JPH0343065B2 - - Google Patents

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JPH0343065B2
JPH0343065B2 JP54165437A JP16543779A JPH0343065B2 JP H0343065 B2 JPH0343065 B2 JP H0343065B2 JP 54165437 A JP54165437 A JP 54165437A JP 16543779 A JP16543779 A JP 16543779A JP H0343065 B2 JPH0343065 B2 JP H0343065B2
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Haruo Uehara
Shigeyuki Matsumoto
Yasushi Takatori
Norya Oota
Yoji Matsufuji
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1606—Coating the nozzle area or the ink chamber

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、一般にインクと呼ばれる記録液を微
細な吐出口から小滴として吐出、飛翔させ、この
小滴の被記録面への付着を以て記録を行うインク
ジエツト記録装置の記録ヘツド、特に、インクの
吐出口の周縁領域に改良を加えたインクジエツト
記録ヘツドに関する。
［従来の技術］ 現在知られる各種の記録方式の中でも、記録時
に騒音の発生がほとんどないノンインパクト記録
方式であつて、且つ、高速記録が可能であり、し
かも、普通紙に特別の定着処理を必要とせずに記
録の行える所謂インクジエツト記録法は、極めて
有用な記録方式であると認められている。このイ
ンクジエツト記録法については、これ迄にも様々
な方式が提案され、改良が加えられて商品化され
たものもあれば、現在もなお、実用化への怒力が
続けられているものもある。
インクジエツト記録法は、要するに、インクと
称される記録液の小液滴（droplet）を飛翔させ、
それを紙等の被記録部材に付着させて記録を行う
ものである。そして、記録液滴の発生法及び生じ
た液滴の飛翔方向を制御する為の制御方法等に基
づき、このインクジエツト記録法は、幾つかの方
式に大別される。
それ等の中で、代表的な方式の一つは、例えば
米国特許第3596275号明細書（Sweet方式）、米国
特許第3298030号明細書（Lewis and Brown方
式）等に開示されている方式であつて、連続振動
発生法によつて帯電量の制御された液滴流を発生
させ、この帯電量の制御された液滴流を、一様の
電界が掛けられている偏向電極間を飛翔させるこ
とで、液滴の飛翔軌道を制御しつつ被記録部材上
に記録を行うものである。そして、この方式は一
般にコンテイニアス方式とも略称されている。
これと対比される代表的な他の方式は、例えば
米国特許第3747120号明細書に開示されている方
式（Stemme方式）である。この方式は、記録の
ための液体を吐出する吐出口を有する記録ヘツド
に付設されているピエゾ振動素子に、電気的な記
録信号を印加し、この電気的記録信号をピエゾ振
動素子の機械的振動に変え、その機械的振動に従
つて必要時毎に前記吐出口より液滴を吐出飛翔さ
せて被記録部材に付着させることで記録を行うも
のである。これが、所謂、オンデイマンド方式で
ある。
以上にその概要を説明したインクジエツト記録
技術に於いて適用される記録ヘツドは、その代表
的なものとして例えば第１図に示す様な構造を有
している。即ち、例えばガラス、セラミクス、金
属等で形成され、且つ記録液IKの液路６の一部
を形成する、微細な中空を有する導管２の外周囲
には、導管２内に満たされている記録液IKを吐
出口４より吐出される為の手段である、例えばピ
エゾ素子３が付勢されて、記録ヘツド１が構成さ
れている。導管２の一方の端部には別に設けられ
ている不図示の貯蔵槽より導管２内に、矢印Ｐで
示す様に記録液IKを供給する為に貯蔵槽と導管
