JP5085484B2

JP5085484B2 - 撥液膜形成方法、ノズルプレート、インクジェットヘッド、及び電子機器

Info

Publication number: JP5085484B2
Application number: JP2008245522A
Authority: JP
Inventors: 浩幹内山
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2008-09-25
Filing date: 2008-09-25
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2028-09-25
Also published as: JP2010076182A

Description

本発明は、撥液膜形成方法、ノズルプレート、インクジェットヘッド、及び電子機器に係り、特に、孔部を有する基材の表面に撥液性を有する撥液膜を形成する技術に関するものである。

インクジェット記録装置で用いられる記録ヘッド（インクジェットヘッド）では、ノズルプレートの表面（特にノズルの開口周辺部）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、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するために、ノズルプレート（以下、「ノズル形成基板」ともいう。）の表面に撥液膜を形成する方法が各種提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特許文献１には、ノズル形成基板（基材）の表面にプラズマ重合膜で構成される中間層（下地層）を形成する第１の工程と、露点が−４０〜２０℃であるガス雰囲気下で、中間層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第２の工程と、酸化処理が施された中間層に撥液膜を形成する第３の工程とを有する方法が記載されている。

特許文献２には、ノズル形成基板の全体（表面及びノズル孔の内壁面を含む）に撥液膜を形成した後、ノズル形成基板の表面側（即ち、撥液膜上）に再剥離型アクリル系粘着剤を有するマスキングテープを貼り付け、当該マスキングテープを貼り付けた状態でノズル形成基板の裏面側からプラズマ処理してノズル孔の内壁面の撥液膜を除去し、ノズル形成基板からマスキングテープを剥離する方法が記載されている。

特許文献３には、ノズル形成基板（ノズル板）の表面をマスキングテープ（被覆材）で被覆する工程と、ノズル孔内に充填材を充填する工程と、マスキングテープを除去する工程と、ノズル形成基板の表面に撥液膜（撥インク性樹脂皮膜）を形成する工程と、充填材を除去する工程とからなる方法が記載されている。
特開２００８−１０５２３１号公報特開２００７−２６１０７０号公報特開２０００−１０８３５９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、ノズル形成基板にノズル孔が形成されているため、該ノズル形成基板の表面にプラズマ重合膜で構成される中間層（下地層）を形成する際、ノズル孔の内壁面にも中間層（プラズマ重合膜）が形成されてしまい、その中間層の表面に撥液膜が形成されると、本来親液性が要求されるノズル孔の内壁面の一部（又は全部）に撥液性がもたられることになる。その結果、ノズル毎にインクの吐出性能がばらついてしまい、信頼性の低下を招いてしまう。

また、特許文献１に記載の方法では、ノズル形成基板の構成材料の１つとしてシリコン系材料が用いられているが、シリコン系材料で構成されるノズル形成基板（即ち、シリコン基板）に対して酸素プラズマ処理が行われると、シリコン露出面が酸化されてしまい、シロキサン結合が形成しやすくなる。このため、中間層（プラズマ重合膜）の有無にかかわらず、ノズル孔の内壁面に撥液膜が形成されてしまうことになり、上述と同様の問題を引き起こす。

一方、特許文献２に記載の方法では、ノズル形成基板の表面に撥液膜が直接形成されているため、ノズル形成基板に対する撥液膜の密着性は低く、耐擦性の面で問題がある。

また、特許文献２に記載の方法では、図６（ａ）に示すように、ノズル形成基板９００の表面（図６において上面）及びノズル孔９０２の内壁面に撥液膜９０４を形成した後、ノズル形成基板９００の表面側（即ち、撥液膜９０４上）にマスキングテープ９０６を貼り付けて、ノズル形成基板の裏面（図６において下面）側からプラズマ処理を行ってノズル孔９０２における撥液膜９０４を除去する際、プラズマ処理による除去が進みすぎると、図６（ｂ）に示すように、ノズル孔９０２の開口周辺部９０２ａの撥液膜９０４までも過剰に除去されてしまい、インクの吐出性能及び信頼性を低下させる要因となる。

更に、特許文献２に記載の方法では、ノズル形成基板の表面に形成された撥液膜上にマスキングテープを貼る場合、撥液膜の特性からマスキングテープが撥液膜に完全に密着しない場合があり、その結果、撥液性にムラが生じやすいという問題もある。

また、特許文献１に記載の方法と特許文献２に記載の方法とを組み合わせても、以下のような問題がある。

まず、特許文献１及び特許文献２を組み合わせた方法について、図７を参照しながら説明する。

まず、ノズル形成基板９００の表面にプラズマ重合膜で構成される中間層９１０を形成する（図７（ａ））。このとき、ノズル形成基板９００にノズル孔９０２が形成されているため、ノズル孔９０２の内壁面にも中間層（プラズマ重合膜）９１０が形成される。

次に、ノズル形成基板９００の表面側（即ち、中間層９１０上）にマスキングテープ９０６を貼り付けて、ノズル形成基板９００の裏面側から酸素プラズマ処理を行い、ノズル孔９０２における中間層（プラズマ重合膜）９１０を除去する（図７（ｂ））。そして、ノズル形成基板９００からマスキングテープ９０６を剥離する。

