JP7326091B2 - インクジェットヘッド及びインクジェットプリンタ - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、インクジェットヘッド及びインクジェットプリンタに関する。
圧電部材のせん断変形を利用してノズルからインク滴を吐出させる、いわゆる、せん断モード型インクジェットヘッド構造を有するインクジェットプリンタが知られている。このような構造では、ノズル孔が設けられたノズルプレートと、インクを保持する圧力室を形成する圧電部材とを、ノズルと圧力室とが連通するように接合する。これらの接合には、シランカップリング剤などの接着剤や、プラズマ処理等が用いられている。
本発明が解決しようとする課題は、安定性に優れたインクジェットヘッド、及びこのようなインクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタを提供することにある。
実施形態によると、インクジェットヘッドが提供される。インクジェットヘッドは、ノズルプレートと圧電部材とフッ素化合物層とを備える。ノズルプレートは、記録媒体へ向けてインクを吐出するノズルを含む。圧電部材は、ノズルと連通する位置に圧力室を形成し、圧力室内の圧力を変化させて圧力室内のインクを吐出させる。フッ素化合物層は、少なくとも圧電部材及びノズルプレートの間に位置する。フッ素化合物層は、第１層と第２層と第３層とを含む。第１層は、ノズルプレート側に位置する。第２層は、圧電部材側に位置する。第３層は、第１層及び第２層の間に位置する。第１乃至第３層のＸ線光電子分光スペクトルは、ＣＦ２基に属するピークをそれぞれ含む。第３層のＸ線光電子分光スペクトルに含まれるＣＦ２基のピーク面積ＰＡ３は、第１層のＸ線光電子分光スペクトルに含まれるＣＦ２基のピーク面積ＰＡ１よりも大きく、かつ、第２層のＸ線光電子分光スペクトルに含まれるＣＦ２基のピーク面積ＰＡ２よりも大きい。
他の実施形態によると、インクジェットプリンタが提供される。インクジェットプリンタは、実施形態に係るインクジェットヘッドと媒体保持機構とを備えている。媒体保持機構は、インクジェットヘッドに対向して記録媒体を保持する。
１．インクジェットヘッド
１－１．構成
以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。
図１は、実施形態に係る、インクジェットプリンタのヘッドキャリッジに搭載して使用するオンデマンド型のインクジェットヘッド１を示す斜視図である。以下の説明では、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる直交座標系を用いる。図中の矢印の指し示す方向を便宜上プラス方向とする。Ｘ軸方向は印刷幅方向に対応する。Ｙ軸方向は記録媒体が搬送される方向に対応する。Ｚ軸プラス方向は記録媒体に対向する方向である。
１－１．構成
以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。
図１は、実施形態に係る、インクジェットプリンタのヘッドキャリッジに搭載して使用するオンデマンド型のインクジェットヘッド１を示す斜視図である。以下の説明では、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる直交座標系を用いる。図中の矢印の指し示す方向を便宜上プラス方向とする。Ｘ軸方向は印刷幅方向に対応する。Ｙ軸方向は記録媒体が搬送される方向に対応する。Ｚ軸プラス方向は記録媒体に対向する方向である。
図１を参照して概略的に説明すると、インクジェットヘッド１は、インクマニホールド１０、アクチュエータ板２０、フレーム４０及びノズルプレート５０を備えている。
アクチュエータ板２０は、Ｘ軸方向を長手方向とする矩形をなしている。アクチュエータ板２０の材料としては、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）及びチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）等が挙げられる。
アクチュエータ板２０は、インクマニホールド１０の開口端を塞ぐようにインクマニホールド１０の上に重ねられている。インクマニホールド１０は、インク供給管１１及びインク戻し管１２を介してインクカートリッジに接続される。
アクチュエータ板２０上には、フレーム４０が取り付けられている。フレーム４０上には、ノズルプレート５０が取り付けられている。ノズルプレート５０には、Ｘ軸方向に各々が延び、Ｙ軸方向に配列した２つの列を形成するように、複数のノズルＮが所定の間隔をあけて設けられている。
図２は、実施形態に係るインクジェットヘッドを構成するアクチュエータ板２０、フレーム４０及びノズルプレート５０の分解斜視図である。図３は、実施形態に係るインクジェットヘッドの部分切断上面図である。図４は、図３に示すインクジェットヘッドの一部を示すＹ軸に垂直な平面に沿った断面図である。