２との間を連結し、液路６の一部を構成する例え
ばポリ塩化ビニール等で形成されているパイプ５
が接続されている。
［発明が解決しようとする課題］ この様な記録ヘツド１に於ては、導管２の終端
部に設けられた吐出口４の周縁領域の表面の物性
は、吐出口４より記録液IKを常時安定して吐出
させる上で極めて重要である。
即ち、吐出口４は、例えば図示されている様
に、導管２と連続一体的に導管２の終端部を形成
する様に設けられても良いし、或いは、所定径の
穴の設けられた吐出口板を導管２の終端部に付設
して吐出口４としても良いが、何れにしても記録
ヘツド１の使用時に吐出口４の外回り表面に記録
液が回り込んで、吐出口４付近の一部にでも液溜
りが生ずると、液路６内の記録液IKが吐出口４
から吐出される際、その飛翔方向が正規の方向
（所定方向）から、離脱する様になり、更には、
液溜りの状態の不安定さから、吐出される毎に、
その飛翔方向が区区になるという不都合が生じ、
安定した液滴吐出が行えず、良好な記録が行えな
くなることがある。
又、更には、吐出口４の回り全面が記録液IK
の膜で覆われると、所謂スプラツシユ現象が生じ
て記録液の散乱が起り、これ又、安定した記録が
行えなくなる。或いは又、吐出口４を覆う液溜り
が大きくなると、記録ヘツドの液滴吐出が不能状
態に陥ることすらある。
この様な問題を解決するために、従来から吐出
口を囲む外表面を単にシリコーンオイルで処理し
て撥水性にする方法は実公昭48−36188号公報等
によつて公知である。しかしこれらの方法は吐出
口を形成するガラス、金属等の部材と撥液性膜と
の接着性が悪いために耐久性がなく、目的とする
効果は初期的なものにすぎなかつた。また撥水性
も充分ではなく、例えば単なるシリコーン樹脂で
は水系のインクに対して撥水性を示しても、アル
コール系、ケトン系、エステル系等の有機溶剤系
インクに対しては全く撥液性を示さなかつた。ま
た、撥水性を示す材料としてフツ素樹脂を使用し
て吐出口付近を処理したものとしてたとえば特開
昭49−109038号公報や特公昭52−24821号公報等
が知られている。しかし、単なるフツ素樹脂膜は
吐出口を形成するガラス、金属等の部材に対して
接合性良く形成することは非常に難しく、水等に
濡れた場合容易にフツ素樹脂膜の剥れが生じてし
まい、初期の目的を達成することが非常に困難で
あつた。
特に、熱エネルギーを利用してインクを吐出す
るインクジエツト記録ヘツドでは、吐出口の近傍
まで熱が伝わることがあり、この熱の影響を受け
て吐出口を形成する部材と撥液性膜との接着性が
悪くなつて、撥液性膜の耐久性が一層落ちてしま
うことがあるという問題があつた。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記の点に鑑み成されたものであつ
て、吐出口周縁領域に施す撥液処理の耐久性を向
上させ、インク吐出の長期信頼性を確保すること
を目的とするものである。前述の目的を達成する
ために、本発明は、記録を行うためにインクを吐
出するインクジエツト記録ヘツドにおいて、イン
クを吐出する吐出口の周縁領域に、 一般式；Ｒ・Si・X3 （但し、Ｒはフルオロアルキル基、フルオロアリ
ール基、フルオロシクロアルキル基及びフルオロ
アルキルアリール基から選ばれる炭素数２〜12の
基で、その基における炭素に結合されるフツ素の
元素数が前記炭素に結合されるフツ素以外の元素
の元素数以上である含フツ素基である。
Ｘはアルコキシ基及びアシロキシ基から選ばれ
る炭素数１または２の加水分解性基、ハロゲン基
またはアルキル基である。） で示される化合物を用いて形成される皮膜が設け
られていることを特徴とするもである。
特に、このような優れた効果を有する本発明の
撥液処理剤としての化合物は、その構造の末端に
−Si・X3（Ｘはハロゲン・炭素数１〜５のアルコ
キシ基・アルキル基・アシロキシ基から選ばれた
加水分解性基またはヒドロキシ基である）を有す
るために、大気中の水分あるいはヘツド構成部材
に吸着している水分等によつて加水分解され−
Si・OHとなる（ヒドロキシ基はそれ自身が−
OH基を有するのですでに−Si・OHの構造を有
している。）。
そして、撥液処理剤の末端の−Si・OHは、ヘ
