(57)【要約】本発明は、記録媒体に対向されるノズル面に十分な信頼性、耐久性を維持できる撥液層を形成し、ノズル面への液体の付着を防止し、良好な液滴の吐出を行うことができるインクジェットヘッド、インクジェットヘッドの製造方法及びインクジェット記録装置を提供することを課題とし、上記課題は、ノズルプレート１１に形成されたノズル１１ａから液滴を吐出して記録媒体上に画像形成を行うインクジェットヘッドにおいて、ノズル１１ａの吐出側開口の周囲部に、非単結晶炭素膜からなる第１層６０と、フッ素含有非単結晶炭素膜からなる第２層６２とを積層させて形成し、撥液層６０としたことにより解決される。
2018110034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのノズルが形成されたノズルプレートを有し、該ノズルから液滴を吐出して記録媒体上に画像形成を行うインクジェットヘッドであって、
前記ノズルの吐出側開口の周囲部には、非単結晶炭素膜からなる第１層と、フッ素含有非単結晶炭素膜からなる第２層とが積層された撥液層が形成されているインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記非単結晶炭素膜及び前記フッ素含有非単結晶炭素膜の少なくとも何れか一方は、ダイヤモンドライクカーボン膜である請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記非単結晶炭素膜及び前記フッ素含有非単結晶炭素膜の界面において、Ｓｉ−Ｏ結合を有しない請求項１又は２記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記ノズルから吐出する液滴は、アルカリ性インク滴である請求項３記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記ノズルプレートをなす材料は、ステンレスである請求項１〜４の何れかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記ノズルプレートをなす材料は、ニッケルである請求項１〜４の何れかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
前記ノズルプレートをなす材料は、ポリイミド樹脂である請求項１〜４の何れかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項８】
少なくとも１つのノズルが形成されたノズルプレートを有し、該ノズルから液滴を吐出して記録媒体上に画像形成を行うインクジェットヘッドを製造する方法であって、
前記ノズルを形成し、
前記ノズルの吐出側開口の周囲部に対し、非単結晶炭素膜からなる第１層を形成し、
前記第１層上にフッ素含有非単結晶炭素膜からなる第２層を積層させて形成して撥液層とし、
前記撥液層の表面をマスクして、前記ノズルの内壁面に対して撥液性を消失させる処理を行うインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記ノズルの入口側開口の周囲部に対しても撥液性を消失させる処理を行う請求項８記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記撥液性を消失させる処理は、酸素を含有したプラズマ処理である請求項８又は９記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１１】
少なくとも１つのノズルが形成されたノズルプレートを有し、該ノズルから液滴を吐出して記録媒体上に画像形成を行うインクジェットヘッドを製造する方法であって、
前記ノズルの吐出側開口が形成される箇所の周囲部に対し、非単結晶炭素膜からなる第１層を形成し、
前記第１層上にフッ素含有非単結晶炭素膜からなる第２層を積層させて形成して撥液層とし、
前記ノズルを形成するインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１２】
前記ノズルは、平板状のノズルプレート素材に対するポンチ加工による穴開けの後に、穴周辺を研磨して形成する請求項８、９又は１０記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１３】
前記ノズルプレートを電鋳加工により形成する請求項８、９又は１０記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１４】
前記ノズルは、平板状のノズルプレート素材に対するレーザ加工により形成する請求項８〜１１の何れかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１５】
前記ノズルプレートを、ステンレスにより形成する請求項８〜１２及び１４の何れかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１６】
前記ノズルプレートを、ニッケルにより形成する請求項８〜１４の何れかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１７】
前記ノズルプレートを、ポリイミド樹脂により形成する請求項８〜１１及び１４の何れかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１８】
請求項３記載のインクジェットヘッドと、
前記インクジェットヘッドと前記記録媒体とを相対移動させる移動操作手段とを備え、
前記ノズルから吐出する液滴は、アルカリ性インク滴であり、
前記記録媒体として、布地を用い、