次に、中間層９１０に酸化処理を施し、水酸基及び／又は吸着水を導入した後、酸化処理が施された中間層９１０に撥液膜９０４を形成する（図７（ｃ））。このとき、ノズル形成基板９００がシリコン系材料で構成される場合には、上述のとおり、酸素プラズマ処理が行われると、シリコン露出面が酸化されてしまい、シロキサン結合が形成しやくなる。その結果、ノズル孔９０２の内壁面にも撥液膜９０４が形成されてしまう。

次に、ノズル形成基板９００の表面側（即ち、撥液膜９０４上）にマスキングテープ９１２を貼り付けて、ノズル形成基板９００の裏面側から酸素プラズマ処理を行い、ノズル孔９０２の内壁面に付着している撥液膜９０４を除去する（図７（ｄ））。そして、ノズル形成基板９００からマスキングテープ９１２を剥離する。

こうして、ノズル形成基板９００の表面に中間層（プラズマ重合膜）９１０を挟んで撥液膜９０４を形成することができる（図７（ｅ））。

このような方法によれば、ノズル形成基板９００の表面側に形成される撥液膜９０４の密着性が高く、また、ノズル孔９０２の内壁面に形成される中間層９１０や撥液膜９０４は酸素プラズマ処理によって確実に除去されるので、インクの吐出性能及び信頼性の向上を期待することができる。

しかしながら、上記方法では、製造プロセスの増加や複雑化を招くことなり、結果的にコストアップを招く要因となる。また、図７（ｂ）に示すように、中間層９１０上に貼り付けたマスキングテープ９０６を剥離する際、中間層９１０の表面にテープ残渣が残り、その結果、撥液膜９０４の密着性、均一性を低下させてしまう。同様に、図７（ｄ）に示すように、撥液膜９０４上に貼り付けたマスキングテープ９１２を剥離する際、撥液膜９０４の表面にテープ残渣が残り、その結果、吐出面における均一な撥液性が損なわれ、インクの吐出性能やメンテナンス性を低下させてしまう。更に、ノズル孔９０２の内壁面に形成された中間層９１０や撥液膜９０４を除去する際、プラズマ処理による過剰な除去によって、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、ノズル孔９０２の開口周辺部における中間層９１０や撥液膜９０４を除去してしまい、インクの吐出性能及び信頼性の低下をもたらす要因となる。

また、ノズル孔の内壁面に中間層（プラズマ重合膜）や撥液膜が形成されるのを防止するために、特許文献３に記載の方法の如く、中間層や撥液膜を形成する前に、ノズル形成基板の裏面側（吐出面側と反対側）から充填剤を充填しておく方法も考えられるが、充填剤の硬化のための紫外線照射による対象物の形状限定や、熱処理による対象物の素材限定などの問題が生じる。また、充填剤を充填する方法では、保護膜を形成する方法に比べて、材料消費の面で不利である。更に、撥液膜形成後に充填剤を除去する際に、完全な除去が困難であり、且つ、有機溶剤等の環境に影響のある薬液を使用する必要があるという問題もある。

また、図９に示すように、複数のノズル孔９０２に連通するインク流路９２０から充填剤を投入して、各ノズル孔９０２に充填剤を充填する場合、インク流路９２０から離れた遠端側（図９において右側）のノズル孔９０２には充填剤が十分に充填されなかったり、近端側（図９において左側）のノズル孔９０２から充填剤がはみだしたりする可能性がある。このように、各ノズル孔９０２に充填剤が均一に充填されないと、ノズル毎に撥液特性が異なり、その結果、インクの吐出性能及び信頼性の低下を招く要因となる。

また、ノズル孔の内壁面に付着したフッ素樹脂を除去する方法として、撥液膜を有するノズル形成基板の表面側にシリコーンゴムやフッ素ゴムからなる弾性体板を貼付した後、プラズマ環境にさらしてノズル孔内部及びノズル形成基板裏面側の撥液膜を除去する方法や、撥液膜を有するノズル形成基板の表面をドライフィルムでマスキングし、プラズマ環境にさらしてノズル孔内部及びノズル形成基板裏面側の撥液膜を除去し、その後、酢酸ブチルによってドライフィルムを溶解除去する方法等がある。撥液膜を有するノズル形成基板表面にシリコーンゴムやフッ素ゴムからなる弾性体板を貼付する技術を採用すると生産性が悪く、また、酢酸ブチルによってドライフィルムを溶解除去する方法を採用すると、環境負荷の問題が生じる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、孔部を有する基板（ノズル形成基板など）の表面側に、密着性が高く、耐擦性に優れる撥液膜を均一に形成することができ、生産性を向上させることができる撥液膜形成方法を提供することを目的とする。

