JPH1058688A - サーマルインクジェットプリントヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い疎水性を有し、プリントヘッドの寿命を
増すために機械的耐久性に優れたコーティング層を提供
する。 【解決手段】 サーマルインクジェットプリントヘッド
は、前面にリモートプラズマ蒸着された蛍光ポリマー膜
を含んでいる。蛍光ポリマー膜は、カーボンに対する高
いフッ素比を有する。この膜はまた、高い機械的耐久性
を有する。膜は、フッ素を含む先駆物質ガスからリモー
トプラズマを形成し、サーマルインクジェットプリント
ヘッドの前面にリモートプラズマから蒸着することによ
って形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、リモート（遠隔
的な）プラズマ蒸着蛍光ポリマー膜、特に高密度リモー
トプラズマ蒸着蛍光ポリマー膜に関するものである。こ
の発明はまた、サーマルインクジェットプリントヘッド
と、特にサーマルインクジェットプリントヘッドの前面
の蛍光ポリマー膜を形成する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在のサーマルインクジェット印刷では
プリントヘッドは、Ａｙａｔａ氏等の米国特許第４，４
６３，３５９号に開示されるように、１またはそれ以上
のインクが充填された１またはそれ以上の通路を備えて
いる。これらの通路はその一端で、比較的小さなインク
供給容器に連通している。また通路の反対端には、ノズ
ルと言われる開口を有している。各通路にはノズルから
所定距離おいて、たとえば抵抗器の熱エネルギ発生器が
配置される。抵抗器は個々に、電流パルスが付与され、
それぞれの通路内のインクを瞬時に蒸発させ、これによ
りインク気泡を形成する。インク気泡が成長すると、イ
ンクはノズルから膨出するが、それはインクの表面張力
によってメニスカスとして抑制される。気泡が潰れ始め
るので、ノズルおよび気泡間の通路にあるインクは、そ
の潰れつつある気泡に向かって移動する。そしてノズル
における体積収縮の結果インク滴となって、膨出するイ
ンクから分離する。気泡が成長する際、ノズルからのイ
ンクの加速度によって紙等の記録媒体に向かう運動量と
速度が付与される。

【０００３】インクの周囲物質、インク通路およびその
オリフィスからのインクの分離に関する特殊状況によっ
て、インクが紙へ移動する方向がほとんど決定され、こ
のようにして紙の上にマークが形成される。このインク
／オリフィス分離過程の等方性に影響する微視的な不規
則性のために、インクは制御のきかない、しかも目標と
は違う方向に移動し、つまりたとえば前面によって設定
される平面に対して直交しなくなる。この結果、紙上に
印刷される画像およびテキストの画質を低下させる。こ
のような不規則性は、先のジェット噴流からオリフィス
の周囲に集まるインク溜まりを含んでいる。たとえば図
１は、インクジェットプリントヘッドにおけるインク滴
下の誤方向性を示している。スポットの位置ずれ量は、
名目的な滴下速度に対する印刷距離と心ずれ速度の積の
関数である。したがって、これらの要因のいずれかが、
たとえばインクオリフィスでの微視的な不規則性に影響
されると、インク滴は図１に示されるように誤って方向
付けされることになる。

【０００４】印刷工程に用いられるインクをはじくコー
ティングを排出オリフィスに設けることで、微視的な不
規則性を避けることができる。結果的に印刷された画像
の画質の低下をもたらすインク滴下方向のずれを防ぐた
めに、インクジェット装置の前面、特にノズルの周囲
を、１またはそれ以上のインクはじき層でコーティング
することができる。

【０００５】この種の技術分野においてサーマルインク
ジェットプリントヘッドの前面に、幾層かのインクはじ
き層をコーティングする技術が知られている。前面にコ
ーティングする方法によれば、プリントヘッド装置の前
面に流体液をスプレイもしくは浸せき塗装する工程を含
み、あるいはまた中間媒体基板上に材料をコーティング
し、次に加圧および加熱を併用してそのコーティングさ
れた材料を転写する工程を含んでいる。また、気相成長
法（ＣＶＤ）、プラズマ気相成長法（ＰＥＣＶＤ）、ス
パッタリングもしくは熱蒸着のような蒸着法を使って、
前面に材料を適用することができる。

【０００６】エビサワ氏等の米国特許第５，０４３，７
４７号では、１，３−もしくは１，４−ビス（ヘキサフ
ルオロイソプロピル）ベンゼン、または２，２−ビスフ
ェノールヘキサフルオロプロパンのポリマー誘導体化合
物を採用し、前面コーティング材料として用いられ、中
間媒体基板による転写を介して適用される。

【０００７】ＪＰ−Ａ−６３−１２２５６０（ＪＰ−Ａ
は、公開された未審査の日本国特許出願を表す）によれ
ば、弾性部材の表面にコーティングされ、その後ノズル
の周囲でインクジェット装置の表面に転写されるインク
はじき層が開示される。ＪＰ−Ａ−６３−１２２５５７
によれば、開口からガスを噴射させながらプリントヘッ
ドをインクはじき材内に浸せきすることによってプリン
トヘッド装置にインクはじき層を形成するものが開示さ
れる。ＪＰ−Ａ−６３−１２２５５０、ＪＰ−Ａ−６３
−１２２５５９およびＪＰ−Ａ−５６−９８５６９によ
れば、フッ素原子を含むインクはじき材が開示される。