このインクジェットヘッド１は、いわゆるせん断モードシェアードウォールのサイドシューター型である。
このインクジェットヘッド１は、いわゆるせん断モードシェアードウォールのサイドシューター型である。
図２及び図３に示すように、アクチュエータ板２０には、Ｙ軸方向の中央部で列を形成するように、複数のインク供給口２１がＸ軸方向に沿って間隔をあけて設けられている。また、アクチュエータ板２０には、インク供給口２１の列に対してＹ軸プラス方向及びＹ軸マイナス方向に離間した位置においてそれぞれ列を形成するように、複数のインク排出口２２がＸ軸方向に沿って間隔をあけて設けられている。
中央のインク供給口２１の列と一方のインク排出口２２の列との間には、複数の圧電部材３０が設けられている。これら圧電部材３０は、Ｘ軸方向に延びた列を形成している。また、中央のインク供給口２１の列と他方のインク排出口２２の列との間にも、複数の圧電部材３０が設けられている。これら圧電部材３０も、Ｘ軸方向に延びた列を形成している。
複数の圧電部材３０からなる列の各々は、図４に示すように、アクチュエータ板２０上に積層された第１圧電体３０１及び第２圧電体３０２で構成されている。第１圧電体３０１及び第２圧電体３０２の材料としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）等が挙げられる。第１圧電体３０１及び第２圧電体３０２は、厚さ方向に沿って互いに逆向きに分極されている。
第１圧電体３０１及び第２圧電体３０２からなる積層体には、Ｙ軸方向に各々が延び、Ｘ軸方向に配列した複数の溝が設けられている。これら溝は、第２圧電体３０２側で開口しており、第２圧電体３０２の厚さよりも大きな深さを有している。以下、この積層体のうち、隣り合った溝に挟まれた部分をチャネル壁という。これらチャネル壁は、Ｙ軸方向に各々が延び、Ｘ軸方向に配列している。
圧電部材３０は、後述するノズルＮと連通する位置に圧力室３２を形成し、圧力室３２内の圧力を変化させて圧力室３２内のインクを吐出させる。なお、インクが流通する圧力室３２は、隣り合った２つのチャネル壁の間の溝に位置した空間である。圧力室３２の幅、ここでは、圧力室３２のＸ軸方向に沿った寸法は、好ましくは２０μｍ以上１００μｍ以下の範囲内にあり、より好ましくは、５０μｍ以上８０μｍ以下の範囲内にある。
圧力室３２を取り囲む側壁及び底には、電極３３が形成されている。すなわち、圧電部材３０のうち、圧力室３２と隣接した部分には、電極３３が形成されている。これら電極３３は、Ｙ軸方向に沿って延びた配線パターン３１に接続されている。電極３３は、圧電部材３０に駆動パルスを印加する。
後述するフレキシブルプリント基板との接続部を除き、電極３３及び配線パターン３１を含むアクチュエータ板２０の表面には、電極保護膜３４が形成されている。電極保護膜３４は、絶縁性を有する。電極保護膜３４は、例えば、フッ素化合物を含む膜である。フッ素化合物は、例えば、環状構造を含む繰り返し単位を含むフッ素樹脂である。環状構造は、脂肪族環であることが好ましく、炭素及び酸素からなる複素環を含んだ構造であることがより好ましい。
図５は、電極保護膜が電極に結合している状態を模式的に示す断面図である。図５に示す電極保護膜３４は、５員環構造を含むフッ素化合物からなる膜である。図５に示す構造は、フッ素化合物の単量体を表す。図５に示す構造を有するフッ素化合物は、５員環構造を繰り返し単位に含むポリマーであり得る。電極保護膜３４は、エーテル結合を介して電極３３に結合している。図５に示すフッ素化合物は、例えば、ＡＧＣ株式会社製のサイトップ（登録商標）である。
電極保護膜３４としては、ポリパラキシリレン骨格を有する化合物を含む膜、すなわちパリレン膜を用いてもよい。電極保護膜３４は、パリレン膜とフッ素化合物を含む膜との積層体であってもよい。電極保護膜３４は省略してもよい。
ノズルプレート５０は、図４に示すように、ノズルプレート基材５０１と、その媒体対向面（ノズルＮからインクを吐出する吐出面）に設けられた撥液膜５０２と、媒体対向面の裏面（圧力室３２と接する面）に設けられた撥液膜５０３とを含んでいる。ノズルプレート基材５０１は、例えば、ポリイミドフィルムなどの樹脂フィルムからなる。撥液膜５０２及び５０３は、例えば、フッ素化合物を含む膜である。フッ素化合物を含む膜としては、上述した電極保護膜３４と同様のものを用いることができる。撥液膜５０２及び５０３は、同一の材料からなっていてもよく、異なる材料からなっていてもよい。
