JPH07227969A - インクジェットプリンターヘッド用ノズル板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 インクが吐出される吐出面を有する平板状部
材の所定の位置にインクが吐出されるインク吐出孔を有
するインクジェットプリンターヘッド用ノズル板の表面
に、フッ素樹脂微粒子を共析させたメッキ被膜を形成
し、該メッキ被膜の表面をフッ素ガスを含有した雰囲気
中で直接フッ素化されることを特徴とするインクジェッ
トプリンターヘッド用ノズル板およびその製造方法。 【効果】 ノズル板表面の撥液性を著しく向上させるこ
とが可能であり、ノズル板表面への水性あるいは非水性
インクの付着を防止することができる。その結果、安定
なインクの吐出を可能にさせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインクジェットプリンタ
ーヘッドに用いるノズル板に関し、特にノズル板表面の
撥液化処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、コンピュータ出力等の応用分野に
おけるノンインパクトプリンターの一方式であるインク
ジェットプリンターにおいて圧電体の圧電作用をインク
吐出の駆動力に応用した方式が特公平４−４８６２２号
公報や特開昭６３−２４７０５１号公報等に提案されて
いる。

【０００３】その代表的な製造方法および構造は圧電性
基板にインク流路のための微細な貫通した溝の加工を施
した後、その表面に電極膜を形成、表面を研磨加工し、
溝内部に電極膜を残す。

【０００４】さらに溝内面に絶縁膜として気相合成法に
よるポリパラキシリレン樹脂からなるパリレン膜を形成
する。この絶縁膜はインクの不安定吐出の原因となるイ
ンクの電気分解による気泡発生およびインクの変質を防
ぐための重要な構成体として位置づけられている。この
パリレン膜は極めて高い撥液性を示すため、既に本出願
人よりパリレン膜上に酸化シリコン膜に代表される無機
酸化物膜を積層することによりパリレン膜をインクに対
して親液性にさせる方法が提案されている。

【０００５】以上のように作製した圧電性基板の溝を有
する面どうしを対向させて接着、あるいは溝を有する面
上にガラス、セラミック、金属あるいはプラスチック製
の平板状の蓋を接着することによってインク流路を形成
する。

【０００６】さらにインク流路の一方の端部に直径３０
〜６０ミクロンのインク吐出孔を有した厚さ０．２ｍｍ
のノズル板を接着した後、電極に駆動回路を接続するこ
とによって本インクジェットプリンターヘッドが構成さ
れる。

【０００７】圧電作用を利用したインクジェットプリン
ターヘッドの駆動原理は各溝中に形成された電極に電圧
を印加すると溝を形成する隔壁がその圧電作用のために
インク流路の容積を増大または減少せしめるように変形
する。そしてこの減少の変形によって生じた圧力が溝内
部に充填されたインクに伝播し、インク吐出孔からイン
ク滴として吐出するものである。

【０００８】本インクジェットプリンターヘッドをはじ
め、一般にインクジェットプリンターヘッドに用いるノ
ズル板にはインク滴を安定に吐出させ、噴出後のインク
吐出孔周囲への残留インクの付着を防止し、さらに水性
あるいは非水性インクに対して化学的に安定であり、耐
摩耗性に優れるなどの機械的強度の高いものでなければ
ならないことが要求されている。

【０００９】そのため、ノズル板の材質、インク吐出孔
の形状等の工夫がなされているが、効果があると期待さ
れているのはノズル板へのコーティングによる性能付与
である。このコーティング被膜の材質としては既にテフ
ロンやシリコーン系撥水性被膜、さらにはフッ素樹脂微
粒子を共析させたメッキ被膜等が提案されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
コーティング材料はインクジェットプリンターヘッド用
ノズル板に要求されている条件をすべて満たすものでは
なく、例えば炭化水素系有機溶媒を含んだ非水性インク
に対しては水性インクと比較するとインク吐出孔周辺部
にインク溜まりを生じ易く、その結果、吐出するインク
滴の飛翔方向が安定せず、またインク滴形成時のメニス
カスの安定性も低下させる。

【００１１】さらにインクによる目詰まりを防止するた
めにノズル板のインク吐出孔面をゴム製のブレードでワ
イピングする機構が組み込まれているプリンターもあ
り、この場合、ノズル板表面を多数回ワイピングすると
徐々にノズル板表面のコーティング材料が摩耗してしま
う、あるいは非水性インク中に含まれるポリマー成分の
吸着を促進し、インクに対する撥液性を低下させるなど
の問題を有していた。

