JPH04267157A - インクジェット記録装置用吐出ノズル及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液滴吐出ノズルに関し、
詳しくはインクジェット記録装置用インク吐出ノズルや
エア吐出ノズルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、吐出ノズルからインクの微小な粒
子を吐出し、紙面に所望の文字等を印刷することができ
るインクジェット記録装置は種々提案されている。

【０００３】このようなインクジェット記録装置におい
ては、吐出時以外に吐出ノズルからインクが不要な液垂
れを起こし紙面を汚したり、何等かの原因で吐出ノズル
から空気が侵入して吐出時にインクが吐出不能になる場
合があった。このため、インクの吐出ノズル口近傍にお
けるメニスカス保持力を向上させて、液垂れや空気の侵
入を防ぐように、吐出ノズルの表面やノズル口近傍に撥
液性のある物質を付加することによる一種の撥液処理を
行うことが提案されている。

【０００４】例えば、インクジェット記録装置用ノズル
の撥液処理方法としては、通称ＦＥＰ、ＰＦＡ、ＰＴＦ
Ｅ等のフッ素系樹脂を塗布やスパッタリングをすること
により、被膜を形成するコーティング方法が知られてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】フッ素系樹脂のコーテ
ィングはスプレーやはけ塗り等で行われるために、非常
に手間がかかりコストアップの主要因であった。さらに
膜厚のコントロ−ルや塗膜の均一化が難しく、記録装置
内の同一ヘッド内においてまたは各ヘッド間において、
インク吐出ノズルでの撥液性、すなわちメニスカスの保
持状態にばらつきを生じることがあり、液垂れや空気の
侵入が発生することが考えられた。またエアノズルを有
するタイプのヘッドにおいては、ヘッド内部のエア層の
厚みにばらつきを生じ、ヘッド特性のばらつきの主要因
であると考えられた。また特にエアノズルについていえ
ば、通常はその外側面が外力に曝されるため、比較的柔
らかい樹脂の塗膜やスパッタリング膜自体が傷付き易い
うえ、ノズル基材に対する結合密着力が弱く剥離し易い
という課題があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係るインクジェ
ット記録装置で用いる吐出ノズルであるインクノズルや
エアノズルは、表面の水酸基が比較的少量のシリコン等
、または表面の水酸基が比較的多量の感光性ガラス等で
形成されているため、その表面に水酸基を含んでいる。

【０００７】一端にクロロシラン基（ＳｉＣｌｎ　Ｘ３
−ｎ　基、ｎ＝１，２，３，Ｘは官能基）を有する直鎖
状炭素鎖を含む分子、例えばフッ化炭素基およびクロロ
シラン基を含むクロロシラン系界面活性剤を混ぜた非水
系溶媒に接触させて前記ノズル表面の水酸基と前記クロ
ロシリル基を反応させて前記物質よりなる単分子膜を前
記ノズル表面に析出させる工程により、あるいは、表面
の水酸基が比較的少量の場合は、クロロシリル基を複数
個含む物質を混ぜた非水系溶媒に接触させて前記ノズル
表面の水酸基と前記クロロシリルを複数個含む物質のク
ロロシリル基を反応させて前記物質を前記ノズル表面に
析出させる工程と、非水系溶媒を用い前記ノズル表面に
残った余分なクロロシリル基を複数個含む物質を洗浄し
反応させ、前記ノズル表面上にクロロシリル基を複数個
含む物質よりなるシロキサン系単分子膜を形成する工程
と、一端にクロロシラン基を有する直鎖状炭素鎖を含む
シラン系界面活性剤をノズル表面上に化学吸着し単分子
吸着膜を累積する工程とにより、各々ノズル表面にフッ
化炭素系化学吸着単分子累積膜を形成し上記課題を解決
する。

【０００８】

【作用】本発明においては、前記ＦＥＰに代表されるフ
ッ素系樹脂の塗布膜等と同等の撥液性を有する極めて薄
いナノメ−タレベルの膜厚のフッ化炭素系単分子膜をノ
ズル表面に均一に形成する。さらには、これらの単分子
膜はノズル表面と化学的に強固に結合する。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面等を参照
しながら説明する。

【００１０】図１は本発明が適用された空電制御型イン
クジェット記録装置のヘッドの構成図である。図１にお
いて、電気絶縁性材料でつくられたエアノズル板１には
エアノズル２が搾孔されている。またエアノズル板１と
平行して電気絶縁性材料でつくられたインクノズル板３
が配置されており、且つインクノズル板３にはエアノズ
ル２に対向してインクノズル４が搾孔されている。

