(57)【要約】【課題】本発明は、長期間インク流路中の親水性が保たれるインクジェットヘッドを提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係るインクジェットヘッドは、インクを吐出する吐出口に連通するインク流路を有するインクジェットヘッドであって、前記インク流路の壁面の少なくとも一部に、シリコンアルコキシドを主原料とする親水性膜が設けられていることを特徴とする。【選択図】図２
2010143000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出する吐出口に連通するインク流路を有するインクジェットヘッドであって、
前記インク流路の壁面の少なくとも一部に、シリコンアルコキシドを主原料とする親水性膜が設けられていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記親水性膜は光触媒性物質を含む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】
前記光触媒性物質は、ＴｉＯ2、ＺｎＯ、ＳｎＯ2、ＳｒＴｉＯ3、ＷＯ3、Ｂｉ2Ｏ3若しくはＦｅ2Ｏ3又はこれらの合金よりなることを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記親水性膜は、紫外線照射によって硬化して形成されたものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記紫外線は、少なくともＵＶ−Ｃかそれよりも短波長側の紫外線よりなることを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記インクジェットヘッドは、前記インク流路が設けられた天板と、前記吐出口からインクを吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子が設けられた基板と、を接合して形成されたインクジェットヘッドであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載のインクジェットヘッドを具備することを特徴とするインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は吐出口から記録液体を吐出して記録を行うインクジェットヘッド及びインクジェット記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のインクジェットヘッドとしては、例えば、電気熱変換素子が形成された基板上に、インク吐出口と、電気熱変換体による熱作用部となるノズル部と、このノズル部にインクを供給するための共通液室部と、を有する天板を接合した構成を挙げることができる。また、さらに共通液室部は、インク供給筒内のインク通路部と繋がっており、また、インク供給筒にはインクタンクが接続され、このタンクにインクが供給される。
【０００３】
図１及び図６を参照にして上述のインクジェットヘッドについてさらに説明する。図１は前述のように構成されたインクジェットヘッドの概略斜視図であり、図６はそのＡ−Ａ’断面を示す概略断面図である。
【０００４】
図６において、１０は複数の電気熱変換素子が配列された基板である。２０は天板であり、天板２０は、複数のインク吐出口２１と、インク供給筒２４と、液室枠２６とを含んで構成されている。また、天板２０の内部は、ノズル部２２と、共通液室部２３と、インク通路部２７とから構成されている。ノズル部２２は、インク吐出口２１に連通する。共通液室部２３は各ノズル部２２にインクを供給する。インク通路部２７は共通液室部２３に通じる。インク供給筒２４は共通液室部２３の液室上面に開口する開口部２５を有する。液室枠２６は前記基板１０と接合する部材となる。また、４０は各部品を構築してインクジェットヘッドを構成するための金属支持部材である。
【０００５】
このような構成において、インク吐出時のインクの流れを説明する。例えば、インクを貯留するタンク（不図示）から流出したインクは種々の連結管等を通過し、天板２０のインク通路部２７に至り、液室上面の開口部２５を経て共通液室部２３に一次的に蓄えられる。そして、各ノズル部２２にもインクが流れ、吐出口２１の先端で表面張力等によりインクが保持される。ここで、吐出信号を基板１０上の電気熱変換素子１１に与えると、それに対応したノズル部２２内のインクにバブルが発生し、その作用により液摘がインク吐出口２１より吐出される。ノズル部には吐出が開始されると、これに必要なインクの供給を順次共通液室部２３側から受ける。
【０００６】
