ３０、及びインク排出口２２が設けられた領域よりも大きい。フレーム４０は、例えばセラミックスからなる。フレーム４０は、例えば接着剤によりアクチュエータ基板２０に接合される。

ノズルプレート５０は、ノズルプレート基板と、その媒体対向面（ノズルＮからインクを吐出する吐出面）に設けられた撥油膜とを含んでいる。ノズルプレート基板は、例えば、ポリイミドフィルムなどの樹脂フィルムからなる。撥油膜については、後で詳述する。

ノズルプレート５０は、フレーム４０の開口部よりも大きい。ノズルプレート５０は、例えば接着剤によってフレーム４０に接合される。

ノズルプレート５０には、複数のノズルＮが設けられている。これらノズルＮは、インクチャネルに対応して２つの列を形成している。ノズルＮは、記録媒体対向面からインクチャネルの方向に進むに従って径が大きくなっている。ノズルＮの寸法は、インクの吐出量に応じて所定の値に設定される。ノズルＮは、例えば、エキシマレーザーを用いたレーザー加工を施すことによって形成することができる。

アクチュエータ基板２０、フレーム４０及びノズルプレート５０は、図１に示すように一体化されており、中空構造を形成している。アクチュエータ基板２０、フレーム４０及びノズルプレート５０によって囲まれた領域は、インク流通室である。インクは、インクマニホールド１０からインク供給口２１を通してインク流通室に供給され、インクチャネルを通過し、余剰のインクがインク排出口２２からインクマニホールド１０へ戻るように循環する。インクの一部は、インクチャネルを流れる間にノズルＮから吐出されて印刷に用いられる。

配線パターン３１には、アクチュエータ基板２０上であってフレーム４０の外側の位置でフレキシブルプリント基板６０が接続されている。フレキシブルプリント基板６０には、アクチュエータ３０を駆動する駆動回路６１が搭載されている。

以下、アクチュエータ３０の動作を説明する。ここでは、隣り合う３つのインクチャネルのうち中央のインクチャネルに着目して動作を説明する。隣り合う３つのインクチャネルに対応する電極をＡ、Ｂ及びＣとする。チャネル壁に直交する方向に電界を印加していない場合には、チャネル壁は直立した状態である。

例えば、中央の電極Ｂに、両隣の電極Ａ及びＣの電位よりも高い電位の電圧パルスを印加して、チャネル壁に直交する方向に電界を生じさせる。こうして、チャネル壁をせん断モードで駆動させ、中央のインクチャネルを挟む１対のチャネル壁を、中央のインクチャネルの体積を拡張するように変形させる。

次に、両隣の電極Ａ及びＣに、中央の電極Ｂの電位よりも高い電位の電圧パルスを印加して、チャネル壁に直交する方向に電界を生じさせる。こうして、チャネル壁をせん断モードで駆動させ、中央のインクチャネルを挟む１対のチャネル壁を、中央のインクチャネルの体積を縮小するように変形させる。この動作により、中央のインクチャネル内のインクに圧力を加え、このインクチャネルに対応するノズルＮからインクを吐出させて記録媒体に着弾させる。

例えば、すべてのノズルを３つの群に分けて、上で説明した駆動操作を時分割制御して３サイクル行い、記録媒体への印刷を行う。

図３に、インクジェットプリンタ１００の模式図を示す。図３に示すインクジェットプリンタ１００は、排紙トレイ１１８が設けられた筐体を含んでいる。筐体内には、カセット１０１ａ及び１０１ｂ、供紙ローラ１０２及び１０３、搬送ローラ対１０４及び１０５、レジストローラ対１０６、搬送ベルト１０７、ファン１１９、負圧チャンバ１１１、搬送ローラ対１１２、１１３及び１１４、インクジェットヘッド１１５Ｃ、１１５Ｍ、１１５Ｙ及び１１５Ｂｋ、インクカートリッジ１１６Ｃ、１１６Ｍ、１１６Ｙ及び１１６Ｂｋ、並びに、チューブ１１７Ｃ、１１７Ｍ、１１７Ｙ及び１１７Ｂｋが設置されている。