【００１１】インクノズル４の周囲にはエアノズル２方
向に延びる凸状部５が設けられている。エア供給路６に
は、エア供給源７より加圧エアが流入し、エア室８にお
いて均一化され、エアノズル板１とインクノズル板３と
により形成されたエア層９の周辺より流入し、エアノズ
ル４より流出している。このエア流はエアノズル４の近
傍で急激に変化しているため、インクノズル２よりエア
ノズル４に至る空間には急激な圧力勾配が生じている。 一方、インクノズル２に隣接したインク室１０はインク
溜１１とインク供給路１２を介して連通しており、イン
ク溜１１内のインクはエア供給源７よりのエア圧力によ
って、圧力調整機構１３によって調整された一定圧力が
印加されている。信号源１４はエアノズル４出口周辺に
設けられた電極１５とインクノズル４のインク室１０に
面した周辺に設けられた電極１６に接続されている。イ
ンクは電気抵抗の高い油性であるので電極１５とインク
ノズル４開口部に保持されてインク間に電位差が生じさ
せられる。この電位差による静電力によってインクノズ
ル４開口部に生じるインクのメニスカスがエアノズル２
の方向に引き伸ばされる。さらに、インクノズル４から
エアノズル２に至る空間には急激な圧力勾配が生じてい
るため、インクノズル４開口部に生じるインクメニスカ
スは一定以上引き伸ばされると前記圧力勾配により加速
されエアノズル２より飛翔する。

【００１２】次に、図２は前記インクジェット記録装置
のヘッドにおけるノズル近傍の拡大断面図で、インクの
メニスカス形成を安定させて液滴生成の安定化を図るた
め、またエアノズル２表面のインクや紙粉等による汚れ
を防止するため、図２に示すようにエアノズル板１及び
インクノズル板４の表面やノズル壁面に撥油性、防汚性
に優れたフッ化炭素系化学吸着単分子膜１７が形成して
ある。

【００１３】本発明に関する吐出ノズルのノズル材とし
ては、シリコン、酸化物セラミック、感光性ガラス等で
代表される電気絶縁性材料があるが、代表例としてガラ
ス製のノズルとシリコン製のノズルを取り上げてフッ化
炭素系化学吸着単分子膜の形成方法について順次説明す
る。

【００１４】（実施例１）図３に見られるように、ノズ
ル加工の終了したガラス製インクノズル板３を用意し、
アセトン、トリクロルエタン等の有機溶媒で洗浄した後
、直鎖状フッ化炭素基、及びクロロシラン基を含む物質
（フッ化炭素系界面活性剤）、例えばＣＦ３　（ＣＦ２
　）７　（ＣＨ２　）２　ＳｉＣｌ３　を１重量％程度
の濃度で非水系の溶媒（８０重量％ｎ−ヘキサデカン（
トルエン、キシレン、ジシクロヘキシル等でもよい）、
１２重量％四塩化炭素、８重量％クロロホルム）に溶か
した溶液を調整し、前記ノズル板１を２時間程度浸漬す
る。一方ノズル板３の表面には酸化物が露出しており、
その酸化物表面には水酸基が多数含まれている。そこで
、直鎖状のフッ化炭素基およびクロロシラン基を含む物
質に含まれるのＳｉＣｌ基と前記水酸基が反応し、脱塩
酸反応が生じ、ノズル表面全体にわたって、以下の化学
式で表される結合が生成される。

【００１５】

【化１】

【００１６】すなわち、図４で示されるように、フッ素
を含む単分子膜１７０がノズル表面３１と化学結合した
状態で、約１５Åの膜厚で形成できた。このとき単分子
膜１７０は極めて強固に化学結合しているので、全くノ
ズル表面３１から剥離することがなかった。

【００１７】この単分子膜が形成されたノズルを用い実
使用を試みた。結果は、前記フッ素系樹脂のコーティン
グ膜のノズルに比べてインクに対する撥油性（撥液性）
、すなわち濡れ防止効果には何等の遜色もなく、また表
面をプラスチックスや紙で擦っても傷付けられたり、剥
離や磨耗が生じたりることもなかった。

【００１８】なお、前記エアノズルについても同様の処
理方法で撥油性被膜を形成している。ノズル板の材質は
サファイヤ等のセラミックであっても表面に酸化物が露
出しており、またシリコン、金属等でも、表面は自然酸
化膜で覆われており当然水酸基が含まれており、吸着時
間を調整するのみで、同様の方法を用いて上述の単分子
膜が形成できた。

【００１９】（実施例２）次に、親水性ではあるが水酸
基を含む割合が比較的少ないシリコンをノズル材とする
場合（ニッケル、ステンレススチ−ル等の金属製ノズル
の場合も同様）について説明する。

