JP2003266699A

JP2003266699A - インクジェットヘッド、その製造方法、およびそれを備えた記録装置

Info

Publication number: JP2003266699A
Application number: JP2002078334A
Authority: JP
Inventors: Takashi Mori; 崇森
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-03-20
Filing date: 2002-03-20
Publication date: 2003-09-24
Anticipated expiration: 2022-03-20
Also published as: JP3957155B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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し、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。【解決手段】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２と、前記ノズル板
２の外側表面上に形成された撥インク性被膜１と、を備
え、その撥インク性被膜の表面粗さ（Ｒａ）が０．２μ
ｍ以下である。

Description

【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Ｎ
ｉ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４
ａに粗密が発生した。このような処理をしたの表層部４
ａ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】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、前記撥インク性被膜の表面粗さ（Ｒａ）が０．
２μｍ以下であることを特徴とするインクジェットヘッ
ドである。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。請求項２の発明は、請求項１に記載のインクジェ
ットヘッドにおいて、前記撥インク性被膜がフッ素樹脂
を主成分とする被膜であることを特徴とする。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３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４の発明は、請求項３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
５の発明は、請求項３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６の発明は、請求項３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７の発明は、請求項３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８の発明は、請求項７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９の発明
は、請求項７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】請求項１０の発明は、請求項１に記載され
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である。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３
０μｍ、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５〜３０
０ｍｍ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２
５°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】

【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】

【発明の効果】請求項１に係る発明によると、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。請求項２に
係る発明によると、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３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４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５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６
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７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８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９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。請求項１０に係る
発明によると、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）２Ｎｉ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

Claims

【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、前記撥インク性被膜の表面
粗さ（Ｒａ）が０．２μｍ以下であることを特徴とする
インクジェットヘッド。
【請求項２】前記撥インク性被膜がフッ素樹脂を主成
分とする被膜であることを特徴とする請求項１に記載の
インクジェットヘッド。
【請求項３】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。
【請求項４】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３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３に記載のインクジェットヘッ
ドの製造方法。
【請求項６】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３に記載のインクジェットヘッ
ドの製造方法。
【請求項７】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３に記
載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項８】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７に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項９】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７に記載のインクジェットヘッドの製
造方法。
【請求項１０】請求項１または２に記載されたインク
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。