JPH06305150A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 インクの流路として細孔を有し、この細孔の
一端をオリフィスとして前記インクの小滴を吐出、飛翔
させ、このインク小滴の被記録面への付着によって記録
を行なうインクジェット記録ヘッドであって、少なくと
も前記オリフィスの周縁部が、いわゆるフッ素含有シラ
ンカップリング剤の一種で被覆処理されるヘッドにおい
て、処理面があらかじめアミノ基含有化合物で処理され
ることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。 【効果】 被覆されたオリフィスの撥インク膜の強度が
増し、こすりに対して耐久性が付与され、良好な印字を
長期に亘って行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般にインクと呼ばれ
る記録液を微細口（オリフィス）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によって記録を
行なうインクジェット記録装置の記録ヘッド、特に、イ
ンク吐出口周縁に改良を加えたインクジェット記録ヘッ
ドに関する。

【０００２】

【従来の技術】現在知られている各種記録方式の中で
も、記録時に騒音の発生がほとんどないノンインパクト
記録方式であって、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な
えるいわゆるインクジェット記録法は、極めて有用な記
録方式であると認められている。このインクジェット記
録法については、これまでにもさまざまな方式が提案さ
れ、改良が加えられて商品化されたものもあれば、現在
もなお実用化への努力が続けられているものもある。

【０００３】インクジェット記録法は、要するに、イン
クと称される記録液の小液滴を飛翔させ、それを紙等の
被記録部材に記録させて記録を行なうものである。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
するための制御方法等に基づき、このインクジェット記
録法は、幾つかの方式に大別される。

【０００４】それ等の中で、代表的な方式の一つは、例
えばＵＳＰ３５９６２７５（Ｓweet方式）、ＵＳＰ３２
９８０３０（Ｌewis and Ｂrown方式）等に開示されて
いる方式であって、連続振動発生法によって帯電量の制
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
させることにより、液滴の飛翔軌道を制御しつつ被記録
部材上に記録を行なうものである。そして、この方式
は、一般にコンティニアス方式とも略称されている。

【０００５】これと対比される代表的な他の方式には、
１つには例えば特願昭５２−１１８７９８号に開示され
る方式（ＢＪ方式）がある。この方式は、インクを急激
に加熱することによりインクを気化させ、その際の急激
な体積変化によりインクを吐出させ、被記録部材上に記
録を行なうものである。さらに例えばＵＳＰ３７４７１
２０に開示されている方式（Ｓtemme 方式）がある。こ
の方法は、記録のための液体を吐出するオリフィスを有
する記録ヘッ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って
必要時毎に前記オリフィス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により記録を行なうものであ
る。これらが、いわゆるオンデマンド方式である。

【０００６】このような、インクジェット記録法に用い
るインクジェット記録ヘッドにおいて、インクを吐出す
るいわゆるオリフィスの回りの物性は、オリフィスより
インクを常時安定して吐出させる上で極めて重要であ
る。

【０００７】すなわち、（１）オリフィスの外回り表面
（オリフィス面）にインクが回り込んでオリフィス付近
の一部にインク溜りが生ずると、インクがオリフィスか
ら吐出される際に、その飛翔方向が正規の方向から離脱
するようになり、インク溜り状態の不安定さから、吐出
される毎に、その飛翔方向が一定でないという不都合が
生じ、安定した液滴吐出が行なえず、したがって良好な
記録が行なえなくなる。（２）オリフィスの全面がイン
クの膜で覆われると、いわゆるスプラッシュ現象が生じ
てインクの散乱が起こり、これも安定した記録が行なえ
なくなる。（３）オリフィスを覆うインク溜りが大きく
なると、記録ヘッドのインク吐出が不能状態に陥いるな
どの問題を生ずる。

【０００８】これらの問題を解決する方法として従来か
ら吐出オリフィスを囲む外表面をシリコーンオイル、ア
ラビヤゴム等で処理して撥水または撥油性にする方法は
実公昭４８−３６１８８号公報等によって公知である。
しかしこれらの方法は吐出オリフィスを形成するガラ
ス、金属等の部材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った。ま
た撥液性も充分ではなく、例えばシリコーン系の物質で
は水系のインクに対して撥液性を示しても、アルコール
系、ケトン系、エステル系の有機溶剤系インクに対して
は全く撥液性を示さなかった。