フレーム４０は、図２及び図３に示すように、開口部を有している。この開口部は、アクチュエータ板２０よりも小さく、かつ、アクチュエータ板２０のうち、インク供給口２１、圧電部材３０、及びインク排出口２２が設けられた領域よりも大きい。フレーム４０は、例えばセラミックスからなる。フレーム４０は、図示しないフッ素化合物を含む接着層によりアクチュエータ板２０に接合されている。接着層は、後述するフッ素化合物層７０と同様の構成を有するフッ素化合物層である。フレーム４０は、フッ素化合物以外の接着剤によりアクチュエータ板２０に接合されていてもよい。フレーム４０は省略してもよい。
ノズルプレート５０は、フレーム４０の開口部よりも大きい。ノズルプレート５０は、図示しない接着層によりフレーム４０に接合されている。接着層は、後述するフッ素化合物層７０と同様の構成を有するフッ素化合物層である。ノズルプレート５０は、フッ素化合物以外の接着剤によりフレーム４０に接合されていてもよい。
ノズルプレート５０には、記録媒体へ向けてインクを吐出する複数のノズルＮが設けられている。これらノズルＮは、圧力室３２に対応して２つの列を形成している。ノズルＮは、記録媒体対向面から圧力室３２の方向に進むに従って径が大きくなっている。ノズルＮの寸法は、インクの吐出量に応じて所定の値に設定される。ノズルＮは、例えば、エキシマレーザーを用いたレーザー加工を施すことによって形成することができる。
アクチュエータ板２０、フレーム４０及びノズルプレート５０は、図１に示すように一体化されており、中空構造を形成している。アクチュエータ板２０、フレーム４０及びノズルプレート５０によって囲まれた領域は、インク流通室である。インクは、インクマニホールド１０からインク供給口２１を通してインク流通室に供給され、圧力室３２を通過し、余剰のインクがインク排出口２２からインクマニホールド１０へ戻るように循環する。インクの一部は、圧力室３２を流れる間にノズルＮから吐出されて印刷に用いられる。
配線パターン３１には、アクチュエータ板２０上であってフレーム４０の外側の位置でフレキシブルプリント基板６０が接続されている。フレキシブルプリント基板６０には、圧電部材３０を駆動する駆動回路６１が搭載されている。
ノズルプレート５０は、フッ素化合物層７０により圧電部材３０と接合されている。フッ素化合物層７０は、圧電部材３０及びノズルプレート５０の間に位置している。フッ素化合物層７０は、圧電部材３０の溝が設けられた面のうち電極３３により被覆されていない部分３０２ａと、ノズルプレート５０の撥液膜５０２が設けられた面の裏側の面との間に位置している。
フッ素化合物層７０は、第１層乃至第３層からなる３層構造を含む。フッ素化合物層７０は、図６に示す構造を有していると考えられる。図６は、フッ素化合物層に含まれる第１乃至第３層を模式的に示す断面図である。図６に示すフッ素化合物層７０は、第１層７０１、第２層７０２、及び第３層７０３を含む。
フッ素化合物層７０が第１乃至第３層を含むことは、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）分析により確認できる。すなわち、フッ素化合物層７０の厚さ方向に沿って一定間隔ごとにＸＰＳ分析を行うことにより、フッ素化合物層７０が、ＸＰＳスペクトルが異なる３つの層構造を有していることを確認できる。
第１層７０１は、ノズルプレート５０の最も近くに位置する。第１層７０１のＸＰＳスペクトルは、ＣＦ２基に属するピークを含む。第２層７０２は、圧電部材３０の最も近くに位置する。第２層７０２のＸＰＳスペクトルは、ＣＦ２基に属するピークを含む。第２層のＸＰＳスペクトルは、典型的には、第１層７０１のＸＰＳスペクトルと同じである。第３層７０３は、第１層７０１と第２層７０２との間に位置する。第３層のＸＰＳスペクトルは、第１層７０１のＸＰＳスペクトルに含まれるＣＦ２基に属するピークの面積ＰＡ１よりも大きく、かつ、第２層７０２のＸＰＳスペクトルに含まれるＣＦ２基に属するピークの面積ＰＡ２よりも大きい面積を有するＣＦ２基に属するピークを含む。すなわち、第３層７０３は、第１層７０１及び第２層７０２よりもＣＦ２基を多く含む。このような３層構造を含むフッ素化合物層７０は、優れた耐久性及び接着性を示す。また、フッ素化合物層７０は、接合及び剥離を繰り返し行うことができる。この特性についての詳細は後述する。
第３層７０３のＸ線光電子分光スペクトルに含まれるＣＦ２基のピーク面積ＰＡ３と、第１層７０１のＸ線光電子分光スペクトルに含まれるＣＦ２基のピーク面積ＰＡ１との比ＰＡ３／ＰＡ１は、２以上３以下であることが好ましい。また、面積ＰＡ３と、第２層７０２のＸ線光電子分光スペクトルに含まれるＣＦ２基のピーク面積ＰＡ２との比ＰＡ３／ＰＡ２は、２以上３以下であることが好ましい。比ＰＡ３／ＰＡ１及び比ＰＡ３／ＰＡ２がこの範囲内にあるフッ素化合物層７０は、耐久性及び接着性により優れる。
第１層７０１及び第２層７０２のＸＰＳスペクトルは、ＣＦ２Ｏ基、及びＣＦ基からなる群より選ばれる少なくとも１種の原子団を更に含み得る。第１層７０１及び第２層７０２のＸＰＳスペクトルは、ＣＦ２Ｏ基を含むことが好ましい。第１層７０１及び第２層７０２がＣＦ２Ｏ基を含んでいることは、フッ素化合物層７０が、図５に示す環状構造を有するフッ素化合物が接合して形成された膜であることを示し得る。
