JPH09193404A - インク・ジェット式印刷用ノズル・プレート - Google Patents

インク・ジェット式印刷用ノズル・プレート

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JPH09193404A
JPH09193404A JP9021037A JP2103797A JPH09193404A JP H09193404 A JPH09193404 A JP H09193404A JP 9021037 A JP9021037 A JP 9021037A JP 2103797 A JP2103797 A JP 2103797A JP H09193404 A JPH09193404 A JP H09193404A
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JP
Japan
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nozzle plate
coating
nozzle
tantalum
metal
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JP9021037A
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English (en)
Inventor
Ashok Murthy
アショク・マーシー
Gary Raymond Williams
ゲーリー・レイモンド・ウィリアムス
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Lexmark International Inc
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Lexmark International Inc
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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)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 漏れが少なく、保守の必要性が少なく、より
優れた印刷品質をもたらし、耐摩耗性に優れると共に広
範囲の温度に対する抵抗力に優れたノズル・プレートを
提供する。 【解決手段】 低表面エネルギーのポリマーでコーティ
ングされ、その内の接着表面として使用される表面部分
が、厚さ５０〜５００オングストロームの範囲の広範囲
の環境において優れた接着をもたらすタンタルで更にコ
ーティングされた、インク・ジェット式印刷ヘッド用の
ノズル・プレートが提供される。製作方法としては、化
学蒸着によって個々別々の複数のノズル・プレートを有
するマスタ・シートを先ずコーティングし、次いでその
接着面上にタンタルでスパッタ・コーティングすること
を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はインク・ジェット式
印刷用のノズル・プレートに関する。このプレートはコ
ーティングが施されて、特性が改善されている。
【０００２】
【従来の技術】インク・ジェット式印刷に使用するノズ
ル・プレートの外面は、表面エネルギーが低くなければ
ならないが、ノズル孔の内面は表面エネルギーが高くな
ければならないと考えられてきた。このことが望ましい
と考えられていたのは、表面エネルギーが高いと、イン
クが発射チャンバ内へより速く吸い上げられ、そのため
に発射速度が高まり、かつ放出される液滴の質量の制御
が可能になるためである。大抵のインク・ジェット・ノ
ズル・プレートは、電鋳されたニッケル・コアから成
り、それに金メッキが施されている。金は、そのニッケ
ルをインクによる腐食から保護する働きをする。しか
し、金は比較的高価であり、インクとの理想的な濡れ特
性を有していない。金表面の表面張力はノズル孔の周り
にインクを蓄積させる傾向がある。それが蓄積すると、
ノズルから小液滴放出が妨げられ、液滴の放出方向のミ
スが増加し、随伴的な小滴が増加する。そのどちらによ
っても印刷の品質が低下する。
【０００３】これらの問題を回避するため、ノズル・プ
レートの前面は表面エネルギーが低いことが望ましい。
さらに、ノズル・プレートのコストができるだけ低いこ
とも望ましい。
【０００４】これらの問題のいくつかの補償すべく試み
るために、マシン印刷アルゴリズムは、印刷ヘッド保守
サイクルの頻度を高めなければならない。過剰な保守
は、コストが高くなり、かつ印刷速度が低下する。
【０００５】前記の関連出願及びHewlett Packard社の
欧州特許出願第638 602 A1号で指摘されている通り、ノ
ズル・プレートはニッケル電鋳法を用いて、フォトマス
クの上にニッケルをメッキし、次いでそのマスクからニ
ッケル層を剥がすことによって作成される。次いで、こ
うして形成されたニッケルのノズル・プレート・シート
に、ポリ−ｐ−キシリレン（パリレン“Parylene”の名
称で商標登録）の薄い層をコーティングする。ただし、
インク・ジェット式印刷ヘッド上にインクの流れる溝を
形成するために使用するポリマー材料にパリレンでコー
