JPH07246707A - インクジェットプリンターヘッド用ノズル板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 インクが吐出される吐出面を一方に有する平
板状部材からなり、該平板状部材の所定の位置に前記イ
ンクが吐出されるインク吐出孔を有するインクジェット
プリンターヘッド用ノズル板において、前記平板状部材
の表面上に、フッ素樹脂微粒子と金属マトリクスとを共
析させたメッキ被膜およびフッ素樹脂被膜が順次積層さ
れていることを特徴とするインクジェットプリンターヘ
ッド用ノズル板とその製造方法。 【効果】 ノズル板表面の撥液性を向上、安定化させる
ことが可能であり、ノズル板表面への水性あるいは非水
性インクの付着を防止することができる。その結果、安
定なインクの吐出を可能にさせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインクジェットプリンタ
ーヘッド用ノズル板およびその製造方法に係わり、特に
ノズル板表面の撥液化処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、コンピュータ出力等の応用分野に
おけるノンインパクトプリンターの一方式であるインク
ジェットプリンターにおいて圧電体の圧電作用をインク
吐出の駆動力に応用した方式が特公平４−４８６２２号
公報や特開昭６３−２４７０５１号公報等に提案されて
いる。

【０００３】その代表的な製造方法および構造は、圧電
性基板にインク流路のための微細な貫通した溝の加工を
施した後、その表面に電極膜を形成、表面を研磨加工
し、溝内部に電極膜を残す、さらに溝内面に絶縁膜とし
て気相合成法によるポリパラキシリレン樹脂からなるパ
リレン膜を形成する。

【０００４】この絶縁膜はインクの不安定吐出の原因と
なるインクの電気分解による気泡発生およびインクの変
質を防ぐための重要な構成体として位置づけられてい
る。このパリレン膜は極めて高い撥液性を示すため、既
に本出願人よりパリレン膜上に酸化シリコン膜に代表さ
れる無機酸化物膜を積層することによりパリレン膜をイ
ンクに対して親液性にさせる方法が提案されている。

【０００５】以上のように作製した圧電性基板の溝を有
する面どうしを対向させて接着、あるいは溝を有する面
上にガラス、セラミックス、金属あるいはプラスチック
製の平板状の蓋を接着することによってインク流路を形
成する。

【０００６】さらにインク流路の一方の端部に直径３０
〜６０ミクロンのインク吐出孔を有した厚さ０．２ｍｍ
のノズル板を接着した後、電極に駆動回路を接続するこ
とによって本インクジェットプリンターヘッドが構成さ
れる。

【０００７】圧電作用を利用したインクジェットプリン
ターヘッドの駆動原理は各溝中に形成された電極に電圧
を印加すると溝を形成する隔壁がその圧電作用のために
インク流路の容積を増大または減少せしめるように変形
する。そして、この減少の変形によって生じた圧力が溝
内部に充填されたインクに伝播し、インク吐出孔からイ
ンク滴として吐出するものである。

【０００８】本インクジェットプリンターをはじめ、一
般にインクジェットプリンターヘッドに用いるノズル板
にはインク滴を安定に吐出させ、吐出後のノズル孔周囲
への残留インクの付着を防止し、さらに水性あるいは非
水性インクに対して化学的に安定であり、耐摩耗性に優
れるなどの機械的強度の高いものでなければならないこ
とが要求されている。

【０００９】そのため、ノズル板の材質、ノズル孔形状
等の工夫がなされているが、効果があると期待されてい
るのはノズル板へのコーティングによる性能付与であ
る。このコーティング被膜の材質としては既にテフロン
やシリコーン系撥水性被膜、さらにはフッ素樹脂微粒子
を共析させたメッキ被膜等が提案されている。この中で
も、テフロンに代表されるフッ素樹脂微粒子を共析させ
たメッキ被膜がその撥液性、機械的強度、化学的安定性
から優れているものと考えられる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フッ素
樹脂微粒子を共析させたメッキ被膜はインクジェットプ
リンターヘッド用ノズル板に要求されている条件をすべ
て満たすものではなく、例えば、インクジェットプリン
ターヘッド組立工程中の洗浄工程において超音波洗浄す
る場合、超音波による衝撃によってメッキ表面に露頭し
たフッ素樹脂微粒子が脱落し、撥液性が低下することが
ある。