前記インクジェットヘッドと前記布地とを相対移動させて前記布地上に画像形成を行うインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットヘッド、インクジェットヘッドの製造方法及びインクジェット記録装置に関し、詳しくは、ノズル面に十分な信頼性、耐久性を維持できる撥液層が形成され、ノズル面への液体の付着が防止され、良好な液滴の吐出を行うことができるインクジェットヘッド、インクジェットヘッドの製造方法及びインクジェット記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インクジェットヘッドのノズルからインク滴を吐出して、記録媒体上に画像形成を行うインクジェット記録装置（インクジェットプリンタ）が提案されている。インクジェットヘッドにおいては、インク滴を吐出したときに、プリンタ内に発生するインクミストや、記録媒体からのインクの跳ね返り等の影響により、ノズル面（ノズルの吐出側開口の周囲）にインクが付着してしまうことがある。ノズル面にインクが付着していると、ノズルからインク滴を吐出するときに、ノズル面に付着したインクの影響を受けて、吐出角度が曲がってしまうことが知られている。【０００３】
ノズル面へのインクの付着を抑制する手段として、ノズル面に撥液性のコーティングを行って撥液層を形成することが知られている。【０００４】
撥液層としては、シランカップリングによる脱水縮合反応（〔-ＯＨ〕＋〔ＨＯ−Ｓｉ−Ｒ−Ｆ〕→〔Ｈ２Ｏ〕＋〔−Ｏ−Ｓｉ−Ｒ−Ｆ〕）により、フッ素を含んだ有機官能基を結合させて成膜したものが知られている（特許文献１）。また、撥液層としては、フッ素を含んだダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ：diamond-like carbon）膜を用いて、耐久性を向上させたものが提案されている（特許文献２、特許文献３）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２３００６１号公報
【特許文献２】特開２０１２−０９１３８０号公報
【特許文献３】特開２０１５−０８５６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のような撥液層の撥液性は、フッ素ドープ量に依存することが知られている。撥液性は、撥液層の表面のみにおいて発現されればよいので、フッ素は、撥液層の表面近傍のみに含有されていればよい。しかし、従来のインクジェットヘッドにおける撥液層においては、撥液層全体に一様にフッ素が含有されているため、撥液層全体の信頼性、耐久性が十分に維持されない虞があった。【０００７】
そこで、本発明は、記録媒体に対向されるノズル面に十分な信頼性、耐久性を維持できる撥液層が形成され、ノズル面への液体の付着が防止され、良好な液滴の吐出を行うことができるインクジェットヘッド、インクジェットヘッドの製造方法及びインクジェット記録装置を提供することを課題とする。【０００８】
本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題は、以下の各発明によって解決される。【００１０】
１．
少なくとも１つのノズルが形成されたノズルプレートを有し、該ノズルから液滴を吐出して記録媒体上に画像形成を行うインクジェットヘッドであって、
前記ノズルの吐出側開口の周囲部には、非単結晶炭素膜からなる第１層と、フッ素含有非単結晶炭素膜からなる第２層とが積層された撥液層が形成されているインクジェットヘッド。
２．
前記非単結晶炭素膜及び前記フッ素含有非単結晶炭素膜の少なくとも何れか一方は、ダイヤモンドライクカーボン膜である前記１記載のインクジェットヘッド。
３．
前記非単結晶炭素膜及び前記フッ素含有非単結晶炭素膜の界面において、Ｓｉ−Ｏ結合を有しない前記１又は２記載のインクジェットヘッド。
４．
前記ノズルから吐出する液滴は、アルカリ性インク滴である前記３記載のインクジェットヘッド。
５．
前記ノズルプレートをなす材料は、ステンレスである前記１〜４の何れかに記載のインクジェットヘッド。
６．
前記ノズルプレートをなす材料は、ニッケルである前記１〜４の何れかに記載のインクジェットヘッド。
７．
前記ノズルプレートをなす材料は、ポリイミド樹脂である前記１〜４の何れかに記載のインクジェットヘッド。
８．
少なくとも１つのノズルが形成されたノズルプレートを有し、該ノズルから液滴を吐出して記録媒体上に画像形成を行うインクジェットヘッドを製造する方法であって、
前記ノズルを形成し、
前記ノズルの吐出側開口の周囲部に対し、非単結晶炭素膜からなる第１層を形成し、
前記第１層上にフッ素含有非単結晶炭素膜からなる第２層を積層させて形成して撥液層とし、
前記撥液層の表面をマスクして、前記ノズルの内壁面に対して撥液性を消失させる処理を行うインクジェットヘッドの製造方法。
９．
前記ノズルの入口側開口の周囲部に対しても撥液性を消失させる処理を行う前記８記載のインクジェットヘッドの製造方法。
１０．
前記撥液性を消失させる処理は、酸素を含有したプラズマ処理である前記８又は９記載のインクジェットヘッドの製造方法。
１１．
少なくとも１つのノズルが形成されたノズルプレートを有し、該ノズルから液滴を吐出して記録媒体上に画像形成を行うインクジェットヘッドを製造する方法であって、
前記ノズルの吐出側開口が形成される箇所の周囲部に対し、非単結晶炭素膜からなる第１層を形成し、
前記第１層上にフッ素含有非単結晶炭素膜からなる第２層を積層させて形成して撥液層とし、
前記ノズルを形成するインクジェットヘッドの製造方法。
１２．
前記ノズルは、平板状のノズルプレート素材に対するポンチ加工による穴開けの後に、穴周辺を研磨して形成する前記８、９又は１０記載のインクジェットヘッドの製造方法。
１３．
前記ノズルプレートを電鋳加工により形成する前記８、９又は１０記載のインクジェットヘッドの製造方法。