ティングしたノズル・プレートを接着するのに問題があ
る。インクの漏れと、インク・ジェット式印刷ヘッドの
耐用期間にわたっての印刷品質の低下とを避けるため
に、ノズル・プレートがこのポリマー層に十分接着する
ことが不可欠である。印刷ヘッド・アセンブリは、その
耐用期間にわたって広範囲の温度やその他の環境使用条
件にさらされる可能性がある。環境試験によれば、この
パリレンとポリマーとの界面は、特に０℃以下の温度で
壊れて漏れを起こす可能性があり、実際にもそうなる。
【０００６】パリレン・コーティングは比較的滑らかな
非濡れ性表面を有し、他の材料と容易に接着しない。ま
た、化学的に比較的不活性であり、それと化学結合を形
成することが難しい。この結合を改善するための典型的
な手法としては、シランなどの接着促進剤を使用するこ
とや、プラズマ及び紫外／オゾン処理を用いてこの材料
の表面エネルギーと濡れ特性とを変えることがある。こ
れらの手法は、インクの流れる溝を形成するために使用
するポリマー材料へのノズル・プレートの接着を増進さ
せる上で、本願に開示する技法と同様に効果的であると
は判明されていない。インク・ジェット・ノズル・プレ
ートにこれらの手法を用いると、ノズル・プレートの処
理によってノズル・プレートの表面濡れ特性を変え、し
たがってインクとノズル・プレートとの相互作用の仕方
も変えるため、印刷品質に有害な効果を及ぼす虞れがあ
る。またこの状態での如何なる処理も、製造工程におけ
る更なる一工程段階という増加を意味し、製品にコスト
が追加されることにもなる。
【０００７】本発明では、接着層としてタンタルを使用
する。従来技術において、タンタルを金のノズル・プレ
ート・シートへ接着層として使用することが、D.L.Sand
bach, Jr.等の「Ink Jet Printing Nozzle Array Bonde
d to a Polymer Ink BarrierLayer」と題する米国特許
出願第08/312,349号（１９９４年９月２６日出願）に開
示されており、これは、本願の譲受人に譲渡されてい
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点に
鑑みて為されたものであり、その目的は、高価な金コー
ティングの使用が不要と為し、漏れが少なく、保守の必
要性が少なく、より優れた印刷品質をもたらし、耐摩耗
性に優れると共に広範囲の温度に対する抵抗力に優れた
ノズル・プレートを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明においては、数百
個の個別ノズル・プレートから成ってパリレンのコーテ
ィングが施されたノズル・プレート・シートを、スパッ
タ・チャンバ内に置き、タンタルを５０〜５００オング
ストロームの範囲の厚さにスパッタ・コーティングす
る。このスパッタ工程は高真空の視線プロセス(line of
sight process)であり、ノズル孔内を含めてノズル・
プレートのただ１つの表面上に対してのみに全てのコー
ティングが生ずることを確保するものである。この表面
は、ノズル孔を含むプレート・シートの内面、シリコン
・チップ及びその厚いフィルム・コーティングと接する
面である。ノズル・プレートの他の面、すなわち外面に
はタンタルは付着しない。したがって、ノズル・プレー
トの露出表面上では、パリレン・コーティングのインク
反撥特性は保持される。これは望ましい特徴である。内
面上にタンタルが存在すると、シリコン・チップ上の厚
いフィルムに対するノズル・プレートの接着が著しく改
善されることが判明している。このように形成された結
合は十分良好なもので、先に述べた温度変化の下でのイ
ンク漏れの問題は完全に解消される。その上、タンタル
・コーティングはバッチ操作であり、数千個のノズル・
プレート上で同時に実施できる。次いでダイシングによ
りシートを分離して個々別々のノズル・プレートにす
る。タンタル・コーティングの追加コストは、ノズル・
プレート１個当り約５セント程度である。このコスト増
は、当技術分野で既知の通常のコーティング材料である
金の代わりにパリレンを使用することによるコスト減で
十二分に補償される。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明によれば、ノズル・プレー
トの内面と外面の両方に低表面エネルギーのコーティン
グを施す。次に内面をタンタルのスパッタ・コーティン
グでオーバーコートして、チップ上におけるインクの流
れる溝を形成するために使用するポリマー・コーティン
グに対するノズル・プレートの接着を改善する。外面
は、低表面エネルギー材料でコーティングしたままにす
る。この外面の表面エネルギーの低下により、以下の効
果が生じる。 ａ）インクがノズル・プレート外面上に出てこなくな
り、その結果「溢れ出」が殆どないか或いは全くない。 ｂ）溢れ出がないため、ノズル発射の方向がそれたり、
発射しなくなる発生率が低下する。 ｃ）方向ミスが減るため、はねが減り、したがって印刷
がきれいになる。 ｄ）保守の頻度が幾分あるいは大幅に減り、プリンタ及
び印刷ヘッドのスループット（処理量）とページ数が向
上する。 ｅ）金−タンタルのコーティングの代わりにポリキシリ
レン・コーティングを使用することから、かなりのコス
ト節減が得られる。
【００１１】この低表面エネルギーのコーティングはポ
