JP7746005B2 - インクジェットヘッド及びインクジェットプリンタ - Google Patents

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液性を付与している。ノズルプレートの表面に撥液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液膜を形成している。

特開２００７－１０６０２４号公報

本発明が解決しようとする課題は、撥液性に優れた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。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を被覆したプライマー層と、前記プライマー層を被覆し、フッ素化合物を含んだ撥液層とを含む。前記撥液層は、Ｘ線光電子分光法によって測定されるＣＦ_２基のエネルギー強度が理論値に対して５０％以上である。

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。 実施形態に係るノズルプレートの構造を概略的に示す断面図。 実施形態に係るノズルプレートの製造工程を概略的に示す断面図。 実施形態に係るノズルプレートの製造工程を概略的に示す断面図。 実施形態に係るノズルプレートの製造工程を概略的に示す断面図。 実施例及び比較例において形成したプライマー層について得られたＸＰＳスペクトルを示すグラフ。

以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。
１．インクジェットヘッド及びインクジェットプリンタ
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）に設けられたプライマー層と、プライマー層の上に設けられた撥液層とを含んでいる。ノズルプレート基板は、例えば、ポリイミドフィルム等の樹脂フィルムからなる。プライマー層及び撥液層については、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１０１１及び１０１２、給紙ローラ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１１５１、１１５２、１１５３及び１１５４、インクカートリッジ１１６１、１１６２、１１６３及び１１６４、並びに、チューブ１１７１、１１７２、１１７３及び１１７４が設置されている。

カセット１０１１及び１０１２は、サイズの異なる記録媒体Ｐを収容している。給紙ローラ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１０１１又は１０１２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１１５１、マゼンタ（Ｍ）インクを吐出するインクジェットヘッド１１５２、イエロー（Ｙ）インクを吐出するインクジェットヘッド１１５３、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１１５４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１１５１、１１５２、１１５３及び１１５４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１１５１、１１５２、１１５３及び１１５４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１１６１、マゼンタ（Ｍ）インクカートリッジ１１６２、イエロー（Ｙ）インクカートリッジ１１６３、及びブラック（Ｂｋ）インクカートリッジ１１６４が設置されている。これらカートリッジ１１６１、１１６２、１１６３及び１１６４は、それぞれ、チューブ１１７１、１１７２、１１７３及び１１７４によって、インクジェットヘッド１１５１、１１５２、１１５３及び１１５４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。
先ず、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等の動作を制御する制御信号を生成する。

給紙ローラ１０２又は１０３は、画像処理手段による制御のもと、カセット１０１１又は１０１２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１１５１、１１５２、１１５３及び１１５４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１１５１、１１５２、１１５３及び１１５４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と対向する面、即ち、記録媒体対向面を擦って、この記録媒体対向面から付着物を除去する。ここで、付着物は、例えば、インクや塵及び埃等のゴミである。

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等の付着物を取り除く。
なお、ワイピングブレード１４０及びブレード移動機構１３０は省略してもよい。

２．ノズルプレート
上記のインクジェットヘッド１では、ノズルプレート５０の媒体対向面に撥液性が付与されている。撥液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、プライマー層及び撥液層を設けている。これについて、図５を参照しながら説明する。

図５は、図１及び図２のノズルプレート５０の構造を概略的に示す断面図である。ノズルプレート５０は、上記の通り、ノズルプレート基板５１とプライマー層５２と撥液層５３とを含んでいる。

プライマー層５２は、ノズルプレート基板５１の記録媒体Ｐと対向する面に設けられている。プライマー層５２は、好ましくは、プライマー剤の単分子膜からなる。プライマー層５２は、より好ましくは、シリコン原子と炭素原子とを含んだプライマー剤の単分子膜からなる。

プライマー剤は、例えば、第１及び第２反応性官能基、炭素骨格並びにアルコキシシリル基を含んでいる。

第１反応性官能基は、ノズルプレート基板５１の表面に存在している官能基と反応することによって、プライマー剤をノズルプレート基板５１と結合させる。第１反応性官能基は、例えば、水酸基、エポキシ基、アミノ基、メタクリル基、ビニル基等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５１の表面に存在する官能基は、例えば、水酸基、エステル結合、アミノ基、又はチオール基である。