【０００９】さらに、この接着性を向上させ、撥インク
性を向上させたものとして特開昭５６−８９５６９号公
報では、フッ素含有基を有するシランカップリング剤と
いう特有の化合物を用いることにより、上記問題を解決
している。

【００１０】撥インク性膜を形成するための材料として
は、前述のようにオリフィスを形成する部材との接着性
が良いことや水系インク、有機溶剤系インクのどちらに
も充分な撥インク性を示すという理由で、従来、フッ素
含有基を有するシランカップリング剤という特有の化合
物が用いられていた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、フッ素含有基
を有するシランカップリング剤を用いた場合でも以下に
示す不具合が生じている。すなわちフッ素含有基を有す
るシランカップリング剤は第１に一般に加熱硬化の反応
性が低く、したがってその処理プロセスで長時間を要
し、あるいは高温で処理するためのインク流路内に剤が
入り込むという不都合が生じる。これらの結果、でき上
ったインクジェット記録ヘッドにインクを充填した時、
インクメニスカスの後退という現象が生じ、正常なイン
クの吐出ができなくなる。第２に、上記物質は完全に硬
化させることがむずかしくインクジェット記録ヘッドで
は、使用の途中でフェイス面についた紙カスやゴミ、イ
ンク溜り等を取り除くためのふき取り操作を繰り返すい
わゆる「回復操作」の際、容易に膜が剥れたり、移動し
てしまい、印字品位劣化が生じることがあった。

【００１２】本発明は、上記の点に鑑み成されたもので
あって、使用の際には常時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
れ得る記録ヘッドを提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、インクの流路として細孔を有し、この細孔の一端
をオリフィスとして前記インクの小滴を吐出、飛翔さ
せ、このインク小滴の被記録面への付着に以て記録を行
うインクジェット記録ヘッドであって、少なくとも前記
オリフィスの周縁部が加水分解によりＲ¹ Ｓｉ（ＯＨ）
₃ を生成する化合物（但し、Ｒ¹ は炭素数１〜２０のフ
ルオロアルキル基、フルオロアリル基、フルオロシクロ
アルキル基、フルオロアルカリル基、またはフルオロア
ルキルアリル基を表わし、その基におけるフッ素とフッ
素以外の元素の元素数の比率が１：１以上である。）で
処理されるヘッドにおいて、処理面があらかじめアミノ
基含有化合物で処理されることを特徴とするインクジェ
ット記録ヘッドである。

【００１４】従来の撥水処理ではオリフィス面に撥水処
理剤を直接塗布するが、本発明では、まずアミノ基含有
化合物で下地処理を行なう。アミノ基含有化合物が加水
分解によりＲ² Ｓｉ（ＯＨ）₃ 又はＲ² Ｒ³ Ｓｉ（Ｏ
Ｈ）₂ を生成する化合物は特に好ましいものである。
（但し、Ｒ² はアミノ基を含有するＣ₁ 〜Ｃ₂₀のアルキ
ル基、シクロアルキル基、アリル基、Ｒ³ はＣ₁ 〜Ｃ₁₀
のアルキル基を表わす。）アミノ基を有する化合物の代
表的なものとしてｎ−プロピルアミン、ジエチルアミ
ン、エチレンジアミン、トリエチルアミン、アミノ基を
有するシランカップリング剤をあげることができる。

【００１５】

【表１】 アミノ基を含有する化合物でオリフィス面を処理する方
法としては以下の方法があげられる。 １．ゴム、プラスチック等の弾性体の表面に薄くアミノ
基含有化合物を塗布した後、オリフィス面に加圧転写し
て塗布する方法。

【００１６】この方法では、インク流路内に充填物を充
填することは、必要ない。 ２．ハケ塗り、スプレー塗布、あるいはアミノ基含有化
合物の希釈液中に浸漬するなどの方法。

【００１７】上記処理後、必要により加熱、乾燥等の後
処理を行なってもよい。

【００１８】次に、加水分解によりＲ¹ Ｓｉ（ＯＨ）₃
を生成する化合物を塗布する。（但し、Ｒ¹ は炭素数１
〜２０のフルオロアルキル基、フルオロアリル基、フル
オロシクロアルキル基、フルオロアルカリル基、または
フルオロアルキルアリル基を表わし、その基におけるフ
ッ素とフッ素以外の元素の元素数の比率が１：１以上で
ある。）加水分解によりＲ¹ Ｓｉ（ＯＨ）₃ を生成する
化合物とは、いわゆるフッ素含有シランカップリング剤
の一種で具体的には以下のものがあげられる。