カセット１０１ａ及び１０１ｂは、サイズの異なる記録媒体Ｐを収容している。供紙ローラ１０２又は１０３は、選択された記録媒体のサイズに対応した記録媒体Ｐをカセット１０１ａ又は１０１ｂから取り出し、搬送ローラ対１０４及び１０５並びにレジストローラ対１０６へ搬送する。

搬送ベルト１０７は、駆動ローラ１０８と２本の従動ローラ１０９とによって張力が与えられている。搬送ベルト１０７の表面には、所定間隔で穴が設けられている。搬送ベルト１０７の内側には、記録媒体Ｐを搬送ベルト１０７に吸着させるための、ファン１１９に連結された負圧チャンバ１１１が設置されている。搬送ベルト１０７の搬送方向下流には、搬送ローラ対１１２、１１３及び１１４が設置されている。なお、搬送ベルト１０７から排紙トレイ１１８までの搬送経路には、記録媒体Ｐ上に形成された印刷層を加熱するヒータを設置することができる。

搬送ベルト１０７の上方には、画像データに応じてインクを記録媒体Ｐに吐出する４つのインクジェットヘッドが配置されている。具体的には、シアン（Ｃ）インクを吐出するインクジェットヘッド１１５Ｃ、マゼンタ（Ｍ）インクを吐出するインクジェットヘッド１１５Ｍ、イエロー（Ｙ）インクを吐出するインクジェットヘッド１１５Ｙ、及びブラック（Ｂｋ）インクを吐出するインクジェットヘッド１１５Ｂｋが、上流側からこの順に配置されている。インクジェットヘッド１１５Ｃ、１１５Ｍ、１１５Ｙ及び１１５Ｂｋの各々は、図１及び図２を参照しながら説明したインクジェットヘッド１である。

インクジェットヘッド１１５Ｃ、１１５Ｍ、１１５Ｙ及び１１５Ｂｋの上方には、これらに対応したインクをそれぞれ収容した、シアン（Ｃ）インクカートリッジ１１６Ｃ、マゼンタ（Ｍ）インクカートリッジ１１６Ｍ、イエロー（Ｙ）インクカートリッジ１１６Ｙ、及びブラック（Ｂｋ）インクカートリッジ１１６Ｂｋが設置されている。これらカートリッジ１１６Ｃ、１１６Ｍ、１１６Ｙ及び１１６Ｂｋは、それぞれ、チューブ１１７Ｃ、１１７Ｍ、１１７Ｙ及び１１７Ｂｋによって、インクジェットヘッド１１５Ｃ、１１５Ｍ、１１５Ｙ及び１１５Ｂｋに連結されている。

次に、このインクジェットプリンタ１００の画像形成動作について説明する。
まず、画像処理手段（図示しない）が、記録のための画像処理を開始し、画像データに対応した画像信号を生成するとともに、各種ローラや負圧チャンバ１１１などの動作を制御する制御信号を生成する。

供紙ローラ１０２又は１０３は、画像処理手段による制御のもと、カセット１０１ａ又は１０１ｂから、選択されたサイズの記録媒体Ｐを１枚ずつ取り出し、搬送ローラ対１０４及び１０５並びにレジストローラ対１０６へ搬送する。レジストローラ対１０６は、記録媒体Ｐのスキューを補正し、所定のタイミングで記録媒体Ｐを搬送する。

負圧チャンバ１１１は、搬送ベルト１０７の穴を介して空気を吸い込んでいる。従って、記録媒体Ｐは、搬送ベルト１０７に吸着された状態で、搬送ベルト１０７の移動に伴い、インクジェットヘッド１１５Ｃ、１１５Ｍ、１１５Ｙ及び１１５Ｂｋの下方の位置へと順次搬送される。

インクジェットヘッド１１５Ｃ、１１５Ｍ、１１５Ｙ及び１１５Ｂｋは、画像処理手段による制御のもと、記録媒体Ｐが搬送されるタイミングに同期してインクを吐出する。これにより、記録媒体Ｐの所望の位置に、カラー画像が形成される。

その後、搬送ローラ対１１２、１１３及び１１４は、画像が形成された記録媒体Ｐを排紙トレイ１１８へ排紙する。搬送ベルト１０７から排紙トレイ１１８までの搬送経路にヒータを設置した場合、記録媒体Ｐ上に形成された印刷層をヒータによって加熱してもよい。ヒータによる加熱を行うと、特に、記録媒体Ｐが非浸透性である場合に、記録媒体Ｐに対する印刷層の密着性を高めることができる。