１４．
前記ノズルは、平板状のノズルプレート素材に対するレーザ加工により形成する前記８〜１１の何れかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。
１５．
前記ノズルプレートを、ステンレスにより形成する前記８〜１２及び１４の何れかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。
１６．
前記ノズルプレートを、ニッケルにより形成する前記８〜１４の何れかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。
１７．
前記ノズルプレートを、ポリイミド樹脂により形成する前記８〜１１及び１４の何れかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。
１８．
前記３記載のインクジェットヘッドと、
前記インクジェットヘッドと前記記録媒体とを相対移動させる移動操作手段とを備え、
前記ノズルから吐出する液滴は、アルカリ性インク滴であり、
前記記録媒体として、布地を用い、
前記インクジェットヘッドと前記布地とを相対移動させて前記布地上に画像形成を行うインクジェット記録装置。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、記録媒体に対向されるノズル面に十分な信頼性、耐久性を維持できる撥液層が形成され、ノズル面への液体の付着が防止され、良好な液滴の吐出を行うことができるインクジェットヘッド、インクジェットヘッドの製造方法及びインクジェット記録装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係るインクジェットヘッドを示す斜視図（ａ）及び底面図（ｂ）
【図２】図１に示すインクジェットヘッドの要部を示す分解斜視図
【図３】図２に示すヘッドチップ及び配線基板を模式的に示す分解斜視図
【図４】図２に示すヘッドチップを模式的に示す平面図
【図５】図１に示すインクジェットヘッドのノズルプレートの構成を示す断面図
【図６】本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法を説明する図
【図７】本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法の他の例を説明する図
【図８】図１に示すインクジェットヘッドに備わるマニホールドを示す断面図
【図９】本発明に係るインクジェット記録装置の要部の構成を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００１４】
〔インクジェットヘッドの構成〕
図１は、本発明に係るインクジェットヘッド１００を示す斜視図（ａ）及び底面図（ｂ）である。
図２は、インクジェットヘッド１００の要部を示す分解斜視図である。
図３は、図２に示すヘッドチップ及び配線基板を模式的に示す分解斜視図である。
【００１５】
本明細書において、インクジェットヘッド１００のノズル１１ａ（図３参照）からのインク吐出方向を「下方」とし、複数のノズル１１ａの並び方向を「チャネル列方向」又は「ノズル列方向」といい、「チャネル列方向」に直交する水平方向を「側方」という。「上方」及び「下方」は、「鉛直方向上側」及び「鉛直方向下側」を意味する。ただし、本発明のインクジェットヘッド１００の使用状態は、インク吐出面を鉛直方向下側に向ける状態に限定されず、傾けて使用してもよい。
【００１６】
本実施形態のインクジェットヘッド１００は、後述するインクジェット記録装置（インクジェットプリンタ）に搭載されるものである。インクジェットヘッド１００は、図２及び図３に示すように、ノズル１１ａが連通した複数のチャネル１３を有するヘッドチップ１を有している。ヘッドチップ１のチャネル１３には、マニホールド５から、インクが導入される。マニホールド５は、筐体６の内側に収納されている。この筐体６は、ヘッドチップ１の周囲を覆っている。マニホールド５内には、インクを貯留し、各チャネル１３へインクを供給する共通インク室が形成されている。筐体６は、底面が開口されており、キャップ受板７が取り付けられることにより底面開口を塞がれている。筐体６には、図１に示すように、カバー部材９が取り付けられている。
【００１７】
マニホールド５には、図２に示すように、インク供給管５ａ及びインク回収管５ｂが設けられている。インク供給管５ａ及びインク回収管５ｂには、それぞれ接続部７ａ、７ｂが取り付けられている。
【００１８】
また、インクジェットヘッド１００は、ヘッドチップ１に給電するための配線パターンが形成された配線基板２を有している。配線基板２には、フレキシブル基板３を介して駆動回路基板４が接続されている。配線基板２は、例えばガラス基板である。配線基板２は、ヘッドチップ１のマニホールド５（共通インク室）側及びノズル１１ａ側の何れに配置してもよい。
【００１９】
〔ヘッドチップ及び配線基板〕
ヘッドチップ１及び配線基板２について、図２、図３及び図４を参照して説明する。
【００２０】
図４は、図２に示すヘッドチップ１を模式的に示す平面図である。
【００２１】
ヘッドチップ１は、図３及び図４に示すように、チャネル列方向に長尺な略四角柱状の部材であり、このヘッドチップ１の下面には、インクの吐出口となる複数のノズル１１ａが開設されたノズルプレート１１が配設されている。ノズル１１ａは、チャネル１３を外部（下方）に連通させる透孔である。ノズル１１ａは、各チャネル１３内から外部（下方）に吐出されるインクの流路となる。
【００２２】
