JP2886790B2 - インクジェット記録ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェット記録方
法に用いるインク吐出用ヘッド、及び、その製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録方法は、インク吐出
口より記録液体の液滴を飛翔させ、紙などの被記録部材
に付着させて記録を行うものである。図１は、インクジ
ェット記録ヘッドの１例の断面図である。インクジェッ
ト記録ヘッド１は、ヒートシンク５の上部全面に配置さ
れたヘッドチップ２と、ヘッドチップ２の上面に開口す
るインク供給口８が形成され、側面をインクマニホルド
６で覆う。ヘッドチップ２とインクマニホルド６は端面
が同一平面上に形成されている。インクマニホルド６は
インク供給管７を備えており、図示していないインクタ
ンクに接続されている。ヒートシンク５及びヘッドチッ
プ２はヒータ基板３とチャネル基板４で構成され、チャ
ネル基板４に形成されたインク供給口８はインク吐出口
９に連通している。

【０００３】図２は、図１のヘッドチップの拡大断面図
である。図中、３はヒーター基板、４はチャンネル基
板、８はインク供給口、９はインク吐出口、１０はヒー
ター、１１はビット層、１２はビット、１３はインク流
路である。なお、ヒーター１０に通電するための電極や
保護層等は図面から省略した。

【０００４】このようなインクジェット記録法に用いる
記録ヘッドのインク吐出口表面の物性は、記録液体であ
るインクの吐出安定性に多大の影響を与える。吐出口周
辺にインクが飛散したり流出してインクが留まると、イ
ンク吐出口の表面状態が不均一になる。その結果、イン
クの吐出方向が変化したり、インク滴の飛翔速度や粒径
にばらつきを生じて記録品位を低下させる。また、イン
ク吐出口周辺部の全面が記録インクで覆われると、記録
ヘッドがインク滴吐出不能に陥ることもある。

【０００５】これらの問題を解決するために、インク吐
出口周辺部に表面処理剤の皮膜を形成してインクの付着
を防止することが行われている。この皮膜は、インクジ
ェット記録ヘッドを表面処理剤中に浸漬するか、表面処
理剤をスプレーで塗布するか、蒸着、スパッタリッン
グ、ｐ−ＣＶＤなどの方法で形成し、インク吐出口周辺
部の撥液処理を施すことが試みられている。

【０００６】上記の撥液処理には、ポリテトラフルオロ
エチレンに代表されるフッ素系樹脂を用いるか、特開平
１─１７３３１６号公報や特開平４─２２９２７７号公
報に記載のように、炭化水素ガスを主成分とする雰囲気
中でプラズマ化学気相成長法で形成した硬質カーボン膜
の表面に、テトラフルオロメタンなどのフッ素含有ガス
でプラズマ処理を施し、表面層の水素原子をフッ素原子
で置換して撥水性を有する硬質カーボン膜を得る方法な
どが知られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のフッ素
系樹脂のコーティング膜は、超硬合金、ステンレス鋼、
セラミックスなどに比べて柔らかいため、撥水性や撥油
性とともに耐摩耗性や硬度が要求されるコーティングに
は十分に対応することができない。また、フッ素化され
た硬質カーボン膜は、フッ素化による表面エネルギーの
低減に限界があるため、用途によっては撥水性や耐油性
が十分でない場合がある。

【０００８】インクジェットプリンターに用いるノズル
板のインク吐出孔の周囲は、インクに対して撥液性が要
求される。なお、インク吐出口の目詰まりを防止するた
めに、吐出口面をゴム製のブレードで拭く機構を組み込
んだプリンターもあったが、ノズル板表面を数多く拭く
とコーティング層が摩耗したり、剥離するなどの問題が
あった。

【０００９】そこで、本発明は、上記の問題点を解消
し、撥水性及び撥油性を有し、機械的強度が高い硬質膜
で被覆したインクジェット記録ヘッド及びその製造方法
を提供しようとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、次の構成を採
用することにより、上記の課題の解決を可能にしたもの
である。 (1) インク吐出口表面をアモルファス窒化珪素膜で被覆
したことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。

【００１１】(2) 前記アモルファス窒化珪素膜最表面の
ＸＰＳ測定による元素組成比Ｎ／Ｓｉが０．８以上で、
元素組成比Ｏ／Ｓｉが０．９以下であることを特徴とす
る上記(1) 記載のインクジェット記録ヘッド。 (3) 前記アモルファス窒化珪素膜表面の純水との接触角
が８５°以上であることを特徴とする上記(1) 又は(2)
記載のインクジェット記録ヘッド。