図７は、第１層及び第３層のＸＰＳスペクトルの一例を示すグラフである。図７に示す第１層７０１及び第３層７０３のＸＰＳスペクトルは、両方ともＣＦ２Ｏ基、ＣＦ２基、及びＣＦ基を含んでいる。図７に示すように、ＸＰＳスペクトルにおいて、ＣＦ２Ｏ結合に帰属するピークは、ＣＦ２結合に帰属するピークの結合エネルギーよりも１ｅＶ以上１．３ｅＶ以下の範囲内で高結合エネルギー側に現れる。ＣＦ結合に帰属するピークは、ＣＦ２結合に帰属するピークの結合エネルギーよりも１．７ｅＶ以上２ｅＶ以下の範囲内で低結合エネルギー側に現れる。
フッ素化合物層７０の厚さは、１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。厚さがこの範囲内にあると、良好な接着性をより長期間にわたって維持することができる。フッ素化合物層７０の厚さにおいて、第３層７０３の厚さが占める割合は、０．５％以上２％以下であることが好ましい。
１－２．インクの吐出
以下、図３及び図４を参照しながら圧電部材３０の動作を説明する。ここでは、中央の圧力室３２の両隣にも、圧力室３２が形成されているものとして動作を説明する。なお、隣り合う３つの圧力室３２に対応する電極３３をそれぞれ電極Ａ、Ｂ及びＣとし、中央の圧力室３２に対応した電極３３は、電極Ｂであるとする。
以下、図３及び図４を参照しながら圧電部材３０の動作を説明する。ここでは、中央の圧力室３２の両隣にも、圧力室３２が形成されているものとして動作を説明する。なお、隣り合う３つの圧力室３２に対応する電極３３をそれぞれ電極Ａ、Ｂ及びＣとし、中央の圧力室３２に対応した電極３３は、電極Ｂであるとする。
ノズルＮからインクを吐出させるには、まず、例えば、中央の電極Ｂに、両隣の電極Ａ及びＣの電位よりも高い電位の電圧パルスを印加して、チャネル壁に直交する方向に電界を生じさせる。こうして、チャネル壁をせん断モードで駆動させ、中央の圧力室３２を挟む１対のチャネル壁を、中央の圧力室３２が拡張するように変形させる。
次に、両隣の電極Ａ及びＣに、中央の電極Ｂの電位よりも高い電位の電圧パルスを印加して、チャネル壁に直交する方向に電界を生じさせる。こうして、チャネル壁をせん断モードで駆動させ、中央の圧力室３２を挟む１対のチャネル壁を、中央の圧力室３２が縮小するように変形させる。この動作により、中央の圧力室３２内のインクに圧力を加え、この圧力室３２に対応するノズルＮからインクを吐出させて記録媒体に着弾させる。このように、このインクジェットヘッド１では、圧電部材３０をアクチュエータとして利用して、ノズルＮからインクを吐出させる。
このインクジェットヘッド１を用いた印刷プロセスでは、例えば、すべてのノズルＮを３つの群に分けて、上で説明した駆動操作を時分割制御して３サイクル行い、記録媒体への印刷を行う。
１－３．製造方法
図１乃至図４に示すインクジェットヘッド１の製造方法を説明する。
先ず、図２及び図３に示すように、アクチュエータ板２０上に圧電部材３０が設けられた構造を従来公知の方法によって形成する。次に、図２乃至図４に示すように、圧電部材３０及びアクチュエータ板２０上に、例えば、めっき処理により配線パターン３１及び電極３３を形成する。
図１乃至図４に示すインクジェットヘッド１の製造方法を説明する。
先ず、図２及び図３に示すように、アクチュエータ板２０上に圧電部材３０が設けられた構造を従来公知の方法によって形成する。次に、図２乃至図４に示すように、圧電部材３０及びアクチュエータ板２０上に、例えば、めっき処理により配線パターン３１及び電極３３を形成する。
次に、図４に示すように、電極３３、及び第２圧電体３０２の表面のうち電極３３により被覆されていない部分３０２ａの上に、フッ素化合物含有液を塗布して、塗膜を形成する。塗膜の形成方法としては、例えば、スプレー法、スピンコート法、又は浸漬法を用いる。フッ素化合物含有液は、例えば、フッ素化合物と、フッ素化合物を溶解可能なフッ素系有機溶媒とを含む。フッ素化合物は、特定の温度（いわゆる環状結合温度）で環状構造を形成し、その環状構造を含む構造を繰り返し単位とするポリマーであり得る。フッ素化合物としては、ＡＧＣ株式会社製のサイトップ（登録商標）のタイプＡなどを用い得る。
この塗膜を加熱処理に供して、電極保護膜３４を形成する。加熱処理に際しては、加熱温度を環状結合温度以上とし、１００℃以上２００℃以下とすることが好ましく、加熱時間を３０分以上２時間以下とすることが好ましい。なお、フッ素化合物含有液の塗布に先立って、電極３３及び第２圧電体３０２の一部３０２ａの表面に前処理を施してもよい。前処理としては、シランカップリング剤の塗布や、プラズマ処理等を挙げることができる。このような前処理を施すと、電極３３及び第２圧電体３０２の一部３０２ａと電極保護膜３４との密着性を高めることができる。フッ素化合物としてＡＧＣ株式会社製のサイトップ（登録商標）を用いることにより、図５に示す構造を得ることができる。