第２反応性官能基は、撥液層５３の形成に使用するフッ素化合物と反応することによって、フッ素化合物をプライマー剤と結合させる。フッ素化合物については後述する。第２反応性官能基は、例えば、水酸基、又はメトキシ基及びエトキシ基等のアルコキシ基である。

炭素骨格は、第１反応性官能基と第２反応性官能基とを連結している。炭素骨格は、１以上の炭素原子を含む。炭素骨格の炭素原子数は、４乃至３０の範囲内にあることが好ましく、４乃至２２の範囲内にあることがより好ましい。炭素骨格は、１以上のフッ素原子を更に含んでいることが好ましい。炭素骨格がフッ素原子を有していると、撥液性に優れる。

アルコキシシリル基は、炭素骨格に連結している。アルコキシシリル基を加水分解するとシラノール基が生じる。ノズルプレート基板５１上で隣り合ったプライマー剤の分子間でシラノール基の脱水縮合を生じさせることにより、プライマー剤に分子間結合を生じさせることができる。このように、プライマー剤の分子は互いに結合していることが好ましい。一例によれば、ノズルプレート基板５１上で隣り合ったプライマー剤の分子は、シロキサン結合（Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ）によって相互に結合している。これにより、プライマー剤は、ノズルプレート基板５１の媒体対向面に対して略平行な結合を形成する。

なお、加水分解によって生じたシラノール基のうち、プライマー剤の分子間結合に使用されなかったシラノール基は、プライマー剤とフッ素化合物との結合に使用することができる。

プライマー剤としては、例えば、下記の一般式（１）で表される化合物を使用することができる。

一般式（１）において、ｎは１乃至１０の自然数である。一般式（１）において、Ｒ１及びＲ２は、それぞれ上述した第１及び第２反応性官能基である。一般式（１）で表される化合物は、第１及び第２反応性官能基、炭素骨格並びにアルコキシシリル基を含んでいる。

一般式（１）においてアルコキシシリル基はトリメトキシシリル基であるが、アルコキシシリル基はトリエトキシシリル基等の官能基であってもよい。また、一般式（１）において、炭素骨格に含まれるＣＦ_２基の個数は２であるが、ＣＦ_２基の個数は１であってもよく、３以上であってもよい。また、炭素骨格のうち繰り返し単位に含まれる炭素原子数は２であるが、炭素原子数は１であってもよく、３以上であってもよい。

プライマー層は、例えば、０．７ｎｍ乃至１ｎｍの厚さを有する。

撥液層５３は、プライマー層５２上に設けられている。撥液層５３は、フッ素化合物を含む。撥液層５３は、好ましくは、直鎖状フッ素化合物の単分子膜からなる。直鎖状フッ素化合物は、一方の末端基としてパーフルオロアルキル基を表面側に有し、他方の末端基がプライマー層５２に結合した直鎖状分子である。

撥液層５３は、例えば、一方の末端基がパーフルオロアルキル基であり、他方の末端基が第３反応性官能基である直鎖状フッ素化合物を使用して形成することができる。

パーフルオロアルキル基は、直鎖状である。パーフルオロアルキル基（ＣＦ_３(ＣＦ_２)_ｎ－）の炭素原子数は、４以下（Ｃ１乃至Ｃ４）の範囲内で選択することができる。パーフルオロアルキル基は、ノズルプレート基板５１の表面に対する垂線方向に沿って直立していることが好ましい。パーフルオロアルキル基の炭素原子数を増やすと、パーフルオロアルキル基を直立させることが容易になるが、発がん性等の人体への悪影響がある。

第３反応性官能基は、第２反応性官能基と反応することによって、直鎖状フッ素化合物をプライマー剤と結合させる。第３反応性官能基は、例えば、水酸基、又はメトキシ基及びエトキシ基等のアルコキシ基である。
なお、第３反応性官能基は、アルコキシシリル基の加水分解によって生じるシラノール基のうち、分子間結合に使用されなかったシラノール基と反応することによって、直鎖状フッ素化合物をプライマー剤と結合させることも可能である。

直鎖状フッ素化合物は、例えば、パーフルオロアルキル基と第３反応性官能基とを連結するスペーサ連結基を有している。スペーサ連結基が存在すると、パーフルオロアルキル基がノズルプレート基板５１の表面に対する垂線方向に沿って直立した構造をとるのに有利になる。スペーサ連結基は、例えば、パーフルオロポリエーテル基である。

