(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相成膜法を用いて撥液膜を形成するノズルプレートの製造方法であって、
第１撥液剤を用いて前記ノズルプレートに前記撥液膜を成膜する第１成膜工程と、分子鎖長が前記第１撥液剤より短い第２撥液剤を用いて前記ノズルプレートに前記撥液膜を成膜する第２成膜工程と、を有し、
前記第２成膜工程は前記第１成膜工程の後に行われ、前記第１撥液剤は両端にメトキシ基を有することを特徴とするノズルプレートの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のノズルプレートの製造方法において、
前記第２撥液剤は少なくとも一つのメトキシ基を有する金属アルコキシドであることを特徴とするノズルプレートの製造方法。
【請求項３】
インクを噴出するノズルが配置されたノズルプレートを備える液体噴出ヘッドであって、
前記ノズルプレートは請求項１または請求項２に記載のノズルプレートであることを特徴とする液体噴出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体噴出ヘッドのノズルプレートの表面に撥液膜を成膜する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴を噴出口であるノズルから媒体に対して噴出させる液体噴出ヘッドがインクジェットプリンター等の装置に広く用いられている。液体噴出ヘッドはノズルプレートを有し、このノズルプレートにはインクを液滴にして噴出する微細なノズルが微小間隔を隔てて複数形成されている。このノズルプレートの表面にインクが付着するとき、その後に噴出されたインクが付着インクの表面張力や粘性等の影響を受けて噴出軌道が曲げられる。そして、所定の位置にインクを塗布することができなくなるという問題がある。このため、ノズルプレート表面にインクの付着を防止する撥液処理が行なわれていた。
【０００３】
この撥液処理の方法として、特許文献１に記載されているような技術が知られていた。この技術は、基材の表面にシリコーン材料のプラズマ重合膜を形成して下地膜とする。その下地膜の表面に金属アルコキシドの撥液膜を溶液浸漬によって成膜するものである。
【０００４】
さらに他の方法として、特許文献２に記載されているような技術が知られていた。この技術は、水酸基、イミノ基等活性水素基を有するか付与した基材表面に、少なくともクロロシラン系界面活性剤を含む雰囲気中で気相化学吸着を行う。これにより、基材の表面に化学吸着膜を形成するものである。
【０００５】
この成膜方法は、表面に活性水素基を含む基材の表面に、クロロシリル基を分子内に複数含む吸着剤の気体を接触させて基材表面の活性水素基と脱塩酸反応させる工程を含んでいる。従って、生じた塩酸によって基板の損傷を招く恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３５１９２３号公報
【特許文献２】特開平５−１６１８４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の溶液浸漬による成膜方法では、ノズルプレートの表面上で撥液剤の物理的な結合を恒温恒湿環境及び焼成過程を経ることにより、例えば、脱水縮重合反応のような反応をさせて化学的な結合へと変化させていた。従って、ノズルプレートの表面上の反応基と撥液剤の反応基の配置によっては化学的な結合へと変化することができない未反応剤が数多く存在することになる。また、撥液剤が局所的に集合して成膜される傾向があり、ノズルプレート表面に一様に成膜することができない。膜が一様でないとき、撥液膜の一部が欠損する場所が形成され、耐久性の悪化へと繋がる。そこで、高密度で高耐久性能を有する撥液膜を形成する方法が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００９】
［適用例１］本適用例に係るノズルプレートの製造方法は、気相成膜法を用いて撥液膜を形成するノズルプレートの製造方法であって、第１撥液剤を用いて前記ノズルプレートに前記撥液膜を成膜する第１成膜工程と、分子鎖長が前記第１撥液剤より短い第２撥液剤を用いて前記ノズルプレートに前記撥液膜を成膜する第２成膜工程と、を有し、前記第１成膜工程の後に前記第２成膜工程が行われることを特徴とする。
