JPH10217457A

JPH10217457A - インクジェットヘッドとその製造方法

Info

Publication number: JPH10217457A
Application number: JP2185197A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Usui; 隆寛臼井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-02-04
Filing date: 1997-02-04
Publication date: 1998-08-18

Abstract

(57)【要約】【課題】ノズル面を形成するノズル部材上に金を成膜す
ると、微量ながらノズル部材のノズル面の裏面にも金が
付着する。この基板を硫黄化合物を溶解した溶液を浸す
と、撥インク性を有する硫黄化合物が吸着する。したが
ってノズル部材のノズル面の裏面に撥インク性がある
と、接着材を弾き、ノズル面と他の部材が接着されな
い。【解決手段】（１）においてノズル部材４０１にスパッ
タ法によりノズル面側に金を成膜する。ノズル面側の金
４０２は均一に成膜される。ノズル孔４０７かいしてノ
ズル孔４０７の周囲にもわずかにノズル面の反対面側の
金４０３が成膜される。次に（２）において硫黄化合物
が金の上に吸着される。硫黄化合物はノズル面側の硫黄
化合物４０４とノズル面の反対面側の金４０３の両面に
形成される。次に（３）において、ノズル面の反対面側
に紫外線４０６を照射する。紫外線４０６により硫黄化
合物は分解除去され、消失する。

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ヘッ
ドに関する。更に詳しくは、インク滴を選択的に記録媒
体に付着させるインクジェットヘッドのノズル面の撥イ
ンク処理に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年インクジェットプリンタは高速印
字、低騒音、高印字品位等の利点から、コンピュータ、
ネットワークの発達にあわせて、急速に発展している。
これに用いられるインクジェットヘッドは当然のことな
がら、より高性能なものが要求されている。

【０００３】高印字品位を確保する上で、インクジェッ
トヘッドのノズル面の状態が非常に重要である。すなわ
ちノズル面にインク、紙粉等が付着すると、ノズルから
インク滴を吐出する際に、インク滴がこれらに引かれ
て、本来の吐出方向でない方向に吐出される。甚だしく
なると、インク滴が形成されないということが判明して
きた。さらにこれらの除去は困難であった。

【０００４】そこでノズル面に撥インク性を付与するこ
とにより、インク、紙粉等の付着を少なくでき、付着し
ても容易に除去できる技術が開発された。

【０００５】この撥インク性を付与する技術として、ノ
ズル面にシリコン系の化合物あるいは、フッ素系の化合
物を形成する方法が提案されている。しかしながら、シ
リコン系の化合物による方法は、種々のインクにたいす
る耐性がないという課題がある。シリコン系化合物はシ
ロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ）を基本構造としている。この
結合はアルカリにより、切断されやすい。従ってアルカ
リ成分を含むインクに対して、耐性が乏しい。インクジ
ェットプリンタに用いられるインクは水をベースとし
て、これに染料、溶剤、界面活性剤等の多くの成分を加
える。染料は酸とアルカリの塩である。塩は水中で電離
して、アルカリを生ずる。代表的なアルカリにはアンモ
ニウムイオン、ナトリウムイオン、カルシウムイオン等
がある。また溶剤も紙への浸透を良くする為に、紙の繊
維を溶かすような化学的な活性の高いものが用いられ
る。このような溶剤は当然のことながらシリコン化合物
をも分解する作用がある。フッ素系の化合物はシリコン
化合物よりも耐薬品性に優れるが、基板との密着力が抵
い。そのため、ノズル面に付着したインク、紙粉等を拭
き取るプリンタの動作（以下、ワイピングと略す）によ
り、ノズル面から容易に剥がれるという課題がある。そ
こで本発明者はこれらの課題を解決する方法として、金
と硫黄化合物を利用する処理を提案している。これはあ
る種の硫黄化合物はその硫黄と金とが共有結合をむすぶ
性質を利用したものである。硫黄化合物とは硫黄を含む
有機物の中でチオール官能基を１つ以上含む化合物又は
ジスルフィド化合物を総称するものである。これら硫黄
化合物は溶液中又は揮発条件下、金基板表面上又は金微
粒子表面に自発的に化学吸着し、２次元の結晶構造に近
い単分子膜を形成する。この自発的化学吸着によって作
られる分子膜を自己集合化膜、自己組織化膜又はセルフ
アセンブリ膜と呼び、現在基礎研究とともにその応用が
注目されている。化学吸着する基板表面は金だけでなく
銀、銅、インジウム、ガリウム−砒素などの金属表面に
も同様に自己集合化分子膜を形成できる。この金属表面
での硫黄原子の化学吸着の反応メカニズムは完全には判
明していないが、硫黄化合物が例えば金（０）表面にて
Ａｕ（１）チオラート（RS-Au+）となって吸着する機構
が考えられる。金原子と硫黄原子との結合はほぼ共有結
合に近く（４０―４５kcal/mol）、非常に安定な分子膜
が形成される。そこで本発明者はフッ素等の表面エネル
ギーの低い物質を有する硫黄化合物を用いることによ
り、撥インク性能を持たすことができることを考案し
た。また硫黄と金の共有結合により、ノズル部材との高
い密着性能を持つことができる。これらにより、高性能
なインクジェットヘッドの撥インク処理として利用でき
る。具体的な処理方法は、スパッタ法、あるいは真空蒸
着法により、ノズル面を形成するノズル部材上に金を成
膜する。そして硫黄化合物を溶解した溶液にこれを浸す
ことによりノズル面に撥インク性を発現できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
スパッタ法、あるいは真空蒸着法により、ノズル面を形
成するノズル部材上に金を成膜すると、微量ながらノズ
ル部材のノズル面の裏面にも金が付着する。これはノズ
ル部材にはノズル孔、位置決め孔等の孔が多数形成され
ている。金の成膜時にこれらの孔を通過した金の微粒子
が基板の裏面に回りこみ、付着する。そしてこの基板を
硫黄化合物を溶解した溶液を浸すと、硫黄化合物が吸着
する。ノズル部材のノズル面の裏面とインクジェットヘ
ッドを構成する他の部材と接合し、インクジェットヘッ
ドを製造する。この接合には通常、接着によりおこなわ
れている。したがってノズル部材のノズル面の裏面に撥
インク性があると、接着材を弾き、接着されない。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
プリンタとインクジェットヘッドとその製造方法は、か
かる問題を解決するために、金と硫黄化合物から成る層
を以下の工程で形成する。