ところが、一般に、天板２０はプラスチックの成形部材で構成されており、プラスチックはインクをはじきやすい性質であるため、インク通路部２７、共通液室部２３、ノズル部２２の内壁に気泡６を生じやすい傾向がある。発生した気泡６がノズル部２２にインクと共に供給されると、インク吐出が不安定な状態となり、印刷品位の劣化が発生する。さらにこのような状態が継続すると、インク不吐出により印字が不可能となる。
【０００７】
前述した気泡６は、例えばインクタンクに供給されたインクがインク通路部を通って共通液室部からノズル部までを満たす時に空気の巻き込みやはじきにより発生する。
【０００８】
このような気泡６は、インクジェット記録装置の使用者等がキャッピング等の手段によって回復操作を行い、流路内から除去するようにしている。このような回復操作は、印刷開始時間の遅れやインク消費量が増加するという問題点があった。
【０００９】
このような問題を解決すべく、例えば特許文献１では、インク流路に光触媒性機能を有する無機質の親水性物質からなる膜を設ける技術が公開されている。また、特許文献１には、透明な天板基材を用いることにより、インク流路の壁面にある光触媒性物質に紫外線を照射する技術が記載されている。
【００１０】
また、特許文献２では、光触媒性物質を有する親水性の層をプラスチックなどの低耐熱性物質面へ形成する一般的な方法が公開されている。特許文献２では、酸化チタン等の光触媒性物質を添加したシリコーンを１００℃で硬化し、プラスチック基材に被覆している。
【００１１】
更に、特許文献３の実施例２には、紫外線硬化剤と光触媒を含む光触媒性コーティング組成物をプラスチック基材に塗布し、３０〜５０ｍＷ／ｃｍ2のＵＶ−Ａ領域（４００〜３１５ｎｍ）の紫外線を１分照射することにより、光触媒性物質を有する親水性の膜を形成する方法が記載されている。
【００１２】
【特許文献１】特開平１１−１９８３７７号公報
【特許文献２】特許２７５６４７４号明細書
【特許文献３】特開平１１−３１５２２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし、特許文献１に記載の技術では、一般に知られていることであるが、透明部材を透過する紫外線の透過率は極めて低く、インク流路中にある光触媒性物質を光励起させて親水化するのには高照度のＵＶ照射を必要とする。そのため、高照度のＵＶ装置をインクジェット記録装置内に配置する必要があるが、小型化が望まれる近年においては適していないという問題がある。
【００１４】
更には、光触媒性物質の光励起により活性酸素種が発生する場合がある。その強力な酸化還元反応よる有機物分解は、インク流路の壁面に付着する疎水性有機物に対して選択的に行われるものではなく、光触媒性物質に接触する有機物であるインク染料をも分解してしまう。そのため、ノズル部のように極めて細い流路中で光触媒機能を光励起した場合、インクの脱色や変質などを起こす場合があり、結局はその部分のインクを吐出をせねばならず、インクの節約にはならない。
【００１５】
また、特許文献２に記載の技術では、５０質量％酸化チタンが添加されているものでも、親水性とするには０．５ｍＷ／ｃｍ2の照度の紫外線を２時間照射する必要がある。
【００１６】
また、特許文献３に記載の方法により形成された光触媒性親水性膜は、真夏の炎天下での紫外線照度の２倍以上もの値（８ｍＷ／ｃｍ2）を照射しても、親水化するのに５９６時間も掛かっており、実用面で改善が望まれている。
【００１７】
更に、インクには有機系撥水性物質が僅かに含まれると予想されるが、その有機系撥水性物質のインク流路内における挙動について考える。親水化した面は表面エネルギーの高い状態であって、水などの表面張力の高い物質が吸着しやすく、油などの一般的な撥水性物質は表面張力は小さく高エネルギー表面には吸着しにくい。そこで、インク流路が親水化しているうちにインクを流路内に満たすようにすれば、インク中に含まれる有機系撥水性物質よりもインク中の水分の方が親水化した流路壁面に優先的に吸着する。したがって、有機系撥水性物質がインク壁面近傍を通過したとしても、水の分子の上から有機系撥水性物質が吸着することは考え難くい。たとえ吸着したとしても、「酸化チタン光触媒のすべて」（シーエムシー社発行、橋本・藤嶋編集）に記載される超親水性の易水洗効果としても知られているように、有機系撥水性物質は容易にインクとともに流し去られてしまう。この事からも、気泡除去だけのためでなく、有機系撥水性物質の吸着を抑える意味からも、インク流路にインクが満たされて水分の吸着層が形成されるまでの間、インク流路の壁面は親水性であることが重要になってくる。
【００１８】
そこで、本発明は、長期間インク流路中の親水性が保たれるインクジェットヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記目的は、以下の手段により達成される。