【００１０】
本適用例によれば、第１成膜工程において第１撥液剤を用いて前記ノズルプレートに前記撥液膜を成膜する。次に、第２成膜工程において、第２撥液剤を用いて前記ノズルプレートに前記撥液膜を成膜する。第１成膜工程で用いられる第１撥液剤と比較して、第２成膜工程で用いられる第２撥液剤は分子鎖長が短くなっている。さらに、気相成膜法により、第１成膜工程、第２成膜工程の順に成膜している。
【００１１】
第１成膜工程において成膜された撥液膜には、成膜されない場所が発生する可能性がある。ところで、第２成膜工程では、第１撥液剤に比べて分子鎖長の短い第２撥液剤を用いている。従って、第２撥液剤は、第１成膜工程で成膜された第１撥液剤による撥液膜の分子鎖群を通過して、ノズルプレートの表面上の未反応基へ到達することができるようになる。これにより、ノズルプレートの表面上では第１撥液剤により成膜された撥液膜に加え、第２撥液剤により成膜された撥液膜に覆われる。その結果、溶液浸漬による成膜法に比べ、より高密度で高耐久性能を有する撥液膜を形成することができる。
【００１２】
［適用例２］上記適用例に記載のノズルプレートの製造方法において、前記第１撥液剤及び前記第２撥液剤は少なくとも一つのメトキシ基を有する金属アルコキシドであることを特徴とする。
【００１３】
本適用例によれば、第１撥液剤及び第２撥液剤にはメトキシ基を含むものを用いている。このため、大気中の水との脱アルコール反応により水酸基に変化する。そして、ノズルプレート表面上の活性水酸基と金属アルコキシドの脱水反応によって撥液剤がノズルプレートに成膜される。従って、ノズルプレートを損傷する化学反応が生じない為、品質良くノズルプレートに撥液膜を成膜させることができる。
【００１４】
［適用例３］本適用例に係る液体噴出ヘッドは、インクを噴出するノズルが配置されたノズルプレートを備える液体噴出ヘッドであって、前記ノズルプレートは上記記載のノズルプレートであることを特徴とする。
【００１５】
本適用例によれば、前記液体噴出ヘッドは高耐久性能を備えたノズルプレートを有するため、撥液膜の劣化によるノズルへのインク詰まりを避けることができる。これによって、液体噴出ヘッドのクリーニング回数を減らすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】液体噴出ヘッドの構成を示す模式正面図。
【図２】撥液膜の構成を説明するための模式図。
【図３】気相成膜装置の概略構成図。
【図４】撥液膜製造工程を示すフローチャート。
【図５】撥液膜製造工程を説明するための模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、以上の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。
【００１８】
（実施形態１）
本実施形態では、液体噴出ヘッドと液体噴出ヘッドが備えるノズルプレートにおける撥液膜の成膜方法との例について、図１〜図５に従って説明する。まず、液体噴出ヘッドの概略構成について説明する。図１は液体噴出ヘッドの構成を示す模式正面図である。図１に示すように、液体噴出ヘッドとしてのインクジェットプリンターヘッド１０は、液体噴出ヘッド（液体噴出装置の一部）の一例であって、ノズル噴出口からインクを液滴にしたインク滴を噴出する。インクジェットプリンターヘッド１０にはインクをヘッド内部へ導入するインク導入口１２が設けられている。このインク導入口１２はインク溜り１４と接続しており、このインク溜り１４においてインクを溜めるように形成されている。また、インク溜り１４は圧力室１６と連通しており、圧力室１６のインク噴出側はノズルプレート１８に設けられたノズルとしてのインク噴出口２０と接続している。
【００１９】
圧力室１６の壁面の一部には圧力が加えられる構成となっている。この構成は、例えば、圧力室１６の壁面の一部を振動板１５で形成するとともに、その外側に励振電極１７（圧電素子）を設ける。そして励振電極１７に電圧を印加すると、励振電極１７が変形する。そして、励振電極１７が変形する力により振動板１５が変形して、圧力室の内圧が変化する。この内圧の変化によりインクがインク滴となってインク噴出口２０より噴出される。
【００２０】