【００１１】また、インクによる目詰まりを防止するた
めにノズル板のインク吐出孔の面をゴム製のブレードで
ワイピングする機構が組み込まれているプリンターもあ
り、この場合、ノズル板の表面を多数回ワイピングする
とやはりメッキ表面に露頭したフッ素樹脂微粒子が脱落
し、撥液性が低下してしまう現象が観察される。あるい
は非水性インク中等に含まれるポリマー成分の吸着を促
進し、インクに対する撥液性を低下させるなどの問題を
有していた。

【００１２】本発明の目的は優れた機械的強度、化学的
安定性を有し、水性及び非水性インクに対して充分な撥
液性を備え、インク滴を安定に吐出させるためのインク
ジェットプリンターヘッド用ノズル板とその製造方法を
提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、インクが吐出される吐出面を一方に有する平板状部
材からなり、該平板状部材の所定の位置に前記インクが
吐出されるインク吐出孔を有するインクジェットプリン
ンターヘッド用ノズル板において、前記平板状部材の全
体もしくは前記吐出面の表面にフッ素樹脂微粒子を共析
させたメッキ被膜を形成後、その表面にウェットエッチ
ングにより微細な凹凸を形成するとともにフッ素樹脂微
粒子を露頭させ、次いでこのメッキ被膜表面にフッ素樹
脂被膜を積層し、その後、メッキ表面に露頭したフッ素
樹脂微粒子とフッ素樹脂被膜とを溶融もしくは軟化して
作製される。

【００１４】このように、本発明のインクジェットプリ
ンターヘッド用ノズル板は平板状部材側から順次、フッ
素樹脂微粒子を共析させたメッキ被膜、フッ素樹脂被膜
を積層した構造から構成されることを特徴とする。

【００１５】

【作用】テフロンに代表されるフッ素樹脂微粒子を共析
させたメッキ被膜を形成した後にその表面をウェットエ
ッチングする際、たとえばメッキマトリクスがニッケル
合金の場合、硝酸水溶液でエッチングするとメッキ被膜
中のフッ素樹脂微粒子は溶解されず、メッキマトリクス
のみがエッチングされるため、結果としてメッキ被膜表
面は微細な凹凸が形成されるとともに、フッ素樹脂微粒
子が数多く存在することになる。

【００１６】次に、この表面にテフロン等のフッ素樹脂
被膜を蒸着をはじめとする各種成膜法によって被覆す
る。一般に撥液性は固体表面の臨界表面張力と密接な関
係があり、表面張力の値が小さいほど撥液性は向上する
ことが知られている。通常、テフロンに代表されるフッ
素樹脂の表面張力は１５〜１８ダイン／ｃｍ程度であり
著しい撥液性を呈する。

【００１７】通常、このようなフッ素樹脂被膜は密着性
が弱く、剥離し易いものであるが、本発明のように下地
であるメッキ層に微細な凹凸を形成することによるアン
カー効果、さらにはフッ素樹脂被膜を加熱し、軟化もし
くは溶融することによってメッキ被膜表面に強固に埋め
込まれたフッ素樹脂微粒子と結合させる結果、共析メッ
キ上に形成したフッ素樹脂被膜は強固にメッキ被膜表面
と密着するようになる。

【００１８】したがって、以上のような被膜で被覆され
たインクジェットプリンターヘッド用ノズル板は、撥液
性が高く、化学的に安定であり、また、超音波洗浄やワ
イピング時等の機械的衝撃に対してもその撥液性は劣化
することはないものと考えられる。

【００１９】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図１は本発明によるインクジェットプリンターヘッ
ド用ノズル板の外観斜視図である。図２は本発明による
ノズル板表面に被覆したフッ素樹脂微粒子を共析させた
メッキ被膜２の拡大模式断面図である。図３は本発明に
よるインクジェットプリンターヘッド用ノズル板表面に
積層した被膜の拡大模式断面図である。図４は本発明に
よるインクジェットプリンターヘッド用ノズル板のイン
ク吐出孔付近の拡大模式断面図である。図５は本発明に
よるインクジェットプリンターヘッド用ノズル板の製造
方法を示す工程の説明図である。