【００１９】

【化１】 （１１）は商品名ＫＰ−８０１（信越化学工業（株））
として市販されている。

【００２０】塗布する方法としては、前記アミノ基含有
化合物を塗布する場合と同様の方法が採用できる。

【００２１】次に塗布された、撥インク処理剤を加熱硬
化させ、撥インク処理膜が形成される。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて具体的
に説明する。

【００２３】本発明においては、オリフィス付近に問題
の解決が絞られるものであるから、記録ヘッドのオリフ
ィス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、これら実施例により限定される
ことはなく、如何なるタイプのインクジェット記録ヘッ
ドでも、吐出オリフィスより液体を吐出させるものであ
れば、本発明は適用されるものである。

【００２４】実施例１ 図１にその断面を示す発熱ヘッドをまず作成した。基板
１０１としては０．５ｍｍ厚の単結晶シリコン基板を用
い、発熱抵抗体１０２はＨｆＢ₂ スパッタリングで作成
され、厚さ５００オングストローム、図示しない電極と
してはアルミニウム蒸着で作成され、厚さ５０００オン
グストローム、の保護膜１０４はＳｉＯ ₂ スパッタリン
グで作成され厚さ３μｍである。

【００２５】覆い１０５は、青板ガラス上に感光性樹脂
で溝を形成したものを用い、これを上記基板１０１上に
発熱抵抗体と溝１１１の位置が合うように接着した。

【００２６】次に撥水処理剤の塗布されるフェイス面１
１２を溶剤で洗浄した。

【００２７】フェイス面は洗浄に保つことが重要であ
る。洗浄に保つ方法としては、溶剤を用いて洗浄する方
法、界面活性剤で洗浄する方法、プラズマ処理、紫外線
照射を行ないながら酸素を導入する方法等が考えられる
が前工程が清浄で、洗浄を行なう必要がなければ、これ
を省略することもできる。なお、このフェイス面を洗浄
に保つことは、接着あるいは塗布等の際通常行なわれる
操作であって本発明に限定を加えるものではない。

【００２８】一方、γ−アミノプロピルトリメトキシシ
ランの１％エタノール溶液をよく洗浄された厚さ０．５
ｍｍのシリコンゴム上にスピンコートしたものをあらか
じめ作成し、オリフィス面に加圧転写し、下地処理を行
なった。続けて前述のＫＰ−８０１（信越化学工業
（株））の１％フロン−１１３溶液を用い、下地処理と
同一の方法でオリフィス面に塗布した。その後１５０℃
で２０分加熱硬化させて被覆を完了した。

【００２９】実施例２ 図２にその断面を示すインクジェット記録ヘッドに撥イ
ンク処理を行なった。記録ヘッドは先端が細められたガ
ラス管２０１（インク流路部内径０．２ｍｍ，オリフィ
ス部内径０．０５ｍｍ）にピエゾ振動素子２０２が付設
され、オリフィスとは反対の端部には塩化ビニール製の
パイプ２０６をインク導入管として接続されている。吐
出オリフィス２０５は、外壁面を酸化セリウム平均粒径
０．１μｍを用い研磨した後、蒸留水でよく洗浄し乾燥
した。次に印字時にはインク２０３が流入しているイン
ク流路２０４内に水銀を入れた後実施例１と同じγ−ア
ミノプロピルトリメトキシシランの１％エタノール溶液
に浸漬後、５分間風乾し、ＫＰ−８０１（信越化学工業
（株））の１％フロン−１１３溶液に浸漬処理した。５
分間風乾後、水銀を除去し１５０℃の熱風で２０分間硬
化を行ない撥インク性膜２０７を被覆したインクジェッ
ト記録ヘッドを作成した。