【００１２】(4) インクジェット記録ヘッドのインク吐
出口をアモルファス窒化珪素膜で被覆した後、前記膜を
窒素ガスプラズマで処理することを特徴とするインクジ
ェット記録ヘッドの製造方法。 (5) インクジェット記録ヘッドのインク吐出口表面に、
水素化珪素及び／又はハロゲン化珪素と窒素からなる原
料ガスを用いてアモルファス窒化珪素膜を形成すること
を特徴とする上記(4) 記載のインクジェット記録ヘッド
の製造方法。

【００１３】

【作用】本発明では、インクジェット記録ヘッドのイン
ク吐出口をアモルファス窒化珪素膜で被覆し、好ましく
は、前記膜を窒素ガスプラズマで処理することにより、
表面エネルギーを低下させ、インクの付着を防止し、吐
出安定性を確保できるようにした。特に、皮膜最表面の
ＸＰＳ測定（Ｘ線光電子分光法）による元素組成比Ｎ／
Ｓｉを０．８以上にすることにより、皮膜の硬度及び密
度を高くすることができ、また、元素組成比Ｏ／Ｓｉを
０．９以下にすることにより、皮膜の密度を高くするこ
とができる。そして、これらの条件により均質で安定な
アモルファスシリコン窒化珪素膜を得ることができる。
特に、元素組成比Ｎ／Ｓｉを０．９〜１．５の範囲にす
ることにより、皮膜の強度を非常に高くすることがで
き、耐久性を向上させることができる。また、元素組成
比Ｏ／Ｓｉを０〜０．８の範囲にすることにより、イン
クの付着性をより小さくすることができる。

【００１４】インクジェット記録ヘッドは、通常の方法
で形成される。例えば、シリコンをエッチングして回路
を形成し、さらに、ポリイミド当の樹脂で上層部を接着
することにより形成される。

【００１５】インクジェット記録ヘッドのインク吐出口
へのアモルファス窒化珪素膜の形成は、水素を添加せず
に、ＳｉＨ₄ 、Ｓｉ₂ Ｈ₆ 等の水素化ケイ素及び／又は
ＳｉＨ₃ Ｆ、ＳｉＨ₂ Ｆ₂ 、ＳｉＨＦ₃ 、ＳｉＦ₄ 等の
ハロゲン化ケイ素ガスと窒素ガスを原料ガスにしてプラ
ズマＣＶＤ法によるグロー放電分解法、スパッタリング
法、イオンプレーティング法、真空蒸着法等により形成
することができる。

【００１６】以下、グロー放電分解法を例にして説明す
る。グロー放電分解法は、直流放電、交流放電のいずれ
を採用してもよく、成膜条件としては、周波数０〜５Ｇ
Ｈｚ、反応器内圧０．００１〜１３３３Ｐａ（１０^-5〜
１０Ｔｏｒｒ）、放電電力１０〜３０００Ｗであり、ヘ
ッドの温度は３０〜３００℃の範囲で適宜設定すること
ができる。膜厚は、放電時間の調整により適宜設定する
ことができる。

【００１７】アモルファス窒化珪素膜と純水との接触角
は、８５°以上、好ましくは９０〜１４０°、より好ま
しくは９５〜１４０°の範囲が適している。接触角が８
５°を下回ると、インクが記録ヘッド表面に残留しやす
く、吐出方向の乱れやドットサイズの変動を生じやす
い。

【００１８】

【実施例】

〔実施例１〕図１及び２に示したインクジェット記録ヘ
ッドの吐出口表面にアモルファス窒化珪素膜を形成し
た。インクジェット記録ヘッドは４００ＤＰＩ（dot pe
r inch：ドット密度）であり、これに対応するピッチは
６３．５μｍで、１２８個のノズルが配列されている。

【００１９】上記ヘッドを反応器にセットして真空排気
しながら２１０℃まで加熱した後、シラン及び窒素の混
合ガスを導入し、グロー放電分解によりヘッドの表面に
膜厚０．５μｍのアモルファス窒化珪素膜を形成した。
その際の成膜条件は次のとおりである。 １００％シランガス流量：１００ｃｍ³ ／ｍｉｎ １００％窒素ガス流量：２００ｃｍ³ ／ｍｉｎ 反応器内圧：６６．７Ｐａ 放電電力：４００Ｗ 放電時間：１０ｍｉｎ 放電周波数：１３．５６ＭＨｚ ヘッドの温度：２５０℃