ノズルプレート１１は、ステンレス、ニッケル又はその他の金属材料、ポリイミド樹脂材料又はその他の有機物材料、あるいは、シリコン材料により形成することが好ましい。価格の点（安価であること）では、ステンレス、ポリイミド樹脂材料が優れており、加工の容易性では、ステンレス、ポリイミド樹脂材料が優れており、加工精度では、シリコン材料が優れており、化学的安定性では、ポリイミド樹脂材料が優れている。
【００２３】
ヘッドチップ１は、２個のアクチュエータ部材１ａ、１ａから構成されている。アクチュエータ部材１ａは、電圧の印加によって変位する圧電材料から形成されている。アクチュエータ部材１ａは、複数の隔壁部１２により形成された複数のチャネル（圧力室）１３及び複数のダミーチャネル（擬似圧力室）１４を有している。各隔壁部１２は、上下及び側方に開放された櫛歯状に形成されている。これら隔壁部１２同士の間がチャネル１３又はダミーチャネル１４となる。このアクチュエータ部材１ａの側面に沿って、側壁部材１５が配置されている。側壁部材１５は、櫛歯状に形成された各隔壁部１２の先端面に突き合わされ、各チャネル１３及び各ダミーチャネル１４を、アクチュエータ部材１ａの上面部から下面部に至る透孔としている。
【００２４】
ヘッドチップ１の構成は、前述のものに限定されず、２個のアクチュエータ部材１ａ、１ａの各隔壁部１２のなす櫛歯形状を、互いに同一方向に向けて開放されたものとし、一方のアクチュエータ部材１ａの櫛歯形状の先端部を他方のアクチュエータ部材１ａの平坦な側面部に突き合わせ、他方のアクチュエータ部材１ａの櫛歯形状の先端部を側壁部材１５の側面部に突き合わせて構成してもよい。さらに、２個のアクチュエータ部材１ａ、１ａの各隔壁部１２のなす櫛歯形状を、互いに離反する外側側に向けて開放されたものとし、これらの外側側にそれぞれ側壁部材１５を配置することとしてもよい。
【００２５】
さらに、チャネル１３及びダミーチャネル１４は、櫛歯状の隔壁部１２及び側壁部材１５により形成されるものではなく、アクチュエータ部材１ａに透孔として形成されたものでもよい。
【００２６】
なお、チャネル列の数は、２列に限定されず、アクチュエータ部材１ａを３個以上設けて３列以上としてもよい。チャネル列の数を増やすことにより、インクチャネル１３間のピッチを狭めることなく、記録媒体上に形成するドット間のピッチを狭めることができる。
【００２７】
各チャネル１３は、略矩形状の開口横断面を有し、上下方向を長手方向として形成されている。各チャネル１３は、入口（上端）から出口（下端）に亘る長手方向（上下方向）で大きさ及び形状がほぼ変わらないストレートタイプである。
【００２８】
各チャネル１３及び各ダミーチャネル１４は、互いに平行とされ、一方向（チャネル列方向）に配列されてチャネル列を構成している。各チャネル１３は、各チャネル１３に対応して配線基板２に開設された開口部２２を介して、上端がマニホールド５内（共通インク室）に連通している。各チャネル１３は、各開口部２２を介して、マニホールド５内からインクが供給されて充填される。各チャネル１３の下端は、ノズル１１ａを介して外方（下方）に連通している。各ダミーチャネル１４は、上端を配線基板２により閉蓋され、下端をノズルプレート１１により閉蓋されて、密閉された空気室となっている。
【００２９】
各チャネル１３の内面には、隔壁部１２を駆動させるための図示しない駆動電極が設けられている。駆動電極は、各チャネル１３毎に独立した金属被膜であり、ヘッドチップ１の上面に取り付けられた配線基板２の配線パターンに接続されている。隔壁部１２は、各チャネル１３の両壁部をなしている。隔壁部１２は、圧電材料により構成されているので、駆動回路基板４、４からフレキシブル基板３、３、配線基板２の配線パターン及び駆動電極を介して電圧を印加されることによって、せん断変形する。
【００３０】
チャネル１３の両壁部をなす隔壁部１２がせん断変形することにより、チャネル１３の容積変動（膨張又は収縮）が生じる。チャネル１３の容積変動（膨張又は収縮）により、チャネル１３内のインクに圧力が付与され、このインクがノズル１１ａを介して吐出される。このヘッドチップ１において、インクの吐出量を調整する場合には、チャネル１３の上下方向の長さ（高さ）を調整することにより行う。
【００３１】
なお、ノズルプレート１１をシリコン材料により形成する場合において、シリコン材料は硬質材料であるが、チャネル１３の付近を薄く作成すれば、隔壁部１２の駆動による隣接するチャネル１３へのクロストークを防止することができる。
【００３２】
隔壁部１２，１２は、一つのチャネル１３あたり２枚（一対）が設けられており、各チャネル１３それぞれの両壁部をなしている。一のチャネル１３の壁部を構成する隔壁部１２と、隣接するチャネル１３の壁部を構成する隔壁部１２との間には空隙があり、この空隙がダミーチャネル１４である。したがって、各チャネル１３は、独立して駆動（膨張又は収縮）することができる。
【００３３】
ダミーチャネル１４は、少なくともチャネル１３を挟んで両隣に位置し、隣接するチャネル１３の容積変動に伴って容積変動を生ずる。本実施形態においては、チャネル１３とダミーチャネル１４とが１つずつ交互に配列されることにより、ダミーチャネル１４が各チャネル１３を挟んで両隣に位置する状態になっている。
【００３４】
なお、このインクジェットヘッド１００は、ダミーチャネル１４を設けずに、隣接するチャネル１３，１３が１枚の隔壁部１２を共用するように構成してもよい。この場合には、各チャネル１３が独立して駆動（膨張又は収縮）することはできないので、いわゆる３サイクル駆動を行う。
【００３５】
ヘッドチップ１の上面に配設された配線基板２は、図２及び図３に示すように、チャネル列方向に長尺な略矩形板状に形成されている。配線基板２のチャネル列方向及び側方方向の各幅は、ヘッドチップ１に対してそれぞれ大きく形成されている。配線基板２は、複数の開口部２２を有し、これら開口部２２を介してチャネル１３の上端をマニホールド５内（共通インク室）に連通させている。各開口部２２は、各チャネル１３に対応して、チャネル列方向に配列されて形成されている。配線基板２の外縁部には、マニホールド５の下端部が接着により取り付け固定されている。