次に、フレーム４０の両方の主面に、フッ素化合物含有液を塗布して、塗膜を形成する。フッ素化合物含有液としては、上述したものと同様のものを用い得る。上述したのと同様の方法で塗膜を加熱処理することにより、図示しない接着層が得られる。図２に示すように、アクチュエータ板２０の上面に、フレーム４０の一方の主面に設けられた接着層を介してフレーム４０を取り付ける。
次に、撥液膜５０２及び５０３を備えたノズルプレート５０を準備する。具体的には、先ず、ノズルプレート基材５０１を準備する。ノズルプレート基材５０１には、ノズルとなる孔が設けられている。撥液膜５０２及び５０３の形成後にノズルとなる孔を設ける場合、ノズルプレート基材５０１として、孔を有さないものを用いてもよい。
ノズルプレート基材５０１の両面にフッ素化合物含有液を塗布して、塗膜を形成する。フッ素化合物含有液としては、上述したものと同様のものを用い得る。上述したのと同様の方法で塗膜を加熱処理することにより、撥液膜５０２及び５０３が得られる。また、フッ素化合物含有液の塗布に先立って、ノズルプレート基材５０１の表面に前述したのと同様の前処理を施してもよい。
次に、ノズルプレート５０とフレーム４０と圧電部材３０とを、撥液膜５０３が圧電部材３０の電極保護膜３４が設けられた面と向き合い、フレーム４０がノズルプレート５０と圧電部材３０との間に介在し、ノズルＮと圧力室３２とが連通するように重ね合わせる。次いで、これを、例えば、１００℃以上２００℃以下の温度で３０分以上２時間以下にわたって加熱する。
これにより、図４に示すように、撥液膜５０３及び電極保護膜３４のうち互いに接する部分が一体化して、フッ素化合物層７０が形成される。また、図示しないが、撥液膜５０３及びフレーム４０の主面に設けた接着層のうち互いに接する部分が一体化してフッ素化合物層が形成され、電極保護膜３４及びフレーム４０の主面に設けた接着層のうち互いに接する部分が一体化してフッ素化合物層が形成される。すなわち、互いに向き合うように上下に位置した図５に示す環状構造が、加熱により開環し、その後、それら開環部が互いに結合して、図６に示す環状構造を形成すると考えられる。これにより、ノズルプレート５０は、圧電部材３０及びフレーム４０へ接合される。
以上の方法により実施形態に係るインクジェットヘッド１を製造することができる。この製造方法では、シランカップリング剤や、エポキシ系接着剤及びウレタン系接着剤など、従来の接着剤を用いることなく、ノズルプレート５０をアクチュエータ板２０へ貼り付けることができる。
なお、ここでは、フレーム４０にフッ素化合物含有液の塗膜を形成する方法を説明したが、フレーム４０へのフッ素化合物含有液の塗布は省略してもよい。フレーム４０とアクチュエータ板２０及びノズルプレート５０との接着には、従来の接着剤を用いてもよい。
２．インクジェットプリンタ
２－１．構成
図８に、インクジェットプリンタ１００の模式図を示す。
実施形態に係るインクジェットプリンタ１００は、インクジェットヘッド１１５Ｃ、１１５Ｍ、１１５Ｙ及び１１５Ｂｋと、インクジェットヘッド１１５Ｃ、１１５Ｍ、１１５Ｙ及び１１５Ｂｋに対向して記録媒体を保持する媒体保持機構１１０とを備えている。インクジェットヘッド１１５Ｃ、１１５Ｍ、１１５Ｙ及び１１５Ｂｋの各々は、図１及び図２を参照しながら説明したインクジェットヘッド１である。
２－１．構成
図８に、インクジェットプリンタ１００の模式図を示す。
実施形態に係るインクジェットプリンタ１００は、インクジェットヘッド１１５Ｃ、１１５Ｍ、１１５Ｙ及び１１５Ｂｋと、インクジェットヘッド１１５Ｃ、１１５Ｍ、１１５Ｙ及び１１５Ｂｋに対向して記録媒体を保持する媒体保持機構１１０とを備えている。インクジェットヘッド１１５Ｃ、１１５Ｍ、１１５Ｙ及び１１５Ｂｋの各々は、図１及び図２を参照しながら説明したインクジェットヘッド１である。
図８に示すインクジェットプリンタ１００は、排紙トレイ１１８が設けられた筐体を含んでいる。筐体内には、カセット１０１ａ及び１０１ｂ、給紙ローラ１０２及び１０３、搬送ローラ対１０４及び１０５、レジストローラ対１０６、搬送ベルト１０７、ファン１１９、負圧チャンバ１１１、搬送ローラ対１１２、１１３及び１１４、インクジェットヘッド１１５Ｃ、１１５Ｍ、１１５Ｙ及び１１５Ｂｋ、インクカートリッジ１１６Ｃ、１１６Ｍ、１１６Ｙ及び１１６Ｂｋ、並びに、チューブ１１７Ｃ、１１７Ｍ、１１７Ｙ及び１１７Ｂｋが設置されている。
カセット１０１ａ及び１０１ｂは、サイズの異なる記録媒体Ｐを収容している。給紙ローラ１０２又は１０３は、選択された記録媒体のサイズに対応した記録媒体Ｐをカセット１０１ａ又は１０１ｂから取り出し、搬送ローラ対１０４及び１０５並びにレジストローラ対１０６へ搬送する。
