JPH04294145A - インクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置 - 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、インク滴を飛翔させて
記録媒体上に画像を形成するインクジェット記録装置の
インクジェット記録ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録方法は、現在知られ
ている各種記録方式の中でも記録時に低騒音のノンイン
パクト記録方法であり、また、インク滴を飛翔させて記
録媒体上に画像を形成するので高速記録が可能で、かつ
普通紙に特別の定着処理を必要とせずに記録ができると
いう点で極めて有用な記録方法として認められている。 図１に示すようなインクジェット記録ヘッドにおいて、
インク吐出口を有する面３は、例えば、金属、セラミッ
ク、シリコン、ガラス、プラスチック等で形成されてい
る。しかし、インクジェット記録方法はインク滴を飛翔
させて記録媒体上に画像を形成するので、インク吐出面
を濡らさないことを前提としたインクジェット記録ヘッ
ドの場合、インク吐出口を有する面の撥インク性（イン
クが水性インクであれば撥水性、油性インクであれば撥
油性）が要求される。もし、撥インク性が不十分である
とインクジェット記録ヘッドからインクを吐出させたと
きに、そのインクが吐出口近傍に付着し、不均一なイン
ク溜り（濡れムラ）が生じるため、再びインクを吐出さ
せたとき、図２に示すようにその飛翔方向がインク溜り
の側に引っ張られ正規の方向から外れる（飛行曲がり）
という問題が起こる。さらに、濡れムラが不安定なため
に吐出のたびにその飛翔方向が乱れ、安定したインクの
吐出ができず良好な記録が得られない。

【０００３】そこで、従来よりインク吐出口を有する面
の一部あるいは全部に表面処理を施して、撥インク性を
高める方法が様々、示されている。例えば、特開昭５５
ー６５５６４にはシリコン系撥水剤、フッ素系撥水剤等
の撥水剤を塗布する方法や、特開昭５６ー８９５６９に
はフロロアルコキシシラン等で処理する方法や、フッ素
系化合物やシラン系化合物のプラズマ重合膜（特開昭６
４ー８７３５９等）や熱蒸着などでコーティングする方
法や、特開平２ー３９９４４にはフロロシリコーンコー
ティング剤で処理する方法や、さらには特開平２ー４８
９５３に示されるようにインク吐出口を有する面に微細
な凹凸を形成し、その凹凸の形成された面に対して撥イ
ンク性処理を行なう方法などが公知である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、インク
ジェット記録装置には、図３に示すようにインクジェッ
ト記録ヘッドのインク吐出口を有する面３に記録紙から
発生する紙粉や空気中のほこり、ゴミ等が付着した場合
に吐出口４の目詰まりを防ぐ目的で、インク吐出口を有
する面をゴム製のプレート７で拭くという機能がある。 従って、前述の従来技術においてはいずれも、撥インク
性の表面処理層の密着性が弱いため、インク吐出口を有
する面をゴムプレートで何回も拭いていると表面処理し
た層が剥離し、次第に撥インク性が失われ、インクジェ
ット記録ヘッドからインクを吐出させたとき、図２に示
すように、そのインクが吐出口近傍に付着し、インクの
飛翔方向がインクが付着した側に引っ張られ飛行曲がり
が生じてしまうという課題があった。

【０００５】そこで、本発明は前記課題を解決するため
のものであり、その目的とするところは、インクジェッ
ト記録ヘッドにおいてインクを吐出させたとき、インク
が吐出口近傍に付着せず、安定した高品質の記録が長期
間可能なインクジェット記録ヘッドを提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、インクジェッ
ト記録ヘッドにおいて、インク吐出口を有する面の外表
面に撥インク性の表面処理層を設け、その層がフッ素系
高分子共析メッキにより形成することを特徴とする。

【０００７】一般にインクジェット記録ヘッドのインク
吐出口を有する面は、金属、セラミック、シリコン、ガ
ラス、プラスチック等で形成されている。好ましい材料
としては、チタン、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、
銅、亜鉛、スズ、金等の単一、あるいは、ニッケルーリ
ン合金、スズー銅ーリン合金（リン青銅）、銅ー亜鉛合
金（ＢＳ）、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の合金や、ポリ
カーボネイト、ポリサルフォン、ＡＢＳ樹脂（アクリル
ニトリル・ブタジエン・スチレン共重合）、ポリエチレ
ンテレフタレート、ポリアセタール等があげられる。

【０００８】本発明者らは、これらインク吐出口を有す
る面の材料との密着性がよく、撥インク性の良好な表面
処理について検討した結果、インク吐出口を有する面に
フッ素系高分子共析メッキの表面処理層を設けることに
より、ゴムプレートでインク吐出口を有する面を何回も
拭いた場合でも、表面処理した層の剥離はなく、飛行曲
がりも生じないことがわかった。