また、前記撥液膜方法により形成された撥液膜を備え、インクの吐出性能及び信頼性に優れたノズルプレート、インクジェットヘッド、及び電子機器を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明に係る撥液膜形成方法（請求項１に記載の発明）は、孔部を有する基材の表面に撥液性を有する撥液膜を形成する撥液膜形成方法であって、前記基材の表面にマスキングテープを貼り付け、前記孔部の内壁面に窒素含有化合物からなる保護膜を形成し、前記マスキングテープを除去する保護膜形成工程と、前記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、前記中間層に酸化処理を施し、水酸基及び又は吸着水を導入する酸化処理工程と、前記酸化処理が施された前記中間層に前記撥液膜を形成する撥液膜形成工程と、を含み、前記中間層及び／又は前記撥液膜はプラズマ重合法によって形成され、前記中間層及び／又は前記撥液膜の形成と同時に前記保護膜の除去が行われ、前記撥液膜の形成完了まで保護膜が残存することを特徴とする。

本発明によれば、中間層及び撥液膜を形成する前に孔部の内壁面に窒素含有化合物からなる保護膜が形成されるので、孔部の内壁面に中間層及び撥液膜が形成されるのを防ぎつつ、密着性が高く、耐擦性に優れる撥液膜を基材の表面側に均一に形成することができる。また、中間層及び／又は撥液膜の形成と同時に保護膜の除去が行われ、撥液膜の形成完了まで保護膜が残存するので、生産性を向上させることができる。

なお、本明細書において、「Ａ及び／又はＢ」とは「Ａ及びＢの少なくとも一方」を意味する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の撥液膜形成方法の一態様に係り、前記撥液膜の形成完了と同時に前記保護膜の全てが除去されることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の撥液膜形成方法の一態様に係り、前記保護膜形成工程は、前記撥液膜の形成完了と同時に前記保護膜の全てが除去されるように、前記保護膜に必要な膜厚を算出し、該膜厚を有する保護膜を形成することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撥液膜形成方法の一態様に係り、前記保護膜、前記中間層、及び前記撥液膜はプラズマ重合法によって形成されるとともに、前記中間層はプラズマ照射によって酸化処理が行われることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の撥液膜形成方法の一態様に係り、前記保護膜、前記中間層、及び前記撥液膜の形成、並びに前記中間層の酸化処理は、同一のプラズマ処理装置を用いて行われることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撥液膜形成方法において、前記保護膜は、アセトニトリル膜からなることを特徴とする。

また、前記目的を達成するために、本発明に係るノズルプレート（請求項７に記載の発明）は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撥液膜形成方法によって形成された撥液膜を備えたことを特徴とする。

また、前記目的を達成するために、本発明に係るインクジェットヘッド（請求項８に記載の発明）は、請求項７に記載のノズルプレートを備えたことを特徴とする。

また、前記目的を達成するために、本発明に係る電子機器（請求項９に記載の発明）は、請求項８に記載のインクジェットヘッドを備えたことを特徴とする。

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。

〔インクジェット記録装置の全体構成〕
図１は、本実施形態に係るインクジェット記録装置を示した全体構成図である。同図に示すように、このインクジェット記録装置１０は、インクの色毎に設けられた複数のインクジェットヘッド（以下、単に「ヘッド」ともいう。）１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙを有する印字部１２と、各ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１４と、記録紙１６を供給する給紙部１８と、記録紙１６のカールを除去するデカール処理部２０と、前記印字部１２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１６の平面性を保持しながら記録紙１６を搬送する吸着ベルト搬送部２２と、印字部１２による印字結果を読み取る印字検出部２４と、印画済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部２６と、を備えている。

図１では、給紙部１８の一例としてロール紙（連続用紙）のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。

ロール紙を使用する装置構成の場合、図１のように、裁断用のカッター２８が設けられており、該カッター２８によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター２８は、記録紙１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃２８Ａと、該固定刃２８Ａに沿って移動する丸刃２８Ｂとから構成されており、印字裏面側に固定刃２８Ａが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃２８Ｂが配置されている。なお、カット紙を使用する場合には、カッター２８は不要である。

複数種類の記録紙を利用可能な構成にした場合、紙の種類情報を記録したバーコードあるいは無線タグ等の情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される用紙の種類を自動的に判別し、用紙の種類に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御を行うことが好ましい。

給紙部１８から送り出される記録紙１６はマガジンに装填されていたことによる巻き癖が残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部２０においてマガジンの巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム３０で記録紙１６に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。

デカール処理後、カットされた記録紙１６は、吸着ベルト搬送部２２へと送られる。吸着ベルト搬送部２２は、ローラー３１、３２間に無端状のベルト３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する部分が平面をなすように構成されている。

ベルト３３は、記録紙１６の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔（不図示）が形成されている。図１に示したとおり、ローラー３１、３２間に掛け渡されたベルト３３の内側において印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバー３４が設けられており、この吸着チャンバー３４をファン３５で吸引して負圧にすることによってベルト３３上の記録紙１６が吸着保持される。

ベルト３３が巻かれているローラー３１、３２の少なくとも一方にモータ（不図示）の動力が伝達されることにより、ベルト３３は図１において、時計回り方向に駆動され、ベルト３３上に保持された記録紙１６は、図１の左から右へと搬送される。

縁無しプリント等を印字するとベルト３３上にもインクが付着するので、ベルト３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部３６が設けられている。ベルト清掃部３６の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、あるいはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラー線速度を変えると清掃効果が大きい。