搬送ベルト１０７は、駆動ローラ１０８と２本の従動ローラ１０９とによって張力が与えられている。搬送ベルト１０７の表面には、所定間隔で穴が設けられている。搬送ベルト１０７の内側には、記録媒体Ｐを搬送ベルト１０７に吸着させるための、ファン１１９に連結された負圧チャンバ１１１が設置されている。搬送ベルト１０７の搬送方向下流には、搬送ローラ対１１２、１１３及び１１４が設置されている。なお、搬送ベルト１０７から排紙トレイ１１８までの搬送経路には、記録媒体Ｐ上に形成された印刷層を加熱するヒータを設置することができる。
搬送ベルト１０７の上方には、画像データに応じてインクを記録媒体Ｐに吐出する４つのインクジェットヘッドが配置されている。具体的には、シアン（Ｃ）インクを吐出するインクジェットヘッド１１５Ｃ、マゼンタ（Ｍ）インクを吐出するインクジェットヘッド１１５Ｍ、イエロー（Ｙ）インクを吐出するインクジェットヘッド１１５Ｙ、及びブラック（Ｂｋ）インクを吐出するインクジェットヘッド１１５Ｂｋが、上流側からこの順に配置されている。
インクジェットヘッド１１５Ｃ、１１５Ｍ、１１５Ｙ及び１１５Ｂｋの上方には、これらに対応したインクをそれぞれ収容した、シアン（Ｃ）インクカートリッジ１１６Ｃ、マゼンタ（Ｍ）インクカートリッジ１１６Ｍ、イエロー（Ｙ）インクカートリッジ１１６Ｙ、及びブラック（Ｂｋ）インクカートリッジ１１６Ｂｋが設置されている。これらインクカートリッジ１１６Ｃ、１１６Ｍ、１１６Ｙ及び１１６Ｂｋは、それぞれ、チューブ１１７Ｃ、１１７Ｍ、１１７Ｙ及び１１７Ｂｋによって、インクジェットヘッド１１５Ｃ、１１５Ｍ、１１５Ｙ及び１１５Ｂｋに連結されている。
なお、図示していないが、インクジェットプリンタ１００は、インクジェットヘッド１１５Ｃ、１１５Ｍ、１１５Ｙ及び１１５Ｂｋのノズルプレート上の撥液膜を加熱するためのヒータを備えていてもよい。インクジェットヘッドの撥液膜の撥液性が低下した際に、撥液膜を再加熱することにより、撥液膜の撥液性を修復できる。
２－２．画像形成
次に、このインクジェットプリンタ１００の画像形成動作について説明する。
まず、画像処理手段（図示しない）が、記録のための画像処理を開始し、画像データに対応した画像信号を生成するとともに、各種ローラや負圧チャンバ１１１などの動作を制御する制御信号を生成する。
次に、このインクジェットプリンタ１００の画像形成動作について説明する。
まず、画像処理手段（図示しない）が、記録のための画像処理を開始し、画像データに対応した画像信号を生成するとともに、各種ローラや負圧チャンバ１１１などの動作を制御する制御信号を生成する。
給紙ローラ１０２又は１０３は、画像処理手段による制御のもと、カセット１０１ａ又は１０１ｂから、選択されたサイズの記録媒体Ｐを１枚ずつ取り出し、搬送ローラ対１０４及び１０５並びにレジストローラ対１０６へ搬送する。レジストローラ対１０６は、記録媒体Ｐのスキューを補正し、所定のタイミングで記録媒体Ｐを搬送する。
負圧チャンバ１１１は、搬送ベルト１０７の穴を介して空気を吸い込んでいる。従って、記録媒体Ｐは、搬送ベルト１０７に吸着された状態で、搬送ベルト１０７の移動に伴い、インクジェットヘッド１１５Ｃ、１１５Ｍ、１１５Ｙ及び１１５Ｂｋの下方の位置へと順次搬送される。
インクジェットヘッド１１５Ｃ、１１５Ｍ、１１５Ｙ及び１１５Ｂｋは、画像処理手段による制御のもと、記録媒体Ｐが搬送されるタイミングに同期してインクを吐出する。これにより、記録媒体Ｐの所望の位置に、カラー画像が形成される。
その後、搬送ローラ対１１２、１１３及び１１４は、画像が形成された記録媒体Ｐを排紙トレイ１１８へ排紙する。搬送ベルト１０７から排紙トレイ１１８までの搬送経路にヒータを設置した場合、記録媒体Ｐ上に形成された印刷層をヒータによって加熱してもよい。ヒータによる加熱を行うと、特に、記録媒体Ｐが非浸透性である場合に、記録媒体Ｐに対する印刷層の密着性を高めることができる。
３．効果
ノズルプレート５０と圧電部材３０とを接合する接着剤として、シランカップリング剤や、エポキシ系接着剤及びウレタン系接着剤などが用いられることがある。これらの接着剤は、圧力室３２内のインクと接触すると、インクのｐＨや溶媒の種類によってはインクに溶解するおそれがある。接着剤がインクに溶解すると、ノズルプレート５０と圧電部材３０との接合性が失われ、ノズルプレート５０がアクチュエータ板２０から剥離し得る。
ノズルプレート５０と圧電部材３０とを接合する接着剤として、シランカップリング剤や、エポキシ系接着剤及びウレタン系接着剤などが用いられることがある。これらの接着剤は、圧力室３２内のインクと接触すると、インクのｐＨや溶媒の種類によってはインクに溶解するおそれがある。接着剤がインクに溶解すると、ノズルプレート５０と圧電部材３０との接合性が失われ、ノズルプレート５０がアクチュエータ板２０から剥離し得る。
