(57)【要約】【課題】撥水性をより向上できるインクジェットヘッド及びその製造方法を提供する。【解決手段】インクを吐出するノズル８を有し、吐出面にＮｉ−ＰＴＦＥ膜から成る撥水膜３０が形成されるノズルプレート２９を備えたインクジェットヘッド１の製造方法において、ノズルプレート２９の吐出面にＮｉ−ＰＴＦＥ膜をメッキにより成膜する成膜工程と、成膜工程後に３４０℃〜３８０℃で１０分〜４５分間熱処理を行う熱処理工程と、熱処理工程後に１５℃〜３０℃の冷却水により水冷する水冷工程とを備えた。【選択図】      図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出するノズルを有し、吐出面にＮｉ−ＰＴＦＥ膜から成る撥水膜が形成されるノズルプレートを備えたインクジェットヘッドにおいて、前記ノズルプレートの吐出面にＮｉ−ＰＴＦＥ膜を成膜して熱処理した後、１５℃〜３０℃の冷却水により水冷したことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
Ｎｉ−ＰＴＦＥ膜の熱処理温度を３４０℃〜３８０℃とし、熱処理時間を１０分〜４５分にしたことを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
インクを吐出するノズルを有し、吐出面にＮｉ−ＰＴＦＥ膜から成る撥水膜が形成されるノズルプレートを備えたインクジェットヘッドの製造方法において、前記ノズルプレートの吐出面にＮｉ−ＰＴＦＥ膜を成膜する成膜工程と、前記成膜工程後に熱処理を行う熱処理工程と、前記熱処理工程後に１５℃〜３０℃の冷却水により水冷する水冷工程とを備えたことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記熱処理工程の熱処理温度を３４０℃〜３８０℃とし、熱処理時間を１０分〜４５分にしたことを特徴とする請求項３に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項５】
ワークの表面に撥水処理を施す撥水処理方法において、ワークの表面にＮｉ−ＰＴＦＥ膜を成膜する成膜工程と、前記成膜工程後に熱処理を行う熱処理工程と、前記熱処理工程後に１５℃〜３０℃の冷却水により水冷する水冷工程とを備えたことを特徴とする撥水処理方法。
【請求項６】
前記熱処理工程の熱処理温度を３４０℃〜３８０℃とし、熱処理時間を１０分〜４５分にしたことを特徴とする請求項５に記載の撥水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプリンタ等に設けられるインクジェットヘッド及びその製造方法に関し、特に、インクジェットヘッドのノズルプレートの撥水処理に関する。また本発明はワークの表面に撥水処理を施す撥水処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリンタやファクシミリ等に用いられるインクジェットヘッドは、インクを吐出する複数のノズルが配列されたノズルプレートを有している。ノズルには圧力室が連通して設けられ、圧力室には圧電素子等のアクチュエータが固着される。アクチュエータの駆動によって圧力室からインクが加圧して送出され、ノズルから所定量のインクが吐出されるようになっている。
【０００３】
ノズルから吐出したインクがノズルの周辺部に残留すると吐出方向や吐出量のばらつきが発生して吐出精度が低下する。このため、ノズルプレートの吐出側の面（以下、「吐出面」という）には、撥水膜が形成されている。撥水膜は特許文献１に開示されるように、Ｎｉ−ＰＴＦＥ（ニッケル−テフロン（Ｒ））膜から成っている。
【０００４】
Ｎｉ−ＰＴＦＥ膜は電解メッキ等により成膜され、ＰＴＦＥの融点（約３２７℃）よりも高い例えば３５０℃で熱処理されている。これにより、Ｎｉ−ＰＴＦＥ膜の膜表面のＰＴＦＥが一部溶融して撥水性が得られ、ノズル周辺にインクが残留するのを防止して吐出精度を向上できるようになっている。
【０００５】
【特許文献１】
国際公開第ＷＯ９９／１５３３７号パンフレット（第７０頁〜第７６頁、第３６図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ノズルの高密度化に伴って各ノズルから吐出されるインクの吐出精度向上が望まれ、より撥水性の高い撥水膜が必要となっている。上記特許文献１には熱処理後に水冷等による急冷を行うことよって撥水膜の耐久性を向上できることが記載されている。しかしながら、撥水性の向上について言及されておらず、具体的な冷却条件についても開示されていない。
【０００７】