【００２０】得られたインクジェット記録ヘッドは、そ
の表面の純水との接触角が６６°であった。また、最表
面の組成比（ＸＰＳで測定）は、Ｎ／Ｓｉが０．７、Ｏ
／Ｓｉが１．２であった。このインクジェット記録ヘッ
ドに、水６０ｗｔ％、ジエチレングリコール３８ｗｔ
％、染料２ｗｔ％で構成される水性インクを用いて噴射
テストを行ったところ、吐出の方向の乱れやドットサイ
ズの変動は初期には観測されなかったが、吐出時間を長
くしたときに（例えば、１日）、ドットサイズの変動が
観測された。なお、この水性インクの粘度は３ｃｐ、表
面張力は４０ｄｙｎｅ／ｃｍである。

【００２１】〔実施例２〕実施例１と同様な構成のイン
クジェット記録ヘッドを反応器にセットし、真空排気し
ながら２１０℃まで加熱した後、シラン及び窒素の混合
ガスを導入し、グロー放電分解によりヘッドの表面に膜
厚０．５μｍのアモルファス窒化珪素膜を形成した。そ
の際の成膜条件は次のとおりである。 １００％シランガス流量：１０ｃｍ³ ／ｍｉｎ １００％窒素ガス流量：２００ｃｍ³ ／ｍｉｎ 反応器内圧：６６．７Ｐａ 放電電力：４００Ｗ 放電時間：１０ｍｉｎ 放電周波数：１３．５６ＭＨｚ ヘッドの温度：２５０℃

【００２２】次いで、反応器を十分に排気した後、窒素
ガスを導入し、グロー放電させて表面処理を行った。そ
の際の処理条件は次のとおりである。 １００％窒素ガス流量：３００ｃｍ³ ／ｍｉｎ 反応器内圧：６６．７Ｐａ 放電電力：４００Ｗ 放電時間：１０ｍｉｎ

【００２３】得られたインクジェット記録ヘッドは、そ
の表面の純水との接触角が１２０°であった。また、最
表面の組成比（ＸＰＳで測定）は、Ｎ／Ｓｉが１．０、
Ｏ／Ｓｉが０．７であった。このインクジェット記録ヘ
ッドに、水６０ｗｔ％、ジエチレングリコール３８ｗｔ
％、染料２ｗｔ％で構成される水性インクを用いて噴射
テストを行ったところ、吐出の方向の乱れやドットサイ
ズの変動は吐出時間を長くしても（１日）観測されなか
った。また、摩耗特性も良好であった。なお、この水性
インクの粘度は３ｃｐ、表面張力は４０ｄｙｎｅ／ｃｍ
である。

【００２４】

【発明の効果】本発明は、上記の構成を採用することに
より、吐出されるインクの方向性、吐出速度、ドットサ
イズが一定であり、長期にわたり高品位な記録を行うこ
とができるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】インクジェット記録ヘッドの模式的断面図であ
る。

【図２】図１のヘッドチップの拡大断面図である。

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク吐出口表面をアモルファス窒化珪
   素膜で被覆したことを特徴とするインクジェット記録ヘ
   ッド。
2. 【請求項２】 前記アモルファス窒化珪素膜最表面の元
   素組成比Ｎ／Ｓｉが０．８以上、Ｏ／Ｓｉが０．９以下
   であることを特徴とする請求項１記載のインクジェット
   記録ヘッド。
3. 【請求項３】 前記アモルファス窒化珪素膜表面の純水
   との接触角が８５°以上であることを特徴とする請求項
   １又は２記載のインクジェット記録ヘッド。
4. 【請求項４】 インクジェット記録ヘッドのインク吐出
   口をアモルファス窒化珪素膜で被覆した後、前記膜を窒
   素ガスプラズマで処理することを特徴とするインクジェ
   ット記録ヘッドの製造方法。
5. 【請求項５】 インクジェット記録ヘッドのインク吐出
   口表面に、水素化珪素及び／又はハロゲン化珪素と窒素
   からなる原料ガスを用いてアモルファス窒化珪素膜を形
   成することを特徴とする請求項４記載のインクジェット
   記録ヘッドの製造方法。