【０００８】（１）請求項1記載のノズル面を形成する
ノズル部材上に金の膜を形成する工程。

【０００９】（２）前記の金の膜を形成したノズル部材
を請求項1記載の硫黄化合物を溶解した溶液に浸漬する
工程。

【００１０】（３）前期ノズル部材のノズル面との反対
面に紫外線を照射する工程

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に図を用いて発明を説明す
る。

【００１２】まず図１に請求項６の圧電素子により動作
するインクジェットヘッドの一例を示し、その構造を説
明する。図１はインクジェットヘッドの斜視図で、部分
断面により内部横造を示している。図１において、１０
１はノズル部材、１０２はノズル、１０３は流路基板、
１０４はキャビテイ、１０５はリザーバ、１０６は供給
口、１０７はキャビテイ隔壁、１０８は振動板、１０９
は圧電素子、１１０はインクタンク口を示す。インクは
図示されないインクタンクからインクタンク口１１０を
介してリザーバ１０５に満たされる。リザーバ１０５は
複数のキャビテイ１０４に供給口１０６を介して接続さ
れ、インクをキャビテイ１０４に満たす。複数のキャビ
テイ１０４はキャビテイ隔壁１０７により分けられ、印
字密度に対応する一定の間隔で配列される。キャビテイ
１０４は、流路基板１０３に刻まれた溝にノズル部材１
０１と振動板１０８に挟まれた構造となる。振動板１０
５には個々のキャビテイ１０４に対応して圧電素子１０
９が配接される。ノズル部材１０１には個々のキャビテ
イ１０４に対応して、ノズル１０２が形成されている。

【００１３】次に図２を用いて図１のインクジェットヘ
ッドのインク滴の吐出動作を説明する。図２は図１の破
線Ａ−Ｂによるインクジェットヘッドのキャビテイ及び
リザーバ部分の断面図である。図２に於いて、２０１は
振動板、２０２は圧電素子、２０３は変形後の圧電素
子、２０４は変形後の振動板、２０５はリザーバ、２０
６はキャビテイ、２０７はノズル、２０８はインク滴、
２０９はインクの流れを示す。インクは図示されないイ
ンクタンクより、インクの流れ２０９の矢印の順にリザ
ーバ２０５、キャビテイ２０６に満たされる。振動板２
０１上に形成された圧電素子２０２に図示されない駆動
回路から、電気信号が送られると、圧電素子２０２は収
縮する。これにより、振動板２０１は変形後の振動板２
０４の形状に変形する、また圧電素子２０２も変形後の
圧電素子２０３の形状に変形する。この作用により、キ
ャビテイ２０６の体積が減少し、キャビテイ２０６に満
たされたインクは圧力を受け、ノズル２０７に押し出さ
れ、インク滴２０８となって吐出される。