直鎖状フッ素化合物としては、例えば、下記の一般式（２）で表される化合物を使用することができる。

一般式（２）において、ｐは１乃至５０の自然数であり、Ｒ３は第３反応性官能基である。

撥液層５３は、例えば、９ｎｍ乃至１０ｎｍの厚さを有する。

後述するように、本実施形態では、撥液層を形成する工程に先立ち、プライマー層に生じたピンホールをプライマー剤で埋め込む工程を行う。そのようにして得られる撥液層は、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）によって測定されるＣＦ_２基のエネルギー強度が理論値に対して５０％以上である。ここで、「理論値」は、ピンホールが存在していない撥液層に対するＸＰＳ測定によって得られるＣＦ_２基のエネルギー強度を指す。「ピンホールが存在していない撥液層」は、プライマー剤の溶液を塗布してプライマー層を形成した際に通常生じるピンホールを、同じ組成のプライマー剤の溶液で埋めて、ピンホールが存在していないプライマー層を形成し、このプライマー層の上に撥液層を設けることにより製造することができる。本明細書において「ＣＦ_２基のエネルギー強度」は、ＣＦ_２基のピーク面積を指す。

ピンホールを埋める工程を省略して撥液層を形成した場合、プライマー層が存在しない箇所（即ちピンホール）に撥液層を形成することができない。この場合、撥液層のＸ線光電子分光法によって測定されるＣＦ_２基のエネルギー強度は、上記理論値の４０％以下である。これに対し、ピンホールを埋めた後に撥液層を設けると、ピンホールがないプライマー層の表面全面にわたって撥液層を形成することができる。この場合、撥液層のＸ線光電子分光法によって測定される上記エネルギー強度を、上記理論値の５０％以上、好ましくは、上記理論値の８５％以上、最も好ましくは、上記理論値の１００％とすることができる。

撥液層のＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）によって測定されるＣＦ_２基のエネルギー強度が、理論値の１００％に近いほど、撥液層に存在するピンホールの数が少なくゼロに近づく。撥液層は、ピンホール部分で撥液性を示すことができないため、撥液層に存在するピンホールの数が少ないほど、撥液層は、優れた撥液性能を発揮することができる。

なお、プライマー層の表面には、その全体に亘って、撥液層を構成するフッ素化合物を反応させることができる。即ち、プライマー層にピンホールがなければ、ピンホールが実質的に存在しない撥液層が得られる。一方、プライマー層にピンホールが存在している場合、これらピンホールの位置で、撥液層にもピンホールを生じる。即ち、撥液層におけるピンホール開口部の合計面積は、プライマー層におけるピンホール開口部の合計面積と等しい。

３．ノズルプレートの製造方法
図５に示すノズルプレート５０は、例えば、以下のようにして製造することができる。即ち、ノズルプレート５０の製造方法は、以下の工程を含むことができる：
ノズルプレート基板の一方の面の上に第１プライマー剤を供給して、開口部（即ちピンホール）を有する第１プライマー層を形成すること、
前記第１プライマー層に保護基を導入すること、
前記保護基が導入された前記第１プライマー層上に第２プライマー剤を供給して、前記開口部の位置で前記面を被覆した第２プライマー層を形成すること、
前記第２プライマー層の形成後に、前記第１プライマー層から前記保護基を除去すること、及び
前記保護基の除去後に、前記第１プライマー層及び前記第２プライマー層の上に、フッ素化合物を含んだ撥液層を形成すること。

以下、各工程を、図６～８を参照しながら説明する。図６～８は、ノズルプレートの製造工程を概略的に示す断面図である。図６は、ノズルプレート基板５１の上に第１プライマー層５２１が形成された状態を示す。図７は、ノズルプレート基板５１の上に第１プライマー層５２１及び第２プライマー層５２２が形成された状態を示す。図８は、第１プライマー層５２１及び第２プライマー層５２２からなるプライマー層の上に撥液層５３が形成された状態を示す。

なお、以下の説明では、一例として、「ノズルプレート基板５１」はポリイミドからなる。また、以下の説明では、一例として、「第１プライマー剤」及び「第２プライマー剤」は、ノズルプレート基板５１表面の官能基と反応する第１反応性官能基、撥液層５３に含まれるフッ素化合物と反応する第２反応性官能基、炭素骨格、及びアルコキシシリル基を含む。また、以下の説明では、一例として、「フッ素化合物」は、一方の末端基としてパーフルオロアルキル基を含み、他方の末端基として、第１プライマー剤及び第２プライマー剤と反応する第３反応性官能基を含む直鎖状分子である。