なお、吸着ベルト搬送部２２に代えて、ローラー・ニップ搬送機構を用いる態様も考えられるが、印字領域をローラー・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面にローラーが接触するので、画像が滲み易いという問題がある。従って、本例のように、印字領域では画像面と接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。

吸着ベルト搬送部２２により形成される用紙搬送路上において印字部１２の上流側には、加熱ファン４０が設けられている。加熱ファン４０は、印字前の記録紙１６に加熱空気を吹きつけ、記録紙１６を加熱する。印字直前に記録紙１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。

印字部１２は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙搬送方向（副走査方向）と直交する方向（主走査方向）に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている。印字部１２を構成する各ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙは、本インクジェット記録装置１０が対象とする最大サイズの記録紙１６の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口（ノズル）が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている（図２参照）。

記録紙１６の搬送方向（紙搬送方向）に沿って上流側（図１の左側）から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に各色インクに対応したヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙが配置されている。記録紙１６を搬送しつつ各ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙからそれぞれ色インクを吐出することにより記録紙１６上にカラー画像を形成し得る。

このように、紙幅の全域をカバーするフルラインヘッドがインク色毎に設けられてなる印字部１２によれば、紙搬送方向（副走査方向）について記録紙１６と印字部１２を相対的に移動させる動作を一回行うだけで（すなわち、一回の副走査で）記録紙１６の全面に画像を記録することができる。これにより、ヘッドが紙搬送方向と直交する方向（主走査方向）に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。

なお本例では、ＫＣＭＹの標準色（４色）の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態には限定されず、必要に応じて淡インク、濃インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタ等のライト系インクを吐出するヘッドを追加する構成も可能である。

図１に示したように、インク貯蔵／装填部１４は、各ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙに対応する色のインクを貯蔵するタンクを有し、各タンクは図示を省略した管路を介して各ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙと連通されている。また、インク貯蔵／装填部１４は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段（表示手段、警告音発生手段等）を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。

印字検出部２４は、印字部１２の打滴結果を撮像するためのイメージセンサ（ラインセンサ等）を含み、該イメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりその他の吐出不良をチェックする手段として機能する。

本例の印字検出部２４は、少なくとも各ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙによるインク吐出幅（画像記録幅）よりも幅の広い受光素子列を有するラインセンサで構成される。このラインセンサは、赤（Ｒ）の色フィルタが設けられた光電変換素子（画素）がライン状に配列されたＲセンサ列と、緑（Ｇ）の色フィルタが設けられたＧセンサ列と、青（Ｂ）の色フィルタが設けられたＢセンサ列とからなる色分解ラインＣＣＤセンサで構成されている。なお、ラインセンサに代えて、受光素子が二次元配列されて成るエリアセンサを用いることも可能である。

印字検出部２４は、各色のヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙにより印字されたテストパターンを読み取り、各ヘッドの吐出検出を行う。吐出判定は、吐出の有無、ドットサイズの測定、ドット着弾位置の測定等で構成される。

印字検出部２４の後段には、後乾燥部４２が設けられている。後乾燥部４２は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹きつける方式が好ましい。

多孔質のペーパに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパの孔を塞ぐことでオゾンなど、染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぐことで画像の耐候性がアップする効果がある。

後乾燥部４２の後段には、加熱・加圧部４４が設けられている。加熱・加圧部４４は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラー４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。

このようにして生成されたプリント物は、排紙部２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置１０では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部２６Ａ、２６Ｂへと送るために排紙経路を切り換える選別手段（不図示）が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター（第２のカッター）４８によってテスト印字の部分を切り離す。カッター４８は、排紙部２６の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に、本画像とテスト印字部を切断するためのものである。カッター４８の構造は前述した第１のカッター２８と同様であり、固定刃４８Ａと丸刃４８Ｂとから構成されている。

また、図示を省略したが、本画像の排出部２６Ａには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられている。

〔ヘッドの構造〕
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。

図３（ａ）は、ヘッド５０の構造例を示す平面透視図であり、図３（ｂ）は、その一部の拡大図である。また、図３（ｃ）は、ヘッド５０の他の構造例を示す平面透視図である。図４は、インク室ユニットの立体的構成を示す断面図（図３（ａ）、（ｂ）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、ヘッド５０におけるノズルピッチを高密度化する必要がある。本例のヘッド５０は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、インク滴の吐出孔であるノズル５１と、各ノズル５１に対応する圧力室５２等からなる複数のインク室ユニット５３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紙１６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３（ａ）の構成に代えて、図３（ｃ）に示すように、複数のノズル５１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）５０’を千鳥状に配列して繋ぎ合わせることで記録紙１６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４に示すように、各ノズル５１は、ヘッド５０のインク吐出面５０ａを構成するノズルプレート６０に形成されている。ノズルプレート６０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。

また、ノズルプレート６０の表面（インク吐出側の面）には、インクの付着を防止するために、インクに対して撥液性を有する撥液膜６２が形成されている。このような撥液膜６２の形成方法については、後で説明する。