これに対して本発明の発明者はＮｉ−ＰＴＦＥ膜から成る撥水膜が熱処理後の冷却条件に応じて撥水性が可変されることを見い出したものであり、本発明は、撥水性をより向上できるインクジェットヘッド及びその製造方法を提供することを目的とする。また本発明は撥水性を向上できる撥水処理方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、インクを吐出するノズルを有し、吐出面にＮｉ−ＰＴＦＥ膜から成る撥水膜が形成されるノズルプレートを備えたインクジェットヘッドにおいて、前記ノズルプレートの吐出面にＮｉ−ＰＴＦＥ膜を成膜して熱処理した後、１５℃〜３０℃の冷却水により水冷したことを特徴としている。（請求項１）
【０００９】
この構成によると、ノズルプレートに電解メッキ等によりＮｉ−ＰＴＦＥ膜が成膜される。成膜後のノズルプレートは熱処理され、１５℃〜３０℃の冷却水に浸漬して水冷される。これにより、Ｎｉ−ＰＴＦＥ膜の後退接触角が大きくなり撥水性が向上される。
【００１０】
また本発明は、上記構成のインクジェットヘッドにおいて、Ｎｉ−ＰＴＦＥ膜の熱処理温度を３４０℃〜３８０℃とし、熱処理時間を１０分〜４５分にしたことを特徴としている。（請求項２）
【００１１】
この構成によると、成膜後のノズルプレートはＰＴＦＥの融点である３２７℃よりも高く、熱分解を生じる４００℃よりも低い温度で１０分〜４５分熱処理される。これにより、メッキ膜の表面に存在するＰＴＦＥが高い撥水性を維持したまま溶融するので、メッキ膜表面の全体に良好な撥水性が均一に得られることになる。
【００１２】
また本発明は、インクを吐出するノズルを有し、吐出面にＮｉ−ＰＴＦＥ膜から成る撥水膜が形成されるノズルプレートを備えたインクジェットヘッドの製造方法において、前記ノズルプレートの吐出面にＮｉ−ＰＴＦＥ膜を成膜する成膜工程と、前記成膜工程後に熱処理を行う熱処理工程と、前記熱処理工程後に１５℃〜３０℃の冷却水により水冷する水冷工程とを備えたことを特徴としている。（請求項３）
【００１３】
また本発明は、ワークの表面に撥水処理を施す撥水処理方法において、ワークの表面にＮｉ−ＰＴＦＥ膜を成膜する成膜工程と、前記成膜工程後に熱処理を行う熱処理工程と、前記熱処理工程後に１５℃〜３０℃の冷却水により水冷する水冷工程とを備えたことを特徴としている。（請求項５）
【００１４】
また本発明は、上記のインクジェットヘッドの製造方法又は撥水処理方法において、前記熱処理工程の熱処理温度を３４０℃〜３８０℃とし、熱処理時間を１０分〜４５分にしたことを特徴としている。（請求項４，請求項６）
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は一実施形態のインクジェットヘッドを示す斜視図である。インクジェットヘッド１は記録用紙に対向配置されるヘッドユニット７０が基部７１により保持されている。インクジェットヘッド１をＸ方向（主走査方向）に走査し、記録用紙をＹ方向（副走査方向）送って記録用紙に記録できるようになっている。
【００１６】
ヘッドユニット７０は詳細を後述するように、圧力室１０やノズル８等を含んで流路が構成された流路ユニット２及び圧力室１０中のインクを加圧するアクチュエータユニット４（いずれも図２、図４参照）から成り、記録用紙の所定位置に向けてノズル８からインクを吐出する。基部７１はベースブロック７５及びホルダ７２から成っている。ベースブロック７５はヘッドユニット７０の背面側に固着され、ヘッドユニット７０を支持する。
【００１７】
ホルダ７２は本体部７３と支持部７４とから成っている。本体部７３はベースブロック７５を保持する。支持部７４は本体部７３からヘッドユニット７０と反対側に延設され、支持部７４によりインクジェットヘッド１が支持されるようになっている。
【００１８】
基部７１の外周にはアクチュエータを形成する個別電極６（図５参照）に接続されるＦＰＣ５０がスポンジ等の弾性部材８３を介して配される。ＦＰＣ５０にはアクチュエータを駆動するドライバＩＣ８０と、ドライバＩＣ８０を制御する制御基板８１とが取り付けられている。ドライバＩＣ８０には発熱を放出するヒートシンク８２が固着されている。
【００１９】
図２はヘッドユニット７０を示す平面図である。ヘッドユニット７０はインクの流路を形成する流路ユニット２を有している。流路ユニット２は矩形に形成され、短辺方向に重なる２列で長辺方向に並設される複数の吐出素子群９を有している。
【００２０】
各吐出素子群９上には圧電素子から成るアクチュエータを有したアクチュエータユニット４がそれぞれ固着されている。また、各吐出素子群９にはベースブロック７５（図１参照）に設けられたインク溜り（不図示）に開口部３ａ、３ｂを介して連通するマニホールド５からインクが供給されるようになっている。
【００２１】
図３は図２のＥ部の詳細を示す平面図である。吐出素子群９は記録画像の各画素に対応してインクを吐出する多数の吐出素子１１がマトリクス状に配列して構成され、吐出素子群９の外形が略台形形状になっている。各吐出素子１１はマニホールド５に連通するアパーチャ１３、圧力室１０、ノズル８（図４参照）等を有している。
【００２２】