【００２０】
本発明は、インクを吐出する吐出口に連通するインク流路を有するインクジェットヘッドであって、前記インク流路の壁面の少なくとも一部に、シリコンアルコキシドを主原料とする親水性膜が設けられていることを特徴とするインクジェットヘッドである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、親水化状態が長期間維持されるインク流路を有するインクジェットヘッドを提供することができる。インク流路中の親水性が保たれることによりインク流路が良好な濡れ性を有するため、気泡の発生や滞留を低減し、回復操作が容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明は、インクを吐出する吐出口に連通するインク流路を有するインクジェットヘッドであって、前記インク流路の壁面の少なくとも一部に、シリコンアルコキシドを主原料とする親水性膜が設けられていることを特徴とするインクジェットヘッドである。
【００２３】
インク流路中にシリコンアルコキシドを主原料とする親水性膜を設けることにより、インク流路を親水性とすることができる。そのため、インク流路中における気泡の発生や滞留を抑制することができ、印字品位を向上させることができる。また、回復操作を非常に容易にするとともに回復操作頻度を減少させ、インク消費量を抑えることが可能になる。
【００２４】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００２５】
（親水性膜）
本発明における親水性膜は、シリコンアルコキシドを主原料とする。シリコンアルコキシドとしては、特に制限されるものではないが、例えば、テトラアルコキシシランを用いることができる。テトラアルコキシシランとしては、例えば、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラｎ−プロポキシシラン、テトラブトキシシラン又はテトラメトキシシランなどを挙げることができる。これらの中でもテトラエトキシシラン、テトラメトキシシランを好ましく用いることができる。
【００２６】
また、親水性膜は、特に限定されるものではないが、ゾル−ゲル法によって、テトラアルコキシシラン等のシリコンアルコキシド又はその重合体から形成されることが好ましい。親水性膜は、例えば、シリコンアルコキシド又はその重合体を溶解したアルコール溶液を塗布し、加熱して溶媒を除去することにより塗膜形成することができる。
【００２７】
塗布は、一般的に用いられる塗布方法により行うことができる。例えば、ディッピング法、スピンコート法、エアーフローティング法、スプレー法等により行うことができる。硬化方法としては、例えば、熱処理、室温放置、紫外線照射等により重合させて行うことができる。
【００２８】
特に、本発明では紫外線照射により重合硬化させることが好ましく、中でも、波長２８０ｎｍ未満のＵＶ−Ｃを用いることが好ましい。
【００２９】
また、本発明における親水性膜は、光触媒性物質を含むことが好ましい。光触媒性物質としては、例えば、チタニア（ＴｉＯ2）、ＺｎＯ、ＳｎＯ2、ＳｒＴｉＯ3、ＷＯ3、Ｂｉ2Ｏ3若しくはＦｅ2Ｏ3又はこれらの合金よりなる金属酸化物が挙げられる。これらの中でも、チタニア（ＴｉＯ2）を好ましく用いることができる。チタニアは、無害であり、化学的に安定であり、かつ、安価に入手可能である。
【００３０】
親水性膜の厚みは、特に限定されるものではないが、少なくとも数ｎｍは有することが好ましい。あまり薄いと充分な親水性を示さなくなる。また、厚すぎると硬化性が低下するため、約５００ｎｍ以下であることが好ましい。必要に応じて多層化して形成することもできる。
【００３１】
光触媒性物質の添加量は、特に限定されるものではなく、例えば、シリコンアルコキシド単独でのＵＶ−Ｃ紫外線照射による硬化時の濡れ性を勘案して選択できる。より好ましくは、二酸化シリコン換算モル比として、ＴｉＯ2／（ＳｉＯ2＋ＴｉＯ2）モル比が０％から８０％以下であり、より好ましくは７０％以下である。光触媒性物質の添加量を適宜調整することにより、親水性膜に高度な親水性と有効な膜強度を付与することができる。
【００３２】
（インク流路）
本発明におけるインク流路とは、インクを吐出する吐出口までのインクが流れる領域であれば、特に制限されない。例えば、上述の説明で用いた図６においては、ノズル部２２と、共通液室部２３と、インク通路部２７がインク流路に該当する。
【００３３】
また、本発明においては、インク流路中の少なくとも一部に前記親水性膜が形成されていればよい。
【実施例】