リマーである。このポリマーとしては、ポリオレフィ
ン、ポリ（ハロゲン化オレフィン）あるいはポリキシリ
レンがある。好ましい材料はポリ（パラキシリレン）で
ある。最も好ましいポリマーはポリ（モノクロロパラキ
シリレン）であり、以前Union Carbide社の一部門であ
ったSpecialty Coating Systems社からParylene-C（パ
リレン−Ｃ）の商標で市販されている。
【００１２】ノズル・プレート中の孔は非常に小さいの
で、その内面にコーティングを施すことは難しい。コー
ティングが均一で滑らかであって、孔を詰まらせないこ
とが必要である。望ましい均一なコーティングを得るた
めに最も好ましい方法は、蒸着法によるものである。パ
リレン−Ｃは化学蒸着（ＣＶＤ）に特に適しており、と
りわけこの理由で最も好ましいコーティングである。化
学蒸着とは、本願では、モノマー・ガスを異質的に核形
成させて、それが接触する何れかの表面上或いは全ての
表面上にポリマー・フィルムを形成させるプロセスをい
う。用語「真空蒸着」もパリレンＣの供給業者がこのプ
ロセスに使用している。
【００１３】パリレン−Ｃは、化学蒸着で付着する場
合、液相ベースの付着技法で典型的に見られる形状のゆ
がみを全く生じない。その上、この材料は化学的に極め
て不活性であり、チップ、ノズル・プレート並びにカー
トリッジの組立てで使用される高温に耐えることができ
る。さらに、このポリマーは加水分解に対する安定性が
高く、吸湿性が低く、湿気及び酸素の拡散速度が低い。
したがって、これは下層のベース金属、通常はニッケル
の腐食を防止するための優れたバリア材料である。
【００１４】ポリマー・コーティングがノズル・プレー
トに接着することは、ノズル・プレートが機能するのに
必要ではないが、ノズル・プレートの耐久性にとっては
不可欠である。これは接着促進剤の使用によって実現さ
れ、多くの接着促進剤が市販されている。本発明で使用
するのに好ましいタイプの接着促進剤はシランである。
その一つは、Dow Corning社から市販されているＺ６０
３２である。
【００１５】ニッケル製ノズル・シートを０．１ＭのＨ
Ｃｌ中に１５分間漬ける。次に脱イオン水で洗浄し、次
いでエタノールで洗浄する。ノズル・シートをシラン接
着促進剤Ｚ６０３２の２５％〜１％溶液に１５分間漬
け、静止空気中で吊るして乾燥させる。乾燥したシート
をパリレン・コーティング用真空チャンバ内に置き、パ
リレン−Ｃの約１．５ミクロンの厚さのコーティングを
施す。（このコーティング・ステップは従来通りであ
り、コーティング装置のメーカであるSpecialty Coatin
g Systems社の装置マニュアルに詳細説明がある。）上
記のタンタルによるスパッタ工程を実施する。
【００１６】その後、ノズル・プレート・シートは通常
の組立てステップにかけることができる。熱と圧力を加
えることにより、タンタル面をヒータ・チップ表面上の
厚いフィルムにかたく接着する。半導体シリコン・ヒー
タ・チップ上での厚いフィルムへの接着は、広い環境温
度範囲にわたって優れている。ノズル・プレートのタン
タル面とは反対側の面は、ノズル孔のインク放出面を含
んでいる。
【００１７】ポリマー・コーティングの厚さは本発明の
重要な特徴ではない。１ミクロン未満の厚さでも十分に
機能するが、一般には耐久性の点から５ミクロンまでの
厚さの何れかの厚みが好ましい。
【００１８】要約すると、本発明は、漏れが少なく、保
守の必要性が少なく、より優れた印刷品質をもたらし、
良好な耐摩耗性を有し、広範囲の温度に対する抵抗力に
優れたノズル・プレートを提供することにより、当技術
分野の進歩に貢献するものである。
フロントページの続き (72)発明者 ゲーリー・レイモンド・ウィリアムス アメリカ合衆国 40517 ケンタッキー、 レキシントン、ピムリコ・パークウェイ 3218

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 外面と、インク・ジェット・カートリッ
    ジ内に装着される内面との間を延びる複数のノズル孔を
    含む、インク・ジェット式印刷ヘッド用のノズル・プレ
    ートであって、前記外面が低表面エネルギーのポリマー
    のコーティングを有し、前記内面が前記ポリマーのコー
    ティング上に金属コーティングを有することから成るノ
    ズル・プレート。
  2. 【請求項２】 前記低表面エネルギーの前記ポリマー
    が、ポリオレフィン、ポリ（ハロゲン化オレフィン）、
    或いはポリキシリレンである、請求項１に記載のノズル
    ・プレート。
  3. 【請求項３】 前記ポリマーが、ポリ（パラキシリレ
    ン）である、請求項１に記載のノズル・プレート。
  4. 【請求項４】 前記ポリマーが、ポリ（モノクロロパラ
    キシリレン）である、請求項１に記載のノズル・プレー
    ト。
  5. 【請求項５】 前記金属コーティングが、厚さ５０〜５
    ００オングストロームの範囲のタンタルである、請求項
    ４に記載のノズル・プレート。
  6. 【請求項６】 前記金属コーティングが、厚さ５０〜５
    ００オングストロームの範囲のタンタルである、請求項
    １に記載のノズル・プレート。
  7. 【請求項７】 前記金属コーティングが、厚さ５０〜５