【０００９】なお、ゴムプレートは、ＮＢＲゴム、シリ
コンゴム、ブチルゴム、クロロプレンゴム等の発泡性ゴ
ムからなる。

【００１０】本発明においては、フッ素系高分子として
ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリパーフ
ルオロアルコキシブタジエン（ＰＦＡ）、ポリフルオロ
ビニリデン、ポリフルオロビニル等を単独あるいは、こ
れらを混合して用いることができる。

【００１１】また、メッキ層のマトリックスとしては特
に制限はなく、ニッケル、銅、銀、亜鉛、錫等の適宜な
金属を選ぶことができるが、好ましくは、ニッケル（Ｎ
ｉ）やニッケルーコバルト合金（Ｎｉ−Ｃｏ）、ニッケ
ルーリン合金（Ｎｉ−Ｐ）、ニッケルーホウ素合金（Ｎ
ｉ−Ｂ）等のニッケル合金が表面硬度、耐摩耗性に優れ
ていることから選定される。

【００１２】さらに、このフッ素系高分子共析メッキ層
は１〜１０μｍの範囲が適当である。これより層が薄い
とインク吐出口を有する面の撥インク性が不十分である
し、これより層が厚いとインク吐出口の径の精度に影響
がでる。

【００１３】以上のような表面処理層を設けることによ
り、インクジェット記録ヘッドにおいてインクを吐出さ
せるとき、インクがインク吐出口近傍に付着せず、図５
に示すようなインク吐出状態を保つことができる。さら
に、安定した高品質の記録が長期間可能となる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を図面を参照して具体的に説明
する。

【００１５】図１において、本発明にかかわるインクジ
ェット記録ヘッドの断面図を示す。本発明のインクジェ
ット記録ヘッド材料としては、金属、セラミック、シリ
コン、ガラス、プラスチック等があげられ、インク吐出
口を有する面３を形成する部材と、流路を形成する部材
１は同一材料であってもよいし、例えば、インク吐出口
を有する面３は金属、流路２はプラスチックというよう
な異なる材料であってもよい。

【００１６】本発明のインクジェット記録ヘッドは、あ
らかじめ作成されたヘッドのインク吐出口を有する面に
電解法あるいは、無電解法によりフッ素系高分子共析メ
ッキ層を形成し、撥インク性の表面処理層を設けること
ができる。また、インク吐出口を有する面と流路を別々
に作成し、インク吐出口を有する面の外表面に電解法あ
るいは、無電解法によりフッ素系高分子共析メッキ層の
撥インク性の表面処理層を設けた後、流路を形成してい
る部材と接着することもできる。

【００１７】さらに、このフッ素系高分子共析メッキ層
はメッキ層が薄すぎるとインク吐出口を有する面の撥イ
ンク性が不十分であるし、またメッキ層が厚すぎるとイ
ンク吐出口の径の精度に影響がでるため、１〜１０μｍ
の範囲が適当である。この際、メッキ層中のフッ素系高
分子共析メッキ量はメッキ層に対して５〜３０ｖｏｌ％
、特に１０〜３０ｖｏｌ％になるようにすることが好ま
しい。

【００１８】なお、本発明は図１に示した如きヘッドに
限定されることはなく、液体を吐出口より吐出させる如
何なるタイプのヘッドにも適用されるものである。

【００１９】次に、本発明の実施例及び比較例の表面処
理方法をあげてさらに詳しく説明する。

【００２０】実施例１ 電解法によってインク吐出口を形成したＮｉプレートの
外表面に以下の組成のメッキ液を用い、以下の条件でメ
ッキをすることにより、撥インク性の層を形成した。

【００２１】 　　・メッキ組成 　　　　　　　　硫酸ニッケル　　（ＮｉＳＯ４・６Ｈ
２０）　　　　　　　　２４０ｇ／ｌ　　　　　　　　
塩化ニッケル　　（ＮｉＣｌ２・６Ｈ２Ｏ）　　　　　
　　　　　４５ｇ／ｌ　　　　　　　　ほう酸　　（Ｈ
３ＢＯ３）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　３５ｇ／ｌ　　　　　　　　ＰＴＦＥ　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　５０ｇ／ｌ　　・条件 　　　　　　　　ｐＨ　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　４．０〜４．５　
　　　　　　　メッキ温度　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　６０℃　
　　　　　　　陰極電流密度　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　３Ａ／ｄｍ２　　　
　　　　　攪拌　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　ゆるやかな機械攪拌得られたイン
ク吐出用プレートとポリカーボネイト樹脂で形成した流
路とを接着し、インクジェット記録ヘッドとした。