実施形態に係るインクジェットヘッド１は、フッ素化合物層７０が、ノズルプレート５０と圧電部材３０との間に存在する。フッ素化合物層７０は、ノズルプレート５０と圧電部材３０とを接合する接着剤の役割を果たす。フッ素化合物層７０は、フッ素化合物を含む膜であるため、撥水性及び撥油性に優れ、更に、耐薬品性にも優れる。したがって、フッ素化合物層７０は、圧力室３２内のインクと接触したとしても、インクに溶解し難い。したがって、このインクジェットヘッド１は、長期間にわたって安定してインクを吐出できる。また、このインクジェットヘッド１は、インクのｐＨや溶媒の種類に拘らずに、従来の接着剤を溶解し易いアルカリ性の水溶性インクを含む様々なインク用に適用できる。
更に、フッ素化合物層７０は、紫外線（ＵＶ）照射により接合性を失わせ、その後、加熱により再接合させることができる。これについて、以下に説明する。
フッ素化合物層７０は、図６に示す環状構造を有する第３層７０３により、第１層７０１が結合したノズルプレート５０と、第２層７０２が結合した圧電部材３０とを接合している。第３層７０３の環状構造は、例えば、ノズルプレート５０側からＣ－Ｃ結合のみを切断する波長のＵＶ光を照射することにより切断できる。これにより、フッ素化合物層７０が、その中間の位置で２つの層へ分離し、ノズルプレート５０と圧電部材３０とを剥離できる。そして、剥離したノズルプレート５０と圧電部材３０とが接した状態で加熱することにより、切断した環状構造を再び形成し、ノズルプレート５０と圧電部材３０とを再接合できる。
すなわち、フッ素化合物層７０は、ノズルプレート５０と圧電部材３０とを可逆的に接合及び剥離できる。したがって、このインクジェットヘッド１は、例えば、ノズルプレート５０の接合位置がずれたことによる製造不良を大幅に減らすことができる。
以上インクジェットヘッド１を例に挙げて説明したが、フッ素化合物層７０による接合は、基材の材料や性質を限らず、機械、電気、通信、建築など幅広い分野で用いることができる。
以下、実施例を記載する。
（実施例１）
図１乃至図４に示すインクジェットヘッド１を、以下のように作製した。
先ず、アクチュエータ板２０上に、圧電部材３０と電極３３とを備えた構造体を形成した。圧電部材３０としては、ＰＺＴを用いた。次に、電極３３上に、フッ素化合物含有液をスピンコート法で塗布し、塗膜を形成した。この塗膜を１８０℃で３０分にわたって熱処理に供して、電極保護膜３４を得た。フッ素化合物含有液として、ＡＧＣ株式会社製のサイトップ（登録商標）Ａタイプを用いた。
（実施例１）
図１乃至図４に示すインクジェットヘッド１を、以下のように作製した。
先ず、アクチュエータ板２０上に、圧電部材３０と電極３３とを備えた構造体を形成した。圧電部材３０としては、ＰＺＴを用いた。次に、電極３３上に、フッ素化合物含有液をスピンコート法で塗布し、塗膜を形成した。この塗膜を１８０℃で３０分にわたって熱処理に供して、電極保護膜３４を得た。フッ素化合物含有液として、ＡＧＣ株式会社製のサイトップ（登録商標）Ａタイプを用いた。
次に、フレーム４０の両面に、スピンコート法を用いて上記フッ素化合物含有液を塗布し、塗膜を形成した。この塗膜を２００℃で２時間にわたって熱処理に供して、フレーム４０の両面に接着層を設けた。図２に示すように、アクチュエータ板２０の上面に、接着層を介してフレーム４０を取り付けた。
次に、ノズルプレート基材５０１の両面に、スピンコート法を用いて上記フッ素化合物含有液を塗布し、塗膜を形成した。この塗膜を１８０℃で３０分にわたって熱処理に供して、ノズルプレート基材５０１の両面に撥液膜５０２及び５０３を設けた。ノズルプレート基材５０１としては、ポリイミドフィルムを用いた。
ノズルプレート５０とフレーム４０と圧電部材３０とを、撥液膜５０３が圧電部材３０の電極保護膜３４が設けられた面と向き合い、フレーム４０がノズルプレート５０と圧電部材３０との間に介在し、ノズルＮと圧力室３２とが連通するように重ね合わせて、積層体を得た。この積層体を２００℃で２時間にわたって熱処理に供し、フッ素化合物層７０を形成させて、ノズルプレート５０とアクチュエータ板２０とを接合させた。
（比較例１）
電極保護膜３４としてポリパラキシリレン（パリレンＣ）からなる膜を用いたこと、フレーム４０の接着層としてエポキシ接着剤を用いたこと、及び、撥液膜５０３の代わりにエポキシ接着剤を用いたこと以外は、実施例１と同様の方法でインクジェットヘッド１を得た。
電極保護膜３４としてポリパラキシリレン（パリレンＣ）からなる膜を用いたこと、フレーム４０の接着層としてエポキシ接着剤を用いたこと、及び、撥液膜５０３の代わりにエポキシ接着剤を用いたこと以外は、実施例１と同様の方法でインクジェットヘッド１を得た。
（ＸＰＳ分析）
実施例１において製造したインクジェットヘッドのフッ素化合物層７０について、上述した方法でＸＰＳスペクトルを測定した。その結果を図７に示す。第２層７０２のＸＰＳスペクトルは、第１層７０１のＸＰＳスペクトルと同一であった。