【００３０】比較例１ 実施例１のγ−アミノプロピルトリメトキシシランによ
る下地処理を行なわず、ＫＰ−８０１の１％フロン−１
１３溶液での処理のみを行なった。

【００３１】その他は、実施例１と同様の工程でヘッド
を作成した。

【００３２】加熱硬化中に、インク流路内に撥インク処
理剤の入り込みが認められた。

【００３３】比較例２ 比較例１と同じ撥インク処理剤を用い、ヘッドには予め
インク流路内にパラフィンを充填した後下地処理は行な
わずに実施例１と同様の方法で撥インク処理剤を加圧転
写した後、１５０℃で２０分加熱硬化処理した。次にト
ルエンでパラフィンを溶解除去し、インクジェット記録
ヘッドを作成した。

【００３４】比較例３ 比較例１と同じ撥インク処理剤を用い、下地処理は行な
わず実施例２と同様の方法で撥インク処理を行ない実施
例２と同じタイプのインクジェット記録ヘッドを作成し
た。

【００３５】上述の実施例および比較例で作成したイン
クジェット記録ヘッドを用いて初期印字試験及び回復操
作後の印字試験を行ない結果を表２に示した。

【００３６】

【表２】 表から明らかなように、本実施例のインクジェット記録
ヘッドは初期印字において良好な印字が得られ、ゴムブ
レードによる“オリフィス面ふき”という回復操作後も
良好な印字が得られる。又そのオリフィス面は初期と変
らず耐久性のあることが明らかとなった。これに対して
比較例１では加熱硬化処理により撥インク処理剤がオリ
フィスの内部に入り込んだため、初期印字が不良であっ
た。比較例２及び３では初期印字は良好なものが得られ
たが、回復操作を行なうことにより、撥インク処理膜が
損傷を受け、そのカスがオリフィスの内部に入り込み印
字不良を発生させた。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように撥インク処理剤とし
てシランカップリング剤を用いた場合、その下地をアミ
ノ基含有化合物であらかじめ処理しておくことにより以
下の効果が得られる。 １．撥インク膜の強度が増す。 ２．そのため回復操作のようなこすりに対しても耐久性
が付与される。 ３．その結果良好な印字品位を長期に亘って保つことが
でき、信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを適用で
きる。 ４．撥インク処理剤の加熱硬化の際、塗布した剤が移動
することがなく、そのためオリフィスを開口させたまま
でも処理可能である。 ５．したがって、インク流路内に充填物を充填させる必
要がないので、処理が簡単に行なうことができ、安価な
ヘッドを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】インクジェット記録ヘッドの１例を示す模式的
断面図である。

【図２】インクジェット記録ヘッドの他の例を示す模式
的断面図である。

【符号の説明】

１０１ 基板 １０２ 発熱抵抗体 １０４ 保護膜 １０５ 覆い １１１ 溝 １１２ フェイス面 ２０１ ガラス管 ２０２ ピエゾ素子 ２０３ インク ２０４ インク流路 ２０５ 吐出オリフィス ２０６ パイプ ２０７ 撥インク性膜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクの流路として細孔を有し、この細
   孔の一端をオリフィスとして前記インクの小滴を吐出、
   飛翔させ、このインク小滴の被記録面への付着によって
   記録を行なうインクジェット記録ヘッドであって、少な
   くとも前記オリフィスの周縁部が加水分解によりＲ¹ Ｓ
   ｉ（ＯＨ）₃ を生成する化合物（但し、Ｒ¹ は炭素数１
   〜２０のフルオロアルキル基、フルオロアリル基、フル
   オロシクロアルキル基、フルオロアルカリル基、または
   フルオロアルキルアリル基を表わし、その基におけるフ
   ッ素とフッ素以外の元素の元素数の比率が１：１以上で
   ある。）で処理されるヘッドにおいて、処理面があらか
   じめアミノ基含有化合物で処理されることを特徴とする
   インクジェット記録ヘッド。
2. 【請求項２】 前記アミノ基含有化合物が加水分解によ
   りＲ² Ｓｉ（ＯＨ） ₃ 又はＲ² Ｒ³ Ｓｉ（ＯＨ）₂ を生
   成する化合物であることを特徴とする請求項１記載のイ
   ンクジェット記録ヘッド。（但し、Ｒ² はアミノ基を含
   有するＣ₁ 〜Ｃ₂₀のアルキル基、シクロアルキル基、ア
   リル基、Ｒ³ はＣ₁ 〜Ｃ₁₀のアルキル基を表わす。）