ツド構成材料に化学構造として存在する−OH基
と脱水縮合して、−Si・Ｏ−の構造を形成して化
学的に強固にヘツド構成材に結合する。
すなわち、ヘツド構成材料として用いられる例
えばガラスでは本質的に−SiOHが、金属では表
面酸化により−OHまたは−COOHが、またプラ
スチツク等であつても一部の不活性なものの表面
が酸化されることで−OHまたは−COOHが存在
している。したがつて、ヘツド構成材のこれらの
基と撥液処理剤の−Si・OHとが反応して化学的
に強固な結合を形成する。
このように、本願発明の撥液処理剤は、ヘツド
のインク吐出口の周縁領域の表面に化学的に強固
に結合するため、その密着性は非常に優れてお
り、密着性の長期安定性が確保される。
一方、他端にはパーフルオロ基が存在しインク
吐出口の周縁部を覆うことになるのでその表面エ
ネルギーは極めて低くつてているため優れた撥イ
ンク性を発揮できる。
［作用］ 本発明によれば、撥液剤としてＲ・Si・X3を
用いているので、この末端基の−Si・X3が加水
分解され−Si・OHとなり、吐出口周縁部表面に
科学構造として存在する−OH基や−COOH基と
脱水縮合し、−Si・Ｏ−の構造を形成して科学的
に強固に結合するため、他端に存在するパーフル
オロ基の撥液性を長期にわたり安定的に有効に発
揮させることができる。
［実施態様例］ 以下、本発明を図面に従つて具体的に説明す
る。
尚、本発明に於いては、吐出口４付近に問題の
解決が絞られるものであるから、以後に於いては
記録ヘツドの吐出口を含む部分のみを抽出して詳
述するが、本発明の主旨に沿うものであれば、何
如なるタイプの記録ヘツドでも、熱エネルギーを
利用して吐出口より液体を吐出させるものであれ
ば本発明に適用されるものである。又、導管２の
終端部が吐出口４を形成するタイプだけでなく、
導管２の端部に、所定径の穴の設けられた導管２
とは別の吐出口板を付設して、吐出口４を形成し
たタイプの場合も本発明に包含される。
第２図には、記録ヘツドの先端部である吐出口
８の設けられている部分７（吐出口部分）の模式
的拡大断面図が示される。吐出口部分７の吐出口
８をその端部とし、吐出口８の周縁部である吐出
口８を囲む外壁表面部分には、液路１０（図に於
いては、吐出口部分７のところのみが示されてい
るが、実際には、記録液の満たされている貯蔵槽
まで続いている）を満たす記録液に対して撥液性
である物質で表面処理されて撥液膜９が形成され
ている。この場合、液路１０の少なくとも一部を
形成し、撥液膜９の設けられる部材１１は形成さ
れる液路１０の壁面１２，１３が少なくとも、記
録液に対して親液性であることが望ましい。
第３図、第４図に、本発明の目的をより効果的
に達成する、夫々、別の好適な実施態様の模式的
拡大断面図を示す。
第３図に示される記録ヘツドの先端部分１４
は、第２図の場合と異なる点として、吐出口８を
囲む外表面に曲率をもたせ、吐出口８を囲む該曲
率を有する部分に、撥液膜９を形成したものであ
る。
第４図に於いては、この曲率をもたせる代り
に、テーパーをつけ、該テーパー部の吐出口８を
囲む部分に撥液膜９を形成したものである。
第３図、第４図に示すものは、第２図に示すも
のと上記の点で異なり、他の点では同様である
が、吐出口８を囲む部分にこの様な曲率やテーパ
ーを設けることにより、一層効果的に、記録液滴
の吐出安定性と液滴発生周波数の向上を計ること
が出来るものである。
次に、第５図ａ及びこの第５図ａをＡ−Ｂ線で
切つた第５図ｂ及び第６図によつて、本発明の他
の実施態様が示される。
記録ヘツド１６は、インクを通す溝１７を有す
るガラス、セラミクスと条件次第では感熱記録に
用いることができる発熱ヘツド部１８（図では薄
膜ヘツドが示されているが、これに限定されるも
のではない）とを接着して得られる。発熱ヘツド
部１８は酸化シリコン等で形成される保護膜１
９、アルミニウム電極２０1，２０2、ニクロム等
で形成される発熱抵抗体層２１、蓄熱層２２、ア
ルミナ等の放熱性の良い基板２３より成つてい
る。
インク２４は吐出口２５まで来ており、メニス
カス２６を形成している。吐出口２５を囲む外壁
表面には撥液膜９が形成されている。
今、電極２０1，２０2に電気信号が加わると、