図４に、インクジェットプリンタ１００の要部の斜視図を示す。図４には、上で説明したインクジェットヘッド１と、媒体保持機構１１０と、ヘッド移動機構１２０と、ブレード移動機構１３０と、ワイピングブレード１４０とを描いている。

媒体保持機構１１０は、記録媒体Ｐ、例えば記録用紙を、インクジェットヘッド１に対向して保持する。媒体保持機構１１０は、記録媒体を移動させる記録用紙移動機構としての機能も有している。媒体保持機構１１０は、図３の搬送ベルト１０７、駆動ローラ１０８、従動ローラ１０９、負圧チャンバ１１１、及びファン１１９を含んでいる。媒体保持機構１１０は、印刷時には、記録媒体Ｐを、インクジェットヘッド１に対向させた状態で、記録媒体Ｐの印刷面に平行な方向へ移動させる。その間に、インクジェットヘッド１は、ノズルからインク滴を吐出して記録媒体Ｐ上に印刷する。

ヘッド移動機構１２０は、印刷時には、インクジェットヘッド１を印刷位置に移動させる。また、ヘッド移動機構１２０は、クリーニング時には、インクジェットヘッド１をクリーニング位置に移動させる。

ワイピングブレード１４０は、インクジェットヘッド１のノズルプレートの記録媒体対向面を擦って、この記録媒体対向面からインクを除去する。

ブレード移動機構１３０は、ワイピングブレード１４０を移動させる。具体的には、ブレード移動機構１３０は、ヘッド移動機構１２０がインクジェットヘッド１をクリーニング位置に移動させた後、ワイピングブレード１４０を、ノズルプレート５０の記録媒体対向面に押し当ながら、その上で移動させる。これにより、ノズルプレート５０の記録媒体対向面に付着しているインクを取り除く。

上記のインクジェットヘッド１では、ノズルプレート５０の媒体対向面に撥油性が付与されている。撥油性を付与するために、ノズルプレート基板の媒体対向面に、フッ素系化合物を含んだ撥油膜を設けている。

実施形態において用いられるフッ素系化合物は、ノズルプレート基板と結合した結合部位と、末端パーフルオロアルキル基とを有している。例えば、このフッ素系化合物は、一方の末端に結合部位を有し、他方の末端にパーフルオロアルキル基を有している直鎖状分子である。

結合部位は、例えば、ノズルプレート基板の表面に存在している官能基との反応によってノズルプレート基板と結合した部位である。結合部位は、例えば、反応性官能基を含んでいる。この場合、反応性官能基がノズルプレート基板の表面に存在している官能基と反応することによって、結合部位はノズルプレート基板と結合する。反応性官能基は、例えば、エポキシ基、アミノ基、メタクリル基、ビニル基などの不飽和炭化水素基、又はメルカプト基である。ノズルプレート基板の表面に存在している官能基は、例えば、ヒドロキシル基、エステル結合、アミノ基、又はチオール基である。或いは、結合部位は、アルコキシシラン基である。この場合、アルコキシシラン基の加水分解によって生じたシラノール基が、ノズルプレート基板の表面に存在しているヒドロキシル基などの官能基と反応することによって、結合部位はノズルプレート基板と結合する。

ノズルプレート基板上で隣り合ったフッ素系化合物は、結合部位が相互に結合している。一例によれば、結合部位は、反応性官能基と末端パーフルオロアルキル基との間に１以上のシリコン原子を更に含み、ノズルプレート基板上で隣り合ったフッ素系化合物は、結合部位がシロキサン結合（Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ）によって相互に結合している。

末端パーフルオロアルキル基は、例えば、直鎖状のパーフルオロアルキル基である。末端パーフルオロアルキル基の炭素数は、例えば、３乃至７（Ｃ３乃至Ｃ７）の範囲で選択することができる。末端パーフルオロアルキル基は、ノズルプレート基板の垂線方向に沿って直立していることが好ましい。

