(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料で形成され、かつノズルを有するノズル板と、
前記ノズル板の外側表面上に形成された撥インク性被膜と、
を備えたインクジェットの製造方法であって、
フッ素樹脂および金属の共折によって前記撥インク性被膜を形成する第１の工程と、
該形成された撥インク性被膜に対して、前記フッ素樹脂の融点よりも１００〜５００℃高い温度で数秒から数十秒間加熱処理を行って、その被膜の表層部にフッ素樹脂を溶出させる第２の工程と、
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２】
前記加熱処理が、加熱された加熱部材を用いる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の製造方法。
【請求項３】
前記加熱処理が、電磁誘導加熱を用いる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の製造方法。
【請求項４】
前記加熱処理が、赤外線レーザを用いる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の製造方法。
【請求項５】
前記第２の工程に加えてさらに、上記溶出したフッ素樹脂を強制冷却して瞬時に凝固させ、前記撥インク性被膜の表層部にフッ素樹脂分の多い層を形成する第３の工程を備え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の製造方法。
【請求項６】
上記強制冷却が、上記フッ素樹脂の溶出の直後に、水を用いる冷却であることを特徴とする請求項５に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項７】
上記強制冷却が、上記フッ素樹脂の溶出の直後に、０℃以下の空気流を用いる冷却であることを特徴とする請求項５に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットヘッド、およびその製造方法、ならびにそれを用いたインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ノズルの開口部からインク滴を飛散させて記録材上に画像、文字を形成するインクジェット記録装置は、近年多用されている。この記録装置においては、用いられるインクジェットヘッドにおいて、インク液の溜まりがあると、残滓等によって画像品質を低下させるため、できるだけ撥インク性の高いものが求められている。そのため、インクジェットヘッドの最表面を覆う撥インク性被膜として撥水性の高いフッ素樹脂被膜を用いることや、その製造方法が研究されてきた。
【０００３】
例えば特開平第５−００４３４４号公報の発明では、フッ素樹脂膜であって、その樹枝状結晶の枝長さが５ミクロン以下であるフッ素樹脂膜により覆われているインクジェットヘッドを開示している。しかしながら、同号公報の発明では、樹枝状の枝長さを規定しているだけで、撥インク性に大きく影響する被膜表面の平滑性については言及されていない。
【０００４】
また、例えば特開平第１０−１９３６２０号公報の発明には、インクジェットヘッドのノズル板上に、フッ素樹脂と金属との共析めっきによって形成された撥インク性被膜が開示されている。同号の発明によると、その共析めっき後の熱処理については記載が無く、作成された撥インク性被膜の表面の撥インク特性についても定量的な記載がない。また、撥インク性に影響を与える表面の平滑性についても記載されていない。
【０００５】
それに対して、特開平第１１−１０８９２号公報の発明は、ノズル形成部材のインク吐出面の最表面に１〜１０ミクロンの厚みを有する撥水性の表面処理層を形成したノズル形成部材を開示し、またその製造方法として、めっき膜を形成し、そのめっき膜に対して融点近辺以下の２００℃以上３８０℃未満で、３０分以上９０分以下の時間熱処理を施す製造方法を開示している。しかしながら、この方法で形成された被膜では比較的低温度であるため、例えば、フッ素樹脂層においては、フッ素樹脂の溶出量が少なく、フッ素樹脂が表面層において完全な皮膜を形成することができず、所々にフッ素樹脂で覆われていない部分ができる場合があった。フッ素樹脂は一般に機械的摺動性がよく、摺動摩擦性が低いため、インクジェット記録装置においてはワイピングによる耐久性が良いと見込まれているが、このように不均一ではワイピングに対する耐久性は下がってしまう。