発熱ヘツド部１８のｎで示される部分が急激に発
熱し、ここに接しているインク２４が気泡の発生
等の状態変化を起こして圧力変化を生じる。そし
てこの圧力変化でメニスカス２６が突出され吐出
口２５より小滴２７となつてインク２４が吐出
し、被記録部材２８に向つて飛翔する。
第６図には第５図ａに示す吐出口を多数並べた
ヘツドの模式的外観図を示す。該ヘツドはマルチ
溝３１を有するガラス板２９と、第５図ａに説明
したものと同様な発熱ヘツド３０を接着してつく
られている。この図示例に於いても、マルチ溝３
１の先端（吐出口を包含）の外壁面には撥液膜９
が形成されている。
本発明のヘツドの撥液処理剤としては下記一般
式Ａで示される化合物を使用する。
Ｒ・Si・X3 …(A) （但し、Ｒはフルオロアルキル基、フルオロアリ
ール基、フルオロシクロアルキル基及びフルオロ
アルキルアリール基から選ばれる炭素数２〜12の
基で、その基における炭素に結合されるフツ素の
元素数が前記炭素に結合されるフツ素以外の元素
数以上である含フツ素基である。
Ｘはアルコキシ基及びアシロキシ基から選ばれ
る炭素数１または２の加水分解性基、ハロゲン基
またはアルキル基である。） 次に、本発明で使用される一般式(A)の化合物の
好ましい具体例を示す。
ウンデカフルオロペンチル−トリメトキシシラ
ン トリデカフルオロヘキシル−トリメトキシシラ
ン ウンデカフルオロペンチル−トリエトキシシラ
ン パーフルオロドデシル−トリメトキシシラン (5) HCF2・CF2・SiCl3 1.1.2.2−テトラフルオロエチル−トリクロロ
シラン (6) CF3・CFH・CF2・SiCl3 ２−ヒドロヘキサフルオロプロピル−トリク
ロロシラン (7) HCF2・CF2・Si（CH3）Cl2 1.1.2.2−テトラフルオロエチル−メチルジク
ロロシラン ４−ヒドロオクタフルオロブチル−トリクロロ
シラン ペンタフルオロフエニル−ジメチルクロロシラ
ン 2.2.3.3−テトラフルオロ−シクロブチルトリア
セトキシシラン (11) （CF3）2CF−Si（OCH3）3 ヘプタフルオロイソプロピル−トリメトキシ
シラン ヘプタフルオロベンジル−トリエトキシシラン Ｐ−トリフルオロメチルテトラフルオロフエニ
ル−トリメトキシシラン トリデカフルオロヘキシル−トリエトキシシラ
ン 本発明のヘツドは、あらかじめ作成されたヘツ
ドを前記の撥液剤の原液または稀釈液中に浸漬す
るか、またはスプレー塗布或いは蒸着、スパツタ
リングなどの方法により作成することができる。
或いはヘツド作成工程中の適当な段階で撥液処理
を行うこともできる。前者の場合にはインク流路
の内壁面に撥液剤が廻りこまないように、あらか
じめ液路内に撥液剤と混和しない液体（例えば
水）を充填しておくことが好ましい。
以下に実施例にて本発明の記録ヘツドにつき更
に詳述するが、本発明はこれらによつて限定され
るものではない。
実施例 １ 第５図ａの如き発熱ヘツドをまず作成した。ア
ルミナ基板２３は厚さ１mmであり、保護層１９は
SiO2スパツタリングで作成され、厚み0.5μｍ、電
極２０1，２０2はアルミニウム蒸着法で作成さ
れ、厚み6000Å、発熱抵抗体層２１はZrB2スパ
ツタリングで作成され、厚み600Å、蓄熱層２２
はSiO2スパツタリングで作成され、厚み4μｍで
ある。
又、発熱体部分（第５図ａ中ｎ部分）の大きさ
は200μｍ×200μｍであり、マルチヘツドに対応
して発熱体部分のピツチは250μｍである。次に
厚み1.3mmのガラス板をダイヤモンドカツターで
切削し、巾200μｍ、深さ約200μｍの溝１７を作
成した。
これらを第６図に示す形に接着し、ヘツドを作
成した。溝間のピツチは250μｍである。次に吐
出口の外壁面を研摩した後、蒸溜水でよく洗浄し
乾燥した。次に各ヘツド内の液路に共通に水銀を
入れた。撥液処理剤としてウンデカフルオロペン
チルトリメトキシシランの１％トリクロロトリフ
ルオロエタン溶液を調整した。前記ヘツドの吐出
口面を撥液処理剤に浸漬し引き上げてドライヤー
で熱風を送り乾燥した。
次に下記組成のインクを作成し、濾過後、上記
ヘツドに下記条件で連続信号印加を行つたところ
良好なインク滴吐出の応答が為された。又、ヘツ