図４は吐出素子１１の断面形状を示している。流路ユニット２はＮｉ等の薄板を積層して構成されている。アクチュエータユニット４側から順にキャビティプレート２１、ベースプレート２２、アパーチャプレート２３、サプライプレート２４、マニホールドプレート２５、２６、２７、カバープレート２８、ノズルプレート２９が設けられている。
【００２３】
キャビティプレート２１には圧力室１０が形成される。圧力室１０は後述するアクチュエータの駆動によりマニホールド５から吸引したインクをノズル８に圧出する。アパーチャプレート２３にはアパーチャ１３及びインク送出路７を構成する貫通孔が形成される。アパーチャ１３によってマニホールド５から圧力室１０に流入するインクの流路が絞られるようになっている。ベースプレート２２はアパーチャ１３と圧力室１０とを連通させる貫通孔と、インク送出路７を構成する貫通孔とが形成される。
【００２４】
マニホールドプレート２５、２６、２７は積層してマニホールド５を形成するとともにインク送出路７を構成する貫通孔が形成される。サプライプレート２４はアパーチャ１３とマニホールド５とを連通させる貫通孔と、インク送出路７を構成する貫通孔とが形成される。
【００２５】
ノズルプレート２９はインク送出路７を介して送られたインクを吐出するノズル８が形成される。カバープレート２８はインク送出路７を構成してノズル８にインクを供給する貫通孔が形成される。各プレート（２１〜２９）を積層することで、共通のインク室として働くマニホールド５の出口から圧力室１０を介してノズル８に連通した吐出素子１１を複数含んだ流路ユニット２が形成されることになる。尚、１４は各層を接着する接着剤を逃がす逃がし溝である。逃がし溝１４によって接着剤による流路の詰まりや流路抵抗の変化を防止することができ、各吐出素子１１の吐出特性の均一化に寄与している。
【００２６】
図５は図４のＦ部を示しており、アクチュエータユニット４を構成する個別のアクチュエータの詳細を示す断面図である。アクチュエータユニット４は複数の圧電シート４１〜４４が内部電極４５とともに積層されている。流路ユニット２側から離れた側には各吐出素子１１の圧力室１０に対向して個別電極６が設けられている。
【００２７】
本実施形態では、圧力室１０に対して反対側の圧電シート４１だけが駆動電圧の印加時に圧電効果により変位を生じる活性層として働く構成になっている。即ち、積層された圧電シートでも個別電極６に対応した領域がアクチュエータユニット４を構成するアクチュエータとして働く。
【００２８】
個別電極６は図６に示すようにランド部６２及び電極部６１を有し、電極部６１は圧力室１０と近似する略菱形状の平面形状に形成されている。これにより、各吐出素子１１に対応した圧電素子から成るアクチュエータが構成される。個別電極６に電圧を印加するとアクチュエータが変形するので圧力室１０（図４参照）の容積を可変してインクの吸引及び圧出が可能になっている。
【００２９】
図７はノズル８の詳細を示す断面図である。ノズルプレート２９の吐出面２９ａにはＮｉ−ＰＴＦＥから成る撥水膜３０が形成されている。撥水膜３０によって吐出孔８ａの周囲にインクが残留することが防止されるのでインクの吐出精度の向上が図られるようになっている。
【００３０】
図８はノズルプレート２９の製造工程を示す工程図である。ノズルプレート２９はＮｉ合金またはステンレス等の導体薄板から成っている。ノズル加工工程では、前述の図７に示すように吐出面に向かって狭くなったノズル８を配列したノズル群がプレス加工によって形成される。レジスト塗布工程ではノズルプレート２９の非吐出側の面にレジスト（不図示）が塗布される。これにより、ノズル８内にレジストが充填されてノズル８内に撥水膜３０が付着することが阻止され、ノズル８内に撥水膜３０が付着した場合に生じる吐出精度の劣化を防止することができる。
【００３１】
撥水膜メッキ工程では、ノズルプレート２９の吐出側に電解メッキによってＮｉ−ＰＴＦＥ膜から成る撥水膜が形成される。レジスト除去工程ではノズル８内に充填されたレジストが除去される。熱処理工程ではノズルプレート２９が恒温槽等に投入され、熱処理温度が３４０℃〜３８０℃で１０分〜４５分の熱処理が行われる。熱処理温度はＰＴＦＥの融点（３２７℃）よりも高く、ＰＴＦＥが熱分解を生じる４００℃よりも低い温度になっている。これにより、メッキ膜の表面に存在するＰＴＦＥが変質することなく溶融して広がり、撥水性を有した均一な撥水膜３０が得られる。
【００３２】
水冷工程では、熱処理されたノズルプレート２９を１５℃〜３０℃の水中に浸漬して水冷する。これにより、高い撥水性を有する撥水膜３０が形成されたノズルプレート２９を得ることができる。
【００３３】
インクに対する撥水性は、試料表面に存在するインクを一体の割合で吸い取るときに計測される後退接触角が大きいほどよい。表１及び図９はＮｉ−ＰＴＦＥ膜を熱処理後の冷却方法毎の熱処理温度とインクに対する後退接触角との関係を表わしている。図９において、縦軸は後退接触角（単位：゜）を示し、横軸は熱処理温度（単位：℃）を示している。尚、ＰＴＦＥの含有量は３５〜４０ｖｏｌ％、熱処理時間は１０分、膜厚は１μｍである。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