    ００オングストロームの範囲のタンタルである、請求項
    ２に記載のノズル・プレート。
  8. 【請求項８】 前記金属コーティングが、厚さ５０〜５
    ００オングストロームの範囲のタンタルである、請求項
    ３に記載のノズル・プレート。
  9. 【請求項９】 複数のノズル孔と、インク・ジェット・
    カートリッジ内に装着される内面と、前記ノズル孔のイ
    ンク放出面を有する対向面とを含む、インク・ジェット
    印刷ヘッド用ノズル・プレートであって、前記ノズル・
    プレートのほぼ全表面が、低表面エネルギーのポリマー
    のコーティングを有し、装着される前記内面が前記低表
    面エネルギー・ポリマーと該ポリマー上にコーティング
    されたスパッタされた金属とを有することから成るノズ
    ル・プレート。
  10. 【請求項１０】 前記低表面エネルギー・ポリマーが、
    ポリオレフィン、ポリ（ハロゲン化オレフィン）、或い
    はポリキシリレンである、請求項９に記載のノズル・プ
    レート。
  11. 【請求項１１】 前記低表面エネルギー・ポリマーが、
    ポリ（パラキシリレン）である、請求項９に記載のノズ
    ル・プレート。
  12. 【請求項１２】 前記低表面エネルギー・ポリマーが、
    ポリ（モノクロロパラキシリレン）である、請求項９に
    記載のノズル・プレート。
  13. 【請求項１３】 前記金属コーティングが、厚さ５０〜
    ５００オングストロームの範囲のタンタルである、請求
    項１２に記載のノズル・プレート。
  14. 【請求項１４】 前記金属コーティングが、厚さ５０〜
    ５００オングストロームの範囲のタンタルである、請求
    項９に記載のノズル・プレート。
  15. 【請求項１５】 前記金属コーティングが、厚さ５０〜
    ５００オングストロームの範囲のタンタルである、請求
    項１０に記載のノズル・プレート。
  16. 【請求項１６】 前記金属コーティングが、厚さ５０〜
    ５００オングストロームの範囲のタンタルである、請求
    項１１に記載のノズル・プレート。
  17. 【請求項１７】 少なくとも２００個の個別ノズル・プ
    レートを含むシート上に、前記シートの外面とノズル孔
    とのほぼ全てに低表面エネルギーのポリマーのコーティ
    ングを化学蒸着によって付着するステップと、前記ノズ
    ル孔のインク放出面に対向する前記シートの面を視線ス
    パッタリングによって金属でコーティングするステップ
    と、前記ノズル孔のインク放出面を有する前記シートの
    面上にポリマーを残すステップと、次いで前記シートを
    個々別々のノズル・プレートに分離するステップとを含
    む、ノズル・プレートの製作方法。
  18. 【請求項１８】 前記低表面エネルギー・ポリマーが、
    ポリオレフィン、ポリ（ハロゲン化オレフィン）、或い
    はポリキシリレンである、請求項１７に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記低表面エネルギー・ポリマーが、
    ポリ（パラキシリレン）である、請求項１７に記載の方
    法。
  20. 【請求項２０】 前記低表面エネルギー・ポリマーが、
    ポリ（モノクロロパラキシリレン）である、請求項１７
    に記載の方法。
  21. 【請求項２１】 前記金属がタンタルであり、該金属の
    前記コーティングの厚さが５０〜５００オングストロー
    ムの範囲である、請求項２０に記載の方法。
  22. 【請求項２２】 前記金属がタンタルであり、該金属の
    前記コーティングの厚さが５０〜５００オングストロー
    ムの範囲である、請求項１７に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 前記金属がタンタルであり、該金属の
    前記コーティングの厚さが５０〜５００オングストロー
    ムの範囲である、請求項１８に記載の方法。
  24. 【請求項２４】 前記金属がタンタルであり、該金属の
    前記コーティングの厚さが５０〜５００オングストロー
    ムの範囲である、請求項１９に記載の方法。
JP9021037A 1996-01-18 1997-01-20 インク・ジェット式印刷用ノズル・プレート Withdrawn JPH09193404A (ja)

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US08/588,501 1996-01-18
US08/588,501 US5812158A (en) 1996-01-18 1996-01-18 Coated nozzle plate for ink jet printing

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EP (1) EP0785073B1 (ja)
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AU (1) AU708047B2 (ja)
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