【００３４】
以下に、本発明の実験例及び実施例等について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は本発明を限定するものではない。
【００３５】
（実験例及び比較実験例、親水性評価）
まず、図３を参照にして本発明の実験例及び比較実験例について詳細に説明する。
【００３６】
図３は、天板部材に用いられるポリサルファイド樹脂板に種々表面処理を行った時の水に対する接触角の変化を、暗中保管条件下で求めたものである。この時、暗中保管を行ったのは、光触媒性物質を含む膜は一般照明下に置いたとき光励起に伴う有機物分解作用のため親水性が回復してしまうためである。そこで、初期に親水化した状態が維持される力を確認するために、光励起のない状態で接触角を求めた。尚、接触角は接触角測定装置（協和界面科学製ＣＡ−Ｄ）を用いて測定した。測定可能な接触角の最低値は１°であり、これ以下の場合は０°とした。
【００３７】
図３は、下記の溶液（ａ）又は（ｂ）を用いて塗布形成した親水性膜についてデータを求めたものである。
・溶液（ａ）；シリコンアルコキシドの一種であるテトラエトキシシラン６重量部と、水６重量部と、３６％塩酸を２重量部と、エチルアルコール８６重量部と、を混合し、５℃８ヶ月保管し加水分解を進め、分子量を１５０００まで高めた溶液である。
・溶液（ｂ）；溶液（ａ）に、光触媒性物質としてアナターゼ型チタニアゾルＳＴＳ―０１（石原産業製）を加え、二酸化シリコン換算モル比として、ＴｉＯ2／（ＳｉＯ2＋ＴｉＯ2）のモル比が５０％となるよう調整した溶液である。
【００３８】
それぞれの溶液（ａ）及び（ｂ）をポリサルファイド樹脂板にディップ法にて塗布し、溶剤揮発後ＵＶ−Ｃ領域の紫外線を２分間照射し、膜（１）及び（２）を形成した。膜厚は、硬化後で大略５０ｎｍであった。ＵＶランプは、２００Ｗ低圧水銀灯、センエンジニアリング製、２５４ｎｍ照度８ｍＷ／ｃｍ2のもの使用した。なお、ＵＶ−Ｃよりも短波長側のＵＶを用いることもできる。
【００３９】
比較実験例として、ポリサルファイド樹脂板をウエット洗浄の代表としてアセトン洗浄したものについて、成膜上がり又は洗浄上がりからの水に対する接触角の経時変化を暗中保管し接触角計にて求めたものを膜（３）として図３に示す。
【００４０】
尚、未処理状態のポリサルフアイド樹脂板の表面の接触角は、大略８０°であった。一般に、２０°以下が親水性、１０°以下が超親水性と言われている。実施例における図３の結果から、従来の洗浄では決して得られない極めて高度に親水化した状態が長期にわたり維持されることが判った。
【００４１】
また、親水性膜の形成時における紫外線による硬化は、４０秒を３回に分け照射したこともあり、４６℃とほとんどプラスチック基材に温度を掛けることなく、直ちに親水化することができた。なお、上述の特許文献２の実施例１５におけるプラスチックに形成した酸化チタンを含む１００℃で硬化したシリコーンの接触角は大略８０°である。
【００４２】
（実験例２、メチレンブルー分解性評価）
白板ガラス（松波製、ｍｉｃｒｏ  ｓｌｉｄｅ  ｇｌａｓｓ）に前記溶液（ａ）及び溶液（ｂ）をディップ法によりそれぞれ塗布し、実験例１と同一条件でＵＶ−Ｃの紫外線を照射し硬化した。溶液（ａ）によるサンプルを膜（４）とし、溶液（ｂ）によるサンプルを膜（５）とした。どちらもの膜厚も１００ｎｍであった。
【００４３】
次に、これらをメチレンブルー水溶液に浸し、色素を吸着させ、乾燥させた。その後、ＢＬＢライトを照射し（３６５ｎｍにおける照度１ｍＷ／ｃｍ2）酸化チタンの光励起に伴うメチレンブルーの分解反応を進行させた。分解反応の追跡は、５８０ｎｍにおける吸光度変化（ΔＡｂｓ）を図４に示した。（ΔＡｂｓ）の絶対値の変化が大きいほど色素の分解反応が進行したことを意味しており、光触媒性物質が添加されている膜（５）はインク成分を分解していることが分かる。
【００４４】
したがって、親水性膜に光触媒性物質を添加しておくことにより、気泡の発生を抑制するのみならず、壁面付近の有機物を分解することができ、インク流路の詰まりを抑制することができることが判る。
【００４５】
（実施例及び比較例）
図１を用いて、実施例及び比較例で用いたインクジェットヘッドの構成について説明する。図１は本発明を適用可能なインクジェットヘッドの一部を概略的に示す斜視図である。図１において、１０はセラミックス等の基板であり、成膜技術等によりエネルギー発生素子としての電気熱変換素子１１（図２参照）が複数個配列されている。基板１０にはさらに電気熱変換素子１１を駆動するための駆動回路が同時に形成されており、基板後端部にはこの回路を接続するためのパッド１２が配置されている。２０はこの基板に接合された天板である。３０は基板１０の駆動回路に配線するための配線基板であり、基板１０のパッド１２に対応してパッド３２が配置されている。