【０００６】
図７は、同号の発明による方法を取り入れてフッ素樹脂被膜を加熱処理したインクジェットヘッドの模式的部分断面図である。符号については、１はフッ素樹脂による共析めっき層（撥インク性被膜）、２はＮｉ層（ノズル板）、３はインク、４ａは撥インク性被膜の表層部である。ここでは、撥インク性被膜１の主成分であるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の融点付近の温度３００〜３８０℃で、約３０〜６０分間加熱した。冷却は加熱後、１５℃の純水で強制的に冷却し、その結果、表層部４ａを形成した。このときの表面粗さは、Ｒａ＝０．３μｍであったが、共析めっき層１の上の層４ａには、所々にＰＴＦＥが覆われていない部分が存在した。そのためこの方法によって作成した場合、撥水性を高める均一性および平滑性は十分とはいえなかった。
また、この従来例では、撥インク性被膜の表層部４ａに粗密が発生した。このような処理をしたの表層部４ａの表面は、フッ素樹脂が有する撥水性に比べてその性能が劣る。部分的に撥水性能が劣れば、その部分にインク溜り７ができ易く、最悪の場合インク滴噴射時の曲りを引き起こす虞れがある。
【０００７】
一般にフッ素樹脂は共析めっきなどで作成した場合、溶解しても粘度が高く流動性が悪い為、数十分から数時間加熱して、共析めっき層の表層部にフッ素樹脂を溶出させる必要があるとされ、また加熱温度はフッ素樹脂の融点を遥かに越える高温においては、フッ素樹脂が変質してしまうため、従来、融点付近の温度が好ましいとされてきた。しかしながら、このような従来法による加熱処理では、フッ素樹脂の溶出量が少なく、加熱によって溶出したフッ素樹脂が凝固するまでの間にフッ素樹脂が再び共析めっき層の内部に吸収されてしまい、撥水膜に粗密が発生してしまった。
【０００８】
図８は、上記の従来例によるインクジェットヘッドに対するワイピング動作を示した模式図である。フッ素樹脂による被膜であったとしても粗密の差の大きな従来例による表面粗さを有するノズル板では、ワイピングブレード６のワイピング動作によって部分的にフッ素樹脂の表層部４ｄが剥離（図中５の部分）してしまうことがあった。フッ素樹脂の表層部の部分的な剥離は、ノズル板表面の撥水性を低下させ、ノズル板のインクに対する耐性も低下させることになり、画質を大きく損ねてしまう。即ち、ワイピングの耐久性の点からも高い平滑性と均一性とが望まれていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、どのようにして平滑性を高めるか、どの程度の平滑性で撥インク性が確保できるかということは知られていなかった。また、フッ素樹脂による撥インク性被膜については、表面層部分へのフッ素樹脂の溶出量を増加させた、平滑性および撥インク性の良好な撥インク性被膜を、簡便な方法で製造する方法が求められていた。
それ故、本発明は上記問題点に鑑みてなされ、良好な撥インク性、インクおよびワイピングに対する耐久性を維持でき、均一かつ平滑な撥インク性被膜を有するインクジェット記録装置のインクジェットヘッド、それを製造する方法、およびそれを備えた記録装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明により得られるインクジェットヘッドは、金属材料で形成され、かつノズルを有するノズル板と、前記ノズル板の外側表面上に形成された撥インク性被膜と、を備え、前記撥インク性被膜の表面粗さ（Ｒａ）が０．２μｍ以下であることが望ましいものである。表面粗さをこのように設定することによって、インクジェットヘッドの撥インク性を良好に確保できる。このインクジェットヘッドにおいて、前記撥インク性被膜は、フッ素樹脂を主成分とする被膜である。フッ素樹脂は摺動摩擦係数が低く、撥インク性被膜に用いた場合、耐久性に優れる。
【００１１】