（ノズルプレート基板の準備）
先ず、ポリイミドからなるノズルプレート基板５１を準備する。ノズルプレート基板５１の表面のうち記録媒体Ｐと対向する面は、プライマー剤との結合に必要な官能基（例えば、水酸基）をほとんど有していない場合がある。そのような場合、プライマー層５２の形成に先立ち、ノズルプレート基板５１に以下のような前処理を行うことが好ましい。

例えば、ノズルプレート基板５１の表面に対して、アルゴン－酸素混合ガス中でイオンプラズマ処理を施し、表面の改質を行う。イオンプラズマ処理は、例えば、以下のように行う。即ち、ノズルプレート基板５１を真空チャンバ内に設置し、チャンバ内の空気を真空引きする。そして、ノズルプレート基板５１を取り巻く雰囲気をアルゴン－酸素混合ガスへと切り替え、その後、プラズマを発生させる。

酸素を含んだ雰囲気中でイオンプラズマ処理を行うことで、ノズルプレート基板５１表面のポリイミドで開環反応を生じさせて、この表面を水酸基で修飾する。これに加えて、アルゴンを含んだ雰囲気中でイオンプラズマ処理を行うことで、ノズルプレート基板５１に付着しているゴミを除去する。

イオンプラズマ処理は、好ましくは、酸素濃度が５０体積％以下のアルゴン－酸素混合ガス中で行い、より好ましくは、酸素濃度が２０乃至５０体積％の範囲内にあるアルゴン－酸素混合ガス中で行う。なお、酸素濃度が大きすぎる場合、ノズルプレート基板５１の表面が損傷し、表面荒れを生じる虞がある。ノズルプレート基板５１の表面に荒れが生じた場合、プライマー剤との結合が不十分となる虞がある。

イオンプラズマ処理は、１００秒以上行うことが好ましく、２００秒以上行うことがより好ましい。プラズマ照射時間が短すぎる場合、ノズルプレート基板５１への表面修飾が十分に行われない虞がある。

（第１プライマー層の形成）
次に、ノズルプレート基板５１の表面に第１プライマー剤を含む溶液を塗布する。第１プライマー剤を含む溶液としては、例えば、第１プライマー剤を、有機溶剤で溶かした溶液を用いることができる。第１プライマー剤は、一例として、ノズルプレート基板５１表面の官能基と反応する第１反応性官能基、撥液層５３に含まれるフッ素化合物と反応する第２反応性官能基、炭素骨格、及びアルコキシシリル基を含み、上記で説明した「プライマー剤」を使用することができる。また、溶液の塗布は、スプレー法、スピンコーティング法、ブレードコート法等の通常の方法を用いて行うことができる。

次いで、第１プライマー剤を含んだ塗膜とノズルプレート基板５１とを備えた積層体を加熱する。このようにして、第１プライマー剤を、第１反応性官能基を介してポリイミドに結合させるとともに、塗膜を乾燥させる。加熱は、例えば、２００℃で１５分間行う。

次いで、第１プライマー剤のアルコキシシリル基を加水分解させる。第１プライマー剤のアルコキシシリル基が加水分解すると、シラノール基が生成する。そして、ノズルプレート基板５１上で隣り合った第１プライマー剤の分子間でシラノール基の脱水縮合が生じる。これにより、第１プライマー剤の分子間結合を形成する。

このようにして、図６に示すとおり、ノズルプレート基板５１上に第１プライマー層５２１を形成する。第１プライマー層５２１は、ピンホール５２０を有している。

（保護基の導入）
第１プライマー層５２１を形成した後、第１プライマー層５２１に保護基を導入する。具体的には、第１プライマー剤の第２反応性官能基に保護基を導入する。保護基の導入は、例えば、第１プライマー層５２１にアルコールを供給し、第１プライマー剤の第２反応性官能基を、保護基としてのアルコキシ基で置換することにより行うことができる。アルコールとして、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノールなどが挙げられる。保護基の導入により、この後の工程で使用される第２プライマー剤が第１プライマー剤と結合することを防ぐことができる。