【００１２】本発明の目的は優れた機械的強度、化学的
安定性を有し、水性及び非水性インクに対して充分な撥
液性を備え、インク滴を安定に吐出させるためのインク
ジェットプリンターヘッド用ノズル板を提供することに
ある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のインクジェットプリンターヘッド用ノズル
板は、ノズル板全体もしくはインク滴が吐出される吐出
面の表面に、フッ素樹脂微粒子を共析させた共析メッキ
被膜層を形成後、この共析メッキ被膜表面をフッ素ガス
を含有した雰囲気中で直接フッ素化することを特徴とす
る。

【００１４】

【作用】テフロンに代表されるフッ素樹脂微粒子を共析
させたメッキ被膜を形成した後にその表面をフッ素ガス
を含有した雰囲気中で直接フッ素化することによってメ
ッキ表面に露頭したフッ素樹脂微粒子表面が反応し、フ
ッ素樹脂末端に−ＣＦ₃基が生成される。一般に撥液性
は固体表面の臨界表面張力と密接な関係があり、表面張
力の値が小さいほど撥液性は上昇することが知られてい
る。通常、テフロンに代表されるフッ素樹脂の表面張力
は１５〜１８ダイン／ｃｍ程度であるが、−ＣＦ₃ 基は
６ダイン／ｃｍ となり、このような末端基を有する樹
脂はテフロンに代表されるフッ素樹脂よりも著しい撥液
性を呈するようになる。したがって、フッ素樹脂微粒子
を共析させたメッキ被膜の表面を直接フッ素化した共析
メッキ被膜層は優れた撥液性を示すようになり、このよ
うな被膜層をコーティングすることによりインクジェッ
トプリンターヘッド用ノズル板の性能は著しく向上する
ものと考えられる。

【００１５】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図１は本発明による薄板状のインクジェットプリン
ターヘッド用ノズル板の斜視外観図である。図２は本発
明によるインクジェットプリンターヘッド用ノズル板の
インク吐出孔付近の模式拡大断面図である。図３は本発
明によるノズル板表面に被覆したフッ素樹脂微粒子を共
析させたメッキの模式断面図である。図４は本発明によ
る最表面が直接フッ素化された共析メッキ中のフッ素樹
脂微粒子の模式断面図である。図５は本発明によるイン
クジェットプリンターヘッド用ノズル板の製造方法を示
す工程の流れ図である。

【００１６】図５の工程の流れ図に沿って説明すると、
本発明によるインクジェットプリンターヘッド用ノズル
板を作製するためには、まず長さ５０ｍｍ、幅５ｍｍ、
厚さ０．２ｍｍのインク吐出のための円形の貫通したイ
ンク吐出孔３を有するニッケル製ノズル板１上にフッ素
樹脂微粒子を共析させたメッキを５ミクロン形成する。
ニッケル製ノズル板１は電気分解による電着を利用し
て、原型と精密に同じ型を複製する方法である電鋳によ
って作られる。インクが吐出する側の吐出面４のインク
吐出孔３の直径は５０ミクロンであり、メッキ後４０ミ
クロンとなる。

【００１７】共析メッキは電解あるいは無電解メッキ、
いずれでの方法でも可能であるが、本実施例では無電解
メッキを採用した。メッキはあらかじめ洗浄、アルカリ
脱脂、酸によるエッチングを順次施したニッケル製ノズ
ル板１を約９３℃に加熱した０．１ミクロン以下のフッ
素樹脂微粒子を５〜２０ｖｏｌ％分散含有したニッケル
メッキ浴中に浸漬し行った。メッキ膜厚は浸漬時間によ
ってコントロールした。

【００１８】このように被覆したニッケルメッキ被膜中
には図３に示すようにフッ素樹脂微粒子が２０〜３０ｖ
ｏｌ％の範囲で均一に分散していることが電子顕微鏡に
よって確認されている。またメッキ後３００℃から４０
０℃の温度で熱処理することによってメッキ表面の硬度
をアップすることも可能であり、耐摩耗性も上昇する。

【００１９】次にこの共析メッキを被覆したノズル板を
以下の条件下で直接フッ素化する。

【００２０】ガス：Ｎ₂ で５０％希釈したＦ₂ガス 流量：５０ｓｃｃｍ 温度：１０℃ 圧力：５０Ｔｏｒｒ 時間：１時間

【００２１】以上の処理によって図４に示すように共析
メッキ表面に露頭しているフッ素樹脂微粒子１１の最表
面に−ＣＦ₃ 末端基である直接フッ素化された層２２生
成される。

【００２２】本発明の実施例ではインク吐出孔内部を含
むノズル板全体にフッ素樹脂微粒子を共析させたメッキ
を被覆したが、インクが吐出する側の吐出面４のみ、あ
るいはインク吐出孔３の周辺部だけにメッキを被覆して
も良い。