【００１４】次に図３を用いて請求項１の発明を説明す
る。図３は図2のノズル近傍の拡大の断面図である。図
３に於いて、３０１はノズル、３０２はノズル部材、３
０３はキャビテイ、３０４は金層、３０５はチオール化
合物層、３０６はインクのメニスカスを示す。ノズル部
材３０２のキャビテイ３０３の反対面に金層３０４、チ
オール化合物層３０５が形成される。キャビテイ３０３
に満たされたインクはチオール化合物層３０５の撥イン
ク性能により、ノズル部材３０２の表面に広がらず、ノ
ズル３０１にインクのメニスカス３０６を形成する。ノ
ズル部材３０２上の金層３０４の形成はスパッタ法、蒸
着法、メッキ法等の公知の技術が使用でき、特に限定さ
れるものではない。チオール化合物層３０５の形成方法
はチオール化合物を溶解する溶液に溶解し、この中に金
層３０４を形成したノズル部材３０２を浸せきすること
により形成できる。チオール化合物とは硫黄を含む有機
物を総称するものである。ある種のチオール化合物はそ
の硫黄と金とが共有結合をむすぶ。フッ素等の表面エネ
ルギーの低い物質を有するチオール化合物により、撥イ
ンク性能を持たすことができる。また硫黄と金の共有結
合により、ノズル部材との高い密着性能を持つことがで
きる。これらにより、高性能なインクジェットヘッドの
撥インク処理として利用できることを、発明者は考案し
た。

【００１５】次に図４を用いて請求項２及び３の発明を
説明する。図４は（１）から（３）の一連の工程の模式
図である。図４に於いて４０１はノズル部材、４０２は
ノズル面側の金、４０３はノズル面の反対面側の金、４
０４はノズル面側の硫黄化合物、４０５はノズル面の反
対面側の硫黄化合物、４０６は紫外線、４０７はノズル
孔を示す。（１）においてノズル部材４０１にスパッタ
法によりノズル面側に金を成膜する。ノズル面側の金４
０２は均一に成膜される。ノズル孔４０７かいしてノズ
ル孔４０７の周囲にもわずかにノズル面の反対面側の金
４０３が成膜される。次に（２）において硫黄化合物が
金の上に吸着される。硫黄化合物はノズル面側の硫黄化
合物４０４とノズル面の反対面側の金４０３の両面に形
成される。次に（３）において、ノズル面の反対面側に
紫外線４０６を照射する。紫外線４０６により硫黄化合
物は分解除去され、消失する。

【００１６】紫外線は一般的には低圧水銀灯が用いられ
るが、本発明者はエキシマ紫外線を使用するとよりいっ
そうの効果を出すことができることを発見した。エキシ
マ紫外線は単一波長の光を選択的に発生できるため、硫
黄化合物を直接分解し、ノズル面側の硫黄化合物４０４
になんら影響しない。これにたいして低圧水銀灯の紫外
線は波長分布が有り、オゾンを発生し、オゾンにより硫
黄化合物を分解する。そのため、紫外線を照射しないノ
ズル面側の硫黄化合物４０４を分解する場合がある。

【００１７】

【実施例】次に具体的な実施例と比較例を挙げ、発明を
詳細に説明する。

【００１８】実施例（１）ノズルを形成されたSＵSからなるノズル部材にス
パッタ法により０．５ミクロン厚の金膜を形成する。

【００１９】（２）ノズル部材の表面の濡れ性として、
水との接触角を測定する。ノズル面側は７０°、裏面は
３０°であった。

【００２０】（３）硫黄化合物（Ｃ10Ｆ21Ｃ11Ｈ22Ｓ
Ｈ）をエチルアルコール溶解し、１ｍＭ溶液を作成す
る。

【００２１】（４）金膜を形成したノズル部材を、硫黄
化合物の１ｍＭエチルアルコール溶液に２５℃で１０分
間浸せきする。

【００２２】（５）ノズル部材を取り出し、エチルアル
コールでリンスする。

【００２３】（６）ノズル部材の表面の濡れ性として、
水との接触角を測定する。ノズル面側は１１０°、裏面
は９０°であった。

【００２４】（７）波長１７２ｎｍのウシオ電機製のＵ
ＥＲ２００−１７２エキシマ紫外線照射装置によりノズ
ル部材の反対面に紫外線を１分間照射した。

【００２５】（８）ノズル部材の表面の濡れ性として、
水との接触角を測定する。ノズル面側は１１０°、裏面
は３０°であった。この結果からみると紫外線はノズル
面の硫黄化合物には何ら影響を与えていない。裏面のの
硫黄化合物を除去している。