【０００８】プラズマ蒸着(ｐｌａｓｍａ ｄｅｐｏｓ
ｉｔｉｏｎ)またはこれはグロー放電と言われているよ
うに、同時に処理されるべきダイモジュールのような大
ロットの基板を容易に可能ならしめる点で好ましく、高
いスループットを実現可能である。また、プラズマ処理
装置の技術的現状が比較的に高度化しているため、装置
間およびロット間でのコーティングの均一性を十分に制
御することができる。

【０００９】薄膜のプラズマ処理（プラズマ表面修正と
も言われている）もしくはプラズマ蒸着は一般に、２種
類の処理機構、すなわち直接またはリモート処理で行う
ことができる。直接プラズマ処理では、プラズマ領域内
で膜処理あるいは成長が進行する。図２に示されるよう
に典型的な装置では、吸引チャンバ４内で電極２，３間
に配置された基板１を備えた平行プレート形式の反応装
置を使用する。装置は下部電極２上に置かれ、プラズマ
５と接触する。リモート蒸着では、基板はプラズマ領域
には置かれない。プラズマ内で生成された反応種は、基
板上に移送され、その上に蒸着される。チャンバ内の圧
力は、これらの化学種の平均自由経路、つまりそれらが
どれくらい移動するかを決定する上で重要である。ま
た、基板はプラズマに対して独立してバイアスされてお
り、活性イオンの膜との相互作用を制御する。

【００１０】膜処理あるいは成長中の基板の相対的な配
置関係に加えて、プラズマ源の特性は、膜または基板と
相互作用する化学種の化学的性質を決定する上で重要で
ある。典型的にはラジオ周波数（１３．５６ＭＨｚ）と
直流電流で発生したプラズマの場合、イオンおよび電子
密度は約１０¹⁰／ｃｍ³ となり、また中性ラジカル密度
は約１０¹⁴／ｃｍ³ となる。マイクロ波電子サイクロト
ロン共鳴、電磁結合およびヘリコン波発生器を使って発
生した高密度プラズマの場合、密度がほぼ３×１０¹¹／
ｃｍ³ 程度の主として電子／イオンからなるプラズマが
形成される。これらの高密度プラズマによれば、つぎの
材料特性や処理時間に関して有利にはたらく。プラズマ
蒸着された蛍光ポリマー膜を作ることは、長いあいだ科
学的実験上で話題となっていた。アカデミープレス、１
９９０年第２章、Ｒ．Ｄアゴスティーノ氏編集によるポ
リマーのプラズマ蒸着、処理およびエッチングには大々
的に取り上げられている。一般的に言って、カーボンに
対するフッ素の比（Ｆ／Ｃ）が高くなるほど、またＣＦ
の結合形式に比べて、ＣＦ₂ ，ＣＦ₃ 結合形式となるほ
ど、材料はより疎水性が高くなり、インクはじき前面コ
ーティングとして効果的になる。ポリテトラフルオロエ
チレン（ＰＴＦＥ）、すなわちテフロン（Ｆ／Ｃは２で
ある）の場合に見られるようなＣＦ₂ 結合構造によれ
ば、低い表面エネルギとなり、層を高い疎水性にする。
ところが、典型的なバルク膜構造に存在するような純粋
ＰＴＦＥは、プラズマ蒸着することができない。かかる
蛍光ポリマー膜をサーマルインクジェット装置の前面コ
ーティングに使用する例が米国特許出願第０８／３６
９，４３９号に記述されている。この出願には、ラジオ
周波数で生成されたプラズマの使用が記述されており、
基板上に蒸着蛍光ポリマー膜を形成するために種々の過
フッ化炭化水素を使っている。膜はバルク層として蒸着
されるので、蛍光ポリマー膜の最終的表面エネルギ特性
を決定するにあたって比較的重要ではない。したがって
基板の性質は、蛍光ポリマー膜の適度な付着性が得られ
るかどうかの能力によってのみ限定される。この出願
は、このような膜に蒸着するための、図２のような平行
プレート形式のシステムの使用を記述する。この処理に
は、ラジオ周波数（ｒｆ）プラズマと、プラズマ内の比
較的低いイオンおよび電子密度によって生成することが
できる反応種とを維持するために必要なチャンバ圧力に
制限がある。典型的にはプラズマの安定作用を確保する
ために、およそ１００ミリトール（ｍｔｏｒｒ）近いチ
ャンバ圧力が必要である。しかしながら、このような圧
力では、プラズマによって生成された反応種の平均自由
経路は、比較的短くなり（典型的には１ミリメートル以
下）、このためおもに気相衝突と重合反応を起こす。こ
れらの重合生成物はフッ素を豊富に含むが、低密度で希
薄な橋かけ結合の材料として蒸着し、膜の機械的性質を
低下させる。

【００１１】これに対して、バルク蛍光ポリマー膜を蒸
着する代わりに、プラズマ処理を使って基板材料の表面
を修正することによって蛍光ポリマー層を形成すること
ができる。過フッ化炭化水素供給ガスの性質や基板温
度、チャンバ圧力およびプラズマに付与される電力等の
他の処理パラメータによって、蛍光ポリマー膜の表面修
正あるいは蒸着のいずれかが起こる。このような表面修
正については、テクノミックパブリッシングカンパニ、
１９９６年第４章で、イナガキ氏によるプラズマ表面処
理およびプラズマ重合で説明されている。