（第２プライマー層の形成）
保護基が導入された第１プライマー層５２１上に第２プライマー剤を供給して、ピンホール５２０の位置でノズルプレート基板５１の表面を被覆した第２プライマー層５２２を形成する（図７参照）。

第２プライマー剤は、一例として、ノズルプレート基板５１表面の官能基と反応する第１反応性官能基、撥液層５３に含まれるフッ素化合物と反応する第２反応性官能基、炭素骨格、及びアルコキシシリル基を含み、上記で説明した「プライマー剤」を使用することができる。

第２プライマー剤は、第１プライマー剤と同じ化合物を使用してもよいし、第１プライマー剤とは異なる化合物を使用してもよい。ただし、第２プライマー剤として、第１プライマー剤とは異なる化合物を使用した場合、第１プライマー層５２１と第２プライマー層５２２との間に構造上の違い（例えば、厚さの違い）が生じ、撥液層５３の形成に悪影響を及ぼす可能性がある。したがって、第２プライマー剤は、第１プライマー剤と同じ化合物を使用することが好ましい。

第２プライマー層５２２の形成は、第１プライマー層５２１の形成と同様の処理により行うことができる。即ち、第１プライマー層５２１の形成と同様の処理により、第２プライマー剤を含む溶液を塗布し、加熱乾燥を行い、その後、シラノール基の生成及び脱水縮合を行う。

第２プライマー剤は、保護基が導入された第１プライマー層５２１と反応することができず、ピンホール５２０の位置で露出したノズルプレート基板５１の表面とのみ反応することができる。これにより、図７に示すとおり、第１プライマー層５２１の上に第２プライマー層５２２は形成されず、ピンホール５２０の位置で露出したノズルプレート基板５１の表面に選択的に第２プライマー層５２２が形成される。

（保護基の除去）
第２プライマー層５２２を形成した後、第１プライマー層５２１から保護基を除去する。保護基は、例えば、加熱処理、酸素プラズマ処理、又は紫外線照射により除去することができる。これにより、第１プライマー剤が、第２反応性官能基を介して、撥液層５３に含まれるフッ素化合物と結合することが可能になる。

第１プライマー剤と第２プライマー剤が同じ化合物である場合、保護基の除去により、第１プライマー層５２１と第２プライマー層５２２は、同じ組成を有することになり、互いに区別することはできない。この場合、第１プライマー層５２１及び第２プライマー層５２２は、一体となって、図５に示される単一のプライマー層５２を形成することができる。

（撥液層の形成）
次いで、第１プライマー層５２１及び第２プライマー層５２２の表面に、フッ素化合物を含む溶液を塗布して撥液層５３を形成する（図８参照）。

フッ素化合物を含む溶液としては、例えば、フッ素化合物を、有機溶剤で溶かした溶液を用いることができる。フッ素化合物は、一例として、一方の末端基としてパーフルオロアルキル基を含み、他方の末端基として、第１プライマー剤及び第２プライマー剤と反応する第３反応性官能基を含む直鎖状分子であり、上記で説明した「直鎖状フッ素化合物」を使用することができる。また、直鎖状フッ素化合物を含む溶液の塗布は、第１プライマー剤を含む溶液の塗布と同様の方法を用いて行うことができる。

次いで、直鎖状フッ素化合物を含んだ塗膜と第１プライマー層５２１と第２プライマー層５２２とノズルプレート基板５１とを備えた積層体を加熱する。このようにして、直鎖状フッ素化合物と第１プライマー剤との間、及び直鎖状フッ素化合物と第２プライマー剤との間で反応を生じさせて、直鎖状フッ素化合物を、第３反応性官能基を介して第１プライマー層５２１及び第２プライマー層５２２の表面に結合させる。これにより、撥液層５３として、直鎖状フッ素化合物からなる単分子膜を形成することができる。加熱は、例えば、２００℃で１５分間行う。

このようにして、図８に示すとおり、第１プライマー層５２１及び第２プライマー層５２２からなるプライマー層の上に撥液層５３を形成する。

上述の方法によれば、第２プライマー層５２２は、第１プライマー層５２１の上に形成されず、ピンホール５２０の部分（即ち、第１プライマー層５２１の欠落部分）にのみ選択的に形成することができる（図７参照）。これにより、プライマー層として、第１プライマー剤及び第２プライマー剤からなる単分子膜の形成が可能である。また、上述のとおり、第１プライマー層５２１及び第２プライマー層５２２からなるプライマー層の表面には、その全体に亘って、撥液層を構成するフッ素化合物を反応させることができる。このため、プライマー層にピンホールがなければ、ピンホールが実質的に存在しない撥液層５３の形成につなげることができる（図８参照）。