【００２０】図５の工程の説明図に沿って説明すると、
本発明によるインクジェットプリンターヘッド用ノズル
板を作製するためには、まず長さ５０ｍｍ、幅５ｍｍ、
厚さ０．２ｍｍのインク吐出のための円形の貫通した孔
で有るインク吐出孔を有するニッケル製の平板状部材１
３上にテフロン微粒子を共析させたメッキ被膜２を５ミ
クロン形成する。ニッケル製の平板状部材１３は電気分
解による電着を利用して、原型と精密に同じ型を複製す
る方法である電鋳によって作られる。インクが吐出する
側の面である吐出面４のインク吐出孔３の直径は５０ミ
クロンであり、メッキ後の直径は４０ミクロンとなる。

【００２１】共析メッキは電解あるいは無電解メッキ、
いずれでの方法でも可能であるが、本実施例では無電解
メッキを採用した。メッキはあらかじめ洗浄、アルカリ
脱脂、酸によるエッチングを順次、施したニッケル製の
平板状部材１３を約９３℃に加熱した０．１ミクロン以
下のフッ素樹脂微粒子を５〜２０ｖｏｌ％分散含有した
ニッケルメッキ浴中に浸漬し行った。メッキ膜厚は浸漬
時間によってコントロールした。

【００２２】このように被覆したニッケルメッキ被膜中
には図２に示すようにフッ素樹脂微粒子１１が２０〜３
０ｖｏｌ％の範囲で均一に分散していることが電子顕微
鏡によって確認されている。

【００２３】次にこの平板状部材に被覆したフッ素樹脂
微粒子を共析させたメッキ被膜２を以下の条件下でウェ
ットエッチングする。

【００２４】エッチング液：５０％濃度の硝酸水溶液 温度：２５℃ エッチング速度：１ミクロン／分 エッチング時間：３０秒 この時、平板状部材に超音波等によって振動を与えなが
らエッチングを行うことによりメッキ被膜２表面の均一
なエッチングが可能となる。

【００２５】以上の処理によって、図３に示すようにメ
ッキ被膜２表面のエッチング面６には微細な凹凸が形成
されるとともにメッキ被膜２中のフッ素樹脂微粒子１１
が最表面に露頭する。

【００２６】次いで、純水中で超音波洗浄後、図４に示
すように、インクが吐出する側の吐出面４のメッキ被膜
２表面にテフロンを真空蒸着法により形成する。膜厚は
０．１ミクロンとした。その後、３２０℃で一時間、加
熱処理した。この加熱処理は表面に被覆したテフロン膜
５を軟化あるいは溶融させ、下地のメッキ被膜２の被膜
最表面のフッ素樹脂微粒子１１と結合させるために行う
ものであり、温度は蒸着したテフロン膜５およびメッキ
被膜２の被膜表面のフッ素樹脂微粒子１１が溶融し合う
温度に設定することが望ましい。

【００２７】本実施例ではインク吐出孔内部を含むノズ
ル板全体にメッキ被膜２を被覆したが、インクが吐出す
る側の吐出面４のみ、あるいはインク吐出孔３の周辺部
だけにメッキを被覆しても良い。また、蒸着テフロン膜
５も吐出面４の全面に被覆するのではなく、インク吐出
孔３の周辺部だけに形成しても良い。また、本実施例で
は平板状部材にニッケルを用いたが、他の金属や、プラ
スチック、セラミックスでも構わない。

【００２８】また、本実施例では、メッキ被膜表面のフ
ッ素樹脂被膜として真空蒸着法によるテフロン膜を採用
したが、他の成膜法、例えば、プラズマ重合やスパッタ
リングなどのドライプロセスやスプレーによる吹き付
け、スピンコート、浸漬、塗布法などのウェットプロセ
スによってフッ素樹脂被膜を形成しても良く、材料もテ
フロンには限らず、フッ化ビニリデン樹脂や４フッ化エ
チレン−６フッ化プロピレン共重合樹脂などの他のフッ
素樹脂被膜でも良い。