請求項１の発明は、金属材料で形成され、かつノズルを有するノズル板と、前記ノズル板の外側表面上に形成された撥インク性被膜とを備えたインクジェットヘッドの製造方法であって、フッ素樹脂および金属の共析によって前記撥インク性被膜を形成する第１の工程と、該形成された撥インク性被膜に対して、前記フッ素樹脂の融点よりも１００〜５００℃高い温度で数秒から数十秒間加熱処理を行って、その被膜の表層部にフッ素樹脂を溶出させる第２の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である。フッ素樹脂の融点をはるかに超えた高温にて加熱するので、処理時間を大幅に減らすことができ、さらに、瞬間的な高温加熱によるフッ素樹脂の爆発的な体積膨張を利用して大量のフッ素樹脂を撥インク性被膜の最表層部に溶出させるため、表面層部分に摺動摩擦性が低く耐久性が高く撥インク性の良好なフッ素樹脂成分を多く含ませることができる。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１に記載のインクジェットヘッドの製造方法であって、前記加熱処理が、加熱された加熱部材を用いることを特徴とする。この加熱手段は、小型化が可能であり簡便である。請求項３の発明は、請求項１に記載のインクジェットヘッドの製造方法であって、前記加熱処理が、電磁誘導加熱を用いることを特徴とする。この加熱手段は、温度制御が容易であり、加熱に要するエネルギーを低く抑えることができる。請求項４の発明は、請求項１に記載のインクジェットヘッドの製造方法であって、前記加熱処理が、赤外線レーザを用いることを特徴とする。フッ素樹脂は赤外領域の吸収がよいので、フッ素樹脂の部分を集中的に加熱することができ、また赤外線レーザ光をパターン状に照射すれば所望のパターン上のみに撥インク性を高めることもできる。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項１に記載のインクジェットヘッドの製造方法であって、前記第２の工程に加えてさらに、上記溶出したフッ素樹脂を強制冷却して瞬時に凝固させ、前記撥インク性被膜の表層部にフッ素樹脂分の多い層を形成する第３の工程を備えたことを特徴とする。撥インク性被膜の表層部に溶出したフッ素樹脂を、強制冷却して再び共析めっき内部に吸収される前に瞬時に凝固させるので、均一かつ平滑な、表層部にフッ素樹脂成分を多量に含む撥インク性の高い被膜を形成することができる。請求項６の発明は、請求項５に記載のインクジェットヘッドの製造方法であって、上記強制冷却が、上記フッ素樹脂の溶出の直後に、水を用いる冷却であることを特徴とする。冷却効果の高い水を用いるので、瞬時に冷却することができる。請求項７の発明は、請求項５に記載のインクジェットヘッドの製造方法であって、上記強制冷却が、上記フッ素樹脂の溶出の直後に、０℃以下の空気流を用いる冷却であることを特徴とする。冷却効率が良く、短時間でフッ素樹脂層を凝固させることができ、かつ気体による冷却であるので冷却後の乾燥工程を省くことができる。
【００１４】
上記方法により得たインクジェットヘッドを備えたことを特徴とするインクジェット記録装置を提供することもできる。平滑性および撥インク性が高いヘッドを用いることによって、インクジェット記録装置の画質を向上させ、装置の耐久性を高めることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照しながら本実施の形態を説明する。
図１は、本発明の実施の形態によるインクジェットヘッドの模式的部分断面図である。Ｎｉ電鋳によって作製したノズル板２のインク吐出面に、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の粉体とＮｉの共析めっきにより共析めっき層（請求項の撥インク性被膜に相当）１を形成した。ここでは、ノズル板のＮｉは３０μｍ、共析めっき厚を２．５μｍとした。ＰＴＦＥの共析めっきには、メタフロンＦＳ（上村工業製）を使用して、電解共析めっきを行った。
【００１６】
図２は、本発明の実施の形態によって作成したインクジェットヘッドの模式的部分断面図である。即ち、フッ素樹脂の融点よりも１００℃から５００℃以上の高温で短時間加熱により熱処理を行ったノズル板の断面図を示している。ここで短時間とは、１秒以上５０秒以下の時間が好ましい。今回の冷却では加熱後、１５℃の純水にて強制的に瞬間的に冷却した。このときの表面粗さ（Ｒａ）は約０．１μｍであった。そして、ノズル板表面１上にはＰＴＦＥが均一に覆っていることを確認した。これは撥インク性被膜１上に形成された表層部（図中符号４ｂ）である。
【００１７】