【００２２】実施例２ プレスによる穴開けでインク吐出口を形成したリン青銅
（Ｓｎ−Ｃｕ−Ｐ）プレートの外表面に以下の組成のメ
ッキ液を用い、以下の条件でメッキをすることにより、
撥インク性の層を形成した。

【００２３】 　　・メッキ組成 　　　　　　　　スルファミン酸ニッケル　　（Ｎｉ（
ＮＨ２ＳＯ３）２）　７０ｇ／ｌ　　　　　　　　Ｈ３
ＢＯ３　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　３０ｇ／ｌ　　
　　　　　　ＰＴＦＥ　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
５５ｇ／ｌ　　・条件 　　　　　　　　ｐＨ　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　４．０〜４．５　
　　　　　　　メッキ温度　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　５０℃　
　　　　　　　陰極電流密度　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　２Ａ／ｄｍ２　　　
　　　　　攪拌　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　ゆるやかな機械攪拌　　つぎに３
５０℃の炉に３０分間入れ、共析メッキ層の表面に露頭
しているＰＴＦＥ粒子を溶融して、メッキ表面をＰＴＦ
Ｅで完全に覆った。

【００２４】得られたインク吐出用プレートとポリサル
フォン樹脂で形成した流路とを接着し、インクジェット
記録ヘッドとした。

【００２５】実施例３ 電解法によってインク吐出口を形成したＮｉプレートの
流路形成部材との接着面（内表面）をテープで保護した
後、以下の組成のメッキ液を用い、以下の条件で無電解
ＮｉーＰ／ＰＴＦＥ複合メッキをすることにより、撥イ
ンク性の層を形成した。

【００２６】 　　・メッキ組成　　・・・ニムフロン　　（上村工業
株式会社　　登録商標）　　　　　　　　ニムフロンー
５Ｍ　　（上村工業株式会社製　　商品名）　　２００
ｍｌ／ｌ　　　　　　　　ニムフロンーＡ　　　　（上
村工業株式会社製　　商品名）　　　　５０ｍｌ／ｌ　
　　　　　　　ニムフロンーＦ　　　　（上村工業株式
会社製　　商品名）　　　　４．５ｇ／ｌ　　　　　　
　　ニムフロンーＣ　　　　（上村工業株式会社製　　
商品名）　　　　１５ｍｌ／ｌ　　・条件 　　　　　　　　ｐＨ　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　４．９〜５．２　
　　　　　　　メッキ温度　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　９０℃　
　　　　　　　攪拌　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　ゆるやかな機械攪拌つぎに３
８０℃の炉に３０分間入れ、共析メッキ層の表面に露頭
しているＰＴＦＥ粒子を溶融して、メッキ表面をＰＴＦ
Ｅで完全に覆った。

【００２７】得られたインク吐出用プレートとポリサル
フォン樹脂で形成した流路とを接着し、インクジェット
記録ヘッドとした。

【００２８】実施例４ ポリカーボネイト樹脂の基板をケミカルエッチング後、
実施例３と同様のメッキ液、メッキ条件で無電解Ｎｉ−
Ｐ／ＰＴＦＥ複合メッキをすることにより、撥インク性
の層を形成した。この基板にエキシマレーザー加工によ
り、貫通する穴を開けてインク吐出用プレートとした。

【００２９】次に得られたインク吐出用プレートとポリ
カーボネイト樹脂で形成した流路とを接着し、インクジ
ェット記録ヘッドとした。

【００３０】比較例１ 電解法によってインク吐出口を形成したＮｉプレートの
流路形成部材との接着面をテープで保護した後、以下の
フロロシリコーンコーティング剤に浸漬し引き上げて乾
燥させた。

【００３１】 　　　　”フレオン”ＴＦ　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　９５％　
　　　ＫＰ８０１　　（信越化学工業株式会社製　　商
品名）　　　　　　５％次に２００℃のオーブン中に２
時間投入し、反応硬化させインク吐出用プレートとした
。得られたインク吐出用プレートとポリカーボネイト樹
脂で形成した流路とを接着し、インクジェット記録ヘッ
ドとした。

【００３２】なお、文中％とあるのは重量基準である。

【００３３】比較例２ プレスによる穴開けでインク吐出口を形成したリン青銅
（Ｓｎ−Ｃｕ−Ｐ）プレートの流路形成部材との接着面
をテープで保護した後、以下のフロロコーティング剤を
スプレー塗布して乾燥させた。