ノズルプレート１８の材質は剛性があれば良く、特に限定されない。ノズルプレート１８の材質には金属、セラミック、ガラス、硬質樹脂等各種の材質を用いることができる。本実施の形態では、例えば、ノズルプレート１８にステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）を用いた。このノズルプレート１８の表面及びインク噴出口２０の内部表面には、撥液剤を用いて成膜した撥液膜としての金属アルコキシドの分子膜２４が設置されている。金属アルコキシドの分子膜２４の下地膜にはシリコーン材料をプラズマ重合して成膜されたプラズマ重合膜２２が設置されている。
【００２１】
図２は撥液膜の構成を説明するための模式図である。次に、図２を用いて撥液膜の組成を説明する。図２（ａ）に示すように、撥液膜としての金属アルコキシドの分子膜２４はフッ素を含む長鎖高分子基を有する金属アルコキシドの撥液膜である。
【００２２】
金属アルコキシドとしては、例えばＴｉ、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｔ、Ｂａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｂｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｔａ等を金属種に使用する様々なものがある。この中で、金属アルコキシドの金属種にはケイ素、チタン、アルミニウム、ジルコニウム等が一般的に用いられている。本実施形態では、金属アルコキシドの金属種には、例えば、ケイ素を用いた物を使用している。好ましくはフッ素を含む長鎖高分子基を有するアルコキシシランがよい。
【００２３】
長鎖高分子基は、分子量が１０００以上であり、例えば、パーフルオロアルキル鎖、パーフルオポリエーテル鎖等が挙げられる。この長鎖高分子基を有するアルコキシシランとしては、例えば、長鎖高分子基を有するシランカップリング剤等が挙げられる。本実施形態の撥液剤として適している長鎖高分子基を有するシランカップリング剤としては、例えば、ヘプタトリアコンタフルオロイコシルトリメトキシシラン等が挙げられ、製品としてはＫＹ−１０８（商標、信越化学工業社製）、ＫＹ−１３０（商標、信越化学工業社製）が挙げられる。
【００２４】
フッ化炭素基はアルキル基より表面自由エネルギーが小さい。このため、金属アルコキシドにフッ化炭素基を含有させることにより、形成する撥液膜の撥液性を向上させることができる。さらに撥液膜は耐薬品性、耐候性、耐摩擦性等の特性も向上させることができる。
【００２５】
本実施形態では、第１撥液剤２５と第２撥液剤２６とに、フッ素を含む長鎖高分子基を有するアルコキシシランを用い、かつ少なくとも１つのメトキシ基を有し、第１撥液剤２５の長鎖高分子基が第２撥液剤２６の長鎖高分子基よりも長いものを選定する。
【００２６】
本実施形態に適した一例として、第１撥液剤２５にＫＹ−１３０（商標、信越化学工業社製）を用い、第２撥液剤２６にＫＹ−１０８（商標、信越化学工業社製）を用いた場合に形成される撥液膜の概要を表したものを図２（ｂ）に示す。このとき、第１撥液剤２５としてのＫＹ−１３０（商標、信越化学工業社製）は両端にメトキシ基を持つと考えられ、第１撥液剤２５としてのＫＹ−１３０（商標、信越化学工業社製）と第２撥液剤２６としてのＫＹ−１０８（商標、信越化学工業社製）とが酸素を介して結合している。図２（ａ）の場合と比較すると、第２撥液剤２６としてのＫＹ−１０８（商標、信越化学工業社製）がノズルプレート１８の最表面を被膜している分だけ、膜厚が大きくなり、耐久性によい影響を与えている可能性がある。
【００２７】
図３は、気相成膜装置の概略構成図である。次に、図３を用いて気相成膜装置の構成を説明する。本実施形態では気相成膜法としてＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｏｎ）成膜法を用いた。この気相成膜装置としてのＣＶＤ装置３５は高温減圧下で撥液剤の雰囲気を作り出すために、減圧ポンプ３０と第１チャンバー２７を備える。成膜対象となるノズルプレート１８は第１チャンバー２７内に配置される。第１チャンバー２７には加熱装置が設置されている。
【００２８】