実施例１において製造したインクジェットヘッドのフッ素化合物層７０について、上述した方法でＸＰＳスペクトルを測定した。その結果を図７に示す。第２層７０２のＸＰＳスペクトルは、第１層７０１のＸＰＳスペクトルと同一であった。
（安定性評価）
水性インクを用いて、実施例及び比較例のインクジェットヘッドの安定性を評価した。具体的には、水性インクに接合部を長期間浸漬させたあと、引張試験を行った。
水性インクを用いて、実施例及び比較例のインクジェットヘッドの安定性を評価した。具体的には、水性インクに接合部を長期間浸漬させたあと、引張試験を行った。
その結果、実施例のインクジェットヘッドの引張試験強度は、比較例のインクジェットヘッドの引張試験強度よりも大きかった。すなわち、実施例のインクジェットヘッドの安定性は、比較例のインクジェットヘッドの安定性よりも優れていた。
以上説明した少なくとも一つの実施形態に係るインクジェットヘッドは、少なくとも圧電部材及びノズルプレートの間に位置するフッ素化合物層を有するため、優れた安定性を実現できる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１…インクジェットヘッド、１０…インクマニホールド、１１…インク供給管、１２…インク戻し管、２０…アクチュエータ板、２１…インク供給口、２２…インク排出口、３０…圧電部材、３１…配線パターン、３２…圧力室、３３…電極、３４…電極保護膜、４０…フレーム、５０…ノズルプレート、６０…フレキシブルプリント基板、６１…駆動回路、７０…フッ素化合物層、１００…インクジェットプリンタ、１０１ａ…カセット、１０１ｂ…カセット、１０２…給紙ローラ、１０３…給紙ローラ、１０４…搬送ローラ対、１０５…搬送ローラ対、１０６…レジストローラ対、１０７…搬送ベルト、１０８…駆動ローラ、１０９…従動ローラ、１１０…媒体保持機構、１１１…負圧チャンバ、１１２…搬送ローラ対、１１３…搬送ローラ対、１１４…搬送ローラ対、１１５Ｂｋ…インクジェットヘッド、１１５Ｃ…インクジェットヘッド、１１５Ｍ…インクジェットヘッド、１１５Ｙ…インクジェットヘッド、１１６Ｂｋ…インクカートリッジ、１１６Ｃ…インクカートリッジ、１１６Ｍ…インクカートリッジ、１１６Ｙ…インクカートリッジ、１１７Ｂｋ…チューブ、１１７Ｃ…チューブ、１１７Ｍ…チューブ、１１７Ｙ…チューブ、１１８…排紙トレイ、１１９…ファン、３０１…第１圧電体、３０２…第２圧電体、５０１…ノズルプレート基材、５０２…撥液膜、５０３…撥液膜、７０１…第１層、７０２…第２層、７０３…第３層、Ｎ…ノズル、Ｐ…記録媒体。
Claims (5)
- 記録媒体へ向けてインクを吐出するノズルを含むノズルプレートと、
前記ノズルと連通する位置に圧力室を形成し、前記圧力室内の圧力を変化させて前記圧力室内の前記インクを吐出させる圧電部材と、
少なくとも前記圧電部材及び前記ノズルプレートの間に位置するフッ素化合物層とを備え、
前記フッ素化合物層は、前記ノズルプレート側に位置する第１層と、前記圧電部材側に位置する第２層と、前記第１層及び前記第２層の間に位置する第３層とを含み、
前記第１乃至第３層のＸ線光電子分光スペクトルは、ＣＦ２基に属するピークをそれぞれ含み、前記第３層のＸ線光電子分光スペクトルに含まれるＣＦ２基のピーク面積ＰＡ３は、前記第１層のＸ線光電子分光スペクトルに含まれるＣＦ２基のピーク面積ＰＡ１よりも大きく、かつ、前記第２層のＸ線光電子分光スペクトルに含まれるＣＦ２基のピーク面積ＰＡ２よりも大きいインクジェットヘッド。 - 前記第３層のＸ線光電子分光スペクトルに含まれるＣＦ２基のピーク面積ＰＡ３と、前記第１層のＸ線光電子分光スペクトルに含まれるＣＦ２基のピーク面積ＰＡ１との比ＰＡ３／ＰＡ１、並びに、前記第３層のＸ線光電子分光スペクトルに含まれるＣＦ２基のピーク面積ＰＡ３と、前記第２層のＸ線光電子分光スペクトルに含まれるＣＦ２基のピーク面積ＰＡ２との比ＰＡ３／ＰＡ２は、２以上３以下である請求項１に記載のインクジェットヘッド。
- 前記第１層及び第２層のＸ線光電子分光スペクトルは、ＣＦ２Ｏ基に属するピークをそれぞれ更に含む請求項１又は２に記載のインクジェットヘッド。
- 前記圧電部材のうち、前記圧力室と隣接した部分に位置し、前記圧電部材に駆動パルスを印加する電極と、
前記電極を被覆し、フッ素化合物を含む電極保護膜と
を更に備えた請求項１乃至３の何れか１項に記載のインクジェットヘッド。 - 請求項１乃至４の何れか１項に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に対向して前記記録媒体を保持する媒体保持機構と
を備えたインクジェットプリンタ。
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