【００３４】フロラード　　ＦＣ−７２１　　（住友３
Ｍ製　　商品名）　　１００％ 次に１００℃のオーブン中に２０分間投入し、反応硬化
させインク吐出用プレートとした。得られたインク吐出
用プレートとポリカーボネイト樹脂で形成した流路とを
接着し、インクジェット記録ヘッドとした。

【００３５】比較例３ ポリカーボネイト樹脂の基板をケミカルエッチングし、
凹凸を形成させた後、比較例２と同様の撥インク性処理
をし、エキシマレーザー加工により、貫通する穴を開け
てインク吐出用プレートとした。

【００３６】次に得られたインク吐出用プレートとポリ
カーボネイト樹脂で形成した流路とを接着し、インクジ
ェット記録ヘッドとした。

【００３７】上記実施例１乃至４及び比較例１乃至３の
インクジェット記録ヘッドと下記の組成のインクＡを用
いて、撥インク性の表面処理層の密着性、表面処理を施
したインク吐出口を有する面の耐久性を確認するために
次の実験を行った。

【００３８】 　　　　インクＡの組成 　　　　　　　　Ｃ．Ｉ．ダイレクトブラック１５４　
　　　　　　　　　　　　　　　１％　　　　　　　　
グリセリン　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　３％　　　　　
　　　エタノール　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　５％　　
　　　　　　水　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　９１％試験Ｉ 実施例１乃至４及び比較例１乃至３のインクジェット記
録ヘッドのインク吐出口を有する面に対するインクＡと
の接触角を測定し、次にそれを図３にしめすようなシリ
コンゴムからなるプレートで一定方向にワイピングする
方法で数千回ワイピングした後、再び、インクＡの接触
角を測定した。その結果を表１に示す。なお、接触角は
協和界面化学（株）製　ＦＡＣＥ　自動接触角計ＰＤ−
Ｚ型を用い、２５℃においてインク滴下６０秒後に測定
した。

【００３９】

【表１】

【００４０】試験ＩＩ：実施例１乃至４及び比較例１乃
至３のインクジェット記録ヘッドのインク吐出口を有す
る面に対し、シリコンゴムからなるプレートで一定方向
にワイピングを数千回行った後、図４に示した本出願人
が既に出願している圧電素子制御方式の吐出手段による
インクジェット記録装置に装着した。そして、１ページ
連続印字を行なった後、３０秒待機させ再度印字させた
ときに印字状態を確認、飛行曲がりの有無をチェックし
、以下の基準にしたがって判断する。

【００４１】全く曲がらない　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　◎やや曲がるが文字に影響ない　　　
　　　　　　　　　　　　　　　○曲がりが発生し文字
に影響を与える　　　　　　　　　　　　△ひどく曲が
り文字が読み取れない　　　　　　　　　　　　　　×
その結果を表２に示す。

【００４２】

【表２】

【００４３】以上のように、インク吐出口を有する面を
撥インク性の処理剤で表面処理する方法（比較例１〜３
）ではゴムプレートでのワイピング回数が増加するにし
たがって接触角が低下し、また、飛行曲がりも生じるこ
とから、撥インク性の処理剤で表面処理した層が剥離し
たことが考えられる。しかし、インク吐出口を有する面
にフッ素系高分子共析メッキの撥インク性表面処理層を
設けた本発明のインクジェット記録ヘッドの場合、イン
ク吐出口を有する面の接触角、飛行曲がりのいずれにお
いても低下はみられず、密着性、耐久性が良好であった
。

【００４４】

【発明の効果】以上の如き本発明によれば、インク吐出
口を有する面の撥インク性の表面処理層の密着性が向上
し、ゴムプレートでのワイピングに対する耐久性が良好
なので、図５に示すような吐出状態を長期間保つことが
できる。それゆえ、安定した高品質の記録が長期間可能
であり、信頼性に優れたインクジェット記録ヘッドを提
供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェット記録ヘッドの断面模式
図

【図２】従来のインクジェット記録ヘッドを説明する模
式図

【図３】一般的なワイピング方法を説明する模式図

【図
４】圧電素子制御方式のインクジェット記録ヘッドの断
面図

【図５】本発明の効果を示す模式図

【符号の説明】

１：流路形成部材 ２：流路 ３：インク吐出口を有する面 ４：インク吐出口 ５：インク ６：撥インク性の表面処理層 ７：ゴムプレート ８：振動板 ９：圧電素子 １０：ＦＰＣ １１：ヘッドケース

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　インクジェット記録ヘッドにおいて、
   インク吐出口を有する面の外表面に撥インク性の表面処
   理層を設け、その層がフッ素系高分子共析メッキにより
   形成することを特徴とするインクジェット記録ヘッド。