【００２３】また、撥液性をさらにアップするためにノ
ズル板のインクが吐出される吐出面の表面をメッキ被覆
前にあらかじめウェットエッチングやプラズマエッチン
グによって粗面化し、微細な凹凸を形成してからメッキ
を被覆しても良い。

【００２４】また、フッ素樹脂微粒子を共析させたメッ
キを被覆後、さらにメッキ表面にフッ素樹脂を塗布法等
によって供給し、溶融もしくは軟化することにより、メ
ッキ被膜表面全面をフッ素樹脂で被覆してから直接フッ
素化することにより、撥液性はより安定化することも確
認されている。

【００２５】以上の処理で得られたノズル板を用いて炭
化水素系有機溶媒を９５％含有する非水性インクによる
吐出試験を行ったところ、試験前のインクによるノズル
板表面の接触角は９０度であり、約２００時間後も９０
度を保持しており撥液性の低下および腐食等による外観
の変化も観察されず、インクの安定な吐出は維持されて
いた。

【００２６】また、吐出試験後、同じノズル板を用いて
ゴム製ブレードによって２０ｇ／ｃｍ² の接触圧でノズ
ル板表面を一方向に１００００回摺動するワイピング試
験を行ったが、試験後も撥液性の低下はなく、ワイピン
グによる摩耗痕も観察されず、インクの安定な吐出は維
持されていた。また、以上のような試験においては共析
メッキにニッケルメッキを用いたが、他の金属において
も同様の効果が得られた。

【００２７】しかしながら、比較試料としてフッ素樹脂
微粒子の共析メッキを被覆しただけで直接フッ素化を行
わないノズル板を用いて同様のインク吐出試験を行った
結果、試験前の接触角は７０度であり、試験後は４０度
まで低下した。さらにノズル板のインク吐出孔周辺がイ
ンクで濡れてしまい、インクの飛翔方向が曲がってしま
う現象が観察された。

【００２８】

【発明の効果】以上の実施例から明らかなように、本発
明によるインクジェットプリンターヘッド用ノズル板を
用いることにより、ノズル板表面の撥液性を著しく向上
させることが可能であり、ノズル板表面への水性あるい
は非水性インクの付着を防止することができる。その結
果、安定なインクの吐出を可能にさせる。さらに、本実
施例に用いる共析メッキは高硬度であり、化学的安定性
にも優れるため、長時間のインク吐出による腐食、ある
いはゴムブレード等のワイピングによる摩耗が低減さ
れ、インクジェットプリンターの信頼性を向上させる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における薄板状のインクジェッ
トプリンターヘッド用ノズル板の斜視外観図である。

【図２】本発明の実施例におけるインクジェットプリン
ターヘッド用ノズル板のインク吐出孔付近の模式拡大断
面図である。

【図３】本発明の実施例におけるノズル板表面に被覆し
たフッ素樹脂微粒子を共析させたメッキの模式断面図で
ある。

【図４】本発明の実施例における最表面が直接フッ素化
された共析メッキ中のフッ素樹脂微粒子の模式断面図で
ある。

【図５】本発明の実施例におけるインクジェットプリン
ターヘッド用ノズル板の製造方法を示す工程の流れ図で
ある。

【符号の説明】

１ ニッケル製ノズル板 ２ 共析メッキ被膜層 ３ インク吐出孔 ４ 吐出面 １１ フッ素樹脂微粒子 １２ メッキマトリクス ２２ 直接フッ素化された層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクが吐出される吐出面を有する平板
   状部材からなり、該平板状部材の所定の位置に前記イン
   クが吐出されるインク吐出孔を有するインクジェットプ
   リンターヘッド用ノズル板であって、前記平板状部材の
   表面は、フッ素化されたフッ素樹脂微粒子が共析された
   共析メッキ被膜層によって被覆されていることを特徴と
   するインクジェットプリンターヘッド用ノズル板。
2. 【請求項２】 インクが吐出される吐出面を有する平板
   状部材からなり、該平板状部材の所定の位置に前記イン
   クが吐出されるインク吐出孔を有するインクジェットプ
   リンターヘッド用ノズル板の表面に、フッ素樹脂微粒子
   を共析させたメッキ被膜を形成し、該メッキ被膜の表面
   をフッ素ガスを含有した雰囲気中で直接フッ素化するこ
   とを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリン
   ターヘッド用ノズル板の製造方法。
3. 【請求項３】 インクが吐出される吐出面の表面を、メ
   ッキ被膜を形成する前に表面粗化し、微細な凹凸を形成
   することを特徴とする請求項２に記載のインクジェット
   プリンターヘッド用ノズル板の製造方法。