このフッ素系化合物は、ノズルプレート基板との結合部位と、末端パーフルオロアルキル基との間に、スペーサー連結基を更に有していてもよい。こうしたスペーサー連結基が存在すると、末端パーフルオロアルキル基がノズルプレート基板の垂線方向に沿って直立した構造をとるのに有利になる。スペーサー連結基は、例えば、パーフルオロポリエーテル基である。

このようなフッ素系化合物としては、例えば下記一般式（１）及び（２）で表される化合物が挙げられる。

一般式（１）において、ｐは１乃至５０の自然数、ｎは１乃至１０の自然数である。

一般式（２）において、ｐは１乃至５０の自然数である。

図５に、実施形態に係る、ノズルプレート基板５１の媒体対向面に結合した撥油膜５２の構造を模式的に示す。

この構造は、例えば、以下のようにして得られる。なお、ここでは、一例として、ノズルプレート基板５１の媒体対向面にはヒドロキシル基が存在しており、フッ素系化合物は、結合部位にアルコキシシラン基を含んでいるとする。

フッ素系化合物のアルコキシシラン基が加水分解すると、シラノール基が生成する。このシラノール基と、ノズルプレート基板５１の媒体対向面にはヒドロキシル基が存在しているヒドロキシル基とは、脱水縮合を起こす。こうして、ノズルプレート基板５１とフッ素系化合物とが、結合部位５３が含んでいるシリコン原子によるシロキシ基（Ｓｉ－Ｏ－）を介して結合する。また、隣り合ったフッ素系化合物は、結合部位５３のシリコン原子同士がシロキサン結合（Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ）によって相互に結合する。

なお、結合部位５３のシリコン原子には、スペーサー連結基５４であるパーフルオロポリエーテル基を介して末端パーフルオロアルキル基５５が結合している。スペーサー連結基５４は、上記の通り、末端パーフルオロアルキル基５５をノズルプレート基板５１の垂線方向に沿って直立させる機能を有する。そして、末端パーフルオロアルキル基５５が主として撥インク性を発揮する。また、末端パーフルオロアルキル基５５は、例えば炭素数が３（Ｃ３）の場合、ＣＦ_３－ＣＦ_２－ＣＦ_２－と表されるが、撥インク性に関しては、ＣＦ_３基の方がＣＦ_２基よりも高い。

図５に示す構造では、末端パーフルオロアルキル基５５がノズルプレート基板５１の垂線方向に沿って直立している。こうした構造では、ワイピングブレード１４０によるクリーニングを繰り返しても、末端パーフルオロアルキル基５５は横方向に揺れるだけで、撥油膜５２の表面からなくなることはない。従って、撥インク性の劣化を招くことがない。

ノズルプレートの記録媒体対向面に形成されている撥油膜の元素結合状態の分析は、例えばＸ線光電子分光（ＸＰＳ）法によって行うことができる。

ＸＰＳの原理は以下のとおりである。物質に数ｋｅＶ程度の軟Ｘ線を照射すると、原子軌道の電子が光エネルギーを吸収し、光電子として外にたたき出される。束縛電子の結合エネルギーＥ_ｂと、光電子の運動エネルギーＥ_ｋとの間には、下記の関係がある。

Ｅ_ｂ＝ｈν－Ｅ_ｋ－ψ_ｓｐ
ここで、ｈνは入射Ｘ線のエネルギー、ψ_ｓｐは分光器の仕事関数である。
このため、Ｘ線のエネルギーが一定（即ち単一波長）であれば、光電子の運動エネルギーＥ_ｋに基づいて電子の結合エネルギーＥ_ｂを求めることができる。電子の結合エネルギーＥ_ｂは元素によって固有なので、元素分析を行うことができる。また、結合エネルギーのシフトは、その元素の化学結合状態や価電子状態（酸化数など）を反映しているため、構成元素の化学結合状態を調べることができる。

図５に示すように、末端パーフルオロアルキル基５５がノズルプレート基板５１の垂線方向に沿って直立した構造をとっていると、ＣＦ_３基が撥油膜５２の最表面に存在し、最表面よりノズルプレート基板５１側にＣＦ_２基が存在する。