各ノズル５１に対応して設けられている圧力室５２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５１と供給口５４が設けられている。各圧力室５２は供給口５４を介して共通流路５５と連通されている。共通流路５５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５５を介して各圧力室５２に分配供給される。

圧力室５２の天面を構成し共通電極と兼用される振動板５６には個別電極５７を備えた圧電素子５８が接合されており、個別電極５７に駆動電圧を印加することによって圧電素子５８が変形してノズル５１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５５から供給口５４を通って新しいインクが圧力室５２に供給される。

本例では、ヘッド５０に設けられたノズル５１から吐出させるインクの吐出力発生手段として圧電素子５８を適用したが、圧力室５２内にヒータを備え、ヒータの加熱による膜沸騰の圧力を利用してインクを吐出させるサーマル方式を適用することも可能である。

かかる構造を有するインク室ユニット５３を図３（ｂ）に示す如く、主走査方向に沿う行方向及び主走査方向に対して直交しない一定の角度θを有する斜めの列方向に沿って一定の配列パターンで格子状に多数配列させることにより、本例の高密度ノズルヘッドが実現されている。

即ち、主走査方向に対してある角度θの方向に沿ってインク室ユニット５３を一定のピッチｄで複数配列する構造により、主走査方向に並ぶように投影されたノズルのピッチＰはｄ× cosθとなり、主走査方向については、各ノズル５１が一定のピッチＰで直線状に配列されたものと等価的に取り扱うことができる。このような構成により、主走査方向に並ぶように投影されるノズル列が１インチ当たり2400個（2400ノズル／インチ）におよぶ高密度のノズル構成を実現することが可能になる。

なお、本発明の実施に際して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、本発明の適用範囲はライン型ヘッドによる印字方式に限定されず、記録紙１６の幅方向（主走査方向）の長さに満たない短尺のヘッドを記録紙１６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記録紙１６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、次の印字領域の記録紙１６の幅方向の印字を行い、この動作を繰り返して記録紙１６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。

〔撥液膜形成方法〕
次に、本発明に係る撥液膜形成方法の一例について説明する。

図５は、本発明に係る撥液膜形成方法を説明するための工程図である。ここでは、図５（ｇ）に示すように、ノズル形成基板１００（図４のノズルプレート６０に相当）の表面側（インク吐出面側）に撥液膜１１０（図４の撥液膜６２に相当）を形成する場合について説明する。

本発明に係る撥液膜形成方法は、（１）ノズル形成基板１００のノズル孔１０２の内壁面に保護膜１０６を形成する保護膜形成工程と、（２）ノズル形成基板１００の表面にプラズマ重合膜で構成される中間層１０８を形成する中間層形成工程と、（３）ノズル形成基板１００の表面に形成された中間層（プラズマ重合膜）１０８に酸化処理を施す酸化処理工程と、（４）酸化処理が施された中間層１０８の表面に撥液膜１１０を形成する撥液膜形成工程とで構成される。以下、各工程について詳しく説明する。

（１）保護膜形成工程
まず、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、ノズル孔１０２を有するノズル形成基板１００の表面側（インク吐出面側）にマスキングテープ等の吐出面保護部材１０４を貼り付ける。

ノズル形成基板１００におけるノズル孔１０２の形状は、特に限定されるものではないが、インク吐出方向（図５において上方向）に向かって先細となるテーパ状、或いは、漏斗状（図５では漏斗状のノズル孔を一例として図示）に構成されることが、吐出安定化を図る観点から好ましい。

また、ノズル形成基板１００を構成する材料は、特に限定されるものではないが、シリコン系材料、金属系材料、酸化物材料、炭素系材料、樹脂系材料で構成されることが好ましく、その中でもシリコン系材料が特に好ましい。後述する酸化処理工程において酸素プラズマ照射による酸化処理が行われる場合でも、ノズル孔１０２の内壁面に保護膜１０６が形成されているので、ノズル形成基板１００がシリコン系材料で構成される場合（いわゆるシリコン基板が用いられる場合）であっても、シリコン露出面が酸化されることがない。このため、シロキサン結合が形成されることがなく、ノズル孔１０２の内壁面に撥液膜１１０が形成されるのを防止することができる。

吐出面保護部材１０４として、基材の表面に再剥離型アクリル系粘着剤を有するマスキングテープを用いる態様が好ましい。この場合、弾性体板を貼付する技術ではなく、マスキングテープを貼り付ける技術を採用しているので生産性が高く、酢酸ブチル等の溶剤を用いないので環境負荷の問題が生じず、また、基材の表面に再剥離型アクリル系粘着剤を有するマスキングテープを用いているのでマスキングテープの剥離が容易であり、この点でも生産性が高い。

また、基材がポリエステルフィルム又はポリエチレンフィルムであるマスキングテープを用いる態様が好ましい。本発明の撥液膜形成方法においては、マスキングテープの基材として種々の材質のものを用いることができるが、マスキングテープの基材としてポリエステルフィルム又はポリエチレンフィルムを用いることにより、プラズマ処理の影響を受けても強度を維持できる。