【００１２】ここではそのまま引用するものとするが、
ジャンセン等の米国特許第５，０７３，７８５号には、
インクジェット装置におけるインク滴のそれを最小化あ
るいは回避する処理が開示されている。この処理は、ア
モルファスもしくはダイアモンド・カーボン層でインク
ジェットヘッド部材の前面をコーティングする工程を有
する。アモルファスもしくはダイアモンド・カーボン層
はその後、プラズマ気相成長法（ＰＥＣＶＤ）によって
フッ素コーティングガスでフッ素化され、これによりそ
の表面は安定化し、疎水性を備える。かかる処理はコー
ティングを蒸着するものではなく、ダングリングボンド
の飽和によって露出表面の物理的化学的特性を単に修正
する。

【００１３】さらにジャンセン等の記述によれば、ＰＥ
ＣＶＤがダイアモンド・カーボン膜に対して蒸着手段と
して用いられる場合フッ素が材料に混ざり、ふたたびバ
ルク蒸着された蛍光ポリマー膜となる。ジャンセン等の
記述では、フッ素化されたガスは、前駆物質ガスとして
用いることができるが、通常酸素の存在を必要とする。
ジャンセン等は、フッ素化されたガスの具体的内容ある
いは用いられる酸素量まで言及していない。

【００１４】しかしながら、ジャンセン等の処理を使っ
て、フッ素の限定された集積だけは起こすことができ
る。フッ素原子が表面または活性のある未飽和結合上の
酸素原子を単に置き換えているので、結合の性質はＣＦ
₂ ，ＣＦ₃ の代わりに主にＣＦである。ジャンセン等に
よって用いられる処理方法、すなわちラジオ周波数で生
成されたプラズマを使う直接的プラズマ処理を用いた結
果はこのようになる。基板はプラズマ内に配置されるた
め、生成されたすべての反応種は、表面修正反応におい
て基板と相互作用を行うことができる。低い電子密度の
ｒｆプラズマは、このような修正を行う極めて微小なフ
ッ素原子を生成し、得られた表面の化学量論となる。フ
ッ素が欠乏すると、確保し得る疎水性レベルを制限す
る。フッ素化されたダイアモンド・カーボンの典型的な
Ｆ／Ｃ比は、約０．３であり、この場合８０％のフッ素
はＣＦ形式の結合として混じっており、ＣＦ₂ およびＣ
Ｆ₃ 形式の結合は２０％だけである。

【００１５】しかしながら、これらのプラズマ処理では
十分な疎水性と機械的耐久性を有する材料を得ることが
できない。したがって蛍光ポリマー層、すなわち基板材
料の表面修正が得られ、基板材料の基材にＣＦ₂ および
ＣＦ₃ 形式の結合が高い集積度で混ざるプラズマ処理方
法が待望されている。これは機械的に柔らかい蛍光ポリ
マー膜の蒸着を最小化し、進歩したサーマルインクジェ
ットの前面コーティングに最適な優れた機械的耐久性を
備えた高いインクはじき性（撥水性）を提供する。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、高い疎水性を
有し、プリントヘッドの寿命を増すために機械的耐久性
に優れたコーティング層を提供する。この層は、基板材
料の表面を修正し、この表面の修正された層にさらに蛍
光ポリマーを蒸着することで形成することができる。

【００１７】本発明はさらに、基板特に、前面にリモー
トプラズマ蒸着蛍光ポリマー層を備えたサーマルインク
ジェットプリントヘッドを提供する。この処理はまた、
他の種々の基板上に蛍光ポリマー層を得るのに好適に使
用可能であり、プラズマで生成された蛍光カーボン反応
種（ｓｐｅｃｉｅｓ）によって基板材料の表面修正が可
能になる。かかる基板は典型的には実際上有機物であ
り、ポリイミド、ポリスルホン、ポリエーテルおよびポ
リケトン等を含むが、その他同等なものを含んでよい。
これらの基板は独立しており、すなわち単一バルク材料
の形態になっており、あるいはプラズマ処理中に処理さ
れるべき基板を伴う支持基板にコーティングもしくは付
着される。このような支持基板は実際上有機物または無
機物であってよく、たとえば単結晶シリコン、金属、ガ
ラスまたはプラスチック、あるいはこれらを結合したも
のでもよい。

【００１８】本発明はさらに、基板特に、サーマルイン
クジェットプリントヘッドをコーティングするための方
法を提供するものである。基板の前面に蛍光カーボンの
先駆物質ガス反応種を蒸着するための高密度リモートプ
ラズマを備えている。この方法では、マイクロ波電子サ
イクロトロン共鳴（ＥＣＲ）、電磁結合あるいはヘリコ
ン波発生器のような高密度プラズマ源を使用する。これ
らの方法によれば、１ミリトール程度の圧力でプラズマ
を維持することができる高いイオンおよび電子密度を実
現する。このような低圧力では、蛍光カーボン反応種の
平均自由経路は最大化され（約１０ｃｍ）、基板リード
との間で希薄ガス気相重合と相互作用とを行う結果、優
れた膜耐久性をもたらす。この方法によればまた、基板
をプラズマから離隔させ、プラズマ内の選択的で好適な
化学種が適切な平均自由経路を備えることで基板に到達
することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態は、蛍光カー
ボンの先駆物質ガスを使って、高性能高密度リモートプ
ラズマ気相成長法（ＰＥＣＶＤ）によってサーマルイン
クジェットプリントヘッドのような基板の前面をコーテ
ィングする方法を企図している。先駆物質ガスは、肪脂
族のフルオロアルカンおよび／または環状もしくは未飽
和蛍光カーボンを含んでいる。