ド作成にあたり撥液処理を行わなかつた例では数
分後にはスプラツシユ現象が生じ、満足な印字が
得られなかつた。
インク組成 黒色染料ソルボンブラツクPUL（オリエント化学
製） 10（重量）部 エチルアルコール 80（重量）部 エチレングリコール 10（重量）部 電気条件 印加パルス巾 10μsec 周波数 10KHz パルス電圧（発熱体１個当り） 30V なお、撥液処理剤を上記のウンデカフルオロペ
ンチルトリメトキシシランから前記(2)〜（14）の
化合物に代えて他は上記と同様に実施した結果、
何れも良好なインク滴の吐出状態が観察された。
［発明の効果］ 本発明によれば、吐出口を囲む記録ヘツド外表
面を本発明に特有の化合物で処理して撥液性にす
ることにより、吐出口領域の形成材料から剥れる
ことなく長期にわたり撥液性を確保でき、水系、
非水系インクを問わず安定したインクジエツト記
録を行うことが出来るインクジエツト記録ヘツド
を提供することができる また、吐出エネルギーの著しい抵減およびそれ
に付随した高速記録が可能であるインクジエツト
記録ヘツドを提供することができる。
また、スプラツシユすることなく記録液滴（イ
ンク小滴）が吐出するのでカブリのない良好な記
録を行うことが出来るインクジエツト記録ヘツド
を提供することができる。
更に、本発明によれば、使用の際には通常所定
の方向に実質的に均一液体量を以て安定した吐出
が行え、高速記録に充分適用され得るインクジエ
ツト記録ヘツドを提供することができる。
加えて、本発明によれば、水系非水系のインク
を問わず撥液性に極めて優れ、また吐出口形成部
材と強固に結合するため、長期的に撥液性が持続
するインクジエツト記録ヘツドを提供することが
できる。
また、吐出口周縁領域に対し撥液剤が強固に密
着してるため、ヘツドを保護回復するためなどに
用いられるキヤツプやクリーニングブレードとの
押圧や摺擦に対しても撥液効果の長期維持が図れ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図はインクジエツト記録ヘツドの例を示す
模式的断面図である。第２図、第３図、第４図
は、本発明の好適な実施態様を各々示す模式的拡
大断面図である。第５図ａ、第５図ｂは本発明に
よる記録ヘツドの好適な実施態様例の模式的要部
縦断面図および同横断面図である。第６図は本発
明によるマルチ型式の記録ヘツドの模式的外観斜
視図である。 図に於いて、１……記録ヘツド、２……導管、
３……ピエゾ素子、４，８……吐出口、５……パ
イプ、６……液路、７，１４，１５……記録ヘツ
ド先端部、９……撥液膜、１０……液路、１１…
…部材、１２，１３……液路壁面、１７……液
室、１８……発熱ヘツド部、１９……保護層、２
０……電極、２１……発熱抵抗体層、２２……蓄
熱層、２３……基板、３２……溝である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 記録を行うためにインクを吐出するインクジ
    エツト記録ヘツドにおいて、 インクを吐出するための吐出口の周縁領域に、 一般式；Ｒ・Si・X3 （但し、Ｒはフルオロアルキル基、フルオロアリ
    ール基、フルオロシクロアルキル基及びフルオロ
    アルキルアリール基から選ばれる炭素数２〜12の
    基で、その基における炭素に結合されるフツ素の
    元素数が前記炭素に結合されるフツ素以外の元素
    の元素数以上である含フツ素基である。 Ｘはアルコキシ基及びアシロキシ基から選ばれ
    る炭素数１または２の加水分解性基、ハロゲン基
    またはアルキル基である。） で示される化合物を用いて形成される皮膜が設け
    られていることを特徴とするインクジエツト記録
    ヘツド。 ２ 前記インクジエツト記録ヘツドは、熱エネル
    ギーを利用してインクを吐出させるもので、前記
    熱エネルギーを発生するための電気熱変換体を備
    えていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
    記載のインクジエツト記録ヘツド。
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