こうした撥油膜５２をＸ線光電子分光（ＸＰＳ）法によって分析すると、ＣＦ_２基のピーク及びＣＦ_３基のピークが検出される。実施形態では、ＣＦ_２基のピーク面積を１としたとき、ＣＦ_３基のピーク面積の比率は、例えば０．１乃至０．６となる。末端パーフルオロアルキル基５５の炭素原子数が３である場合にＣＦ_３基のピーク面積の比率は約０．６となる。また、末端パーフルオロアルキル基５５の炭素原子数が７に近づくほど、ＣＦ_３基のピーク面積の比率は０．１に近づく。ＣＦ_２基のピーク面積を１としたとき、ＣＦ_３基のピーク面積の比率が０．１乃至０．６の範囲であれば、ノズルプレートの記録媒体対向面をワイピングブレードでクリーニングすることに伴う撥インク性の劣化が特に少ない。

以下、実施例を説明する。

比較例
まず、比較例の撥油膜の材料として、下記化学式で表される旭硝子株式会社製、サイトップ（登録商標：Ａタイプ）を用意した。この撥油膜材料は、フッ素系化合物であって、下記化学式で示されるポリマー主鎖の両末端にアルコキシシラン基を含む末端基を有する。

ノズルプレート基板の表面に上記の撥油膜材料を塗布し、ノズルプレート基板表面のヒドロキシル基に対して、フッ素系化合物の両末端基を反応させた。こうして、ノズルプレート基板の表面にフッ素系化合物を結合させて、ノズルプレートを作製した。

図６に、このようにして得られたノズルプレートの構造を模式的に示す。ノズルプレート基板５１の媒体対向面には、ヒドロキシル基が存在する。フッ素系化合物の両末端基はヒドロキシル基と結合して、結合部位５７となる。２つの結合部位５７の間には、フッ素系化合物のポリマー主鎖５８が存在する。このフッ素系化合物では、ポリマー主鎖５８のＣＦ_２Ｏ基５９が主に撥インク性を発揮する。

しかしながら、このようにしてノズルプレート基板５１の媒体対向面に形成した撥油膜５６をワイピングブレード１４０によって擦ると、撥インク性が劣化することがわかった。

図７に、比較例のノズルプレートをワイピングブレードによってクリーニングする前（擦過前）及び１回クリーニングした後（１回擦過後）に撥油膜表面について得られたＸ線光電子分光分析（ＸＰＳ）スペクトルを示す。図７において、横軸は結合エネルギー、横軸は放出光電子の強度である。

図７の結果は、以下のように解釈できる。ノズルプレートをワイピングブレードで擦る前に得られたＸＰＳスペクトルは、撥油膜表面にＣＦ_２Ｏ基が多く存在していることを示している。一方、ノズルプレートをワイピングブレードによって１回擦った後に得られたＸＰＳスペクトルは、撥油膜表面からＣＦ_２Ｏ基が大幅に減少したことを示している。

図６の模式的に示したように、この現象は下記のように説明できる。即ち、ワイピングブレード１４０によってノズルプレートを擦った結果、ＣＦ_２Ｏ基５９がポリマー主鎖５８の周りで回転し（コンフォメーション変化を起こし）、撥油膜表面から撥油膜内部へ移動したと考えられる。

実施例
下記化学式で表されるフッ素系化合物を含む蒸発源を準備した。この蒸発源とノズルプレート基板とを真空蒸着装置内に設置し、真空蒸着法により、フッ素系化合物をノズルプレート基板の記録媒体対向面に堆積させた。以上のようにして、ノズルプレート基板の記録媒体対向面に撥油膜を形成した。

このノズルプレートを、荷重を種々変化させてワイピングブレードで擦った。その後、撥油膜表面のＸＰＳ法による分析を行って、ＣＦ_２基のピーク面積及びＣＦ_３基のピーク面積を算出し、ＣＦ_２基のピーク面積を１とした時のＣＦ_３基のピーク面積の比率を求めた。また、結合部位のみが含んでいる基のピーク面積を算出した。

図８に、実施例のノズルプレートについて得られた、ワイピングブレードに加えた荷重と、ＣＦ_２基のピーク面積を１とした時のＣＦ_３基のピーク面積の比率との関係を示す。図８において、横軸は荷重、縦軸はＣＦ_２基のピーク面積を１とした時のＣＦ_３基のピーク面積の比率である。