【００２０】この発明の実施例は、前面にダイアモンド
・カーボンもしくは他の有機材料の層を備えたサーマル
インクジェットプリントヘッドのような基板を企図す
る。その表面は、プラズマ内で生成された化学種に露出
することで修正することができ、その後さらに必要に応
じてこれらの化学種によってコーティングされる。

【００２１】先駆物質ガスの化学的性質によって、薄膜
の蒸着に加えて基板のエッチングおよび表面修正を行う
ことができる。さらに、基板温度、チャンバ圧力、電気
的励起の周波数およびそのレベル、およびガス流量が、
蒸着された層の構成および特性を決定する。定期実験を
行うことによって、当業者は所望の結果を得るためにこ
れらの要素を調整することができる。

【００２２】本発明の実施例において、蛍光カーボン源
をラジカル反応種に解離するために高密度リモートプラ
ズマ処理技術が用いられる。このラジカル化学種はその
とき基板の表面上の活性結合領域を活性化する。これ
は、高密度プラズマ源を利用するいずれのリモートプラ
ズマ処理技術もしくは装置によって行うことができる。
たとえばマイクロ波プラズマ、電子サイクロトロン共鳴
（ＥＣＲ）と結合したプラズマ、電磁結合プラズマある
いはヘリコン波発生器等が適用可能である。好適な高密
度リモートプラズマ技術は、マイクロ波／ＥＣＲプラズ
マ技術である。

【００２３】代表的なリモート高密度ＰＥＣＶＤシステ
ムの１つの構成例としては、下向マイクロ波／電子サイ
クロトロン共鳴（ＥＣＲ）システムがあり、たとえばプ
ラズマ−サーモＩ．Ｐ．社（Ｓｔ．ピッツバーグ、Ｆ
Ｌ）のモデルＳＬＲ７７０−ＥＣＲが利用可能である。
このシステムが図３に示される。

【００２４】下部吸引チャンバ６内に電極プレート１が
設置され、電極プレート１の上にガス分散リング７を備
えている。下部ガス分散リング７の高さは調節可能であ
る。コーティングされるべき基板１０は、電極プレート
１と接触して置かれている。マイクロ波キャビティと呼
ばれる上部チャンバ２において、下部吸収チャンバ６の
上に繋がるかたちで導波部４およびチューナ５と連結す
る（典型的には２．４５ＧＨｚで作動する）マイクロ波
発生器３がプラズマを維持するために用いられる。付与
された電界を磁界と結合するために調節可能なマグネッ
ト１２が用いられ、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）
状態になる。この状態では、電子は、上部チャンバ２内
で、壁に対して低い離脱速度で旋回し、これにより非Ｅ
ＣＲ状態で得られるもの（イオン密度約１×１０¹⁰／ｃ
ｍ³ ）よりも高密度の励起された化学種（イオン密度約
３×１０¹¹／ｃｍ³ ）が得られる。これらの化学種は生
成後、（典型的には拡散によって）下部吸収チャンバ６
へ移送され、基板１０と直接にあるいは下部ガス分散リ
ング７を介して導入されたガスと相互作用し、励起／分
離反応の第２のセットが生じる。基板１０を独立して電
気的にバイアスするために、発生装置１１を使って電極
プレート１に対して電位（典型的には１３．５６ＭＨ
ｚ）が与えられる。また、独立して制御される第２の下
部マグネット１３は膜特性を制御するために、基板１に
対してマイクロ波プラズマ９で生成されたイオンを向け
るために用いられる。チャンバ圧力は、適宜の吸引絞り
法によって一定に保持される。

【００２５】蛍光カーボンの先駆物質ガスは、ガス入口
８から上部チャンバ２に導入することができる。それら
のガスは、マイクロ波プラズマ９によって解離され、そ
の後拡散領域を経て基板１０へ移送される。選択的に
は、ガスリング７から下部吸収チャンバ６に蛍光カーボ
ンの先駆物質ガスが導入される一方で、アルゴンもしく
はヘリウム等の希ガスがガス入口８からマイクロ波キャ
ビティ２に導入される。利用可能な希ガスの準安定なエ
ネルギによって起こり得る特定の反応の結果、基板表面
において好適な化学種との結合状態が得られる。ｒｆ基
板のバイアスのレベルは、発生器１１を使って独立して
制御される。この調節可能なバイアスと上部チャンバ内
の高エネルギプラズマの外側で（離れて、あるいは下流
で）フッ素化が起こるという事実が表面反応を最小化
し、不利な結合形態を招来する。これは他の作動パラメ
ータとの組合せで、直接的プラズマフッ素化処理では得
ることができない独特な膜特性をもたらす。これらの特
性は、電子エネルギがかなり散乱されると共に好ましく
ない表面反応が広がっている直接的なプラズマフッ素化
方法では得られ難い。