また、ＣＶＤ装置３５は、第１撥液剤２５を気化させるための第２チャンバー２８と、気化された第１撥液剤を第１チャンバー２７に供給するための撥液剤供給管３１とを備える。同様に、ＣＶＤ装置３５は、第２撥液剤２６を気化させるための第３チャンバー２９と、気化された第２撥液剤を第１チャンバー２７に供給するための撥液剤供給管３２とを備える。撥液剤供給管３１及び撥液剤供給管３２には弁が設置され、撥液剤供給管３１及び撥液剤供給管３２を通過する気体の流動を制御可能になっている。減圧ポンプ３０は第２チャンバー２８及び第３チャンバー２９と配管を介して接続されている。そして、減圧ポンプ３０は第２チャンバー２８及び第３チャンバー２９を減圧する。さらに、第１チャンバー２７の雰囲気を排気するための排気ポンプ３３を備える。第２チャンバー２８及び第３チャンバー２９にも加熱装置が設置され、雰囲気を高温に維持することができる。
【００２９】
減圧ポンプ３０が第１チャンバー２７、第２チャンバー２８、第３チャンバー２９内を減圧する。第１チャンバー２７、第２チャンバー２８、第３チャンバー２９は加熱装置により加熱される。これにより、第２チャンバー２８では第１撥液剤２５の雰囲気が形成され、第３チャンバー２９では第２撥液剤２６の雰囲気が形成される。そして、撥液剤供給管３１及び撥液剤供給管３２の弁を開閉することにより、第１撥液剤２５の雰囲気または第２撥液剤２６の雰囲気を第１チャンバー２７に供給することができる。排気ポンプ３３は第１チャンバー２７内の気体を排気する。従って、弁の開閉と排気ポンプ３３とを制御することにより、第１チャンバー２７内の雰囲気を制御することが可能になっている。
【００３０】
図４は、撥液膜製造工程を示すフローチャートである。次に、図４を用いて、撥液膜製造工程フローを説明する。まず、ステップＳ１において、第１チャンバー２７と第２チャンバー２８をつなぐ撥液剤供給管３１の弁を開く。これにより、第１撥液剤２５の雰囲気が第１チャンバー２７に流入する。次にステップＳ２において、第１チャンバー２７と第２チャンバー２８とをそれぞれ加熱装置が加熱し、減圧ポンプ３０が減圧する。減圧条件及び温度条件は、本実施形態では例えば、温度は２００℃以上４００℃以下とし、圧力は１００Ｐａ以下とする。その後、加熱、減圧状態を保持し、第１撥液剤２５の反応基とノズルプレート１８表面上の活性水酸基とを化学結合させる。反応時間は、本実施形態では例えば、加熱、減圧状態保持時間を３０分から５時間の範囲とした。次に、ステップＳ３において、撥液剤供給管３１の弁を閉じる。続いて、ステップＳ４において、排気ポンプ３３が第１チャンバー２７内の第１撥液剤２５の雰囲気を排気する。ステップＳ１からステップＳ４までのステップを第１成膜工程とする。
【００３１】
次に、ステップＳ５において、第１チャンバー２７と第３チャンバー２９をつなぐ撥液剤供給管３２の弁を開く。その後、ステップＳ６において、第１チャンバー２７と第３チャンバー２９とをそれぞれ加熱装置が加熱し、減圧ポンプ３０が減圧する。減圧条件及び温度条件は、本実施形態では例えば、温度は２００℃以上４００℃以下とし、圧力は１００Ｐａ以下とする。加熱、減圧状態を保持し、第２撥液剤２６の反応基とノズルプレート１８表面上の活性水酸基とを化学結合させる。反応時間は、本実施形態では例えば、加熱、減圧状態保持時間を３０分から５時間の範囲とした。次に、ステップＳ７において、撥液剤供給管３２の弁を閉じる。続いて、ステップＳ８において、排気ポンプ３３により第１チャンバー２７内の第２撥液剤２６の雰囲気を排気する。ステップＳ５からステップＳ８までのステップを第２成膜工程とする。以上のステップにより撥液膜製造工程が終了する。
【００３２】
図５は、撥液膜製造工程を説明するための模式図である。次に、図５を用いて、撥液膜の製造工程を説明する。図５（ａ）はステップＳ１以前において、第１チャンバー２７に設置されたノズルプレート１８を示す図である。図５（ａ）に示すように、ノズルプレート１８の表面上には活性水酸基３４が結合している状態となっている。活性水酸基３４はプラズマ重合膜２２に設置される。
【００３３】
プラズマ重合膜２２に活性水酸基３４を設置する方法は公知であり、一例を簡単に説明する。加熱して気化したシリコーンをアルゴンプラズマ環境にて重合反応させ、ノズルプレート１８の表面にプラズマ重合膜２２を成膜する。次に、窒素雰囲気中にてアニールする。続いて、プラズマ重合膜２２の表面をプラズマによりエッチングする。次に、プラズマ重合膜２２を大気に曝すことにより、プラズマ重合膜２２の表面にて終端する酸素原子に水素原子を結合させて活性水酸基３４を形成する。