このようにして吐出面保護部材１０４をノズル形成基板１００の表面に貼り付けた後、図５（ｃ）に示すように、ノズル孔１０２の内壁面に保護膜１０６を成膜する。

保護膜１０６としては、中間層１０８及び撥液膜１１０の形成完了まで（図５（ｇ）参照）、ノズル孔１０２の内壁面に存在できる程度のプラズマ耐性、並びに撥液膜形成材料と反応しない表面を有するものを選定する必要がある。

特に本実施形態においては、保護膜１０６として、撥液膜１１０とシロキサン結合しないものが好ましく、例えば、アセトニトリル、エチレンジアミン等の窒素含有化合物が好適である。

保護膜１０６の成膜方法は、特に限定されるものではないが、プラズマ重合法、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法などのドライプロセス法が好適である。ドライプロセス法で保護膜１０６を成膜することにより、ノズル孔１０２などの微細な流路の内壁面にも均一に成膜でき、且つその後の除去も容易である。

これらの中でも、プラズマ重合法が特に好ましい。後述するように、保護膜形成から撥液膜形成まで全ての工程を１つのプラズマ処理装置で処理することができ、信頼性、生産性を向上させることができる。

プラズマ重合法は、基板が設置された真空チャンバ内に電界を発生させるとともに、モノマーをガス状でキャリアガスとともに供給し、発生したプラズマをプラズマ重合により基板の表面に成膜する方法である。

例えば、アセトニトリルで構成される保護膜（アセトニトリル膜）をプラズマ重合法で成膜する場合、プラズマ重合膜の重合方式として、ＲＦ電源、外部電極方式によるアフターグロー（After glow）方式を使用し、プラズマ処理装置を用いて、流速：２０ｃｍ³／ｍｉｎ、ＲＦ：２００Ｗの条件下で３分間、シリコン基板上にアセトニトリルをモノマーとしてプラズマ重合膜を成膜することにより、１５４ｎｍの膜厚を有する保護膜（アセトニトリル膜）を得ることができる。なお、膜厚測定には、エリプソンメーターを用いて測定した。

このように保護膜１０６をノズル孔１０２の内壁面に形成することにより、この後に形成される中間層１０８や撥液膜１１０がノズル孔１０２の内壁面に成膜されるのを防止することができる。

また、上述したように、保護膜１０６として、プラズマ重合法でアセトニトリル膜を成膜する場合には、アセトニトリル膜の表面に高密度のアミノ基が形成され、中間層や撥液膜にシリコーン材料を使用しても、アセトニトリル膜にシロキサン結合が形成されないので、保護膜（アセトニトリル膜）表面上に中間層や撥液膜が成膜されるのを防ぐことができる。

ところで、プラズマ重合法では、電圧等の成膜条件によって、成膜反応が優先的進行する場合と、エッチング反応が優先的に進行する場合があり、後工程においてプラズマ重合法で中間層１０８や撥液膜１１０を形成（成膜）する際、これらの形成と同時に保護膜１０６を除去することが可能である。

そこで、本実施形態では、保護膜形成工程にて保護膜１０６を形成する際、撥液膜１１０の形成完了まで保護膜１０６が残存するように（より好ましくは、撥液膜１１０の形成完了と同時に保護膜１０６の全てが除去されるように）、保護膜１０６のエッチングレートから必要な膜厚を算出し、当該膜厚を有する保護膜１０６を形成する態様が好ましい。

このようにしてノズル孔１０２の内壁面に保護膜１０６を形成した後、図５（ｄ）に示すように、吐出面保護部材（マスキングテープ）１０４を除去する。

（２）中間層形成工程
次に、図５（ｅ）に示すように、ノズル形成基板１００の表面にプラズマ重合膜で構成される中間層１０８を成膜する。

中間層（プラズマ重合膜）１０８の構成材料や形成方法（成膜方法）については、特開２００８−１０５２３１号公報明細書に記載されている材料、方法を好ましく用いることができる。

即ち、中間層１０８の構成材料としては、例えば、オルガノポリシロキサン等のシリコーン材料、アルコキシシラン等のシラン化合物が挙げられる。このうち、シリコーン材料が好ましく、オルガノポリシロキサンが特に好ましい。中間層１０８にオルガノポリシロキサンを用いることにより、シロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ）を骨格とした構造を有するので、ノズル形成基板１００の構成材料（シリコン系材料など）と結合しやすく、容易にプラズマ重合膜を形成することができる。

オルガノポリシロキサンの中でも、アルキルポリシロキサンを用いることが好ましい。アルキルポリシロキサンは高分子化合物であるため、ノズル形成基板１００上に高分子膜を形成することができる。また、高分子中にアルキル基を有するため、高分子構造に立体障害が少なく、分子が規則正しく配列した膜を形成することができる。また、アルキルポリシロキサンの中でも、特にジメチルポリシロキサンが好ましい。ジメチルポリシロキサンは、製造が容易なため、容易に入手することができる。また、反応性が高いため、後述するような酸化処理を中間層１０８に施したときに、メチル基を簡単に切断することができる。

また、中間層（プラズマ重合膜）１０８の形成方法としては、プラズマ重合法、蒸着法、シランカップリング剤による処理、ポリオルガノシロキサンを含有する液状材料による処理等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。