【００２６】ＥＣＲ技術と組合わせた高周波（マイクロ
波）プラズマによれば、機械的耐久性のような優れた膜
特性に寄与する選択的な化学種を生成することができ
る。この高周波リモート処理方法によれば結果的に、
（ダイアモンド・カーボンもしくは他の有機基板材料
の）表面層の修正によって高いフッ素の集積だけでな
く、（基板との橋架け結合構造による）優れた耐久性の
利点に加えてインクの疎水性を最大化するフッ素結合
（ＣＦ₂ およびＣＦ₃ 形式の結合）をもたらす。（数時
間程度の）適切な長時間周期で処理が続けられると、薄
蛍光ポリマー膜が蒸着され、表面修正された層が膜と基
板の境界に残り、格段の機械的耐久性をもたらす。

【００２７】プラズマ処理パラメータを調節すること
で、極めて高いＦ／Ｃ比を備えた蛍光ポリマー層が得ら
れ、従来技術の処理によって形成された層と比較して、
ＣＦ₂およびＣＦ₃ 状態においてより多くのフッ素が存
在する。特に本発明の方法によって、Ｆ／Ｃ比が好まし
くは約１．０から約２．５であるプラズマ蒸着された蛍
光ポリマー層を作ることができる。さらに好ましくはＦ
／Ｃ比は、約１．２から約２．１であり、約１．７から
約２．１が最も好ましい。さらに、ＣＦ₂ およびＣＦ₃
結合の総合量は、約２５から約１００％であり、好まし
くは約５０から約１００％、さらに好ましくは約７５か
ら約１００％である。

【００２８】さらに、本発明の蛍光ポリマー層は有機基
板材料の基材に一体化され、柔らかい蛍光ポリマー蒸着
膜ではないので、コーティング寿命を改善することがで
きる。たとえば、表面修正によって基板材料の表面に３
０オングストローム以下の厚さの蛍光ポリマー層が形成
され、従来技術の条件を使って形成された純粋の蛍光ポ
リマー蒸着よりも良好なコーティング寿命を有してい
る。この表面修正された層とその後にコーティングされ
た蛍光ポリマー層の組合せは、分析手段によって計測さ
れる、膜の上表面から基板材料における露出の最終点ま
での有効厚さに特徴がある。この有効厚さは、０オング
ストローム以上で５０００オングストローム以下であ
る。この有効厚さの範囲は好ましくは、１０オングスト
ロームから２５００オングストロームである。さらに好
ましくは、この有効厚さの範囲は、１０オングストロー
ムから１００オングストロームである。

【００２９】本発明のフィルムは、米国特許第５，０７
３，７８５号に開示されるフッ素化されたダイアモンド
・カーボンのような周知のプラズマ修正膜よりも、水お
よび典型的なサーマルインクジェットインクに対する高
い前進および後退（ａｄｖａｎｃｉｎｇ ａｎｄ ｒｅ
ｄｕｃｉｎｇ）接触角を有している。このインクは、ゼ
ロックスモデル４００４サーマルインクジェットプリン
タのプリントカートリッジに含まれ、ここではゼロック
スインクと言うものとする。

【００３０】接触角は、表面上の液体のビードの大きさ
を測定する。高い前進接触角は、液体が表面を優先的に
濡らさないことを表す。高い後退接触角は、表面が始め
から濡れていたら表面から液体の除去がより容易になる
ことを表す。結果的にたとえばサーマルインクジェット
プリントヘッドに対する前面コーティングのような本発
明の層を使用する場合、インクがプリントヘッドの面を
濡らすのを防ぐことができる。さらに、膜が最初のジェ
ット噴出で濡らされていても、ノズル開口への効果的な
引っ込み収縮によって表面に残るインク量は少なくな
る。

【００３１】本発明の方法により形成されるプラズマ蒸
着された蛍光ポリマー層において、ゼロックスインクで
の前進接触角は６０から１８０度の間、好ましくは８０
から１８０度の間であり、さらに好ましくは１００から
１８０度の間である。ゼロックスインクでの後退接触角
は５０から１８０度の間、好ましくは７０から１８０度
の間であり、さらに好ましくは９０から１８０度の間で
ある。

【００３２】本発明の蛍光ポリマー層はその高い接触角
のために、２色以上の異なるカラインクで同時に印刷可
能な、分割されたサーマルインクジェット装置に特に有
用である。分割された装置ではたとえば２色で印刷する
場合、各色はダイの１／２を占める。分割された装置が
使用される場合、濡れに起因して前面での印刷の混合は
結果的に、均質でない印刷媒体上にスポットとなる。本
発明の膜上に残るインク量が減少するため、この膜を使
用する分割された装置ではインクの混合が少なくなる。
本発明の蛍光ポリマー膜はまた、全幅、圧電、高速等の
プリントヘッド装置ような他のプリントヘッド装置／形
式において用いることができる。

【００３３】本発明のコーティング装置および処理は、
次の実施例を参照してさらに明確になる。

【００３４】

【実施例】上述のゼロックスインクとＸ線光電子分光
（ＸＰＳ）表面構成分析は、種々の試料の構成およびイ
ンク疎水特性をモニタするために行われる。表１にその
結果を示す。機械的耐久性の評価を行うために使用する
テストでは、弾性ワイパブレード材（この例ではポリウ
レタン）が蛍光ポリマー膜の表面上を連続的に通過した
後、接触角が周期的にモニタされる。幾つかの試料の膜
についてかかるテストの結果が得られ、異なる処理条件
に関しては図４（ａ）および図４（ｂ）に、異なる基板
材料に関しては図５（ａ）および図５（ｂ）に示され
る。