【００３４】
このノズルプレート１８を第１チャンバー２７内に配置し、ステップＳ１〜ステップＳ４を行う。つまり、気相成膜法としてのＣＶＤ成膜法を用いて第１撥液剤２５における長鎖高分子基を有するシランカップリング剤と、ノズルプレート１８表面上の活性水酸基３４を化学結合させる。その結果、図５（ｂ）に示すようにノズルプレート１８に金属アルコキシドの分子膜２４が形成される。この状態では金属アルコキシドの分子膜２４は第１撥液剤２５によって形成された膜となっている。このとき、ノズルプレート１８表面上には一部の活性水酸基３４が残留した状態となっている。
【００３５】
その後、ステップＳ５〜ステップＳ８を行う。そして、ノズルプレート１８表面上に残留した活性水酸基３４と第２撥液剤２６における長鎖高分子基を有するシランカップリング剤とを、気相成膜法としてのＣＶＤ成膜法を用いて化学結合させる。その結果、図５（ｃ）に示すように、ノズルプレート１８に金属アルコキシドの分子膜２４が形成される。この状態では金属アルコキシドの分子膜２４は第１撥液剤２５によって形成された金属アルコキシドの分子膜２４に加え、第２撥液剤２６によって形成された金属アルコキシドの分子膜２４が混在した膜となっている。
【００３６】
第２撥液剤２６における長鎖高分子基は第１撥液剤２５における長鎖高分子基より短い長鎖高分子基となっている。これにより、第２撥液剤２６の長鎖高分子基は第１撥液剤２５によって成膜された膜を通過して活性水酸基３４と化学結合することが可能となっている。以上のステップにより撥液膜製造工程が終了する。
【００３７】
上述したように、本実施形態に係るノズルプレート１８によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）本実施形態によれば、気相成膜法としてのＣＶＤ成膜法を用いている。ＣＶＤ成膜法はノズルプレート１８の表面上の活性水酸基３４と撥液剤との化学反応による結合を前提としており、化学反応できなかった撥液剤は再気化する。従って、ノズルプレート１８の表面上の活性水酸基３４と撥液剤とにおける未反応剤は溶液浸漬による成膜方法よりも減らすことができる。尚、未反応剤は反応基の配置によっては化学的な結合へと変化することができない撥液剤を示す。
【００３８】
（２）本実施形態によれば、第１撥液剤２５を用いて金属アルコキシドの分子膜２４を成膜する第１成膜工程に加え、第１撥液剤２５よりも分子鎖の短い第２撥液剤２６を用いて金属アルコキシドの分子膜２４を成膜する第２成膜工程を行っている。これにより、ノズルプレート１８の表面上の未反応活性水酸基をより減少させることができる。なぜなら、分子鎖の短い第２撥液剤２６は、第１成膜工程で成膜された第１撥液剤２５による金属アルコキシドの分子膜２４の分子鎖群を通過して、ノズルプレート１８の表面上の未反応基へ到達することができる。これにより、ノズルプレート１８の表面上では第１撥液剤２５により成膜された金属アルコキシドの分子膜２４に加え、第２撥液剤２６により成膜された金属アルコキシドの分子膜２４に覆われる。その結果、溶液浸漬による成膜法に比べ、より高密度で高耐久性能を有する金属アルコキシドの分子膜２４を形成することができる。
【００３９】
（３）本実施形態によれば、第１撥液剤２５及び第２撥液剤２６にはメトキシ基を含むものを選定しているため、化学反応する際に生じるアルコールによってノズルプレート１８を損傷させることを防止することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１０…液体噴出ヘッドとしてのインクジェットプリンターヘッド、１８…ノズルプレート、２０…ノズルとしてのインク噴出口、２４…撥液膜としての金属アルコキシドの分子膜、２５…第１撥液剤、２６…第２撥液剤。
【図１】
0005747530.tif 000002
【図２】
0005747530.tif 000003
【図３】
0005747530.tif 000004
【図４】
0005747530.tif 000005
【図５】
0005747530.tif 000006