【００２０】実施例１と同様に、ノズル加工の終了した
シリコン製ノズル板を用意し、トリクロロシリル基を複
数個含む物質（例えば、ＳｉＣｌ４　，ＳｉＨＣｌ３　
，ＳｉＨ２　Ｃｌ２　，またはＣｌ−（ＳｉＣｌ２　Ｏ
）ｎ　−ＳｉＣｌ３　（ｎは整数）。特に、ＳｉＣｌ４
　を用いれば、分子が小さく水酸基に対する活性も大き
いので、ノズル表面を均一に親水化する効果が大きい）
を混ぜた非水系溶液（例えばクロロホルム溶媒に１重量
％溶解した溶液）に３０分間程度浸漬する。図５（ａ）
のように、ノズル表面３１には親水性のＯＨ基２０が比
較的少量ではあるが存在するので、表面で脱塩酸反応が
生じトリクロロシリル基を複数個含む物質のクロロシラ
ン単分子膜が形成される。

【００２１】例えば、トリクロロシリル基を複数個含む
物質としてＳｉＣｌ４　を用いれば、ノズル表面には少
量の親水性のＯＨ基が露出されているため、表面で脱塩
酸反応が生じ、以下の化学式のように分子が、−ＳｉＯ
−結合を介して表面に固定される。

【００２２】

【化２】

【００２３】その後、非水系の溶媒、例えばクロロホル
ムで洗浄して、さらに水で洗浄し反応させることにより
、基材と反応していないＳｉＣｌ４　分子は除去され、
ノズル表面に、以下の化学式のように示されるシラノー
ル基を複数個含む図５（ｂ）にみられるようなシロキサ
ン単分子膜１７１が得られる。

【００２４】

【化３】

【００２５】ここで得られる単分子膜１７１は、ノズル
との間では−ＳｉＯ−の化学結合を介して完全に結合さ
れているので剥離することはない。また、得られた単分
子膜は表面にＳｉ−ＯＨ結合を数多く持ち、当初の水酸
基の約３倍程度の数が生成された。

【００２６】さらに、実施例１と同様に直鎖状のフッ化
炭素基、及びクロロシラン基を含む物質（フッ化炭素系
界面活性剤）を所定濃度で非水系の溶媒に溶かした溶液
、例えば、ＣＦ３　（ＣＦ２　）７　（ＣＨ２　）２　
ＳｉＣｌ３　を用いて１重量％程度の濃度で溶かした８
０重量％ｎ−ヘキサデカン、１２重量％四塩化炭素、８
重量％クロロホルム溶液を調整し、この中に前記表面に
Ｓｉ−ＯＨ結合を数多く持つ単分子膜１７１の形成され
たノズル板を１時間程度浸漬する。するとノズル表面に
実施例１と同様に（化１）の結合が生成され、図５（ｃ
）に示されるように、フッ素を含む単分子膜１７２が、
下層のシロキサン単分子膜と化学結合した状態で、ノズ
ル表面全面にわたって約１５Åの膜厚で形成できた。

【００２７】この単分子膜１７２は、フッ素系樹脂被膜
と同等な撥油性、防汚性を確保し、剥離試験を行っても
剥離することがなく、また高い耐磨耗性をも実現した。

【００２８】なお以上の実施例では、フッ化炭素系界面
活性剤として、ＣＦ３　（ＣＦ２　）７　（ＣＨ２　）
２　ＳｉＣｌ３　を用いたが、アルキル鎖部分にＣ＝Ｃ
やＣ≡Ｃ基を付加したり組み込んでおけば、単分子膜形
成後５メガラド程度の電子線照射で架橋できるのでさら
に単分子膜の硬度を向上させることも可能である。

【００２９】また、フッ化炭素系界面活性剤として上記
のもの以外にもＣＦ３　ＣＨ２　Ｏ（ＣＨ２　）１５Ｓ
ｉＣｌ３　，ＣＦ３　（ＣＨ２　）Ｓｉ（ＣＨ３　）２
　（ＣＨ２　）１５ＳｉＣｌ３　，Ｆ（ＣＦ２　）８　
（ＣＨ２　）２　Ｓｉ（ＣＨ３　）２　（ＣＨ２　）９
　ＳｉＣｌ３　，ＣＦ３　ＣＯＯ（ＣＨ２　）１５Ｓｉ
Ｃｌ３　，ＣＦ３　（ＣＦ２　）５　（ＣＨ２　）２　
ＳｉＣｌ３　等が利用できた。