【００３５】［比較例１］表面がフッ素化されたダイア
モンド・カーボン層が、米国特許第５，０７３，７８５
号の処理に従って結晶シリコン（Ｃ−Ｓｉ）ウェハ上に
コーティングされる。このウェハは、プラズマ−サーモ
Ｉ．Ｐ．社（Ｓｔ．ピッツバーグ、ＦＬ）によって提供
されるモデルＷＡＦ’Ｒ ７００のような（ＰＥＣＶ
Ｄ）チャンバの適宜の支持体に固定される。吸引チャン
バはつぎに、１ミリトールに排気され、基板を２５０℃
に加熱しながら、Ｎ₂ で１時間清浄される。１×１０^-4
トールの圧力が得られたら、毎分２０立方センチメート
ル（ｓｃｃｍ）でＮ₂ Ｏがチャンバ内に流入される。そ
の圧力は、２００ミリトールで安定する。つぎにラジオ
周波数（ｒｆ）電力（１３．５６ＭＨｚ）が下部電極
（基板テーブル）に対して１２０ｗの大きさで３０分間
供給される。この処理によって基板の有機残留物を清浄
し、その後蒸着されるダイアモンド・カーボン膜の付着
を促進する。

【００３６】ｒｆ電力の供給が終わると、Ｎ₂ Ｏガス流
が断たれ、Ｃ₂ Ｈ₄ とＡｒの混合ガスが流量比３０：１
５ｓｃｃｍで導入される。圧力は、２００ミリトールで
安定し、下部電極に１００ｗのｒｆ電力が１０分間供給
され、ダイアモンド・カーボン膜を成長させる（０．２
５μｍ）。ｒｆ電力の供給が終わると、Ｃ₂ Ｈ₄ および
Ａｒガス流が断たれ、吸引チャンバ内にＣＦ₄ が導入さ
れる。その圧力は、３００ミリトールで安定する。上部
電極に７５ｗのラジオ周波数電力が３０秒間供給され、
これによりダイアモンド・カーボン層の表面を修正して
安定化させると共に疎水性にするプラズマを生成する。
数分間の清浄後、システムは排気され、評価される。そ
の結果は、表１および図４（ａ）および図４（ｂ）に示
される。

【００３７】［比較例２］この比較例では、米国特許出
願第０８／３６９，４３９号に記述されているように低
密度直接プラズマ法によって蛍光ポリマー膜が蒸着され
る。比較例１で提供されたようなダイアモンド・カーボ
ンでコーティングされた結晶シリコン基板は、プラズマ
−サーモＩ．Ｐ．社（Ｓｔ．ピッツバーグ、ＦＬ）によ
って提供されるモデルＷＡＦ’Ｒ Ｂａｔｃｈ ７００
のようなＰＥＣＶＤチャンバシステムに設置される。し
かしこの例の場合には、比較例１のＣＦ₄ プラズマによ
って形成された表面層のフッ素化は行われない。チャン
バは、１ミリトールに排気される一方で、Ｎ₂ で４時間
清浄され、そして基板は１００℃に加熱される。１×１
０^-4トールの基礎圧力に到達したら、２０ｓｃｃｍのＣ
₂ Ｆ₄ （テロラフルオロエチレン）がチャンバに導入さ
れる。圧力は、２００ミリトールに安定する。上部電極
に２０ｗのラジオ周波数電力（１３．５６ＭＨｚ）が３
０分間供給され、基板に０．２５μｍの蛍光ポリマー膜
が蒸着される。ｒｆ電力の供給が終わると、システムは
数分間清浄され、つぎに試料の評価のために排気され
る。

【００３８】［実施例１］高密度リモートプラズマ蛍光
ポリマー層蒸着を行うために、図３に示すようなプラズ
マ−サーモＩ．Ｐ．社（Ｓｔ．ピッツバーグ、ＦＬ）か
ら提供されるプラズマ−サーモＳＬＲ−７７０ＥＣＲシ
ステムが用いられる。基板は、比較例２で提供されたよ
うなダイアモンド・カーボンでコーティングされたＣ−
Ｓｉ片である。基板温度は、４０℃に維持される。ガス
入口８から上部チャンバのＥＣＲ部にＡｒ（２０ｓｃｃ
ｍ）が導入される。下部吸収チャンバ６のガス分散リン
グ７は、基板テーブル１の平面上、２と１／４インチの
位置に置かれる。ヘキサフルオロポリプロピレン（Ｃ₃
Ｆ₆ ）がガスリング７から５ｓｃｃｍで導入される。チ
ャンバ圧力は、７５ミリトールに一定に保持される。ｒ
ｆ発生器１１を使って基板テーブルに対して、１ｗのｒ
ｆバイアスが供給される。電磁石１２は、ＥＣＲ条件を
誘導するために１５０Åに設定される。下部マグネット
１３は、０Åに設定される。発生器３を使って１５０ｗ
のマイクロ波電力が１０分間供給される。この時間経過
後、電力と磁界が断たれ、ガス流が停止する。この結果
形成された蛍光ポリマー層は、２０オングストロームに
達した。その結果は、表１および図４（ａ）および図４
（ｂ）に示す。