４．効果
上述した本実施形態のノズルプレートは、ピンホールの数が少ない撥液層を有するため、撥液性に優れる。このため、上述したノズルプレートを備えたインクジェットヘッドも、撥液性に優れる。

プライマー層及び撥液層の各々が単分子膜からなる場合、プライマー剤の分子をノズルプレート基板の上に緻密に且つ整然と配置し、その上に、フッ素化合物の分子を緻密に且つ整然と配置することができる。これにより、より優れた撥液性を達成することができる。また、プライマー層及び撥液層の各々が単分子膜からなる場合、撥液層とノズルプレート基板との密着性を高め、より優れた耐擦過性を達成することができる。耐擦過性とは、ワイピングブレード１４０等を用いた擦過による撥液性の劣化が生じにくい性質を指す。

以下、実施例及び比較例を説明する。

（実施例）
本例では、プライマー層と撥液層とを有するノズルプレートを製造した。プライマー層及び撥液層は、以下の方法により形成した。

ノズルプレート基板として、ポリイミドフィルムを準備した。このノズルプレート基板に対して、アルゴン－酸素混合ガスを含んだ減圧雰囲気中でプラズマ処理を施した。これにより、基板表面のポリイミドで開環反応を生じさせて、この表面に水酸基を付与した。

プライマー剤の溶液を、ノズルプレート基板の上記表面にブレードコート法により塗布した。プライマー剤としては、上記一般式（１）で表され、Ｒ１が水酸基であり、Ｒ２が水酸基であり、ｎが１０であるものを使用した。

この塗膜は、２００℃で１５分間に亘って加熱した。このようにして、プライマー剤をポリイミドに結合させるとともに、塗膜を乾燥させた。更に、プライマー剤のアルコキシシリル基を加水分解させ、隣り合ったプライマー剤分子の間で、シラノール基の脱水縮合を生じさせた。これにより、第１プライマー層として、プライマー剤からなる単分子膜を形成した。

この第１プライマー層は、ピンホールを有していた。そこで、第１プライマー層にイソプロパノールを供給し、プライマー剤の反応性官能基を、保護基としてのイソプロポキシ基で置換した。次いで、第１プライマー層の上に、上述のプライマー剤の溶液をブレードコート法により塗布し、上記と同様の処理を行った。第１プライマー層の表面は保護基を有しているので、プライマー剤は、第１プライマー層とは反応せずに、ピンホールの位置で露出した基板表面と反応する。このようにして、ピンホールの位置に、第２プライマー層として、プライマー剤からなる単分子膜を形成した。

次に、第１及び第２プライマー層に対して、アルゴン－酸素混合ガスを含んだ減圧雰囲気中でプラズマ処理を施した。これにより、第１プライマー層から保護基を除去し、それらの表面に水酸基を導入した。これにより、第１及び第２プライマー層からなるプライマー層を形成した。このようにして得られたプライマー層には、ピンホールは存在していなかった。

その後、第１及び第２プライマー層の上に、フッ素化合物の溶液をブレードコート法により塗布した。フッ素化合物としては、上記一般式（２）で表され、Ｒ３が水酸基であり、ｐが１であるものを使用した。

この塗膜は、２００℃で１５分間に亘って加熱した。このようにして、フッ素化合物の一方の末端基を第１及び第２プライマー層の反応性官能基と反応させた。これにより、撥液層として、フッ素化合物からなる単分子膜を形成した。この撥液層には、ピンホールは存在していなかった。

（比較例）
第２プライマー層を形成しなかったこと以外は、上記実施例と同様の方法によりノズルプレートを製造した。このノズルプレートのプライマー層及び撥液層には、ピンホールが存在していた。

（ＸＰＳ分析）
実施例において形成したプライマー層、及び比較例において形成したプライマー層について、ＸＰＳスペクトルを測定した。図９にその結果を示す。

実施例のプライマー層におけるＣＦ_２基のエネルギー強度は、理論値と同じであった。比較例のプライマー層におけるＣＦ_２基のエネルギー強度は、理論値の３８％であった。