これらの方法の中でも、プラズマ重合法を用いるのが好適である。プラズマ重合法を用いることにより、オルガノポリシロキサンのプラズマが発生するため、均質かつ均一な膜厚の中間層（プラズマ重合膜）１０８を形成することができる。

（３）酸化処理工程
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）１０８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。

処理ガスに対する条件や酸化処理の方法などについては、特開２００８−１０５２３１号公報明細書に記載されている条件、方法などを好ましく用いることができる。

即ち、酸化処理の方法として、紫外線、プラズマなどのエネルギー線を照射する方法を適用することができる。この方法によれば、エネルギー線が照射される領域にのみ酸化処理を施すことができるので、ＳｉＯ_２化を効率的に行うことができる。

特に本実施形態においては、エネルギー線を照射する方法の中でも、プラズマ照射を用いて酸化処理を行う方法が好適である。酸化処理としてプラズマ照射を用いる場合、プラズマを発生させるガス種としては、例えば、酸素ガス、窒素ガス、水素、不活性ガス（アルゴンガス、ヘリウムガス等）等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。

プラズマ照射を行う雰囲気は、大気中または減圧状態のいずれであってもよいが、大気中とするのが好ましい。これにより、アルキル基とＳｉとの結合が切断されるのとほぼ同時に、大気中に存在する酸素分子から酸素原子が効率よく導入されるため、ポリオルガノシロキサンをより迅速にＳｉＯ_２に変化させることができる。

特に、プラズマ照射には、プラズマを発生するガス種として、酸素ガスを含むガスを用いる酸素プラズマ照射を用いるのが好適である。酸素プラズマ照射によれば、酸素プラズマがアルキル基とＳｉとの結合を切断するとともに、Ｓｉと酸素原子との結合に利用されるため、ポリオルガノシロキサンをより確実にＳｉＯ_２に変化させることができる。

また、プラズマ照射は、密閉条件（例えば、チャンバ内）または開放条件のいずれの条件で行ってもよいが、密閉条件とするのが好ましい。これにより、中間層（プラズマ重合膜）１０８が、プラズマ密度のより高い状態で酸化処理されるため、より多くの水酸基を中間層（プラズマ重合膜）１０８に導入することができる。

（４）撥液膜形成工程
次に、図５（ｆ）、（ｇ）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）１０８の表面に撥液膜１１０を形成する。

撥液膜１１０としては、中間層（プラズマ重合膜）１０８とシロキサン結合が可能なもの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。

プラズマ重合膜で構成される撥液膜の形成方法としては、特開２００４−１０６２０３号公報明細書に記載される方法を好ましく用いることができる。即ち、プラズマ重合膜（撥液膜）の形成は、従来公知のプラズマ処理装置を用いて行うことができる。原料としては、液状シロキサンの如き低分子量のシロキサンを気化させたものを原料ガスとして用いる。必要に応じて、この原料ガスにアルゴンやヘリウム等の希ガス、酸素や二酸化炭素等の酸化力を有するガスなどを混合させる。これにより、原料を重合させた状態でノズル形成基板１００に積層することができる。

プラズマ重合膜で構成される撥液膜は、上述のとおり、低分子量のシロキサン（シロキサン結合を有する化合物）を原料とし、これをプラズマ重合させることにより形成されるもので、金属塩に対する耐性に優れており、該金属塩をインク凝集剤として含有する水性前処理液（金属塩溶液）用のノズルプレートの撥液層として最適である。

また、金属アルコキシド系撥液膜の形成方法としては、特開２００８−１０５２３１号公報明細書に記載される方法を好ましく用いることができる。即ち、液相プロセスや気相プロセスのような各種プロセスを用いて行うことができ、その中でも液相プロセスを用いることが好ましく、比較的簡単な工程により、金属アルコキシドで構成される撥液膜を形成することができる。

上述した中間層形成工程や撥液膜形成工程において、プラズマ重合法で中間層１０８及び／又は撥液膜１１０を形成する場合、そのときに使用するプラズマの効果によって、ノズル孔１０２の内壁面に形成した保護膜１０６の除去を中間層１０８及び／又は撥液膜１１０の形成と同時に行うことができる。即ち、１つのプラズマ処理装置で中間層１０８及び／又は撥液膜１１０の成膜及び保護膜１０６の除去が可能となる。

図５（ｄ）〜（ｇ）では、プラズマ重合法で中間層１０８及び撥液膜１１０が形成され、それに伴って、保護膜１０６が徐々に除去され、薄膜化されていく様子を一例として示している。

なお、撥液膜１１０を形成した後、保護膜１０６が全て除去されずに残存している場合には、保護膜除去工程として、保護膜１０６の除去を行えばよい。具体的には、プラズマ処理装置を用いて撥液膜１１０の形成が完了した時点で、当該プラズマ処理装置のモノマー（撥液膜形成材料）の供給を停止して、酸素プラズマのみに変更し、保護膜１０６を除去する。