【００３０】なお以上の実施例ではノズル表面の全体に
単分子膜を形成したが、ニーズに応じてノズル表面の所
望の部分に形成しても良い。

【００３１】

【発明の効果】以上述べて来たように、簡単な工程で極
めて薄いナノメ−タレベルの膜厚のフッ化炭素系単分子
膜をノズルの表面に均一に形成できるため、エア層厚み
を一定にすることができ、ノズル径を変化させることも
ノズルを詰まらせることがなく、インクやエア詰まりを
防止できるなどヘッド特性のばらつきを大幅に改善でき
る。また一度に多量のノズルの処理が可能となることか
ら生産コストを大幅に減少させることができる。さらに
油性インク吐出用ノズルやエアノズルとしてフッ素系ポ
リマ−塗布膜と同等の撥液性を有する上に、防汚性、耐
剥離性および耐磨耗性が一段と優れているなどその効果
は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のノズル適用した代表的例としての空電
型インクジェットヘッドの構成図

【図２】本発明における空電制御型インクジェットヘッ
ドのノズル近傍の拡大断面図

【図３】本発明のノズルの代表例としての空電制御型イ
ンクジェットヘッド用ノズルの斜視図

【図４】本発明のノズルの第１の実施例を説明するため
にノズル表面を分子レベルまで拡大した断面工程概念図

【図５】本発明のノズルの第２の実施例を説明するため
にノズル表面を分子レベルまで拡大した断面工程概念図

【符号の説明】

１　　エアノズル板 ２　　エアノズル ３　　インクノズル板 ４　　インクノズル １７　　フッ化炭素系化学吸着単分子膜３１　　ノズル
表面 １７０　　フッ化炭素系化学吸着単分子膜１７１　　シ
ロキサン単分子膜

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　フッ素を含む化学吸着単分子膜がノズ
   ル表面に形成されるインクジェット記録装置用吐出ノズ
   ル。
2. 【請求項２】　　吐出ノズル表面に形成されたフッ素を
   含む化学吸着膜が、シロキサン系単分子膜を介して表面
   に形成されてなる請求項１記載のインクジェト記録装置
   用吐出ノズル。
3. 【請求項３】　　金属製、セラミック製、ガラス製、シ
   リコン製で代表される請求項１または２記載のインクジ
   ェット記録装置用吐出ノズル。
4. 【請求項４】　　加工の終了した吐出ノズルを用意し、
   よく洗浄した後、一端にクロロシラン基（ＳｉＣｌｎ　
   Ｘ３−ｎ　基、ｎ＝１，２，３，Ｘは官能基）を有し、
   他の一端に直鎖状フッ化炭素基を有するクロロシラン系
   界面活性剤を溶解した有機溶媒中に前記ノズルを浸漬し
   、前記活性剤より成る化学吸着単分子膜をノズル表面全
   体または一部にわたり形成する工程を含むインクジェッ
   ト記録装置用吐出ノズルの製造方法。
5. 【請求項５】　　加工の終了した吐出ノズルを用意し、
   よく洗浄した後、クロロシリル基を複数個含む物質を混
   ぜた非水系溶媒に接触させて、前記ノズル表面の水酸基
   と前記クロロシリル基とを反応させて前記クロロシリル
   基を複数個含む物質を前記ノズル表面に析出させる工程
   と、非水系有機溶媒を用い前記ノズル表面上に残った余
   分なクロロシリル基を複数個含む物質を洗浄除去した後
   、水で洗浄し反応させて、前記ノズル表面上にシラノ−
   ル基を複数個含む物質より成る単分子膜を形成する工程
   と、一端にクロルシラン基（ＳｉＣｌｎ　Ｘ３−ｎ　基
   、ｎ＝１，２，３，Ｘは官能基）を有し他の一端に直鎖
   状フッ化炭素基を含むクロロシラン系界面活性剤をノズ
   ル表面上に化学吸着し単分子吸着膜を累積する工程とを
   含むインクジェット記録装置用吐出ノズルの製造方法。
6. 【請求項６】　　クロロシリル基を複数個含む物質とし
   ては、ＳｉＣｌ４　，ＳｉＨＣｌ３　，ＳｉＨ２　Ｃｌ
   ２　，またはＣｌ−（ＳｉＣｌ２　Ｏ）ｎ　−ＳｉＣｌ
   ３　（ｎは整数）を用いる請求項５記載のインクジェッ
   ト記録装置用吐出ノズルの製造方法。
7. 【請求項７】　　一端にクロロシラン基を有し他の一端
   に直鎖状フッ化炭素基を含むクロロシラン系界面活性剤
   としてＣＦ３　−（ＣＦ２　）ｎ　−Ｒ−ＳｉＸｐ　Ｃ
   ｌ３−ｐ　（ｎは０または整数、Ｒはアルキル基やＣ＝
   Ｃ，Ｃ≡Ｃまたはシリコンや酸素原子を含む置換基を表
   すが、なくともよい、ＸはＨまたはアルキル基等の置換
   基、ｐは０または１または２の整数）を用いる請求項４
   または５記載のインクジェット記録装置用吐出ノズルの
   製造方法。