【００３６】
なお、ダミーチャネル１４を設けない場合には、配線基板２の開口部２２は、全てのチャネル１３をマニホールド５側に臨ませるように形成された１個の開口部としてよい。
【００３７】
配線基板２の両側縁部には、駆動回路基板４、４に接続された２枚のフレキシブル基板３、３が接続されている。フレキシブル基板３は、駆動回路基板４と電気的に接続される複数の配線を有し、この配線と配線基板２の配線パターンとがそれぞれ電気的に接続されている。これにより、駆動回路基板４からの信号が、フレキシブル基板３を介して各チャネル１３内の駆動電極に印加される。
【００３８】
〔ノズルプレート〕
図５は、図１に示すインクジェットヘッドのノズルプレートの構成を示す断面図である。
【００３９】
図５に示すように、記録媒体Ｍに対向するノズルプレート１１の下面、すなわち、ノズル１１ａの吐出側開口の周囲部（以下「ノズル面Ｐ」という。）には、撥液層である撥インク性コーティング層６０が形成されている。撥インク性コーティング層６０は、非単結晶炭素膜からなる第１層６１と、フッ素含有非単結晶炭素膜からなる第２層６２とが積層されて構成されている。第１層６１は、フッ素非含有である。第１層６１及び第２層６２の界面においては、Ｓｉ−Ｏ結合を有しないことが好ましい。
【００４０】
第１層６１及び第２層６２の少なくとも何れか一方は、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ：diamond-like carbon）膜であることが好ましい。ダイヤモンドライクカーボン膜は、ダイヤモンドに近い特性を持つ非結晶(アモルファス)の皮膜である。
【００４１】
第１層６１及び第２層６２の界面には、シランカップリング剤によるＳｉ−Ｏ結合を有しないことが好ましい。この場合には、アルカリ性インク使用下においても撥インク性の劣化が見られず、耐久性が高い。また、第２層６２の全体においてＳｉ−Ｏ結合を有しないようにすれば、アルカリ性インク使用下における耐久性は、より良好となる。また、第２層６２をダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜とすれば、機械的硬度が高く、記録媒体Ｍにノズル面Ｐが接触したり、ノズル面Ｐのメンテナンス（拭き取り）を行った場合にも、撥インク性コーティング層６０が剥がれ難く、耐久性が高い。
【００４２】
なお、撥インク性コーティング層６０は、耐久性の観点からノズルプレート１１の下面全面に形成することが好ましいが、ノズル１１ａの吐出側開口の周囲部のみに形成してもよい。インクの吐出角度の曲がり等の問題を生じさせるのは、ノズル１１ａの吐出側開口の周囲部へのインクの付着だからである。
【００４３】
ところで、近年、テキスタイル分野におけるインクジェット記録装置の使用が拡大しており、布地を記録媒体としてインクジェットヘッドにより画像形成を行うことが多くなってきている。インクジェットヘッドによる画像形成においては、旧来の捺染法に比較して、版を作る必要が無いことから少数ロットへの対応が可能であり、インク廃液の量も少ないというメリットがある。
【００４４】
ポリエステル等の合成繊維からなる布地にインクジェットヘッドにより画像形成を行う場合には、分散染料インクや昇華性インクなどの水系インクが用いられる。このような水系インクは、分散剤などの添加剤を含むことにより、液性がアルカリ性となっている。また、インクそのものの液性が中性や弱アルカリ性であっても、発色性改善等のために、液性がアルカリ性である前処理剤を塗布した布地を用いることがある。なお、普通紙用の水性インクにおいても、紙への浸透防止等の目的のため、液性がアルカリ性となっていることは多い。
【００４５】
このようなアルカリ性環境下では、シランカップリングにより密着性を確保している撥液層は、加水分解（〔Ｈ２Ｏ〕＋〔−Ｏ−Ｓｉ−Ｒ−Ｆ〕→〔-ＯＨ〕＋〔ＨＯ−Ｓｉ−Ｒ−Ｆ〕）が促進されてしまい、十分な信頼性、耐久性を維持できないという問題がある。起毛処理等のための布地表面のアルカリ性前処理剤が、撥液層の信頼性、耐久性に影響を及ぼすことも多い。
【００４６】
さらに、インクジェットヘッドにおいては、メンテナンスとして、ノズル面を紙、布地又は樹脂ブレードなどで拭き取ることが行われる。このようなメンテナンスをアルカリ性環境下で行うと、撥液層が剥がれ易く、信頼性、耐久性が低くなってしまう。
【００４７】
本発明に係るインクジェットヘッド１００は、特に、ノズル１１ａから吐出する液滴をアルカリ性インク滴としたときに、撥インク性コーティング層６０の顕著な効果が得られる。すなわち、本発明における撥インク性コーティング層６０において、第１層６１及び第２層６２の界面においてＳｉ−Ｏ結合を有しないようにすれば、アルカリ性インク使用下においても撥インク性の劣化が見られず、耐久性が高いのである。また、第２層６２の全体においてＳｉ−Ｏ結合を有しないようにすれば、アルカリ性インク使用下における耐久性は、より良好となる。このインクジェットヘッドにおいては、ノズル面Ｐを紙、布地又は樹脂ブレードなどで拭き取るメンテナンスをアルカリ性環境下で行っても、撥液層６０が剥がれることがなく、信頼性、耐久性が高い。
【００４８】
〔ノズルプレート及び撥インク性コーティング層の製造方法〕
このインクジェットヘッド１００の製造方法として、ノズルプレート１１及び撥インク性コーティング層６０の製造方法について説明する。
【００４９】
図６は、本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法を説明する図である。