こうして、図５（ｇ）に示すように、ノズル形成基板１００の表面側（インク吐出面側）に撥液膜１１０を形成することができる。

本実施形態によれば、ノズル形成基板１００の表面に吐出面保護部材（マスキングテープ）１０４を貼り付け、ノズル孔１０２の内壁面に保護膜１０６を形成し、吐出面保護部材１０４を除去した後に、中間層１０８や撥液膜１１０の形成が行われるので、ノズル孔１０２の内壁面に中間層１０８や撥液膜１１０が形成されるのを防ぐことができる。

また、ノズル形成基板１００の表面に形成した中間層（プラズマ重合膜）１０８に酸化処理（好ましくはプラズマ照射による酸化処理）を施し、水酸基及び／又は吸着水を導入し、酸化処理が施された中間層１０８に撥液膜１１０を形成する。これにより、ノズル形成基板１００の表面側に、密着性が高く、耐擦性に優れた撥液膜１１０を均一に形成することができる。

また、中間層１０８及び／又は撥液膜１１０の形成と同時（好ましくは撥液膜１１０の形成完了と同時）にノズル孔１０２の内壁面に形成した保護膜１０６の除去が行われるので、生産性を向上させることができる。

この結果、インクジェットヘッドにおいて重要なインクの吐出性能及び信頼性を向上させることができ、画像品質の向上を図ることが可能となる。

本実施形態において、保護膜１０６、中間層１０８、及び撥液膜１１０をプラズマ重合法で形成するとともに、中間層１０８の酸化処理をプラズマ照射（好ましくは酸素プラズマ）を用いて行う態様が好ましく、保護膜形成工程、中間層形成工程、酸化処理工程、及び撥液膜形成工程の全工程を１つのプラズマ処理装置で処理を行うことができる。これにより、撥液膜形成を一貫した生産工程で行うことが可能となり、生産性、信頼性を向上させることができる。

なお、本発明に係る撥液膜形成方法について、ノズル形成基板に対して撥液膜を形成する場合を一例として説明したが、これに限定されず、インク流路などの孔部が形成された基板（構造体）に撥液膜を形成する場合についても好適に適用することが可能である。

以上、撥液膜形成方法、ノズルプレート、インクジェットヘッド、及び電子機器について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

インクジェット記録装置の概略を示す全体構成図図１に示すインクジェット記録装置の印字部周辺の要部平面図ヘッドの構造例を示す平面透視図図３中IV−IV線に沿う断面図本発明に係る撥液膜形成方法を説明するための工程図特許文献２に記載の方法における問題点を説明するための図特許文献１及び２を組み合わせた方法を説明するための図特許文献１及び２を組み合わせた方法の問題点を説明するための図充填剤を充填する場合の問題点を説明するための図

符号の説明

１０…インクジェット記録装置、５０…ヘッド、５１…ノズル、５２…圧力室、５４…インク供給口、５５…共通液室、５８…圧電素子、６０…ノズルプレート、６２…撥液膜、１００…ノズル形成基板、１０２…ノズル孔、１０４…吐出面保護部材、１０６…保護膜、１０８…中間層、１１０…撥液膜

Claims

孔部を有する基材の表面に撥液性を有する撥液膜を形成する撥液膜形成方法であって、
前記基材の表面にマスキングテープを貼り付け、前記孔部の内壁面に窒素含有化合物からなる保護膜を形成し、前記マスキングテープを除去する保護膜形成工程と、
前記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、
前記中間層に酸化処理を施し、水酸基及び又は吸着水を導入する酸化処理工程と、
前記酸化処理が施された前記中間層に前記撥液膜を形成する撥液膜形成工程と、を含み、
前記中間層及び／又は前記撥液膜はプラズマ重合法によって形成され、
前記中間層及び／又は前記撥液膜の形成と同時に前記保護膜の除去が行われ、前記撥液膜の形成完了まで保護膜が残存することを特徴とする撥液膜形成方法。
請求項１に記載の撥液膜形成方法において、
前記撥液膜の形成完了と同時に前記保護膜の全てが除去されることを特徴とする撥液膜形成方法。
請求項２に記載の撥液膜形成方法において、
前記保護膜形成工程は、前記撥液膜の形成完了と同時に前記保護膜の全てが除去されるように、前記保護膜に必要な膜厚を算出し、該膜厚を有する保護膜を形成することを特徴とする撥液膜形成方法。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撥液膜形成方法において、
前記保護膜、前記中間層、及び前記撥液膜はプラズマ重合法によって形成されるとともに、前記中間層はプラズマ照射によって酸化処理が行われることを特徴とする撥液膜形成方法。
請求項４に記載の撥液膜形成方法において、
前記保護膜、前記中間層、及び前記撥液膜の形成、並びに前記中間層の酸化処理は、同一のプラズマ処理装置を用いて行われることを特徴とする撥液膜形成方法。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撥液膜形成方法において、
前記保護膜は、アセトニトリル膜からなることを特徴とする撥液膜形成方法。
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撥液膜形成方法によって形成された撥液膜を備えたことを特徴とするノズルプレート。
請求項７に記載のノズルプレートを備えたことを特徴とするインクジェットヘッド。
請求項８に記載のインクジェットヘッドを備えたことを特徴とする電子機器。