【００２６】（９）このノズル部材をもちいて図１に示
すインクジェットヘッドを製作した。このインクジェッ
トヘッドを応答周波数１０Ｋｈｚで連続１０万回駆動し
た。インク滴は正規の方向に吐出し、吐出方向の曲がり
等の異常は無かった。

【００２７】比較例（１）ノズルを形成されたSＵSからなるノズル部材にス
パッタ法により０．５ミクロン厚の金膜を形成する。

【００２８】（２）ノズル部材の表面の濡れ性として、
水との接触角を測定する。ノズル面側は７０°、裏面は
３０°であった。

【００２９】（３）硫黄化合物（Ｃ10Ｆ21Ｃ11Ｈ22Ｓ
Ｈ）をエチルアルコール溶解し、１ｍＭ溶液を作成す
る。

【００３０】（４）金膜を形成したノズル部材を、硫黄
化合物の１ｍＭエチルアルコール溶液に２５℃で１０分
間浸せきする。

【００３１】（５）ノズル部材を取り出し、エチルアル
コールでリンスする。

【００３２】（６）ノズル部材の表面の濡れ性として、
水との接触角を測定する。ノズル面側は１１０°、裏面
は９０°であった。

【００３３】（７）このノズル部材をもちいて図１に示
すインクジェットヘッドを製作したところ。ノズル部材
が容易にインクジェットヘッドから剥離し、動作しなか
った。以上の実施例と比較例により、高性能な撥インク
処理を施したノズル部材を高い密着力でインクジェット
ヘッドの部材と接着でき、インクジェットヘッドを製造
できる。

【００３４】

【発明の効果】以上の述べてきたように本発明によれ
ば、インクジェットヘッドのノズル部材のノズル面に高
い撥インク性能を容易な処理で発現でき、かつノズル部
材のノズル面の裏面とインクジェットヘッドを構成する
他の部材との接着を容易にならしめるという優れた効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】圧電素子により動作するインクジェットヘッド
の斜視図。

【図２】インク滴の吐出動作を説明するインクジェット
ヘッドの断面図。

【図３】インクジェットヘッドのノズル近傍の断面図。

【図４】インクジェットヘッドの製造の工程の模式図。

【符号の説明】

１０１・・・ノズル部材１０２・・・ノズル１０３・・・流路基板１０４・・・キャビテイ１０５・・・リザーバ１０６・・・供給口１０７・・・キャビテイ隔壁１０８・・・振動板１０９・・・圧電素子１１０・・・インクタンク口２０１・・・振動板２０２・・・圧電素子２０３・・・変形後の圧電素子２０４・・・変形後の振動板２０５・・・リザーバ２０６・・・キャビテイ２０７・・・ノズル２０８・・・インク滴２０９・・・インクの流れ３０１・・・ノズル３０２・・・ノズル部材３０３・・・キャビテイ３０４・・・金層３０５・・・硫黄化合物層３０６・・・インクのメニスカス４０１・・・ノズル部材４０２・・・ノズル面側の金４０３・・・ノズル面の反対面側の金４０４・・・ノズル面側の硫黄化合物４０５・・・ノズル面の反対面側の硫黄化合物４０６・・・紫外線４０７・・・ノズル孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】キャビテイと、キャビテイに体積変化を及
ぼす加圧装置と、ノズル部材に形成されたインク滴を吐
出せしめるノズルからなるインクジェットヘッドに於い
て、前記ノズル部材の表面上に金と硫黄化合物から成る
層を形成することを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】請求項1記載の金と硫黄化合物から成る層
を以下の工程で形成することを特徴とするインクジェッ
トヘッドの製造方法。（１）請求項1記載のノズル面を形成するノズル部材上
に金の膜を形成する工程。（２）前記の金の膜を形成したノズル部材を請求項1記
載の硫黄化合物を溶解した溶液に浸漬する工程。（３）前期ノズル部材のノズル面との反対面に紫外線を
照射する工程。
【請求項３】請求項２記載の紫外線がエキシマ紫外線で
あることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方
法。