【００３９】［実施例２］蛍光ポリマー層の蒸着のため
に、図３に示すようなプラズマ−サーモＳＬＲ−７７０
ＥＣＲシステムが用いられる。基板は、比較例２で提供
されたようなダイアモンド・カーボンでコーティングさ
れたＣ−Ｓｉ片である。基板温度は、４０℃に維持され
る。ガス入口８から上部チャンバのＥＣＲ部にＡｒ（１
０ｓｃｃｍ）が導入される。下部吸収チャンバ６のガス
分散リング７は、基板テーブル１の平面上、２と１／４
インチの位置に置かれる。ヘキサフルオロポリプロピレ
ン（Ｃ₃ Ｆ₆ ）がガスリング７から１０ｓｃｃｍで導入
される。チャンバ圧力は、７５ミリトールに一定に保持
される。ｒｆ発生器１１を使って基板テーブルに対し
て、１ｗのｒｆバイアスが供給される。電磁石１２は、
ＥＣＲ条件を誘導するために１５０Åに設定される。下
部マグネット１３は、０Åに設定される。発生器３を使
って１５０ｗのマイクロ波電力が１０分間供給される。
この時間経過後、電力と磁界が断たれ、ガス流が停止す
る。この結果形成された蛍光ポリマー層は、２０オング
ストロームに達した。その結果は、表１に示す。

【００４０】［実施例３］蛍光ポリマー層の蒸着のため
に、図３に示すようなプラズマ−サーモＳＬＲ−７７０
ＥＣＲシステムが用いられる。基板は、比較例２で提供
されたようなダイアモンド・カーボンでコーティングさ
れたＣ−Ｓｉ片である。基板温度は、４０℃に維持され
る。ガス入口８から上部チャンバのＥＣＲ部にＡｒ（１
０ｓｃｃｍ）が導入される。ＮＯガスがガスリング７か
ら５ｓｃｃｍで導入される。チャンバ圧力は、９０ミリ
トールに一定に保持される。ｒｆ発生器１１を使って基
板テーブルに対して、１ｗのｒｆバイアスが供給され
る。電磁石１２は、ＥＣＲ条件を誘導するために１５０
Åに設定される。下部マグネット１３は、０Åに設定さ
れる。発生器３を使って１５０ｗのマイクロ波電力が１
０分間供給される。この時間経過後、電力と磁界が断た
れ、ガス流が停止する。この結果形成された蛍光ポリマ
ー層は、３０オングストロームに達した。その結果は、
表１および図４（ａ）および図４（ｂ）に示す。

【００４１】［実施例４］実施例３の処理が行われる
が、基板１０として剥き出しの結晶シリコンを有し、ダ
イアモンド・カーボンの中間層はない。結果は、表１お
よび図５（ａ）および図５（ｂ）に示す。この結果形成
された蛍光ポリマー層は、２０オングストロームに達し
た。

【００４２】［実施例５］実施例３の処理が行われる
が、基板材料１０として結晶シリコン上にポリイミドの
スピンコーティングされた層を有する。結果は、表１お
よび図５（ａ）および図５（ｂ）に示す。この結果形成
された蛍光ポリマー層は、３０オングストロームに達し
た。

【００４３】［実施例６］実施例３の処理が行われる
が、基板１０として比較例１で提供されたようなフッ素
化されたダイアモンド・カーボンの層を有する。結果
は、表１および図５（ａ）および図５（ｂ）に示す。こ
の結果形成された蛍光ポリマー層は、３０オングストロ
ームに達した。

【００４４】直接的ＣＦ₄ プラズマを使ってフッ素化が
行われる比較例１の材料と比較すると、高密度で遠隔的
にフッ素化された試料（実施例１から実施例６）はすべ
て、高いフッ素含有量を有し、ＣＦ₂ およびＣＦ₃ 形式
の結合の集積度が向上している。これは、高い接触角を
もたらし、サーマルインクジェットの前面コーティング
としてより良好な効果をもたらす結果となる。

【００４５】

【表１】 比較例２の蛍光ポリマー膜のインクはじき性は機械的耐
久テストの開始時点では良好であったが、機械的に弱い
膜がワイパブレード材で磨滅したときに急速に減退す
る。比較例１の表面がフッ素化された層は、相対的なフ
ッ素不足により比較例２の蛍光ポリマー膜よりもかなり
低いインクはじき性を有する。しかしながら、インクは
じき性の安定性は比較例２の蛍光ポリマー膜に比べて改
善されている。このことは、表面層に混入されたフッ素
が、機械的に耐久性のあるダイアモンドのようなカーボ
ン基体に直接結合し、弱い架橋結合重合体の形態となっ
ていないことを示す。比較すると、実施例１および実施
例３の高密度で遠隔的に蒸着された層は、表面における
ＣＦ₂ およびＣＦ₃ の高い集積により、テストの開始時
点で良好なインクはじき性を有する。また、電流処理の
利点により、これらの化学種が基板表面で化学的に結合
可能であることから長期間に及ぶ優れた耐久性を示す。

【００４６】表１に示すように、実施例３から実施例６
において蒸着された蛍光ポリマー膜の初期インクはじき
性は、ポリイミド基板についての場合を除き、基板の性
質から独立している。これは、比較例２のものと同様に
薄く、均質な膜の存在に起因する。しかしながら、この
膜は機械的耐久テストで磨滅するので（図５（ａ）およ
び図５（ｂ））、基板は極めて重要になり、結局材料の
長期間特性を決定する。結晶シリコン（図４）は、プラ
ズマでフッ素化される場合には安定表面層を形成せず、
このため耐久性に乏しい。