図８の結果は、ＣＦ_２基のピーク面積を１とした時のＣＦ_３基のピーク面積の比率は、ワイピングブレードに加えた荷重に依存せず、約０．６に維持されたことを示している。このことは、ワイピングブレードに加える荷重を変化させても、撥油膜５２の表面ではＣＦ_３基とＣＦ_２基とがほぼ一定の比率で存在していたと解釈できる。

図９に、実施例のノズルプレートが含んでいる撥油膜について得られた、ワイピングブレードに加えた荷重と、結合部位５３のみが含んでいる基のピーク面積との関係を示す。図９において、横軸は荷重、縦軸は結合部位５３のみが含んでいる基のピーク面積である。

図９から以下のことがわかる。ワイピングブレード１４０に加える荷重が小さい場合には、結合部位５３のみが含んでいる基のピーク面積が小さい。しかしながら、ワイピングブレード１４０に加える荷重を大きくすると、このピーク面積が増大する。そして、荷重がある程度大きくなると、ピーク面積が飽和する。

図９の結果は、以下のように解釈できる。即ち、ワイピングブレード１４０に加える荷重が小さい場合に、隣り合ったスペーサー連結基５４間や隣り合った末端パーフルオロアルキル基５５間には、間隙はほとんど存在していない。従って、結合部位５３のみが含んでいる基のピークはほとんど検出されない。一方、ワイピングブレードに加える荷重を大きくすると、隣り合ったスペーサー連結基５４間や及び隣り合った末端パーフルオロアルキル基５５間に間隙が生じる。この間隙から、結合部位５３のみが含んでいる基のピークが検出されるようになる。このピーク面積は、荷重を大きくすると徐々に大きくなる。ただし、荷重がある程度大きくなると、間隙はそれ以上大きくはならず、従って、結合部位５３のみが含んでいる基のピーク面積の増加は認められなくなる。

次に、実施例及び比較例のノズルプレートについて、ワイピングブレードで擦った回数と、ノズルプレートがインクを弾く速度との関係を調べた。

インクを弾く速度の測定は、以下のようにして行った。試料として、幅１５ｍｍの撥油膜付きノズルプレートを準備した。ノズルプレートを直立させて上端近傍を保持し、ノズルプレートのほぼ全体をインクに浸漬した。次いで、ノズルプレートを長さ４５ｍｍだけインクから引き上げ、引き上げた部分からインクが無くなるまでに要した時間を測定した。

インクに浸漬した撥油膜の長さをＬ（＝４５ｍｍ）、引き上げた部分からインクが無くなるまでに要した時間をＴ［秒］として、インクを弾く速度Ｒｒ［ｍｍ／秒］を以下のように定義する。

Ｒｒ［ｍｍ／秒］＝Ｌ／Ｔ＝４５／Ｔ
撥油膜が塗布されたノズルプレートを、ワイピングブレードにより１３ｇｆの荷重で所定回数にわたって擦った。その後、上記と同様の方法により、インクを弾く速度Ｒｒを測定した。

図１０に、実施例及び比較例のノズルプレートについて得られた、ワイピングブレードでノズルプレートを擦った回数と、ノズルプレートがインクを弾く速度との関係を示す。図１０において、横軸はワイピングブレードによる擦過回数、縦軸はノズルプレートがインクを弾く速度である。

図１０から以下のことがわかる。比較例のノズルプレートは、ワイピングブレードで擦った回数が１０００回未満の段階で撥インク性が劣化した。これに対し、実施例のノズルプレートは、ワイピングブレードで擦った回数が６０００回と多くなっても、撥インク性の劣化が抑えられていた。

以上のように、実施例のインクジェットヘッドは、ノズルプレートの記録媒体対向面をワイピングブレードで擦っても、撥インク性の劣化が少なかった。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…インクジェットヘッド、３０…アクチュエータ、５０…ノズルプレート、Ｎ…ノズル、５２…撥油膜、５３…結合部位、５４…スペーサー連結基、５５…末端パーフルオロアルキル基、５６…撥油膜、５７…結合部位、５８…ポリマー主鎖、５９…ＣＦ_２Ｏ基、１００…インクジェットプリンタ、１１５Ｂｋ…インクジェットヘッド、１１５Ｃ…インクジェットヘッド、１１５Ｍ…インクジェットヘッド、１１５Ｙ…インクジェットヘッド、１２０…ヘッド移動機構、１３０…ブレード移動機構、１４０…ワイピングブレード。