【００５０】
まず、図６（ａ）に示すように、平板状のノズルプレート素材１１ｂを、ステンレス、ニッケル又はその他の金属材料、ポリイミド樹脂材料又はその他の有機物材料、あるいは、シリコン材料により形成する。
【００５１】
次に、図６（ｂ）に示すように、ノズルプレート素材に、ノズル１１ａを形成してノズルプレート１１とする。ノズル１１ａは、ノズルプレート素材に対するレーザ加工により形成することができる。また、ノズル１１ａは、ノズルプレート素材に対するポンチ加工による穴開けの後に、穴周辺を研磨して形成することができる。ノズル１１ａをポンチ加工により形成する場合には、ステンレスからなるノズルプレート素材を用いることが好ましい。ノズル１１ａの形成には、これらの何れの方法を採用してもよい。さらに、ノズル１１ａを有するノズルプレート１１を、電鋳加工により直接形成することもできる。ノズルプレート１１を電鋳加工により形成する場合には、材料としてニッケルを用いることが好ましい。
【００５２】
次に、図６（ｃ）に示すように、ノズル面Ｐ（ノズル１１ａの吐出側開口の周囲部）に対し、非単結晶炭素膜からなる第１層６１を形成する。
【００５３】
第１層６１の形成には、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法（熱ＣＶＤ、光ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ）や、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法を好ましく採用することができる。第１層６１をダイヤモンドライクカーボン膜とする場合には、プラズマＣＶＤ法を採用する。
【００５４】
ＣＶＤ法は、ガスや液体を気化させてガス化し、熱や光によってエネルギーを与え、又は、高周波でプラズマ化し、原料物質をラジカル化させ基板上に吸着させて堆積させるものである。ＰＶＤ法は、高真空中で、固体のアルミニウムやチタン等の金属ターゲットに高エネルギーの原子アルゴンやそのイオンを衝突させ、金属原子を飛ばし、その金属原子をワーク表面に層状に付着させるものである。
【００５５】
第１層６１をダイヤモンドライクカーボン膜として成膜するには、原料ガスとしてアセチレン（Ｃ２Ｈ２）などの炭化水素ガスを使い、チャンバー内で原料ガスをプラズマ化し、気相合成した炭化水素をノズルプレート１１の表面に蒸着させる。
【００５６】
次に、図６（ｄ）に示すように、第１層６１上に、フッ素含有非単結晶炭素膜からなる第２層６２を積層させて形成し、撥インク性コーティング層６０とする。
【００５７】
第２層６２の形成にも、第１層６１と同様に、プラズマＣＶＤ法や、ＰＶＤ法を好ましく採用することができる。
【００５８】
第２層６２は、フッ素を含有することにより、撥液性を有している。第２層６２にフッ素を含有させるには、例えば、成膜時の原料ガスにフッ素を含有するガスを用いるか、又は、成膜後にフッ素を含有するガスを用いて非単結晶炭素膜の表面を処理する等の方法により、非単結晶炭素膜の表面をフッ素で修飾する手法を採用することができる。また、フッ素ガスを用いずに、極安定パーフルオロアルキルラジカルを有効成分とする表面処理剤を用いて、非単結晶炭素膜の表面にフッ素を導入することもできる。
【００５９】
この撥インク性コーティング層６０は、前述したように、第２層６２がシランカップリング剤によるＳｉ−Ｏ結合を有しないものとし、第１層６１及び第２層６２の界面において、Ｓｉ−Ｏ結合を有しないものとすることが好ましい。また、第１層６１及び第２層６２の少なくとも何れか一方は、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜とすることが好ましい。
【００６０】
次に、撥インク性コーティング層６０の表面をマスクして、ノズル１１ａの内壁面に対して撥液性を消失させる処理を行う。撥液性を消失させる処理としては、酸素を含有したプラズマ処理を採用することが好ましい。このとき、ノズル１１ａの入口側開口（チャネル１３側の開口）の周囲部（ノズル面Ｐの裏面）に対しても撥液性を消失させる処理を行うことが好ましい。ただし、ノズル１１ａの入口側開口の周囲部（ノズル面Ｐの裏面）をマスクして撥インク性コーティング層６０を成膜すれば、この部分への撥液性を消失させる処理は不要である。
【００６１】
なお、第１層６１と第２層６２とは、明確な界面において分離されている必要はなく、撥インク性コーティング層６０の厚み方向について、表面に向けてフッ素の含有量が徐々に大きくなるように成膜し、フッ素の含有量が所定値未満の層を第１層６１とし、フッ素の含有量が所定値以上の層を第２層６２としてもよい。
【００６２】
このような撥インク性コーティング層６０は、第１層６１の成膜の過程で、途中から原料ガス中のフッ素濃度を徐々に増加させ、フッ素濃度が所定値を超えた時点から連続的に第２層６２の成膜過程とすることにより形成することができる。
【００６３】
図７は、本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法の他の例を説明する図である。
【００６４】
また、ノズルプレート１１及び撥インク性コーティング層６０の製造方法としては、図７に示すように、平板状のノズルプレート素材１１ｂに撥インク性コーティング層６０を形成した後に、ノズル１１ａを形成するようにしてもよい。
【００６５】
すなわち、先ず、図７（ａ）に示すように、ノズルプレート素材１１ｂのノズル面Ｐ（ノズル１１ａの吐出側開口が形成される箇所の周囲部）に対し、図７（ｂ）に示すように、前述のように第１層６１を形成する。次に、図７（ｃ）に示すように、第１層６１上に、前述のように第２層６２を積層させて形成し、撥インク性コーティング層６０とする。次に、図７（ｄ）に示すように、撥インク性コーティング層６０が形成されたノズルプレート素材１１ｂに対して、ノズル１１ａを形成してノズルプレート１１とする。