【００２９】以上の処理で得られたノズル板を用いてイ
ンクジェットプリンターヘッドを組み立て、９５％の炭
化水素系有機溶媒を含有する非水性インクによる吐出試
験を行ったところ、試験前のインクによるノズル板表面
の接触角は９０度であり、約２００時間後も９０度を保
持しており、撥液性の低下は観察されず、インクの安定
な吐出は維持されていた。

【００３０】さらに、吐出試験後、同じノズル板を用い
てゴムブレードによってノズル板表面を２０ｇ／ｃｍ²
の接触圧で一方向に摺動させるワイピング試験を１００
００回行ったが、試験後も撥液性の低下はなく、ワイピ
ングによる摩耗痕も観察されず、インクの安定な吐出は
維持されていた。

【００３１】しかしながら、比較試料としてフッ素樹脂
微粒子の共析メッキを被覆したのみでメッキ被膜上にテ
フロン膜を形成しないノズル板を用いてインクジェット
プリンターヘッドを組み立て、上記と同じインク吐出試
験を行った結果、試験前の接触角は９０度であったもの
の、試験後は４０度まで低下した。さらにノズル板のイ
ンク吐出孔周辺がインクで濡れてしまい、インクの飛翔
方向が曲がってしまう現象が観察された。

【００３２】

【発明の効果】以上の実施例から明らかなように、本発
明によるインクジェットプリンターヘッド用ノズル板を
用いることにより、ノズル板表面の撥液性を向上させ、
撥液性を安定に保持することが可能であり、ノズル板表
面への水性あるいは非水性インクの付着を防止すること
ができる。その結果、安定なインクの吐出を可能にさせ
る。さらに、化学的安定性にも優れるため、長時間のイ
ンク吐出による腐食が低減され、インクジェットプリン
ターの信頼性を向上させる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例におけるインクジェットプリン
ターヘッド用ノズル板の外観斜視図である。

【図２】本発明の実施例におけるノズル板表面に被覆し
たフッ素樹脂微粒子を共析させたメッキ２の拡大模式断
面図である。

【図３】本発明の実施例におけるインクジェットプリン
ターヘッド用ノズル板表面に積層した被膜の拡大模式断
面図である。

【図４】本発明の実施例におけるインクジェットプリン
ターヘッド用ノズル板のインク吐出孔付近の拡大模式断
面図である。

【図５】本発明の実施例におけるインクジェットプリン
ターヘッド用ノズル板の製造方法を示す工程の説明図で
ある。

【符号の説明】

１ ノズル板 ２ メッキ被膜 ３ インク吐出孔 ４ 吐出面 ５ フッ素樹脂被膜 ６ エッチング面 １１ フッ素樹脂微粒子 １２ メッキマトリクス １３ 平板状部材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクが吐出される吐出面を一方に有す
   る平板状部材からなり、該平板状部材の所定の位置に前
   記インクが吐出されるインク吐出孔を有するインクジェ
   ットプリンターヘッド用ノズル板であって、前記平板状
   部材の表面上に、フッ素樹脂微粒子と金属マトリクスと
   を共析させたメッキ被膜およびフッ素樹脂被膜が順次積
   層されていることを特徴とするインクジェットプリンタ
   ーヘッド用ノズル板。
2. 【請求項２】 前記メッキ被膜の金属マトリクスは、ニ
   ッケルもしくはニッケル合金であることを特徴とする請
   求項１に記載のインクジェットプリンターヘッド用ノズ
   ル板。
3. 【請求項３】 インクが吐出される吐出面を一方に有す
   る平板状部材からなり、該平板状部材の所定の位置に前
   記インクが吐出されるインク吐出孔を有するインクジェ
   ットプリンターヘッド用ノズル板の表面上に、フッ素樹
   脂微粒子を共析させたメッキ被膜を形成し、該メッキ被
   膜の表面をウェットエッチングにより前記フッ素樹脂微
   粒子が露頭するようにエッチング面を形成し、更に該エ
   ッチング面上にフッ素樹脂被膜を積層し、その後該フッ
   素樹脂被膜と前記フッ素樹脂微粒子とを加熱して溶融ま
   たは軟化させることを特徴とするインクジェットプリン
   ターヘッド用ノズル板の製造方法。