実施例において形成した撥液層、及び比較例において形成した撥液層について、ＸＰＳスペクトルを測定した場合も、ＣＦ_２基のエネルギー強度の関係について同様の結果が得られた。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合、組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
以下に、出願当初の請求項を実施の態様として付記する。
［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を被覆したプライマー層と、
前記プライマー層を被覆し、フッ素化合物を含んだ撥液層と
を含み、
前記撥液層は、Ｘ線光電子分光法によって測定されるＣＦ _２ 基のエネルギー強度が理論値に対して５０％以上であるインクジェットヘッド。
［２］ 前記プライマー層は、シリコン原子と炭素原子とを含んだプライマー剤の単分子膜である［１］に記載のインクジェットヘッド。
［３］ 前記撥液層は、一方の末端基としてパーフルオロアルキル基を表面側に有し、他方の末端基が前記プライマー層に結合した直鎖状フッ素化合物の単分子膜である［１］又は［２］に記載のインクジェットヘッド。
［４］ ［１］乃至［３］の何れか１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
を備えたインクジェットプリンタ。
［５］ 前記ノズルプレートの前記記録媒体と対向する面を擦って、前記ノズルプレートの前記記録媒体と対向する前記面から付着物を除去するワイピングブレードを更に備えた［４］に記載のインクジェットプリンタ。

１…インクジェットヘッド、１０…インクマニホールド、１１…インク供給管、１２…インク戻し管、２０…アクチュエータ基板、２１…インク供給口、２２…インク排出口、３０…アクチュエータ、３１…配線パターン、４０…フレーム、５０…ノズルプレート、Ｎ…ノズル、５１…ノズルプレート基板、５２…プライマー層、５２０…ピンホール、５２１…第１プライマー層、５２２…第２プライマー層、５３…撥液層、６０…フレキシブルプリント基板、６１…駆動回路、１００…インクジェットプリンタ、１０１１…カセット、１０１２…カセット、１０２…給紙ローラ、１０３…給紙ローラ、１０４…搬送ローラ対、１０５…搬送ローラ対、１０６…レジストローラ対、１０７…搬送ベルト、１０８…駆動ローラ、１０９…従動ローラ、１１１…負圧チャンバ、１１２、搬送ローラ対、１１３…搬送ローラ対、１１４…搬送ローラ対、１１５１…インクジェットヘッド、１１５２…インクジェットヘッド、１１５３…インクジェットヘッド、１１５４…インクジェットヘッド、１１６１…インクカートリッジ、１１６２…インクカートリッジ、１１６３…インクカートリッジ、１１６４…インクカートリッジ、１１７１…チューブ、１１７２…チューブ、１１７３…チューブ、１１７４…チューブ、１１８…排紙トレイ、１１９…ファン、Ｐ…記録媒体、１１０…媒体保持機構、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。

Claims (3)

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を被覆したプライマー層と、
   前記プライマー層を被覆し、フッ素化合物を含んだ撥液層と
   を含み、
   前記ノズルプレート基板は樹脂フィルムからなり、
   前記撥液層は、Ｘ線光電子分光法によって測定されるＣＦ_２基のエネルギー強度が理論値に対して５０％以上であり、
   前記プライマー層は、プライマー剤の単分子膜であり、
   前記プライマー剤は、
   水酸基、エポキシ基、アミノ基、メタクリル基、不飽和炭化水素基、及びメルカプト基からなる群より選ばれる第１反応性官能基と、
   水酸基及びアルコキシ基からなる群より選ばれる第２反応性官能基と、
   前記第１反応性官能基と前記第２反応性官能基とを連結している炭素骨格と、
   前記炭素骨格に連結しているアルコキシシリル基と
   を含み、
   前記第１反応性官能基は、前記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、前記プライマー剤を前記ノズルプレート基板と結合させており、
   前記プライマー剤の分子はシロキサン結合によって互いに結合しており、
   前記撥液層は、一方の末端基としてパーフルオロアルキル基を表面側に有し、他方の末端基が前記プライマー層に結合した直鎖状フッ素化合物の単分子膜である
   インクジェットヘッド。
2. 請求項１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
   を備えたインクジェットプリンタ。
3. 前記ノズルプレートの前記記録媒体と対向する面を擦って、前記ノズルプレートの前記記録媒体と対向する前記面から付着物を除去するワイピングブレードを更に備えた請求項２に記載のインクジェットプリンタ。