【００４７】また、長期間特性は、フッ素化されたダイ
アモンドのようなカーボン膜が基板として用いられる場
合には低下する。フッ素化されたダイアモンドのような
カーボン材料は既にＣＦ₄ プラズマで活性化され、マイ
クロ波／ＥＣＲが行われるときに未飽和な結合をもはや
利用し得なくして、好ましくない結果に終わるものと考
えられる。

【００４８】ポリイミド基板は、他の基板と比べて高い
前進接触角を示している。これは、（ＸＰＳデータから
明らかなように）表面における蛍光ポリマー膜の差異に
よるものではなく、他の例よりも粗いポリイミド基板材
料の性質によるものである。ダイアモンドのようなカー
ボン基板でさえ、テストの開始時点で後退接触角の初期
低下を示すが、表面層が修正されるのにつれて急速に安
定する。

【００４９】このデータが示すようにマイクロ波リモー
トプラズマ処理は、簡単な蛍光ポリマー蒸着ではなく
（その他には、Ｃ−Ｓｉ基板の例ではそれは容易に払拭
する）、しかしまた、（本質的に有機物で形成された）
基板の表面修正でもある。これは耐久性の向上をもたら
し、一方で、マイクロ波プラズマで生成された活性種の
性質に起因して、表面がフッ素化されたダイアモンドの
ようなカーボンコーティング上に良好な疎水性を与え
る。有効にフッ素化されると共にその後の長期間機械的
耐久性を実現できることで、ダイアモンド・カーボン
は、高密度リモートプラズマフッ素化処理にとって好適
な基板材料である。

【００５０】リモートマイクロ波／ＥＣＲプラズマ法を
使って形成された蛍光ポリマー膜は、従来技術で得られ
た膜よりも良好なインクはじき性と耐久性を有してい
る。このはじき性は、フッ素の高い集積ばかりでなく、
マイクロ波／ＥＣＲプラズマ独自の条件から得られる好
適な結合形式、すなわちＣＦ₂ およびＣＦ₃ の存在によ
るものと考えるられる。その優れた特性により、実施例
３の膜は本発明の好適な実施例である。

【００５１】［実施例７］ゼロックスサーマルインクジ
ェットダイモジュールは、ゼロックス４００４において
用いられるとき前面コーティングのために基板として用
いられ、比較例１、比較例２および実施例３におけるの
と同様な処理条件を使用する。適切な電気およびインク
処理パッケージとともに、それぞれの前面コーティング
処理が完了後、これらの装置は、ゼロックス社から提供
されるゼロックスモデル４００４インクジェットプリン
タのカートリッジに含まれる上述のゼロックスインクを
使って印刷処理に利用される。

【００５２】ジェット噴出中の前面の観察から、比較例
１のプリントヘッドにおいて前面のかなりの量の溢れと
ノズルまわりの溜まりが現れる。これは、方向性の低下
と印刷用紙上のインク汚れをもたらす結果となる。比較
例２のダイモジュールの前面は、評価の初期段階では優
れた前面インクはじき性とその後の印刷特性を示す。し
かしながら、ゼロックス４００４プリンタのそれに対応
するメンテナンス部におけるおよそ１０００回の払拭に
次いで、蛍光ポリマーコーティングに可視縞が現れると
ともに、装置のノズル周辺にインク濡れが目立つ。これ
に関連する印刷特性の低下も見られる。これに対して、
実施例３の高密度で遠隔的にフッ素化されたコーティン
グを備えたプリントヘッドによれば、７ｋＨｚの噴出周
波数までの作動時でさえ、前面の溢れやノズル開口周辺
の実質的な濡れがない。結果的な印刷特性は良好であ
る。この特性は、メンテナンス部における２０００回の
払拭後でさえ、維持される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 インクジェットプリントヘッド、インク滴噴
出過程および誤方向性の本質を示す図である。

【図２】 直接的プラズマ処理のための平行プレートシ
ステムを示す図である。

【図３】 マイクロ波電子サイクロトロン共鳴プラズマ
源を使用する高密度リモートプラズマ処理を示す図であ
る。

【図４】 直接的な低密度プラズマ蒸着された蛍光ポリ
マー膜および直接的な低密度プラズマフッ化処理された
表面層と比較した、高密度リモートプラズマ蒸着された
蛍光ポリマー膜の機械的耐久性を示す図である。

【図５】 種々の基板上に高密度リモートプラズマ蒸着
された蛍光ポリマー膜の機械的耐久性を示す図である。

【符号の説明】

１ 電極プレート、２ 上部チャンバ、３ マイクロ波
発生器、４ 導波部、５ チューナ、６ 下部吸引チャ
ンバ、７ ガス分散リング、８ ガス入口、９マイクロ
波プラズマ、１０ 基板、１１ 発生装置、１３ 下部
マグネット。

フロントページの続き (72)発明者 クリストファー コンスタンチン アメリカ合衆国 フロリダ州 セーフティ ハーバー パイン ヒル ドライブ 1818 (72)発明者 ケビン エヌ ビーティ アメリカ合衆国 フロリダ州 セントピー ターズバーグ イーデン アイル ブール バード ノース イースト 1515

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 前面に遠隔的にプラズマ蒸着された蛍光
   ポリマー膜を有するサーマルインクジェットプリントヘ
   ッド。