【００６６】
ノズル１１ａは、前述したように、レーザ加工、ポンチ加工及び研磨、電鋳加工の何れの方法によっても形成することができる。ただし、このように撥インク性コーティング層６０の形成後にノズル１１ａを形成する場合には、ステンレス又はポリイミドからなるノズルプレート素材を用いて、レーザ加工によりノズル１１ａを形成することが好ましい。
【００６７】
このように、撥インク性コーティング層６０を形成した後に、ノズル１１ａを形成するようにした場合には、ノズル１１ａの内壁面に対して撥液性を消失させる処理を行うことは不要である。
【００６８】
〔マニホールド〕
図８は、図１に示すインクジェットヘッドに備わるマニホールドを示す断面図である。
【００６９】
次に、マニホールド５について説明する。マニホールド５は、図２及び図８に示すように、合成樹脂材料等によって、下面部に開口部５１ａを有する横長の箱型に形成されている。このマニホールド５は、開口部５１ａを、下面部に接着された配線基板２によって塞がれている。マニホールド５の内部空間は、インクジェット記録装置２００内のインクタンク２０１から供給されるインクが貯留される共通インク室５１となっている。
【００７０】
共通インク室５１には、この共通インク室５１内にインクを供給する流路となるインク供給管５ａが連設されている。このインク供給管５ａは、配線基板２から遠い側（上側）において、共通インク室５１に連通されている。このインク供給管５ａの上端側には、接続部７ａが設けられている。この接続部７ａは、インクジェット記録装置２００側の接続部２０６ａに着脱可能に接続される。インクジェット記録装置２００側の接続部２０６ａは、インク移送管２０２に連通している。これにより、インクジェットヘッド１００は、インクジェット記録装置２００からのインクの移送が可能となる。
【００７１】
また、共通インク室５１には、この共通インク室５１内からインクを回収する流路となるインク回収管５ｂが連設されている。このインク回収管５ｂは、配線基板２から遠い側（上側）において、共通インク室５１に連通されている。このインク回収管５ｂの上端側には、接続部７ｂが設けられている。この接続部７ｂは、インクジェット記録装置２００側の接続部２０６ｂに着脱可能に接続される。インクジェット記録装置２００側の接続部２０６ｂは、インク返送管２０３に連通している。これにより、インクジェットヘッド１００は、インクジェット記録装置２００へのインクの返送が可能となる。
【００７２】
インク供給管５ａとインク回収管５ｂとは、共通インク室５１の長手方向の両端部に離して配置することが好ましい。本実施形態におけるインク供給管５ａは、マニホールド５の上面側における図８中の左側の端部に配置され、また、インク回収管５ｂは、マニホールド５の上面側における図８中の右側の端部に配置されている。これにより、インク供給管５ａから共通インク室５１に供給されたインクを、インク回収管５ｂに向けて、共通インク室５１内の全体に亘って流すことができる。従って、共通インク室５１内にインクが滞留する部位が形成されにくく、インク中の気泡をより効率良く排除することができる。
【００７３】
〔インクジェット記録装置の構成〕
図９は、本発明に係るインクジェット記録装置の要部の構成を示す斜視図である。
【００７４】
本発明に係るインクジェット記録装置は、図８及び図９に示すように、前述したインクジェットヘッド１００と、インクジェットヘッド１００の筐体６を支持するヘッド支持部材２０６と、インクジェットヘッド１００を制御する制御手段２０４とを備えて構成される。
【００７５】
このインクジェット記録装置２００は、図示しない移動操作手段によって一定方向（副走査方向）に搬送される記録媒体Ｍ上に、インクジェットヘッド１００からインクを吐出してドットを形成して画像を記録する。いわゆるワンパス方式のインクジェット記録装置においては、インクジェットヘッド１００は固定して配置され、記録媒体Ｍが搬送される過程で、ノズル１１ａから記録媒体Ｍに向けてインクを吐出し画像を記録する。また、いわゆるスキャン方式のインクジェット記録装置においては、インクジェットヘッド１は、ヘッド支持部材（キャリッジ）２０６に搭載され、このヘッド支持部材２０６が移動操作手段により主走査方向に往復移動操作される過程で、ノズル１１ａから記録媒体Ｍに向けてインクを吐出し画像を記録する。
【００７６】
本発明に係るインクジェット記録装置２００は、インクジェットヘッド１の撥インク性コーティング層６０を第１層６１及び第２層６２の界面においてＳｉ−Ｏ結合を有しないものとすれば、ノズル１１ａから吐出する液滴をアルカリ性インク滴とし、記録媒体Ｍとして布地を用いたときに、撥インク性コーティング層６０の効果が奏される。すなわち、布地への画像形成に好適なアルカリ性インク滴を用いるアルカリ性環境下では、シランカップリングにより密着性を確保している撥液層は、加水分解（〔Ｈ２Ｏ〕＋〔−Ｏ−Ｓｉ−Ｒ−Ｆ〕→〔-ＯＨ〕＋〔ＨＯ−Ｓｉ−Ｒ−Ｆ〕）が促進され、十分な信頼性、耐久性を維持できないのであるが、撥インク性コーティング層６０をＳｉ−Ｏ結合を有しないものとすれば、アルカリ性インク使用下においても撥インク性の劣化が見られず、耐久性が高いのである。
【００７７】
図８及び図９では、１つのインクジェットヘッド１のみを示しているが、一般にインクジェット記録装置２００には、例えばイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）等の各色インク用の複数のインクジェットヘッド１が搭載される。本実施形態に示すインクジェット記録装置２００においては、インクを貯蔵するインクタンク２０１とインクジェットヘッド１００の共通インク室５１とが、インク移送管２０２及びインク返送管２０３によって連通されている。