図３は、本発明の実施の形態による加熱部材を用いる加熱方法の説明図である。あらかじめ、例えば金属製熱板のような加熱部材１０を５００〜８００℃程度まで加熱しておき、共析めっき１を施したノズル板２を熱板１０の上に数秒〜数１０秒間載せて、フッ素樹脂が表面に溶出してくることを確認して、冷却する。ここでは、５００℃、１０秒間の加熱で均一なＰＴＦＥ膜を得ることを確認した。インクジェットヘッドを加熱部材に載置する形で加熱したが、距離をおいても、あるいはフッ素樹脂被膜側から近づけて加熱しても良い。
【００１８】
図４は、本発明の実施の形態による電磁誘導加熱を用いた加熱方法の説明図である。コイル１１は、らせん状、ヘアピン状、渦巻状など、装置やサンプル、仕様に応じた形状として良い。共析めっき層１が形成されたノズル板２と、コイル１１との距離は５〜３００ｍｍとし、コイル１１への入力電流は４０〜１００Ａに、その周波数を５０〜２００ｋＨｚにする。より均熱化を計るためには加熱中のノズル板を、揺動もしくは回転させても良い。今回は、渦巻状のコイルを用い、ノズル板２とコイル１１の距離を２００ｍｍとし、入力電流を５５Ａ、周波数を１００ｋＨｚとして、ノズル板２を２４０ｒｐｍの速度で回転させ、３０秒間の加熱を行った。加熱後、純水にて強制的に冷却した。
【００１９】
図５は、本発明の実施の形態による赤外線レーザを用いた加熱方法の説明図である。共析めっき層１を施したノズル板２に対して、共析めっき層１の表面にレーザー光１２を照射する。赤外線レーザには、炭酸ガスレーザを用いても良い。数〜数１０Jのエネルギー密度で照射する。
【００２０】
図６は、本発明の実施の形態によって作成されたインクジェットヘッドに対するワイピング動作の説明図である。本発明の実施の形態による共析めっき層１は均一性の高い撥インク性被膜の表層部４ｂを有するため、ワイピングに対しても耐久性を有する。
【００２１】
また、上述の実施の形態によるインクジェットヘッドを、インクジェット記録装置に適用できる。即ち、インク加圧室と、該インク加圧室に連通したノズルを有して該ノズルよりインクを噴射して画像を形成するインクジェットヘッドと、該インクジェットヘッドにインクを供給するためのインク供給流路と、該インク加圧室内のインクに圧力を与えて、該ノズルを介してインク滴を噴射して画像形成を行うインクジェット記録装置において、そのインクジェットヘッドとして本願によるインクジェットヘッドが使用可能である。このような方式のインクジェット記録装置は、本願によるインクジェットヘッド以外は、一般的に公知の技術によって構成可能であるので、その詳細は省略する。
【００２２】
【実施例】
（実施例１〜３、および比較例１〜３）
インクジェットヘッドの表面粗さと撥インク特性を調べるために、実施例１〜３と、比較例１〜３とを比較した。それらのサンプルは、加熱処理より前の段階までは、実施の形態において既に述べた方法を用いた。即ち、概略を述べると、Ｎｉ電鋳によって作製したノズル板２のインク吐出面に、ＰＴＦＥとＮｉとの共析めっき層１を形成、ノズル板のＮｉ層厚は３０μｍ、共析めっき厚は２．５μｍである。それに対して、ここでは加熱条件を変化さて表面粗さ（Ｒａ）の異なるサンプルを作成し、撥インク特性を調べた。
【００２３】
ここでの加熱方法は、上述の加熱部材を用いる方法である。加熱および冷却についてのデータは以下の通りである。即ち、実施例１および２は５００℃での加熱および純水による強制冷却、実施例３は５００℃と自然冷却、比較例１は４００℃と純水による強制冷却、比較例２は３５０℃と自然冷却、そして比較例３は加熱を行わなかった。それらサンプルのそれぞれの表面粗さ（Ｒａ）を測定し、さらにそれらサンプルの撥インク性を示す後退接触角（°）を測定し、それら表面粗さと後退接触角との関係を表すグラフを図９に示した。後退接触角とは、サンプル表面に滴下したインク滴をシリンジなどで吸引したときに、サンプル表面とインク滴の断面曲線の接線とのなす角度のことである。後退接触角が大きいほど撥インク性能は高い。
【００２４】
図９中の符号ａ〜ｃはそれぞれ実施例１〜３の、ｄ〜ｆはそれぞれ比較例１〜３のデータを示す。
一般に撥インク性が良いとされるのは、後退接触角が２５°以上である。図から後退接触角が２５°である表面粗さ（Ｒａ）は約０．２μｍであることが読みとれる。
【００２５】
（実施例４、５、および比較例４、５）
次に、撥インク性被膜の加熱処理における加熱温度を変化させて、撥インク性の指標となる後退接触角を調べた。以下の実施例４、５、および比較例４、５も、加熱工程より前の段階は既に述べた実施の形態と同じである。実施例４，５、および比較例４，５の加熱条件および冷却条件、そして測定された後退接触角は表１のとおりである。