【００４６】
基板１０と配線基板３０とはアルミニウム等の良導電性金属材料からなる放熱用支持板４０上に配置され、両者のパッド１２と３０がそれぞれボンディングワイヤ４２によって接続されている。
【００４７】
次に、本発明の実施例に係るインクジェットヘッドについて図２、図５を用いて、また比較例として図６を用いて説明する。
【００４８】
図５は、ポリサルファイド樹脂を射出成形した天板２０を示す図である。天板２０は、上述のように、紙面と垂直方向に並列に複数個配列されたインク吐出口２１が形成され、吐出口２１に連通するノズル部２２が複数個の溝として形成されている。そして、ノズル部２２に連通する共通液室部２３は液室枠２６内に形成されており、該共通液室部２３は、液室枠２６と一体のインク供給筒２４内に形成されたインク通路部２７と開口部２５を介して連通している。
【００４９】
本発明の実施例として、上記の天板２０を用意し、インク通路部２７、共通液室部２３、ノズル部２２の壁面に、前記溶液（ａ）をディスペンサーで図５の矢印３３の方向から塗布した。次に、エアー吹き付けを行って滞留している液を除去するとともに、溶剤を乾燥した。その後、ＵＶ−Ｃ領域の紫外線照射を図５の矢印３３及び３４の両方向から照射し、親水性を有する膜（ａ）を形成した。そして、この膜（ａ）を形成した天板（ａ）と基板とを接合し、インクジェットヘッド（ａ）を作製した。
【００５０】
また、前記溶液（ｂ）についても同様に天板に成膜し、インクジェットヘッド（ｂ）を作製した。
【００５１】
また、比較例として、アセトン洗浄した天板２０と基板とを接合し、インクジェットヘッド（Ｃｏｎｔ）を作製した。
【００５２】
これら３種類のインクジェットヘッドを各々５０個用意し、成膜或いは洗浄から２４時間経過後と９６０時間経過後に、シアニンブルー水溶液をインク流路内に充満させ、インク流路内壁に生じる気泡の存在を確認した結果を表１に示す。
【００５３】
【表１】
2010143000.tif 000003
【００５４】
本実施例によれば、インク流路となる共通液室部２３、インク通路部２７、ノズル部２２の壁面に親水性膜２９を形成したことにより、インク流路にインクを充填する際における気泡の形成を抑制することができた。また、インク流路は親水性膜が施されているため、回復操作によって気泡を容易に除去できる。また、回復操作の頻度を極めて少なくすることもでき、インク消費量を抑えることができる。
【００５５】
また、図３及び表１の結果からも明かなように、本発明では親水化された状態が極めて長期にわたり維持される。したがって、親水性膜を形成した後、天板２０と基板１０とを接合してインクを注入するまでの工程に時間が掛かったとしても、インク流路中における気泡の発生を抑制し、高性能のインクジェットヘッドを容易に製造できる。
【００５６】
なお、本実施例では、インクジェットプリンターヘッドへの成膜方法として、ディスペンサーを用いた塗布法を示したが、他にもスプレー法や浸漬法・筆塗り等の方法を採用できる。また、親水性膜とインク流路の壁面との間にはシランカップリング材などの中間層を設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】インクジェットヘッドの構成例を示す斜視図である。
【図２】本発明のインクジェットヘッドの構成例を示す、図１のＡ−Ａ’線における断面図である。
【図３】本発明の実験例１及び比較実験例を示すグラフである。
【図４】本発明における光触媒性物質を含有する親水性膜の有機物分解性能を評価したグラフである。
【図５】本発明の実施例における天板の構成を表す断面図である。
【図６】気泡の発生を説明するためのインクジェットヘッドの断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
６  気泡
１０  基板
１１  電気熱変換素子
１２  パッド
２０  天板
２１  インク吐出口
２２  ノズル部
２３  共通液室部
２４  インク供給筒
２５  開口部
２６  液室枠
２７  インク通路部
２９  親水性膜
３０  配線基板
３２  パッド
３３  塗布方向又はＵＶ−Ｃ照射方向
３４  ＵＶ−Ｃ照射方向
４０  支持板
４２  ボンディングワイヤ
【図１】
2010143000.tif 000004
【図２】
2010143000.tif 000005
【図３】
2010143000.tif 000006
【図４】
2010143000.tif 000007
【図５】
2010143000.tif 000008
【図６】
2010143000.tif 000009