Ｎｉ−ＰＴＦＥ膜を熱処理後に炉冷した場合は後退接触角が低く撥水性が得られない。Ｎｉ−ＰＴＦＥ膜を熱処理後に空冷した場合は、熱処理温度が３４０℃〜３６０℃の時に３７゜以上の比較的高い後退接触角が得られる。Ｎｉ−ＰＴＦＥ膜を熱処理後に２５℃の冷却水により水冷した場合は、熱処理温度が３４０℃〜３８０℃の時に３９゜以上の非常に高い後退接触角を得ることができる。
【００３６】
従って、３４０℃〜３８０℃で熱処理後に水冷するとよい。また、熱処理温度を３５０℃〜３６０℃にするとより望ましい。これにより、ノズルプレート２９に温度ばらつきが生じてもノズルプレート２９の全体で安定して高い後退接触角を得ることができる。
【００３７】
また、表２及び図１０はインクに対する後退接触角と水冷温度との関係を表わしている。図１０において、縦軸は後退接触角（単位：゜）を示し、横軸は熱処理温度（単位：℃）を示している。尚、ＰＴＦＥの含有量は３５〜４０ｖｏｌ％、熱処理温度は３５０℃、熱処理時間は１０分、膜厚は１μｍである。
【００３８】
【表２】
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【００３９】
後退接触角は熱処理後の水冷温度が氷温（０℃）の場合や高温の場合に低下し、水冷温度を１５℃〜３０℃にすると３８゜以上の高い後退接触角を得ることができる。また、水冷温度を１５℃〜２５℃にするとより望ましい。これにより、ノズルプレート２９の全体で安定してより高い後退接触角を得ることができる。
【００４０】
尚、熱処理が短いと熱処理による効果を得ることができず、長くなると熱分解が生じるので、通常１０分〜４５分間熱処理される。また、本実施形態においてＮｉ−ＰＴＦＥ膜を電解メッキにより形成しているが、無電解メッキにより行ってもよい。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によると、Ｎｉ−ＰＴＦＥ膜成膜後のノズルプレート（ワーク）の熱処理後に１５℃〜３０℃の冷却水で水冷するので、後退接触角の高いＮｉ−ＰＴＦＥ膜を得ることができる。従って、該膜をノズルプレートの吐出面に成膜した場合は、ノズルの周辺の残留インクを低減し、インクの吐出精度を向上させることができる。
【００４２】
また本発明によると、Ｎｉ−ＰＴＦＥ膜から成る撥水膜を熱処理後に１５℃〜３０℃の冷却水で水冷するので、後退接触角の高いＮｉ−ＰＴＦＥ膜を得ることができる。従って、撥水膜の撥水性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドのヘッドユニットの平面図である。
【図３】図２のＥ部詳細図である。
【図４】本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの吐出素子を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドのアクチュエータユニットを構成するアクチュエータの断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドのアクチュエータの個別電極を示す平面図である。
【図７】本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドのノズルプレートに形成されたノズルを示す断面図である。
【図８】本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドのノズルプレートの製造工程を示す工程図である。
【図９】本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドのノズルプレートの撥水膜の後退接触角と熱処理温度との関係を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドのノズルプレートの撥水膜の後退接触角と水冷温度との関係を示す図である。
【符号の説明】
１    インクジェットヘッド
２    流路ユニット
４    アクチュエータユニット
５    マニホールド
６    個別電極
７    排出流路
８    ノズル
９    吐出素子群
１０    圧力室
１１    吐出素子
１３    アパーチャ
２９    ノズルプレート
３０    撥水膜
４１〜４４  圧電シート
５０    ＦＰＣ
７０    ヘッドユニット
７１    基台
７２    ホルダ
７５    ベースブロック
８０    ドライバＩＣ
８１    制御基板
８２    ヒートシンク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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