【００２６】
【表１】
0003957155.tif 000002
【００２７】
図１０は、表１における加熱温度と後退接触角との関係を表したグラフである。実施例４、５、および比較例４、５のデータは、図中の符号ａ〜ｄにそれぞれ対応している。このグラフから、撥水性が良いとされる後退接触角２５°を示す加熱温度は、４３０℃であり、これは今回のフッ素樹脂被膜の融点３２９℃よりも約１００℃高い温度である。
また、加熱温度が融点よりも高すぎるとフッ素樹脂が熱分解してガス化してしまい、面粗度が低下して撥水性が低下してしまう。
【００２８】
本発明によれば、撥インク性を良好に確保でき、高品質の画像を形成できる耐久性の高いインクジェットヘッドを提供できる。また、摺動摩擦係数が低く、撥インク性に優れた耐久性の高いインクジェットヘッドを提供できる。
請求項１に係る発明によると、摺動摩擦性が低く、耐久性が高く、そして撥インク性の良好なインクジェットヘッドを、簡便な方法で製造する方法を提供できる。
請求項２に係る発明によると、高品質のインクジェットヘッドを製造する、装置の小型化が可能な、製造方法を提供できる。
請求項３に係る発明によると、オンデマンド製造にも対応でき、かつ省エネ型の、高品質のインクジェットヘッドを製造する方法を提供できる。
請求項４に係る発明によると、加熱処理において効率良く、局所的にも加熱処理することができる、高品質のインクジェットヘッドを製造する方法を提供できる。
請求項５に係る発明によると、均一かつ平滑な撥インク被膜を有する、高品質のインクジェットヘッドを製造する簡便な方法を提供できる。
請求項６に係る発明によると、製造に際して時間を短縮できる、高品質のインクジェットヘッドを製造する方法を提供できる。
請求項７に係る発明によると、高品質のインクジェットヘッドをより短時間で製造できる簡便な方法を提供できる。また、本発明のインクジェットヘッドを利用して高品質な画像を記録できて耐久性のあるインクジェット記録装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるインクジェットヘッドの模式的部分断面図である。
【図２】本発明の実施の形態によるインクジェットヘッドの模式的部分断面図である。
【図３】本発明の実施の形態による加熱部材を用いたインクジェットヘッドの製造方法の説明図である。
【図４】本発明の実施の形態による電磁誘導加熱を用いたインクジェットヘッドの製造方法の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態による赤外線レーザを用いたインクジェットヘッドの製造方法の説明図である。
【図６】本発明の実施の形態による方法によって作成されたインクジェットヘッドに対するワイピング動作の説明図である。
【図７】従来例による方法で作成したインクジェットヘッドの模式的部分断面図である。
【図８】従来例による方法で作成したインクジェットヘッドに対するワイピング動作の説明図である。
【図９】撥インク性被膜の表面粗さと、後退接触角との関係を示したグラフである。
【図１０】撥インク性被膜の加熱処理の加熱温度と、後退接触角との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
１    共析めっき層（撥インク性被膜）
２    Ｎｉ層（ノズル板）
３    インク
４ａ，ｂ，ｃ，ｄ    撥インク性被膜の表層部
５    撥インク性被膜の剥がれ部
６    ワイピングブレード
７    インク溜まり
１０  加熱部材（熱板）
１１  誘導コイル
１２  赤外線レーザ光
【図１】
0003957155.tif 000003
【図２】
0003957155.tif 000004
【図３】
0003957155.tif 000005
【図４】
0003957155.tif 000006
【図５】
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【図６】
0003957155.tif 000008
【図７】
0003957155.tif 000009
【図８】
0003957155.tif 000010
【図９】
0003957155.tif 000011
【図１０】
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