実施形態のインクジェットヘッドは、記録媒体へ向けてインクを吐出するノズルが設けられたノズルプレートを備えている。ノズルプレートは、ノズルプレート基板と、ノズルプレート基板の記録媒体と対向する面に設けられた撥油膜とを含んでいる。撥油膜は、ノズルプレート基板と結合した結合部位と、末端パーフルオロアルキル基とを有するフッ素系化合物を含んでいる。隣り合ったフッ素系化合物は結合部位が相互に結合している。フッ素系化合物は、前記結合部位と前記末端パーフルオロアルキル基との間にスペーサー連結基を更に有している。スペーサー連結基はパーフルオロポリエーテル基である。末端パーフルオロアルキル基は、直鎖状のパーフルオロアルキル基であって、炭素数が３乃至７の範囲内にある。撥油膜は、Ｘ線光電子分光分析するとＣＦ _２基のピーク及びＣＦ _３基のピークが検出され、ＣＦ _２基のピーク面積を１としたとき、ＣＦ _３基のピーク面積が０．６である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下に、当初の特許請求の範囲に記載していた発明を付記する。
［１］
記録媒体へ向けてインクを吐出するノズルが設けられたノズルプレートを備え、前記ノズルプレートは、ノズルプレート基板と、前記ノズルプレート基板の前記記録媒体と対向する面に設けられた撥油膜とを含み、前記撥油膜は、前記ノズルプレート基板と結合した結合部位と、末端パーフルオロアルキル基とを有するフッ素系化合物を含み、隣り合った前記フッ素系化合物は前記結合部位が相互に結合しているインクジェットヘッド。
［２］
前記フッ素系化合物は、前記結合部位と前記末端パーフルオロアルキル基との間にスペーサー連結基を更に有する項１に記載のインクジェットヘッド。
［３］
前記ノズルプレート基板は樹脂からなる項１又は２に記載のインクジェットヘッド。
［４］
前記撥油膜は、Ｘ線光電子分光分析するとＣＦ _２基のピーク及びＣＦ _３基のピークが検出され、前記ＣＦ _２基のピーク面積を１としたとき、前記ＣＦ _３基のピーク面積が０．１乃至０．６である項１乃至３の何れか１項に記載のインクジェットヘッド。
［５］
項１乃至４の何れか１項に記載のインクジェットヘッドと、
前記インクジェットヘッドに対向して前記記録媒体を保持する媒体保持機構と、
前記面を擦って、前記面から前記インクを除去するワイピングブレードと
を備えたインクジェットプリンタ。

Claims

記録媒体へ向けてインクを吐出するノズルが設けられたノズルプレートを備え、前記ノズルプレートは、ノズルプレート基板と、前記ノズルプレート基板の前記記録媒体と対向する面に設けられた撥油膜とを含み、前記撥油膜は、前記ノズルプレート基板と結合した結合部位と、末端パーフルオロアルキル基とを有するフッ素系化合物を含み、隣り合った前記フッ素系化合物は前記結合部位が相互に結合しているインクジェットヘッド。
前記フッ素系化合物は、前記結合部位と前記末端パーフルオロアルキル基との間にスペーサー連結基を更に有する請求項１に記載のインクジェットヘッド。
前記ノズルプレート基板は樹脂からなる請求項１又は２に記載のインクジェットヘッド。
前記撥油膜は、Ｘ線光電子分光分析するとＣＦ_２基のピーク及びＣＦ_３基のピークが検出され、前記ＣＦ_２基のピーク面積を１としたとき、前記ＣＦ_３基のピーク面積が０．１乃至０．６である請求項１乃至３の何れか１項に記載のインクジェットヘッド。
請求項１乃至４の何れか１項に記載のインクジェットヘッドと、
前記インクジェットヘッドに対向して前記記録媒体を保持する媒体保持機構と、
前記面を擦って、前記面から前記インクを除去するワイピングブレードと
を備えたインクジェットプリンタ。