【００７８】
インク移送管２０２の途中には、インクジェット記録装置２００の制御部１０４によって駆動制御される流路圧力付与手段となる移送ポンプ２０５が設けられている。この移送ポンプ２０５が駆動することにより、インクタンク２０１内のインクが、インク移送管２０２を介してインクジェットヘッド１００に移送される。また、移送ポンプ２０５が駆動することにより、インクジェットヘッド１００内のインクが、インク返送管２０３を介してインクタンク２０１に戻される。このインクジェット記録装置２００において、移送ポンプ２０５は、インクタンク２０１内のインクのインクジェットヘッド１００への移送及び共通インク室５１に移送されたインクの回収を行っている。
【００７９】
インクタンク２０１は、格別限定されないが、タンクの底面に到達しない仕切り板２０１ａによって、インク移送室２０１ｂとインク返送室２０１ｃとに仕切ることが好ましい。この場合、インク移送室２０１ｂ内にインク移送管２０２の一端部を配置し、また、インク返送室２０１ｃ内にインク返送管２０３の一端部を配置する。仕切り板２０１ａは、インク返送室２０１ｃに返送されてきたインクに含まれる気泡が再度インク移送管２０２に流入しないように、インクを十分に脱気するために設けられる。気泡自体は浮力が高いので、気泡が仕切り板２０１ａの下側を通過してインク移送室２０１ｂに流入することが制限される。このような態様は、インクを循環使用する場合に好ましい態様である。
【００８０】
このインクジェット記録装置２００においては、インクジェットヘッド１００の各チャネル１３内から共通インク排出路１６１を経てインク排出室５３に至る流路が形成されているので、これらの流路抵抗の総和を考慮して、この条件においてノズル１１ａからのメニスカスブレイクが生じないように、移送ポンプ２０５が与える圧力等の条件が決定される。また、各個別インク排出路１１ｂ、１１ｂの流路抵抗の合計は、ノズル１１ａからのメニスカスブレイクが生じないように、移送ポンプ２０５が与える圧力等の条件を勘案して規定される。各個別インク排出路１１ｂ、１１ｂは、その流路抵抗の合計が既定値から外れない限りにおいて、適宜に開口面積及び長さを設定することができる。
【００８１】
なお、本発明は、前述した各実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行ってもよい。上記各実施形態においては、ヘッドチップ１として、圧電材料からなる隔壁部１２とチャネル１３とが交互に並設されており、隔壁部１２の駆動電極に電圧を印加することにより隔壁部１２をせん断変形させてチャネル１３内のインクをノズル１１ａから吐出させるものを例示したが、ヘッドチップ１の構成はこれに限られるものではない。
【００８２】
すなわち、列状又は２次元状に並設され、かつ、並び方向に対する直交方向の上方及び下方に入口及び出口がそれぞれ設けられたチャネル１３を有し、チャネル１３に対して圧電素子の収縮により圧力を付与して、チャネル１３の出口に連通するノズル１１ａからインクを吐出させる構成のものであれば如何なるヘッドチップであってもよい。
【００８３】
また、上記各実施形態にあっては、インク吐出方向が上下方向と略平行となるように構成されたインクジェットヘッド１００を示したが、インク吐出方向は如何なる方向であっても良く、例えば、傾斜方向や水平方向となるように構成してもよい。
【００８４】
さらに、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。加えて、今回開示された各実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【００８５】
上述のように、本発明によれば、記録媒体に対向されるノズル面に十分な信頼性、耐久性を維持できる撥液層が形成され、ノズル面への液体の付着が防止され、良好な液滴の吐出を行うことができるインクジェットヘッド、インクジェットヘッドの製造方法及びインクジェット記録装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００８６】
１：ヘッドチップ
１１：ノズルプレート
１１ａ：ノズル
１２：隔壁部
１３：チャネル
１４：ダミーチャネル
１５：側壁部材
２：配線基板
２ａ：排出孔
２２：開口部
３：フレキシブル基板
４：駆動回路基板
５：マニホールド
５ａ：インク供給管
５ｂ：インク回収管
５１：共通インク室
５１ａ：開口部
６０：撥インク性コーティング層
６１：第１層
６２：第２層
１００：インクジェットヘッド
２００：インクジェット記録装置
２０１：インクタンク
２０２：インク移送管
２０３：インク返送管
２０４：制御部
２０５：移送ポンプ
２０６：ヘッド支持部材
Ｐ：ノズル面
Ｍ：記録媒体
【図１】
2018110034.tif 000003
【図２】
2018110034.tif 000004
【図３】
2018110034.tif 000005
【図４】
2018110034.tif 000006
【図５】
2018110034.tif 000007
【図６】
2018110034.tif 000008
【図７】
2018110034.tif 000009
【図８】
2018110034.tif 000010
【図９】
2018110034.tif 000011
【国際調査報告】
2018110034.tif 000012
2018110034.tif 000013
2018110034.tif 000014
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